JP2019187129A - 全閉外扇形回転電機および外扇カバー - Google Patents

Abstract

【課題】全閉外扇形回転電機の外扇カバーの取り扱いを容易にする。【解決手段】全閉外扇形回転電機２００は、ロータシャフト１１と回転子鉄心とを有する回転子と、固定子鉄心と固定子巻線とを有する固定子と、フレーム４０と、２つの軸受と、２つの軸受ブラケットと、外扇５５と、フレーム４０の径方向外側表面への外気の流路を形成するように外扇５５を覆い外気の吸い込み口が形成された端板１１０と外扇５５の径方向外側に配された側板１２０とを有する外扇カバー１００とを備える。側面カバー部１２０は、ロータシャフト１１の回転中心を通る鉛直平面に対して互いに対称な２つのグループを有し、それぞれのグループは、それぞれが周方向に移動可能な複数の部分１２１、１２２を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、全閉外扇形回転電機およびその外扇カバーに関する。

回転電機は、回転子、固定子を備えており、また、通常は、さらに、回転子鉄心および固定子を収納するフレームも備えている。また、通常は、フレームの軸方向の両端は、軸受ブラケットにより閉止されている。軸受ブラケットは、回転子を回転可能に支持する軸受を静止支持する。全閉形回転電機においては、フレームと軸受ブラケットおよび軸受により閉空間が形成される。

回転電機の運転により、回転子鉄心および固定子鉄心においては鉄損が、また、固定子巻線においては銅損が、それぞれ発生し、これらの損失による熱が発生する。このため、閉空間内で発生する熱を、閉空間内から除去する必要がある。

このため、閉空間内に冷却管を設けて、冷却管内に冷却用の媒体として、たとえば水や外気を流して、冷却管の管壁を介して冷却する例がある。また、冷却管を設けずに、フレームの表面を介して熱を除去する例がある。この場合は、フレーム表面にフィンを設けてより大きな伝熱面積を確保することが一般的である。

特許第５７９７１８３号公報

フレームの表面を介して熱を放出する方式において、フレーム表面の外気と熱伝達を強制対流熱伝達で行う場合は、一般的には、外気をフレーム表面に強制的に送るために、ロータシャフトのフレームより外側の部分に外扇を取り付けることが一般的である。また、外扇により駆動される外気が、フレーム表面に沿って流れるように、外扇の周囲に外扇カバーを設けている。さらに、強制的に軸方向に送られる外気の流れを乱さないように、フレーム表面のフィンは、軸方向に延びるように配される。

たとえば、岩等の破砕用のように粉塵環境に設置される回転電機では、定期的に清掃しないと、粉塵の固着による偏心により振動が発生したり、風量が低下したりする問題が生ずる。このような場合に、外扇カバーを一体で軸方向に取り外すのは、作業場の負荷が大きく、また、軸方向のスペースを確保する必要もある。

このような場合に、外扇カバーを一体で取り外さずに、外扇にアクセス可能な構成が望まれる。また、振動等の異常が発見された場合に、まず、外扇の周囲を簡単に確認できるような構成が望まれる。

そこで、本発明は、全閉外扇形回転電機の外扇カバーの取り扱いを容易にすることを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明に係る全閉外扇形回転電機は、水平方向に延びて回転可能に支持されたロータシャフトと、前記ロータシャフトの径方向外側に設けられた回転子鉄心とを有する回転子と、前記回転子鉄心の径方向外側に設けられた円筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心を軸方向に貫通する固定子巻線とを有する固定子と、前記固定子の径方向の外側に配されて前記回転子鉄心と前記固定子を収納するフレームと、前記回転子鉄心を挟んで軸方向の前記ロータシャフトの両側のそれぞれで前記ロータシャフトを支持する２つの軸受と、前記フレームの軸方向の両端を閉止するように寄り付けられて、前記軸受のそれぞれを支持する２つの軸受ブラケットと、前記ロータシャフトの前記軸受ブラケットの一方の軸方向外側に取り付けられて、前記フレームの径方向外側表面に外気を供給する外扇と、前記フレームの径方向外側表面への外気の流路を形成するように前記外扇を覆い、前記外気の吸い込み口が形成された端板と前記外扇の径方向外側に配された側面カバー部とを有する外扇カバーと、を備え、前記側面カバー部は、前記ロータシャフトの回転中心を通る鉛直平面に対して互いに対称な２つのグループを有し、それぞれのグループは、それぞれが周方向に移動可能な複数の部分を有することを特徴とする。

また、本発明に係る外扇カバーは、回転子と、固定子と、フレームと、２つの軸受と、２つの軸受ブラケットと、前記フレームの径方向外側表面に外気を供給する外扇とを備える全閉外扇形回転電機における外扇カバーであって、前記フレームの径方向外側表面への外気の流路を形成するように前記外扇を覆い前記外気の吸い込み口が形成された端板と、前記外扇の径方向外側に配された側面カバー部と、を有し、前記側面カバー部は、前記ロータシャフトの回転中心を通る鉛直平面に対して互いに対称な２つのグループを有し、それぞれのグループは、それぞれが周方向に移動可能な複数の部分を有する、ことを特徴とする。

本発明によれば、全閉外扇形回転電機の外扇カバーの取り扱いを容易にすることができる。

実施形態に係る全閉外扇形回転電機の構成を示す立断面図である。 実施形態に係る全閉外扇形回転電機の外扇および外扇カバーの構成を示す概念的な斜視図である。 実施形態に係る外扇カバーの構成を示す斜視図である。 実施形態に係る外扇カバーにおける側板の通常取り付け状態を示す概念的な横断面図である。 実施形態に係る外扇カバーにおける上部を開放時の側面カバー部の状態を示す概念的な横断面図である。 実施形態に係る外扇カバーにおける下部を開放時の側面カバー部の状態を示す概念的な横断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る全閉外扇形回転電機およびその外扇カバーについて説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。

図１は、実施形態に係る全閉外扇形回転電機の構成を示す立断面図である。全閉外扇形回転電機２００は、回転子１０、固定子２０、結合側軸受３０ａ、反結合側軸受３０ｂ、フレーム４０、結合側軸受ブラケット４５ａ、反結合側軸受ブラケット４５ｂ、外扇５５、および外扇カバー１００を有する。ここでは、全閉外扇形回転電機２００が、かご型誘導電動機である場合を例にとって示す。

回転子１０は、回転軸方向に水平に延びたロータシャフト１１、ロータシャフト１１の径方向外側に設けられた回転子鉄心１２、および複数の導体部１３を有する。ロータシャフト１１は、軸方向に回転子鉄心１２を挟んだ２箇所でそれぞれ、反結合側軸受３０ａおよび結合側軸受３０ｂにより回転可能に支持されている。ロータシャフト１１の一端には、回転電機が電動機の場合には駆動対象との、あるいは回転電機が発電機の場合には原動機との結合のために、たとえばフランジなどの結合部１１ａが設けられている。ここでは、軸方向に結合部１１ａの方向を結合側、その反対方向を反結合側と呼ぶ。

複数の導体部１３は、周方向に互いに間隔をおいて配されている。それぞれの導体部１３は、回転子鉄心１２の径方向の表面近傍を軸方向に貫通する導体バーと、全ての導体バーを回転子鉄心１２の軸方向の両外側で互いに結合させ短絡する短絡リングを有する。

ロータシャフト１１には、軸方向に回転子鉄心１２と反結合側軸受３０ｂの間に、内扇１５が取り付けられている。図１に示す内扇１５は、遠心ファンの場合を示している。

固定子２０は、固定子鉄心２１と固定子巻線２２とを有する。固定子鉄心２１は、回転子鉄心１２の径方向外側に設けられ円筒状である。固定子鉄心２１の径方向の内面に周方向に互いに間隔を以て回転軸方向に延びた複数のスロット（図示せず）が形成されており、固定子巻線２２は、それぞれのスロット内を貫通する。

回転子鉄心１２および固定子２０は、径方向外側に配されたフレーム４０に囲まれている。フレーム４０の回転軸方向の両端には、結合側軸受ブラケット４５ａおよび反結合側軸受ブラケット４５ｂがそれぞれ取り付けられている。ロータシャフト１１の回転子鉄心１２を挟んだ両側の部分を回転可能に支持する結合側軸受３０ａおよび反結合側軸受３０ｂは、それぞれ結合側軸受ブラケット４５ａおよび反結合側軸受ブラケット４５ｂに固定支持されている。

フレーム４０、結合側軸受ブラケット４５ａおよび反結合側軸受ブラケット４５ｂ、結合側軸受３０ａおよび反結合側軸受３０ｂは、互いに相俟って閉空間４０ａを形成している。閉空間４０ａ内は、たとえば空気などの冷却用気体（内気）が満たされている。

フレーム４０には、冷却用気体を循環するために、少なくとも一つ、軸方向に延びたフレーム通風路４１が形成されている。フレーム通風路４１が複数形成されている場合は、複数のフレーム通風路４１は、周方向に互いに間隔をおいて配されている。フレーム４０のそれぞれのフレーム通風路４１が形成されている部分には、反結合側に入口開口４２が、また、結合側には出口開口４３が形成されている。それぞれのフレーム通風路４１内の通路内空間４０ｃは、入口開口４２および出口開口４３を介して、回転子鉄心１２および固定子２０側の発熱側空間４０ｂと連通しており、閉空間４０ａの一部を形成する。

フレーム４０の外表面には、フレーム通風路４１が形成されている領域を除いて、複数のフィン（図示せず）が形成されている。

冷却用気体は、内扇１５に駆動されて、閉空間４０ａ内を循環し、回転子鉄心１２および固定子２０等を冷却する。すなわち、内扇１５に駆動された冷却用気体は、入口開口４２から、フレーム通風路４１に流入し、通路内空間４１ｃ内を軸方向に結合側に向かって流れ、出口開口４３から発熱側空間４０ｂの結合側の部分に流出する。

発熱側空間４０ｂの結合側の部分に流入した冷却用気体は、回転子鉄心１２および固定子２０側に流入し、これらを冷却した後に、発熱側空間４０ｂの反結合側の部分に流出し、再び、内扇１５に流入する。

ロータシャフト１１の反結合側軸受３０ｂより軸方向外側の部分には、外扇５５が取り付けられている。外扇カバー１００は、外扇５５を囲むように設けられている。外扇カバー１００は、端板１１０および側面カバー部１２０を有する。端板１１０は円形で、外扇５５の軸方向外側に配され、外気を取り入れる吸い込み口１１０ａが形成されている。側面カバー部１２０は、端板１１０の周囲に接続し、軸方向に円筒状に延びている。側面カバー部１２０の端板１１０との接続部と軸方向に反対側の部分は、フレーム４０と、軸方向に重複しており、側面カバー部１２０の内面とフレーム４０の外表面の間にギャップ１１０ｂが形成されている。

なお、端板１１０の形状は、フレーム４０の断面形状が円形の場合には、前記のように円形とするが、円形には限らない。すなわち、ギャップ１１０ｂの寸法が周方向にほぼ一定となるように、フレーム４０の断面形状に合わせて形状を決めることが適切である。この際、軸方向に重複する範囲にフィンが形成されている場合は、フィンの頂部と側面カバー部１２０の内面との間隙寸法をギャップ１１０ｂの寸法とする。

図２は、実施形態に係る全閉外扇形回転電機の外扇および外扇カバーの構成を示す概念的な斜視図である。また、図３は、外扇カバーの構成を示す斜視図である。

外扇カバー１００は、前述の端板１１０および側面カバー部１２０に加えて、複数の側板保持部１３０、複数の連結部材１４０、および複数の支持部材１５０を有する。

端板１１０および側面カバー部１２０は、外扇５５周りの空間を、外扇カバー１００内の空間と、外扇カバー１００外の空間とに区画する曲面を形成する。また、側板保持部１３０、連結部材１４０、および支持部材１５０は、端板１１０および側面カバー部１２０を支持し、これらの自重をフレーム４０に伝達する機能を有する。

複数の側板保持部１３０は、ほぼ円環状の構造物であり、軸方向に互いに間隔をおいて、３箇所に設けられ、それぞれは、中心軸を回転軸に平行で、かつほぼ同軸に配されている。なお、側板保持部１３０の設置数は、２つでもよいし、３つ以上でもよい。

複数の連結部材１４０は、それぞれ軸方向に延びており、互いに周方向に間隔をおいて配されている。複数の連結部材１４０は、複数の側板保持部１３０を互いに連結する。互いに結合した複数の連結部材１４０と複数の側板保持部１３０は、１つの円筒形のかご形の形状をなす。

複数の支持部材１５０は、かご形の形状をなす複数の連結部材１４０と複数の側板保持部１３０の結合体を、その軸を水平な方向にしてフレーム４０と結合させる。具体的には、複数の支持部材１５０のそれぞれは矩形の板状で、一方の辺は連結部材１４０に、また、他方の辺はフレーム４０の外表面に結合されている。なお、支持部材１５０の形状は、矩形の板状に限定されずに他の形状であってもよい。また、軸方向に延びて、一定の幅を有するものれば、管状であってもよい。

図４は、実施形態に係る外扇カバーにおける側面カバー部の通常取り付け状態を示す概念的な横断面図である。図５は、外扇カバーにおける上部を開放時の側面カバー部の状態を示す概念的な横断面図である。また、図６は、外扇カバーにおける下部を開放時の側板の状態を示す概念的な横断面図である。それぞれの図において、図示上分かりやすくするために、側板保持部１３０と連結部材１４０を実線で、また、側面カバー部１２０を破線で表示している。

側面カバー部１２０は、中央の鉛直平面に関して互いに対称な２つのグループに分けられる。ここで、中央の鉛直平面とは、複数の連結部材１４０と複数の側板保持部１３０が互いに結合して円筒状のかご形の形状をなす結合体の中心軸を含む鉛直平面、すなわち、左右の中央の鉛直平面である。それぞれのグループは、上部側板１２１および下部側板１２２を有する。

それぞれの上部側板１２１の上辺には、軸方向に延びた上部側板結合部１２１ａが設けられている。上部側板結合部１２１ａは、後述する上部区画部材１３５と互いに密着するように結合可能でありかつ脱着可能である。

それぞれの下部側板１２２の上部の外側には、軸方向に延びるシール部材１２３が取り付けられている。また、それぞれの下部側板１２２の上辺には、軸方向に延びた下部側板結合部１２２ａが設けられている。下部側板結合部１２２ａは、後述する上部区画部材１３５と互いに密着するように結合可能でありかつ脱着可能である。また、それぞれの下部側板１２２の下辺は、後述する下部区画部材１３４と互いに密着するように結合可能である。

連結部材１４０は、矩形断面で、軸方向に棒状に延びている。図４ないし図６では、連結部材１４０は、４本設けられている場合を示している。また、最下部には、軸方向に延びる下部区画部材１３４が設けられており、最上部には、軸方向に延びる上部区画部材１３５が設けられている。

それぞれの側板保持部１３０は、内側環状部材１３１、下半内側収納部材１３２、下半外側収納部材１３３、および下部区画部材１３４を有する。図４ないし図６では、環状保持部材１３０の正面図が示されており、環状保持部材１３０の各部は、それぞれ奥行き、すなわち軸方向の幅を有している。また、概念的な図として、内側環状部材１３１、下半内側収納部材１３２、および下半外側収納部材１３３のそれぞれが曲線で示されているが、それぞれ、径方向に幅を有している。内側環状部材１３１、下半内側収納部材１３２、および下半外側収納部材１３３それぞれの軸方向の幅と径方向の幅は、それぞれ、面内および面外への曲げ剛性を確保するために必要な寸法を有する。

内側環状部材１３１は、環状の部材である。下半内側収納部材１３２、および下半内側収納部材１３２は、内側環状部材１３１の下半部の径方向外側に、まず、下半内側収納部材１３２が配され、さらにその径方向の外側に下半外側収納部材１３３が配されている。この結果、径方向には内側環状部材１３１と下半内側収納部材１３２とに挟まれて、最下部は下部区画部材１３４で仕切られている円弧状の内側受け部１３２ａが形成される。また、径方向には下半内側収納部材１３２と下半外側収納部材１３３とに挟まれて、最下部は下部区画部材１３４で仕切られている円弧状の外側受け部１３３ａが形成される。

それぞれの内側受け部１３２ａは、それぞれの上部側板１２１を収納可能である。また、それぞれの外側受け部１３３ａは，それぞれの下部側板１２２を収納可能である。

図４に示すように、通常取り付け状態においては、上部側板１２１は、上部区画部材１３５と結合している。また下部側板１２２は、下部区画部材１３４と結合している。上部側板１２１、下部側板１２２、およびこれらに挟まれたシール部材１２３が、外扇５５の径方向外側を覆う側面カバー部１２０を形成する。

保守等のために、外扇５５にその上方からアクセスする場合は、図５に示すように、それぞれの上部側板結合部１２１ａの上部区画部材１３５との結合を外して、上部側板１２１を、周方向にスライドさせて、内側受け部１３２ａ内に収納する。この結果、外扇５５の径方向外側の上方は、内側環状部材１３１を残して、開放された状態となる。この結果、上方から外扇５５に容易にアクセスすることができる。なお、一方の上部側板結合部１２１ａのみを外して、片側のみを開放することも可能である。

外扇５５に下方からアクセスする場合は、図６に示すように、下部側板１２２を周方向にスライドさせ、上方で、下部側板結合部１２２ａを上部区画部材１３５と結合させる。この結果、外扇５５の径方向外側の下方は、内側環状部材１３１を残して、開放された状態となる。この結果、下方から外扇５５に容易にアクセスすることができる。なお、図６では、下部側板１２２を２つとも上方に移動させているが、片方のみを移動させることも可能である。

以上のように、本実施形態によれば、全閉外扇形回転電機の外扇カバーを、容易に取り扱うことができる。

［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。たとえば、実施形態では、全閉外扇形回転電機として、かご型誘導電動機の場合を例にとって示したが、これに限定されず、巻線型の誘導型回転電機、同期回転電機であってもよい。

また、実施形態では、内扇１５が、回転子鉄心１２と反結合側軸受３０ｂの間に取り付けられている場合を示したが、内扇１５が、回転子鉄心１２と反結合側軸受３０ａの間に取り付けられている場合であってもよい。あるいは、これらの両側に取り付けられている場合でもよい。

また、実施形態では、側面カバー部１２０は、左右それぞれに上部側板１２１と下部側板１２２の２つの部分を有する場合を例にとって示したが、複数であれば、３つ以上の部分を有することでもよい。

さらに、実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…回転子、１１…ロータシャフト、１１ａ…結合部、１２…回転子鉄心、１３…導体部、１５…内扇、２０…固定子、２１…固定子鉄心、２２…固定子巻線、３０ａ…結合側軸受、３０ｂ…反結合側軸受、４０…フレーム、４０ａ…閉空間、４０ｂ…発熱側空間、４０ｃ…通路内空間、４１…フレーム通風路、４２…入口開口、４３…出口開口、４５ａ…結合側軸受ブラケット、４５ｂ…反結合側軸受ブラケット、５５…外扇、１００…外扇カバー、１１０…端板、１１０ａ…吸い込み口、１１０ｂ…ギャップ、１２０…側面カバー部、１２１…上部側板、１２１ａ…上部側板結合部、１２２…下部側板、１２２ａ…下部側板結合部、１２３…シール部材、１３０…側板保持部、１３１…内側環状部材、１３２…下半内側収納部材、１３２ａ…内側受け部、１３３…下半外側収納部材、１３３ａ…外側受け部、１３４…下部区画部材、１３５…上部区画部材、１４０…連結部材、１５０…支持部材、２００…全閉外扇形回転電機

Claims (6)

1. 水平方向に延びて回転可能に支持されたロータシャフトと、前記ロータシャフトの径方向外側に設けられた回転子鉄心とを有する回転子と、
   前記回転子鉄心の径方向外側に設けられた円筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心を軸方向に貫通する固定子巻線とを有する固定子と、
   前記固定子の径方向の外側に配されて前記回転子鉄心と前記固定子を収納するフレームと、
   前記回転子鉄心を挟んで軸方向の前記ロータシャフトの両側のそれぞれで前記ロータシャフトを支持する２つの軸受と、
   前記フレームの軸方向の両端を閉止するように寄り付けられて、前記軸受のそれぞれを支持する２つの軸受ブラケットと、
   前記ロータシャフトの前記軸受ブラケットの一方の軸方向外側に取り付けられて、前記フレームの径方向外側表面に外気を供給する外扇と、
   前記フレームの径方向外側表面への外気の流路を形成するように前記外扇を覆い、前記外気の吸い込み口が形成された端板と前記外扇の径方向外側に配された側面カバー部とを有する外扇カバーと、
   を備え、
   前記側面カバー部は、前記ロータシャフトの回転中心を通る鉛直平面に対して互いに対称な２つのグループを有し、それぞれのグループは、それぞれが周方向に移動可能な複数の部分を有することを特徴とする全閉外扇形回転電機。
2. 前記側面カバー部は、上部側板および下部側板を有し、
   前記外扇カバーは、
   軸方向に互いに間隔をおいて配されて、上部側板および下部側板がそれぞれ周方向に移動可能に形成された複数の側板保持部と、
   周方向に互いに間隔をおいて配されて、軸方向に延びて、前記複数の側板保持部を支持する複数の連結部材と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の全閉外扇形回転電機。
3. 前記複数の側板保持部のそれぞれは、
   前記複数の連結部材に結合した環状の内側環状部材と、
   前記内側環状部材の下半部の径方向外側に配されて、前記内側環状部材とともに内側受け部を形成する下半内側収納部材と、
   前記下半内側収納部材の径方向の外側に配されて、前記下半内側収納部材とともに外側受け部を形成する下半外側収納部材と、
   を有することを特徴とする請求項２に記載の全閉外扇形回転電機。
4. 前記複数の側板保持部のそれぞれの上端を結合する上部区画部材をさらに備え、
   前記上部側板のそれぞれの上辺には、前記上部区画部材と脱着可能な結合部が設けられており、
   前記下部側板のそれぞれの上辺には、前記上部区画部材と脱着可能な結合部が設けられている、
   ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の全閉外扇形回転電機。
5. 前記下部側板のそれぞれの上辺近傍の内面には、軸方向に延びるシール部材が設けられていることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか一項に記載の全閉外扇形回転電機。
6. 回転子と、固定子と、フレームと、２つの軸受と、２つの軸受ブラケットと、前記フレームの径方向外側表面に外気を供給する外扇とを備える全閉外扇形回転電機における外扇カバーであって、
   前記フレームの径方向外側表面への外気の流路を形成するように前記外扇を覆い前記外気の吸い込み口が形成された端板と、
   前記外扇の径方向外側に配された側面カバー部と、
   を有し、
   前記側面カバー部は、前記ロータシャフトの回転中心を通る鉛直平面に対して互いに対称な２つのグループを有し、それぞれのグループは、それぞれが周方向に移動可能な複数の部分を有する、
   ことを特徴とする外扇カバー。

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