JP7325572B1

JP7325572B1 - ベルト駆動式回転電機

Info

Publication number: JP7325572B1
Application number: JP2022074178A
Authority: JP
Inventors: 利昭柏原; 知輝覺幸; 義信内海
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2022-04-28
Filing date: 2022-04-28
Publication date: 2023-08-14
Anticipated expiration: 2042-04-28
Also published as: JP2023163337A

Abstract

【課題】本願は、装置が小型化できるとともに放熱性能が向上するベルト駆動式回転電機を提供するものである。【解決手段】フロントブラケットとリヤブラケットにより構成されたハウジングと、前記ハウジング内に設けられた回転子を支承する軸受と、前記軸受と連結されたプーリと、前記プーリに係合され、テンションローラが設けられたベルト張力調整装置と、前記ハウジングと一体的に取り付けられ、前記テンションローラを支持する支持体とを備え、前記支持体は前記テンションローラを支持する平面部と側面部から構成され、前記側面部は前記回転軸の半径方向に対して回転方向に傾斜されたものである。【選択図】図５

Description

本願は、ベルト駆動式回転電機に関するものである。

ベルト張力調整装置を備えるベルト駆動式回転電機に関するものである。特許文献１を参照するように、ベルト駆動式回転電機を安定的に駆動または従動するために、回転電機のプーリを巻掛伝動するベルトの張り側、緩み側のベルト張力を自在に調整するように、２つのテンションローラをベルト平面に摺動させるベルト張力調整装置を備えるベルト駆動式回転電機が知られている、

また、特許文献２を参照するように、ベルト駆動式回転電機の軸受を固定するハウジングの一部に支柱部を設け、その支柱部にベルト張力調整装置を取り付けるベルト駆動式回転電機が知られている。

特許第５６３４６８５号公報特許第６８４０６７２号公報

上述した従来のベルト駆動式回転電機は、特許文献１，２では、図９に示すようにベルト張力調整装置１３００をベルト駆動式回転電機１０００の吸気部前方１２００に備え、ベルト張力調整装置１３００のテンションローラ１３０１がベルト平面部１３０２に摺動する構成となっている。

また、図１０、図１１に示すように、ベルト張力を与えないようにベルト張力調整装置１３００のテンションローラ１３０１がベルト平面部１３０２に接触しない場合では、ベルト駆動式回転電機１０００の吸気部前方１２００が開口し、ベルト駆動式回転電機１０００の軸受１００２を冷却する構成になっている。

しかしながら、図１２で、ベルト張力を与えるようにベルト張力調整装置１３００のテンションローラ１３０１がベルトの平面部１３０３に接触する場合では、前記回転電機１０００の吸気部前方１２００が閉塞し、ベルト駆動式回転電機１０００の冷却性が悪化することで、特にテンションローラ１３０１の近傍に配置される軸受１００２の温度が上昇し、軸受１００２内部のグリースが潤滑不良となり、軸受１００２の寿命が低下する。

さらに、テンションローラ１３０１がベルト平面部１３０２に接触し、負荷がかかるため、ベルト平面部１３０２にはある一定の張力が加えられ、その張力がベルト駆動式回転電機１０００のプーリ１００１に授受され、軸受１００２にラジアル荷重が作用し、軸受１００２の外輪、内輪、転動体の間で大きな摩擦力及び摩擦熱が発生することで、軸受１００２の寿命が低下する。

その寿命低下は、特に軸受の内輪、外輪、転動体に損傷を与えることを意味し、信頼性を維持して回転電機を継続運転することが不可能となる課題がある。また従来技術では、その寿命低下を考慮して、基本動定格荷重を上げるように、あらかじめ軸受サイズを大きくすることで、回転電機の体格が大型化する課題もある。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、その目的は、軸受の寿命を向上させることができるベルト駆動式回転電機を提供するものである。

本願に開示されるベルト駆動式回転電機は、フロントブラケットとリヤブラケットにより構成されたハウジングと、前記ハウジング内に設けられた回転子の回転軸を支承するベアリングと、前記ベアリングと連結されたプーリと、前記プーリにベルトを介して懸架され、テンションローラが設けられたベルト張力調整装置と、前記ハウジングと一体的に取り付けられ、前記テンションローラの支持台を支持する支持体とを備え、前記支持体は前記テンションローラの支持台を支持する平面部と側面部から構成され、前記側面部は前記回転子に設けられた遠心ファンの回転方向と同方向側に傾斜されものである。

本願に開示されるベルト駆動式回転電機によれば、ハウジングと一体的に形成された支持体からの外気を取り込み易くなり、軸受の寿命を向上させることができるベルト駆動式回転電機を得ることができる。

実施の形態１によるベルト駆動式回転電機を示す斜視図である。実施の形態１によるベルト駆動式回転電機を示す平面図である。実施の形態１によるベルト駆動式回転電機を示す正面図である。実施の形態１によるベルト駆動式回転電機を示す断面図である。実施の形態１によるベルト駆動式回転電機を示す正面図である。実施の形態１によるベルト駆動式回転電機の要部を示す断面図である。実施の形態１によるベルト駆動式回転電機におけるフロントベアリングを示す断面図である。実施の形態２によるベルト駆動式回転電機におけるインバータ装置の電気回路図である。従来のベルト駆動式回転電機を示す斜視図である。従来のベルト駆動式回転電機を示す斜視図である。従来のベルト駆動式回転電機を示す断面図である。従来のベルト駆動式回転電機を示す断面図である。

実施の形態１．
以下、本願の実施の形態１を図１から図７に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。図１は実施の形態１によるベルト駆動式回転電機を示す斜視図である。図２は実施の形態１によるベルト駆動式回転電機を示す平面図である。図３は実施の形態１によるベルト駆動式回転電機を示す正面図である。図４は実施の形態１によるベルト駆動式回転電機を示す断面図である。図５は実施の形態１によるベルト駆動式回転電機を示す正面図である。図６は実施の形態１によるベルト駆動式回転電機の要部を示す断面図である。図７は実施の形態１によるベルト駆動式回転電機におけるフロントベアリングを示す断面図である。

ベルト駆動式回転電機１はアルミニウム製フロントブラケット２ａ及びアルミニウム製リヤブラケット２ｂからなるハウジング２と、電機子巻線３ａを有する固定子３と、回転軸５及び界磁巻線６を有する回転子４とを備え、固定子３はフロントブラケット２ａの一端部及びリヤブラケット２ｂの一端部により支持固定され、回転子４は固定子３の内側に配置されている。回転軸５はハウジング２に設けられた例えば転がり軸受で構成されたフロントベアリング１００、リヤベアリング２００により回転自在に支持され、回転子４は固定子３に対して同軸に回転できるように構成されている。

回転子４の軸方向の両端面には、遠心ファン７が固定されている。回転軸５のフロントベアリング１００の前方外側の端部にはプーリ９が装着され、回転軸５のリヤ側に一対のスリップリング１０が装着され、スリップリング１０と摺接する一対のブラシ１１がブラシホルダ１２内に配置されている。プーリ９は大きなベルト張力に対し、ベルト８の当接面の摩耗を防止するために、金属製、例えば鉄製あるいはアルミニウム製が使用され、プーリナット４００の締め付けによる推力によって、プーリボス部はフロントベアリング１００の内輪１０１と直接、機械的に面接触するように構成されている。フロントベアリング１００は内輪１０１とグリース１０２と転動体１０３と外輪１０４で構成されている。内部のグリース１０２は両側のシール１０５で密封されている

また、プーリ９は多段Ｖ型のベルト８によって巻掛伝動され、ベルト張力調整装置３００は支持台３０２を有しており、支持台３０２の内部には２つのテンションアーム（図示せず）が伸縮可能に支承され、テンションアームにはそれぞれテンションローラ３０１がプーリ軸線に対して平行にした状態で支承され、テンションローラ３０１が多段Ｖ型のベルト８のベルト平面部を摺動させることで、ベルト駆動式回転電機１を駆動または従動させるために必要なベルト張力を適正に調整するようになっている。

また、ベルト張力調整装置３００の支持台３０２は、フロントブラケット２ａの支持体４０の平面部４０ａに直接固定されている。支持体４０はハウジング２と一体で構成され、支持体４０の側面部４０ｂは回転子４に備える遠心ファン７の回転方向と同方向側に傾斜するように構成されている。

このように、遠心ファン７の回転方向と同方向側に傾斜することで、冷却風が取り込み易くなり、フロントベアリング１００の温度が低下し、フロントベアリング１００の寿命が向上する。また、その寿命向上を考慮して、基本動定格荷重を下げる設計が可能になる。例えば、転がり軸受を玉軸受として選定する場合は、基本動定格荷重を下げるように軸受サイズを小さくすることで、回転電機の小型化が可能になる。

また、テンションローラ３０１の支持台３０２を支持するハウジング２に一体化された支持体４０の平面部４０ａと吸気平面部４０ｃとの軸方向長さＬは１０ｍｍ～３０ｍｍの範囲内で設定されている。

テンションローラ３０１の支持台３０２を支持する支持体４０の平面部４０ａと吸気平面部４０ｃとの軸方向長さＬを短くした場合、吸気部軸方向空間距離が狭くなり、吸気流量が減少するため、フロントベアリング１００の温度は上昇する。フロントベアリング１００は潤滑材として、グリース１０２を用いており、グリース１０２は温度上昇とともに、大気と触れ合うことにより多くのカルボニル基を生成することで潤滑性能が悪化し、軸受寿命が低下する。空冷式の場合では、テンションローラ３０１を支持する支持体４０の平面部４０ａと吸気平面部４０ｃとの軸方向長さＬが１０ｍｍ以下で軸受温度が上昇し、１０ｍｍ以上では吸気流量が確保されるので、軸受温度は安定領域になる。なお、この軸受温度は固定された外輪の表面温度を示している。

また、逆にテンションローラ３０１を支持する支持体４０の平面部４０ａと吸気平面部４０ｃとの軸方向長さＬを長くした場合、テンションローラ３０１の軸方向中心位置は前方へオフセットされ、それに伴いプーリ９もオフセットされる。フロントベアリング１００に作用するラジアル荷重は、ベルト張力によるラジアル荷重と、プーリ９中央部から軸受中央部までの距離で決定される。テンションローラ３０１を支持する支持体４０の平面部４０ａと吸気平面部４０ｃとの軸方向長さＬが増加するに従い、フロントベアリング１００に作用するラジアル荷重は比例的に上昇する。

遠心ファン７はプーリ９側からみて右回転で、テンションローラ３０１を支持する支持体４０に取りつけるねじは右ねじであって、支持体４０の平面部４０ａは右ねじの部分を中心に、右方向に傾斜延在している。支持体４０に取りつけるボルト５１は炭素鋼製ボルトの雄ねじと、支持体４０に形成される雌ねじで構成される。ベルト張力調整装置３００の支持台３０２をベルト駆動式回転電機１に直接、取り付け、複数の右ねじで締め付ける場合、ベルト張力調整装置３００の支持台３０２は、同じ右回転方向に作用する。ベルト張力調整装置３００の支持台３０２の作用力に応じて、支持体４０に弾性変形を与える。右ねじ部を中心に、右方向に傾斜延在することで、弾性変形を防止し、所定の冷却風を取り込むことができる。

さらに、支持体４０には、支持体４０の平面部４０ａから吸気口４０ｄに向かうように、外径側から内径側に向かうに従い徐々に小さくなる傾斜リブ４０ｅが設けられている。この傾斜リブ４０ｅによって、冷却風を取り込み易くするとともに、ハウジング２に一体化された支持体４０の弾性変形を防止することができるので、軸受寿命が向上する。

さらに、回転軸５を貫通させるための開口部に鍔部４０ｆが設けられている。本願の構成は大気を取り込み易い構造であり、大気と異なる泥、塩、塵埃などがさらに侵入しやすくなるが、回転軸５を貫通させるための開口部に鍔部４０ｆを設けることで、フロントベアリング１００への異物侵入が抑制でき、軸受寿命が向上する。

実施の形態２．
図８は本願の実施の形態２に係るベルト駆動式回転電機における電気回路を示す回路図である。構造については図４に示すように、制御装置一体型のベルト駆動式回転電機となっている。

インバータ装置２０は、電機子巻線３ａに電流を供給するためのパワー回路用半導体スイッチング素子２１を内包したパワーモジュール２２と、界磁巻線６に供給する電力をコントロールするための界磁回路用半導体スイッチング素子２３を内包した界磁モジュール２４と、樹脂性のケース３０とパワーモジュール２２と界磁モジュール２４を冷却するためのヒートシンク３１と、パワー回路用半導体スイッチング素子２１、界磁回路用半導体スイッチング素子２３あるいはベルト駆動式回転電機１の動作を制御するための制御回路が搭載された制御基板３２から構成される。

パワーモジュール２２は６組の上アームと下アームが直列となる構成であり、下アームのアースがヒートシンク３１を介してリヤブラケット２ｂに電気的に接続されている。同様に界磁モジュール２４のアームのアースもヒートシンク３１を介してリヤブラケット２ｂに電気的に接続されている。

実施の形態２によるベルト駆動式回転電機１のインバータ装置２０はＰＷＭ駆動制御に必要なキャリア周波数が設定されている。例えば、回転電機騒音の低減を図る目的として、回転電機１の固定子３の固有振動数１～３ＫＨｚから外れるように、インバータ２０のキャリア周波数を高く設定するように４ｋＨｚに設定している。キャリア周波数を高く設定するに伴って、ベルト駆動式回転電機１の回転軸５に高周波誘導に基づいて発生する軸電流が増大し、回転軸５を支持しているフロントベアリング１００の内輪１０１と外輪１０４との間に存在する電位差が大きくなり、フロントベアリング１００に電流が流れ易くなる。このフロントベアリング１００に流れる電流は、内輪１０１、外輪１０４の両軌道並びに転動体１０３の転動面に電食と呼ばれる腐食を発生させて、フロントベアリング１００の寿命を悪化させる要因がある。そこで本願の実施の形態２は、特に電蝕要因を促進させるＰＷＭ駆動制御機構が一体であるベルト駆動式回転電機に有益である。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

本願は、軸受の寿命を向上させることができるベルト駆動式回転電機の実現に好適である。

１ベルト駆動式回転電機、２ａフロントブラケット、２ｂリヤブラケット、２ハウジング、３ａ電機子巻線、３固定子、４回転子、５回転軸、６界磁巻線、７遠心ファン、８ベルト、９プーリ、２０インバータ装置、２１パワー回路用半導体スイッチング素子、２２パワーモジュール、２３界磁回路用半導体スイッチング素子、２４界磁モジュール、３０ケース、３１ヒートシンク、４０支持体、４０ａ平面部、４０ｂ側面部、４０ｃ吸気平面部、４０ｄ吸気口、４０ｅ傾斜リブ、４０ｆ鍔部、１００フロントベアリング、１０１内輪、１０２グリース、１０３転動体、１０４外輪、２００リヤベアリング、３００ベルト張力調整装置、３０１テンションローラ、３０２支持台

Claims

フロントブラケットとリヤブラケットにより構成されたハウジングと、前記ハウジング内に設けられた回転子の回転軸を支承するベアリングと、前記ベアリングと連結されたプーリと、前記プーリにベルトを介して懸架され、テンションローラが設けられたベルト張力調整装置と、前記ハウジングと一体的に取り付けられ、前記テンションローラの支持台を支持する支持体とを備え、前記支持体は前記テンションローラの支持台を支持する平面部と側面部から構成され、前記側面部は前記回転子に設けられた遠心ファンの回転方向と同方向側に傾斜されたことを特徴とするベルト駆動式回転電機。
前記支持体の平面部から吸気平面部との軸方向長さが１０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のベルト駆動式回転電機。
前記支持体は、前記平面部から吸気口に向かって傾斜された傾斜リブが設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のベルト駆動式回転電機。
前記支持体は、前記回転軸を貫通させるための開口部の吸気面に鍔部が設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のベルト駆動式回転電機。
ＰＷＭ制御を行うインバータと一体に構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のベルト駆動式回転電機。