JPH1014161A - 全閉型回転電機の軸受冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転子側から軸受へ伝わる熱を回転軸端側に
十分熱伝達されるようにして、軸受温度を低減できる全
閉型回転電機の軸受冷却装置を提供する。 【解決手段】 フレーム１の端部に取り付けたブラケッ
ト２と、ブラケット２に設けたハウジング２１と、ハウ
ジング２１に収納された軸受４と、回転子を固定し軸受
４に支持された回転軸３と、軸受４の回転子側を覆いハ
ウジング２１側に取り付けた内側カバー２２と、軸受４
の外側を覆いハウジング２１側に取り付けた外側カバー
２３とを備えた全閉型回転電機の軸受冷却装置は、回転
軸３の端部から内側カバー２２下側に向かって軸方向に
入気孔と排気孔を有する軸方向通風路３１と、回転軸３
の内部で軸方向通風路３１と連通する半径方向通風路３
２とを備え、軸方向通風路３１のうち、少なくとも一方
の内面に空気を循環させるネジ状の溝又はスパイラル状
のコイルを有する冷却機構を設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、全閉型回転電機の
回転軸に嵌着された軸受近傍の冷却を改善する軸受冷却
装置の構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、全閉型回転電機の軸受冷却構造
は、例えば図１２に第１の従来例として示すように、中
空円筒状のフレーム１の内側に固定子１０を固定し、フ
レーム１の端部にブラケット２を設け、ブラケット２に
は回転軸３を支持する軸受４を収納するハウジング２１
を設けてある。回転軸３には回転子３０を固定してあ
る。ハウジング２１には、回転軸３に嵌着した軸受４と
ハウジング２１を覆う内側カバー２２および外側カバー
２３を取付けてあり、内側カバー２２の回転軸３に対向
する面には油切り２４を設けてある。回転軸３の中心部
には軸方向に向かって軸方向通風路３１を設けるととも
に、軸受４の内輪側および油切り２４の下側と接する回
転軸３の円周部から軸方向通風路３１に連通する半径方
向通風路３２を設けてあり、両通風路を通して外気が軸
受４と油切り２４の一部と接することで軸受４を冷却す
る構造が開示されている（例えば、実開平５ー３６１３
１号公報）。また、図１３に第２の従来例として示すよ
うに、ハウジング２１に、回転軸３に嵌着した軸受４と
ハウジング２１を覆う内側カバー２２および外側カバー
２３を取付け、更に内側カバー２２の背面を覆うリング
５を回転軸３に設けて内側カバー２２、ハウジング２１
およびリング５の間に空間部屋７を設けてある。内側カ
バー２２の回転軸３に対向する面には油切り２４を設け
てあり、回転軸３の内部には軸方向通風路３１と半径方
向通風路３２が設けてある。ブラケット２には空間部屋
７と外気が連通する連通口２５を設け、リング５にはフ
ァン機能を持たせた羽根６が設けてある。このような構
成により、回転軸３の回転に伴って、外気が軸方向通風
路３１、半径方向通風路３２、空間部屋７、連通口２５
を通して循環し、軸受４を冷却する構造が開示されてい
る（例えば、特開平５ー１０６６３９号公報）。あるい
はまた、図１４に第３の従来例として示すように、ハウ
ジング２１に、回転軸３に嵌着した軸受４とハウジング
２１を覆う内側カバー２２を取付け、更にハウジング２
１から回転軸３の端部を覆う外側カバー２３を取付けて
いる。ブラケット２の外端面側には回転電機本体と別体
の軸流型外扇が設けてある。回転軸３には中心部に端部
から軸方向通風路３１が設けられ、軸方向通風路３１の
奥部に内側カバー２２で覆われた軸受４の内端面部に連
通する半径方向通風路３２が複数放射状に設けられてい
る。ハウジング２１には連通口２１ａが設けるととも
に、内側カバー２２と回転軸３との間に空間部屋７ａを
設け、また外側カバー２３、軸受４および回転軸３との
間に空間部屋７ｂを設けるようにする。このような構成
により、回転軸３の回転に伴ってファン作用により、空
気が軸方向通風路３１から半径方向通風路３２、内側カ
バー２２を経由して連通口２１ａ、外側カバー２３を循
環し、軸受５を冷却する構造が開示されている（例え
ば、特開平４ー１８５２６０号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来例１に
おいては、軸方向通風路および半径方向通風路に入り込
んだ空気は循環しないため、入り込んだ空気自体の温度
が上昇し、軸受温度を充分に低減できないという問題が
あった。また、従来例２においては、全閉形を構成する
際にはリング５とブラケット２の隙間にシールが必要で
あり、シール部のフリクションによる動力損失や発熱、
シール部のメンテナンスの必要性といった問題があっ
た。また、回転電機内部にスペースをとられ、小型化を
阻害するといった問題があった。あるいはまた、従来例
３においては、循環する空気が外部と連通していないた
めに、循環する空気自体の温度が上昇し、軸受温度を充
分に低減できないという問題があった。そこで、本発明
はシールやスペースを必要としない、効果的に軸受温度
を低減することのできる、高信頼性の全閉型回転電機の
軸受冷却装置を提供することを目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明は固定子を取り付けた中空状のフレームと、
前記フレームの端部に取り付けたブラケットと、前記ブ
ラケットに設けたハウジングと、前記ハウジングに収納
された軸受と、前記固定子に空隙を介して対向する回転
子を固定し前記軸受に支持された回転軸と、前記軸受の
前記回転子側を覆い前記ハウジング側に取り付けた内側
カバーと、前記軸受の外側を覆い前記ハウジング側に取
り付けた外側カバーとを備えた全閉型回転電機の軸受冷
却装置において、前記回転軸の端部から前記内側カバー
下側に向かって軸方向に入気孔と排気孔を有する軸方向
通風路と、前記回転軸の内部で前記軸方向通風路と連通
する半径方向に設けた半径方向通風路とを備え、前記軸
方向通風路のうち、少なくとも一方の内面にネジ状の溝
またはスパイラル状のコイルを有する冷却機構を設けた
構成にしたものである。また、前記回転軸内部に前記軸
方向通風路の外周より大きい中空孔を穿設するととも
に、前記中空孔に前記冷却機構を内部に構成した通風路
部材を嵌着させたものである。また、前記通風路部材に
替えて、入気孔側と排気孔側の通風路を前記通風路の奥
部で折り返して成形させたスパイラル状の金属製パイプ
を備え、前記パイプの隙間を銅合金またはアルミ合金の
鋳物により一体化させた部材を設けた構成にしたもので
ある。さらに、前記回転軸の端部に、前記軸方向通風路
と連通する径方向穴を有するアダプタを設けるか、前記
回転軸の端面と前記外側カバ−側の間に前記回転軸に外
気と連通させる径方向孔を設けた構成にするとなお良
い。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図に基づ
いて説明する。図１は本発明の第１の実施形態を示す全
閉型回転電機の軸受冷却装置の側断面図、図２は図１の
回転軸の正面図である。回転電機の軸受およびフレーム
廻りの構造を示す構成は従来例の説明で用いた図１０と
ほぼ同様である。図において、ハウジング２１はブラケ
ット２に設けたもので、回転軸３を回転自在に支持する
軸受４とハウジング２１を覆う内側カバー２２および外
側カバー２３を取付けてある。回転軸３には端部から内
側カバー２２の下側を通り回転子側に向かって軸方向に
軸方向通風路３１が設けられ、軸方向通風路３１は回転
軸３内部に空気を循環させる入気孔と排気孔の２つの開
口部を有するもので構成されている。また、回転軸３の
円周側から軸方向通風路３１の奥部に向かって半径方向
に連通させる半径方向通風路３２が設けられ、半径方向
通風路３２の回転軸表面側には内側カバー２２背面側の
空気と接しないように盲蓋３２ａが設けられている。

【０００６】また、図３は軸方向通風路の構造を示した
ものである。図（ａ）は軸方向通風路３１の入気孔と排
気孔の通風路のうち、少なくとも一方の通風路の内部に
ネジ状の溝加工を施して雌ねじ３３を設けるようにした
構成で、ネジ状の溝に替えて台形状の溝加工を施したも
のでも良い。図（ｂ）は軸方向通風路３１の少なくとも
一方の通風路の内部にスパイラル状に巻回されたコイル
を挿入した構成で、コイル間の通風路に空気が流れるよ
うにしてある。また、スパイラル状に巻回されたコイル
に替えて、スパイラル状に巻いて成形させた銅またはア
ルミ合金製パイプを通風路の内部に挿入するとともに、
パイプと通風路間の隙間を合金で鋳込んだ構成にしても
良く、この場合はパイプ内を空気が流れるようにしたも
のである。このような構成により、回転軸３を回転させ
ると、回転に伴って回転電機外部の冷たい空気が回転軸
３に設けた軸方向通風路３１の入気孔に吸い込まれ、軸
方向通風路３１の奥部で連通させた半径方向通風路３２
を介して回転軸３内部を流動する。ここで回転軸３の奥
部に向かって吸い込まれた空気は軸受４近傍や回転子側
の温まった熱を奪って、軸方向通風路３１の排気孔側へ
吐き出されながら循環するので、回転軸３に嵌着された
軸受４の温度を効果的に下げることができる。このよう
に空気の循環は回転軸３の内部だけで行われるため、従
来例に示すような回転電機内部に漏れることがなく、全
閉型を容易に構成することができる。また、回転軸３の
回転方向は正逆どちらについても、ネジ部または螺旋部
のポンプ作用による外部空気の吸引効果が大きく通風路
内の流れを生じるため、軸受温度を低減できるという効
果がある。なお、入気孔と排気孔の両方に逆方向にスパ
イラル加工を施すと、風速が増加し、更に軸受温度を低
減することができる。

【０００７】さらに、軸方向通風路の配置は様々考えら
れる。軸方向通風路３１の個数を増やすことで回転軸３
の半径方向の内部温度を均一化できる。例えば、図示し
ないが軸方向通風路を４個設けた場合は、入気孔と排気
孔を１個ずつ連通させても、４個同時に連通させても良
い。図４は第２の実施形態を示す全閉型回転電機の軸受
冷却装置の側断面図、図５は図４の回転軸の正面図であ
る。図に示すように、回転軸３の中央に軸方向通風路３
１の入気孔を設け、その周囲に４個の排気孔側の軸方向
通風路３１を設けて、これらの軸方向通風路をその奥部
で半径方向に設けた半径方向通風路３２と連通させて、
外気の流れを分岐し循環させるようにした構成にしてあ
る。このような構成により、回転軸３の中心に入気孔側
の軸方向通風路３１を設け、その周囲に排気孔側の軸方
向通風路３１を設けたので、半径方向通風路３２で回転
軸３の回転に伴う遠心力が働き、空気の循環を更に強め
ることができる。

【０００８】図６は本発明の第３の実施形態を示す軸受
冷却装置の側断面図である。これは、第１の実施形態で
説明した軸方向通風路３１の入気孔側と排気孔側を回転
軸３の端部から軸方向に斜めに設けることにより、その
奥部で両通風路を連通させ半径方向通風路を不要にし、
かつ盲蓋も不要にしたものである。このような構成によ
り、半径方向通風路を不要にしたので、軸剛性を高める
ことができる。

【０００９】図７は本発明の第４の実施形態を示す軸受
冷却装置の側断面図、図８は図７の回転軸の正面図であ
る。図７において、第１の実施形態に比較すると回転軸
３の端部から内側カバー２２の下側を通り回転子側に軸
方向通風路３１と半径方向通風路３２とからなる冷却機
構を設けた構成は同じであるが、回転軸３内部に中空孔
３５を穿設し、中空孔３５に前記冷却機構を内部に収納
させた円筒状の通風路部材３６を嵌着させた構成が異な
る。なお、通風路部材３６は中空孔３５の内径より僅か
に大きくし、焼きばめなどにより挿入されている。この
ような通風路部材を備えた構造は回転軸の円周面に切り
欠きがないため、回転軸の軸剛性を高く保つことができ
るうえ、盲蓋を設ける必要がないという利点もある。ま
た、このような通風路部材内部に冷却機構を備えた構成
においても、軸方向通風路３１の入気孔と排気孔の通風
路のうち少なくとも一方の通風路の内部は、図３に示す
ようなネジ状または台形状の溝加工が施されたり、若し
くはスパイラル状に成形させたコイルが挿入されるなど
して、空気の流れを生じせしめるような通風路を確保す
る構成にしている。

【００１０】図９は通風路部材３６内部に設けた通風路
を種々替えた例としてその構造を示したものである。こ
のうち図（ａ）に示すように、３７は銅合金またはアル
ミ合金製の金属製パイプで、通風路部材３６の奥部で入
気孔側と排気孔側を折り返してスパイラル状に巻いて形
成している。一方、通風路部材３６はパイプ３７との隙
間に銅合金またはアルミ合金を鋳込んで円筒体として形
成し、パイプ３７の開口部が回転軸３の端部側になるよ
うに、回転軸３の中空孔３５に焼きばめで挿入されてい
る。このような構成により、回転軸３の端部に位置する
ように通風路部材３６に設けたスパイラル状のパイプ３
７の入気孔および排気孔の両開口部が外部空気の流路を
確保しているため、回転電機外部の冷たい空気が、回転
軸３の回転に伴って回転軸３に挿入した通風路部材３６
内部の入気孔側から吸い込まれ、通風路部材３６の奥部
に向かってパイプ３７内部を螺旋状に流動していく。通
風路部材３６の奥部に吸い込まれた空気は軸受４近傍や
回転子側の温まった熱を奪い、回転軸３の端部の排気孔
側へ吐き出され循環するので、回転軸３に嵌着された軸
受４の温度を効果的に下げることができる。また、図９
の図（ｂ）に示すようにパイプ３７は回転軸端部側から
スパイラル状に巻いて円管を形成したあと、通風路部材
３６の奥部で入気孔側と排気孔側とを折り返して、逆ピ
ッチでスパイラル状に巻いて二重円管を形成するように
しても良い。

【００１１】上記に述べた軸受冷却装置を備えた回転電
機はベルト掛け用途であるが、回転軸端に装置をダイレ
クトに直結する用途の回転電機の場合、回転軸３の端部
の軸方向通風路３１は外気に通じることができない。図
１０は本発明の第５の実施形態として示した軸受冷却装
置の側断面図を表すもので、半径方向通風路３２を軸方
向通風路３１の奥部との連通部とは別に外気連通用の通
風路を設けて外気と通じるようにしてもよい。また、図
１１は本発明の第６の実施形態として示した軸受冷却装
置の側断面図を表しており、回転軸３の端部に径方向の
通風路を具備したアダプタ９を用いると、１本の回転軸
３でベルト掛け用途、装置直結用途の両方に対応するこ
とができ、軸剛性を高めることができる。

【００１２】上記手段により、軸受冷却装置は次のよう
な作用をする。 （１）回転軸の端部から内側カバー下側に向かって軸方
向に入気孔と排気孔を有する軸方向通風路と、回転軸の
内部で軸方向通風路と連通する半径方向に設けた半径方
向通風路とからなり、軸方向通風路のうち、少なくとも
一方の内面に空気を循環させるネジ状の溝またはスパイ
ラル状のコイルを有する冷却機構を備えてあるので、回
転電機外部の冷たい空気が、回転に伴って回転軸内部を
循環し、回転軸に嵌着した軸受の温度を効果的に下げる
ことができる。したがって、回転電機内部での空気の漏
れがないので、シールを必要とせず、また、本装置の新
たなスペ−スを必要としない全閉型を容易に構成するこ
とができる。 （２）冷却機構を回転軸端部の中空孔に嵌着した通風路
部材の内部に設けてあるので、回転軸の円周面に切り欠
きがなく、軸剛性を高く保てることができる。 （３）回転軸の端部に、径方向通風路を備えたアダプタ
を設けてあるので、１本の回転軸でベルト掛け用途、装
置直結用途の両方に対応することができるとともに、軸
剛性を高めることができる。

【００１３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、回
転軸端部から内側カバ−下側に向かって入気孔と排気孔
を持つ軸方向通風路と、奥部で連通する半径方向通風路
を確保し、軸方向通風路に空気に流れを生じせしめるネ
ジ状の溝加工などを施した冷却機構を備えてあるので、
シールやスペースを必要としない、軸受温度を効果的に
低減することのできる、高信頼性の全閉型回転電機の軸
受冷却装置を得る効果がある。また、内部に冷却機構を
備えた通風路部材を回転軸端部に穿設された中空孔に挿
入した構成にすると、表面切り欠きを不要にできるの
で、高剛性の軸構造を維持することの可能な、全閉型回
転電機の軸受冷却装置を得る効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す側断面図であ
る。

【図２】図１の回転軸の正面図である。

【図３】軸方向通風路の構造を示す側断面図である。

【図４】本発明の第２の実施形態を示す側断面図であ
る。

【図５】図４の回転軸の正面図である。

【図６】本発明の第３の実施形態を示す側断面図であ
る。

【図７】本発明の第４の実施形態を示す側断面図であ
る。

【図８】図７の正面図である。

【図９】通風路部材の構造を示す側断面図である。

【図１０】本発明の第５の実施形態を示す側断面図であ
る。

【図１１】本発明の第６の実施形態を示す側断面図であ
る。

【図１２】第１の従来例を示す側断面図である。

【図１３】第２の従来例を示す側断面図である。

【図１４】第３の従来例を示す側断面図である。

【符号の説明】

１：フレーム、１０：固定子、２：ブラケット、２１：
ハウジング、２１ａ：連通口、２２：内側カバ−、２
３：外側カバ−、２４：油切り、２５：連通口、３：回
転軸、３０：回転子、３１：軸方向通風路、３１ａ：盲
蓋、３２：半径方向通風路、３２ａ：盲蓋、３３：雌ね
じ、３４：コイル、３５：中空孔、３６：通風路部材、
３７：金属製パイプ、３８：合金鋳物、４：軸受、５：
リング、６：羽根、７：空間部屋、７ａ：空間部屋、７
ｂ：空間部屋、８：外扇、９：アダプタ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定子を取り付けた中空状のフレーム
   と、前記フレームの端部に取り付けたブラケットと、前
   記ブラケットに設けたハウジングと、前記ハウジングに
   収納された軸受と、前記固定子に空隙を介して対向する
   回転子を固定し前記軸受に支持された回転軸と、前記軸
   受の前記回転子側を覆い前記ハウジング側に取り付けた
   内側カバーと、前記軸受の外側を覆い前記ハウジング側
   に取り付けた外側カバーとを備えた全閉型回転電機の軸
   受冷却装置において、 前記回転軸の端部から前記内側カバー下側に向かって軸
   方向に入気孔と排気孔を有する軸方向通風路と、前記回
   転軸の内部で前記軸方向通風路と連通する半径方向に設
   けた半径方向通風路とを備え、前記軸方向通風路のう
   ち、少なくとも一方の内面にネジ状の溝またはスパイラ
   ル状のコイルを有する冷却機構を設けたことを特徴とす
   る全閉型回転電機の軸受冷却装置。
2. 【請求項２】 前記回転軸内部に前記軸方向通風路の外
   周より大きい中空孔を穿設するとともに、前記中空孔に
   前記冷却機構を内部に構成した通風路部材を嵌着させた
   請求項１記載の全閉型回転電機の軸受冷却装置。
3. 【請求項３】 前記通風路部材に替えて、入気孔側と排
   気孔側の通風路を前記通風路の奥部で折り返して成形さ
   せたスパイラル状の金属製パイプを備え、前記パイプの
   隙間を銅合金またはアルミ合金の鋳物により一体化させ
   た部材を設けた請求項１または２記載の全閉型回転電機
   の軸受冷却装置。
4. 【請求項４】 前記回転軸の端部に、前記軸方向通風路
   と連通する径方向穴を有するアダプタを設けた請求項１
   から３までのいずれか１項に記載の全閉型回転電機の軸
   受冷却装置。
5. 【請求項５】 前記回転軸の端部と前記外側カバ−側の
   間に前記回転軸に外気と連通させる径方向孔を設けた請
   求項１から３までのいずれか１項に記載の全閉型回転電
   機の軸受冷却装置。