JP6568923B2 - 全閉外扇形回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、全閉外扇形回転電機に関する。

全閉外扇形回転電機は、回転子、固定子を備えており、さらに、通常は冷却器も備えている。回転子のロータシャフトの一端（反結合側）には、通常、外扇が設けられている。外扇により駆動された外気は、冷却器の軸方向に延びた冷却管のそれぞれの一方の開口から冷却管内に流入し、他方の開口から外部に流出する。

全閉外扇形回転電機においては、フレームと冷却器カバーとで閉空間を形成している。冷却管はこの閉空間内を貫通しており、冷却管の外側は、閉空間の雰囲気である。通常は、空気などの冷却用気体がこの閉空間内を循環する。

冷却管内を通過する外気は、冷却管の外側の冷却用気体を冷却する。冷却用気体は、回転子鉄心、固定子鉄心および固定子巻線等を冷却する。

特開平７−２１３０１８号公報 特開平９−２７５６６３号公報

冷却管内を流れて冷却用気体を冷却する外気は、外扇カバーに設けられた外気取り入れ口から流入し、外扇カバー内で、外扇により冷却管に圧送され冷却管内を通過する。

ここで、外気の流量が大きくなるほど、冷却器における冷却能力は増大するが、外気の流れによる騒音も増大する。騒音の原因としては、外扇による風切り音と、外気が冷却管に流入する際の管板に衝突する音などがある。回転電機が２極機の場合は、特にロータシャフトの回転数が大きいため、外扇の回転数も大きく、外扇による風切り音が大きくなる。このため、騒音を所定の値以下に抑制する必要がある。このように、冷却能力の確保と、騒音の抑制とは、トレードオフの関係にある。

このため、回転電機の組み立て後の試験において、上昇温度や騒音値が規定値を超えた場合には、冷却能力の確保と騒音の抑制の両者を同時に成立の両者を簡単に満足させる方法がなく、回転電機を分解して、改造する等の作業が発生した。この結果、追加コストの発生、納期遅延の発生等の問題があった。

騒音を低減させる技術として、外扇の径方向外側から冷却器に導く流路を工夫した技術（特許文献１参照）、あるいは、外扇の吐出側でジェットファン作用をもたらす構成とした技術（特許文献２参照）などの例がある。

これらの例は、いずれも、外扇の下流側の流路に関するものであり、外扇カバー内の構造が複雑になる。また、騒音の低減と冷却能力の確保・向上という互いに相反する事象のバランスを図る上での調整が困難である。

そこで、本発明は、全閉外扇形回転電機の冷却能力の向上と騒音の低減とのバランスを図る上で容易な調整を可能と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、回転軸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、前記固定子鉄心内を前記回転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とを収納するフレームと、前記回転子鉄心を挟んで前記回転軸方向の両側で前記ロータシャフトを支持する結合側軸受および反結合側軸受と、前記結合側軸受および前記反結合側軸受のそれぞれを固定支持し前記フレームの前記回転軸方向の両側に接続する結合側軸受ブラケットおよび反結合側軸受ブラケットと、前記回転軸方向に延びて互いに並列に配された複数の冷却管と、前記冷却管を収納し前記フレーム、前記結合側軸受ブラケットおよび前記反結合側軸受ブラケットとともに閉空間を形成する冷却器カバーと、を有する冷却器と、前記結合側軸受と前記反結合側軸受との間で前記ロータシャフトに取り付けられて前記閉空間内の冷却用気体を駆動する内扇と、前記ロータシャフトの前記反結合側軸受の軸方向の外側に取り付けられて前記冷却管の内部に外気を供給する外扇と、流入口の面積を微調整可能でありこれにより前記外扇の流量を微調整可能に調節する外気流量調整装置と、を備え、前記外気流量調整装置は、前記外扇の軸方向外側に前記外扇と同軸に設けられ軸方向の両端は開放された円筒状部材を有し、前記流入口は前記円筒状部材の側面に形成されてい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冷却能力の向上と騒音の低減とのバランスを図る上で容易な調整が可能となる。

第１の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。 第１の実施形態に係る全閉外扇形回転電機の外気流量調整装置の構成を示す縦断面図である。 第１の実施形態に係る全閉外扇形回転電機の外気流量調整装置の調整筒の構成を示す斜視図である。 第２の実施形態に係る全閉外扇形回転電機の外気流量調整装置の構成を示す縦断面図である。 第２の実施形態に係る全閉外扇形回転電機の外気流量調整装置の構成を示す斜視図である。

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。

［第１の実施形態］
図１は、第１の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１００は、回転子１０、固定子２０、フレーム４０、冷却器６０を有する。

回転子１０は、軸方向に延びたロータシャフト１１と、ロータシャフト１１の径方向外側に取り付けられた回転子鉄心１２とを有する。ロータシャフト１１は、その一方の端部に、結合対象（図示せず）と結合するための結合部１１ａを有する。結合対象は、全閉外扇形回転電機１００が電動機の場合はたとえばファンやポンプなどの駆動対象回転機器であり、全閉外扇形回転電機１００が発電機の場合はたとえばタービンなどの原動機である。以下、結合部１１ａに向かう方向あるいは結合部１１ａに近い場合を結合側、結合側の反対側を反結合側と呼ぶこととする。

ロータシャフト１１は、回転子鉄心１２を挟んだ軸方向の両側を、結合側軸受３０ａおよび反結合側軸受３０ｂにより回転可能に支持されている。ロータシャフト１１の結合側軸受３０ａと回転子鉄心１２との間には、内扇５１ａが取り付けられている。また、ロータシャフト１１の反結合側軸受３０ｂと回転子鉄心１２との間には、内扇５１ｂが取り付けられている。

固定子２０は、回転子鉄心１２の径方向外側に設けられた円筒状の固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１の径方向内側表面近傍に形成された複数のスロット（図示せず）を貫通する固定子巻線２２とを有する。

フレーム４０は、固定子２０の径方向外側に設けられ、回転子鉄心１２および固定子２０を収納する。フレーム４０の軸方向の両端には、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が取り付けられている。結合側軸受ブラケット４５ａは結合側軸受３０ａを支持し、反結合側軸受ブラケット４５ｂは反結合側軸受３０ｂを支持する。

冷却器６０は、フレーム４０の上方に設けられ、フレーム４０に搭載されている。冷却器６０は、互いに並列に軸方向に延びた複数の冷却管６１、冷却管６１の両端を支持する端板６２ａ、６２ｂ、および冷却管６１を収納する冷却器カバー６３を有する。

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、冷却器カバー６３、および端板６２ａ、６２ｂは、互いに相俟って閉空間４０ａを形成する。閉空間４０ａ内には、回転子１０および固定子２０を冷却するための冷却用気体が満たされている。

冷却器カバー６３内の空間とフレーム４０内の空間は、冷却器入口開口６４および２つの冷却器出口開口６５ａ、６５ｂで互いに連通している。冷却器入口開口６４は、フレーム４０の、固定子２０の上方の部分に形成されている。冷却器出口開口６５ａおよび冷却器出口開口６５ｂは、フレーム４０の、それぞれ、内扇５１ａおよび内扇５１ｂの上方の部分に形成されている。

冷却器カバー６３内には、その底部からその上部の上部連通空間６７を除く高さまで延びて、冷却器カバー内の上部連通空間６７を除く空間を軸方向に区切るガイド板６６ａおよびガイド板６６ｂが軸方向に互いに間隔をおいて設けられている。

内扇５１ａおよび内扇５１ｂにより圧送された冷却用気体は、回転子１０および固定子２０を冷却した後、固定子鉄心２１から上方に流出し、冷却器入口開口６４を経て冷却器６０に流入する。冷却器６０に流入した冷却用気体は、冷却管６１内の冷却媒体である外気と熱交換し冷却されながら冷却管６１の外側を通過し、ガイド板６６ａとガイド板６６ｂの間を上昇する。

上部連通空間６７に流出した冷却用気体は、軸方向に互いに反対側に分かれて、端板６２ａとガイド板６６ａとの間、および端板６２ｂとガイド板６６ｂとの間をそれぞれ、冷却管６１内の冷却媒体である外気と熱交換し冷却されながら、下降し、それぞれ、冷却器出口開口６５ａおよび冷却器出口開口６５ｂから流出し、フレーム４０内に戻り、ふたたびそれぞれ内扇５１ａおよび内扇５１ｂに流入する。

ロータシャフト１１の、反結合側軸受３０ｂの軸方向外側の部分に、外扇５５が取り付けられている。外扇５５は、外扇カバー５６に収納されている。外扇カバー５６には、外扇５５に外気が流入するための通気孔５６ａが形成されている。また、外扇５５により駆動された外気が、冷却管６１のそれぞれの内側に流入するように、外扇カバー５６の外扇５５の下流側部分は、端板６２ｂと接続している。

外扇カバー５６に形成された通気孔５６ａには、外扇５５に流入する外気の量を調整可能とする外気流量調整装置７０が設けられている。

外気は、外気流量調整装置７０から外扇５５に流入し、外扇カバー５６内を通過し、端板６２ｂに到達する。端板６２ｂに到達した外気は、端板６２ｂで開口している各冷却管６１内に流入し、冷却管６１内で管外の冷却用気体から熱を受け温度上昇しながら冷却管６１を通過した後、端板６２ａでの開口から冷却器外に流出する。

図２は、第１の実施形態に係る全閉外扇形回転電機の外気流量調整装置の構成を示す縦断面図である。外気流量調整装置７０は、流入筒７１および調整筒７２を有する。

流入筒７１は、円筒状であり、外表面には、一方の端部から軸方向の途中まで、おねじが形成されている。流入筒７１の他方の端部は、外扇カバー５６の通気孔５６ａの周囲の部分に結合している。

調整筒７２は、円筒状であり、一方の端部にはめねじリング７５が同心に取り付けられ、他方の端部には、円形の端板７３が取り付けられている。めねじリング７５は、環状で、めネジが形成されている。めねじリング７５は、流入筒７１と螺合する。端板７３の内側、すなわち調整筒７２に対向する側の面には、吸音部材７４が取り付けられている。

図３は、調整筒の構成を示す斜視図である。調整筒７２は、全体を円筒形状に維持する構造要素とゴミ等を除去する網７２ｄを有する。構造要素は、端部環７２ａ、７２ｂおよびこれらを結合する複数の連結棒７２ｃを有する。なお、図３では、網７２ｃの手前の部分の図示を省略している。

以上のように構成された本実施形態の外気流量調整装置７０においては、調整筒７２を軸回り、すなわち周方向に回転させることにより、網７２ｃの部分と流入筒７１との重複する長さＬ（図２）が変化する。すなわち、外気が流入可能な流入口９０の長さＨ（図２）が変化し、流入口９０の面積が変化する。ここで、流入口９０とは、外気が通過できる各部分の断面の全体を言うものとする。また、流入口９０の面積とは、各流入口９０の面積の合計を意味するものとする。このような構成により、ねじによって回転を軸方向の移動に変換するため、流入口９０の面積の微調整が可能である。

また、外気の流量の調整場所の近傍に吸音部材７４が設けられていることから、騒音の発生を有効に低減することができる。

以上のように、本実施形態により、全閉外扇形回転電機の冷却能力の向上と騒音の低減とのバランスを図る上での調整が容易となる。

［第２の実施形態］
図４は、第２の実施形態に係る全閉外扇形回転電機の外気流量調整装置の構成を示す縦断面図である。また、図５は、外気流量調整装置の構成を示す斜視図である。本第２の実施形態における外気流量調整装置８０は、流入筒８１および調整筒８２を有する。

流入筒８１は、円筒状であり、一方の端部は、外扇カバー５６の通気孔５６ａの周囲の部分に結合している。流入筒８１の他方の端部に近い部分には、周方向に互いに間隔をあけて複数の四角形の流入筒開口８１ａが形成されている。それぞれの流入筒開口８１ａは、軸方向および円周方向のある部分角度に拡がっている。なお、流入筒開口８１ａの数は一つでもよい。

調整筒８２は、円筒状であり、一方の端部に取り付けられた端板８４を有する。端板８４の内側、すなわち流入筒８１に対向する側の面には、吸音部材８５が設けられている。調整筒８２の側面には、周方向に互いに間隔をあけて、複数の四角形の調整筒開口８２ａが形成されている。なお、調整筒開口８２ａの数は一つでもよい。

調整筒８２は、流入筒８１の端部を含めた軸方向の一部を覆うように軸回りに回転可能に取り付けられている。調整筒８２が流入筒８１から抜け落ちないように、調整筒８２の端部には、環状の平板である支持部材８３が取り付けられており、流入筒８１には、支持部材８３とスライド可能に嵌合する溝８１ｂが全周にわたり形成されている。

流入筒開口８１ａと調整筒開口８２ａの重複部が、流入口９１を形成する。

なお、流入筒開口８１ａおよび調整筒開口８２ａの形状は、四角形の場合を示したが、これに限定されない。互いの周方向のそれぞれの角度の相対位置に対応して、流入筒開口８１ａおよび調整筒開口８２ａの重複部の面積が、安定して細かく変化するものであれば、三角形や楕円形あるいはその他の他の形状でもよい。また、流入筒開口８１ａの形状と調整筒開口８２ａの形状とが異なっていてもよい。

また、調整筒開口８１ａが複数ある場合に、調整筒開口８１ａのそれぞれの周方向の角度位置を、流入筒開口８２ａの対応するものとの角度位置の関係を、それぞれ、順次ずらすことにより、さらに、細かい調整が可能となる。

なお、流入筒開口８１ａまたは流入筒開口８２ａのいずれか一方に、ゴミ等を除去するための網を取付けてもよい。

以上のように形成された本実施形態の外気流量調整装置８０においては、調整筒８２を回転させることにより、流入口９１の面積が変化するため、全閉外扇形回転電機の冷却能力の向上と騒音の低減とのバランスを図る上での調整が容易となる。

［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、実施形態においては、横置型の回転電機の場合を例にとって示したが、立置型の場合であってもよい。また、実施形態においては、２台の内扇が設けられている場合を例にとって示したが、内扇が１台の場合であってもよい。

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、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、４５ａ…結合側軸受ブラケット、４５ｂ…反結合側軸受ブラケット、５１ａ、５１ｂ…内扇、５５…外扇、５６…外扇カバー、５６ａ…通気孔、６０…冷却器、６１…冷却管、６２ａ、６２ｂ…端板、６３…冷却器カバー、６４…冷却器入口開口、６５ａ、６５ｂ…冷却器出口開口、６６ａ、６６ｂ…ガイド板、６７…上部連通空間、７０…外気流量調整装置、７１…流入筒、７２…調整筒（円筒状部材）、７２ａ、７２ｂ…端部環、７２ｃ…連結棒、７２ｄ…網、７３…端板、７４…吸音部材、７５…めねじリング、８１…流入筒、８１ａ…流入筒開口、８１ｂ…溝、８２…調整筒（円筒状部材）、８２ａ…調整筒開口、８３…支持部材、８４…端板、８５…吸音部材、９０、９１…流入口、１００…全閉外扇形回転電機

Claims (4)

1. 回転軸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、前記固定子鉄心内を前記回転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とを収納するフレームと、
   前記回転子鉄心を挟んで前記回転軸方向の両側で前記ロータシャフトを支持する結合側軸受および反結合側軸受と、
   前記結合側軸受および前記反結合側軸受のそれぞれを固定支持し前記フレームの前記回転軸方向の両側に接続する結合側軸受ブラケットおよび反結合側軸受ブラケットと、
   前記回転軸方向に延びて互いに並列に配された複数の冷却管と、前記冷却管を収納し前記フレーム、前記結合側軸受ブラケットおよび前記反結合側軸受ブラケットとともに閉空間を形成する冷却器カバーと、を有する冷却器と、
   前記結合側軸受と前記反結合側軸受との間で前記ロータシャフトに取り付けられて前記閉空間内の冷却用気体を駆動する内扇と、
   前記ロータシャフトの前記反結合側軸受の軸方向の外側に取り付けられて前記冷却管の内部に外気を供給する外扇と、
   流入口の面積を微調整可能でありこれにより前記外扇の流量を微調整可能に調節する外気流量調整装置と、
   を備え、
   前記外気流量調整装置は、前記外扇の軸方向外側に前記外扇と同軸に設けられ軸方向の一方の端部が閉止された円筒状部材を有し、前記流入口は前記円筒状部材の側面に形成されていることを特徴とする全閉外扇形回転電機。
2. 前記外気流量調整装置は、
   外面におねじの形成された流入筒と、
   前記流入筒と螺合するめねじリングと、
   前記めねじリングと一方の端部が接続し、側部に網状の開口が形成されている前記円筒状部材としての調整筒と、
   前記一方の端部の反対側の他方の端部を閉止する端板と、
   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. 前記外気流量調整装置は、
   側面に周方向に互いに間隔を以て形成された流入筒開口が形成され、外側面の全周に溝の形成された流入筒と、
   前記流入筒と同軸に配されて前記溝に嵌合して中心軸回りに回転可能に構成され側面に調整筒開口が形成された前記円筒状部材としての調整筒と、
   を具備し、
   前記流入筒開口と前記調整筒開口の相互の周方向角度の差によって、前記流入筒開口と前記調整筒開口とが重なることにより前記流入口の面積が変化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。
4. 前記外気流量調整装置の前記外扇との反対側は閉止され、吸音部材が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の全閉外扇形回転電機。

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