JP5335579B2

JP5335579B2 - 全閉構造の回転電機

Info

Publication number: JP5335579B2
Application number: JP2009155210A
Authority: JP
Inventors: 慶一郎開發; 忠弘下薗; 洋祐河野
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2029-06-30
Also published as: JP2011015479A

Description

本発明は、全閉構造の回転電機に関する。

軸貫通部の浸水の防止には公知の例では、Ｖリング、オイルシールまたはこれらに類するものによって行なわれる事が多い。また、軸受の冷却には大形の回転電機では軸受周辺に通風路を設ける手法が特許文献2などである。少スペースでの軸受冷却性向上の例としては特許文献1にあるように、軸からの伝熱によって放熱する構造がある。

屋外で使用される回転電気は浸水によってその機能が損なわれることを防止する必要がある。公知の例では軸貫通部の防水構造を形成するのに、Ｖリングやオイルシールといった摺動部品が用いられるが、摺動することによって部品寿命が有限であることに加え、その多くがゴムに属するものであり、回転電機が使用される環境によってその材質を変更する事が必要となる。一方、回転電機のうち外扇を持つ全閉形回転電機は、その冷却が外扇による通風とフレームの放熱に依存する。

その結果、軸受の冷却が十分ではない場合もあり、軸受の温度が高くなった場合、潤滑に用いられるグリースの寿命に大きく影響し、寿命を短くするだけではなく、焼き付などの損傷に直接至ることもある。特に最近の回転電機では小形化の要求が高まることで、熱密度が高くなる傾向にあることから、これらの不具合を防止することは重要な課題である。

特許文献1では、軸と供回りする円盤状の放熱フィンを取り付けて放熱する構造となっており、保護カバーに設けた通風孔から外気を取入れて冷却を行なっている。特許文献２では、回転する軸受けカラーに設けた羽根により、カバーに設けた通気孔を通じて外気を強制的に循環して冷却している。

実開昭５９−１２２７５８号公報特開平１０−２３７１２号公報

しかしながら、特許文献1、２ともに、通風孔から外気を取入れて循環し、別な通風孔から外に排気することで冷却している構造上、通風孔から外気とともに浸水の恐れがあるため、軸貫通部の防水性で問題がある。また、外気を取入れた循環通風は、軸受周辺に通風用の空間が必要となって小形化が困難である。

本発明は上記課題に鑑み、防水を目的とした円盤状の部材にファンの機能と放熱機能を持たせることにより、小形で防水構造を形成しつつ、軸受の冷却を行なえる信頼性の高い回転電機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、ハウジング及びエンドブラケットにて覆われた空間に固定子と、この固定子に対向して配された回転子とを有し、この回転子に固定された回転軸が前記エンドブラケットの外に突出し、回転軸の突出部分に供回りするように固定された防水用の円盤状の部材を有する全閉構造の回転電機において、
前記円盤状の部材は、前記エンドブラケットの外側に位置して外面が外気に晒されると共に、エンドブラケットとの間にラビリンス構造を形成し、かつ円盤状の部材の内面には、回転によって前記エンドブラケットと前記円盤状の部材との間に形成された空間内の空気を攪拌する羽根が設けられたことを特徴とする。

また、上記記載の回転電機において、前記回転軸と供回りするよう固定された円盤状の部材の材質が、金属または樹脂で形成されたことを特徴とする。

また、上記記載の回転電機において、前記回転軸と供回りするよう固定された円盤状の部材とエンドブラケットの間に浸水した水などの液体を排水出する前記エンドブラケットまたはそれに取り付けた別部材に排水溝を有したことを特徴とする。

さらに、上記目的を達成するため、本発明は、ハウジング及びエンドブラケットにて覆われた空間に固定子と、この固定子に対向して配された回転子とを有し、この回転子に固定された回転軸が前記空間より突出し、その突出部分からの浸水による機能低下や故障を防止するために、回転軸と供回りするように固定された円盤状の部材を有する構造の回転電機において、その円盤状の部材がエンドブラケットとの間にラビリンス構造を形成し、回転電機に有害な浸水を防止するのと同時に、円盤状の部材の内面には回転によって前記空間へ向けて送風する事が可能な羽根が設けられ、主に軸受部分を効果的に冷却できる構造としたことを特徴とする。

本発明によれば、寿命や回転電機の使用される環境からの影響が少なく、回転電機内部への浸水を防止できるのと同時に、軸受を効果的に冷却することによってその寿命を長くでき、小形でも信頼性の高い回転電気を提供する事が出来る。

本発明実施例の回転電機の構造図。同じく実施例の回転電機の軸貫通部周辺の構造図。同じく実施例の円盤状部材の正面図。他の実施例のラビリンス構造図。さらに他の実施例の円盤上部材の正面図。

図１を用い、本発明の実施例による回転電機の全体構成について説明する。ハウジング１は鋳鉄、アルミ、薄鋼板などによりほぼ筒状に形成されており、回転電機の外被を構成している。しばしば冷却性能の向上の目的から、ハウジング１の外周に放熱フィン１aが設けられることがある。エンドブラケット２Ａ、２Ｂはハウジング１の両側の開口部にそれぞれインロー嵌合などを用いて取付けられ、ハウジングとエンドブラケットで空間される。

固定子３は、固定子鉄心３ａと固定子コイル３ｂとから構成され、ハウジング１の内周部に嵌合して固定されている。固定子鉄心３ａは珪素鋼板などの薄板を複数枚積層して形成され、固定子コイル３ｂは固定子鉄心３ａに複数形成されたスロット部に巻回されている。回転子５は積層鉄心５ａと導体バーとともに一体成形されたエンドリング７ｂ，７ｃとによって構成されている。また、エンドリング７ｂ、７ｃの端面には、一体成形された内扇７ａが設けられ、回転電機庫内の空気循環を行って回転電機の冷却に寄与している。

回転子５は回転軸６の外周部において、固定子２と対向位置に取り付けられ、回転軸６の両端はエンドブラケット２Ａ、２Ｂに対してそれぞれ軸受４Ａ、４Ｂを介して、回転自在に保持されている。また、回転軸６は、一端部がエンドブラケット２Ａを挿通して外部に突き出し出力軸となっており、他端部がエンドブラケット２Ｂを挿通して外扇ファン（外部冷却扇）８が装着される。外扇ファン８は、回転軸６に固定されているため、回転軸６の回転と同調して回転し、通常、鋳鉄、アルミ合金などの金属に加え、樹脂の射出成形などによって製造される。

エンドカバー９は上記外扇８を覆っており、その一側面には外気を取り込む開口部９ａが形成され、他端がエンドブラケット２Ｂ及びハウジング１の外径部との間に、径方向の隙間９ｂを形成するようにエンドブラケット２Ｂに取付けられる。

図２に、上記構造における、軸両端の軸貫通部の詳細を示す。回転軸６のエンドブラケット２Ａの外部に突き出している出力軸には、供回りが可能なように固定された防水用の円盤状部材１０が取付けられる。なお、エンドブラケット２Ｂの外部に突き出している回転軸６にも、供回りが可能なように固定された円盤状部材１０が取付けられる。円盤状部材１０は、エンドブラケット２Ａ、２Ｂの外側に位置して外面が外気に晒されている。また、円盤状部材１０は金属を加工や、ダイカストによって製作するほか、回転電機の使用環境に応じて樹脂を成形して製作することも可能である。外気への放熱の点からは金属の方が優れている。

この円盤状部材１０の内側とエンドブラケット２Ａ、２Ｂの外側の間には、外部からの浸水を最小限にするためのラビリンス構造部１２が設けられる。ラビリンス構造部１２は、回転電機の大きさや浸水を防止する程度に応じて、曲がりの箇所数を決定する。またこのラビリンス構造部１２の隙間は、回転軸６の軸方向の多少の移動があっても、エンドブラケット２Ａ、２Ｂと円盤状部材１０が干渉しない最小限の隙間とすることが重要である。このラビリンス構造部１２に水が入った場合は、エンドブラケット２Ａ、２Ｂに鉛直下向きに設けられた排水溝１３から排水される。これによって回転電機庫内への浸水を防止する。

また、円盤状部材１０の内面には、図３に示すように、放射上に伸びるフィン（羽根）１１が設けられ、円盤状部材１０の回転によって軸受４Ａ，４Ｂに向けて矢印方向に送風され、軸受と円盤状部材１０の内面で囲まれる僅かな空間の空気を掻き回す。フィン１１の大きさは出来るだけ大きくすることが望ましく、フィン１１の枚数とあわせて最適な組み合わせを選択する。フィン１１は、上記僅かな空間の空気を掻き回すことにより、軸受４Ａ，４Ｂの熱が伝熱され温度が上昇する。フィン１１は円盤状部材１０の内面に一体で形成され、熱が円盤状部材１０に伝熱され、円盤状部材１０の外面から外気に放熱されるように形成される。

上記軸受４Ａ，４Ｂと円盤状部材１０の内面で囲まれる空間は、ラビリンス構造部１２のために外気が流通し難い小さな空間であるが、フィンの回転による送風で内部空気が攪拌され、軸受４Ａ，４Ｂで発生した熱がフィン１１に伝熱され、さらにフィン１１から円盤状部材１０に伝熱されて、円盤状部材１０の外面から外気に放熱される。このように、円盤状部材１０の回転によって、狭い空間の軸受部分の冷却を向上させる事ができる。これは、熱密度の高くなる小形の回転電機の冷却に有効である。

一般に、防水性を良くすると放熱性が犠牲になり、放熱性を良くすると防水性が犠牲になるが、上記構成によれば、防水を目的とした円盤状部材１０にファンの機能と放熱機能を持たせることにより、防水性と放熱性の相反する要求を同時に満足させることができる。

ラビリンス構造部１２を形成するには、図２ではエンドブラケット２Ａ、２Ｂ側に凹凸の加工を施しているが、ダイカストなどの高精度の加工ではコストが高いので、これを用いずに安価に設けることも出来る。図４に示すように、薄鋼板などに凹凸加工を施した単体の別部材１４をエンドブラケット２Ａ、２Ｂに取付けて形成し、この別部材１４に円盤状部材１０を嵌合させるようにする。また、別部材１４には鉛直下向きに設けられた排水溝１３（図示せず）が設けられる。

図３に示す円盤状部材１０では、フィン１１の形状は、放射状に伸びる直線に伸びているが、これは回転電機の回転方向が両方向に対応している。もし、回転電機の回転方向が一方方向に限定される場合（ポンプ、送風機など）は、フィンの形状を図５のように回転方向にひねり１１ａを加えることで、軸受４Ａ、４Ｂへ向けた冷却風量を増加させ、冷却性能を向上させることができる。

１…ハウジング、１ａ…放熱フィン、２Ａ、２Ｂ…エンドブラケット、３…固定子、３ａ…固定子鉄心、３ｂ…固定子コイル、４Ａ、４Ｂ…軸受、５…回転子、５ａ…回転子鉄心、６…回転軸、７ａ…内扇、７ｂ、７ｃ…エンドリング、８…外扇ファン、８ａ…外扇ファン羽根部、９…エンドカバー、９ａ…エンドカバー空気吸い込み口、９ｂ…エンドカバー空気吐き出し口、１０…円盤状部材、１１…円盤状部材内面に設けられたフィン（羽根）、１２…ラビリンス構造部、１３…排水溝、１４…ラビリンス構造の別部材。

Claims

ハウジング及びエンドブラケットにて覆われた空間に固定子と、この固定子に対向して配された回転子とを有し、この回転子に固定された回転軸が前記エンドブラケットの外に突出し、回転軸の突出部分に供回りするように固定された防水用の円盤状の部材を有する全閉構造の回転電機において、
前記円盤状の部材は、前記エンドブラケットの外側に位置して外面が外気に晒されると共に、エンドブラケットとの間にラビリンス構造を形成し、かつ前記円盤状の部材の内面には、回転によって前記エンドブラケットと前記円盤状の部材との間に形成された空間内の空気を攪拌する羽根が設けられたことを特徴とする全閉構造の回転電機。
請求項1に記載の全閉構造の回転電機において、前記回転軸と供回りするよう固定された円盤状の部材の材質が、金属または樹脂で形成されたことを特徴とする全閉構造の回転電機。
請求項1に記載の全閉構造の回転電機において、前記回転軸と供回りするよう固定された円盤状の部材とエンドブラケットの間に浸水した水などの液体を排水出する前記エンドブラケットまたはそれに取り付けた別部材に排水溝を有したことを特徴とする全閉構造の回転電機。