特許 7273612 軸受構造および回転電機

(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】

(24)【登録日】2023-05-02

(45)【発行日】2023-05-15

(54)【発明の名称】軸受構造および回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 5/16 20060101AFI20230508BHJP

   F16C 33/66 20060101ALI20230508BHJP

   F16C 19/06 20060101ALI20230508BHJP

   F16C 33/10 20060101ALI20230508BHJP

【ＦＩ】

H02K5/16 Z

F16C33/66 Z

F16C19/06

F16C33/10 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019090399

(22)【出願日】2019-05-13

(65)【公開番号】P2020188553

(43)【公開日】2020-11-19

【審査請求日】2021-06-23

(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】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】蟹田 梨帆

【審査官】安池 一貴

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－２１３３８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５７－０２５２９８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開平０５－０４５２４５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００７－２８５５１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１００８３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０２３６０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－３３２３６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０８６３１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６１－１４８９９８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実公昭６０－０１５９９８（ＪＰ，Ｙ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ５／１６

Ｆ１６Ｃ ３３／６６

Ｆ１６Ｃ １９／０６

Ｆ１６Ｃ ３３／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸方向に延びたロータシャフトと、前記ロータシャフトの径方向外側に設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設けられた円筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心内を前記回転軸方向に貫通する固定子巻線とを有する固定子と、
前記固定子の径方向の外側に配されて前記回転子鉄心と前記固定子とを収納するフレームと、
前記回転子鉄心を挟んで前記回転軸方向の両側で前記ロータシャフトを回転可能に支持する２つの軸受構造と、
を備え、
前記２つの軸受構造のそれぞれは、
軸受本体と、
前記軸受本体を静止支持した軸受支持部と、前記軸受支持部から前記軸受支持部の径方向外側に延びた平板部と、を有し、外部から前記軸受本体の潤滑用のグリースを注入可能な注入部が前記平板部に形成され、前記注入部と前記軸受本体間を連通する通路が前記軸受支持部に形成された軸受ブラケットと、
前記通路に連通して前記グリースを収納する収納部と、
を具備し、
前記通路は、
前記注入部と連通した移送部と、
前記移送部と前記軸受本体との間に形成され、前記軸受本体に対して機内側に位置し前記軸受本体と前記回転軸方向に並び、前記軸受本体からの熱伝導による熱を受け、前記注入部および前記収納部からの前記グリースを前記熱により溶かす溶融部と、
を有することを特徴とする回転電機。

【請求項2】

前記収納部は、機内側に設けら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】

前記収納部は、機外側に設けら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4】

前記軸受本体の前記グリースの排出側に接続する排出部がさらに設けられてい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。

【請求項5】

前記収納部は、
前記グリースを収納するシリンダと、
前記シリンダ内に設けられたピストンと、
前記ピストンを押すことにより前記シリンダ内の前記グリースを前記通路に押し出すバネと、
を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の回転電機。

【請求項6】

回転軸方向に延びたロータシャフトと、前記ロータシャフトの径方向外側に設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設けられた円筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心内を前記回転軸方向に貫通する固定子巻線とを有する固定子と、前記固定子の径方向の外側に配されて前記回転子鉄心と前記固定子とを収納するフレームと、を備える回転電機の前記ロータシャフトの前記回転子鉄心を挟んで前記回転軸方向の両側の部分で前記ロータシャフトをそれぞれ回転可能に支持する軸受構造であって、
軸受本体と、
前記軸受本体を静止支持した軸受支持部と、前記軸受支持部から前記軸受支持部の径方向外側に延びた平板部と、を有し、外部から前記軸受本体の潤滑用のグリースを注入可能な注入部が前記平板部に形成され、前記注入部と前記軸受本体間を連通する通路が前記軸受支持部に形成された軸受ブラケットと、
前記通路に連通して前記グリースを収納する収納部と、
を具備し、
前記通路は、
前記注入部と連通した移送部と、
前記移送部と前記軸受本体との間に形成され、前記軸受本体に対して機内側に位置し前記軸受本体と前記回転軸方向に並び、前記軸受本体からの熱伝導による熱を受け、前記注入部および前記収納部からの前記グリースを前記熱により溶かす溶融部と、
を有することを特徴とする軸受構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、軸受構造およびこれを有する回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

回転電機は、ロータシャフトおよびロータシャフトに取り付けられた回転子鉄心を有する回転子と、固定子鉄心とそれを貫通する固定子巻線を有する固定子とを備えている。ロータシャフトは、回転子鉄心の両側を、軸受により回転可能に支持されている。軸受としては、一般に、たとえば、軸受本体あるいは滑り軸受が用いられる。

【0003】

軸受の潤滑用としては、液体状の潤滑油を供給する方式と、ゲル状のグリースを供給する方式とがある。滑り軸受の場合、通常、常時、潤滑油を供給する構成となっている。一方、軸受本体の場合、多くはグリースを定期的に補給する方式である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平５－１４９３４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

前述のように、グリースを供給する方式では、定期的に外部からグリースを注入する必要がある。

【0006】

一方、たとえば、空調設備などのように、プラントの運転中は停止できない設備がある。電動機が空調ダクト内に設けられているような場合には、空調設備の運転中は電動機にアクセスすることができない。このように、プラントの運転中は、アクセスが制限され、あるいはアクセスができない箇所に回転電機が設置されている場合であっても、グリースによる潤滑機能を維持する必要がある。

【0007】

グリースの供給量を低減する方法としては、ラビリンスからの漏えいを低減するためにたとえば油切りのための羽根車を設ける技術が知られている（特許文献１参照）。しかしながら、必要な供給量の確保と言う課題を解決するものではない。

【0008】

そこで、本発明は、回転電機がアクセスできない箇所に設置されている場合であっても、グリースによる潤滑機能を確保することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上述の目的を達成するため、本発明に係る回転電機は、回転軸方向に延びたロータシャフトと、前記ロータシャフトの径方向外側に設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設けられた円筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心内を前記回転軸方向に貫通する固定子巻線とを有する固定子と、前記固定子の径方向の外側に配されて前記回転子鉄心と前記固定子とを収納するフレームと、前記回転子鉄心を挟んで前記回転軸方向の両側で前記ロータシャフトを回転可能に支持する２つの軸受構造と、を備え、前記２つの軸受構造のそれぞれは、軸受本体と、前記軸受本体を静止支持した軸受支持部と、前記軸受支持部から前記軸受支持部の径方向外側に延びた平板部と、を有し、外部から前記軸受本体の潤滑用のグリースを注入可能な注入部が前記平板部に形成され、前記注入部と前記軸受本体間を連通する通路が前記軸受支持部に形成された軸受ブラケットと、前記通路に連通して前記グリースを収納する収納部と、を具備し、前記通路は、前記注入部と連通した移送部と、前記移送部と前記軸受本体との間に形成され、前記軸受本体に対して機内側に位置し前記軸受本体と前記回転軸方向に並び、前記軸受本体からの熱伝導による熱を受け、前記注入部および前記収納部からの前記グリースを前記熱により溶かす溶融部と、を有することを特徴とする。

【0010】

また、本発明に係る軸受構造は、回転軸方向に延びたロータシャフトと、前記ロータシャフトの径方向外側に設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設けられた円筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心内を前記回転軸方向に貫通する固定子巻線とを有する固定子と、前記固定子の径方向の外側に配されて前記回転子鉄心と前記固定子とを収納するフレームと、を備える回転電機の前記ロータシャフトの前記回転子鉄心を挟んで前記回転軸方向の両側の部分で前記ロータシャフトをそれぞれ回転可能に支持する軸受構造であって、軸受本体と、前記軸受本体を静止支持した軸受支持部と、前記軸受支持部から前記軸受支持部の径方向外側に延びた平板部と、を有し、外部から前記軸受本体の潤滑用のグリースを注入可能な注入部が前記平板部に形成され、前記注入部と前記軸受本体間を連通する通路が前記軸受支持部に形成された軸受ブラケットと、前記通路に連通して前記グリースを収納する収納部と、を具備し、前記通路は、前記注入部と連通した移送部と、前記移送部と前記軸受本体との間に形成され、前記軸受本体に対して機内側に位置し前記軸受本体と前記回転軸方向に並び、前記軸受本体からの熱伝導による熱を受け、前記注入部および前記収納部からの前記グリースを前記熱により溶かす溶融部と、を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、回転電機がアクセスできない箇所に設置されている場合であっても、グリースによる潤滑機能を確保することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】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。

【図2】第１の実施形態に係る軸受構造の構成を示す図１のＩＩ－ＩＩ線矢視側面図である。

【図3】第１の実施形態に係る軸受構造の構成を示す図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線矢視平断面図である。

【図4】第１の実施形態に係る軸受構造の構成を示す図２のＩＶ－ＩＶ線矢視立断面図である。

【図5】第２の実施形態に係る軸受構造の収納部の詳細およびグリースの状態を説明する概念的な部分立断面図である。

【図6】第３の実施形態に係る軸受構造の収納部の詳細およびグリースの状態を説明する概念的な部分立断面図である。

【図7】第４の実施形態に係る軸受構造の収納部の詳細およびグリースの状態を説明する概念的な部分立断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る軸受構造および回転電機について説明する。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。

【0014】

［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。

【0015】

回転電機２００は、回転子１０、固定子２０、フレーム４０、および２つの軸受構造１００を有する。なお、図１では、軸受構造１００の詳細な表示は省略している。

【0016】

回転子１０は、回転軸方向に延びたロータシャフト１１と、ロータシャフト１１に取り付けられた回転子鉄心１２を有する。

【0017】

固定子２０は、回転子鉄心１２を囲むように回転子鉄心１２の径方向外側に空隙１８を介して配された固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１を貫通する固定子巻線２２を有する。

【0018】

回転子鉄心１２および固定子２０は、フレーム４０内に収納されている。フレーム４０の両端には、軸受構造１００の軸受ブラケット１２０が取り付けられている。軸受ブラケット１２０は、軸受本体１１０（図３）を直接支持する軸受支持部１２８を、軸受支持部１２８の径方向外側に拡がり、フレーム４０と結合する平板部１２１を有する。

【0019】

フレーム４０および２つの軸受構造１００は、互いに相まって閉空間４０ａを形成する。以下、閉空間４０ａに面する側を機内側、外気に面する側を機外側と呼ぶこととする。

【0020】

図２は、第１の実施形態に係る軸受構造の構成を示す図１のＩＩ－ＩＩ線矢視側面図であり、図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線矢視断面図であり、図４は、図２のＩＶ－ＩＶ線矢視断面図である。

【0021】

図３に示すように、それぞれの軸受構造１００は、軸受本体１１０、軸受ブラケット１２０、収納部１３０、および排出部１４０を有する。

【0022】

軸受本体１１０は、複数の回転体１１１、回転部１１２、および静止部１１３を有する。回転部１１２はロータシャフト１１に取り付けられている。静止部１１３は、回転部１１２に対向するように軸受ブラケット１２０の軸受支持部１２８によって静止支持されている。周方向に並ぶ複数の回転体１１１は、回転部１１２と静止部１１３に挟まれて回転部１１２の回転とともに回転する。

【0023】

軸受ブラケット１２０は、平板部１２１、および軸受本体１１０を直接支持する軸受支持部１２８を有する。

【0024】

図２に示すように、平板部１２１は、環状の円板であり、径方向内側は、軸受支持部１２８に接続している。平板部１２１は、フレーム４０と、たとえばボルトなどの複数の結合体１２１ａにより結合されている。

【0025】

図３に示すように、軸受支持部１２８は、軸受本体１１０の静止部１１３を静止支持している。軸受支持部１２８の内部には、グリースを軸受本体１１０に導く通路１２６が形成されている。すなわち、通路１２６として、移送部１２２、および移送部１２２と軸受本体１１０との間の部分である溶融部１２３が形成されている。軸受本体１１０の下流側には排出口１２５が形成されている。通路１２６のうち、機内側の部分は、環状に形成されており、通路１２６のうち、移送部１２２は、軸受支持部１２８の頂部近傍に一箇所形成されている。

【0026】

平板部１２１には、注入部１２９の注入路１２９ａが１本形成されている。注入路１２９ａは、径方向に延びるように形成され、平板部１２１の径方向の最上部の端面にまで貫通している。径方向内側では、軸受支持部１２８の通路１２６と連通している。平板部１２１の径方向外側端面の注入路１２９ａの貫通孔は、グリースニップル１２９ｂにより封止されている。グリースを注入する際は、たとえばグリース注入用のカートリッジ（図示せず）をグリースニップル１２９ｂに接続してグリースを圧入する。なお、注入部１２９は、移送部１２２の鉛直上方の方向に設けられなくともよいが、通路１２６が形成されている角度方向に形成される。

【0027】

排出口１２５は、軸受本体１１０を挟んで通路１２６と反対側に配され、機外側に設けられた排出部１４０に連通している。なお、排出部１４０と通路１２６とは、隔離されている。排出部１４０から排出されたグリースは、たとえば図示しない受け容器で直接回収される。

【0028】

このように移送部１２２は、注入部１２９と連通するように形成され、機内側で、溶融部１２３に連通している。なお、移送部１２２と溶融部１２３の間には中間的な領域も存在し、移送部１２２と溶融部１２３の境界は概念的なものである。

【0029】

通路１２６に連通するようにグリースを収納する収納部１３０が機内側に設けられている。収納部１３０は、収納容器１３１、収納容器１３１と通路１２６を連通させる連通部１３４を有する。また、収納容器１３１の上部は開放されており、蓋１３５が取り付けられている。

【0030】

収納部１３０の収納容器１３１および蓋１３５により貯留空間１３０ｓが形成されている。ここで、収納容器１３１の外形は、たとえば円筒形または直方体、あるいは、断面が楕円形や多角形であってもよい。また、鉛直方向に亘って同一断面である必要はない。また、収納容器１３１および連通部１３４は、鉛直方向に沿って上下に延びているが、これに限定されない。すなわち、収納容器１３１内のグリースに重力の鉛直下方へ成分が作用されるのであれば、鉛直方向に対して傾いていてもよい。

【0031】

収納容器１３１内の貯留空間１３０ｓの最大体積は、所定の期間、たとえば２年を超える程度の期間に亘るグリースの使用量に対応するような十分な大きさとなっている。

【0032】

次に、本実施形態の作用について説明する。

【0033】

当該回転電機２００の開放点検時には、収納容器１３１の蓋１３５を取り外し、収納容器１３１内にグリースを充填することができる。

【0034】

回転電機２００の運転中には、機内温度が上昇し、移送部１２２のうち機内に近接する部分の温度が上昇する。溶融部１２３は、機内側に配置されているとともに、さらに、摩擦抵抗熱により温度の高い軸受本体１１０からの熱伝導による熱を受ける。この熱によりグリースは完全に液状になる。このため、軸受本体１１０に近い領域、たとえば、溶融部１２３では、グリースは完全に溶けて、軸受本体１１０に供給される。貯留空間１３０ｓ内ではゲル状のグリースは、移送部１２２から溶融部１２３と軸受本体１１０に近づくにつれてゾル化して液状となり、自然落下によって、軸受本体１１０に供給される。

【0035】

また、注入部１２９からグリースを圧入した際に、収納部１３０の収納容器１３１内の貯留空間１３０ｓ内の圧力は、グリースが貯留空間１３０ｓ内に充填されることにより、もともと貯留空間１３０ｓ内に存在していた空気の圧力が上昇する。この圧力の上昇分は、収納容器１３１内に貯留されたグリースを押し出す駆動力となる。

【0036】

軸受本体１１０に供給されたグリースは、軸受本体１１０の回転体１１１と回転部１１２間および回転体１１１と静止部１１３間の潤滑に寄与した後に、排出部１４０から排出される。

【0037】

貯留空間１３０ｓの容積は、回転電機２００の運転期間、たとえば、最大、定期検査の間隔にわたるグリースの消費量に対応する容積より大きいため、必要なグリースの供給はなされる。

【0038】

また、必要に応じて、外部から直接グリースの補給をすることができる。注入部１２９のグリースニップル１２９ｂにグリース注入用のカートリッジを接続してグリースを圧入すると、軸受本体１１０には隙間が存在することから、グリースは、通路１２６を経由して、軸受本体１１０に供給される。なお、一部は収納容器１３１側に移行するが収納容器１３１側は密閉空間のため、移行する量は少ない。

【0039】

機内側に空間的に余裕がある場合は、機外のスペースを占有するものが少なくなる点で、配置上あるいは通路性確保の上で有利である。また、収納部１３０が、機外側より温度の高い機内側に設けられていることから、収納部１３０内に収納されているグリースは、容器に液体化し、確実に軸受本体１１０に供給される。

【0040】

なお、以上、図１に示す２つの軸受構造１００のうち、図１における右側の軸受構造１００について説明したが、左側の軸受構造１００についても同様である。

【0041】

以上のように、本実施形態によれば、プラントの運転中は立ち入りが制限され、あるいは立ち入りができない箇所に回転電機が設置されている場合であっても、定期検査などのプラントの運転停止中に立ち入りグリースの注入をすることで、回転電機の運転中に必要な潤滑を確保することができる。また、発電所などの大型のプラントのように設置、運転される回転電機が多い場合でも、グリースを供給する頻度が少なくなり、運転要員あるいは保守要員の負担が軽減される。

【0042】

［第２の実施形態］
図５は、第２の実施形態に係る軸受構造の収納部の詳細およびグリースの状態を説明する概念的な部分立断面図である。

【0043】

本第２の実施形態は、第１の実施形態の変形である。本第２の実施形態における収納部１３０は、第１の実施形態における収納容器１３１に代えて、シリンダ１３２を有する。その他の点では、第１の実施形態と同様である。

【0044】

シリンダ１３２は筒状で、長手方向に一定形状、寸法の断面を有する。断面は、たとえば長方形であるが、あるいは、長方形以外でもよい。シリンダ１３２は、その内部に、シリンダ１３２内を上下に区切るピストン１３３ａと、ピストン１３３ａを下方に押し下げるバネ１３３ｂを有する。なお、必要に応じてピストン軸（図示せず）を設けてもよい。シリンダ１３２内の貯留空間１３０ｓは、連通部１３４に連通している。

【0045】

ピストン１３３ａは、シリンダ１３２内を、その外縁がシリンダ１３２の内壁に接しながら、内壁に沿ってシリンダ１３２の軸方向に移動可能に形成されている。バネ１３３ｂは、シリンダ１３２の全長に亘りピストン１３３ａを駆動可能である。すなわち、バネ１３３ｂは、貯留空間１３０ｓにグリースが充填されると、圧縮状態となり、グリースの減少とともにその体積に応じてピストン１３３ａを押し下げるように作用し、ピストン１３３ａの全ての位置に亘って圧縮状態にある。

【0046】

貯留空間１３０ｓへのグリースの充填は、シリンダ１３２の上部に取り付けられた蓋１３５を外し、さらにバネ１３３ｂおよびピストン１３３ａを取り外すことにより、貯留空間１３０ｓにグリースを上方から供給した後に、ピストン１３３ａ、バネ１３３ｂおよび蓋１３５を復旧することにより行うことができる。

【0047】

以上のように、本実施形態によれば、貯留空間１３０ｓ内に収納されたグリースの押し出し力をさらに確実にする手段を得ることができる。

【0048】

［第３の実施形態］
図６は、第３の実施形態に係る軸受構造の収納部の詳細およびグリースの状態を説明する概念的な部分立断面図である。

【0049】

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の実施形態においては、収納部１３０が、軸受ブラケット１２０の軸受支持部１２８の機外側部分に取り付けられている。すなわち、収納部１３０が、機外側に設けられている。これ以外は、第１の実施形態と同様である。

【0050】

機内側に空間的に余裕がない場合は、本実施形態が有利である。

【0051】

［第４の実施形態］
図７は、第４の実施形態に係る軸受構造の収納部の詳細およびグリースの状態を説明する概念的な部分立断面図である。

【0052】

本第４の実施形態は、第２の実施形態と第３の実施形態の組み合わせである。すなわち、収納部１３０ａは、機外側に配され、また、収納部１３０ａは、シリンダ１３２内にピストン１３３ａおよびバネ１３３ｂを有することにより、確実にグリースを供給することができる。

【0053】

［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。

【0054】

たとえば、第１および第２の実施形態において、収納部自体を軸受ブラケットに着脱可能に形成することにより、注入部を削除する構成をとってもよい。

【0055】

また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。たとえば、第１あるいは第２の実施形態に、第３の実施形態の特徴を組み合わせても良い。

【0056】

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。

【符号の説明】

【0057】

１０…回転子、１１…ロータシャフト、１２…回転子鉄心、１８…空隙、２０…固定子、２１…固定子鉄心、２２…固定子巻線、４０…フレーム、４０ａ…閉空間、１００…軸受構造、１１０…軸受本体、１１１…回転体、１１２…回転部、１１３…静止部、１２０…軸受ブラケット、１２１…平板部、１２１ａ…結合体、１２２…移送部、１２３…溶融部、１２５…排出口、１２６…通路、１２８…軸受支持部、１２９…注入部、１２９ａ…注入路、１２９ｂ…グリースニップル、１３０、１３０ａ…収納部、１３０ｓ…貯留空間、１３１…収納容器、１３２…シリンダ、１３３ａ…ピストン、１３３ｂ…バネ、１３４…連通部、１３５…蓋、１４０…排出部、２００…回転電機

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】