JP7187333B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は発電機などの回転電機に係り、特に排気カバー及び吊り耳を有する構成の回転電機に関する。

直流機、同期機、誘導機などの回転電機は、構造面では回転子と固定子とによって構成され、機能面では電磁誘導の原理を利用して電機エネルギーと機械エネルギー（回転エネルギー）の相互変換を行うものである。

従来の回転電機の構成例を、図４及び図５を参照して説明する。図４は、回転電機の一つである同期機発電機の構成例を示す部分断面図であり、点線の外側は回転電機の外形、内側は断面を示している。また図５（Ａ）、（Ｂ）は、回転電機の外観斜視図である。図４に示すように、回転電機は、環状の固定子４と、固定子４の内側に設けられ固定子４に対して相対的に回転可能な回転子８と、固定子４と回転子８とを収容するフレーム９とを有している。固定子４は、固定子鉄心１と２枚の押さえ板２と固定子巻線３とによって構成され、回転子８は、磁極５及び回転子巻線６とシャフト７とによって構成されている。

シャフト７の一端側には、冷却ファン１１が取り付けられている。冷却ファン１１は、シャフト７の回転にともなって回転することにより、フレーム９の他端側（冷却ファン１１側とは反対側）に取り付けられた吸気カバー１３の網部より冷却空気を吸入して、回転子巻線６、固定子巻線３及びその他の回転電機の構成部品を冷却するようになっている。このとき冷却空気は、吸気カバー１３の網部からフレーム９の内側へ吸い込まれ、固定子４の内側を通り抜けて、フレーム９の一端側（冷却ファン１１側）に設けられた棚板１６の内側を通り、棚板１６と原動機接続フランジ１８との間に設けられた複数のリブ１４を覆う排気カバー１０の網部から回転電機の外側に放出される。

図４に加えて図５（Ａ）に示すように、棚板１６と原動機接続フランジ１８は、それぞれ環状であり、これらの間には、複数のリブ１４が棚板１６及び原動機接続フランジ１８の周方向に間隔を空けて円周状に配置されている。複数のリブ１４と、棚板１６及び原動機接続フランジ１８とは溶接等で強固に固定され、これらにより回転電機の一端側に通風路が形成されている。また複数のリブ１４の内側に冷却ファン１１が位置している。原動機接続フランジ１８は、回転電機の一端を形成していて、ディーゼル機関等の原動機のフレーム（図示せず）にボルト等で固定される。尚、図４及び図５に示す回転電機は、回転軸（シャフト７）を横に寝かせた向きで、原動機のフレームに固定されるようになっている。さらにシャフト７の一端側の端部（つまり冷却ファン１１側の端部）には、原動機の出力軸と直結するための円板（図示せず）が設けられている。

図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、排気カバー１０は、全体として円筒状であり、周方向に分割された第１の部分１９と第２の部分２０とで構成されている。排気カバー１０は、第１の部分１９を上側、第２の部分２０を下側にして複数のリブ１４を覆った状態で、第１の部分（以下、上側排気カバーと呼ぶ）１９と第２の部分（以下、下側排気カバーと呼ぶ）２０の合わせ面がボルトナットで締結されると、上側排気カバー１９と下側排気カバー２０がボルトナットの締め付け力によって引っ張られることにより、リブ１４に固着するようになっている。尚、排気カバー１０は、複数のリブ１４とともに棚板１６の外周も覆うようになっている。

棚板１６の上部には、棚板１６の外周から棚板１６の外側に向かって突出する２個の吊り耳１２ａが、棚板１６の周方向に間隔を空けて設けられている。２個の吊り耳１２ａは、それぞれ棚板１６と同じ厚さで厚さ方向に貫通する孔が設けられた板状であり、棚板１６と一体に形成されている。

上側排気カバー１９は、棚板１６側の端の吊り耳１２ａと対向する箇所に、吊り耳１２ａの根本部分が収まる切り欠き２１が設けられていて、各切り欠き２１の内側に各吊り耳１２ａの根本部分が収まった状態で、下側排気カバー２０と締結されるようになっている。排気カバー１０は、切り欠き２１の周方向の端に位置する縁が、吊り耳１２ａの根本部分に接触することで、周方向への移動（つまり回転）が規制される。このように排気カバー１０は、吊り耳１２ａがストッパとなり、周方向へのずれを防止するようになっている。

従来、このような回転電機の吊り耳として、孔の形状に特徴を有するものや、取付箇所に特徴を有するものなどが提案されている（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。

実開平１－１５７５４５号公報 特開昭５８－１７９８６８号公報

ここで、図６（Ａ）～（Ｄ）に、従来の回転電機に設けられた吊り耳１２ａ周辺部の概略図を示す。図６（Ａ）、（Ｃ）は、吊り耳１２ａ周辺部を上方から見た概略図であり、図６（Ｂ）、（Ｄ）は、吊り耳１２ａ周辺部を回転電機の回転軸方向から見た概略図である。

図６（Ａ）～（Ｄ）に示すように、従来の構造では、回転電機運転時の振動等により、排気カバー１０が周方向に少しずつ動き出してしまい、排気カバー１０の切り欠き２１の周方向（図６の横方向）の端に位置する縁が、吊り耳１２ａの根本部分と棚板１６の外周との間のＲ形状の角部１５に乗り上がり、排気カバー１０に亀裂が発生することがあった。またこのように排気カバー１０が吊り耳１２ａの根本部分の角部１５に乗り上がると、排気カバー１０から吊り耳１２ａの根本部分に対して過度な力が加わり吊り耳１２ａ側が破損する可能性も考えられる。

このように、従来の回転電機は、排気カバー１０が吊り耳１２ａの根本部分に乗り上がり、排気カバー１０や吊り耳１２ａが破損することがあるという問題を有していた。

本発明は上記の問題を解決するためになされたもので、回転電機に設けられた排気カバー及び吊り耳の破損を防止することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明による回転電機は、環状の固定子と、前記固定子の内側に設けられ、前記固定子に対して相対的に回転可能な回転子と、前記固定子及び前記回転子を収容するフレームと、前記フレームの一端に設けられた環状の棚板と、前記棚板の前記フレームとは反対側に前記棚板の周方向に間隔を空けて円周状に配置された複数のリブと、前記複数のリブの外側を覆う円筒状の排気カバーとを有する回転電機において、前記棚板の外周に、前記棚板の外側に向かって突出する２個の吊り耳を前記棚板の周方向に間隔を空けて設け、一方の前記吊り耳の根本部分における他方の前記吊り耳に近い側と、他方の前記吊り耳の根本部分における一方の前記吊り耳に近い側とに、それぞれ前記棚板の外周より一段高い段差を設け、前記排気カバーに、前記２個の吊り耳のそれぞれの根本部分が収まる２個の切り欠きを設けたことを特徴とする。

また本発明による回転電機は、環状の固定子と、前記固定子の内側に設けられ、前記固定子に対して相対的に回転可能な回転子と、前記固定子及び前記回転子を収容するフレームと、前記フレームの一端に設けられた環状の棚板と、前記棚板の前記フレームとは反対側に前記棚板の周方向に間隔を空けて円周状に配置された複数のリブと、前記複数のリブの外側を覆う円筒状の排気カバーとを有する回転電機において、前記棚板の外周に、前記棚板の外側に向かって突出する２個の吊り耳を前記棚板の周方向に間隔を空けて設け、一方の前記吊り耳の根本部分における他方の前記吊り耳から遠い側と、他方の前記吊り耳の根本部分における一方の前記吊り耳から遠い側とに、それぞれ前記棚板の外周より一段高い段差を設け、前記排気カバーに、前記２個の吊り耳のそれぞれの根本部分が収まる２個の切り欠きを設けたことを特徴とする。

本発明によれば、排気カバーの周方向への移動が、吊り耳の根本部分に設けられた段差により規制されて排気カバーが吊り耳の根本部分に乗り上がることを防ぐことができる。これにより排気カバー及び吊り耳の破損を防止することができる。

第１の実施の形態に係る回転電機の部分断面図である。 第１の実施の形態に係る回転電機の吊り耳周辺部の概略図である。 第２の実施の形態に係る回転電機の吊り耳周辺部の概略図である。 従来の回転電機の部分断面図である。 従来の回転電機の外観斜視図である。 従来の回転電機の吊り耳周辺部の概略図である。

以下、本発明による実施の形態について図面を参照して説明する。

［１．第１の実施の形態］
まず本発明による第１の実施の形態について説明する。図１は、本発明による第１の実施の形態に係る回転電機の構成例を示す部分断面図であり、点線の外側は回転電機の外形、内側は断面を示している。尚、図１は、図３に対応する図であり、図１に示す第１の実施の形態に係る回転電機の構成部品のうち、図３に示す従来の回転電機の構成部品と同一又は類似の構成部品については、同一符号を付すとともに詳しい説明は適宜省略する。

第１の実施の形態に係る回転電機は、環状の固定子４と、固定子４の内側に設けられ固定子４に対して相対的に回転可能な回転子８と、固定子４と回転子８とを収容するフレーム９とを有している。固定子４は、固定子鉄心１と２枚の押さえ板２と固定子巻線３とによって構成され、回転子８は、磁極５及び回転子巻線６とシャフト７とによって構成されている。

フレーム９の一端側には環状の棚板１６が設けられ、棚板１６のフレーム９とは反対側には棚板１６の周方向に間隔を空けて円周状に配置された複数のリブ１４が設けられている。また複数のリブ１４の棚板１６とは反対側には環状の原動機接続フランジ１８が設けられている。円周状に配置された複数のリブ１４の内側には、シャフト７の一端側に取り付けられた冷却ファン１１が設けられ、複数のリブ１４の外側には、複数のリブ１４と棚板１６の外周とを覆う円筒状の排気カバー１０が設けられている。尚、図１では省略するが、排気カバー１０は、上側排気カバー１９と下側排気カバー２０とで構成されている。さらにフレーム９の他端側（冷却ファン１１側とは反対側）には吸気カバー１３が設けられている。

棚板１６の上部には、棚板１６の外周から棚板１６の外側に向かって突出する２個の吊り耳１２ｂが、棚板１６の周方向に間隔を空けて設けられている。ここで、図２（Ａ）、（Ｂ）に、第１の実施の形態に係る回転電機に設けられた吊り耳１２ｂ周辺部の概略図を示す。図２（Ａ）は、吊り耳１２ｂ周辺部を上方から見た概略図であり、図２（Ｂ）は、吊り耳１２ｂ周辺部を回転電機の回転軸方向から見た概略図である。また図２（Ａ）、（Ｂ）には、回転電機の中心線を一点鎖線で示している。

図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、２個の吊り耳１２ｂは、回転電機の中心線から等距離の位置に隣り合うように配置されている。２個の吊り耳１２ｂは、それぞれ棚板１６と同じ厚さで厚さ方向に貫通する孔が設けられた板状であり、棚板１６と一体に形成されている。２個の吊り耳１２ｂのうち、一方の吊り耳１２ｂは、根本部分における他方の吊り耳１２ｂに近い側に、棚板１６の外周より一段高い段差２２が設けられている。また２個の吊り耳１２ｂのうち、他方の吊り耳１２ｂは、根本部分における一方の吊り耳１２ｂに近い側に、棚板１６の外周より一段高い段差２２が設けられている。

すなわち、一方の吊り耳１２ｂを図２の左側の吊り耳１２ｂ、他方の吊り耳１２ｂを図２の右側の吊り耳１２ｂとすると、左側の吊り耳１２ｂの根本部分の右端側と、右側の吊り耳１２ｂの根本部分の左端側とに、それぞれ段差２２が設けられている。別の言い方をすると、２個の吊り耳１２ｂの根本部分のそれぞれの内側（隣の吊り耳１２ｂに近い側）に、段差２２が設けられている。

排気カバー１０は、棚板１６側の端の２個の吊り耳１２ｂのそれぞれと対向する箇所に、吊り耳１２ｂの根本部分が収まる切り欠き２１が設けられていて、各切り欠き２１の内側に各吊り耳１２ｂの根本部分が収まった状態で、複数のリブ１４の外側に取り付けられている。

また図２（Ｂ）に示すように、吊り耳１２ｂの根本部分の段差２２は、その高さが、排気カバー１０の厚さ以上となっている。さらに図２（Ｂ）に示すように、吊り耳１２ｂの根本部分の段差２２の立ち上がり部分と棚板１６の外周との間のＲ形状の角部１７は、その高さが、排気カバー１０の厚さに比べて十分低くなっている。さらに図２（Ａ）に示すように、吊り耳１２ｂの根本部分の段差２２は、排気カバー１０の切り欠き２１の周方向（図２（Ａ）の横方向）に延びる縁に一番近い角部２３が、面取り形状になっている。

さらに図２（Ａ）に示すように、排気カバー１０の切り欠き２１は、周方向に延びる縁と周方向に対して直交する方向（図２（Ａ）の縦方向）に延びる縁との間の角部２４がＲ形状になっている。第１の実施の形態に係る回転電機の構成は、以上のようになっている。

ここまで説明したように、第１の実施の形態に係る回転電機は、２個の吊り耳１２ｂの根本部分のそれぞれの内側に棚板１６の外周より一段高い段差２２を設けたことにより、排気カバー１０の周方向への移動が段差２２により規制されて排気カバー１０が吊り耳１２ｂの根本部分に乗り上がることを防ぐことができ、排気カバー１０及び吊り耳１２ｂの破損を防止することができる。この結果、第１の実施の形態に係る回転電機は、従来の回転電機と比べてより安定して運転できる。

また第１の実施の形態に係る回転電機は、吊り耳１２ｂの根本部分の段差２２の高さを、排気カバー１０の厚さ以上にするとともに、段差２２と棚板１６の外周との間のＲ形状の角部１７の高さを、排気カバー１０の厚さに比べて十分低くしたことにより、排気カバー１０が段差２２を乗り越えてしまうことをより確実に防ぐことができる。

さらに第１の実施の形態に係る回転電機は、段差２２における排気カバー１０の切り欠き２１の周方向に延びる縁に一番近い角部２３を面取り形状にしたことにより、段差２２の角部２３が、切り欠き２１の縁に接触することを防ぐことができ、吊り耳１２ｂの破損を防止することができる。さらに第１の実施の形態に係る回転電機は、排気カバー１０の切り欠き２１の角部２４をＲ形状にしたことにより、切り欠き２１の角部２４に亀裂が発生することを抑制できる。

［２．第２の実施の形態］
次に本発明による第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態は、段差２２の位置が第１の実施の形態とは異なる実施の形態である。よってここでは主に段差２２の位置について説明する。図３（Ａ）、（Ｂ）に、第２の実施の形態に係る回転電機に設けられた吊り耳１２ｃ周辺部の概略図を示す。図３（Ａ）は、吊り耳１２ｃ周辺部を上方から見た概略図であり、図３（Ｂ）は、吊り耳１２ｃ周辺部を回転電機の回転軸方向から見た概略図である。図３（Ａ）、（Ｂ）は、図２（Ａ）、（Ｂ）に対応する図であり、同一部分については同一符号を付している。

図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、２個の吊り耳１２ｃは、回転電機の中心線から等距離の位置に隣り合うように配置されている。２個の吊り耳１２ｃは、それぞれ棚板１６と同じ厚さで厚さ方向に貫通する孔が設けられた板状であり、棚板１６と一体に形成されている。２個の吊り耳１２ｃのうち、一方の吊り耳１２ｃは、根本部分における他方の吊り耳１２ｃから遠い側に、棚板１６の外周より一段高い段差２２が設けられている。また２個の吊り耳１２ｃのうち、他方の吊り耳１２ｃは、根本部分における一方の吊り耳１２ｃから遠い側に、棚板１６の外周より一段高い段差２２が設けられている。

すなわち、一方の吊り耳１２ｃを図３の左側の吊り耳１２ｃ、他方の吊り耳１２ｃを図３の右側の吊り耳１２ｃとすると、左側の吊り耳１２ｃの根本部分の左端側と、右側の吊り耳１２ｃの根本部分の右端側とに、それぞれ段差２２が設けられている。別の言い方をすると、２個の吊り耳１２ｃの根本部分のそれぞれの外側（隣の吊り耳１２ｃから遠い側）に、段差２２が設けられている。

また図３（Ｂ）に示すように、吊り耳１２ｃの根本部分の段差２２は、その高さが、排気カバー１０の厚さ以上となっている。さらに図３（Ｂ）に示すように、吊り耳１２ｃの根本部分の段差２２と棚板１６の外周との間のＲ形状の角部１７は、その高さが、排気カバー１０の厚さに比べて十分低くなっている。さらに図３（Ａ）に示すように、吊り耳１２ｃの根本部分の段差２２は、排気カバー１０の切り欠き２１の周方向（図３（Ａ）の横方向）に延びる縁に一番近い角部２３が、面取り形状になっている。

さらに図３（Ａ）に示すように、排気カバー１０の切り欠き２１は、周方向に延びる縁と周方向に対して直交する方向（図３（Ａ）の縦方向）に延びる縁との間の角部２４がＲ形状になっている。第２の実施の形態に係る回転電機の構成は、以上のようになっている。

ここまで説明したように、第２の実施の形態に係る回転電機は、２個の吊り耳１２ｃの根本部分のそれぞれの外側に棚板１６の外周より一段高い段差２２を設けたことにより、排気カバー１０の周方向への移動が段差２２により規制されて排気カバー１０が吊り耳１２ｃの根本部分に乗り上がることを防ぐことができ、排気カバー１０及び吊り耳１２ｃの破損を防止することができる。この結果、第２の実施の形態に係る回転電機は、第１の実施の形態に係る回転電機と同様、従来の回転電機と比べてより安定して運転できる。

また第２の実施の形態に係る回転電機は、吊り耳１２ｃの根本部分の段差２２の高さを、排気カバー１０の厚さ以上にするとともに、段差２２と棚板１６の外周との間のＲ形状の角部１７の高さを、排気カバー１０の厚さに比べて十分低くしたことにより、排気カバー１０が段差２２を乗り越えてしまうことをより確実に防ぐことができる。

さらに第２の実施の形態に係る回転電機は、段差２２における排気カバー１０の切り欠き２１の周方向に延びる縁に一番近い角部２３を面取り形状にしたことにより、段差２２の角部２３が、切り欠き２１の縁に接触することを防ぐことができ、吊り耳１２ｃの破損を防止することができる。さらに第２の実施の形態に係る回転電機は、排気カバー１０の切り欠き２１の角部２４をＲ形状にしたことにより、切り欠き２１の角部２４に亀裂が発生することを抑制できる。

［３．他の実施の形態］
次に本発明による他の実施の形態（変形例）について説明する。上述した第１の実施の形態に係る回転電機では、２個の吊り耳１２ｂのそれぞれの内側（隣の吊り耳１２ｂに近い側）に段差２２を設け、第２の実施の形態に係る回転電機では、２個の吊り耳１２ｃのそれぞれの外側（隣の吊り耳１２ｃから遠い側）に段差２２を設けた。これに限らず、第１の実施の形態と第２の実施の形態とを組み合わせて、２個の吊り耳１２ｂのそれぞれの内側と外側に段差２２を設けるようにしてもよい。

また上述した第１の実施の形態に係る回転電機では、棚板１６の外周に２個の吊り耳１２ｂを設けた。これに限らず、例えば吊り耳１２ｂを３個以上設けるようにしてもよい。吊り耳１２ｂを３個以上設ける場合、例えば、３個以上の吊り耳１２ｂのうち、いずれか２個の吊り耳１２ｂのそれぞれの内側に段差２２を設けるようにすればよい。同様に、第２の実施の形態に係る回転電機についても、吊り耳１２ｃを３個以上設けるようにしてもよい。この場合も、３個以上の吊り耳１２ｃのうち、いずれか２個の吊り耳１２ｃのそれぞれの外側に段差２２を設けるようにすればよい。

さらに上述した第１の実施の形態では、棚板１６の外周に吊り耳１２ｂを設けた。これに限らず、フレーム９の外周など、他の固定子構造体の外周に設けるようにしてもよい。例えば、フレーム９と棚板１６とが一体に形成されていて、フレーム９の一端側の棚板１６に相当する部分の外周に吊り耳１２ｂを設けるなどしてもよい。第２の実施の形態についても同様に、吊り耳１２ｃを、フレーム９の外周など、他の固定子構造体の外周に設けるようにしてもよい。

さらに上述した第１の実施の形態では、吊り耳１２ｂの根本部分の段差２２の高さを、排気カバー１０の厚さ以上にするとした。これに限らず、段差２２の高さを、排気カバー１０の厚さよりわずかに薄くするようにしてもよい。第２の実施の形態についても同様に、段差２２の高さを、排気カバー１０の厚さよりわずかに薄くするようにしてもよい。

さらに上述した第１及び第２の実施の形態では、同期機発電機の構成を有する回転電機に本発明を適用した。これに限らず、排気カバー及び吊り耳を有する構成の回転電機であれば、上述した第１及び第２の実施の形態の構成とは異なる構成の回転電機に本発明を適用してもよい。

さらに本発明は、上述した各実施の形態に限定されるものではない。すなわち本発明は、上述した第１及び第２の実施の形態と他の実施の形態の一部または全部を任意に組み合わせた実施の形態や、一部を抽出した実施の形態にもその適用範囲が及ぶものである。

本発明は、排気カバー及び吊り耳を有する同期機発電機等の回転電機で広く利用することができる。

１……固定子鉄心、２……押さえ板、３……固定子巻線、４……固定子、５……磁極、６……回転子巻線、７……シャフト、８……回転子、９……フレーム、１０……排気カバー、１１……冷却ファン、１２ａ……吊り耳（従来）、１２ｂ……吊り耳（内側段差付）１２ｃ……吊り耳（外側段差付）１３……吸気カバー、１４……リブ、１５……角部（吊り耳根本部分の角部）、１６……棚板、１７……角部（段差と棚板外周との間の角部）、１８……原動機接続フランジ、１９……上側排気カバー、２０……下側排気カバー、２１……切り欠き、２２……段差、２３……角部（段差の角部）、２４……角部（切り欠きの角部）。

Claims (4)

1. 環状の固定子と、
   前記固定子の内側に設けられ、前記固定子に対して相対的に回転可能な回転子と、
   前記固定子及び前記回転子を収容するフレームと、
   前記フレームの一端に設けられた環状の棚板と、
   前記棚板の前記フレームとは反対側に前記棚板の周方向に間隔を空けて円周状に配置された複数のリブと、
   前記複数のリブの外側を覆う円筒状の排気カバーと
   を有する回転電機において、
   前記棚板の外周に、前記棚板の外側に向かって突出する２個の吊り耳を前記棚板の周方向に間隔を空けて設け、
   一方の前記吊り耳の根本部分における他方の前記吊り耳に近い側と、他方の前記吊り耳の根本部分における一方の前記吊り耳に近い側とに、それぞれ前記棚板の外周より一段高い段差を設け、
   前記排気カバーに、前記２個の吊り耳のそれぞれの根本部分が収まる２個の切り欠きを設けた
   ことを特徴とする回転電機。
2. 一方の前記吊り耳の根本部分における他方の前記吊り耳から遠い側と、他方の前記吊り耳の根本部分における一方の前記吊り耳から遠い側とに、それぞれ前記棚板の外周より一段高い段差を設けた
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記段差の高さが、前記排気カバーの厚さ以上である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機。
4. 環状の固定子と、
   前記固定子の内側に設けられ、前記固定子に対して相対的に回転可能な回転子と、
   前記固定子及び前記回転子を収容するフレームと、
   前記フレームの一端に設けられた環状の棚板と、
   前記棚板の前記フレームとは反対側に前記棚板の周方向に間隔を空けて円周状に配置された複数のリブと、
   前記複数のリブの外側を覆う円筒状の排気カバーと
   を有する回転電機において、
   前記棚板の外周に、前記棚板の外側に向かって突出する２個の吊り耳を前記棚板の周方向に間隔を空けて設け、
   一方の前記吊り耳の根本部分における他方の前記吊り耳から遠い側と、他方の前記吊り耳の根本部分における一方の前記吊り耳から遠い側とに、それぞれ前記棚板の外周より一段高い段差を設け、
   前記排気カバーに、前記２個の吊り耳のそれぞれの根本部分が収まる２個の切り欠きを設けた
   ことを特徴とする回転電機。

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