特開 2024-51085 回転電機

(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】P2024051085

(43)【公開日】2024-04-10

(54)【発明の名称】回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 9/19 20060101AFI20240403BHJP

【ＦＩ】

H02K9/19 Z

【審査請求】有

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024027647

(22)【出願日】2024-02-27

(62)【分割の表示】P 2020165572の分割

【原出願日】2020-09-30

(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】中川 仁

(72)【発明者】

【氏名】小山田 将亜

(57)【要約】

【課題】設置場所への設置がしやすい新規な構成の回転電機を得る。
【解決手段】回転電機１は、第１筐体１１と、固定子と、回転子と、軸受１６と、油槽１７と、冷却ユニット５０と、制御装置と、冷却装置３と、を備える。制御装置は、冷却ユニット５０を制御する。冷却装置３は、回転子および固定子を冷却する。第１筐体１１は、シャフト１４の軸方向に互いに間隔を空けて配置された二つの第１壁１１ｃ，１１ｄと、軸方向と直交する方向に互いに間隔を空けて配置された二つの第２壁１１ｅと、二つの第１壁１１ｃ，１１ｄと二つの第２壁１１ｅとを接続した天壁１１ｂと、を有する。冷却ユニット５０は、二つの第２壁１１ｅのうちの一方に取り付けられている。制御装置は、二つの第２壁１１ｅのうちの他方に取り付けられている。冷却装置３は、天壁１１ｂに取り付けられている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転電機であって、
第１筐体と、
前記第１筐体に収容された固定子と、
前記第１筐体に収容された回転子鉄心と、前記回転子鉄心が固定されたシャフトと、を有した回転子と、
前記シャフトを前記第１筐体に対して回転可能に支持した軸受と、
前記軸受を潤滑する潤滑油を貯留する油槽と、
第２筐体と、前記第２筐体に収容され前記潤滑油を冷却する冷却部と、前記第２筐体に収容され、前記油槽と前記冷却部との間で前記潤滑油を循環させるポンプと、前記ポンプを駆動する駆動源と、を有し、前記第１筐体に取り付けられ、前記第１筐体の外側に配置され前記回転電機の外側に露出した冷却ユニットと、
前記冷却ユニットを制御する制御装置と、
前記回転子および前記固定子を冷却する冷却装置と、
を備え、
前記第１筐体は、前記シャフトの軸方向に互いに間隔を空けて配置された二つの第１壁と、前記軸方向と直交する方向に互いに間隔を空けて配置された二つの第２壁と、二つの前記第１壁と二つの前記第２壁とを接続した天壁と、を有し、
前記冷却ユニットは、二つの前記第２壁のうちの一方に取り付けられ、
前記制御装置は、二つの前記第２壁のうちの他方に取り付けられ、
前記冷却装置は、前記天壁に取り付けられた、回転電機。

【請求項2】

前記軸受および前記油槽は、それぞれ二つ設けられ、
前記軸方向で二つの前記軸受の間に前記回転子鉄心が位置し、
前記ポンプ、前記駆動源、および前記冷却部は、それぞれ一つだけ設けられ、
前記ポンプは、二つの前記油槽と前記冷却部との間で前記潤滑油を循環させる、請求項１に記載の回転電機。

【請求項3】

前記第１壁のそれぞれに前記軸受が設けられた、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、回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、回転子のシャフトを支持する軸受の潤滑油を冷却することにより軸受を冷却する冷却部を備えた回転電機が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－２０１５１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

この種の回転電機では、例えば、回転電機の設置場所への回転電機の設置がしやすい新規な構成が得られれば有益である。

【0005】

そこで、本発明の課題の一つは、設置場所への設置がしやすい新規な構成の回転電機を得ることである。

【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は、第１筐体と、前記第１筐体に収容された固定子と、前記第１筐体に収容された回転子鉄心と、前記回転子鉄心が固定されたシャフトと、を有した回転子と、前記シャフトを前記第１筐体に対して回転可能に支持した軸受と、前記軸受を潤滑する潤滑油を貯留する油槽と、第２筐体と、前記第２筐体に収容され前記潤滑油を冷却する冷却部と、前記第２筐体に収容され、前記油槽と前記冷却部との間で前記潤滑油を循環させるポンプと、前記ポンプを駆動する駆動源と、を有し、前記第１筐体に取り付けられ、前記第１筐体の外側に配置され前記回転電機の外側に露出した冷却ユニットと、前記冷却ユニットを制御する制御装置と、前記回転子および前記固定子を冷却する冷却装置と、を備え、前記第１筐体は、前記シャフトの軸方向に互いに間隔を空けて配置された二つの第１壁と、前記軸方向と直交する方向に互いに間隔を空けて配置された二つの第２壁と、二つの前記第１壁と二つの前記第２壁とを接続した天壁と、を有し、前記冷却ユニットは、二つの前記第２壁のうちの一方に取り付けられ、前記制御装置は、二つの前記第２壁のうちの他方に取り付けられ、前記冷却装置は、前記天壁に取り付けられている。

【発明の効果】

【0007】

本発明の回転電機によれば、設置場所への設置がしやすい新規な構成の回転電機を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施形態の全閉外扇形回転電機の例示的な側面図である。

【図2】図２は、実施形態の全閉外扇形回転電機の例示的な正面図である。

【図3】図３は、実施形態の全閉外扇形回転電機における回転電機本体の例示的な断面図である。

【図4】図４は、実施形態の全閉外扇形回転電機における軸受冷却装置の例示的な構成図である。

【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】

＜全閉外扇形回転電機１の構成＞
図１は、実施形態の全閉外扇形回転電機１の例示的な側面図である。図２は、実施形態の全閉外扇形回転電機１の例示的な正面図である。

【0011】

図１および図２に示されるように、全閉外扇形回転電機１は、回転動作を行う回転電機本体２と、冷却装置３と、軸受冷却装置４と、制御装置５と、を備える。全閉外扇形回転電機１の内部には、回転電機本体２と冷却装置３とに亘って、空気などの冷却用気体で満たされた閉空間が設けられている。回転電機本体２の発熱によって加熱された閉空間の冷却用気体が冷却装置３にて外気と熱交換されることにより、回転電機本体２が冷却される。軸受冷却装置４は、回転電機本体２の軸受１６の潤滑油を冷却することにより軸受１６を冷却する。制御装置５は、全閉外扇形回転電機１の回転動作の制御および冷却ユニット５０の制御を行う。全閉外扇形回転電機１は、回転電機の一例である。

【0012】

＜回転電機本体２＞
図３は、実施形態の全閉外扇形回転電機１における回転電機本体２の例示的な断面図である。図１～図３に示されるように、回転電機本体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。なお、図３では、油槽１７の図示が省略されている。

【0013】

以下の説明では、便宜上、互いに直交する三方向が定義されている。Ｘ方向は、筐体１１の長手方向および回転子１２の回転中心軸Ａｘの軸方向に沿う。Ｙ方向は、筐体１１の短手方向および回転中心軸Ａｘの軸方向と直交する方向に沿う。Ｚ方向は、筐体１１の上下方向に沿う。Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向は、互いに直交する。Ｙ方向は、回転中心軸Ａｘと直交する方向の一例である。ここで、回転中心軸Ａｘは、回転子１２のシャフト１４の中心軸（中心線）である。すなわち、回転中心軸Ａｘの軸方向、径方向、および周方向は、シャフト１４の軸方向、径方向、および周方向と同じである。なお、以下の説明では、特に言及しない限り、軸方向、径方向、および周方向は、回転中心軸Ａｘの軸方向、径方向、および周方向、すなわちシャフト１４の軸方向、径方向、および周方向である。

【0014】

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。筐体１１は、第１筐体の一例である。

【0015】

筐体１１は、底壁１１ａや、天壁１１ｂ、二つの端壁１１ｃ，１１ｄ、二つの側壁１１ｅ，１１ｆ等の複数の壁を有している。

【0016】

底壁１１ａおよび天壁１１ｂは、いずれも、Ｚ方向と直交する方向（Ｘ－Ｙ平面）に沿って延びており、Ｚ方向に間隔をあけて互いに平行に設けられている。底壁１１ａは、筐体１１の下端部を構成し、天壁１１ｂは、筐体１１の上端部を構成している。

【0017】

端壁１１ｃおよび端壁１１ｄは、いずれも、軸方向すなわちＸ方向と直交する方向（Ｙ－Ｚ平面）に沿って延びており、Ｘ方向に間隔をあけて互いに平行に設けられている。端壁１１ｃは、底壁１１ａおよび天壁１１ｂのＸ方向の反対方向の端部の間に亘り、端壁１１ｄは、底壁１１ａおよび天壁１１ｂのＸ方向の端部の間に亘っている。端壁１１ｃ，１１ｄは、第１壁の一例である。

【0018】

側壁１１ｅおよび側壁１１ｆは、いずれも、軸方向と直交する方向すなわちＹ方向と直交する方向（Ｘ－Ｚ平面）に沿って延びており、Ｙ方向に間隔をあけて互いに平行に設けられている。側壁１１ｅは、底壁１１ａおよび天壁１１ｂのＹ方向の端部の間に亘り、側壁１１ｆは、底壁１１ａおよび天壁１１ｂのＹ方向の反対方向の端部の間に亘っている。側壁１１ｅ，１１ｆは、第２壁の一例である。

【0019】

天壁１１ｂには、冷却装置３が取り付けられている。また、側壁１１ｅには、軸受冷却装置４の冷却ユニット５０が取り付けられている。また、側壁１１ｆには、制御装置５が取り付けられている。すなわち、冷却ユニット５０と制御装置５とは、筐体１１に対して互いに反対側に配置されている。換言すると、冷却ユニット５０と制御装置５との間に筐体１１が配置されている。冷却装置３、冷却ユニット５０、および制御装置５は、それぞれ筐体１１の外部に配置されている。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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、他方の端部１４ｂには、外扇（不図示）が固定されている。外扇は、シャフト１４と一体に回転する。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。

【0023】

二つの軸受１６は、二つの端壁１１ｃ，１１ｄに設けられている。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、潤滑油によって潤滑される。

【0024】

図１および図２に示される油槽１７は、軸受１６の潤滑油を貯留する。油槽１７は、軸受１６ごとに設けられている。すなわち、二つの油槽１７が設けられている。二つの油槽１７は、二つの端壁１１ｃ，１１ｄに設けられている。油槽１７は、軸受１６の下方側すなわちＺ方向の反対方向側に配置されている。油槽１７は、貯留槽とも称される。

【0025】

図３に示されるように、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。

【0026】

＜冷却装置３＞
図１および図２に示されるように、冷却装置３は、筐体１１の天壁１１ｂに重ねられて天壁１１ｂに固定されている。冷却装置３は、筐体１１内の空気と筐体１１外の空気である外気との間で熱交換をすることにより、回転子１２および固定子１３を冷却する。筐体１１内の空気は、内扇１８によって筐体１１と冷却装置３との間を循環し、外気は、外扇によって冷却装置３内に導入される。

【0027】

＜軸受冷却装置４＞
図１および図２に示されるように、軸受冷却装置４は、冷却ユニット５０と、二つの配管部５５と、を備える。冷却ユニット５０は、二つの配管部５５によって、二つの軸受１６および二つの油槽１７と接続されている。冷却ユニット５０には、二つの配管部５５を介して油槽１７から流出した潤滑油が流入し、冷却ユニット５０から流出した潤滑油は、軸受１６に供給された後に油槽１７に流入する。

【0028】

図４は、実施形態の全閉外扇形回転電機１における軸受冷却装置４の例示的な構成図である。図４に示されるように、冷却ユニット５０は、筐体５１と、冷却部５３と、ポンプ５２と、モータ６０と、ＡＣ／ＤＣコンバータ５４と、を有する。

【0029】

筐体５１は、箱型に形成されている。筐体１１は、冷却部５３、ポンプ５２、モータ６０、およびＡＣ／ＤＣコンバータ５４を収容している。筐体５１は、回転電機本体２の筐体１１の側壁１１ｅにボルト等の結合具によって着脱可能に固定されている。筐体５１には、筐体５１内の空気を換気するための通気口が設けられている。筐体５１は、第２筐体の一例である。

【0030】

冷却部５３は、潤滑油を冷却する。冷却部５３は、潤滑油が通過する熱交換器と、ファンとを有する。熱交換器内には潤滑油が流れる。ファンは、熱交換器の表面に沿って空気が流れるように送風を行う。熱交換器内の潤滑油は、熱交換器外の空気（外気）との間で熱交換され、冷却される。冷却部５３のファンには、ＡＣ／ＤＣコンバータ５４から電力が供給される。

【0031】

ポンプ５２は、モータ６０によって駆動さることにより、油槽１７と冷却部５３との間で潤滑油を循環させる。モータ６０には、ＡＣ／ＤＣコンバータ５４から電力が供給される。モータ６０は、駆動源の一例である。

【0032】

本実施形態では、ポンプ５２、モータ６０、および冷却部５３は、それぞれ一つだけ設けられている。ポンプ５２は、二つの油槽１７と冷却部５３との間で潤滑油を循環させる。

【0033】

配管部５５は、複数の管５５ａ～５５ｅを有する。配管部５５の入口側の端部５５ｆは、油槽１７と接続され、配管部５５の出口側の端部５５ｇは、軸受１６と接続されている。管５５ａ，５５ｂは、油槽１７とポンプ５２との間に亘っている。管５５ａは、端部５５ｆを含む。管５５ｃは、ポンプ５２と冷却部５３との間に亘っている。管５５ｄ，５５ｅは、冷却部５３と軸受１６との間に亘っている。管５５ｅは、端部５５ｇを含む。

【0034】

また、管５５ａおよび管５５ｂの間と、管５５ｄおよび管５５ｅの間には、それぞれ、連結部５６が設けられている。管５５ａおよび管５５ｂの間の連結部５６は、管５５ａと管５５ｂとを互い着脱可能に連結している。管５５ｄおよび管５５ｅの間の連結部５６は、管５５ｄと管５５ｅとを互い着脱可能に連結している。各連結部５６は、一方の管５５ａ，５５ｄに設けられたフランジ５７と、他方の管５５ｂ，５５ｅに設けられたフランジ５７と、これら二つのフランジ５７を結合するボルトなどの結合具５８と、を有する。結合具５８が取り外されることにより、二つのフランジ５７を分離することができる。ここで、配管部５５のうち管５５ｂ～５５ｄは、冷却ユニット５０に含まれる。したがって、冷却ユニット５０は、管５５ａ，５５ｅひいては軸受１６および油槽１７に対して着脱可能である。

【0035】

以上の構成の軸受冷却装置４では、モータ６０の駆動によりポンプ５２が回転すると、潤滑油が油槽１７と冷却部５３との間を循環する。具体的には、二つの油槽１７内の潤滑油から流出した潤滑油が、管５５ａ，５５ｂ、ポンプ５２、および管５５ｃを通って冷却部５３に流入する。冷却部５３に流入した潤滑油は、冷却部５３内を流れるときに冷却部５３によって冷却された後、冷却部５３から流出する。冷却部５３から流出した潤滑油は、管５５ｄ，５５ｅを通って軸受１６に供給される。これにより軸受１６が潤滑されるとともに冷却される。軸受１６に供給された潤滑油は、油槽１７に落下する。すなわち、潤滑油が油槽１７に戻る。

【0036】

＜実施形態の効果＞
以上のように、本実施形態では、全閉外扇形回転電機１（回転電機）は、筐体１１（第１筐体）と、固定子１３と、回転子１２と、軸受１６と、油槽１７と、冷却ユニット５０と、を備える。固定子１３は、筐体１１に収容されている。回転子１２は、筐体１１に収容された回転子鉄心１５と、回転子鉄心１５が固定されたシャフト１４と、を有する。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。油槽１７は、軸受１６を潤滑する潤滑油を貯留する。冷却ユニット５０は、筐体５１と、冷却部５３と、ポンプ５２と、モータ６０（駆動源）と、を有し、筐体１１に取り付けられている。冷却部５３は、筐体５１に収容され潤滑油を冷却する。ポンプ５２は、筐体５１に収容され、油槽１７と冷却部５３との間で潤滑油を循環させる。モータ６０は、ポンプ５２を駆動する。

【0037】

このような構成によれば、冷却部５３、ポンプ５２、およびモータ６０を有する冷却ユニット５０が、筐体１１に取り付けられているので、例えば、潤滑油を冷却するための構成としての冷却部５３、ポンプ５２、およびモータ６０が、筐体１１に取りけられていない構成に比べて、全閉外扇形回転電機１の設置場所への全閉外扇形回転電機１の設置がやりやすい。冷却部５３、ポンプ５２、およびモータ６０が、筐体１１に取りけられていない構成では、例えば、設置場所にて冷却部５３、ポンプ５２、およびモータ６０を軸受１６および油槽１７に接続しなければならないため、全閉外扇形回転電機１の設置に手間がかかる。全閉外扇形回転電機１の設置場所は、例えば各種のプラントや工場である。また、上記の構成によれば、冷却ユニット５０による潤滑油の循環によって軸受１６に対する潤滑油の供給と軸受１６の冷却との両方がなされるので、例えば軸受１６を強制給油式や水冷式にしなくてよい。よって、全閉外扇形回転電機１のコストの低減を図ることができる。ここで、強制給油式の軸受は、例えば横置き型の全閉外扇形回転電機１における高速タイプや高周囲温度仕様で使用され、水冷式の軸受は、例えば、縦置き型（立型）の全閉外扇形回転電機（不図示）で使用される。

【0038】

また、本実施形態では、軸受１６および油槽１７は、それぞれ二つ設けられている。シャフト１４の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。ポンプ５２、モータ６０、および冷却部５３は、それぞれ一つだけ設けられている。ポンプ５２は、二つの油槽１７と冷却部５３との間で潤滑油を循環させる。

【0039】

このような構成によれば、それぞれ一つのポンプ５２、モータ６０、および冷却部５３によって、二つの軸受１６の潤滑および冷却をすることができる。よって、ポンプ５２、モータ６０、および冷却部５３が二つの軸受１６に対応してそれぞれ二つずつ設けられた構成に比べて、全閉外扇形回転電機１の構成を簡素化することができる。

【0040】

また、本実施形態では、筐体１１は、軸方向に互いに間隔を空けて配置された二つの端壁１１ｃ，１１ｄ（第１壁）と、軸方向と直交する方向に互いに間隔を空けて配置された二つの側壁１１ｅ，１１ｆ（第２壁）と、を有する。端壁１１ｃ，１１ｄのそれぞれに軸受１６が設けられている。冷却ユニット５０は、筐体１１の外側に配置され二つの側壁１１ｅ，１１ｆのうちの一方（例えば、側壁１１ｅ）に固定されている。

【0041】

このような構成によれば、二つの軸受１６および油槽１７が取り付けられていない側へ１１ｅに冷却ユニット５０が固定されているので、冷却ユニット５０の取り付け領域を容易に確保することができるとともに、冷却ユニット５０の着脱が容易である。

【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…全閉外扇形回転電機（回転電機）、３…冷却装置、５…制御装置、１１…筐体（第１筐体）、１２…回転子、１３…固定子、１４…シャフト、１５…回転子鉄心、１６…軸受、１７…油槽、５０…冷却ユニット、５１…筐体（第２筐体）、５２…ポンプ、５３…冷却部、６０…モータ（駆動源）、１１ｂ…天壁、１１ｃ，１１ｄ…端壁（第１壁）、１１ｅ，１１ｆ…側壁（第２壁）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】