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技術 液受けユニットおよび回転電機

出願人 東芝三菱電機産業システム株式会社
発明者 南洞大輔藤田七栄
出願日 2013年9月30日 (4年11ヶ月経過) 出願番号 2015-538641
公開日 2017年3月2日 (1年6ヶ月経過) 公開番号 WO2015-044985
状態 特許登録済
技術分野 電動機、発電機の冷却 電動機、発電機の外枠
主要キーワード 移送部分 ケーシング開口 カバー開口 冷却用気体 流れ勾配 捕獲能力 直接落下 漏えい
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3月2日)のものです。
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図面 (4)

課題・解決手段

回転電機(10)は、密閉容器(9)と、密閉容器内に配された回転電機本体(8)と、密閉容器(9)内の冷却用気体を冷却する熱交換器(11)と、冷却用気体を循環させるファン(12)と、液受けユニット(25)を有する。液受けユニット(25)は熱交換器(11)の下方で回転電機本体(8)の上方に配されて、長手方向に延びており、互いに平行で水平に並んでおり、熱交換器(11)からの液を受けて移送する複数の液受け(20)を有する。それぞれの液受け(20)は、液を保持可能に形成され長手方向に延びて上方に開放された流路を形成する液保持移送部と、板状で液を受けて液保持移送部に流下させるように傾斜している広がり部を有する。広がり部の下側側部と接続する第1の側部と反対側の第2の側部の接線方向と、広がり部からの延長線とのなす角は90度よりも小さい。

概要

背景

多くの回転電機は、発熱による温度上昇を抑制するために空気等の気体で内部を冷却している。密閉型の回転電機では、この冷却用の気体は、ケーシング内を循環している。また、冷却用の気体は、熱交換器において外部の冷却液によって冷却される。冷却液は通常は水である。

ここで、熱交換器において冷却液が漏えいしたときの冷却液、あるいは、熱交換器において冷却用の気体中の湿分凝縮したときの凝縮液などの液が、回転電機の回転子固定子などの回転電機本体に接触すると、絶縁性能の低下、あるいは短絡事故の発生の可能性がある。このため、特許文献1に示されているように、熱交換器の下側に落下してきた液を受けて、移送する液受け部が設けられ、回転電機本体を保護している。この液受け部は、液を保持して移送する保持移送部分と、傾斜した平板状で液を受けて保持移送部分に落とす平板部分とを有する。

概要

回転電機(10)は、密閉容器(9)と、密閉容器内に配された回転電機本体(8)と、密閉容器(9)内の冷却用気体を冷却する熱交換器(11)と、冷却用気体を循環させるファン(12)と、液受けユニット(25)を有する。液受けユニット(25)は熱交換器(11)の下方で回転電機本体(8)の上方に配されて、長手方向に延びており、互いに平行で水平に並んでおり、熱交換器(11)からの液を受けて移送する複数の液受け(20)を有する。それぞれの液受け(20)は、液を保持可能に形成され長手方向に延びて上方に開放された流路を形成する液保持移送部と、板状で液を受けて液保持移送部に流下させるように傾斜している広がり部を有する。広がり部の下側側部と接続する第1の側部と反対側の第2の側部の接線方向と、広がり部からの延長線とのなす角は90度よりも小さい。

目的

本発明の実施形態は、回転電機内で冷却用の気体が液受けを上から下に向って流れる場合に、確実に漏入した液を捕獲する液受けを提供する

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

密閉容器と、回転可能に軸支された回転子と、前記回転子の外周に前記回転子と間隔を空けて配設された固定子とを有し、前記密閉容器内に配された回転電機本体と、前記密閉容器内にあって、前記回転電機本体を冷却する冷却用気体を外部から供給される冷却液により冷却する熱交換器と、前記密閉容器内にあって、前記冷却用気体を循環させるファンと、前記熱交換器の下方であって前記回転電機本体の上方に配されて、長手方向に微小流れ勾配をもって延びており、互いに平行で水平に並んでおり、前記熱交換器において漏えいが生じたときに漏えいした冷却液または前記冷却用気体の湿分凝縮した凝縮液を受けて移送する複数の液受けを有する液受けユニットと、を備え、前記複数の液受けのそれぞれは、前記冷却液および前記凝縮液を保持可能に形成され、前記長手方向に延びて上方に開放された流路を形成する液保持移送部と、広がりを持った板状で、前記冷却液または前記凝縮液を受けて前記液保持移送部に向かって流下させる方向に前記液受けの流れ勾配よりも大きな勾配で傾斜している広がり部と、を具備し、前記液保持移送部の一方の側部である第1の側部は前記広がり部の下側側部と接続しており、前記長手方向に垂直な横断面において、前記第1の側部と反対側の前記液保持移送部の第2の側部の接線方向と、前記広がり部からの延長線とのなす角は90度よりも小さく形成されている、ことを特徴とする回転電機。

請求項2

隣接する液受けどうしは、互いに水平方向に重複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

前記横断面において、前記第2の側部の先端は、前記広がり部からの延長線より突出し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

前記液保持移送部は、前記長手方向に垂直な方向に滑らかな曲面を有するように形成さ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

前記液保持移送部は、前記長手方向に垂直な方向に互いに接続された複数の平面を有するように形成されてい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

回転子と固定子とを有し密閉容器内に配された回転電機本体を冷却する冷却用気体を冷却する熱交換器を備える回転電機の前記熱交換器において漏えいが生じたときに漏えいした冷却液または前記冷却用気体の湿分が凝縮した凝縮液を受けて移送する複数の液受けを有する液受けユニットであって、前記液受けのそれぞれは、前記冷却液および前記凝縮液を保持可能に形成され、前記長手方向に延びて上方に開放された流路を形成する液保持移送部と、広がりを持った板状で、前記冷却液または前記凝縮液を受けて前記液保持移送部に向かって流下させる方向に傾斜している広がり部と、を具備し、前記液保持移送部の一方の側部である第1の側部は前記広がり部の下側側部と接続しており、前記長手方向に垂直な横断面において、前記第1の側部と反対側の前記液保持移送部の第2の側部の接線方向と、前記広がり部からの延長線とのなす角は90度よりも小さく形成されている、ことを特徴とする液受けユニット。

技術分野

0001

本発明の実施形態は、液受けユニットおよびこれを用いた回転電機に関する。

背景技術

0002

多くの回転電機は、発熱による温度上昇を抑制するために空気等の気体で内部を冷却している。密閉型の回転電機では、この冷却用の気体は、ケーシング内を循環している。また、冷却用の気体は、熱交換器において外部の冷却液によって冷却される。冷却液は通常は水である。

0003

ここで、熱交換器において冷却液が漏えいしたときの冷却液、あるいは、熱交換器において冷却用の気体中の湿分凝縮したときの凝縮液などの液が、回転電機の回転子固定子などの回転電機本体に接触すると、絶縁性能の低下、あるいは短絡事故の発生の可能性がある。このため、特許文献1に示されているように、熱交換器の下側に落下してきた液を受けて、移送する液受け部が設けられ、回転電機本体を保護している。この液受け部は、液を保持して移送する保持移送部分と、傾斜した平板状で液を受けて保持移送部分に落とす平板部分とを有する。

先行技術

0004

実開平6−44379号公報

発明が解決しようとする課題

0005

回転子や固定子を冷却した冷却用の気体が上昇して熱交換器に入り、冷却されてファンにより再び冷却のために回転子や固定子に流入する流路を有する従来の回転電機の場合に、冷却用の気体が、液受け部を下から上に通過するものがある。この場合、冷却液受け部の保持移送部分は、下からの流れを妨げないような形状に形成されている。

0006

一方、冷却用の気体が液受け部を上から下に通過するように形成された回転電機がある。この場合に、液受け部について、前記のような下からの流れを妨げないような形状を維持していると、平板部で受け止めた冷却液は、保持移送部分にとどまらず、下方に流れていき、冷却液受け部が回転電機本体の保護機能を果たさないという課題がある。

0007

そこで本発明の実施形態は、回転電機内で冷却用の気体が液受けを上から下に向って流れる場合に、確実に漏入した液を捕獲する液受けを提供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、本実施形態に係る回転電機は、密閉容器と、回転可能に軸支された回転子と、前記回転子の外周に前記回転子と間隔を空けて配設された固定子とを有し、前記密閉容器内に配された回転電機本体と、前記密閉容器内にあって、前記回転電機本体を冷却する冷却用気体を外部から供給される冷却液により冷却する熱交換器と、前記密閉容器内にあって、前記冷却用気体を循環させるファンと、前記熱交換器の下方であって前記回転電機本体の上方に配されて、長手方向に微小流れ勾配をもって延びており、互いに平行で水平に並んでおり、前記熱交換器において漏えいが生じたときに漏えいした冷却液または前記冷却用気体の湿分が凝縮した凝縮液を受けて移送する複数の液受けを有する液受けユニットと、を備え、前記複数の液受けのそれぞれは、前記冷却液および前記凝縮液を保持可能に形成され、前記長手方向に延びて上方に開放された流路を形成する液保持移送部と、広がりを持った板状で、前記冷却液または前記凝縮液を受けて前記液保持移送部に向かって流下させる方向に前記液受けの流れ勾配よりも大きな勾配で傾斜している広がり部と、を具備し、前記液保持移送部の一方の側部である第1の側部は前記広がり部の下側側部と接続しており、前記長手方向に垂直な横断面において、前記第1の側部と反対側の前記液保持移送部の第2の側部の接線方向と、前記広がり部からの延長線とのなす角は90度よりも小さく形成されている、ことを特徴とする。

0009

また、本実施形態は、回転子と固定子とを有し密閉容器内に配された回転電機本体を冷却する冷却用気体を冷却する熱交換器を備える回転電機の前記熱交換器において漏えいが生じたときに漏えいした冷却液または前記冷却用気体の湿分が凝縮した凝縮液を受けて移送する複数の液受けを有する液受けユニットであって、前記液受けのそれぞれは、前記冷却液および前記凝縮液を保持可能に形成され、前記長手方向に延びて上方に開放された流路を形成する液保持移送部と、広がりを持った板状で、前記冷却液または前記凝縮液を受けて前記液保持移送部に向かって流下させる方向に傾斜している広がり部と、を具備し、前記液保持移送部の一方の側部である第1の側部は前記広がり部の下側側部と接続しており、前記長手方向に垂直な横断面において、前記第1の側部と反対側の前記液保持移送部の第2の側部の接線方向と、前記広がり部からの延長線とのなす角は90度よりも小さく形成されている、ことを特徴とする。

発明の効果

0010

本発明の実施形態によれば、回転電機内で冷却用の気体が液受けを上から下に向って流れる場合に、確実に漏入した液を捕獲することができる。

図面の簡単な説明

0011

第1の実施形態に係る回転電機の構成を示す立断面図である。
第1の実施形態に係る回転電機の液受けを示す横断面図である。
第2の実施形態に係る回転電機の液受けを示す横断面図である。

実施例

0012

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る液受けユニット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。

0013

[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立断面図である。回転電機10は、回転子1、固定子2を有する。回転子1および固定子2からなる回転電機本体8は、ケーシング5内に収納されている。回転子1は、軸方向に延びるシャフト1aの径方向の周囲に配され、シャフト1aの回転とともに回転する。シャフト1aは、その軸方向の両端でケーシング5を貫通しており、ケーシング5にそれぞれ固定された両側の軸受4によって回転可能に軸支されている。固定子2は、回転子1の外周に回転子1と半径方向に間隔を空けて配設されている。固定子2は、固定子鉄心2aおよび固定子鉄心2aに巻回された固定子巻線3を有する。

0014

ケーシング5の上部にはケーシング開口5aが形成されている。ケーシング5の上部にはカバー13が取り付けられている。カバー13の下部には、ケーシング開口5aに対向するようにカバー開口13aが形成されている。ケーシング5とカバー13は、ケーシング開口5aとカバー開口13aが連通するように結合している。ケーシング5とカバー13は、1つの密閉空間9aを形成している。すなわち、ケーシング5とカバー13を合わせて密閉容器9ということになる。

0015

ケーシング13内には、熱交換器11、液受けユニット25および2台のファン12が設けられている。熱交換器11は、回転電機本体8の上方に配されている。熱交換器11と回転電機本体8とを結ぶ冷却用気体の流路を形成するために、熱交換器11下部から回転電機本体8の近傍まで、ガイド14が設けられている。液受けユニット25は、熱交換器11と回転電機本体8の間、すなわち、ガイド14の中であって、熱交換器11の下方でかつ回転電機本体8の上方に配されている。

0016

液受けユニット25は、互いに並列に配された複数の液受け20を有する。それぞれの液受け20は、シャフト1aの軸方向に対して垂直な方向すなわち図1紙面に垂直な方向に微小な流れ勾配をもって延びている。液受け20は、互いに平行で水平に並んでいる。

0017

2台のファン12は、それぞれ、熱交換器11の両側のカバー13内側に取り付けられており、密閉空間9a内の気体を回転電機本体8の冷却用気体として、密閉空間9a内を循環させる。ファン12により循環させられる冷却用気体は、熱交換器11から下方に流出し、液受けユニット25を下向きに通過した後、回転電機本体8に流入する。冷却用気体は、回転電機本体8から流出した後、ガイド14の外側を上昇し、ファン12を通過し、再び熱交換器11に流入する。熱交換器11は、外部から供給される冷却液によって冷却用気体を冷却する。

0018

図2は、第1の実施形態に係る回転電機の液受けを示す横断面図である。液受け20は、広がり部21および液保持移送部22を有する。液保持移送部22は、広がり部21で受け止めた液を集めて保持し移送可能に形成されている。また、液保持移送部22は、長手方向に延びて上方に開放された細長い流路を形成している。液保持移送部22は、ほぼ水平に延びているが、収納された液を長手方向に移送する機能を有するため、長手方向に流路を形成するように流れ勾配を有している。液保持移送部22は、長手方向に垂直な方向に滑らかな曲面を有する。

0019

広がり部21は、広がりを持った板状で、液保持移送部22に沿って延びている。広がり部21は、受けた液を液保持移送部22に向かって流下させる方向に大きな勾配で傾斜している。すなわち、広がり部21の一方の側部である下側側部21aは、他方の側部である上側側部21bより低くなっている。液保持移送部22の一方の側部である第1の側部22aは、広がり部21の下側側部21aと接続している。

0020

液受け20の長手方向に垂直な断面すなわち横断面において、第1の側部22aと反対側の液保持移送部22の第2の側部22bの接線方向と、広がり部21からの延長線とのなす角θは90度よりも小さく形成されている。

0021

また、第2の側部22bの先端は、広がり部21からの延長線より突出している。すなわち、図2に示すように、第2の側部22bの先端が広がり部21からの延長面から突出する高さをδとすると、δは正である。δが大きいほど液受け20の液の捕獲能力が向上する。一方、δが大きいほど、冷却用気体の流れの抵抗が大きくなる。したがって、両者は背反するため、適切な寸法のδを設定することにより、冷却用気体の流れの抵抗を抑えながら、液の捕獲能力を確保することができる。

0022

隣接する液受け20どうしは、互いに水平方向に重複、図2のwが正の値である。すなわち、液受けユニット25の上部から見た液受けユニット25は、液受けユニット25の下方の回転電機本体8の前面を覆っている。

0023

次に、以上のように構成された本実施形態の作用を説明する。熱交換器11において冷却液の漏えいが生じたときは、熱交換器11から冷却液が液受けユニット25に落下してくる。また、たとえば、密閉空間9a内の回転電機本体8などの保守点検を実施した後に密閉空間9aを閉鎖して熱交換器11による冷却を開始した際には、密閉空間9a内の冷却用気体内の湿分が熱交換器11において生じ、凝縮した凝縮液が熱交換器11から冷却液が液受けユニット25に落下してくる。

0024

液受けユニット25は、上方から見て回転電機本体8を全面的に覆っているので、冷却液あるいは凝縮液などの液は、直接に回転電機本体8に落下せず、液受けユニット25の各液受け20の広がり部21または液保持移送部22上に落下する。広がり部21上に落下した液は、広がり部21の傾斜に沿って液保持移送部22内に流下する。広がり部21から液保持移送部22に流下した液、および液保持移送部22に直接落下した液は、液保持移送部22の長手方向の流路を移送される。

0025

一方、液受けユニット25に上部から送られる冷却用気体は、図2実線Aに示すように、互いに隣接する液受け20間に流入後、広がり部21に沿うように方向を転換する。冷却用気体は、広がり部21上を通過後、液保持移送部22上に到達し液保持移送部22上を通過する際に、図2の実線Bに示すように下方に方向を転換して液受けユニット25から下方に流出する。

0026

ここで、冷却用気体が広がり部21上を通過する際に、広がり部21上を流下する液を同伴する可能性がある。広がり部21を流下する広がり部21表面の液を同伴した冷却用気体は、広がり部21表面に沿って流れる。一方、液保持移送部22の第2の側部22bは、広がり部21の延長面よりも突出している。したがって、広がり部21表面の液を同伴した冷却用気体は、液保持移送部22の第2の側部22bに衝突する。

0027

液受け20の長手方向に垂直な断面すなわち横断面において、第1の側部22aと反対側の液保持移送部22の第2の側部22bの接線方向と、広がり部21からの延長線とのなす角θは90度よりも小さく形成されている。このため、液保持移送部22の第2の側部22bに衝突した冷却用気体に同伴されている液は、液保持移送部22から冷却用気体の流れに再び同伴されるよりも、液保持移送部22内に保持され、流路に沿って長手方向に移送されることになる。

0028

以上のように、漏えいした冷却液または冷却用気体の湿分が凝縮した凝縮液などの液は、確実に捕獲され、移送される。

0029

[第2の実施形態]
図3は、第2の実施形態に係る回転電機の液受けを示す横断面図である。本実施形態は第1の実施形態の変形である。第1の実施形態に係る液保持移送部23は、長手方向に垂直な方向に滑らかな曲面を有するように形成されている。一方、本第2の実施形態における液保持移送部23は、長手方向に垂直な方向に、互いに接続された複数の平面を有するように形成されている。

0030

以上のように構成された本実施形態により、液受け20の設計、製作の負担が軽減しコスト削減を図ることができる。

0031

[その他の実施形態]
以上、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。たとえば、取扱い対象がドラム缶の場合を示したが、周囲から把持することによって移動可能な形状であれば、その他の容器でもよい。

0032

また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。たとえば、横断面における液保持移送部の形状として、第1の実施形態の滑らかな曲線を有するように形成されているという特徴と、第2の実施形態における直線的に構成されるように形成されているという特徴とを組み合わせて、曲線部と直線部とを有することでもよい。

0033

さらに、これらの実施形態は、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。

0034

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。

0035

1…回転子、2…固定子、2a…固定子鉄心、3…固定子巻線、4…軸受、5…ケーシング、5a…ケーシング開口、8…回転電機本体、9…密閉容器、9a…密閉空間、10…回転電機、11…熱交換器、12…ファン、13…カバー、13a…カバー開口、14…ガイド、20…液受け、21…広がり部、21a…下側側部、21b…上側側部、22…液保持移送部、22a…第1の側部、22b…第2の側部、23…液保持移送部、25…液受けユニット

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