JP5938372B2

JP5938372B2 - Rotating electric machine

Info

Publication number: JP5938372B2
Application number: JP2013151885A
Authority: JP
Inventors: 中村　裕; 裕中村; 知巳池上; 良二長谷
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2013-07-22
Filing date: 2013-07-22
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2033-07-22
Also published as: JP2015023731A

Description

本発明は、固定子等が固定子フレームに収容される回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine in which a stator and the like are accommodated in a stator frame.

回転電機は、回転軸と、この回転軸と共に回転する回転子と、回転子を外側から取り囲む固定子と、これらを収容する固定子フレームと、を有する。固定子フレームは本体部と、端板と、を有する。本体部は、回転子を半径方向外側から取り囲む。端板は、本体部の軸方向外側に配置される。端板には、軸受ハウジングが取り付けられる。軸受ハウジングには軸受が取り付けられる。軸受は回転軸を回転自在に支持する。 The rotating electrical machine includes a rotating shaft, a rotor that rotates together with the rotating shaft, a stator that surrounds the rotor from the outside, and a stator frame that accommodates these. The stator frame has a main body portion and an end plate. The main body surrounds the rotor from the outside in the radial direction. The end plate is disposed outside the main body in the axial direction. A bearing housing is attached to the end plate. A bearing is attached to the bearing housing. The bearing rotatably supports the rotating shaft.

軸受の温度は、回転電機が運転状態にあるときは運転されていないときに比べて高くなる。軸受が高温になると、軸受ハウジング等の温度も上昇する。この温度上昇に伴って軸受ハウジングは膨張する。このとき、軸受ハウジングの熱が端板に伝熱されて、端板も膨張する。 The temperature of the bearing is higher when the rotating electrical machine is in operation than when it is not operated. When the bearing becomes hot, the temperature of the bearing housing and the like also rises. As the temperature rises, the bearing housing expands. At this time, the heat of the bearing housing is transferred to the end plate, and the end plate also expands.

軸受の温度上昇を抑制する方法は、例えば特許文献１に開示されているように外部ファンにより軸受ハウジングに空気を吹き付ける例が知られている。 As a method for suppressing the temperature rise of the bearing, for example, an example in which air is blown to the bearing housing by an external fan as disclosed in Patent Document 1 is known.

特開平２−９４４５６号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2-94456

冷却用の空気を軸受ハウジングに吹き付ける場合、反負荷側に配置された軸受よりも負荷側に配置された軸受の方が、冷却効果が低くなる。これは外部ファンが反負荷側に配置されるためである。 When air for cooling is blown to the bearing housing, the cooling effect is lower in the bearing arranged on the load side than in the bearing arranged on the anti-load side. This is because the external fan is arranged on the side opposite to the load.

また、反負荷側では、比較的低温の冷却空気が吹き付けられるため、軸受と端板との膨張の差が生じやすくなる。これにより、膨張に伴う変形が生じるため、端板に負荷がかかる可能性がある。また、端板により軸受の膨張が阻害されて、軸受と回転軸との間でかじりが生じる可能性がある。 On the other hand, relatively low-temperature cooling air is blown on the non-load side, so that a difference in expansion between the bearing and the end plate tends to occur. Thereby, since the deformation | transformation accompanying expansion | swelling arises, a load may be applied to an end plate. In addition, the end plate may inhibit the expansion of the bearing, which may cause galling between the bearing and the rotating shaft.

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、負荷側および反負荷側それぞれの軸受を効率よく冷却することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to efficiently cool the bearings on the load side and the anti-load side.

上記目的を達成するための本発明に係る回転電機は、互いに軸方向間隔をあけて配置された第１軸受および第２軸受に回転自在に支持された回転軸と、前記回転軸を半径方向外側から取り囲み前記回転軸に固定されて前記回転軸と共に回転する回転子と、前記回転子を半径方向外側から取り囲む固定子と、前記固定子を半径方向外側から取り囲むように構成された本体部と、この本体部の一方の軸方向端部に取り付けられた第１の端板と、この第１の端板の軸方向反対側の前記本体部に取り付けられた第２の端板と、を備えた固定子フレームと、前記第２の端板よりも軸方向外側に配置された外部ファンと、を有する回転電機において、前記第１の端板には前記第１軸受が固定されて、前記第１の端板は半径方向外側から前記回転軸に向かうに従って軸方向内側に凹むように構成され、前記第１軸受が前記第１の端板の軸方向外側にあるように構成されて、前記第２の端板は、前記第２軸受が固定されて、前記第２の端板は半径方向外側から前記回転軸に向かうに従って軸方向外側に突出するように構成されて、前記第２軸受が前記第２の端板の軸方向内側にあるように構成されていること、を特徴とする。 In order to achieve the above object, a rotating electrical machine according to the present invention includes a rotating shaft rotatably supported by a first bearing and a second bearing that are spaced apart from each other in the axial direction, and the rotating shaft radially outward. A rotor that is fixed to the rotating shaft and rotates together with the rotating shaft, a stator that surrounds the rotor from the radially outer side, and a main body portion that is configured to surround the stator from the radially outer side, A first end plate attached to one axial end of the main body, and a second end plate attached to the main body on the opposite side of the first end plate in the axial direction. In a rotating electrical machine having a stator frame and an external fan arranged on the outer side in the axial direction than the second end plate, the first bearing is fixed to the first end plate, and the first end plate is fixed to the first end plate. The end plate is directed from the outside in the radial direction toward the rotation axis Therefore, it is configured to be recessed inward in the axial direction, the first bearing is configured to be outside in the axial direction of the first end plate, and the second end plate is fixed to the second bearing. The second end plate is configured to protrude outward in the axial direction from the outer side in the radial direction toward the rotating shaft, and the second bearing is configured to be inward in the axial direction of the second end plate. It is characterized by that.

本発明によれば、回転電機の負荷側および反負荷側それぞれの軸受を効率よく冷却することが可能になる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to cool efficiently each bearing of the load side and anti-load side of a rotary electric machine.

本発明に係る一実施形態の回転電機を模式的に示した概略正断面図であって、上半分を断面で示す。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic front sectional view schematically showing a rotary electric machine according to an embodiment of the present invention, in which an upper half is shown in cross section. 図１の回転電機のII部を拡大して示す部分拡大正断面図である。FIG. 2 is a partially enlarged front sectional view showing an enlarged II part of the rotating electrical machine of FIG. 1. 図１の回転電機のIII部を拡大して示す部分拡大正断面図である。FIG. 3 is a partially enlarged front cross-sectional view showing a portion III of the rotating electrical machine in FIG.

以下、本発明に係る回転電機の一実施形態について図１〜図３を用いて説明する。 Hereinafter, an embodiment of a rotating electrical machine according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図１は、本実施形態の回転電機を模式的に示した概略正断面図であって、上半分を断面で示す。図２は、図１の回転電機のII部を拡大して示す部分拡大正断面図である。図３は、図１の回転電機のIII部を拡大して示す部分拡大正断面図である。 FIG. 1 is a schematic front sectional view schematically showing the rotating electrical machine of the present embodiment, and shows the upper half in section. FIG. 2 is a partially enlarged front sectional view showing an enlarged II part of the rotating electrical machine of FIG. FIG. 3 is a partially enlarged front sectional view showing, on an enlarged scale, a portion III of the rotating electrical machine of FIG.

先ず、本実施形態の回転電機の構成について説明する。 First, the configuration of the rotating electrical machine of the present embodiment will be described.

本実施形態の回転電機は、回転軸２と、回転子４と、固定子５と、固定子フレーム１０と、外部ファン４０と、を有する。 The rotating electrical machine of this embodiment includes a rotating shaft 2, a rotor 4, a stator 5, a stator frame 10, and an external fan 40.

回転軸２は、水平に延びる円柱状の部材である。この回転軸２は、後述する第１軸受３１および第２軸受３２に回転自在に支持される。第１軸受３１および第２軸受３２は、それぞれ後述する軸受ハウジング３０に固定されている。軸受ハウジング３０は後述する第１および第２の端板２１、２２それぞれに取り付けられている。 The rotating shaft 2 is a columnar member that extends horizontally. The rotating shaft 2 is rotatably supported by a first bearing 31 and a second bearing 32 described later. The first bearing 31 and the second bearing 32 are each fixed to a bearing housing 30 described later. The bearing housing 30 is attached to each of first and second end plates 21 and 22 described later.

回転子４は、回転軸２を半径方向外側から取り囲むように配置された円環状の部材である。この回転子４は、回転軸２と共に回転する。 The rotor 4 is an annular member disposed so as to surround the rotation shaft 2 from the outside in the radial direction. The rotor 4 rotates together with the rotating shaft 2.

固定子５は、固定子鉄心６と、固定子巻線７と、を有する。 The stator 5 has a stator core 6 and a stator winding 7.

固定子鉄心６は、詳細な図示は省略するが、中央に穴が形成された鋼板が積層されて構成される。この固定子鉄心６は、回転子４を半径方向外側から所定の半径方向空隙（図示せず）を保ちながら取り囲むように構成された円環状である。 Although not shown in detail, the stator core 6 is configured by laminating steel plates each having a hole formed in the center. The stator core 6 is an annular shape that surrounds the rotor 4 from the outside in the radial direction while maintaining a predetermined radial gap (not shown).

また、固定子鉄心６の内周面には、半径方向内側に開口し軸方向に延びるスロット（図示せず）が複数形成されている。これらのスロットは、周方向に等間隔に配列される。これらのスロットには、固定子巻線７が巻きまわされる。 A plurality of slots (not shown) are formed on the inner peripheral surface of the stator core 6 so as to open radially inward and extend in the axial direction. These slots are arranged at equal intervals in the circumferential direction. The stator winding 7 is wound around these slots.

固定子フレーム１０は、本体部２０と、二つの端板、すなわち第１の端板２１および第２の端板２２と、を有する。 The stator frame 10 has a main body 20 and two end plates, that is, a first end plate 21 and a second end plate 22.

本体部２０は、固定子鉄心６を半径方向外側から取り囲む。この本体部２０の外周には、伝熱フィン等が取り付けられている。これにより、固定子鉄心６の熱を外部に放熱可能となる。 The main body 20 surrounds the stator core 6 from the outside in the radial direction. A heat transfer fin or the like is attached to the outer periphery of the main body 20. Thereby, the heat of the stator core 6 can be radiated to the outside.

第１の端板２１は、本体部２０の一方の軸方向外側に取り付けられている。この例では、図１における右側で、負荷側に取り付けられる。第１の端板２１は、半径方向外側から回転軸２に向かうに従って軸方向内側（図１における左側）に凹むように構成される。第１の端板２１には、軸受ハウジング３０が取り付けられる。この軸受ハウジング３０には第１軸受３１が固定されている。第１軸受３１は、回転軸２を回転自在に支持している。 The first end plate 21 is attached to one axial direction outside of the main body 20. In this example, it is attached to the load side on the right side in FIG. The first end plate 21 is configured to be recessed inward in the axial direction (left side in FIG. 1) as it goes from the radially outer side toward the rotating shaft 2. A bearing housing 30 is attached to the first end plate 21. A first bearing 31 is fixed to the bearing housing 30. The 1st bearing 31 is supporting the rotating shaft 2 rotatably.

この例では、第１の端板２１が凹んだ構造になっているため、軸受ハウジング３０は外気にさらされる部分が多くなる。 In this example, since the first end plate 21 has a recessed structure, the bearing housing 30 has more parts exposed to the outside air.

第２の端板２２は、第１の端板２１と反対側の本体部２０に取り付けられている。この例では、図１における左側で、反負荷側に取り付けられる。第２の端板２２は、半径方向外側から回転軸２に向かうに従って軸方向内側（図１における左側）に突出するように構成される。第２の端板２２には、軸受ハウジング３０が取り付けられる。この軸受ハウジング３０には第２軸受３２が固定されている。第２軸受３２は、回転軸２を回転自在に支持している。 The second end plate 22 is attached to the main body 20 opposite to the first end plate 21. In this example, it is attached on the left side in FIG. The second end plate 22 is configured to protrude inward in the axial direction (left side in FIG. 1) from the radially outer side toward the rotating shaft 2. A bearing housing 30 is attached to the second end plate 22. A second bearing 32 is fixed to the bearing housing 30. The 2nd bearing 32 is supporting the rotating shaft 2 rotatably.

この例では、第２の端板２２に取り付けられた軸受ハウジング３０における外気にさらされる部分は、第１の端板２１に取り付けられた軸受ハウジング３０に比べて少ない。これは、第２の端板２２が突出しているため軸受ハウジング３０が固定子フレーム内にある部分が多くなるためである。 In this example, the portion of the bearing housing 30 attached to the second end plate 22 that is exposed to the outside air is smaller than that of the bearing housing 30 attached to the first end plate 21. This is because the second end plate 22 protrudes, so that there are many portions where the bearing housing 30 is in the stator frame.

第１および第２の端板２１、２２は、互いに同じ金属材料で形成されている。 The first and second end plates 21 and 22 are made of the same metal material.

詳細な図示は省略しているが、固定子フレーム１０には、軸方向に延びる通風路１１が形成されている。当該通風路１１の概略は、図１では破線で示している。この通風路１１は、回転軸２に装着している内部ファン（図示せず）による気流を固定子フレーム１０内に循環させるために構成されている。これにより、内部温度の均一化が可能である。 Although not shown in detail, the stator frame 10 is formed with an air passage 11 extending in the axial direction. The outline of the ventilation path 11 is indicated by a broken line in FIG. The ventilation path 11 is configured to circulate an airflow generated by an internal fan (not shown) attached to the rotating shaft 2 in the stator frame 10. Thereby, the internal temperature can be made uniform.

続いて、本実施形態の作用について説明する。 Then, the effect | action of this embodiment is demonstrated.

回転電機が運転状態にあるときは、固定子巻線７に電流が流れることで、回転磁界が形成されて回転軸２および回転子４が回転する。固定子巻線７に電流が流れることで固定子巻線７が発熱する。この熱が固定子鉄心６等に伝熱される。また、当該熱は回転子４等を介して回転軸２にも伝熱される。 When the rotating electrical machine is in an operating state, a current flows through the stator winding 7, whereby a rotating magnetic field is formed and the rotating shaft 2 and the rotor 4 rotate. When a current flows through the stator winding 7, the stator winding 7 generates heat. This heat is transferred to the stator core 6 and the like. The heat is also transferred to the rotating shaft 2 through the rotor 4 and the like.

回転軸２に伝わった熱は、第１軸受３１および第２軸受３２に伝わる。その後に各軸受ハウジング３０に伝わる。 The heat transmitted to the rotating shaft 2 is transmitted to the first bearing 31 and the second bearing 32. Thereafter, it is transmitted to each bearing housing 30.

一方、回転軸２の回転に伴い、外部ファン４０が回転し送風する。すなわち、外部ファン４０により空気の流れが発生する。 On the other hand, the external fan 40 rotates and blows with the rotation of the rotating shaft 2. That is, an air flow is generated by the external fan 40.

送風される空気の一部は、固定子フレーム１０に取り付けられている伝熱フィン間を流れて、負荷側に流れる。負荷側の第１軸受３１付近を流れる空気の温度は、伝熱フィン間を流通する間に固定子５等と熱交換されるため、外部ファン４０から送風された直後の空気の温度よりも高い。 Part of the blown air flows between the heat transfer fins attached to the stator frame 10 and flows to the load side. The temperature of the air flowing in the vicinity of the first bearing 31 on the load side is higher than the temperature of the air immediately after being blown from the external fan 40 because heat is exchanged with the stator 5 and the like while flowing between the heat transfer fins. .

第１の端板２１を上述したように軸方向内側に凹むように構成することで、第１軸受３１を固定する軸受ハウジング３０は、フレームの外側にある。これにより、軸受ハウジング３０が外気に触れやすくなるため、第１軸受３１の冷却効果が高まる。 By configuring the first end plate 21 to be recessed inward in the axial direction as described above, the bearing housing 30 for fixing the first bearing 31 is located outside the frame. Thereby, since the bearing housing 30 becomes easy to touch external air, the cooling effect of the 1st bearing 31 increases.

これに対して、反負荷側にある第２の端板２２や第２軸受３２は、外部ファン４０から送風された直後の空気が吹き付けられる。このため、第２軸受３２は、負荷側の第１軸受３１よりも冷却されやすい。その結果、反負荷側の第２軸受３２と回転軸２との温度差は、負荷側の第１軸受３１と回転軸２との温度差に比べて大きくなりやすい。 On the other hand, the air immediately after being blown from the external fan 40 is blown to the second end plate 22 and the second bearing 32 on the anti-load side. For this reason, the second bearing 32 is more easily cooled than the first bearing 31 on the load side. As a result, the temperature difference between the second bearing 32 on the anti-load side and the rotary shaft 2 tends to be larger than the temperature difference between the first bearing 31 on the load side and the rotary shaft 2.

仮に、負荷側と同様に冷却効果を高めるために、第２の端板２２を軸方向内側に凹むように形成された場合、第２軸受３２は冷却されすぎる可能性がある。第１軸受３１および第２軸受３２は、回転軸２に比べて熱膨張率が小さい。その結果、回転軸２の熱膨張に対して、第２軸受３２が冷却されすぎて第２軸受３２のボール等がかじる可能性がある。 If the second end plate 22 is formed so as to be recessed inward in the axial direction in order to enhance the cooling effect similarly to the load side, the second bearing 32 may be overcooled. The first bearing 31 and the second bearing 32 have a smaller coefficient of thermal expansion than the rotating shaft 2. As a result, the second bearing 32 may be cooled excessively with respect to the thermal expansion of the rotating shaft 2 and the ball of the second bearing 32 may be gnawed.

そこで、本実施形態では、上述したように、負荷側の第１の端板２１を、軸方向内側に凹むように構成し、反負荷側の第２の端板２２を軸方向外側に突出するように構成されている。 Therefore, in the present embodiment, as described above, the first end plate 21 on the load side is configured to be recessed inward in the axial direction, and the second end plate 22 on the anti-load side protrudes outward in the axial direction. It is configured as follows.

これにより、反負荷側の第２軸受３２が冷却されすぎないため、第２軸受３２のかじり等の発生を抑制できる。第１軸受３１および第２軸受３２それぞれの冷却効果を適切に制御できることとなる。 Thereby, since the second bearing 32 on the anti-load side is not cooled too much, the occurrence of galling or the like of the second bearing 32 can be suppressed. The cooling effect of each of the first bearing 31 and the second bearing 32 can be appropriately controlled.

以上の説明からわかるように本実施形態によれば、負荷側および反負荷側の軸受をバランスよく効率的に冷却し、且つ、回転軸２等の回転を安定させることが可能になる。 As can be seen from the above description, according to the present embodiment, the load-side and anti-load-side bearings can be efficiently cooled in a balanced manner, and the rotation of the rotary shaft 2 and the like can be stabilized.

上記実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。また、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、端板２１にカバー（図示せず）を設けて、負荷側軸受３１に外部ファン４０からの冷却風を送風しやすくするなどがある。 The description of the above embodiment is an example for explaining the present invention, and does not limit the invention described in the claims. Moreover, each part structure of this invention is not restricted to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible within the technical scope as described in a claim. For example, a cover (not shown) is provided on the end plate 21 so that the cooling air from the external fan 40 can be easily blown to the load side bearing 31.

２…回転軸
４…回転子
５…固定子
６…固定子鉄心
７…固定子巻線
１０…固定子フレーム
１１…通風路
２０…本体部
２１…第１の端板
２２…第２の端板
３０…軸受ハウジング
３１…第１軸受
３２…第２軸受
４０…外部ファン DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Rotating shaft 4 ... Rotor 5 ... Stator 6 ... Stator iron core 7 ... Stator coil | winding 10 ... Stator frame 11 ... Ventilation path 20 ... Main-body part 21 ... 1st end plate 22 ... 2nd end plate 30 ... Bearing housing 31 ... First bearing 32 ... Second bearing 40 ... External fan

Claims

互いに軸方向間隔をあけて配置された第１軸受および第２軸受に回転自在に支持された回転軸と、
前記回転軸を半径方向外側から取り囲み前記回転軸に固定されて前記回転軸と共に回転する回転子と、
前記回転子を半径方向外側から取り囲む固定子と、
前記固定子を半径方向外側から取り囲むように構成された本体部と、この本体部の一方の軸方向端部に取り付けられた第１の端板と、この第１の端板の軸方向反対側の前記本体部に取り付けられた第２の端板と、を備えた固定子フレームと、
前記第２の端板よりも軸方向外側に配置された外部ファンと、
を有する回転電機において、
前記第１の端板には前記第１軸受が固定されて、前記第１の端板は半径方向外側から前記回転軸に向かうに従って軸方向内側に凹むように構成され、前記第１軸受が前記第１の端板の軸方向外側にあるように構成されて、
前記第２の端板は、前記第２軸受が固定されて、前記第２の端板は半径方向外側から前記回転軸に向かうに従って軸方向外側に突出するように構成されて、前記第２軸受が前記第２の端板の軸方向内側にあるように構成されていること、
を特徴とする回転電機。 A rotating shaft rotatably supported by a first bearing and a second bearing which are arranged at an axial interval from each other;
A rotor that surrounds the rotating shaft from the outside in the radial direction and is fixed to the rotating shaft and rotates together with the rotating shaft;
A stator surrounding the rotor from outside in the radial direction;
A main body configured to surround the stator from the outside in the radial direction, a first end plate attached to one axial end of the main body, and an axially opposite side of the first end plate A second end plate attached to the main body, and a stator frame comprising:
An external fan disposed on the axially outer side than the second end plate;
In a rotating electrical machine having
The first end plate is fixed to the first end plate, and the first end plate is configured to be recessed inward in the axial direction from the radially outer side toward the rotating shaft. Configured to be axially outside of the first end plate,
The second end plate is configured such that the second bearing is fixed, and the second end plate is configured to protrude outward in the axial direction from the outer side in the radial direction toward the rotating shaft. Is configured to be on the inner side in the axial direction of the second end plate,
Rotating electric machine.

前記第１の端板は、負荷側になるように配置されて、
前記第２の端板は、反負荷側になるように配置されていること、
を特徴とする請求項１に記載の回転電機。 The first end plate is disposed on the load side,
The second end plate is disposed on the side opposite to the load;
The rotating electrical machine according to claim 1.

前記第１軸受および前記第２軸受は、前記回転軸に比べて熱膨張率が小さいこと、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。 3. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the first bearing and the second bearing have a smaller coefficient of thermal expansion than the rotating shaft.