JP6389483B2

JP6389483B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP6389483B2
Application number: JP2016018904A
Authority: JP
Inventors: 克成劉; 仁中川
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2016-02-03
Filing date: 2016-02-03
Publication date: 2018-09-12
Anticipated expiration: 2036-02-03
Also published as: JP2017139880A

Description

本発明は、他力冷却ファンを有する回転電機に関する。

回転電機は、その冷却を、自らの回転軸に取り付けた冷却ファンにより行う自己冷却型による場合と、別箇に駆動するファンにより行う他力冷却型による場合とがある。

他力冷却による回転電機は、低速域でかつトルクが大きな運転条件を有する場合などに採用される。この他力冷却による回転電機においては、他力冷却ファンの部分は、たとえば、回転電機のフレームに取り付けられた外扇カバーに連結させて用いられる。

特開２００１−２５１８０７号公報

他力冷却による回転電機においては、他力冷却ファンの部分と回転電機のフレームとの連結は、通常、フランジで結合する。

近年、インバータ駆動の電動機などの普及とともに、他力冷却ファンの共振の抑制が、課題となっている。すなわち、他力冷却ファンの１次固有振動数が、回転電機のロータシャフトの回転周波数Ｎあるいはこの２倍周波数２Ｎ、または軸受からの加振周波数と共振する現象が発生するという問題がある。

そこで、本発明は、他力冷却ファンを有する回転電機において、共振の発生による振動を低減することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明に係る回転電機は、回転軸まわりに回転可能に軸支され軸方向に延びたロータシャフトと、そのロータシャフトに固定された回転子鉄心とを有する回転子と、前記ロータシャフトの軸方向の前記回転子鉄心を挟んだ位置にそれぞれ配設され、前記ロータシャフトを支持する第１軸受および第２軸受と、前記回転子鉄心の径方向外側に配されて固定子鉄心と前記固定子鉄心に巻回された固定子コイルとを有する固定子と、前記第１軸受を支持する第１軸受ブラケットおよび前記第２軸受を支持する第２軸受ブラケットと、前記回転子鉄心および前記固定子を収納し、前記第１軸受ブラケットおよび前記第２軸受ブラケットとともに密閉空間を形成するフレームと、前記第１軸受ブラケットおよび前記第２軸受ブラケットの一方を囲むように設けられ接続用のカバーフランジを有し前記フレームの側部との間に間隙が形成されたカバーと、前記カバーに搭載されて吸い込み口および吐き出し口が形成され、前記吐き出し口を形成し前記カバーフランジと結合するフードフランジを有するフードと、前記フード内に固定され前記吸い込み口から冷却用空気を吸引して前記カバーフランジを経由して前記カバー内に冷却用空気を供給する他力冷却ファンと、前記他力冷却ファンを駆動する駆動部と、前記カバーフランジと前記フードフランジの互いの対向面に沿った複数個所において、エネルギー吸収部材を介して可変な結合剛性で前記カバーフランジと前記フードフランジとを結合する結合部と、を備え、前記結合部は、前記カバーフランジと前記フードフランジとの対向面に介在し振動エネルギーを吸収する中間緩衝部材と、前記カバーフランジと前記フードフランジとの対向面に沿って複数個所に形成された貫通孔のそれぞれを貫通するボルトと、前記ボルトを締め付けるナットと、前記カバーフランジおよび前記フードフランジのいずれか一方と前記ボルトとの間に設けられ振動エネルギーを吸収するボルト側緩衝部材と、前記カバーフランジおよび前記フードフランジの残りの一方と前記ナットとの間に設けられ振動エネルギーを吸収するナット側緩衝部材と、を有し、前記ボルトと前記ナットによる締め付け力により前記カバーフランジと前記フードフランジとの結合の剛性が可変に構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、他力冷却ファンを有する回転電機において、共振の発生による振動を低減することができる。

実施形態に係る回転電機の構成を示す立断面図である。実施形態に係る回転電機の冷却ファン装置の取り付け部の詳細を示す部分縦断面図である。従来の冷却ファン装置の取り付け部の詳細を示す部分縦断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る回転電機について説明する。図１は、実施形態に係る回転電機の構成を示す立断面図である。回転電機１００は、回転子１０、固定子２０、フレーム３０、カバー３５、および冷却ファン装置４０を有する。

回転子１０は、回転可能に軸支され回転軸方向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円筒状の回転子鉄心１２を有する。固定子２０は、固定子鉄心２１および固定子コイル２２を有する。固定子鉄心２１の径方向内側は、回転子鉄心１２の径方向外側に対向する。

ロータシャフト１１は、両端を第１軸受１５および第２軸受１６により支持されている。第１軸受１５は、第１軸受ブラケット３１により支持され、第２軸受１６は、第２軸受ブラケット３２により支持されている。

第１軸受ブラケット３１、第２軸受ブラケット３２、およびフレーム３０は、互いに相俟って密閉空間３４を形成する。第１軸受ブラケット３１を囲むように、カバー３５が設けられている。カバー３５と、第１軸受ブラケット３１の端部およびフレーム３０との間には間隙３５ｂが形成され、カバー３５内の空気は、この間隙３５ｂを通過して、フレーム３０の外側を流れることができる。カバー３５には、空気の流入孔であるカバー吸い込み口３５ａが形成されている。カバー吸い込み口３５ａには、カバーフランジ３６が設けられている。

冷却ファン装置４０は、カバー３５に搭載されている。冷却ファン装置４０は、他力冷却ファン４１、他力冷却ファン４１を駆動する駆動部４２、他力冷却ファン４１を収納するフード４３を有する。フード４３には、吸い込み口４３ａおよび吐き出し口４３ｂが形成されている。吐き出し口４３ｂにはフードフランジ４４が設けられている。駆動部４２は、たとえば電動機である。

以上のように、実施形態に係る回転電機１００においては、回転子１０の回転速度に関わらず、冷却ファン装置４０によりフレーム３０の側部に冷却用空気が供給される。なお、フレーム３０内は、図示していないが、たとえば、ロータシャフト１１に取り付けられたファンにより密閉空間３４内の気体が循環する。密閉空間３４内の気体は、発熱部から熱を除去し、フレーム３０内壁に移動し、フレーム３０においてフレーム３０側面を流れる冷却用空気と熱交換する。このように、安定してフレーム３０の外部からフレーム３０内を冷却することができる。

図２は、実施形態に係る回転電機の冷却ファン装置の取り付け部の詳細を示す部分縦断面図である。カバーフランジ３６とフードフランジ４４とは、結合部５０で結合されている。結合部５０は、ボルト５１、ナット５２、中間緩衝部材５３、ボルト側緩衝部材５４、およびナット側緩衝部材５５を有する。中間緩衝部材５３は、カバーフランジ３６とフードフランジ４４の対向面の間に沿って全周にわたり設けられている。

ボルト５１は、カバーフランジ３６とフードフランジ４４の対向部分に間隔をおいてそれぞれに形成されたカバーフランジ貫通孔３６ａおよびフードフランジ貫通孔４４ａの部分を貫通して配されている。ボルト５１の先端部分にはナット５２が取り付けられている。ナット５２は、たとえばダブルナットであることが望ましい。

カバーフランジ貫通孔３６ａとフードフランジ貫通孔４４ａは、それぞれ、フランジ面の広がり方向について同一箇所に同一の口径で形成されている。カバーフランジ貫通孔３６ａおよびフードフランジ貫通孔４４ａの内面と、ボルト５１の外面との間には、環状の間隙が形成されている。

中間緩衝部材５３、ボルト側緩衝部材５４、およびナット側緩衝部材５５のそれぞれについて、カバーフランジ貫通孔３６ａとフードフランジ貫通孔４４ａが形成されている位置にボルト５１の貫通する貫通孔が形成されているが、それらの内径は、ボルト５１のねじ山とのクリアランスが無い状態で、表面が接触していてもよい。

ボルト５１の貫通部では、ボルト５１の頭部５１ａとフードフランジ４４間には、ボルト側緩衝部材５４が設けられている。ボルト側緩衝部材５４は、フードフランジ貫通孔４４ａの内面とボルト５１の外面との間の環状の間隙の内部まで延びた貫通孔挿入部５４ａを有する。

また、ナット５２とカバーフランジ３６間には、ナット側緩衝部材５５が設けられている。ナット側緩衝部材５５は、カバーフランジ貫通孔３６ａの内面とボルト５１の外面との間の環状の間隙の内部まで延びた貫通孔挿入部５５ａを有する。

中間緩衝部材５３、ボルト側緩衝部材５４およびナット側緩衝部材５５は、それぞれ、粘性および弾性を有する粘弾性体である。粘弾性体としては、ゴムを使用できる。あるいは、ゴムと同様に、減衰性すなわちエネルギー吸収性を有する物ならゴムに限定されない。また、衝撃吸収用のゴムを使用してもよい。

なお、図２では、フードフランジ４４側にボルト５１の頭部がある場合を示しているが、逆でもよい。すなわち、カバーフランジ３６側にボルト５１の頭部が有る場合でもよい。

図３は、従来の冷却ファン装置の取り付け部の詳細を示す部分縦断面図である。本発明による結合部５０を従来の結合部と比較すると、中間緩衝部材５３、ボルト側緩衝部材５４およびナット側緩衝部材５５が設けられている点が異なる。

従来の結合部では、ボルト５１とナット５２とは、通常、トルク管理のもとに所定の締結度合で結合されている。すなわち、所定のトルク値で結合された状態の場合のみである。

一方、本発明による結合部５０では、ボルト５１とナット５２とを締め付けの程度を変化させると、締め付け度合いに応じて、粘弾性体である中間緩衝部材５３、ボルト側緩衝部材５４およびナット側緩衝部材５５の厚みが変化する。粘弾性体の厚みが変化すると、粘弾性体の剛性が変化し、結合部５０の剛性が変化する。

また、フードフランジ貫通孔４４ａとボルト５１間の環状の間隙内のボルト側緩衝部材５４、およびカバーフランジ貫通孔３６ａとボルト５１間の環状の間隙内のナット側緩衝部材５５についても同様に、粘弾性体の厚みが変化すると、粘弾性体の剛性が変化し、結合部５０の剛性が変化する。

この結果、冷却ファン装置４０の固有振動数が変化する。

図３に示す従来の結合方式においては、結合部の剛性は十分大きく他力冷却ファンの固有周波数は、たとえば十分に高い５０Ｈｚの振動数である。このため、回転電機１００の回転による振動はほとんど減衰することなく他力冷却ファンに伝達される。このため、回転子１０の回転周波数が５０Ｈｚあるいは２５Ｈｚに至ると、他力冷却ファンとの共振が発生することになる。

一方、図２に示す本実施形態においては、結合部５０の剛性を調節することが可能であり、冷却ファン装置４０の固有振動数を、回転電機の回転によるたとえば５０Ｈｚの加振周波数から離した周波数とすることにより共振状態を回避することが可能である。

さらに、結合部５０に用いられている中間緩衝部材５３、ボルト側緩衝部材５４、およびナット側緩衝部材５５による振動エネルギーの吸収により振動の減衰効果が得られ、仮に共振状態が発生した場合でも、共振倍率が低下する。

この結果、たとえば、他力冷却ファンの振動実測の例によれば、本実施形態による結合方式では、従来の方式に比較すると、最大振動速度（ｍｍ／ｓ）は、約２０％までに低減したという結果を得ている。このように、回転電機１００の回転子１０の運転速度（回転数）の範囲での共振の発生による振動を低減することができる。

［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、回転子１０および固定子２０は、横置きの場合を示したが、これに限定されない。たとえば、立形の回転電機についても本発明は適用できる。

また、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、１２…回転子鉄心、１５…第１軸受、１６…第２軸受、２０…固定子、２１…固定子鉄心、２２…固定子コイル、３０…フレーム、３１…第１軸受ブラケット、３２…第２軸受ブラケット、３４…密閉空間、３５…カバー、３５ａ…カバー吸い込み口、３５ｂ…間隙、３６…カバーフランジ、３６ａ…カバーフランジ貫通孔、４０…冷却ファン装置、４１…他力冷却ファン、４２…駆動部、４３…フード、４３ａ…吸い込み口、４３ｂ…吐き出し口、４４…フードフランジ、４４ａ…フードフランジ貫通孔、５０…結合部、５１…ボルト、５１ａ…頭部、５２…ナット、５３…中間緩衝部材、５４…ボルト側緩衝部材、５４ａ…貫通孔挿入部、５５…ナット側緩衝部材、５５ａ…貫通孔挿入部、１００…回転電機

Claims

回転軸まわりに回転可能に軸支され軸方向に延びたロータシャフトと、そのロータシャフトに固定された回転子鉄心とを有する回転子と、
前記ロータシャフトの軸方向の前記回転子鉄心を挟んだ位置にそれぞれ配設され、前記ロータシャフトを支持する第１軸受および第２軸受と、
前記回転子鉄心の径方向外側に配されて固定子鉄心と前記固定子鉄心に巻回された固定子コイルとを有する固定子と、
前記第１軸受を支持する第１軸受ブラケットおよび前記第２軸受を支持する第２軸受ブラケットと、
前記回転子鉄心および前記固定子を収納し、前記第１軸受ブラケットおよび前記第２軸受ブラケットとともに密閉空間を形成するフレームと、
前記第１軸受ブラケットおよび前記第２軸受ブラケットの一方を囲むように設けられ接続用のカバーフランジを有し前記フレームの側部との間に間隙が形成されたカバーと、
前記カバーに搭載されて吸い込み口および吐き出し口が形成され、前記吐き出し口を形成し前記カバーフランジと結合するフードフランジを有するフードと、
前記フード内に固定され前記吸い込み口から冷却用空気を吸引して前記カバーフランジを経由して前記カバー内に冷却用空気を供給する他力冷却ファンと、
前記他力冷却ファンを駆動する駆動部と、
前記カバーフランジと前記フードフランジの互いの対向面に沿った複数個所において、エネルギー吸収部材を介して可変な結合剛性で前記カバーフランジと前記フードフランジとを結合する結合部と、
を備え、
前記結合部は、
前記カバーフランジと前記フードフランジとの対向面に介在し振動エネルギーを吸収する中間緩衝部材と、
前記カバーフランジと前記フードフランジとの対向面に沿って複数個所に形成された貫通孔のそれぞれを貫通するボルトと、
前記ボルトを締め付けるナットと、
前記カバーフランジおよび前記フードフランジのいずれか一方と前記ボルトとの間に設けられ振動エネルギーを吸収するボルト側緩衝部材と、
前記カバーフランジおよび前記フードフランジの残りの一方と前記ナットとの間に設けられ振動エネルギーを吸収するナット側緩衝部材と、
を有し、
前記ボルトと前記ナットによる締め付け力により前記カバーフランジと前記フードフランジとの結合の剛性が可変に構成されていることを特徴とする回転電機。
前記中間緩衝部材と、前記ボルト側緩衝部材と、前記ナット側緩衝部材は、ゴム製であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。