JP7438151B2

JP7438151B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP7438151B2
Application number: JP2021004365A
Authority: JP
Inventors: 慶一郎大岡
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2021-01-14
Filing date: 2021-01-14
Publication date: 2024-02-26
Anticipated expiration: 2041-01-14
Also published as: JP2022109044A

Description

本発明は、回転電機に関する。

従来、収容体と、シャフトを有し収容体に収容された回転子と、収容体に収容された固定子と、を備え、シャフトの一部が収容体の貫通孔から収容体の外側に突出した、回転電機が知られている。

特開２０２０－７２５９５号公報

この種の回転電機では、シャフトに固定された内扇等の部材の回転によって生じる気流によって収容体が負圧になる場合がある。この負圧によって、収容体外の粉塵等の異物が収容体の貫通孔から収容体内に吸い込まれる虞がある。

本発明の課題の一つは、シャフトが挿入された収容体の貫通孔から収容体内に異物が進入するのが抑制されやすい回転電機を得ることである。

本発明の実施形態の回転電機は、回転電機であって、貫通孔が設けられた収容体と、前記貫通孔に挿入された状態で前記収容体に収容され前記収容体に回転可能に支持され、一部が前記収容体の前記貫通孔から前記収容体の外側に突出したシャフトと、前記収容体に収容され前記シャフトに固定された回転子鉄心と、前記収容体に収容され前記回転子鉄心に固定された回転子巻線と、を有する回転子と、前記シャフトの径方向に前記回転子鉄心と対向する固定子鉄心と、前記固定子鉄心に固定された固定子巻線と、を有し、前記収容体に収容された固定子と、前記収容体の外側に位置し、前記回転電機の外側に露出し、前記シャフトの前記一部に固定され、前記シャフトと一体に回転することにより前記貫通孔から離れる方向に送風する外扇と、を備え、前記外扇は、前記貫通孔から離れる方向に送風することにより、前記収容体内の気体を前記貫通孔から前記収容体の外側に流出させる。

本発明の実施形態の回転電機によれば、シャフトが挿入された収容体の貫通孔から収容体内に異物が進入するのが抑制されやすい回転電機を得ることができる。

図１は、実施形態の回転電機の構成を概略的に示す図である。図２は、実施形態の回転電機の励磁機の一部を含む部分の断面図である。

以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および効果は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、構成によって得られる種々の効果（派生的な効果も含む）のうち少なくとも一つを得ることが可能である。

図１は、実施形態の回転電機の構成を概略的に示す図である。図１に示されるように、回転電機１は、回転子１０、固定子２０、軸受３２、熱交換器４１、励磁機５０、内扇１５、外扇１９、および収容体１００を備える。回転電機１は、一例として、ブラシレス回転電機（発電機）である。なお、回転電機１は、ブラシレス回転電機に限られない。

収容体１００は、フレーム３０、軸受ブラケット３４、励磁機カバー６１、及び熱交換器カバー４２を有する。フレーム３０、軸受ブラケット３４、励磁機カバー６１および熱交換器カバー４２は、互いに固定されている。収容体１００の内部は、回転電機１の各部を収容する収容室が形成されている。収容体１００の励磁機カバー６１には、貫通孔６１ａが設けられている。

回転子１０は、シャフト１１と、回転子鉄心１２と、回転子巻線１３と、を有する。シャフト１１は、回転中心軸Ａｘ回りに回転可能に、二つの軸受３２を介して収容体１００の軸受ブラケット３４に支持されている。また、シャフト１１は、貫通孔６１ａに挿入された状態で収容体１００に収容されている。また、シャフト１１の一部は、収容体１００の貫通孔６１ａから収容体１００の外側に突出した突出部１１ｂを構成している。突出部１１ｂの先端部には、固定対象が固定される固定部１４が設けられている。以後、軸方向、径方向、および周方向は、特に言及しない限り、シャフト１１（すなわち回転中心軸Ａｘ）の軸方向、径方向、及び周方向である。

回転子鉄心１２は、収容体１００に収容されシャフト１１に固定されている。回転子鉄心１２は、シャフト１１に対して径方向外側に位置している。回転子鉄心１２は、シャフト１１と一体に回転する。回転子巻線１３は、回転子鉄心１２に固定されている。詳細には、回転子巻線１３は、回転子鉄心１２内を軸方向に貫通した状態で回転子鉄心１２に固定されている。

シャフト１１には、回転子鉄心１２と二つの軸受３２との間のそれぞれにおいて、内扇１５が固定されている。すなわち、シャフト１１に二つの内扇１５が軸方向に間隔を空けて固定されている。二つの内扇１５は、シャフト１１と一体に回転する。内扇１５の径方向の外側には、仕切り板１５ａが設けられている。内扇１５は、内扇１５および仕切り板１５ａの軸方向の外側すなわち軸受３２側の収容体１００内の気体（以後、冷却用気体とも称する）を、吸い込み、回転子鉄心１２および固定子２０側に。すなわち、内扇１５は、軸方向に送風する。

固定子２０は、固定子鉄心２１と、固定子巻線２２と、を有し、収容体１００に収容されている。固定子鉄心２１は、シャフト１１の径方向に回転子鉄心１２と対向する。固定子鉄心２１は、シャフト１１の外周面１１ａと空隙１８を介して回転子鉄心１２の径方向の外側に位置している。固定子鉄心２１は、円筒形状である。固定子巻線２２は、固定子鉄心２１内を貫通した状態で固定子鉄心２１に固定されている。

フレーム３０は、回転子鉄心１２および固定子２０を囲むようにこれらの外側に配されている。フレーム３０の軸方向の両側の端部にはそれぞれ軸受ブラケット３４が取り付けられている。軸受ブラケット３４は、それぞれ軸受３２を支持する。

熱交換器４１は、回転子１０および固定子２０を冷却する空気などの冷却用気体を冷却する。熱交換器４１は、たとえば、外気あるいは水などの冷却媒体が管内を流れる冷却管（不図示）を有する。熱交換器４１は、熱交換器カバー４２内に収納されている。

フレーム３０内の空間と熱交換器カバー４２内の空間は、熱交換器入口開口４３および２つの熱交換器出口開口４４で連通している。熱交換器入口開口４３は、固定子２０の上方に形成されている。また、２つの熱交換器出口開口４４は、熱交換器入口開口４３を挟んで軸方向の両側に形成されている。

励磁機５０は、回転整流器５１、励磁回転部５２、励磁固定部５３、励磁回転部５４、および励磁固定部５５を有する。励磁機５０は、収容体１００の励磁機カバー６１に収容されている。回転整流器５１、励磁回転部５２は、シャフト１１に固定され、シャフト１１と一体に回転する。励磁固定部５３は、励磁回転部５２の径方向の外側で励磁回転部５２と径方向に互に対向するように収容体１００の励磁機カバー６１に固定されている。励磁回転部５４および励磁固定部５５は、それぞれ、鉄心および鉄心に固定された巻線を有する。

励磁回転部５４および励磁固定部５５は、励磁回転部５２および励磁固定部５３に対して突出部１１ｂの先端部側（固定部１４側）に位置している。励磁回転部５４は、シャフト１１に固定され、シャフト１１と一体に回転する。励磁固定部５５は、励磁回転部５４の径方向の内側に、励磁回転部５４と径方向に互に対向するように収容体１００に固定されている。

図２は、実施形態の回転電機の励磁機の一部を含む部分の断面図である。図２に示されるように、励磁回転部５４は、鉄心５６ｂと、永久磁石５７と、を有する。鉄心５６ｂは、シャフト１１に対して径方向の外側に位置し、シャフト１１を囲む円筒状に形成されている。鉄心５６ｂは、ベースとも称される。鉄心５６ｂは、支持部５６ａを介してシャフト１１の外周面１１ａに固定されている。支持部５６ａは、シャフト１１の外周面１１ａから径方向に広がる円板状に形成されている。鉄心５６ｂと支持部５６ａとは、一体に形成されて一つの回転部材５６を構成している。回転部材５６には、貫通孔５６ｃが設けられている。一例として、貫通孔５６ｃは、鉄心５６ｂに設けられている。貫通孔５６ｃが設けられていることにより、回転部材５６が軽量化される。永久磁石５７は、鉄心５６ｂの内周面に固定されている。

励磁固定部５５は、鉄心５８と、巻線５９と、を有する。鉄心５８は、シャフト１１に対して径方向の外側かつ励磁回転部５４に対して径方向の内側に位置している。鉄心５８は、シャフト１１を囲む円筒状に形成されている。巻線５９は、鉄心５８を軸方向に貫通した状態で鉄心５８に固定されている。

上記構成の励磁機５０では、励磁回転部５２がシャフト１１と一体に回転すると、励磁固定部５５の巻線５９に電流（三相交流電流）が発生する。この電流は、励磁制御装置（不図示）によって直流に変換された後、励磁固定部５３に入力される。このとき、励磁回転部５２が、シャフト１１と一体に回転していることにより、励磁回転部５２の巻線に電流（直流電流）が発生する。この電流は、回転子１０の回転子巻線１３に入力される。このとき、回転子１０が回転しているので、固定子２０の固定子巻線２２に電流が発生する。この電流は、端子箱（不図示）から外部に出力される。励磁回転部５４および励磁固定部５５は、交流発電用回転部および交流発電用固定子とも称される。励磁回転部５２および励磁固定部５３は、それぞれ潮流励磁用回転部および励磁用固定部とも称される。

図１に示されるように、励磁機５０は、励磁機カバー６１内に収納されている。励磁機カバー６１内の空間は、分岐管６２により熱交換器カバー４２内の空間と連通している。また、励磁機カバー６１内の空間は、戻り管６３によりフレーム３０内の空間と連通している。

図２に示されるように、励磁機カバー６１は、壁６１ｂと、筒部６１ｃと、壁６１ｄと、筒部６１ｇと、を含む。壁６１ｄは、軸方向において、一方の軸受３２と固定部１４との間に位置している。壁６１ｂは、径方向に広がっている。筒部６１ｃは、壁６１ｂから軸受３２側に軸方向に延びている。筒部６１ｃは、シャフト１１に対して径方向の外側に位置し、シャフト１１を覆っている。壁６１ｄは、壁６１ｂに対して軸方向で軸受３２側に位置し、筒部６１ｃの内側に配置されている。壁６１ｄは、筒部６１ｃに固定されている。壁６１ｄは、径方向に広がっている。壁６１ｄには、貫通孔６１ａが設けられている。このような構成により、励磁機回転には、壁６１ｂの外面から励磁機カバー６１の内方に凹む凹部６１ｆが形成されている。また、筒部６１ｇは、壁６１ｄの外面に設けられている。筒部６１ｇは、貫通孔６１ａよりも径方向の外側に位置して貫通孔６１ａの周囲の壁６１ｄから収容体１００の外側に向かって突出し、シャフト１１の突出部１１ｂを囲んでいる。筒部６１ｇは、円筒状である。

外扇１９は、収容体１００の外側に位置し、シャフト１１の突出部１１ｂに固定されている。外扇１９は、凹部６１ｆに位置している。外扇１９は、励磁固定部５５に対して径方向の内側に位置している。外扇１９は、シャフト１１の突出部１１ｂから径方向の外側に延びたベース１９ａと、ベース１９ａから壁６１ｄに向かってシャフト１１の軸方向に延び筒部６１ｇに対して径方向の外側に位置し周方向に並んだ複数の羽根１９ｂと、を有する。外扇１９の直径は、内扇１５の直径よりも小さい。外扇１９は、例えばラジアルファンである。外扇１９は、シャフト１１と一体に回転することにより貫通孔６１ａから離れる方向に送風する。詳細には、外扇１９は、径方向の外側に向けて送風する。なお、外扇１９は、ラジアルファンに限定されない。例えば、外扇１９は、貫通孔６１ａとは反対側に軸方向に沿って送風するものであってもよい。

次に、このように構成された回転電機１に生じる気流を説明する。図１および図２中には、気流の向きが矢印で示されている。

図１に示されるように、シャフト１１の回転に伴い、内扇１５が回転し、フレーム３０内の冷却用気体を駆動する。冷却用気体は、内扇１５により、軸方向の両外側から回転子鉄心１２および固定子２０の方向に送られ、回転子鉄心１２、回転子巻線１３、固定子鉄心２１および固定子巻線２２を冷却しながら通過した後、固定子２０の径方向に押し出される。

固定子２０の径方向に押し出された冷却用気体は、熱交換器入口開口４３から熱交換器カバー４２内に流入する。熱交換器カバー４２内に流入した冷却用気体は、熱交換器４１で冷却された後に、熱交換器４１から流出し、２つの熱交換器出口開口４４からフレーム３０内に流入する。それぞれフレーム３０内に流入した冷却用気体は、再び、内扇１５に流入する。

また、熱交換器４１より流出した冷却用気体の一部は、分岐管６２に流入し、励磁機カバー６１内に流入し、励磁機カバー６１内を通過した後、戻り管６３からフレーム３０内に戻り、一方の熱交換器出口開口４４からフレーム３０内に流入した冷却用気体と合流する。励磁機カバー６１内に流入した冷却用気体は、励磁機５０の各部を冷却する。

また、図２に示されるように、外扇１９は、シャフト１１と一体に回転することにより貫通孔６１ａから離れる方向に送風する。これにより、外扇１９は、例えば、収容体１００内の気体を収容体１００の外側に吸い出す。このとき、冷却用気体は、励磁回転部５４と励磁固定部５５との間や貫通孔５６ｃを通り、支持部５６ａと壁６１ｄの間に流れる。その後、冷却用気体は、貫通孔６１ａのうち壁６１ｄの内周面６１ｈとシャフト１１の外周面１１ａとの間の部分（隙間）を通って、貫通孔６１ａから流出する。その後、冷却用気体は、筒部６１ｇと外扇１９の間を通って、外扇１９から径方向の外側に送られる。このとき、外扇１９が凹部６１ｆ内に位置していることにより、外扇１９から送られた冷却用気体は、径方向および軸方向に対して斜めの方向に進む。また、このとき、外扇１９がシャフト１１と一体に回転することにより羽根１９ｂと筒部６１ｇとの間が負圧になりやすい。

以上のように、本実施形態では、回転電機１は、収容体１００と、回転子１０と、固定子２０と、外扇１９と、を備える。収容体１００には、貫通孔６１ａが設けられている。回転子１０は、貫通孔６１ａに挿入された状態で収容体１００に収容され収容体１００に回転可能に支持され、突出部１１ｂ（一部）が収容体１００の貫通孔６１ａから収容体１００の外側に突出したシャフト１１と、収容体１００に収容されシャフト１１に固定された回転子鉄心１２と、収容体１００に収容され回転子鉄心１２に固定された回転子巻線１３と、を有する。固定子２０は、シャフト１１の径方向に回転子鉄心１２と対向する固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１に固定された固定子巻線２２と、を有し、収容体１００に収容されている。外扇１９は、収容体１００の外側に位置し、シャフト１１の突出部１１ｂに固定され、シャフト１１と一体に回転することにより貫通孔６１ａから離れる方向に送風する。

このような構成によれば、外扇１９がシャフト１１と一体に回転することにより貫通孔６１ａから離れる方向に送風するので、収容体１００内に貫通孔６１ａから外気が進入するのが抑制され、ひいては、収容体１００外の粉塵等の異物が収容体１００の貫通孔６１ａから収容体１００内に侵入するのが抑制されやすい。

また、本実施形態では、収容体１００は、収容体１００は、貫通孔６１ａが設けられた壁６１ｄと、貫通孔６１ａよりも径方向の外側に位置して貫通孔６１ａの周囲の壁６１ｄから収容体１００の外側に向かって突出し、シャフト１１の突出部１１ｂを囲んだ筒部６１ｇと、を有する。外扇１９は、シャフト１１の突出部１１ｂから径方向の外側に延びたベース１９ａと、ベース１９ａから壁６１ｄに向かってシャフト１１の軸方向に延び筒部６１ｇに対して径方向の外側に位置した羽根１９ｂと、を有する。

このような構成によれば、外扇１９が回転することにより羽根１９ｂと筒部６１ｇとの間が負圧になりやすいので、収容体１００内に貫通孔６１ａから外気が進入するのがより一層抑制され、ひいては、収容体１００外の粉塵等の異物が収容体１００の貫通孔６１ａから収容体１００内に侵入するのがより一層抑制されやすい。

また、本実施形態では、回転電機１は、励磁機５０を備える。励磁回転部５４は、収容体１００に収容されシャフト１１と一体に回転する。励磁固定部５５は、収容体１００に収容され径方向に励磁回転部５４と対向しシャフト１１に固定された励磁固定部５５と、を有する。外扇１９は、励磁固定部５５に対して径方向の内側に位置している。

このような構成によれば、励磁回転部５４及び励磁固定部５５と外扇１９とが径方向に並ぶので、励磁回転部５４及び励磁固定部５５と外扇１９とが径方向に並ばない構成に比べて、回転電機１の軸方向の小型化がしやすい。

また、本実施形態では回転電機１は、収容体１００に収容された熱交換器４１と、収容体１００に収容され、前記シャフト１１に固定された内扇１５と、を備える。外扇１９の直径は、内扇１５の直径よりも小さい。

このような構成によれば、外扇１９の直径が内扇１５の直径よりも大きい構成に比べて、内扇１５の小型化がしやすい。

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。これら新規な実施形態は、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。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ともに、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。

１…回転電機、１０…回転子、１１…シャフト、１１ｂ…突出部（一部）、１２…回転子鉄心、１３…回転子巻線、１９…外扇、１９ａ…ベース、１９ｂ…羽根、２０…固定子、２１…固定子鉄心、２２…固定子巻線、５０…励磁機、５４…励磁回転部、５５…励磁固定部、６１ａ…貫通孔、６１ｄ…壁、６１ｇ…筒部、１００…収容体。

Claims

回転電機であって、
貫通孔が設けられた収容体と、
前記貫通孔に挿入された状態で前記収容体に収容され前記収容体に回転可能に支持され、一部が前記収容体の前記貫通孔から前記収容体の外側に突出したシャフトと、前記収容体に収容され前記シャフトに固定された回転子鉄心と、前記収容体に収容され前記回転子鉄心に固定された回転子巻線と、を有する回転子と、
前記シャフトの径方向に前記回転子鉄心と対向する固定子鉄心と、前記固定子鉄心に固定された固定子巻線と、を有し、前記収容体に収容された固定子と、
前記収容体の外側に位置し、前記回転電機の外側に露出し、前記シャフトの前記一部に固定され、前記シャフトと一体に回転することにより前記貫通孔から離れる方向に送風する外扇と、
を備え、
前記外扇は、前記貫通孔から離れる方向に送風することにより、前記収容体内の気体を前記貫通孔から前記収容体の外側に流出させる、回転電機。
前記収容体は、前記貫通孔が設けられた壁と、前記貫通孔よりも前記径方向の外側に位置して前記貫通孔の周囲の前記壁から前記収容体の外側に向かって突出し、前記シャフトの前記一部を囲んだ筒部と、を有し、
前記外扇は、前記シャフトの前記一部から前記径方向の外側に延びたベースと、前記ベースから前記壁に向かって前記シャフトの軸方向に延び前記筒部に対して前記径方向の外側に位置した羽根と、を有した、請求項１に記載の回転電機。
貫通孔が設けられた収容体と、
前記貫通孔に挿入された状態で前記収容体に収容され前記収容体に回転可能に支持され、一部が前記収容体の前記貫通孔から前記収容体の外側に突出したシャフトと、前記収容体に収容され前記シャフトに固定された回転子鉄心と、前記収容体に収容され前記回転子鉄心に固定された回転子巻線と、を有する回転子と、
前記シャフトの径方向に前記回転子鉄心と対向する固定子鉄心と、前記固定子鉄心に固定された固定子巻線と、を有し、前記収容体に収容された固定子と、
前記収容体の外側に位置し、前記シャフトの前記一部に固定され、前記シャフトと一体に回転することにより前記貫通孔から離れる方向に送風する外扇と、
を備え、
前記収容体は、前記貫通孔が設けられた壁と、前記貫通孔よりも前記径方向の外側に位置して前記貫通孔の周囲の前記壁から前記収容体の外側に向かって突出し、前記シャフトの前記一部を囲んだ筒部と、を有し、
前記外扇は、前記シャフトの前記一部から前記径方向の外側に延びたベースと、前記ベースから前記壁に向かって前記シャフトの軸方向に延び前記筒部に対して前記径方向の外側に位置した羽根と、を有した、回転電機。
前記収容体に収容され前記シャフトと一体に回転する励磁回転部と、前記収容体に収容され前記径方向に前記励磁回転部と対向し前記収容体に固定された励磁固定部と、を有する励磁機を備え、
前記外扇は、前記励磁固定部に対して前記径方向の内側に位置した、請求項１～３のうちいずれか一つに記載の回転電機。
貫通孔が設けられた収容体と、
前記貫通孔に挿入された状態で前記収容体に収容され前記収容体に回転可能に支持され、一部が前記収容体の前記貫通孔から前記収容体の外側に突出したシャフトと、前記収容体に収容され前記シャフトに固定された回転子鉄心と、前記収容体に収容され前記回転子鉄心に固定された回転子巻線と、を有する回転子と、
前記シャフトの径方向に前記回転子鉄心と対向する固定子鉄心と、前記固定子鉄心に固定された固定子巻線と、を有し、前記収容体に収容された固定子と、
前記収容体の外側に位置し、前記シャフトの前記一部に固定され、前記シャフトと一体に回転することにより前記貫通孔から離れる方向に送風する外扇と、
前記収容体に収容され前記シャフトと一体に回転する励磁回転部と、前記収容体に収容され前記径方向に前記励磁回転部と対向し前記収容体に固定された励磁固定部と、を有する励磁機と、
を備え、
前記外扇は、前記励磁固定部に対して前記径方向の内側に位置した、回転電機。
前記収容体に収容された熱交換器と、
前記収容体に収容され、前記シャフトに固定された内扇と、
を備え、
前記外扇の直径は、前記内扇の直径よりも小さい、請求項１～５のうちいずれか一つに記載の回転電機。