JP6200981B2 - 回転電機 - Google Patents
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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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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