特開 2025-12673 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】P2025012673

(43)【公開日】2025-01-24

(54)【発明の名称】回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 9/04 20060101AFI20250117BHJP

【ＦＩ】

H02K9/04 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023115689

(22)【出願日】2023-07-14

(71)【出願人】

【識別番号】319007240

【氏名又は名称】株式会社日立インダストリアルプロダクツ

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 琢人

(72)【発明者】

【氏名】宍戸 丈晴

【テーマコード（参考）】

5H609

【Ｆターム（参考）】

5H609BB02

5H609BB18

5H609PP05

5H609PP06

5H609PP07

5H609PP11

5H609QQ02

5H609QQ13

5H609RR12

5H609RR38

5H609RR63

(57)【要約】      （修正有）

【課題】軸受の昇温を低減し、軸受の潤滑寿命を延ばすことができる回転電機を提供する。
【解決手段】回転電機１は、軸方向に所定の距離をもって配置された第１のブラケット５ａ及び第１の軸受４ａと第２のブラケット５ｂ及び第２の軸受４ｂの間に配置され、シャフト８と共に回転する回転子６と、回転子と径方向に所定のエアギャップをもって配置された固定子２と、を備える。第１の軸受に隣接する固定子の第１端側から冷却空気が取り込まれ、第２の軸受に隣接する固定子の第２端側から冷却空気が排出される複数の内気流路２ｂを備える。内気流路は、固定子の外周、固定子と回転子の間及び回転子の内部を冷却空気が流れる第１の流路と、ステータフレームに設けられ、第１の流路を流れない別の冷却空気が流れる第２の流路と、から成り、第２の軸受は、第２の流路を流れた別の冷却空気が通る流路に隣接して配置される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ステータフレームに固定された第１のブラケット及び第２のブラケットと、前記第１のブラケット及び前記第２のブラケットに保持されている第１の軸受及び第２の軸受と、軸方向に所定の距離をもって配置された前記第１のブラケット及び前記第１の軸受と前記第２のブラケット及び前記第２の軸受の間に配置され、シャフトと共に回転する回転子と、該回転子と径方向に所定のエアギャップをもって配置された固定子と、を備えた回転電機であって、
前記第１の軸受に隣接する前記固定子の第１端側から冷却空気が取り込まれ、前記第２の軸受に隣接する前記固定子の第２端側から前記冷却空気が排出される複数の内気流路を備え、
複数の前記内気流路は、前記固定子の外周、前記固定子と前記回転子の間及び前記回転子の内部を前記冷却空気が流れる第１の流路と、前記ステータフレームに設けられ、前記第１の流路を流れない別の冷却空気が流れる第２の流路と、から成り、
前記第２の軸受は、前記第２の流路を流れた前記別の冷却空気が通る流路に隣接して配置されていることを特徴とする回転電機。

【請求項2】

請求項１に記載の回転電機であって、
複数の前記内気流路は、機内に導入された前記冷却空気が前記回転子の内部に向かう第１の内気として流れる回転子鉄心の通風路と、機内に導入された前記冷却空気が前記回転子と前記固定子の間を第２の内気として流れる前記エアギャップと、機内に導入された前記冷却空気が第３の内気として流れる前記固定子の外周に形成された内気流路とから成り、
前記回転子鉄心の通風路、前記エアギャップ及び前記内気流路が、前記第１の流路を構成していることを特徴とする回転電機。

【請求項3】

請求項２に記載の回転電機であって、
前記第２の流路を流れた前記別の冷却空気が通る流路は、前記第２の軸受が取り付けられている前記第２のブラケット側に設けられ、昇温していない前記別の冷却空気が流れる軸受側流路であり、前記第２の流路から前記軸受側流路に前記別の冷却空気を導入し、前記別の冷却空気で前記第２の軸受を冷却することを特徴とする回転電機。

【請求項4】

請求項３に記載の回転電機であって、
前記第２のブラケットの内気側に、前記軸受側流路と前記第１の内気、前記第２の内気及び前記第３の内気が合流する前記冷却空気が通る反軸受側流路とを仕切り、前記第２のブラケットに固定された仕切り板が配置されていることを特徴とする回転電機。

【請求項5】

請求項４に記載の回転電機であって、
前記仕切り板は、前記第２のブラケットにボルトで固定され、前記仕切り板の固定部分にはガスケットが介在されていることを特徴とする回転電機。

【請求項6】

請求項５に記載の回転電機であって、
前記軸受側流路と外気を連結する配管を設け、前記軸受側流路に外気を導くことを特徴とする回転電機。

【請求項7】

請求項５に記載の回転電機であって、
前記第２のブラケットの外表面に、フィンが設けられていることを特徴とする回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は回転電機に係り、特に、軸受の冷却構造を改良した回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、回転電機の高出力密度の増加に伴い、コイル温度の上昇と、それに引く続く回転電機内の冷却空気温度の上昇、そして、軸受部の温度上昇が発生する。

【0003】

回転電機の軸受は、グリースや油により潤滑されるが、軸受部の温度上昇を低減することが、グリースや油の劣化を低減し、軸受の潤滑寿命の延長につながる。

【0004】

このような回転電機の軸受部における冷却構造に関しての先行技術文献としては、特許文献１の「全閉型回転電動機」を挙げることができる。

【0005】

この特許文献１には、機体内を効率よく冷却することができると共に、騒音を低減するために、固定子鉄心と、この固定子鉄心の軸方向両端側に固定された第１及び第２のブラケットを有し密閉されたケースと、固定子鉄心の一端側で第１のブラケットに取り付けられた第１の軸受と、固定子鉄心の他端側で第２のブラケットに取り付けられた第２の軸受と、第１及び第２の軸受により回転自在に支持され、ケース内を延びたシャフトと、シャフトに取り付けられ固定子鉄心の内周側に設けられた回転子鉄心と、第１の軸受と回転子鉄心との間でシャフトに取り付けられ、シャフトと一体に回転自在な通風ファンと、第１の軸受の近傍で第１のブラケットに形成された吸気口と、通風ファンの回転により、吸気口から吸気された外気を第１の軸受側から第２の軸受側に導く外気流通路と、を備えている「全閉型回転電動機」が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１０－９８７９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、上述した特許文献１に記載の「全閉型回転電動機」の構造では、シャフトに通風ファンを固定するための長さを確保する必要があり、回転により冷却性能が依存するため、低い回転数では冷却が劣り軸受が昇温する可能性があり、軸受の潤滑寿命が低下する恐れがある。

【0008】

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、軸受の昇温を低減し、軸受の潤滑寿命を延ばすことができる回転電機を提供するにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の回転電機は、上記目的を達成するために、ステータフレームに固定された第１のブラケット及び第２のブラケットと、前記第１のブラケット及び前記第２のブラケットに保持されている第１の軸受及び第２の軸受と、軸方向に所定の距離をもって配置された前記第１のブラケット及び前記第１の軸受と前記第２のブラケット及び前記第２の軸受の間に配置され、シャフトと共に回転する回転子と、該回転子と径方向に所定のエアギャップをもって配置された固定子と、を備えた回転電機であって、前記第１の軸受に隣接する前記固定子の第１端側から冷却空気が取り込まれ、前記第２の軸受に隣接する前記固定子の第２端側から前記冷却空気が排出される複数の内気流路を備え、複数の前記内気流路は、前記固定子の外周、前記固定子と前記回転子の間及び前記回転子の内部を前記冷却空気が流れる第１の流路と、前記ステータフレームに設けられ、前記第１の流路を流れない別の冷却空気が流れる第２の流路と、から成り、前記第２の軸受は、前記第２の流路を流れた前記別の冷却空気が通る流路に隣接して配置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、軸受の昇温を低減し、軸受の潤滑寿命を延ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の回転電機の実施例１を示す縦断面図である。

【図2】図１の排気側の軸受部周辺を示す拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図示した実施例に基づいて本発明の回転電機を説明する。なお、各図において、同一構成部品には同符号を使用する。

【実施例0013】

図１に、本発明の回転電機１の実施例１を示す。

【0014】

図１に示す本実施例の回転電機１は、固定子２と、固定子２を支えるステータフレーム３と、ステータフレーム３に固定され、第１の軸受４ａ及び第２の軸受４ｂを保持する第１のブラケット５ａ及び第２のブラケット５ｂと、第１の軸受４ａ及び第２の軸受４ｂに保持されて回転する回転子６と、回転子６を構成する回転子鉄心７及びシャフト８と、シャフト８に取り付けられ、回転電機１内に冷却空気を導入するファン９と、から概略構成されている。

【0015】

また、ステータフレーム３に取り付けられているファン９は、ステータフレーム３の入気口３ａから外気（冷却空気）１０を導入して固定子２と回転子６を冷却し、固定子２と回転子６を冷却し終えた内気１６を、ステータフレーム３の排気口１１から外部に排出している。

【0016】

次に、一般的な回転電機の冷却システムについて説明する。

【0017】

先ず、ファン９から入気した外気（冷却空気）１０は、第１の軸受４ａに隣接する固定子２の第１端側（図１の右側）から回転電機１内に導入され、回転子鉄心７の通風路（内気流路）７ａを通り回転子６の内部に向かい、通風路７ａを通過した内気１６が固定子コイルエンド部２ａに流れる第１の内気１２ａ、固定子２と回転子６の間に形成されているエアギャップ（内気流路）Ｇを流れる第２の内気１２ｂ、固定子２の外周に形成された内気流路２ｂを流れる第３の内気１２ｃに分流され（第１の内気１２ａ、第２の内気１２ｂ及び第３の内気１２ｃが通る流路（通風路７ａ、エアギャップＧ及び内気流路２ｂ）が第１の流路である）、これらの内気（冷却空気）により、回転電機１内の固定子２と回転子６が冷却される。

【0018】

また、固定子コイルエンド部２ａに流れる第１の内気１２ａは、固定子コイルエンド部２ａを冷却した後、第２の内気１２ｂ及び第３の内気１２ｃと合流し、最後に、排気側の第２のブラケット５ｂがある側、即ち、第１の内気１２ａは、冷却空気の下流側の固定子コイルエンド部２ａを冷却して昇温した後、第２の内気１２ｂ及び第３の内気１２ｃと合流し、第２の軸受４ｂに隣接する固定子２の第２端側のステータフレーム３の排気口１１から矢印１３で示すように導出される。

【0019】

以上が、一般的な回転電機、特に、外気（冷却空気）１０を回転電機１の内部に導入し、内気１６を回転子６のシャフト８と平行に一方向に流して、回転子６と固定子２を冷却する回転電機１の冷却システムの構成である。

【0020】

この冷却システムでは、回転子６と固定子２を冷却し、昇温した第１の内気１２ａ、第２の内気１２ｂ及び第３の内気１２ｃが、第２の軸受４ｂの温度を上昇させる恐れがある。

【0021】

このため、本実施例では、第２の軸受４ｂの過熱を防止するように、冷却空気の下流側の第２の軸受４ｂを取り付けている第２のブラケット５ｂ側に、昇温していない冷却空気１５が流れる軸受側流路１４ａを設けている。

【0022】

更に、ステータフレーム３に設けた第２の流路（この第２の流路は、第１の内気１２ａ、第２の内気１２ｂ及び第３の内気１２ｃは流れない）である通風路２１から軸受側流路１４ａに、第１の内気１２ａ、第２の内気１２ｂ及び第３の内気１２ｃとは別の冷却空気１５を導入し、この冷却空気１５を、軸受側流路１４ａを流すことで第２の軸受４ｂを冷却している。

【0023】

図２に、図１の排気側の軸受部周辺の拡大図を示す。

【0024】

図２に示すように、第２の軸受４ｂへの熱の流入は、順に、第１の内気１２ａ、第２の内気１２ｂ及び第３の内気１２ｃが合流した内気１６から第２のブラケット５ｂへの熱伝達、第２のブラケット５ｂから第２の軸受４ｂへの熱伝導である。

【0025】

具体的には、第２のブラケット５ｂから第２の軸受４ｂを構成する外輪４ｃ、グリース４g、転動体４ｄに熱が伝わる。また、固定子２からステータフレーム３を熱伝導し、第２のブラケット５ｂに伝わる熱もある。また、シャフト８から第２の軸受４ｂを構成する内輪４ｆ、転動体４ｄ、グリース４ｇへ伝わる熱もある。更に、転動体４ｄと内輪４ｆ及び外輪４ｃとの摩擦熱や転動体４ｄがグリース４ｇを攪拌することによって発生する熱もある。

【0026】

通常、第２の軸受４ｂの冷却は、第２の軸受４ｂの潤滑材を冷却する装置を有しない場合は、外気に晒されるベアリングボックス１７から外気への熱伝達が主である。特に、グリース潤滑の転がり軸受では、基本的に、その他の冷却要素はない。

【0027】

このため、本実施例では、第２の軸受４ｂの温度を低減してグリース４ｇの劣化を抑え、第２の軸受４ｂの潤滑寿命を延ばすために、第２の軸受４ｂへの入熱を減らし、冷却を向上させる簡便な構造を実現する。即ち、第１の内気１２ａ、第２の内気１２ｂ及び第３の内気１２ｃが合流する内気１６から第２のブラケット５ｂへの入熱を減らすために、第２のブラケット５ｂの内気１６側で、内気１６に晒される部位に軸受側流路１４ａを設け、この軸受側流路１４ａに通風路２１から冷却空気１５を導入している。

【0028】

具体的には、第２のブラケット５ｂの内気１６側に、軸受側流路１４ａと第１の内気１２ａ、第２の内気１２ｂ及び第３の内気１２ｃが合流する内気１６が通る反軸受側流路１４ｂとを仕切り、第２のブラケット５ｂにボルト２２で固定された仕切り板１８を配置している。

【0029】

更に、仕切り板１８をボルト２２で第２のブラケット５ｂに固定する際に、スポンジ状のガスケット１９を仕切り板１８の固定部分に介在することで、軸受側流路１４ａと反軸受側流路１４ｂが封止され、内気１６の軸受側流路１４ａと反軸受側流路１４ｂへの往来を防止している。

【0030】

言い換えると、元々形成されている回転電機１の排気側の通風路を仕切り板１８で２つに分離し、一方の通風路（反軸受側流路１４ｂ）を内気１６が通り、他方の通風路（軸受側流路１４ａ）を内気１６とは異なる冷却空気（通風路２１からの冷却空気１５）が通るようにしたものである。

【0031】

この時、軸受側流路１４ａと外気を連結する配管２０や弁（図示せず）を設けて、軸受側流路１４ａに低温の外気を導いてもよい。

【0032】

上記した第２のブラケット５ｂに設けた仕切り板１８は、固定子２からステータフレーム３を熱伝導してくる熱に対しても熱抵抗となり、第２の軸受４ｂへの入熱を抑え、第２の軸受４ｂの昇温を低減することができる。

【0033】

更に、本実施例では、第１の内気１２ａ、第２の内気１２ｂ及び第３の内気１２ｃの流路とは別に、ステータフレーム３に通風路２１を設けているので、仕切り板１８で仕切られた軸流側流路１４ａに通風路２１からの冷却空気１５を導入することで、第２のブラケット５ｂの機内側の外表面を除熱することができる。

【0034】

上記したステータフレーム３に設けた通風路２１は、固定子２と回転子６を通過しない冷却空気１５が通る流路のため、 固定子２と回転子６からの入熱を抑え、第１の内気１２ａ、第２の内気１２ｂ及び第３の内気１２ｃよりも低い温度の冷却空気１５を軸受側流路１４ａに導入することができる。この冷却空気１５は、第２のブラケット５ｂの機内側の外表面を冷却した後、排気口１１から排出される。

【0035】

また、第２のブラケット５ｂの外表面にフィンを設けて、第２のブラケット５ｂの外表面の外気による熱伝達特性を向上させることにより、第２の軸受４ｂの温度を低減することができる。

【0036】

このような本実施例によれば、第２の軸受４ｂが内気１６とは異なる温まっていないステータフレーム３に設けた通風路２１を通り軸受側流路１４ａに導入された冷却空気１５で冷却されるので、第２の軸受４ｂの昇温が低減され、第２の軸受４ｂの潤滑寿命を延ばすことができるし、また、シャフト８と共に回転し冷却風を取込む通風ファンが不要となり、その分、シャフト８の長さを短くすることができる。

【0037】

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【符号の説明】

【0038】

１…回転電機、２…固定子、２ａ…固定子コイルエンド部、２ｂ…内気流路、３…ステータフレーム、３ａ…ステータフレームの入気口、４ａ…第１の軸受、４ｂ…第２の軸受、４ｃ…外輪、４ｄ…転動体、４ｆ…内輪、４ｇ…グリース、５ａ…第１のブラケット、５ｂ…第２のブラケット、６…回転子、７…回転子鉄心、７ａ…回転子鉄心の通風路、８…シャフト、９…ファン、１０…外気（冷却空気）、１１…ステータフレームの排気口、１２ａ…第１の内気、１２ｂ…第２の内気、１２ｃ…第３の内気、１４ａ…軸受側流路、１４ｂ…反軸受側流路、１５…冷却空気、１６…内気、１７…ベアリングボックス、１８…仕切り板、１９…ガスケット、２０…配管、２１…通風路、２２…ボルト、Ｇ…エアギャップ。

【図1】

【図2】