WO2019175925A1 - 回転電機および軸受ブラケット - Google Patents

回転電機および軸受ブラケット Download PDF

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section
stator
bearing bracket
radially
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洋士 古田
林　弘幸
浩之 片原田
怜 和田
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東芝三菱電機産業システム株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/16—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields

Definitions

  • the present invention relates to a rotating electrical machine and a bearing bracket used therefor.
  • An ordinary rotating electrical machine includes a rotor, a stator, a frame, and two bearings.
  • the rotor includes a rotor shaft that extends in the axial direction and a rotor core that is attached to a radially outer side of the rotor shaft.
  • the stator includes a stator core disposed on the outer side in the radial direction of the rotor core and a stator winding that passes through the stator core.
  • the frame is arranged on the radially outer side of the stator core and accommodates the rotor core and the stator core.
  • the two bearings rotatably support both axial sides of the rotor shaft.
  • Both ends in the axial direction of the frame are normally closed by bearing brackets.
  • the bearing bracket fixedly supports the bearing.
  • the load from the rotating rotor is transmitted from the bearing to the frame via the bearing bracket and finally to the foundation of the rotating electrical machine.
  • the frame has a space for reinforcement in terms of shape, but the bearing bracket has a thin disk shape, and therefore there is a restriction on the space for reinforcement.
  • FIG. 12 is a plan view showing a conventional configuration example of the lower half of the bearing bracket of the rotating electrical machine
  • FIG. 13 is a front view. Since the bearing bracket 50 supports the load due to the weight of the bearing, it is particularly necessary to ensure the rigidity of the lower half.
  • the lower half portion of the bearing bracket 50 has a plate-like portion 51 and a reinforcing portion 52 for reinforcing the same, like the upper half portion.
  • the reinforcing portion 52 radial reinforcing members 52 a that extend radially from the axial center and are spaced apart from each other in the circumferential direction are employed.
  • an object of the present invention is to ensure the rigidity of the bearing bracket with a more simplified configuration in a rotating electrical machine.
  • the present invention provides a rotor having a horizontally extending rotor shaft, and a rotor core attached to a radially outer side of the rotor shaft.
  • a stator core provided so as to surround the rotor core radially outward, a stator winding passing through the stator core in the axial direction, and the rotor core in the axial direction.
  • bearing brackets that rotatably support the rotor shaft on both sides of the rotor shaft, and a frame that is disposed radially outside the stator core and houses the rotor core and the stator core
  • Each of the bearing brackets is attached to both ends of the frame in the axial direction, and each of the bearing brackets statically supports each of the bearings.
  • the bearing bracket has a circular opening, and the lower half of the bearing bracket includes a first section and a second section that are arranged symmetrically across a surface that includes the rotation axis of the rotor and extends in the vertical direction.
  • Reinforcing plate attached to the plate-like portion, having a plate-like portion having a portion formed so as to connect the radially innermost portion and the radially outermost portion in each of the first section and the second section
  • a difference between the radially innermost circumferential angular position and the radially outermost circumferential angular position is equal to or greater than a predetermined circumferential angular position difference minimum value.
  • a rotor having a rotor shaft extending in a horizontal direction and a rotor core attached to a radially outer side of the rotor shaft, and the rotation on a radially outer side of the rotor core.
  • a stator core provided so as to surround the core, a stator having a stator winding that passes through the stator core in the axial direction, and an axial direction of the rotor shaft across the rotor core
  • Two rotating bearings that rotatably support the rotor shaft on both sides of the rotor, and a frame that is disposed radially outside the stator and that houses the rotor core and the stator.
  • the bearing brackets are attached to both ends of the frame in the axial direction and each support the bearing stationary.
  • Each of the bearing brackets has a circular opening in the center, and the lower half of the bearing bracket has a front part.
  • a plate-like portion having a first section and a second section that are arranged symmetrically across a plane that includes the rotation axis of the rotor and extends in the vertical direction,
  • a reinforcing portion attached to the plate-like portion, and having a portion formed so as to connect the innermost portion and the radially outermost portion, and a circumferential angular position of the radially innermost portion and the radial direction
  • the difference between the outermost circumferential angular positions is equal to or greater than a predetermined circumferential angular position difference minimum value.
  • the rigidity of the bearing bracket can be ensured with a more simplified configuration in the rotating electrical machine.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the rotating electrical machine according to the first embodiment.
  • the rotating electrical machine 200 includes a rotor 10, a stator 20, a bearing 30, a frame 40, and a bearing bracket 100.
  • the rotor 10 has a rotor shaft 11 extending in the horizontal direction and a cylindrical rotor core 12 attached to the outer side in the radial direction of the rotor shaft 11.
  • the rotor shaft 11 is supported by bearings 30 on both outer sides in the axial direction of the rotor core 12 so as to be rotatable about the rotation axis CL.
  • the stator 20 has a cylindrical stator core 21 disposed on the radially outer side of the rotor core 12 via a gap 18 and a stator winding 22 penetrating through the stator core 21.
  • the stator winding 22 is formed in a plurality of slots (not shown) that are formed on the radially inner surface of the stator core 21 at intervals in the circumferential direction and extend in the axial direction. It has the part mutually couple
  • a frame 40 is provided on the radially outer side of the stator core 21.
  • the frame 40 houses the rotor core 12 and the stator core 21.
  • Bearing brackets 100 are attached to both ends of the frame 40 in the axial direction.
  • Each of the bearing brackets 100 supports each of the bearings 30 in a stationary manner.
  • Each of the bearing brackets 100 is vertically divided into two parts, and has an upper bearing bracket upper half part 100a and a lower bearing bracket lower half part 101.
  • the bearing bracket upper half portion 100a and the bearing bracket lower half portion 101 are coupled to each other by, for example, bolts, nuts, and the like in a horizontal coupling portion, and as a whole, a disc shape in which an opening through which the bearing 30 passes is formed in the center. It is.
  • the bearing bracket 100 is not limited to the case where the bearing bracket 100 is divided into upper and lower parts, and may be formed integrally with the upper and lower parts. Also in this case, the upper half part and the lower part of the bearing bracket 100 formed integrally are formed.
  • the half portions are referred to as a bearing bracket upper half portion 100a and a bearing bracket lower half portion 101, respectively.
  • the direction in which the rotor shaft 11 of the rotating electrical machine 200 extends is the z direction
  • the direction from the rotating shaft of the rotor shaft 11 toward the radially outer side is the r direction
  • the circumferential direction in which the rotor shaft 11 rotates is the ⁇ direction (FIG. 3).
  • FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the lower half portion of the bearing bracket of the rotating electrical machine according to the first embodiment
  • FIG. 3 is a front view.
  • the lower half portion 101 of the bearing bracket is divided into a first section 101a and a second section 101b that are symmetrical to each other with respect to a vertical plane including the rotation axis CL.
  • the first section 101a and the second section 101b are a right area and a left area in FIGS. 2 and 3, respectively.
  • the bearing bracket lower half 101 has a semicircular plate-like portion 110 and a reinforcing portion 120.
  • a semicircular opening 111 is formed in the center of the plate-like portion 110.
  • the opening 111 and the opening of the bearing bracket upper half 100a form a circular opening of the bearing bracket 100 through which the bearing 30 passes.
  • the reinforcing portion 120 includes an inclined member 121a disposed in the first section 101a, an inclined member 121b disposed in the second section 101b, and one intermediate member 127 extending downward on a vertical plane including the rotation axis CL.
  • the oblique member 121a and the oblique member 121b have the same shape, and are arranged at symmetrical positions with the intermediate member 127 interposed therebetween.
  • Each oblique member 121 a extends from the first end 122 to the second end 123.
  • the oblique member 121 a is coupled to the intermediate member 127 at the first end 122.
  • the oblique member 121b is coupled to the intermediate member 127.
  • Each member of the reinforcing portion 120 has a width in the axial direction and is bent in the width direction. Note that the cross-sectional shape does not necessarily have to be bent in this way.
  • Each member of the reinforcing portion 120 is fixed to the plate-like portion 110 by welding or brazing. It may be fixed with a bolt or the like.
  • each member of the reinforcing portion 120 may be formed integrally with the plate-like portion 110 by integral casting. In this case, a portion that protrudes from the plate-like portion 110 and corresponds to the reinforcing portion is referred to as a reinforcing portion 120.
  • the first end portion 122 of the oblique member 121a is the radially outermost portion 125 that is farthest from the rotation axis CL in the oblique member 121a. That is, the distance from the rotation axis CL to the first end portion 122 that is the radially outermost portion 125 is the maximum value r ⁇ max.
  • the radially innermost portion 124 closest to the rotation axis CL in the inclined member 121 a exists between the first end portion 122 and the second end portion 123. That is, the distance from the rotation axis CL to the radially innermost portion 124 is the minimum value r-min.
  • the first end portion 122 which is the radially outermost portion 125 is at the circumferential angle position ⁇ b in the circumferential direction.
  • the radially innermost portion 124 is at the circumferential angle position ⁇ a in the circumferential direction.
  • the circumferential angle position ⁇ a and the circumferential angle position ⁇ b are about 45 degrees apart.
  • FIG. 4 is a conceptual first front view for explaining the effect of the bearing bracket of the rotating electrical machine according to the first embodiment
  • FIG. 5 is a conceptual second front view.
  • FIG. 4 conceptually shows a case based on the conventional method.
  • FIG. 4 which is a conceptual first front view conceptually shows the structure of the conventional bearing bracket shown in FIG. That is, the bearing bracket 50 has a plurality of radial reinforcing members 52 a that are radially arranged on the plate-like part 51 and spaced apart from each other in the circumferential direction as the plate-like part 51 and the reinforcing part 52.
  • FIG. 5, which is a conceptual second front view, conceptually shows a case where reinforcement is further added to the conventional bearing bracket in order to further increase the rigidity.
  • the bearing bracket 50 a includes a plate-like portion 51 and a plurality of radial reinforcing members 52 a and circumferential reinforcing members 52 b as the reinforcing portions 52.
  • the circumferential reinforcing member 52b improves the rigidity of the bearing bracket 50a by connecting a plurality of radial reinforcing members 52a spaced apart from each other in the circumferential direction.
  • the factor that improves the rigidity of the bearing bracket 50a is that the portions dispersed in the radial direction and the circumferential direction are coupled to each other by the radial direction reinforcing member 52a and the circumferential direction reinforcing member 52b. It is.
  • FIG. 6 is a conceptual third front view for explaining the effect of the bearing bracket of the rotating electrical machine according to the first embodiment.
  • the oblique members 121a and 121b as the reinforcing portion 120 according to the present embodiment are indicated by solid lines, and for comparison, the radial direction reinforcing member 52a and the circumferential direction reinforcing member 52b as the reinforcing portion 52 according to the conventional method are respectively shown. It is indicated by a broken line.
  • the oblique member 121a has a radially innermost portion 124 whose circumferential angular position is ⁇ a and a radially outermost portion 125 whose circumferential angular position is ⁇ b, Are different in angular position. For this reason, the oblique member 121a also has the respective parts dispersed in the radial direction and the circumferential direction coupled to each other in the same manner as in the conventional method, and in addition to the radial reinforcing member 52a in the conventional method, the circumferential reinforcing member This has the same effect as when 52b is provided.
  • the oblique member 121a will be described in the same manner, but the same applies to the oblique member 121b.
  • the interval between the rotation axis CL and the radially outermost portion 125 that is, the radial position rb of the radially outermost portion 125
  • the interval between the rotation axis CL and the radially innermost portion 124 that is, the radial position of the radially innermost portion 124.
  • the difference from ra is not less than a predetermined radial position difference minimum value ⁇ r.
  • the radial direction position difference minimum value ⁇ r is determined based on the installation state of the circumferential reinforcing member 52b required in the conventional method.
  • the difference between the circumferential angle position ⁇ b of the radially outermost portion 125 and the circumferential angle position ⁇ a of the radially innermost portion 124 is set to be equal to or larger than a predetermined circumferential angle position difference minimum value ⁇ .
  • the circumferential direction angular position difference minimum value ⁇ is determined based on the installation state of the radial reinforcing member 52a required in the conventional method.
  • the angular interval ⁇ in which the radial reinforcing members 52a required in the conventional method are arranged may be set as the circumferential direction angular position difference minimum value ⁇ .
  • the circumferential angular interval ⁇ where the radial reinforcing member 52 a is disposed is 30 degrees. Therefore, according to this method, the circumferential angular position difference minimum value ⁇ is 30 degrees.
  • the bearing bracket 100 is loaded with the weight of the rotor 10 and the centrifugal force due to the deformation mode accompanying the rotation of the rotor 10 through the bearing 30.
  • the direction of the inclined members 121a and 121b is a direction in which a tensile force is applied to the inclined members 121a and 121b. .
  • it is set so that the radially outermost portion 125 is disposed on the side close to the lower side of the rotation axis CL, and the radially innermost portion 124 is disposed at a position further away in the horizontal direction.
  • the rigidity of the bearing bracket 100 can be ensured with a more simplified configuration.
  • FIG. 7 is a plan view showing the configuration of the lower half portion of the bearing bracket of the rotating electrical machine according to the second embodiment
  • FIG. 8 is a front view. This embodiment is a modification of the first embodiment.
  • the lower half 102 of the bearing bracket in the second embodiment has two oblique members 121a and 121b arranged symmetrically with respect to a vertical plane including the rotation axis CL as the reinforcing portion 120.
  • the two oblique members 121a and 121b are not connected to each other.
  • the circumferential angle position ⁇ a of the radially innermost part 124 and the circumferential angle position ⁇ b of the radially outermost part 125 are respectively the respective circumferential angle positions in the first embodiment. It is a smaller value, and the angle formed with the vertical plane including the rotation axis CL of the inclined member 121a is small. That is, it is closer to the vertical direction than the oblique member in the first embodiment. Other points are the same as those of the first embodiment.
  • the analysis shows that the maximum stress is obtained when the reinforcing portion is provided only in the upper half of the bearing blanket and the reinforcing portion 120 is not provided in the lower half of the bearing blanket. This is the part that has been shown to occur.
  • the stress is a tensile stress.
  • the oblique members 121a and 121b have portions along the direction of the tensile stress and function effectively with respect to the tensile stress. Even if the stress of the portion having a higher stress than the stress of the other portion is not a tensile stress but a compressive stress, similarly, the reinforcing portion 120 has a portion along the direction of the compressive stress. It is effective to arrange these members.
  • FIG. 9 is a stress distribution diagram based on the analysis result when the lower half of the bearing bracket is not reinforced to explain the effect of the bearing bracket of the rotating electrical machine according to the second embodiment. Since the structure of the bearing bracket 100 is symmetrical in FIG. 6, the stress distribution is also symmetrical.
  • the stress indicates that the lighter the color is, the higher the stress is, and the stress is larger in the portion A surrounded by the broken line.
  • the direction of the arrow is the direction of tensile stress. Therefore, if the reinforcement part 120 is provided along this direction like the oblique members 121a and 121b of FIG. 8, reinforcement can be performed efficiently.
  • FIG. 10 is a plan view showing the configuration of the lower half portion of the bearing bracket of the rotating electrical machine according to the third embodiment, and FIG. 11 is a front view.
  • the third embodiment is a modification of the first embodiment.
  • the bearing bracket lower half 103 in the third embodiment has a curved member 128 as the reinforcing portion 120.
  • the curved member 128 is symmetric with respect to a vertical plane including the rotation axis CL, and is formed in a loose U shape. Other points are the same as those of the first embodiment.
  • the portion immediately below the rotation axis CL is the radially innermost portion 128a, and the outermost portion in the horizontal direction is the radially outermost portion 128b.
  • the curved member 128 that is the reinforcing portion 120 of the present embodiment covers the portion A that is the maximum stress generating portion shown in FIG.
  • the curved members 128 that are the reinforcing portions 120 are arranged in a curved line, structurally discontinuous portions are reduced, and efficient reinforcement can be achieved.
  • the case where the rotor is supported by two bearings has been described as an example.
  • the present invention is not limited to this.
  • one bearing may be shared with another machine.
  • the case where the bearing brackets are provided at both ends in the axial direction of the frame has been described as an example.
  • the bearing bracket may be attached to only one side in the axial direction of the frame.
  • SYMBOLS 10 Rotor, 11 ... Rotor shaft, 12 ... Rotor core, 18 ... Gap, 20 ... Stator, 21 ... Stator core, 22 ... Stator winding, 30 ... Bearing, 40 ... Frame, 50, 50a DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Bearing bracket, 51 ... Plate-shaped part, 52 ... Reinforcement part, 52a ... Radial direction reinforcement member, 52b ... Circumferential direction reinforcement member, 100 ... Bearing bracket, 100a ... Bearing bracket upper half part, 101, 102, 103 ... Bearing bracket Lower half, 101a ... 1st section, 101b ... 2nd section, 110 ... Plate-shaped part, 111 ... Opening, 112 ...
  • Connection part, 120 Reinforcement part, 121a, 121b ... Diagonal member, 122 ... First end part , 123 ... second end part, 124 ... radially innermost part, 125 ... radially outermost part, 127 ... intermediate member, 128 ... curved member, 128a ... radially innermost part, 128b ... radially outermost part, 200 ... rotation Machine

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Abstract

回転電機は、回転子シャフトと回転子鉄心とを有する回転子と、固定子鉄心と固定子巻線とを有する固定子と、２つの軸受と、フレームと、２つの軸受ブラケット（１００）と、を備える。軸受ブラケット（１００）のそれぞれは、板状部（１１０）と補強部（１２０）とを備える。板状部（１１０）は、中央に円形の開口（１１１）を有し、軸受ブラケット下半部（１０１）は回転軸ＣＬを含み鉛直方向に延びる面を挟んで対称に配された第１区画（１０１ａ）と第２区画（１０１ｂ）とを有する。補強部（１２０）は、第１区画（１０１ａ）、第２区画（１０１ｂ）のそれぞれにおいて、径方向最内部（１２４）と径方向最外部（１２５）とを結ぶように形成された部分を有し、板状部（１１０）に取り付けられている。径方向最内部（１２４）と径方向最外部（１２５）の周方向角度位置の差は、所定の周方向角度位置差最小値以上である。

Description

回転電機および軸受ブラケット
　本発明は、回転電機およびこれに用いる軸受ブラケットに関する。
　通常の回転電機は、回転子と、固定子と、フレームと、２つの軸受を備える。回転子は、軸方向に延びた回転子シャフトと回転子シャフトの径方向外側に取り付けられた回転子鉄心を有する。固定子は、回転子鉄心の径方向外側に配された固定子鉄心と固定子鉄心を貫通する固定子巻線を有する。フレームは、固定子鉄心の径方向外側に配されて回転子鉄心および固定子鉄心を収納する。２つの軸受は、回転子シャフトの軸方向の両側を回転可能に支持する。
　フレームの軸方向の両端は、通常、それぞれ軸受ブラケットにより閉止されている。軸受ブラケットは、軸受を固定支持している。回転状態にある回転子からの荷重は、軸受から、軸受ブラケットを介してフレームに、そして、最終的には、回転電機の基礎に伝達される。
米国特許第６，９０６，４４０号明細書
　回転子からの自重あるいは振動による荷重の伝達経路の中では、軸受ブラケットとフレームは、板状の部分で構成されているため、そのままでは剛性が低いため、通常、補強を加えている（特許文献１参照）。フレームは、形状的に補強を加えるスペースを有しているが、軸受ブラケットは、薄い円盤状であることから、補強を加えられるスペースに制約がある。
　図１２は、回転電機の軸受ブラケットの下半部の従来の構成例を示す平面図であり、また、図１３は、正面図である。軸受ブラケット５０は、軸受の重量による荷重を支持するため、特に下半部の剛性を確保する必要がある。従来は、図１２および図１３に示すように、軸受ブラケット５０の下半部は、上半部と同様に、板状部５１と、これを補強するための補強部５２を有する。補強部５２としては、軸中心から放射状に延びて互いに周方向に間隔をおいて配された径方向補強部材５２ａを採用していた。さらに、大きな剛性を有する構造とするためには、従来のような径方向に延びた補強に加えて、周方向に延びた周方向補強部材５２ｂ（図５）を追加する必要がある。したがって、従来の構造では、剛性を向上させるためには、工数や重量が増加する課題があった。
　そこで、本発明は、回転電機において、より簡素化された構成で軸受ブラケットの剛性を確保することを目的とする。
　上述の目的を達成するため、本発明は、水平方向に延びた回転子シャフトと、前記回転子シャフトの径方向外側に取り付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前記回転子鉄心を囲むように設けられた固定子鉄心と、前記固定子鉄心内を軸方向に貫通する固定子巻線とを有する固定子と、軸方向に前記回転子鉄心を挟んで前記回転子シャフトの両側で前記回転子シャフトを回転可能に支持する２つの軸受と、前記固定子鉄心の径方向外側に配されて、前記回転子鉄心と前記固定子鉄心を収納するフレームと、前記フレームの軸方向の両端に取り付けられ、それぞれが、前記軸受のそれぞれを静止支持する２つの軸受ブラケットと、を備える回転電機であって、前記軸受ブラケットのそれぞれは、中央に前記軸受を支持する円形の開口を有し、前記軸受ブラケットの下半部は、前記回転子の回転軸を含み鉛直方向に延びる面を挟んで対称に配された第１区画と第２区画とを有する板状部と、前記第１区画および前記第２区画のそれぞれにおいて、径方向最内部と径方向最外部とを結ぶように形成された部分を有し、前記板状部に取り付けられた補強部と、を具備し、前記径方向最内部の周方向角度位置と前記径方向最外部の周方向角度位置の差は、所定の周方向角度位置差最小値以上である、ことを特徴とする。
　また、本発明は、水平方向に延びた回転子シャフトと、前記回転子シャフトの径方向外側に取り付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前記回転子鉄心を囲むように設けられた固定子鉄心と、前記固定子鉄心内を軸方向に貫通する固定子巻線とを有する固定子と、前記回転子鉄心を挟んで前記回転子シャフトの軸方向の両側で前記回転子シャフトを回転可能に支持する２つの軸受と、前記固定子の径方向外側に配されて、前記回転子鉄心と前記固定子を収納するフレームと、を備える回転電機の前記フレームの軸方向の両端に取り付けられ、それぞれが前記軸受を静止支持する軸受ブラケットであって、前記軸受ブラケットのそれぞれは、中央に円形の開口を有し、前記軸受ブラケットの下半部は、前記回転子の回転軸を含み鉛直方向に延びる面を挟んで対称に配された第１区画と第２区画とを有する板状部と、前記第１区画および前記第２区画のそれぞれにおいて、径方向最内部と径方向最外部とを結ぶように形成された部分を有し、前記板状部に取り付けられた補強部と、を具備し、前記径方向最内部の周方向角度位置と前記径方向最外部の周方向角度位置の差は、所定の周方向角度位置差最小値以上である、ことを特徴とする。
　本発明によれば、回転電機において、より簡素化された構成で軸受ブラケットの剛性を確保することができる。
第１の実施形態に係る回転電機の構成を示す縦断面図である。 第１の実施形態に係る回転電機の軸受ブラケット下半部の構成を示す平面図である。 第１の実施形態に係る回転電機の軸受ブラケット下半部の構成を示す正面図である。 第１の実施形態に係る回転電機の軸受ブラケットの効果を説明するための概念的な第１の正面図である。 第１の実施形態に係る回転電機の軸受ブラケットの効果を説明するための概念的な第２の正面図である。 第１の実施形態に係る回転電機の軸受ブラケットの効果を説明するための概念的な第３の正面図である。 第２の実施形態に係る回転電機の軸受ブラケット下半部の構成を示す平面図である。 第２の実施形態に係る回転電機の軸受ブラケット下半部の構成を示す正面図である。 第２の実施形態に係る回転電機の軸受ブラケットの効果を説明するための軸受ブラケット下半部に補強がない場合の応力分布図である。 第３の実施形態に係る回転電機の軸受ブラケット下半部の構成を示す平面図である。 第３の実施形態に係る回転電機の軸受ブラケット下半部の構成を示す正面図である。 回転電機の軸受ブラケットの下半部の従来の構成例を示す平面図である。 回転電機の軸受ブラケットの下半部の従来の構成例を示す正面図である。
　以下、図面を参照して、本発明に係る回転電機および軸受ブラケットについて説明する。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縦断面図である。回転電機２００は、回転子１０、固定子２０、軸受３０、フレーム４０、および軸受ブラケット１００を有する。
　回転子１０は、水平方向に延びた回転子シャフト１１と、回転子シャフト１１の径方向外側に取り付けられた円筒状の回転子鉄心１２とを有する。回転子シャフト１１は、回転子鉄心１２の軸方向の両外側においてそれぞれ軸受３０により、回転軸ＣＬを中心に回転可能に支持されている。
　固定子２０は、回転子鉄心１２の径方向外側にギャップ１８を介して配された円筒形の固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１内を貫通する固定子巻線２２を有する。固定子巻線２２は、固定子鉄心２１の径方向の内側表面に周方向に互いに間隔をおいて形成され軸方向に延びた複数のスロット（図示せず）内に収納された部分と、その軸方向外側で互いに結合され、あるいは外部と結合された部分とを有する。
　固定子鉄心２１の径方向外側には、フレーム４０が設けられている。フレーム４０は、回転子鉄心１２および固定子鉄心２１を収納する。フレーム４０の軸方向の両端には、それぞれ軸受ブラケット１００が取り付けられている。軸受ブラケット１００のそれぞれは、軸受３０のそれぞれを静止支持している。それぞれの軸受ブラケット１００は、上下に２分割されており、上側の軸受ブラケット上半部１００ａと、下側の軸受ブラケット下半部１０１とを有する。軸受ブラケット上半部１００ａと軸受ブラケット下半部１０１とは、水平な結合部において、例えばボルト、ナット等により互いに結合され、全体として、中央に軸受３０が貫通する開口が形成された円板状である。なお、軸受ブラケット１００は、上下に分割されている場合には限定されず、上下一体で形成されていてもよい、この場合も、一体で形成されている軸受ブラケット１００の上半分の部分と下半分の部分をそれぞれ軸受ブラケット上半部１００ａと軸受ブラケット下半部１０１と呼ぶこととする。
　以下、回転電機２００の回転子シャフト１１の延びる方向をｚ方向、回転子シャフト１１の回転軸から径方向外側に向かう方向をｒ方向、回転子シャフト１１の回転する周方向をθ方向（図３）と呼ぶこととする。
　図２は、第１の実施形態に係る回転電機の軸受ブラケット下半部の構成を示す平面図であり、また、図３は、正面図である。軸受ブラケット下半部１０１は、回転軸ＣＬを含む鉛直平面に関して互いに対称な第１区画１０１ａと第２区画１０１ｂとに分割されている。第１区画１０１ａおよび第２区画１０１ｂは、図２および図３において、それぞれ右側の領域および左側の領域である。
　軸受ブラケット下半部１０１は、半円状の板状部１１０と、補強部１２０とを有する。
　板状部１１０には、中央に半円形の開口１１１が形成されている。開口１１１は、軸受ブラケット上半部１００ａの開口部とともに、軸受３０が貫通する軸受ブラケット１００の円形の開口を形成する。
　補強部１２０は、第１区画１０１ａに配された斜向部材１２１ａ、第２区画１０１ｂに配された斜向部材１２１ｂ、および回転軸ＣＬを含む鉛直平面上で下方に延びた１つの中間部材１２７を有する。
　斜向部材１２１ａおよび斜向部材１２１ｂは、互いに同一の形状であり、中間部材１２７を間に挟んで、互いに対称な位置に配されている。それぞれの斜向部材１２１ａは、第１端部１２２から第２端部１２３まで延びている。斜向部材１２１ａは、第１端部１２２において中間部材１２７と結合している。斜向部材１２１ｂも同様に中間部材１２７と結合している。
　補強部１２０のそれぞれの部材は、軸方向に幅を有し、また、その幅方向に折れ曲がった形状である。なお、断面形状は、必ずしもこのように折れ曲がっていなくともよい。補強部１２０のそれぞれの部材は、板状部１１０に、溶接、あるいはロー付により固定されている。なお、ボルト等により固定することでもよい。なお、たとえば、一体鋳造によって、補強部１２０のそれぞれの部材が、板状部１１０と一体に形成されていてもよい。この場合は、板状部１１０から突出して、補強部に相当する部分を補強部１２０と呼ぶこととする。
　以下、説明は、斜向部材１２１ａについて行う。以下説明する内容は、斜向部材１２１ｂについても同様である。
　図３に示すように、斜向部材１２１ａの第１端部１２２は、斜向部材１２１ａにおいて回転軸ＣＬから最も離れた径方向最外部１２５である。すなわち、回転軸ＣＬから径方向最外部１２５である第１端部１２２までの距離が最大値ｒ－ｍａｘである。また、斜向部材１２１ａにおいて回転軸ＣＬに最も近い径方向最内部１２４は、第１端部１２２と第２端部１２３との間に存在する。すなわち、回転軸ＣＬから径方向最内部１２４までの距離が最小値ｒ－ｍｉｎである。
　ここで、径方向最外部１２５である第１端部１２２は、周方向には周方向角度位置θｂにある。また、径方向最内部１２４は周方向には周方向角度位置θａにある。周方向角度位置θａと、周方向角度位置θｂとは、約４５度程度離れている。
　図４は、第１の実施形態に係る回転電機の軸受ブラケットの効果を説明するための概念的な第１の正面図、また、図５は、概念的な第２の正面図である。図４は、従来方式に基づく場合を概念的に示している。
　概念的な第１の正面図である図４は、図１３に示す従来の軸受ブラケットの構成を、概念的に示している。すなわち、軸受ブラケット５０は、板状部５１と、補強部５２として、板状部５１上に放射状に周方向に互いに間隔をおいて配されている、複数の径方向補強部材５２ａを有する。
　概念的な第２の正面図である図５は、さらに剛性を上げるために従来の軸受ブラケットにさらに補強を増やした場合を概念的に示す。軸受ブラケット５０ａは、板状部５１と、補強部５２として、複数の径方向補強部材５２ａおよび周方向補強部材５２ｂを有する。周方向補強部材５２ｂは、互いに周方向に間隔をおいて配された複数の径方向補強部材５２ａを互いに連結させることにより、軸受ブラケット５０ａの剛性を向上させる。
　図５に示すように、従来の構成を基にして、さらに軸受ブラケットの剛性を上げようとすると、補強部材すなわち、径方向補強部材５２ａおよび周方向補強部材５２ｂの量が増加する。これは、軸受ブラケット５０ａの重量の増加ももたらし好ましくない。
　図５で示す構成において、軸受ブラケット５０ａの剛性を向上させている要因は、径方向および周方向に分散した各部分が、径方向補強部材５２ａおよび周方向補強部材５２ｂによって互いに結合されている点である。
　図６は、第１の実施形態に係る回転電機の軸受ブラケットの効果を説明するための概念的な第３の正面図である。本実施形態による補強部１２０としての斜向部材１２１ａ、１２１ｂを実線で示している、また、対比のために、従来方式による補強部５２としての径方向補強部材５２ａおよび周方向補強部材５２ｂをそれぞれ破線で示している。
　斜向部材１２１ａは、図３を引用しながら説明したように、周方向角度位置がθａである径方向最内部１２４と、周方向角度位置がθｂである径方向最外部１２５を有し、それぞれの角度位置が互いに異なっている。このため、斜向部材１２１ａもまた、従来の方式と同様に、径方向および周方向に分散した各部分を、互いに結合させており、従来方式で径方向補強部材５２ａに加えて周方向補強部材５２ｂを設けた場合と同様の効果を有する。以下、同様に斜向部材１２１ａについて説明するが、斜向部材１２１ｂについても同様である。
　ここで、回転軸ＣＬと径方向最外部１２５との間隔すなわち径方向最外部１２５の径方向位置ｒｂと、回転軸ＣＬと径方向最内部１２４との間隔すなわち径方向最内部１２４の径方向位置ｒａとの差は、所定の径方向位置差最小値Δｒ以上とする。ここで、径方向位置差最小値Δｒは、従来方式で必要とされる周方向補強部材５２ｂの設置状況に基づいて決定される。
　たとえば、従来方式において、軸受ブラケットの径方向の幅Ｄの中で、周方向補強部材５２ｂがＮ本必要とされている場合、Δｒ＝Ｄ／（Ｎ＋１）として径方向位置差最小値Δｒを設定することができる。図６においては、Ｎ＝１なので、この方法によれば、Δｒ＝Ｄ／２となる。あるいは、径方向位置差最小値Δｒを、幅Ｄに１より小さな正の値αを乗じた値、たとえば、α＝０．３としΔｒ＝０．３Ｄとする等としてもよい。この場合、αの値は、応力解析結果等に基づいて適切な値を設定することができる。
　また、径方向最外部１２５の周方向角度位置θｂと、径方向最内部１２４の周方向角度位置θａとの差は、所定の周方向角度位置差最小値Δθ以上とする。ここで、周方向角度位置差最小値Δθは、従来方式で必要とする径方向補強部材５２ａの設置状況に基づいて決定される。
　たとえば、従来方式で必要とする径方向補強部材５２ａが配されている角度間隔ΔΦを周方向角度位置差最小値Δθとしてもよい。図６に示す例では、径方向補強部材５２ａが配されている周方向の角度間隔Δφは３０度であるので、この方法によれば周方向角度位置差最小値Δθは３０度となる。あるいは、周方向角度位置差最小値Δθを、９０度に１より小さな正の値βを乗じた値、たとえば、β＝０．５としΔを４５度とする等としてもよい。この場合、βの値は、応力解析結果等に基づいて適切な値を設定することができる。
　なお、軸受ブラケット１００には、軸受３０を介して回転子１０の自重および回転子１０の回転に伴う変形モードによる遠心力などが負荷される。特に、回転子１０の自重については、軸受ブラケット下半部１０１でこれを支持することから、斜向部材１２１ａ、１２１ｂの方向は、斜向部材１２１ａ、１２１ｂに引張力が負荷される方向とする。具体的には、回転軸ＣＬの直下に近い側に径方向最外部１２５が、また、これより水平方向に離れた位置に径方向最内部１２４が配されるように設定する。
　以上のように、本実施形態によれば、回転電機２００において、より簡素化された構成で軸受ブラケット１００の剛性を確保することができる。
　［第２の実施形態］
　図７は、第２の実施形態に係る回転電機の軸受ブラケット下半部の構成を示す平面図であり、図８は、正面図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形である。
　第２の実施形態における軸受ブラケット下半部１０２は、補強部１２０として、回転軸ＣＬを含む鉛直平面に関して互いに対称に配された２つの斜向部材１２１ａ、１２１ｂを有する。
　本第２の実施形態においては、第１の実施形態とは異なり、２つの斜向部材１２１ａ、１２１ｂは、互いに接続されていない。
　一方の斜向部材１２１ａについてみると、径方向最内部１２４の周方向角度位置θａ、および径方向最外部１２５の周方向角度位置θｂは、それぞれ、第１の実施形態におけるそれぞれの周方向角度位置より小さい値であり、斜向部材１２１ａの回転軸ＣＬを含む鉛直平面となす角度が小さい。すなわち、第１の実施形態における斜向部材に比べて、鉛直方向に近づいている。その他の点では、第１の実施形態と同様である。
　図８において破線で囲まれたＡ部は、解析により、補強部が軸受ブランケット上半部のみに設けられ、軸受ブランケット下半部には補強部１２０が設けられていない場合に、最大の応力が発生することが示されている部分である。応力は、引張応力である。後述するように、斜向部材１２１ａ、１２１ｂは、この引張応力の方向に沿った部分を有しており、引張応力に対して有効に機能する。なお、他の部分の応力に対して応力の高い部分の応力が、引張応力ではなく圧縮応力の場合であっても、同様に、その圧縮応力の方向に沿った部分を有するように補強部１２０の部材を配することは有効である。
　図９は、第２の実施形態に係る回転電機の軸受ブラケットの効果を説明するための軸受ブラケット下半部に補強がない場合の解析結果による応力分布図である。軸受ブラケット１００の構成が、図６において左右対称なので、応力分布も左右対称である。
　応力は、色が薄いほど高いことを示しており、破線で囲まれたＡ部において、応力が大きくなっている。Ａ部において、矢印の方向が、引張応力の方向である。したがって、図８の斜向部材１２１ａ、１２１ｂのように、この方向に沿って、補強部１２０が設けられていれば、効率的に補強を施すことができる。
　［第３の実施形態］
　図１０は、第３の実施形態に係る回転電機の軸受ブラケット下半部の構成を示す平面図であり、図１１は、正面図である。本第３の実施形態は、第１の実施形態の変形である。
　本第３の実施形態における軸受ブラケット下半部１０３は、補強部１２０として、曲状部材１２８を有する。曲状部材１２８は、回転軸ＣＬを含む鉛直平面に関して対称であり、緩いＵ字形に形成されている。その他の点では、第１の実施形態と同様である。
　曲状部材１２８は、回転軸ＣＬの直下の部分が、径方向最内部１２８ａであり、水平方向に最外部が、径方向最外部１２８ｂである。
　本実施形態の補強部１２０である曲状部材１２８は、図９に示した最大応力発生部分であるＡ部を、カバーしている。また、補強部１２０である曲状部材１２８が、曲線的に配されていることから、構造的に不連続分が少なくなり、効率のよい補強をなすことができる。
　［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、軸受ブラケット１００が、上下に２分割された構成の場合を例にとって示したが、これに限定されない。すなわち、３つ以上に分割された場合でもよい。あるいは、分割されておらずに、軸受ブラケットが一体をなしている場合であってもよい。
　実施形態では、回転子が２つの軸受に支持されている場合を例にとって示したが、これに限定されず、たとえば、１つの軸受を他の機械と共用している場合でもよい。また、実施形態では、軸受ブラケットがフレームの軸方向の両端に設けられている場合を例にとって示したが、フレームの軸方向の一方にしか取り付けられていない場合であってもよい。
　また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。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…回転子シャフト、１２…回転子鉄心、１８…ギャップ、２０…固定子、２１…固定子鉄心、２２…固定子巻線、３０…軸受、４０…フレーム、５０、５０ａ…軸受ブラケット、５１…板状部、５２…補強部、５２ａ…径方向補強部材、５２ｂ…周方向補強部材、１００…軸受ブラケット、１００ａ…軸受ブラケット上半部、１０１、１０２、１０３…軸受ブラケット下半部、１０１ａ…第１区画、１０１ｂ…第２区画、１１０…板状部、１１１…開口、１１２…接続部、１２０…補強部、１２１ａ、１２１ｂ…斜向部材、１２２…第１端部、１２３…第２端部、１２４…径方向最内部、１２５…径方向最外部、１２７…中間部材、１２８…曲状部材、１２８ａ…径方向最内部、１２８ｂ…径方向最外部、２００…回転電機

Claims (5)

  1. 　水平方向に延びた回転子シャフトと、前記回転子シャフトの径方向外側に取り付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前記回転子鉄心を囲むように設けられた固定子鉄心と、前記固定子鉄心内を軸方向に貫通する固定子巻線とを有する固定子と、
    　軸方向に前記回転子鉄心を挟んで前記回転子シャフトの両側で前記回転子シャフトを回転可能に支持する２つの軸受と、
    　前記固定子鉄心の径方向外側に配されて、前記回転子鉄心と前記固定子鉄心を収納するフレームと、
    　前記フレームの軸方向の両端に取り付けられ、それぞれが、前記軸受のそれぞれを静止支持する２つの軸受ブラケットと、
    　を備える回転電機であって、
    　前記軸受ブラケットのそれぞれは、中央に前記軸受を支持する円形の開口を有し、
    　前記軸受ブラケットの下半部は、
    　前記回転子の回転軸を含み鉛直方向に延びる面を挟んで対称に配された第１区画と第２区画とを有する板状部と、
    　前記第１区画および前記第２区画のそれぞれにおいて、径方向最内部と径方向最外部とを結ぶように形成された部分を有し、前記板状部に取り付けられた補強部と、
    　を具備し、
    　前記径方向最内部の周方向角度位置と前記径方向最外部の周方向角度位置の差は、所定の周方向角度位置差最小値以上である、
    　ことを特徴とする回転電機。
  2. 　前記第１区画に配された部分と、前記第２区画に配された部分とは、互いに結合していることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
  3. 　前記補強部は、回転軸を含む鉛直平面上で下方に延びた１つの中間部材を有し、
    　前記第１区画に配された部分と前記第２区画に配された部分は、前記中間部材を介して互いに結合している、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
  4. 　前記補強部の補強部材は、補強部材が存在しない場合の応力分布において引張応力または圧縮応力が他の部分より高い部分において当該引張応力に抗する方向に配されている部分を有す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。
  5. 　水平方向に延びた回転子シャフトと、前記回転子シャフトの径方向外側に取り付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前記回転子鉄心を囲むように設けられた固定子鉄心と、前記固定子鉄心内を軸方向に貫通する固定子巻線とを有する固定子と、
    　前記回転子鉄心を挟んで前記回転子シャフトの軸方向の両側で前記回転子シャフトを回転可能に支持する２つの軸受と、
    　前記固定子の径方向外側に配されて、前記回転子鉄心と前記固定子を収納するフレームと、
    　を備える回転電機の前記フレームの軸方向の両端に取り付けられ、それぞれが前記軸受を静止支持する軸受ブラケットであって、
    　前記軸受ブラケットのそれぞれは、中央に円形の開口を有し、
    　前記軸受ブラケットの下半部は、
    　前記回転子の回転軸を含み鉛直方向に延びる面を挟んで対称に配された第１区画と第２区画とを有する板状部と、
    　前記第１区画および前記第２区画のそれぞれにおいて、径方向最内部と径方向最外部とを結ぶように形成された部分を有し、前記板状部に取り付けられた補強部と、
    　を具備し、
    　前記径方向最内部の周方向角度位置と前記径方向最外部の周方向角度位置の差は、所定の周方向角度位置差最小値以上である、
    　ことを特徴とする軸受ブラケット。
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