WO2015044985A1

WO2015044985A1 - 液受けユニットおよび回転電機

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Publication number: WO2015044985A1
Application number: PCT/JP2013/005813
Authority: WO
Inventors: 大輔南洞; 七栄藤田
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2015-04-02
Anticipated expiration: 2016-03-30
Also published as: JP6193386B2; CN105556805A; JPWO2015044985A1

Abstract

　回転電機（１０）は、密閉容器（９）と、密閉容器内に配された回転電機本体（８）と、密閉容器（９）内の冷却用気体を冷却する熱交換器（１１）と、冷却用気体を循環させるファン（１２）と、液受けユニット（２５）を有する。液受けユニット（２５）は熱交換器（１１）の下方で回転電機本体（８）の上方に配されて、長手方向に延びており、互いに平行で水平に並んでおり、熱交換器（１１）からの液を受けて移送する複数の液受け（２０）を有する。それぞれの液受け（２０）は、液を保持可能に形成され長手方向に延びて上方に開放された流路を形成する液保持移送部と、板状で液を受けて液保持移送部に流下させるように傾斜している広がり部を有する。広がり部の下側側部と接続する第１の側部と反対側の第２の側部の接線方向と、広がり部からの延長線とのなす角は９０度よりも小さい。

Description

液受けユニットおよび回転電機

　本発明の実施形態は、液受けユニットおよびこれを用いた回転電機に関する。

　多くの回転電機は、発熱による温度上昇を抑制するために空気等の気体で内部を冷却している。密閉型の回転電機では、この冷却用の気体は、ケーシング内を循環している。また、冷却用の気体は、熱交換器において外部の冷却液によって冷却される。冷却液は通常は水である。

　ここで、熱交換器において冷却液が漏えいしたときの冷却液、あるいは、熱交換器において冷却用の気体中の湿分が凝縮したときの凝縮液などの液が、回転電機の回転子、固定子などの回転電機本体に接触すると、絶縁性能の低下、あるいは短絡事故の発生の可能性がある。このため、特許文献１に示されているように、熱交換器の下側に落下してきた液を受けて、移送する液受け部が設けられ、回転電機本体を保護している。この液受け部は、液を保持して移送する保持移送部分と、傾斜した平板状で液を受けて保持移送部分に落とす平板部分とを有する。

実開平６－４４３７９号公報

　回転子や固定子を冷却した冷却用の気体が上昇して熱交換器に入り、冷却されてファンにより再び冷却のために回転子や固定子に流入する流路を有する従来の回転電機の場合に、冷却用の気体が、液受け部を下から上に通過するものがある。この場合、冷却液受け部の保持移送部分は、下からの流れを妨げないような形状に形成されている。

　一方、冷却用の気体が液受け部を上から下に通過するように形成された回転電機がある。この場合に、液受け部について、前記のような下からの流れを妨げないような形状を維持していると、平板部で受け止めた冷却液は、保持移送部分にとどまらず、下方に流れていき、冷却液受け部が回転電機本体の保護機能を果たさないという課題がある。

　そこで本発明の実施形態は、回転電機内で冷却用の気体が液受けを上から下に向って流れる場合に、確実に漏入した液を捕獲する液受けを提供することを目的とする。

　上述の目的を達成するため、本実施形態に係る回転電機は、密閉容器と、回転可能に軸支された回転子と、前記回転子の外周に前記回転子と間隔を空けて配設された固定子とを有し、前記密閉容器内に配された回転電機本体と、前記密閉容器内にあって、前記回転電機本体を冷却する冷却用気体を外部から供給される冷却液により冷却する熱交換器と、前記密閉容器内にあって、前記冷却用気体を循環させるファンと、前記熱交換器の下方であって前記回転電機本体の上方に配されて、長手方向に微小な流れ勾配をもって延びており、互いに平行で水平に並んでおり、前記熱交換器において漏えいが生じたときに漏えいした冷却液または前記冷却用気体の湿分が凝縮した凝縮液を受けて移送する複数の液受けを有する液受けユニットと、を備え、前記複数の液受けのそれぞれは、前記冷却液および前記凝縮液を保持可能に形成され、前記長手方向に延びて上方に開放された流路を形成する液保持移送部と、広がりを持った板状で、前記冷却液または前記凝縮液を受けて前記液保持移送部に向かって流下させる方向に前記液受けの流れ勾配よりも大きな勾配で傾斜している広がり部と、を具備し、前記液保持移送部の一方の側部である第１の側部は前記広がり部の下側側部と接続しており、前記長手方向に垂直な横断面において、前記第１の側部と反対側の前記液保持移送部の第２の側部の接線方向と、前記広がり部からの延長線とのなす角は９０度よりも小さく形成されている、ことを特徴とする。

　また、本実施形態は、回転子と固定子とを有し密閉容器内に配された回転電機本体を冷却する冷却用気体を冷却する熱交換器を備える回転電機の前記熱交換器において漏えいが生じたときに漏えいした冷却液または前記冷却用気体の湿分が凝縮した凝縮液を受けて移送する複数の液受けを有する液受けユニットであって、前記液受けのそれぞれは、前記冷却液および前記凝縮液を保持可能に形成され、前記長手方向に延びて上方に開放された流路を形成する液保持移送部と、広がりを持った板状で、前記冷却液または前記凝縮液を受けて前記液保持移送部に向かって流下させる方向に傾斜している広がり部と、を具備し、前記液保持移送部の一方の側部である第１の側部は前記広がり部の下側側部と接続しており、前記長手方向に垂直な横断面において、前記第１の側部と反対側の前記液保持移送部の第２の側部の接線方向と、前記広がり部からの延長線とのなす角は９０度よりも小さく形成されている、ことを特徴とする。

　本発明の実施形態によれば、回転電機内で冷却用の気体が液受けを上から下に向って流れる場合に、確実に漏入した液を捕獲することができる。

第１の実施形態に係る回転電機の構成を示す立断面図である。第１の実施形態に係る回転電機の液受けを示す横断面図である。第２の実施形態に係る回転電機の液受けを示す横断面図である。

　以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る液受けユニットおよび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の実施形態に係る回転電機の構成を示す立断面図である。回転電機１０は、回転子１、固定子２を有する。回転子１および固定子２からなる回転電機本体８は、ケーシング５内に収納されている。回転子１は、軸方向に延びるシャフト１ａの径方向の周囲に配され、シャフト１ａの回転とともに回転する。シャフト１ａは、その軸方向の両端でケーシング５を貫通しており、ケーシング５にそれぞれ固定された両側の軸受４によって回転可能に軸支されている。固定子２は、回転子１の外周に回転子１と半径方向に間隔を空けて配設されている。固定子２は、固定子鉄心２ａおよび固定子鉄心２ａに巻回された固定子巻線３を有する。

　ケーシング５の上部にはケーシング開口５ａが形成されている。ケーシング５の上部にはカバー１３が取り付けられている。カバー１３の下部には、ケーシング開口５ａに対向するようにカバー開口１３ａが形成されている。ケーシング５とカバー１３は、ケーシング開口５ａとカバー開口１３ａが連通するように結合している。ケーシング５とカバー１３は、１つの密閉空間９ａを形成している。すなわち、ケーシング５とカバー１３を合わせて密閉容器９ということになる。

　ケーシング１３内には、熱交換器１１、液受けユニット２５および２台のファン１２が設けられている。熱交換器１１は、回転電機本体８の上方に配されている。熱交換器１１と回転電機本体８とを結ぶ冷却用気体の流路を形成するために、熱交換器１１下部から回転電機本体８の近傍まで、ガイド１４が設けられている。液受けユニット２５は、熱交換器１１と回転電機本体８の間、すなわち、ガイド１４の中であって、熱交換器１１の下方でかつ回転電機本体８の上方に配されている。

　液受けユニット２５は、互いに並列に配された複数の液受け２０を有する。それぞれの液受け２０は、シャフト１ａの軸方向に対して垂直な方向すなわち図１の紙面に垂直な方向に微小な流れ勾配をもって延びている。液受け２０は、互いに平行で水平に並んでいる。

　２台のファン１２は、それぞれ、熱交換器１１の両側のカバー１３内側に取り付けられており、密閉空間９ａ内の気体を回転電機本体８の冷却用気体として、密閉空間９ａ内を循環させる。ファン１２により循環させられる冷却用気体は、熱交換器１１から下方に流出し、液受けユニット２５を下向きに通過した後、回転電機本体８に流入する。冷却用気体は、回転電機本体８から流出した後、ガイド１４の外側を上昇し、ファン１２を通過し、再び熱交換器１１に流入する。熱交換器１１は、外部から供給される冷却液によって冷却用気体を冷却する。

　図２は、第１の実施形態に係る回転電機の液受けを示す横断面図である。液受け２０は、広がり部２１および液保持移送部２２を有する。液保持移送部２２は、広がり部２１で受け止めた液を集めて保持し移送可能に形成されている。また、液保持移送部２２は、長手方向に延びて上方に開放された細長い流路を形成している。液保持移送部２２は、ほぼ水平に延びているが、収納された液を長手方向に移送する機能を有するため、長手方向に流路を形成するように流れ勾配を有している。液保持移送部２２は、長手方向に垂直な方向に滑らかな曲面を有する。

　広がり部２１は、広がりを持った板状で、液保持移送部２２に沿って延びている。広がり部２１は、受けた液を液保持移送部２２に向かって流下させる方向に大きな勾配で傾斜している。すなわち、広がり部２１の一方の側部である下側側部２１ａは、他方の側部である上側側部２１ｂより低くなっている。液保持移送部２２の一方の側部である第１の側部２２ａは、広がり部２１の下側側部２１ａと接続している。

　液受け２０の長手方向に垂直な断面すなわち横断面において、第１の側部２２ａと反対側の液保持移送部２２の第２の側部２２ｂの接線方向と、広がり部２１からの延長線とのなす角θは９０度よりも小さく形成されている。

　また、第２の側部２２ｂの先端は、広がり部２１からの延長線より突出している。すなわち、図２に示すように、第２の側部２２ｂの先端が広がり部２１からの延長面から突出する高さをδとすると、δは正である。δが大きいほど液受け２０の液の捕獲能力が向上する。一方、δが大きいほど、冷却用気体の流れの抵抗が大きくなる。したがって、両者は背反するため、適切な寸法のδを設定することにより、冷却用気体の流れの抵抗を抑えながら、液の捕獲能力を確保することができる。

　隣接する液受け２０どうしは、互いに水平方向に重複、図２のｗが正の値である。すなわち、液受けユニット２５の上部から見た液受けユニット２５は、液受けユニット２５の下方の回転電機本体８の前面を覆っている。

　次に、以上のように構成された本実施形態の作用を説明する。熱交換器１１において冷却液の漏えいが生じたときは、熱交換器１１から冷却液が液受けユニット２５に落下してくる。また、たとえば、密閉空間９ａ内の回転電機本体８などの保守点検を実施した後に密閉空間９ａを閉鎖して熱交換器１１による冷却を開始した際には、密閉空間９ａ内の冷却用気体内の湿分が熱交換器１１において生じ、凝縮した凝縮液が熱交換器１１から冷却液が液受けユニット２５に落下してくる。

　液受けユニット２５は、上方から見て回転電機本体８を全面的に覆っているので、冷却液あるいは凝縮液などの液は、直接に回転電機本体８に落下せず、液受けユニット２５の各液受け２０の広がり部２１または液保持移送部２２上に落下する。広がり部２１上に落下した液は、広がり部２１の傾斜に沿って液保持移送部２２内に流下する。広がり部２１から液保持移送部２２に流下した液、および液保持移送部２２に直接落下した液は、液保持移送部２２の長手方向の流路を移送される。

　一方、液受けユニット２５に上部から送られる冷却用気体は、図２の実線Ａに示すように、互いに隣接する液受け２０間に流入後、広がり部２１に沿うように方向を転換する。冷却用気体は、広がり部２１上を通過後、液保持移送部２２上に到達し液保持移送部２２上を通過する際に、図２の実線Ｂに示すように下方に方向を転換して液受けユニット２５から下方に流出する。

　ここで、冷却用気体が広がり部２１上を通過する際に、広がり部２１上を流下する液を同伴する可能性がある。広がり部２１を流下する広がり部２１表面の液を同伴した冷却用気体は、広がり部２１表面に沿って流れる。一方、液保持移送部２２の第２の側部２２ｂは、広がり部２１の延長面よりも突出している。したがって、広がり部２１表面の液を同伴した冷却用気体は、液保持移送部２２の第２の側部２２ｂに衝突する。

　液受け２０の長手方向に垂直な断面すなわち横断面において、第１の側部２２ａと反対側の液保持移送部２２の第２の側部２２ｂの接線方向と、広がり部２１からの延長線とのなす角θは９０度よりも小さく形成されている。このため、液保持移送部２２の第２の側部２２ｂに衝突した冷却用気体に同伴されている液は、液保持移送部２２から冷却用気体の流れに再び同伴されるよりも、液保持移送部２２内に保持され、流路に沿って長手方向に移送されることになる。

　以上のように、漏えいした冷却液または冷却用気体の湿分が凝縮した凝縮液などの液は、確実に捕獲され、移送される。

　［第２の実施形態］
　図３は、第２の実施形態に係る回転電機の液受けを示す横断面図である。本実施形態は第１の実施形態の変形である。第１の実施形態に係る液保持移送部２３は、長手方向に垂直な方向に滑らかな曲面を有するように形成されている。一方、本第２の実施形態における液保持移送部２３は、長手方向に垂直な方向に、互いに接続された複数の平面を有するように形成されている。

　以上のように構成された本実施形態により、液受け２０の設計、製作の負担が軽減しコスト削減を図ることができる。

　［その他の実施形態］
　以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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、取扱い対象がドラム缶の場合を示したが、周囲から把持することによって移動可能な形状であれば、その他の容器でもよい。

　また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。たとえば、横断面における液保持移送部の形状として、第１の実施形態の滑らかな曲線を有するように形成されているという特徴と、第２の実施形態における直線的に構成されるように形成されているという特徴とを組み合わせて、曲線部と直線部とを有することでもよい。

　さらに、これらの実施形態は、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。

　これら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。

　１…回転子、２…固定子、２ａ…固定子鉄心、３…固定子巻線、４…軸受、５…ケーシング、５ａ…ケーシング開口、８…回転電機本体、９…密閉容器、９ａ…密閉空間、１０…回転電機、１１…熱交換器、１２…ファン、１３…カバー、１３ａ…カバー開口、１４…ガイド、２０…液受け、２１…広がり部、２１ａ…下側側部、２１ｂ…上側側部、２２…液保持移送部、２２ａ…第１の側部、２２ｂ…第２の側部、２３…液保持移送部、２５…液受けユニット

Claims

　密閉容器と、
　回転可能に軸支された回転子と、前記回転子の外周に前記回転子と間隔を空けて配設された固定子とを有し、前記密閉容器内に配された回転電機本体と、
　前記密閉容器内にあって、前記回転電機本体を冷却する冷却用気体を外部から供給される冷却液により冷却する熱交換器と、
　前記密閉容器内にあって、前記冷却用気体を循環させるファンと、
　前記熱交換器の下方であって前記回転電機本体の上方に配されて、長手方向に微小な流れ勾配をもって延びており、互いに平行で水平に並んでおり、前記熱交換器において漏えいが生じたときに漏えいした冷却液または前記冷却用気体の湿分が凝縮した凝縮液を受けて移送する複数の液受けを有する液受けユニットと、
　を備え、
　前記複数の液受けのそれぞれは、
　前記冷却液および前記凝縮液を保持可能に形成され、前記長手方向に延びて上方に開放された流路を形成する液保持移送部と、
　広がりを持った板状で、前記冷却液または前記凝縮液を受けて前記液保持移送部に向かって流下させる方向に前記液受けの流れ勾配よりも大きな勾配で傾斜している広がり部と、
　を具備し、
　前記液保持移送部の一方の側部である第１の側部は前記広がり部の下側側部と接続しており、前記長手方向に垂直な横断面において、前記第１の側部と反対側の前記液保持移送部の第２の側部の接線方向と、前記広がり部からの延長線とのなす角は９０度よりも小さく形成されている、
　ことを特徴とする回転電機。
　隣接する液受けどうしは、互いに水平方向に重複していることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
　前記横断面において、前記第２の側部の先端は、前記広がり部からの延長線より突出していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
　前記液保持移送部は、前記長手方向に垂直な方向に滑らかな曲面を有するように形成さ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回転電機。
　前記液保持移送部は、前記長手方向に垂直な方向に互いに接続された複数の平面を有するように形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の回転電機。
　回転子と固定子とを有し密閉容器内に配された回転電機本体を冷却する冷却用気体を冷却する熱交換器を備える回転電機の前記熱交換器において漏えいが生じたときに漏えいした冷却液または前記冷却用気体の湿分が凝縮した凝縮液を受けて移送する複数の液受けを有する液受けユニットであって、前記液受けのそれぞれは、
　前記冷却液および前記凝縮液を保持可能に形成され、前記長手方向に延びて上方に開放された流路を形成する液保持移送部と、
　広がりを持った板状で、前記冷却液または前記凝縮液を受けて前記液保持移送部に向かって流下させる方向に傾斜している広がり部と、
　を具備し、
　前記液保持移送部の一方の側部である第１の側部は前記広がり部の下側側部と接続しており、前記長手方向に垂直な横断面において、前記第１の側部と反対側の前記液保持移送部の第２の側部の接線方向と、前記広がり部からの延長線とのなす角は９０度よりも小さく形成されている、
　ことを特徴とする液受けユニット。