特許 5938372 回転電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5938372

(24)【登録日】2016年5月20日

(45)【発行日】2016年6月22日

(54)【発明の名称】回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 9/06 20060101AFI20160609BHJP

【ＦＩ】

   H02K9/06 E

【請求項の数】3

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2013-151885(P2013-151885)

(22)【出願日】2013年7月22日

(65)【公開番号】特開2015-23731(P2015-23731A)

(43)【公開日】2015年2月2日

【審査請求日】2015年7月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】特許業務法人サクラ国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100103333

【弁理士】

【氏名又は名称】菊池 治

(74)【代理人】

【識別番号】100173451

【弁理士】

【氏名又は名称】井澤 彪

(72)【発明者】

【氏名】中村 裕

(72)【発明者】

【氏名】池上 知巳

(72)【発明者】

【氏名】長谷 良二

【審査官】 宮地 将斗

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−５８２０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平２−９４４５６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開平１−８６４５８（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ ９／００−９／２８

Ｈ０２Ｋ ５／００−５／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに軸方向間隔をあけて配置された第１軸受および第２軸受に回転自在に支持された回転軸と、
前記回転軸を半径方向外側から取り囲み前記回転軸に固定されて前記回転軸と共に回転する回転子と、
前記回転子を半径方向外側から取り囲む固定子と、
前記固定子を半径方向外側から取り囲むように構成された本体部と、この本体部の一方の軸方向端部に取り付けられた第１の端板と、この第１の端板の軸方向反対側の前記本体部に取り付けられた第２の端板と、を備えた固定子フレームと、
前記第２の端板よりも軸方向外側に配置された外部ファンと、
を有する回転電機において、
前記第１の端板には前記第１軸受が固定されて、前記第１の端板は半径方向外側から前記回転軸に向かうに従って軸方向内側に凹むように構成され、前記第１軸受が前記第１の端板の軸方向外側にあるように構成されて、
前記第２の端板は、前記第２軸受が固定されて、前記第２の端板は半径方向外側から前記回転軸に向かうに従って軸方向外側に突出するように構成されて、前記第２軸受が前記第２の端板の軸方向内側にあるように構成されていること、
を特徴とする回転電機。

【請求項2】

前記第１の端板は、負荷側になるように配置されて、
前記第２の端板は、反負荷側になるように配置されていること、
を特徴とする請求項１に記載の回転電機。

【請求項3】

前記第１軸受および前記第２軸受は、前記回転軸に比べて熱膨張率が小さいこと、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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、固定子等が固定子フレームに収容される回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

回転電機は、回転軸と、この回転軸と共に回転する回転子と、回転子を外側から取り囲む固定子と、これらを収容する固定子フレームと、を有する。固定子フレームは本体部と、端板と、を有する。本体部は、回転子を半径方向外側から取り囲む。端板は、本体部の軸方向外側に配置される。端板には、軸受ハウジングが取り付けられる。軸受ハウジングには軸受が取り付けられる。軸受は回転軸を回転自在に支持する。

【0003】

軸受の温度は、回転電機が運転状態にあるときは運転されていないときに比べて高くなる。軸受が高温になると、軸受ハウジング等の温度も上昇する。この温度上昇に伴って軸受ハウジングは膨張する。このとき、軸受ハウジングの熱が端板に伝熱されて、端板も膨張する。

【0004】

軸受の温度上昇を抑制する方法は、例えば特許文献１に開示されているように外部ファンにより軸受ハウジングに空気を吹き付ける例が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平２−９４４５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

冷却用の空気を軸受ハウジングに吹き付ける場合、反負荷側に配置された軸受よりも負荷側に配置された軸受の方が、冷却効果が低くなる。これは外部ファンが反負荷側に配置されるためである。

【0007】

また、反負荷側では、比較的低温の冷却空気が吹き付けられるため、軸受と端板との膨張の差が生じやすくなる。これにより、膨張に伴う変形が生じるため、端板に負荷がかかる可能性がある。また、端板により軸受の膨張が阻害されて、軸受と回転軸との間でかじりが生じる可能性がある。

【0008】

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、負荷側および反負荷側それぞれの軸受を効率よく冷却することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するための本発明に係る回転電機は、互いに軸方向間隔をあけて配置された第１軸受および第２軸受に回転自在に支持された回転軸と、前記回転軸を半径方向外側から取り囲み前記回転軸に固定されて前記回転軸と共に回転する回転子と、前記回転子を半径方向外側から取り囲む固定子と、前記固定子を半径方向外側から取り囲むように構成された本体部と、この本体部の一方の軸方向端部に取り付けられた第１の端板と、この第１の端板の軸方向反対側の前記本体部に取り付けられた第２の端板と、を備えた固定子フレームと、前記第２の端板よりも軸方向外側に配置された外部ファンと、を有する回転電機において、前記第１の端板には前記第１軸受が固定されて、前記第１の端板は半径方向外側から前記回転軸に向かうに従って軸方向内側に凹むように構成され、前記第１軸受が前記第１の端板の軸方向外側にあるように構成されて、前記第２の端板は、前記第２軸受が固定されて、前記第２の端板は半径方向外側から前記回転軸に向かうに従って軸方向外側に突出するように構成されて、前記第２軸受が前記第２の端板の軸方向内側にあるように構成されていること、を特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、回転電機の負荷側および反負荷側それぞれの軸受を効率よく冷却することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明に係る一実施形態の回転電機を模式的に示した概略正断面図であって、上半分を断面で示す。

【図2】図１の回転電機のII部を拡大して示す部分拡大正断面図である。

【図3】図１の回転電機のIII部を拡大して示す部分拡大正断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明に係る回転電機の一実施形態について図１〜図３を用いて説明する。

【0013】

図１は、本実施形態の回転電機を模式的に示した概略正断面図であって、上半分を断面で示す。図２は、図１の回転電機のII部を拡大して示す部分拡大正断面図である。図３は、図１の回転電機のIII部を拡大して示す部分拡大正断面図である。

【0014】

先ず、本実施形態の回転電機の構成について説明する。

【0015】

本実施形態の回転電機は、回転軸２と、回転子４と、固定子５と、固定子フレーム１０と、外部ファン４０と、を有する。

【0016】

回転軸２は、水平に延びる円柱状の部材である。この回転軸２は、後述する第１軸受３１および第２軸受３２に回転自在に支持される。第１軸受３１および第２軸受３２は、それぞれ後述する軸受ハウジング３０に固定されている。軸受ハウジング３０は後述する第１および第２の端板２１、２２それぞれに取り付けられている。

【0017】

回転子４は、回転軸２を半径方向外側から取り囲むように配置された円環状の部材である。この回転子４は、回転軸２と共に回転する。

【0018】

固定子５は、固定子鉄心６と、固定子巻線７と、を有する。

【0019】

固定子鉄心６は、詳細な図示は省略するが、中央に穴が形成された鋼板が積層されて構成される。この固定子鉄心６は、回転子４を半径方向外側から所定の半径方向空隙（図示せず）を保ちながら取り囲むように構成された円環状である。

【0020】

また、固定子鉄心６の内周面には、半径方向内側に開口し軸方向に延びるスロット（図示せず）が複数形成されている。これらのスロットは、周方向に等間隔に配列される。これらのスロットには、固定子巻線７が巻きまわされる。

【0021】

固定子フレーム１０は、本体部２０と、二つの端板、すなわち第１の端板２１および第２の端板２２と、を有する。

【0022】

本体部２０は、固定子鉄心６を半径方向外側から取り囲む。この本体部２０の外周には、伝熱フィン等が取り付けられている。これにより、固定子鉄心６の熱を外部に放熱可能となる。

【0023】

第１の端板２１は、本体部２０の一方の軸方向外側に取り付けられている。この例では、図１における右側で、負荷側に取り付けられる。第１の端板２１は、半径方向外側から回転軸２に向かうに従って軸方向内側（図１における左側）に凹むように構成される。第１の端板２１には、軸受ハウジング３０が取り付けられる。この軸受ハウジング３０には第１軸受３１が固定されている。第１軸受３１は、回転軸２を回転自在に支持している。

【0024】

この例では、第１の端板２１が凹んだ構造になっているため、軸受ハウジング３０は外気にさらされる部分が多くなる。

【0025】

第２の端板２２は、第１の端板２１と反対側の本体部２０に取り付けられている。この例では、図１における左側で、反負荷側に取り付けられる。第２の端板２２は、半径方向外側から回転軸２に向かうに従って軸方向内側（図１における左側）に突出するように構成される。第２の端板２２には、軸受ハウジング３０が取り付けられる。この軸受ハウジング３０には第２軸受３２が固定されている。第２軸受３２は、回転軸２を回転自在に支持している。

【0026】

この例では、第２の端板２２に取り付けられた軸受ハウジング３０における外気にさらされる部分は、第１の端板２１に取り付けられた軸受ハウジング３０に比べて少ない。これは、第２の端板２２が突出しているため軸受ハウジング３０が固定子フレーム内にある部分が多くなるためである。

【0027】

第１および第２の端板２１、２２は、互いに同じ金属材料で形成されている。

【0028】

詳細な図示は省略しているが、固定子フレーム１０には、軸方向に延びる通風路１１が形成されている。当該通風路１１の概略は、図１では破線で示している。この通風路１１は、回転軸２に装着している内部ファン（図示せず）による気流を固定子フレーム１０内に循環させるために構成されている。これにより、内部温度の均一化が可能である。

【0029】

続いて、本実施形態の作用について説明する。

【0030】

回転電機が運転状態にあるときは、固定子巻線７に電流が流れることで、回転磁界が形成されて回転軸２および回転子４が回転する。固定子巻線７に電流が流れることで固定子巻線７が発熱する。この熱が固定子鉄心６等に伝熱される。また、当該熱は回転子４等を介して回転軸２にも伝熱される。

【0031】

回転軸２に伝わった熱は、第１軸受３１および第２軸受３２に伝わる。その後に各軸受ハウジング３０に伝わる。

【0032】

一方、回転軸２の回転に伴い、外部ファン４０が回転し送風する。すなわち、外部ファン４０により空気の流れが発生する。

【0033】

送風される空気の一部は、固定子フレーム１０に取り付けられている伝熱フィン間を流れて、負荷側に流れる。負荷側の第１軸受３１付近を流れる空気の温度は、伝熱フィン間を流通する間に固定子５等と熱交換されるため、外部ファン４０から送風された直後の空気の温度よりも高い。

【0034】

第１の端板２１を上述したように軸方向内側に凹むように構成することで、第１軸受３１を固定する軸受ハウジング３０は、フレームの外側にある。これにより、軸受ハウジング３０が外気に触れやすくなるため、第１軸受３１の冷却効果が高まる。

【0035】

これに対して、反負荷側にある第２の端板２２や第２軸受３２は、外部ファン４０から送風された直後の空気が吹き付けられる。このため、第２軸受３２は、負荷側の第１軸受３１よりも冷却されやすい。その結果、反負荷側の第２軸受３２と回転軸２との温度差は、負荷側の第１軸受３１と回転軸２との温度差に比べて大きくなりやすい。

【0036】

仮に、負荷側と同様に冷却効果を高めるために、第２の端板２２を軸方向内側に凹むように形成された場合、第２軸受３２は冷却されすぎる可能性がある。第１軸受３１および第２軸受３２は、回転軸２に比べて熱膨張率が小さい。その結果、回転軸２の熱膨張に対して、第２軸受３２が冷却されすぎて第２軸受３２のボール等がかじる可能性がある。

【0037】

そこで、本実施形態では、上述したように、負荷側の第１の端板２１を、軸方向内側に凹むように構成し、反負荷側の第２の端板２２を軸方向外側に突出するように構成されている。

【0038】

これにより、反負荷側の第２軸受３２が冷却されすぎないため、第２軸受３２のかじり等の発生を抑制できる。第１軸受３１および第２軸受３２それぞれの冷却効果を適切に制御できることとなる。

【0039】

以上の説明からわかるように本実施形態によれば、負荷側および反負荷側の軸受をバランスよく効率的に冷却し、且つ、回転軸２等の回転を安定させることが可能になる。

【0040】

上記実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。また、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、端板２１にカバー（図示せず）を設けて、負荷側軸受３１に外部ファン４０からの冷却風を送風しやすくするなどがある。

【符号の説明】

【0041】

２…回転軸
４…回転子
５…固定子
６…固定子鉄心
７…固定子巻線
１０…固定子フレーム
１１…通風路
２０…本体部
２１…第１の端板
２２…第２の端板
３０…軸受ハウジング
３１…第１軸受
３２…第２軸受
４０…外部ファン

【図1】

【図2】

【図3】