特開 2022-175731 回転電機用油供給装置および回転電機システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022175731

(43)【公開日】2022-11-25

(54)【発明の名称】回転電機用油供給装置および回転電機システム

(51)【国際特許分類】

   F16N 7/02 20060101AFI20221117BHJP

   H02K 5/20 20060101ALI20221117BHJP

   H02K 9/19 20060101ALI20221117BHJP

   F16N 27/02 20060101ALI20221117BHJP

【ＦＩ】

F16N7/02

H02K5/20

H02K9/19 A

F16N27/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021082388

(22)【出願日】2021-05-14

(71)【出願人】

【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】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】葉山 慎吾

【テーマコード（参考）】

5H605

5H609

【Ｆターム（参考）】

5H605AA01

5H605CC04

5H605DD13

5H605EB01

5H609PP02

5H609PP11

5H609QQ05

5H609QQ11

5H609RR01

5H609RR28

5H609RR37

5H609RR46

5H609RR50

(57)【要約】

【課題】停電時においてタンクから油供給対象へ供給する油の量および供給時間を確保しやすい回転電機用油供給装置を得る。
【解決手段】回転電機用油供給装置３は、タンク５２と、案内部６７と、を備える。タンク５２は、油供給対象よりも上方に配置され、油１００を貯留し、上下方向の位置が互いに異なる複数の口５２ｄ，５２ｅが設けられている。案内部６７は、複数の口５２ｄ，５２ｅと油供給対象とを接続し、重力によって複数の口５２ｄ，５２ｅから流出した油１００を、油供給対象に案内する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転電機の油供給対象に油を供給する回転電機用油供給装置であって、
前記油供給対象よりも上方に位置し、前記油を貯留し、上下方向の位置が互いに異なる複数の口が設けられたタンクと、
前記複数の口と前記油供給対象とを接続し、重力によって前記複数の口から流出した前記油を、前記油供給対象に案内する案内部と、
を備える回転電機用油供給装置。

【請求項2】

前記案内部は、前記複数の口にそれぞれが接続された複数の配管と、前記複数の配管のそれぞれに設けられた複数のオリフィスと、を有し、
前記複数のオリフィスの径は、前記オリフィスと対応する前記口の上下方向の位置が高いほど大きい、請求項１に記載の回転電機用油供給装置。

【請求項3】

前記タンクは、前記上下方向に延びた壁を有し、
前記複数の口は、前記壁に設けられた、請求項１または２に記載の回転電機用油供給装置。

【請求項4】

請求項１～３のうちいずれか一つに記載の回転電機用油供給装置と、
前記回転電機と、
を備える回転電機システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転電機用油供給装置および回転電機システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、シャフトとシャフトを支持する軸受と軸受および油を収容した油槽とを有した回転電機と、油槽に油供給する回転電機用油供給装置と、を備える回転電機システムが知られている。この種の回転電機用油供給装置として、回転電機の通常稼働時に油槽に油を供給する電動ポンプと、停電によって電動ポンプが動作不能となった場合に、油槽に油を供給する停電用油供給部と、を備えるものがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－２０１４３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記停電用油供給部は、油を貯留するタンクと、タンクと回転電機の油槽とを接続した配管と、を有し、停電時には、タンク内の油が重力によって配管を通って油槽に流れるようになっている。停電用油供給部は、停電等で回転電機への通電が遮断され、シャフトの回転が止まるまでの間、その回転数に応じた量の油を油槽（軸受）に供給することが求められる。しかしながら、従来のタンクは、油槽へ油を供給する口が一つであるため、油槽に供給する必要な油の量および必要な供給時間を確保するのが困難であった。

【0005】

そこで、本発明の課題の一つは、停電時においてタンクから油供給対象へ供給する油の量および供給時間を確保しやすい回転電機用油供給装置および回転電機システムを得ることである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の実施形態の回転電機用油供給装置は、回転電機の油供給対象に油を供給する回転電機用油供給装置であって、前記油供給対象よりも上方に位置し、前記油を貯留し、上下方向の位置が互いに異なる複数の口が設けられたタンクと、前記複数の口と前記油供給対象とを接続し、重力によって前記複数の口から流出した前記油を、前記油供給対象に案内する案内部と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明の回転電機用油供給装置によれば、停電時においてタンクから油供給対象へ供給する油の量および供給時間を確保しやすい回転電機用油供給装置および回転電機システムを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施形態の回転電機システムの構成を例示的に示す構成図であって、通常稼働時の状態の図である。

【図2】図２は、実施形態の回転電機システムの回転電機を例示的に示す断面図である。

【図3】図３は、実施形態の回転電機システムにおける油供給装置の二つのオリフィス板を示す例示的な断面図である。

【図4】図４は、実施形態の回転電機システムの構成を例示的に示す構成図であって、停電時の状態の図である。

【図5】図５は、実施形態の回転電機システムにおける油供給装置が供給する油の量（油量）と時間との関係を示す図である。

【図6】図６は、比較例の回転電機システムにおける油供給装置が供給する油の量（油量）と時間との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成（技術的特徴）、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果（効果）は、一例である。

【0010】

なお、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

【0011】

＜回転電機システム１＞
図１は、実施形態の回転電機システム１の構成を例示的に示す構成図であって、通常稼働時の状態の図である。図１に示されるように、回転電機システム１は、回転電機２と、回転電機２に油１００を供給する油供給装置３と、を備える。油供給装置３は、回転電機用油供給装置の一例である。

【0012】

＜回転電機２＞
図２は、実施形態の回転電機システム１の回転電機２を例示的に示す断面図である。図２に示されるように、回転電機２は、筐体１１と、回転子１２と、固定子１３と、軸受１６と、油槽１７と、を有する。

【0013】

筐体１１は、箱型に形成されている。筐体１１は、回転子１２の一部と固定子１３と、を収容している。

【0014】

回転子１２は、シャフト１４と、回転子鉄心１５と、を有する。シャフト１４のうち軸方向の両端部の間の部分に回転子鉄心１５が固定されている。

【0015】

シャフト１４は、回転中心軸Ａｘ回りに回転可能に二つの軸受１６を介して筐体１１に支持されている。換言すると、二つの軸受１６は、シャフト１４を筐体１１に対して回転可能に支持している。二つの軸受１６は、軸方向において回転子鉄心１５の両側に位置している。すなわち、軸方向で二つの軸受１６の間に回転子鉄心１５が位置している。

【0016】

シャフト１４の軸方向の両端部１４ａ，１４ｂは、筐体１１から筐体１１の外部に突出している。一方の端部１４ａは、結合対象（不図示）と結合される。また、シャフト１４における二つの軸受１６と回転子鉄心１５とのそれぞれの間には、内扇１８が固定されている。内扇１８は、シャフト１４と一体に回転する。

【0017】

二つの軸受１６は、筐体２１に支持されている。軸受１６は、例えば、すべり軸受やころがり軸受等である。軸受１６は、油１００によって潤滑される。軸受１６は、筐体２１に設けられた油槽１７内に配置されている。油槽１７には、油１００（図１参照）が入れられる。油槽１７は、密閉部とも称される。油槽１７は、油供給対象の一例である。

【0018】

固定子１３は、固定子鉄心１９と、固定子巻線２０と、を有する。固定子鉄心１９は、筐体１１に固定されている。すなわち、固定子１３は、筐体１１に固定されている。固定子鉄心１９は、径方向における回転子鉄心１５の外側に位置し、回転子鉄心１５を囲む円筒状に形成されている。固定子巻線２０は、軸方向に延びるように固定子鉄心１９の内周部１９ａに形成された複数のスロット（不図示）内を貫通して、固定子鉄心１９に固定されている。

【0019】

＜油供給装置３＞
図１に示されるように、油供給装置３は、電動ポンプ５１と、タンク５２と、逆止弁５３と、配管部５４と、を備える。

【0020】

電動ポンプ５１は、主タンク（不図示）に貯留された油１００を吸引し、吸引した油１００を配管部５４に吐出する。電動ポンプ５１は、電気によって動作する。

【0021】

タンク５２は、電動ポンプ５１から吐出された油１００の一部を貯留する。タンク５２は、例えば、方形に形成され、底壁５２ａと、天壁５２ｂと、四つの側壁５２ｃと、を有する。なお、図１では、四つの側壁５２ｃのうち三つだけが示されている。側壁５２ｃは、上下方向に延びて、底壁５２ａと天壁５２ｂとを接続している。側壁５２ｃは、壁の一例である。タンク５２は、ランダウンタンクとも称される。

【0022】

また、タンク５２には、二つの出入口５２ｄ，５２ｅと、一つの出口５２ｆと、が設けられている。二つの出入口５２ｄ，５２ｅは、一つの側壁５２ｃに設けられている。二つの出入口５２ｄ，５２ｅは、油槽１７（軸受１６）よりも上方に位置している。二つの出入口５２ｄ，５２ｅは、上下方向の位置が互いに異なる。出入口５２ｅは、出入口５２ｄよりも上方に位置している。また、出口５２ｆは、一例として、出入口５２ｄ，５２ｅが設けられた側壁５２ｃとは別の側壁５２ｃに設けられている。出口５２ｆは、二つの出入口５２ｄ，５２ｅよりも上方に位置している。二つの出入口５２ｄ，５２ｅは、複数の口の一例である。

【0023】

配管部５４は、主給油管６１と、分岐給油管６２と、排油管６３と、オーバーフロー管６４と、を有する。配管部５４には、油１００が流れる。

【0024】

主給油管６１は、電動ポンプ５１と回転電機２の油槽１７（図２）の入口とを接続している。主給油管６１には、逆止弁５３が設けられている。

【0025】

分岐給油管６２は、主給油管６１における逆止弁５３と油槽１７との間の部分からタンク５２へ分岐している。すなわち、分岐給油管６２は、主給油管６１とタンク５２とを接続している。分岐給油管６２は、第１部分６２ａと、第２部分６２ｂと、第３部分６３ｃと、分岐点６３ｄと、を有する。第１部分６２ａは、主給油管６１と分岐点６３ｄとを接続している。第２部分６２ｂは、分岐点６３ｄとタンク５２の出入口５２ｄとを接続している。第３部分６３ｃは、分岐点６３ｄとタンク５２の出入口５２ｅとを接続している。すなわち、第２部分６２ｂと第３部分６２ｃとは取り付け高さが異なる。第２部分６２ｂと第３部分６２ｃとは、複数の配管の一例である。

【0026】

分岐給油管６２と、主給油管６１における分岐給油管６２と接続された部分と油槽１７に接続された部分との間の部分（以後、下流側部分とも称する）６１ａとは、案内部６７を構成している。案内部６７は、出入口５２ｄ，５２ｅと油槽１７とを接続し、重力によって出入口５２ｄ，５２ｅから流出した油１００を、油槽１７に案内するものである。また、案内部６７とタンク５２とは、停電用油供給部を構成している。

【0027】

第２部分６２ｂおよび第３部分６２ｃには、それぞれ、オリフィス板６５，６６が設けられている。

【0028】

図３は、実施形態の回転電機システム１における油供給装置３の二つのオリフィス板６５，６６を示す例示的な断面図である。図３に示されるように、二つのオリフィス板６５，６６には、それぞれオリフィス６５ａ，６６ａが設けられている。オリフィス６５ａ，６６ａは、それぞれ出入口５２ｄ，５２ｅと対応している。オリフィス６６ａの径は、オリフィス６５ａの径よりも大きい。すなわち、オリフィス６５ａ，６６ａの径は、オリフィス６５ａ，６６ａと対応する出入口５２ｄ，５２ｅの上下方向の位置が高いほど大きい。なお、オリフィス６５ａ，６６ａの径は、同じであってもよいし、オリフィス６５ａ，６６ａと対応する出入口５２ｄ，５２ｅの上下方向の位置が高いほど小さくてもよい。オリフィス６５ａ，６６ａは、案内部６７に含まれる。

【0029】

図１に示される主給油管６１に設けられた逆止弁５３は、電動ポンプ５１から油槽１７およびタンク５２に向かって油１００が流れるのを許容し、油槽１７およびタンク５２から電動ポンプ５１に向かって油１００が流れるのを制限する。

【0030】

排油管６３は、油槽１７の出口と主タンクとを接続している。オーバーフロー管６４は、タンク５２の出口５２ｇと排油管６３とを接続している。

【0031】

＜油１００の流れ＞
次に、油１００の流れについて説明する。まずは、回転電機システム１の通常稼働時の油１００の流れについて図１を参照して説明する。図１中の矢印は、回転電機システム１の通常稼働時の油１００の流れの一例を示している。回転電機２および電動ポンプ５１が通電されて動作を開始すると、シャフト１４が回転するとともに、電動ポンプ５１が主タンクから油１００を吸引して吐出する。電動ポンプ５１から吐出された油１００の一部は、主給油管６１を介して油槽１７に供給されて軸受１６を潤滑する。軸受１６を潤滑した油１００は、油槽１７から排油管６３を介して主タンクに戻る。また、電動ポンプ５１から吐出された油の一部は、主給油管６１から分岐給油管６２に流入する。分岐給油管６２に流入した油１００は、第２部分６２ｂおよび第３部分６２ｃを通ってタンク５２の出入口５２ｄ，５２ｅに至り、出入口５２ｄ，５２ｅからタンク５２内に流入する。これにより、タンク５２内に油が貯留される。タンク５２内の油１００の貯留量が所定の量に達すると、油１００が出口５２ｆからオーバーフロー管６４に流出する。オーバーフロー管６４に流出した油１００は、オーバーフロー管６４から排油管６３を介して主タンクに戻る。

【0032】

次に、停電等によって電動ポンプ５１が動作不能となった回転電機システム１の停電時の油１００の流れについて図４を参照して説明する。図４は、実施形態の回転電機システム１の構成を例示的に示す構成図であって、停電時の状態の図である。図４中の矢印は、回転電機システム１の停電時の油１００の流れの一例を示している。停電時には回転電機２および電動ポンプ５１が停止する。このとき、シャフト１４の回転数は、徐々に低くなり、最終的にシャフト１４は停止する。また、油１００は、重力を受けて次のように流れる。タンク５２内の油１００は、出入口５２ｄ，５２ｅからそれぞれ分岐給油管６２の第２部分６２ｂおよび第３部分６２ｃに流出して、第１部分６２ａおよび主給油管６１の下流側部分６１ａを介して油槽１７に供給されて軸受１６を潤滑する。軸受１６を潤滑した油１００は、油槽１７から排油管６３を介して主タンクに戻る。これにより、停電時において電動ポンプ５１が停止しても、少なくともシャフト１４が停止するまでは、タンク５２の油１００が油槽１７ひいては軸受１６に供給される。よって、油１００による軸受１６の潤滑を十分に行うことができる。具体的には、本実施形態では、シャフト１４（回転子１２）の定格回数数からシャフト１４（回転子１２）の停止時までのシャフト１４の回転（所謂フリーラン）時に必要な油の供給量と供給時間とを確保できる。ここで、シャフト１４の回転数が高い程、軸受１６の潤滑に必要な油の量（単位時間あたりの量）が多くなる。軸受１６に潤滑に必要な油の量は、油槽１７に供給すべき油の量である。すなわち、油槽１７に供給すべき油の量は、シャフト１４の回転数が高い程多くなる。以後、軸受１６に潤滑に必要な油の量すなわち油槽１７に供給すべき油の量を必要量とも称する。

【0033】

図５は、実施形態の回転電機システム１における油供給装置３が供給する油の量（油量）と時間との関係を示す図である。図５の縦軸は、停電時に油供給装置３が供給する油の量（油量）を示し、図５の横軸は、停電発生時点からの経過時間（図５では時間）を示している。線Ｌ１は、油供給装置３が供給する実際の油の量（油量）を示している。線Ｌ２は、油供給装置３が供給すべき油の量（油量）である必要量（設計値）を示している。停電発生時点から時刻ｔ２までの間は、タンク５２内の油１００は、二つの出入口５２ｄ，５２ｅの両方から流出して油槽１７に供給される。このとき、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは、タンク５２の油１００の油面１００ａ（上面）が出入口５２ｅの上端と下端との間に位置している。時刻ｔ２以降は、二つの出入口５２ｄ，５２ｅのうち出入口５２ｄのみから油１００が流出して油槽１７に供給される。ここで、本実施形態では、シャフト１４は、停電開始時点から規定時間ｔｍ（一例として３０分）後に停止する。すなわち、停電開始時点から規定時間ｔｍまで、油を油槽１７に供給する必要がある。図５に示されるように、本実施形態では、規定時間ｔｍまで、必要な量の油が油槽１７（軸受１６）に供給される。

【0034】

図６は、比較例の回転電機システムにおける油供給装置が供給する油の量（油量）と時間との関係を示す図である。比較例の油供給装置は、タンクの出入口が一つしか設けられていない点が本実施形態の油供給装置３に対して異なる。また、比較例には、オリフィスの径が大径の第１比較例と、オリフィスの径が第１比較例よりも小径の第２比較例とがある。図６の縦軸は、停電時に比較例の油供給装置が供給する油の量（油量）を示し、図６の横軸は、停電発生時点からの経過時間（図６では時間）を示している。線Ｌ３，Ｌ４は、それぞれ第１および第２の比較例の油供給装置が供給する実際の油の量（油量）を示している。線Ｌ５は、第１および第２比較例の油供給装置が供給すべき油の量（油量）である必要量（設計値）を示している。なお、第１および第２比較例の油量の必要量は、本実施形態の油量の必要量と同じである。図６に示されるように、第１比較例では、規定時間ｔｍに達する前にタンク５２内の油が無くなって油の供給が止まってしまう。一方、第２比較例では、停電時直後の比較的高回転でシャフトが回転しているときの油の供給量が、必要量に達しない。

【0035】

＜実施形態の効果＞
以上のように、本実施形態では、油供給装置３（回転電機用油供給装置）は、回転電機２の油槽１７（油供給対象）に油１００を供給する。油供給装置３は、タンク５２と、案内部６７と、を備える。タンク５２は、油槽１７よりも上方に配置され、油１００を貯留し、上下方向の位置が互いに異なる複数の出入口５２ｄ，５２ｅ（口）が設けられている。案内部６７は、複数の出入口５２ｄ，５２ｅと油槽１７とを接続し、重力によって複数の出入口５２ｄ，５２ｅから流出した油１００を、油槽１７に案内する。

【0036】

このような構成によれば、タンク５２に上下方向の位置が互いに異なる複数の出入口５２ｄ，５２ｅが設けられているので、時間経過に伴い、タンク５２から油１００が流出する出入口５２ｄ，５２ｅの数が段階的に変化する。具体的には、停電発生直後は、出入口５２ｄ，５２ｅの両方から油が流出するので比較的大量の油が油槽１７に供給される。これにより、停電発生直後のシャフト１４の回転数が比較的高い時期であって油槽１７へ供給すべき油が比較的多くなる時期に、油槽１７へ供給すべき油の量（必要量）を確保することができる。その後、出入口５２ｄ，５２ｅのうち出入口５２ｅからの油の流出が止まり、出入口５２ｄからだけ比較的少量の油が流出する。これにより、停電発生からある程度時間が経過しシャフト１４の回転数が比較的低い時期であって油槽１７へ供給すべき油が比較的少なくて済むが油槽１７への油の供給時間が比較的長い時期に、比較的少量の油を比較的長時間、油槽１７へ供給することができる。すなわち、停電時においてタンク５２から油槽１７へ供給する油の量および供給時間を確保しやすい。

【0037】

また、本実施形態では、案内部６７は、分岐給油管６２の第１部分６２ａと、複数の出入口５２ｄ，５２ｅにそれぞれが接続された分岐給油管６２の第２部分６２ｂおよび第３部分６２ｃ（配管）と、第２部分６２ｂおよび第３部分６２ｃのそれぞれに設けられた複数のオリフィス６５ａ，６６ａと、主給油管６１の下流側部分６１ａと、を有する。複数のオリフィス６５ａ，６６ａの径は、オリフィス６５ａ，６６ａと対応する出入口５２ｄ，５２ｅの上下方向の位置が高いほど大きい。

【0038】

このような構成によれば、複数のオリフィス６５ａ，６６ａの径が、オリフィス６５ａ，６６ａと対応する出入口５２ｄ，５２ｅの上下方向の位置が高いほど大きいので、停電発生直後のシャフト１４の回転数が比較的高い時期であって油槽１７へ供給すべき油が比較的多くなる時期には、オリフィス６５ａ，６６ａの両方を油が通るので、油槽１７へ供給する油の量（必要量）を確保することができる。また、停電発生からある程度時間が経過しシャフト１４の回転数が比較的低い時期であって油槽１７へ供給すべき油が比較的少なくて済むが油槽１７への油の供給時間が比較的長い時期には、オリフィス６５ａ，６６ａのうちオリフィス６５ａだけを通った比較的少量の油を比較的長時間、油槽１７へ供給することができる。

【0039】

また、本実施形態では、タンク５２は、上下方向に延びた側壁５２ｃ（壁）を有する。複数の出入口５２ｄ，５２ｅは、側壁５２ｃに設けられている。

【0040】

このような構成によれば、出入口５２ｄ，５２ｅの上下位置を比較的容易に異なるものとすることができる。

【0041】

なお、上記実施形態では、二つの口（出入口５２ｄ，５２ｅ）と二つの配管（第２部分６２ｂおよび第３部分６２ｃ）とが設けられた例が示されたが、これに限定されない。例えば、口および配管は、３つ以上であってもよい。

【0042】

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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。

【符号の説明】

【0043】

１…回転電機システム、２…回転電機、３…油供給装置（回転電機用油供給装置）、１７…油槽（油供給対象）、５２…タンク、５２ｃ…側壁（壁）、５２ｄ，５２ｅ…出入口（口）、６２ｂ…第２部分（配管）、６２ｃ…第３部分（配管）、６５ａ，６６ａ…オリフィス、６７…案内部、１００…油。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】