JP6200981B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、軸受冷却構造を有する回転電機に関する。

従来の回転電機の軸受構造について図面を参照して説明する。図６は、フレーム内に吸い込まれる冷却空気を回転電機の軸方向両端部から吸い込み、フレーム中央部から排出する両吸込み型の回転電機の外形図であり、図６（ａ）は、回転電機を横軸方向から見た正面図、図６（ｂ）は、回転電機を軸方向から見た側面図である。図７は、図６（ａ）の回転電機の軸方向両端部近傍を断面で示した部分断面図である。

図６及び図７に示す回転電機は、回転電機のフレーム１０の両端部にそれぞれブラケット支え２０ａ，２０ｂを介して軸受ブラケット２１ａ，２１ｂが取り付けられ、それぞれの軸受ブラケット２１ａ，２１ｂの中に設けられたすべり軸受け２３ａ、２３ｂで、回転軸３０を回転自在に軸支している。また、図示していないが、回転軸３０には、回転軸３０に固定された回転子と、この回転軸３０と共に回転する冷却ファンが設けられ、また、フレーム１０の内周面には、回転子の外周囲に間隙を介して配設された固定子を有している。フレーム１０の中央上部には、冷却空気風を排気するための排気口１１が設けられている。

フレーム１０の一端側（図６（ａ）に示す左側端部）には、図示していないが、回転軸３０を駆動するエンジンが直結される。

また、それぞれのブラケット支え２０ａ，２０ｂには、フレーム１０の内部に冷却空気を取り入れるための開口部２２ａ，２２ｂが、回転軸３０の周方向に複数個設けられており、冷却ファンの回転によって冷却空気がフレーム１０の内部に取り入れられるように構成している。この開口部２２ａ，２２ｂには、大きなゴミが入らないように網などが設けられている。軸受ブラケット２１ａ，２１ｂの内部には、上述したように回転軸３０を軸支するすべり軸受２３ａ、２３ｂがそれぞれ取り付けられと共に、各すべり軸受２３ａ、２３ｂを潤滑し、冷却する潤滑油を貯める油溜めが形成され、また、それぞれの軸受ブラケット２１ａ，２１ｂの外面部には、潤滑油の熱を放出する複数の放熱フィン２４ａ，２４ｂが設けられている。

また、回転軸３０の反直結側の端部には、回転軸３０の回転数を交流電圧として外部の制御盤（図示せず）に出力するための回転計発電機９０が設けられている。

このように、図６及び図７に示す回転電機は、エンジン等によって回転軸３０が駆動されると、すべり軸受２３ａ，２３ｂに摩擦熱が発生するために、軸受ブラケット２１ａ，２１ｂに、すべり軸受けを潤滑する潤滑油を溜める油溜めと、この油溜めの熱を外部に放出するための放熱フィン２４ａ，２４ｂが設けられている。
回転電機における冷却構造については、例えば特許文献１に記載されている。

特開２０００−１１６０６０号公報

ところで、通常、回転電機の出力が大きくなると、それに応じて回転子、回転軸の自重も増大し、すべり軸受２３ａ，２３ｂで発生する摩擦熱も増大するが、それぞれの軸受ブラケット２１ａ，２１ｂの外面部に形成されている放熱フィン２４ａ，２４ｂは、空気の自然対流による冷却のために、軸受ブラケット２１ａ，２１ｂの形状を単に大きくしても、十分な冷却効果が得られず、このため、別途、強制冷却機能を備えた外付けの冷却装置を設ける等、何らかの対応策が必要となる。
しかしながら、別途外付けの冷却装置を設けると、設置面積の増大、重量の増加、価格上昇等のデメリットが生じる。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、別途、外付けの冷却装置を設けることなく、すべり軸受の冷却性能を向上させることが可能な回転電機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１の発明による回転電機は、排気口が形成されたフレームと、回転軸を回転自在に軸支するすべり軸受と、前記すべり軸受を内部に保持し、外面部に前記すべり軸受の熱を外部へ放熱する放熱フィンを設けている軸受ブラケットと、前記フレーム内に冷却空気を取り込むための開口部が形成され、前記軸受ブラケットを前記フレームの端部に取り付けるブラケット支えと、前記回転軸に取り付けられ、前記回転軸の回転によって前記開口部から前記フレームの内部へ冷却空気を取り入れ、前記排気口から排出する冷却ファンとを有する回転電機において、前記ブラケット支えのフレーム外部側に、前記開口部に通じ、途中に前記軸受ブラケットが位置する通風路を形成する通風カバーを設け、前記通風カバーの冷却空気取り入れ口である吸気口から取り入れられ、前記通風路を流れる冷却空気により前記軸受ブラケットの外面部を冷却することを特徴とする。

本発明によれば、別途、外付けの冷却装置を設けることなく、すべり軸受の冷却性能を向上させることが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る回転電機の外形図。 本発明の第１の実施の形態に係る回転電機の斜視図。 本発明の第１の実施の形態に係る回転電機の通風カバー部分の断面図。 本発明の第２の実施の形態に係る回転電機の外形図。 本発明の第２の実施の形態に係る回転電機の通風カバー部分の断面。 従来の回転電機の外形図。 従来の回転電機のフレーム両端部近傍の断面を示す部分断面図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る回転電機の外形図で、両吸込み型の回転電機の例を示している。図１（ａ）は、回転電機を横軸方向に見た正面図、図１（ｂ）は、回転電機を軸方向に見た側面図である。図２は、図１（ｂ）に示す回転電機の斜視図である。

図１及び図２において、図６及び図７に示す従来の回転電機と異なる構成は、それぞれのブラケット支え２０ａ，２０ｂに、それぞれ通風カバー１００ａ，１００ｂを設けたことである。その他の構成は、図６及び図７に示す従来の回転電機の構成と同じであり、詳細な説明を省略する。

それぞれの通風カバー１００ａ，１００ｂは、それぞれブラケット支え２０ａ，２０ｂに取り付けられ、それぞれの開口部２２ａ，２２ｂから吸い込まれる冷却空気の通風路を形成し、この通風路の中に軸受ブラケット２１ａ，２１ｂが位置するように構成している。

図３（ａ）は、それぞれの通風カバー１００ａ，１００ｂを図１（ｂ）に示すＡ−Ａ線に沿ってカットした回転電機の正面図、図３（ｂ）は、それぞれの通風カバー１００ａ，１００ｂを図１（ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿ってカットした回転電機の側面図である。

図２に示すように、それぞれの通風カバー１００ａ，１００ｂは、第１カバー部１００ａ−１，１００ｂ−１と第２カバー部１００ａ−２，１００ｂ−２から構成される。

第１カバー部１００ａ−１，１００ｂ−１は、それぞれ軸受ブラケット２１ａ，２１ｂと、ブラケット支え２０ａ，２０ｂの下半分に設けられた開口部２２ａ，２２ｂを覆うように、その水平方向の断面形状はコの字形状で、軸方向から見た外形は、ほぼ方形に形成されている。

なお、図１〜図３に示す例では、それぞれの第１カバー部１００ａ−１，１００ｂ−１によって、それぞれ軸受ブラケット２１ａ，２１ｂと共にブラケット支え２０ａ，２０ｂの下方半分に形成した開口部２２ａ，２２ｂも覆う例を示しているが、開口部２２ａ，２２ｂの個数は、必要に応じて増減でき、場合によっては、その開口部２２ａ，２２ｂを省略することも可能である。その場合、第１カバー部１００ａ−１，１００ｂ−１は、それぞれ軸受ブラケット２１ａ，２１ｂのみを覆うことになる。
図３（ｂ）に示したブラケット支え２０ａ，２０ｂの下方半分に形成した開口部２２ａ，２２ｂは、それぞれ軸受ブラケット２１ａ，２１ｂの左右に１つずつ、軸受ブラケット２１ａ，２１ｂに沿って縦長の方形状に形成されている。このため、それぞれの第１カバー部１００ａ−１，１００ｂ−１の横幅は、２つの開口部２２ｂと軸受ブラケット２１ａ，２１ｂを覆う幅に構成されている。

また、それぞれの第１カバー部１００ａ−１，１００ｂ−１の下部、即ち、それぞれの軸受ブラケット２１ａ，２１ｂの下方位置には、それぞれの通風カバー１００ａ，１００ｂによって形成された通風路の吸気口１０１ａ，１０１ｂを形成している。

また、第２カバー部１００ａ−２，１００ｂ−２は、それぞれの第１カバー部１００ａ−１，１００ｂ−１の上部に設けられ、それぞれのブラケット支え２０ａ，２０ｂの上半分に設けられた複数の開口部２２ａ，２２ｂの全体を覆い、これによって形成される空間がそれぞれ第１カバー部１００ａ−１，１００ｂ−１によって形成された通風路と連通するように構成されている。

第２カバー部１００ａ−２，１００ｂ−２は、図３（ｂ）に示す例では、円形状に形成されたブラケット支え２０ａ，２０ｂの上半円の外周に沿って、周方向に形成された４つの開口部２２ａ，２２ｂの全てを覆うように、半円形状をしている。

この例では、「きのこ」の柄に当たる部分が第１カバー部１００ａ−１，１００ｂ−１で、「きのこ」の傘に当たる部分が第２カバー部１００ａ−２，１００ｂ−２となるように「きのこ形状」にそれぞれの通風カバー１００ａ，１００ｂを形成している。

通風カバー１００ａ，１００ｂをきのこ形状に形成することで、それぞれの軸受ブラケット２１ａ，２１ｂが位置する通風路の断面積（水平断面）が、ブラケット支え２０ａ，２０ｂにそれぞれ形成された複数の開口部２２ｂの面積合計より小さくなるようにしている。

これにより回転軸３０が回転し、冷却ファンによって、それぞれの通風カバー１００ａ，１００ｂの吸気口１０１ａ，１０１ｂから冷却空気が吸引されると、第１カバー部１００ａ−１，１００ｂ−１を通過する冷却空気、すなわちそれぞれの軸受ブラケット２１ａ，２１ｂ（放熱フィン２４ａ，２４ｂ）の表面を通過する冷却空気の流速が速くなるので、軸受ブラケット２１ａ，２１ｂを冷却する効率を向上させることができる。

なお、図１〜図３に示す通風カバー１００ａ，１００ｂは、きのこ形状に形成されているが、他の形状とすることも可能である。すなわち、第２カバー部１００ａ−２，１００ｂ−２の形状は、半円形状とするだけでなく、ブラケット支え２０ａ，２０ｂの上半円に形成された複数の開口部２２ａ，２２ｂの全てを覆うことができれば、例えば半楕円形状、四角形状、三角形状など、その他の形状とすることも可能である。

また、第１カバー部１００ａ−１，１００ｂ−１の形状は、ほぼ方形状とするだけでなく、少なくともそれぞれの軸受ブラケット２１ａ，２１ｂを覆うことができ、通風路の断面積が複数の開口部２２ａ，２２ｂの開口面積合計より小さくした他の形状とすることも可能である。

このように、本発明の第１の実施の形態に係る回転電機は、フレーム１０内に冷却空気を取り込むためにブラケット支え２０ａ，２０ｂに形成された開口部２２ａ，２２ｂに通じ、途中にそれぞれの軸受ブラケット２１ａ，２１ｂが位置する通風路を形成する通風カバー１００ａ，１００ｂをそれぞれのブラケット支え２０ａ，２０ｂに取り付けたので、通風路の吸気口１０１ａ，１０１ｂから吸引された冷却空気により軸受ブラケット２１ａ，２１ｂの外面部が強制的に冷却され、すべり軸受２３ａ，２３ｂにおいて発生する熱を効率的に冷却することができる。

すなわち、すべり軸受を冷却のための外付け冷却装置を設けることなく冷却性能の向上を図ることができる。外付け冷却装置が不要となることで、回転電機の設置面積の縮小、重量の低減、価格低下の効果を得ることができる。さらに、通風カバー１００ａ，１００ｂは、下部に向けて開放された吸気口１０１ａ，１０１ｂより冷却空気を吸引するので、従来よりもフレーム１０の内部にゴミが入りにくい構造になる。このため、ゴミが内部に入ることにより発生する故障の頻度を大幅に減らすことが期待できる。また、通風カバー１００ａ，１００ｂが軸受ブラケット２１ａ，２１ｂ及び開口部２２ａ，２２ｂを覆うので、フレーム１０内部で発生する音を外に漏らしにくい構造となり、騒音低減を図ることも可能となる。

また、軸受ブラケット２１ａ，２１ｂの表面に設けられている放熱フィン２４ａ，２４ｂは、通風路内を流れる冷却空気に沿って配置されている。すなわち、図３（ｂ）に示すように、軸受ブラケット２１ａ，２１ｂの軸方向の面には、板状の放熱フィン２４ａ，２４ｂを上下方向に向けて配置し、軸受ブラケット２１ａ，２１ｂの上面には、放熱フィン２４ａ，２４ｂを軸方向に向けて配置している。従って、通風カバー１００ａ，１００ｂの下部に設けられた吸気口１０１ａ，１０１ｂから吸入された冷却空気は、複数の放熱フィン２４ａ，２４ｂの間を均一な層流となって通過して、ブラケット支え２０ａ，２０ｂの上半分に設けられた複数の上部の開口部２２ａ，２２ｂに流れやすくなる。
また、軸受ブラケット２１ａ，２１ｂの軸方向と平行な側面には、図３（ａ）に示すように、放熱フィン２４ａ，２４ｂを軸方向に向けて配置している。すなわち、ブラケット支え２０ａ，２０ｂの下部に形成された開口部２２ａ，２２ｂに向けて放熱フィン２４ａ，２４ｂを配置して、冷却空気が流れやすくしている。

こうして、通風カバー１００ａ，１００ｂの吸気口１０１ａ，１０１ｂから吸入された冷却空気が開口部２２ａ，２２ｂに流れる方向に沿って、軸受ブラケット２１ａ，２１ｂの表面に放熱フィン２４ａ，２４ｂを形成することで、冷却空気の流れが無秩序な乱流になることを防止し、均一な安定した層流として流すことができ、軸受ブラケット２１ａ，２１ｂを冷却する効率を向上させることができる。

なお、前述した説明では、軸受ブラケット２１ａ，２１ｂの表面に設ける放熱フィン２４ａ，２４ｂにより冷却空気の流れを均一にしているが、さらに通風カバー１００ａ，１００ｂの通風路側内面に、冷却空気の流れを整えるための整流板を設けるようにしても良い。すなわち、通風カバー１００ａ，１００ｂの内面に、軸受ブラケット２１ａ，２１ｂと相対する面のそれぞれにおいて、軸受ブラケット２１ａ，２１ｂに設けられた放熱フィン２４ａ，２４ｂと同じ向きに配置した整流板を設ける。これにより、軸受ブラケット２１ａ，２１ｂに設けた放熱フィン２４ａ，２４ｂだけでなく、通風カバー１００ａ，１００ｂの内面に設けた整流板によっても冷却空気の流れを整えることが可能となる。

（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る回転電機の外形図で両吸込み型の回転電機の例を示している。図４（ａ）は、図１（ａ）と同様に回転電機を横軸方向に見た正面図、図４（ｂ）は、図１（ｂ）と同様に回転電機を軸方向に見た側面図である。図５（ａ）は、通風カバー１００ａ，１００ｂを図４（ｂ）に示すＣ−Ｃ線に沿ってカットした回転電機の正面図、図５（ｂ）は、通風カバー１００ａ，１００ｂを図４（ａ）に示すＤ−Ｄ線に沿ってカットした回転電機の側面図である。

図４及び図５において、図１〜図３に示す第１の実施の形態の回転電機と異なる構成は、通風カバー１００ａ，１００ｂに、冷却空気を通風路内に取り込むことができる通風調整窓１０２ａ，１０２ｂを設けたことである。そして、通風調整窓１０２ａ，１０２ｂの位置は、図４及び図５に示すように、例えば軸受ブラケット２１ａ，２１ｂの軸方向の面と対峙し、軸受ブラケット２０ａ，２０ｂよりも高い位置に設けている。また、通風調整窓１０２ａ，１０２ｂには、それぞれの開口面積を調整可能とするフタ１０３ａ，１０３ｂが設けられ、例えばボルトとナットで取り外し可能に取付けている。

このように、通風調整窓１０２ａ，１０２ｂを通風カバー１００ａ，１００ｂに設けると、温度の低い冷却空気をブラケット支え２０ａ，２０ｂの開口部近傍に取り込むことができるので、フレーム内をより一層冷却することができる。

従って、何らかの理由で回転電機に過大な負荷がかかり、フレーム内温度が上昇しても、この低温の冷却空気で抑制することができ、オーバーヒートを回避することができる。

なお、この時、通風調整窓１０２ａ，１０２ｂを開口すると吸気口１０１ａ，１０１ｂから吸い込まれる冷却空気量が減少し、軸受ブラケット２１ａ，２１ｂを冷却する能力が低下することが懸念されるが、通風調整窓１０２ａ，１０２ｂの開口面積をフタ１０３ａ，１０３ｂによって調整することにより、軸受ブラケット２１ａ，２１ｂを冷却しつつ、フレーム内もより一層冷却することが可能となる。

このように、第２の実施の形態に係る回転電機では、通風調整窓１０２ａ，１０２ｂに対してフタ１０３ａ，１０３ｂの位置をずらして取付けられるように構成することで、通風調整窓１０２ａ，１０２ｂの開口面積を任意に変更して、通風調整窓１０２ａ，１０２ｂより取り込む冷却空気量を調整することができる。従って、第１の実施の形態の回転電機において得られる効果に加え、より一層、フレーム内を冷却することができ、緊急時にフレーム内の温度上昇に伴うオーバーヒートも抑制できる効果を得ることができる。また、フタ１０３ａ，１０３ｂを外して通風調整窓１０２ａ，１０２ｂを開放することで、通風調整窓１０２ａ，１０２ｂを通じて通風カバー１００ａ，１００ｂの内部を視認可能となるので、容易に軸受周りの点検もできるようになる。

なお、前述した各実施形態では、軸受２３ａ，２３ｂが直結側と反直結側の両方にあり、冷却空気の取り入れ開口部２２ａ，２２ｂも両方にある両吸込み型の回転電機の例を示しているが、直結側の軸受ブラケット２１ａ及びブラケット支え２０ａがなく、冷却空気の排気口１１もフレーム１０の中央上部ではなく、直結側に近いフレーム１０の側面に形成された、いわゆる片吸い込み型の回転電機に対しても、本発明を適用することが可能である。

また、前述した各実施形態では、ブラケット支え２０ａ，２０ｂの上半分に設けられた開口部２２ａ，２２ｂの面積を下半分に設けられた開口部２２ａ，２２ｂよりも大きくしているが、これに限るものではなく、例えば、ブラケット支え２０ａ，２０ｂの左半分の範囲に、図３に示す上半分と同様に開口部２２ａ，２２ｂを設けるようにしても良い。この場合、ブラケット支え２０ａ，２０ｂの左半分の位置に合わせて第２カバー部１００ａ−２，１００ｂ−２が配置されるように、通風カバー１００ａ，１００ｂを取り付ける向きを変更し、通風カバー１００ａ，１００ｂの吸気口１０１ａ，１０１ｂの開口部の向きを左側（あるいは通風カバー１００ａ，１００ｂの端部を屈曲させて下向きにしても良い）にする。こうした場合、吸気口１０１ａ，１０１ｂから吸入された冷却空気は、軸受ブラケット２１ａ，２１ｂの表面を右から左方向に流れるため、軸受ブラケット２１ａ，２１ｂの表面に設ける放熱フィン２４ｂの向きも左右方向にする。こうして、ブラケット支え２０ａ，２０ｂの上半分に設けられた開口部２２ａ，２２ｂの配置に合わせて通風カバー１００ａ，１００ｂを取り付けることで、前述した各実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。

更に、前述した各実施形態では、軸受をすべり軸受２３ａ，２３ｂを使用した場合について説明をしたが、これに限るものではなく、例えば、軸受が通常のボール軸受であっても同様の効果を得ることが可能である。この場合、軸受ブラケット２１ａ，２１ｂの内部に形成されている潤滑油の油溜めもなくすことが可能である。

また、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１０…フレーム、１１…排気口、２０ａ，２０ｂ…ブラケット支え、２１ａ，２１ｂ…軸受ブラケット、２２ａ，２２ｂ…開口部、２３ａ，２３ｂ…軸受（すべり軸受）、２４ａ，２４ｂ…放熱フィン、３０…回転軸、１００ａ，１００ｂ…通風カバー、１０１ａ，１０１ｂ…吸気口、１０２ａ，１０２ｂ…通風調整窓、１０３ａ，１０３ｂ…フタ。

Claims (6)

1. 排気口が形成されたフレームと、
   回転軸を回転自在に軸支するすべり軸受と、
   前記すべり軸受を内部に保持し、外面部に前記すべり軸受の熱を外部へ放熱する放熱フィンを設けている軸受ブラケットと、
   前記フレーム内に冷却空気を取り込むための開口部が形成され、前記軸受ブラケットを前記フレームの端部に取り付けるブラケット支えと、
   前記回転軸に取り付けられ、前記回転軸の回転によって前記開口部から前記フレームの内部へ冷却空気を取り入れ、前記排気口から排出する冷却ファンとを有する回転電機において、
   前記ブラケット支えのフレーム外部側に、前記開口部に通じ、途中に前記軸受ブラケットが位置する通風路を形成する通風カバーを設け、
   前記通風カバーの冷却空気取り入れ口である吸気口から取り入れられ、前記通風路を流れる冷却空気により前記軸受ブラケットの外面部を冷却することを特徴とする回転電機。
2. 前記軸受ブラケットが位置する通風路の断面積を、前記ブラケット支えに形成した開口部の面積より小さくなるように前記通風カバーを形成したことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
3. 前記ブラケット支えに形成した開口部の近傍の前記通風カバーに冷却空気を取り込む通風調整窓を設けた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。
4. 前記軸受ブラケットの表面に冷却空気の流れに沿って配置した放熱フィンを形成したことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の回転電機。
5. 前記吸気口の位置を前記回転軸に対して垂直方向の前記軸受ブラケットの下端位置より下方に設けたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の回転電機。
6. 前記軸受ブラケットが位置する前記通風カバーの内面に、冷却空気の流れに沿って配置した整流板を設けたことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の回転電機。