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技術 回転電機

出願人 東芝三菱電機産業システム株式会社
発明者 大石浩司中川仁
出願日 2015年12月28日 (5年0ヶ月経過) 出願番号 2015-256524
公開日 2017年7月6日 (3年5ヶ月経過) 公開番号 2017-121123
状態 特許登録済
技術分野 電動機、発電機の外枠 電動機、発電機の冷却
主要キーワード 排出用孔 反結合 内部気体 閉止板 フレーム外周 冷却用気体 静止固定 爆発圧力
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年7月6日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (16)

課題

回転電機鋳物フレーム化を可能とする。

解決手段

回転電機は、ロータシャフト回転子鉄心とを有する回転子と、固定子と、回転子を回転自在に支持する結合側軸受および反結合側軸受と、結合側軸受を固定支持する鋳鋼製の結合側軸受ブラケットと、反結合側軸受を固定支持する鋳鋼製の反結合側軸受ブラケットと、回転子鉄心と固定子を収納するとともに結合側ブラケットおよび反結合側ブラケットと相俟って密閉空間を形成する鋳鋼製のフレーム100とを有する。フレーム100には軸方向に延びて互いに周方向に間隔をあけて複数の通風路110が形成されている。これら複数の通風路110のそれぞれについて径方向内側部110gの厚みが径方向外側部110hの厚みより大きくなるように形成されている。

概要

背景

耐圧防爆形回転電機においては、フレーム耐爆容器となる。フレームの製造方法としては、鋼板を用いる方法と、鋳物を用いる方法とがある。鋼板製の場合は、鋳物に比べて強度が高いため板厚は薄くて済み、また、溶接性が良いという特徴がある。一方、鋳物製の場合は、複雑な形状でも実現可能な点が大きなメリットである。

耐爆容器の鋳物フレーム化により、鋼板製と比較して、製造コストを削減でき、通風路を設けた複雑なフレーム構造によって回転電機内部の内気循環させる方式が採用でき冷却性能の向上をはかることができる。この結果、回転電機の出力の増大が可能となる。

概要

回転電機の鋳物フレーム化を可能とする。回転電機は、ロータシャフト回転子鉄心とを有する回転子と、固定子と、回転子を回転自在に支持する結合側軸受および反結合側軸受と、結合側軸受を固定支持する鋳鋼製の結合側軸受ブラケットと、反結合側軸受を固定支持する鋳鋼製の反結合側軸受ブラケットと、回転子鉄心と固定子を収納するとともに結合側ブラケットおよび反結合側ブラケットと相俟って密閉空間を形成する鋳鋼製のフレーム100とを有する。フレーム100には軸方向に延びて互いに周方向に間隔をあけて複数の通風路110が形成されている。これら複数の通風路110のそれぞれについて径方向内側部110gの厚みが径方向外側部110hの厚みより大きくなるように形成されている。

目的

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、回転電機の耐爆容器のフレームを鋳鋼製とすることを可能とすることを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

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、前記回転子の径方向外側に配されて静止固定された円筒状の固定子と、前記回転子を回転自在に支持する結合側軸受および反結合側軸受と、前記結合側軸受を固定支持する鋳鋼製の結合側軸受ブラケットと、前記反結合側軸受を固定支持する鋳鋼製の反結合側軸受ブラケットと、前記回転子鉄心と前記固定子を収納するとともに前記結合側ブラケットおよび前記反結合側ブラケットと相俟って密閉空間を形成する鋳鋼製のフレームと、を備え、前記フレームには軸方向に延びて互いに周方向に間隔をあけて複数の通風路が形成され、前記複数の通風路のそれぞれについて径方向内側部の厚みが径方向外側部の厚みより大きくなるように形成されていることを特徴とする回転電機

請求項2

前記フレームには軸方向に延びて互いに周方向に間隔をあけて複数の通風路が形成され、かつ前記複数の通風路のそれぞれについて通風路入口開口および通風路出口開口が形成され、前記通風路入口開口および前記通風路出口開口の前記軸方向の幅は、前記通風路の径方向の幅と所定の誤差の範囲で一致し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

前記フレームには当該フレームの鋳造後の鋳物砂排出用孔が形成され、前記鋳物砂排出用孔の形状が楕円形に形成されている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。

請求項4

前記結合側ブラケットおよび前記反結合側ブラケットはそれぞれ外表面に設けられた放熱用フィンを有し、前記結合側ブラケットおよび前記反結合側ブラケットの少なくとも一方は前記フィンの設けられている部分において外面側に肉厚を増やした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。

技術分野

0001

本発明は、鋳鋼製のフレームを有する回転電機に関する。

背景技術

0002

耐圧防爆形の回転電機においては、フレームが耐爆容器となる。フレームの製造方法としては、鋼板を用いる方法と、鋳物を用いる方法とがある。鋼板製の場合は、鋳物に比べて強度が高いため板厚は薄くて済み、また、溶接性が良いという特徴がある。一方、鋳物製の場合は、複雑な形状でも実現可能な点が大きなメリットである。

0003

耐爆容器の鋳物フレーム化により、鋼板製と比較して、製造コストを削減でき、通風路を設けた複雑なフレーム構造によって回転電機内部の内気循環させる方式が採用でき冷却性能の向上をはかることができる。この結果、回転電機の出力の増大が可能となる。

先行技術

0004

特許第2860036号公報

発明が解決しようとする課題

0005

従来、大形の耐圧防爆形回転電機のフレーム構造は、フレーム内の爆発圧力が高くなることから、鋳物製フレームでは爆発圧力に対して強度の余裕がなくなる、あるいは不足するため、鋼板製フレームが採用されている。鋼板製フレームは、フレーム外周冷却フィン溶接により取り付けることから、製造コストが高くなり、また、溶接できるフィンの本数も限られていた。

0006

また、鋼板製フレームは、鋼板であるがゆえに複雑なフレーム構造の製作が難しい。このため構造が複雑化する内気循環方式により冷却性能の向上を図ることが難しいため、鋼板製のフレームを有する回転電機の出力には制限があった。

0007

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、回転電機の耐爆容器のフレームを鋳鋼製とすることを可能とすることを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

上述の目的を達成するため、本発明に係る回転電機は、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、前記回転子の径方向外側に配されて静止固定された円筒状の固定子と、前記回転子を回転自在に支持する結合側軸受および反結合側軸受と、前記結合側軸受を固定支持する鋳鋼製の結合側軸受ブラケットと、前記反結合側軸受を固定支持する鋳鋼製の反結合側軸受ブラケットと、前記回転子鉄心と前記固定子を収納するとともに前記結合側ブラケットおよび前記反結合側ブラケットと相俟って密閉空間を形成する鋳鋼製のフレームと、を備え、前記フレームには軸方向に延びて互いに周方向に間隔をあけて複数の通風路が形成され、前記複数の通風路のそれぞれについて径方向内側部の厚みが径方向外側部の厚みより大きくなるように形成されていることを特徴とする。

発明の効果

0009

本発明によれば、回転電機の耐爆容器のフレームを鋳鋼製とすることができる。

図面の簡単な説明

0010

実施形態に係る回転電機の構成を示す縦断面図である。
実施形態に係る回転電機の外観を示す側面図である。
実施形態に係る回転電機の内部気体流路を示す図2のIII−III線矢視横断面図である。
実施形態に係る回転電機のフレームの上部の構造を示す図3のIV−IV線矢視部分縦断面図である。
実施形態に係る回転電機のフレームの上部の通風路入口開口および通風路出口開口をフレームの内側から見た部分図である。
従来の耐圧防爆形回転電機のフレームの上部の通風路入口開口および通風路出口開口をフレームの内側から見た部分図である。
本実施形態および従来における通風路入口開口および通風路出口開口まわりの応力の比較の例を示すグラフである。
実施形態に係る回転電機のフレームの上部の鋳物砂排出孔をフレームの内側から見た部分図である。
従来の耐圧防爆形回転電機のフレームの上部の鋳物砂排出孔をフレームの内側から見た部分図である。
本実施形態および従来における鋳物砂排出孔まわりの応力の比較の例を示すグラフである。
実施形態に係る回転電機の軸受ブラケットの構造を示す縦断面図である。
軸受ブラケットの外面側に厚さを増やす本実施形態の場合を示す軸受ブラケットの上半部分の縦断面図であり、(b)は10mm、(c)は20mm、(d)は30mmほどそれぞれ本体部の板厚を外側に増した場合を示す。
軸受ブラケットの外面側に厚さを増やした場合の径方向の変形量の変化の例を示すグラフである。
軸受ブラケットの内面側に厚さを増やす場合を示す軸受ブラケットの上半部分の縦断面図であり、(b)は10mm、(c)は20mmほどそれぞれ本体部の板厚を内側に増した場合を示す。
軸受ブラケットの内面側に厚さを増やした場合の径方向の変形量の変化の例を示すグラフである。

実施例

0011

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る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。

0012

図1は、実施形態に係る回転電機の構成を示す縦断面図である。また、図2は、実施形態に係る回転電機の外観を示す側面図である。また、図3は、実施形態に係る回転電機の内部気体流路を示す図2のIII−III線矢視横断面図である。回転電機200は、回転子10、固定子20、結合側軸受ブラケット41、反結合側軸受ブラケット42およびフレーム100を有する。ここで、結合側軸受ブラケット41、反結合側軸受ブラケット42およびフレーム100は鋳鋼製である。

0013

回転子10は、回転軸方向に延びたロータシャフト11、およびロータシャフト11の径方向外側に設けられた円筒状の回転子鉄心12を有する。ロータシャフト11には、内扇15が取り付けられている。

0014

固定子20は、回転子鉄心12の径方向外側に配されて静止固定された円筒状の固定子鉄心21と、固定子鉄心21に形成されたスロット(図示せず)に巻回された固定子コイル22を有する。

0015

図1に矢印で冷却用気体の流れを示している。内扇15により駆動された冷却用気体は、密閉空間100a内を循環する。すなわち、冷却用気体は、回転子10に形成された通気口(図示せず)流入して回転子10を冷却した後、内扇15に流入し、内扇15により駆動される。冷却用気体は、内扇15を出た後、通風路入口開口110aから通風路110に入り、通風路出口開口110bから流出し、再び、回転子10に流入することにより、適宜冷却が可能である。

0016

ロータシャフト11は、両端を結合側軸受31および反結合側軸受32により回転可能に軸支されている。結合側軸受31は結合側軸受ブラケット41により支持されている。また、反結合側軸受32は反結合側軸受ブラケット42により支持されている。

0017

フレーム100は、回転子鉄心12および固定子20を収納する。フレーム100、結合側軸受ブラケット41および反結合側軸受ブラケット42は、互いに相俟って、密閉空間100aを形成する。

0018

フレーム100には、周方向に互いに間隔をあけて、軸方向に延びた通風路110が形成されている。密閉空間100aの内側部分と通風路110のそれぞれとは、通風路入口開口110aおよび通風路出口開口110bで連結している。また、フレーム100の鋳造の際に、通風路110を形成するために充填する鋳物砂を、鋳造後に抜き取るために、通風路110の内側の径方向内側部110gには、鋳物砂排出孔110c(図8)が形成されている。

0019

フレーム100、結合側軸受ブラケット41および反結合側軸受ブラケット42の外表面には、互いに間隔を空けて放熱用のフィン115が設けられている。

0020

内扇15により、回転子鉄心12を通過した冷却用気体は、通風路入口開口110aから通風路110に流入し、通風路110を軸方向に通過する間に、フレーム100、フィン115を介して外気熱交換した後に通風路出口開口110bからフレーム100内側の結合側軸受ブラケット41側に流出し、再び、回転子鉄心12に流入する。

0021

図3に示すように、通風路110は、周方向に互いに90度の間隔をあけて4つ形成されている。なお、通風路110の数は4つに限定されず、強度、冷却付加及び冷却能力等から設定すればよい。たとえば、5つ以上でもよい。通風路110の断面形状は、径方向高さ(H)に比べて周方向の幅(W)が大きな矩形形状であり、4隅は角の無い滑らかな形状である。少なくとも1つの通風路110については、フレーム100の部材であって、通風路110を形成する4辺のうち、径方向で内側の部分(径方向内側部)110gは、径方向で外側の部分(径方向外側部)110hより、板厚が大きくなっている。

0022

図4は、実施形態に係る回転電機のフレームの上部の構造を示す図3のIV−IV線矢視部分縦断面図である。フレーム100の外面の、通風路110が形成されている部分は、外側に突出している。すなわち、通風路110の長手方向の両端にあたる部分は、傾斜部100dが形成されている。これは、通風路110の長手方向の両端部では、それぞれ、通風路入口開口110aおよび通風路出口開口110bが形成されているためである。

0023

具体的には、通風路入口開口110aから通風路110への流入する際の流動抵抗を低減するためには1回で90度曲がるより、2回で90度曲がる方が有利なためである。同様に、通風路110から通風路出口開口110bに流出する際の流動抵抗を低減するためには、1回で90度曲がるより、2回で90度曲がる方が有利なためである。

0024

図5は、実施形態に係る回転電機のフレームの上部の通風路入口開口および通風路出口開口をフレームの内側から見た部分図である。また、図6は、従来の耐圧防爆形回転電機のフレームの上部の通風路入口開口および通風路出口開口をフレームの内側から見た部分図である。

0025

図4に示すように、通風路110の長手方向の両端部では、フレーム100は円筒形状になっておらず、円錐台形状となっている。このため、円筒形状に比べると、応力を増加させる形状となっている。

0026

従来は、流動抵抗をできるだけ低減させるために、図6に示すように、通風路入口開口510aおよび通風路出口開口510bの通風路の長手方向の幅(H2)は十分に長さを確保している。このため、鋳造により大形のフレームを製作する場合は、このままでは、強度上の裕度が不足する、あるいは強度上の裕度を確保できないことになる。

0027

本実施形態における通風路入口開口110aおよび通風路出口開口110bにおいては、図5に示すように通風路110の長手方向についての幅(H1)が短くなっており、通風路110の高さH(図3)とほぼ等しくしている。なお、この際の等しいとは、厳密ではなく、たとえば数%程度の誤差で一致していればよい。このように通風路110の長手方向についての幅を短くすることによって、フレーム100の外面の形状による強度低下を補償し、鋳造による場合でも強度上の裕度を確保することが可能である。

0028

図7は、本実施形態および従来における通風路入口開口および通風路出口開口まわりの応力の比較の例を示すグラフである。縦軸は、従来の例の場合の応力を100とした場合の、本実施形態の例の場合の相対的な応力の値である。この例の場合は、約60%程度まで低減している。このように、通風路入口開口110aおよび通風路出口開口110bのロータシャフト11軸方向すなわち通風路110の長手方向に関する長さを減少させることによって、これらの開口まわりの応力を大幅に低減することができる。

0029

図8は、実施形態に係る回転電機のフレームの上部の鋳物砂排出孔をフレームの内側から見た部分図である。また、図9は、従来の耐圧防爆形回転電機のフレームの上部の鋳物砂排出孔をフレームの内側から見た部分図である。従来の鋳物砂排出孔510cは、矩形に近い形状である。

0030

図10は、本実施形態および従来における鋳物砂排出孔まわりの応力の比較の例を示すグラフである。縦軸は、従来の場合を100とし、本実施形態の場合のこれに対する比較を示しており、本実施形態の場合の例では、約3/4に低減している。すなわち、鋳物砂排出孔110cの開口形状楕円形とすることにより、応力を低減することができる。

0031

図11は、実施形態に係る回転電機の軸受ブラケットの構造を示す縦断面図である。なお、結合側軸受ブラケット41および反結合側軸受ブラケット42の少なくともいずれかを以下、軸受ブラケットと総称する。結合側軸受ブラケット本体部41aおよび反結合側軸受ブラケット本体部42aのそれぞれは、結合側軸受ブラケット本体部41aおよび反結合側軸受ブラケット本体部42aの外側にフィン115が設けられている構成である。

0032

図12は、軸受ブラケットの外面側に厚さを増やす本実施形態の場合を示す軸受ブラケットの上半部分の縦断面図であり、(b)は10mm、(c)は20mm、(d)は30mmほどそれぞれ本体部の板厚を外側に増している。なお、簡略化するためにフィン115は図示していない。

0033

図13は、軸受ブラケットの外面側に厚さを増やした場合の径方向の変形量の変化の例を示すグラフである。外側に板厚を増した場合は、変形量は明確に低下することが分かる。

0034

図14は、軸受ブラケットの内面側に厚さを増やす場合を示す軸受ブラケットの上半部分の縦断面図であり、(b)は10mm、(c)は20mmほどそれぞれ本体部の板厚を内側に増している。なお、簡略化するためにフィン115は同様に図示していない。

0035

図15は、軸受ブラケットの内面側に厚さを増やした場合の径方向の変形量の変化の例を示すグラフである。図15に示すように、変形量はほとんど変化しない。

0036

以上のように、本実施形態における軸受ブラケットの本体部、すなわち結合側軸受ブラケット本体部41aおよび反結合側軸受ブラケット本体部42aは、その板厚を外側に増やすことにより変形量を低減することができる。

0037

[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。また、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。

0038

10…回転子、11…ロータシャフト、12…回転子鉄心、15…内扇、20…固定子、21…固定子鉄心、22…固定子コイル、31…結合側軸受、32…反結合側軸受、41…結合側軸受ブラケット、41a…結合側軸受ブラケット本体部、42…反結合側軸受ブラケット、42a…反結合側軸受ブラケット本体部、100…フレーム、100a…密閉空間、100d…傾斜部、110…通風路、110a…通風路入口開口、110b…通風路出口開口、110c…鋳物砂排出孔、110g…径方向内側部、110h…径方向外側部、111…閉止板、115…フィン、200…回転電機、510a…通風路入口開口、510b…通風路出口開口、510c…鋳物砂排出孔

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