JP2007523308A5 - - Google Patents

Description

軸受け潤滑の改良された機械

本発明は、軸受け潤滑の改良された機械に関する。

より詳しくは、本発明は、主として、ハウジングと、油潤滑軸受けによって該ハウジング内に回転自在に備えられている軸に備えられているローターとから成る、軸受け潤滑の改良された機械に関する。

前記軸受けを潤滑するためのいくつかの方法、たとえば、油浴潤滑、油循環システム、油噴射潤滑、油滴法、油霧潤滑、およびいわゆる油最小潤滑、がすでに公知である。

用途に応じて、特定の潤滑法が選択されるが、このとき、いつでも重要なことは、転がり要素と軸受けリングとの接触がないことを保証する潤滑膜を生成させうるのに十分な油量を供給することと、厳密に必要な量よりも多い量が供給されて余計な軸受け消耗(bearing loss)が起こり、したがってまた軸受け温度の上昇が起こることが避けられるようにすることとのバランスをとることである。

たとえばスクリュー圧縮機の場合に起こる問題は、圧縮による熱の発生により、ローターが加熱され、このローターの熱がローター軸と該ローター軸の軸受けとを通じて周囲に放散されるため、軸受けが加熱される。

そのような現象は、電動機および発電機でも起こり、軸受けがローター軸を通じての熱損失によって加熱される。

軸受けのそのような加熱により、早すぎる摩耗、より詳しくは、転がり要素と軸受けの軸受けリングの摩耗が起こる。なぜならば、加熱(warming up)が潤滑油の粘性に悪影響を及ぼし、この粘性は十分な潤滑膜を生成するのに不十分でありうるからである。

この問題を避けるために、今のところ、過剰量の油が軸受けに供給されるが、このとき、この油は、軸受けの冷却液体として作用し、その結果、軸受けの温度を必要範囲内に保つことができる。

しかし、そのような油の過剰使用には、軸受け内に存在する油が剥離する(turned over)ために、望ましくない過剰な軸受け消耗が生じるという欠点がある。この軸受け消耗は、特に、軸受けそのものの効率が小さくなり、したがって機械の全体としての効率が小さくなる大きな回転速度の場合にはっきりしている。

特に、非常にコンパクトな高速電動機の場合、前記現象が発生する。電動機軸における機械的および電気的消耗によって生じる熱は、限られた表面からしか放散できないからである。

加熱された軸受けのもう一つの欠点は、軸受けケージを、通常、高温耐性のある高価な特殊材料で作らなければならない、ということである。

アンギュラーコンタクトの玉軸受けを使用する場合、このタイプの軸受けのポンプ供給動作の結果として、軸受け消耗の問題がさらに大きくなる。

英国特許公開公報第５９５，３４６号には、オイル・ミストにより潤滑された軸受けを備えたタービン又は圧縮機の形状の機械が記載されている。さらに、前記公報には、機械の軸を冷却する為に空気又はガスを使用する分離冷却回路の存在も記載されている。

そのような周知の機械の欠点は、前記機械は複雑であり、軸の冷却と軸受けの潤滑の為に完全に分離した回路を必要とすることである。また、軸の冷却の為には、そして、機械の長期寿命及び適切な機能を実現する為には、空気又はガス冷却は不十分である。

米国特許第6,579,078号明細書により、高速電動機によって駆動され、ハウジング内に軸受けで取りつけられている遠心圧縮機であって、滑り軸受けの潤滑油が該軸受けの冷却にも使用されるものが知られている。

米国特許第6,579,078号の基本アイデアは、滑り軸受けを通して冷却油を送り、軸受けを冷却して、潤滑し、さらに、軸受けを通って軸上に流れ、したがって該軸を冷却する過剰な油を使用する、ということである。

軸受けの過剰潤滑は、さらに、静止消耗(stilling loss)をもたらし、また冷却油がこの軸受けにおいてさらに加熱され、その結果、前記油が注がれる軸の冷却が非効率的になる。

しかし、これらの過剰冷却法は効率的でなく、追加の対策が必要である。それは、この場合、圧縮空気の噴射の形のものであり、油が最後にローターとステーターとの間のスペースにはいることを避けるようにするものである。本発明の目的は、前記およびその他の欠点の一つまたはいくつかを克服することである。

この目的に対応して、本発明は、
主として、ハウジングと、油潤滑軸受けによって該ハウジング内に回転自在に備えられている軸に備えられているローターとから成り、ハウジング内に、潤滑ダクトが、軸受けに油を供給し、軸受けから油を排出するために備えられている、軸受け潤滑の改良された機械であって、
冷却剤を供給し、排出するための冷却流路を備え、該冷却流路が、軸に対向して、ローターと前記軸受けとの間のある位置に開口しており、
当該冷却流路が当該潤滑ダクトに接続されていること、
を特徴とする軸受け潤滑の改良された機械、
に関する。

本発明の利点は、過剰量の油を軸受けの冷却のために軸受けに送る必要がなく、その結果、この油量を、十分な潤滑膜が形成されるように最適化でき、したがって軸受け消耗が大きく低下する、ということである。

もう一つの利点は、冷却剤を軸に直接噴射することにより、ローターから軸受けへの熱流がさえぎられ、その結果、小さな熱量が軸受けに流れ、したがってまた、油の粘性が軸受けの温度によって影響を受けるということがないから、軸受けの寿命も長くなる、ということである。

軸受けが低温であることのもう一つの利点は、軸受けのために標準的な軸受けケージが使用でき、したがって軸受けにかかる費用を小さくすることができる、ということである。

また、本願発明による機械のもう一つの利点は、潤滑油が軸に対する冷却剤としても作用することであり、それにより、分離した回路の存在が必要ないので、機械の構成がコンパクト、割合に安価、かつ簡単になることを可能にすることである。

本発明の好ましい特徴によれば、ローター軸に、冷却流路に対向して、一つまたはいくつかの溝が備えられる。

そのようにすることにより、冷却剤と軸との接触面積が増大し、したがって軸の冷却が相当に改善されるという重要な利点が与えられる。

一つの好ましい実施形態においては、前記冷却流路が、前記溝の両側に軸に向かい合う密閉リップを備えた、ガスケットを貫通して延びている。

その一つの利点は、油がローターとステーターとの間にはいるのを防ぐのに特別な対策をとる必要がない、ということである。

もっとも好ましい実施形態の場合、冷却液体が前記軸に噴射される場所と軸受けとの間に熱障壁も備えられ、この熱障壁が熱の不良導体である材料層から成る、ようにされる。

そのようにすると、軸から軸受けへの熱流が最小限に押えられ、軸受けの寿命が長くなる。

この軸受け潤滑の改良された機械が電動機または発電機である場合、冷却流路が、ハウジングを密閉する軸受け押え内を延び、電気コイルの巻線ヘッドが、熱伝導性材料、たとえば前記ヘッドのまわりに吹きつけられて前記軸受け押えに接触する熱伝導性ペースト、またはエポキシ、またはシリコーンで覆われている。

軸受けプレートを冷却することにより、また、熱を巻線ヘッドから軸方向に放散させることが可能になる。これは、たとえば密閉された永久磁石電動機の場合には非常に重要なことである。

以下、本発明の特徴をさらに十分に説明するために、本発明による、軸受け潤滑の改良された機械の好ましい実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照しつつ、説明する。

図１は、電動機1の部分、より詳しくは電動機1の軸端を示す。該電動機は、主として、ジャケット3を有するハウジング2から成り、該ジャケットは軸受け押え4によって、示されている端で密閉されている。

前記ハウジング2内には、軸6上にローター5が備えられ、軸6は、軸受け7によって、前記ハウジング2内に回転自在に備えられている。軸受け7は、示されている端の、前記軸受け押え4内に備えられている。

この場合、各軸受け7は内側リング8と外側リング9とから成り、これらのリングの間に転がり要素10この場合玉が配置されている。

軸受け7の間には、スペーサースリーブ11が備えられ、該スリーブは二つの同心リング12と13から成っている。これらのうち、内側リング12は、軸6上に備えられ、外側リング13は、軸受け押え4内に備えられている。

軸受け押え4内には、潤滑ダクト14および独立の冷却流路15も備えられ、ここで、前記潤滑ダクト14の各々は、スペーサースリーブ11の前記外側リング13の開口16により、内側リング12に対向して、スペース17に開口している。スペース17は、前記軸受け7の間で軸方向に延びており、またスペーサースリーブ11の前記同心リング12と13との間で半径方向に広がっている。

軸6のまわりには、ガスケット18が備えられ、該ガスケットは、前記軸受け押え4に対向接触する直立側壁19を備え、また該ガスケットは軸6の方向に向いている二つの密閉リップ20を備えており、該密閉リップは、非常に小さな隙間を置いて軸6に接続しており、これらのリップは互いにある距離だけ離して配置されている。

前記ガスケット18は、ローター5と前記軸受け7との間のある位置において、前記密閉リップ20の間で、軸6に対向開口している流路21をも備えている。

軸受け押え4内の前記冷却流路15は、ガスケット18の流路21に接続しており、したがって単一の連続冷却流路15,21を形成している。

軸6には、前記密閉リップ20の間に、ガスケット18の流路21に対向して、溝22が備えられている。

前記冷却流路21は、好ましくは、その軸6への出口において、軸6の回転の向きに対応する、軸6の接線方向に向いている。

前記潤滑ダクト14は通常の潤滑回路23の部分であり、該潤滑回路は図に破線で示してあり、該潤滑回路は潤滑油の溜め24と油圧ポンプ25とを備えている。

この場合、前記冷却流路15,21は冷却回路26の部分であり、該回路は油圧ポンプ25と溜め24のほかに冷却装置27をも備えている。

軸受けキャップ4には、底部に流路28が備えられ、該流路はハウジング2の内部スペースに接続している。

軸受け潤滑の改良されたこの電動機1の動作は、非常に簡単であり、下記のようである。

電動機1が始動されると、ローター5が駆動され、ローター軸6の軸受け7が潤滑回路23によって潤滑され、このとき、ポンプ25が溜め24から潤滑油を引き出し、該油を、潤滑ダクト14と軸受け7の間のスペース17とを通して、軸受け7に送る。

ここで、潤滑油の供給は、非常に正確に調節して、必要な程度の潤滑膜が形成されるようにすることができる。

冷却回路26内のポンプ25のスイッチが入れられると、この場合、冷却油が溜め24から引き出されて、冷却装置27と第一の冷却流路15,21を通して、密閉リップ20の間から軸6に噴射される。

冷却油は好ましくは軸6の回転の向きに噴射される。

軸6に冷却流路21,15に対向するように備えられている溝22は、軸6と冷却油との間の熱交換面積が大きくなることを保証し、したがって軸6から冷却油への熱移動が促進されるようになっている。

次に、加熱された冷却油は第二の冷却流路21,15を通って溜め24に戻る。

軸6と密閉リップ20との間の隙間が小さいので、非常に少量の冷却油しかハウジング2の内部スペースヘ漏れ出ない。このスペースに漏れ出る限られた量の冷却油は、軸受け押え4内の流路28を通って排出される。

潤滑油は潤滑のためにだけ作用し、軸受け7を冷却しないので、潤滑油の供給は少量とすることができ、したがって軸受け消耗は大きく低下し、軸受け7の温度もそれほど上がらず、その結果、軸受け7の寿命も延びる。

軸6の冷却のためには冷却油以外の他の冷却剤たとえば水または冷却ガスを使用することも可能である。

図２は、本発明による軸受け潤滑の改良された電動機1の変形を示し、この場合、軸受け押え4内の冷却流路15は冷却ダクト14に接続されている。

ここでは、ただ一つの油圧回路29が備えられ、該回路を通して油が送られる。また、動作は前記実施形態のそれに似ている。

図３は、図２のものの変形を示し、この場合、軸6は、軸6の冷却部分と軸受け7との間に、熱橋30を備え、ここで、軸6は、いくつかの部分、すなわち軸受け取りつけ部分31と軸受け非取りつけ部分32とから成り、また、熱橋30は断熱材料たとえばセラミック材料製のリング33から成り、該熱橋は前記軸受け取りつけ部分31と軸受け非取りつけ部分32との間に備えられる。

断熱材料製のリング33は、ローター5から軸6を通って軸受け7に流れる熱流を、一部または全部妨げて、軸受け7の温度があまり上がらず、軸受け7を通る油供給が少なくできて、軸受け消耗が防止されることを保証する。

図４は、図３の実施形態の変形を示し、この場合、熱橋30は、軸6と軸受け7との間に備えられた断熱材料製のブッシュ34から成る。

この場合にも、軸6から軸受け7への熱流は、断熱ブッシュ34の存在により、制限される。

図５は、本発明による軸受け潤滑の改良された電動機1のもう一つの実施形態を示す。

この実施形態の場合、図２のそれと異なり、二つの追加冷却流路35が軸受け押え4内に備えられ、これらの流路は、前記軸受け押え4内のリング状冷却スペース36に接続されている。軸受け押え4のこれらの追加冷却流路35は、また、たとえば潤滑ダクト14および冷却流路15に接続することができる。

この実施形態の場合、電動機1は、電気コイル37を有する電動機であり、その巻線ヘッド38は、端にある、熱伝導性で電気絶縁性の材料39、たとえば熱伝導性ペーストで包囲されている。該材料は、前記巻線ヘッド38のまわりに吹きつけて、巻線ヘッド38とハウジング2との間のスペースが満たされるようにする。そのようにすることにより、特に、この材料は軸受け押え4と接触するようになっている。

電気コイル37の熱は、この場合、巻線ヘッド38と熱伝導性材料39とによってハウジング2に伝わる。

追加の冷却流路35と包囲されたリング状冷却スペース36とを通して、冷却流体が送られ、該流体により、ハウジング2、特に軸受け押え4また特に巻線ヘッド38の冷却が行われる。

追加の冷却流路35を通して送られる冷却剤により、軸受け押え4特に巻線ヘッド38からの軸方向の熱放散が行われ、このとき、この熱放散は電動機または発電機の通常の半径方向ジャケット冷却を補完するものであり、または補完しうるものである。

追加の冷却流路35は、また、軸受け押え4への熱伝導によって流れる軸受け7からの熱が、追加の冷却流路35内の冷却剤によって放散されることを保証し、その結果、潤滑油による軸受け7の直接冷却を排除することができ、したがって軸受け消耗が少なくなる。

明らかに、追加の冷却流路35を通って流れる冷却流体としては、冷却油、水、その他の任意の適当な冷却液体を使用することができるが、軸受け押え4の冷却にはガスも使用することができる。

当然のことながら、軸受け7の最適冷却を得るために、前記特徴の組み合わせを使用することは排除されず、また軸受け7を通過する潤滑油の供給を制限して、十分な潤滑膜を形成するのに必要な最小限の量とすることもできる。

また、本発明は電動機1のみに限定使用されるものではなく、一つまたはいくつかの油潤滑軸受け7を有する他の任意の機械、たとえば発電機および圧縮機にも使用することができる。

本発明は、添付の図面に示し、例として説明した実施形態のみに限定されるものではない。逆に、本発明により軸受け潤滑の改良されるそのような機械は、本発明の範囲を逸脱することのない、すべての種類の形状と寸法とで具体化することができる。

本発明による、軸受け潤滑の改良された電動機の形の機械の部分の断面図である。 図１の軸受け潤滑の改良された電動機の変形を示す図である。 図１の軸受け潤滑の改良された電動機の変形を示す図である。 図１の軸受け潤滑の改良された電動機の変形を示す図である。 図１の軸受け潤滑の改良された電動機の変形を示す図である。

符号の説明

1 電動機
2 ハウジング
3 ジャケット
4 軸受け押え
5 ローター
6 軸
7 軸受け
8 内側リング
9 外側リング
10 転がり要素
11 スペーサースリーブ
12 内側リング
13 外側リング
14 潤滑ダクト
15 冷却流路
16 開口
17 スペース
18 ガスケット
19 直立側壁
20 密閉リップ
21 流路
22 溝
23 潤滑回路
24 溜め
25 油圧ポンプ
26 冷却回路
27 冷却装置
28 流路
29 油圧回路
30 熱橋
31 軸受け取りつけ部分
32 軸受け非取りつけ部分
33 リング
34 断熱ブッシュ
35 追加冷却流路
36 リング状冷却スペース
37 電気コイル
38 巻線ヘッド
39 熱伝導性で電気絶縁性の材料

Claims (14)

1. 主として、ハウジング(2)と、油潤滑軸受け(7)によって該ハウジング(2)内に回転自在に備えられている軸(6)に備えられているローター(5)とから成り、ハウジング(2)内に、潤滑ダクト(14)が、軸受け(7)に油を供給し、軸受け(7)から油を排出するために備えられている、軸受け潤滑の改良された機械であって、
   冷却剤を供給し、排出するための冷却流路(21,15)を備え、該冷却流路(21,15)が、軸(6)に対向して、ローター(5)と前記軸受け(7)との間のある位置に開口しており、
   当該冷却流路(21,15)が当該潤滑ダクト(14)に接続されていること、
   を特徴とする軸受け潤滑の改良された機械。
2. ローター(5)の、冷却流路(21,15)に対向する当該位置に、一つまたはいくつかの溝(22)が備えられていることを特徴とする請求項１に記載の軸受け潤滑の改良された機械。
3. 冷却流路(21,15)が、当該溝(22)の両側に軸(6)に向かい合う密閉リップ(20)を備えた、ガスケット(18)を貫通して延びることを特徴とする請求項２に記載の軸受け潤滑の改良された機械。
4. 当該密閉リップ(20)と軸(6)との間の隙間が非常に小さいことを特徴とする請求項３に記載の軸受け潤滑の改良された機械。
5. 当該冷却流路(21,15)が当該密閉リップ(20)の間に開口していることを特徴とする請求項３に記載の軸受け潤滑の改良された機械。
6. 当該冷却流路(21,15)が、軸(6)における出口において、軸(6)の接線方向に向いていることを特徴とする請求項５に記載の軸受け潤滑の改良された機械。
7. 当該冷却流路(21,15)が、軸(6)の回転の向きに冷却剤を噴射するような向きに向いていることを特徴とする請求項６に記載の軸受け潤滑の改良された機械。
8. 軸(6)が、冷却される部分と軸受けとの間に熱橋(30)を備えていることを特徴とする請求項１に記載の軸受け潤滑の改良された機械。
9. 軸(6)が、いくつかの部分、すなわち軸受け取りつけ部分(31)および軸受け非取りつけ部分(32)から成り、このとき、熱橋(30)が断熱材料製のリング(33)から成り、該熱橋が前記軸受け取りつけ部分(31)と軸受け非取りつけ部分(32)との間に備えられることを特徴とする請求項８に記載の軸受け潤滑の改良された機械。
10. 当該熱橋(30)が断熱材料製のブッシュ(34)から成り、該熱橋が軸(6)と軸受け(7)との間に備えられることを特徴とする請求項８に記載の軸受け潤滑の改良された機械。
11. 当該潤滑ダクト(14)と冷却流路(21,15)とが、ハウジング(2)の一部である軸受け押え(4)内に備えられることを特徴とする請求項１に記載の軸受け潤滑の改良された機械。
12. 当該軸受け押え(4)が冷却されることを特徴とする請求項１１に記載の軸受け潤滑の改良された機械。
13. 潤滑ダクト(14)、軸(6)の冷却流路(21,15)、軸受け押え(4)の冷却流路(35)が、相互に接続されていることを特徴とする請求項１２に記載の軸受け潤滑の改良された機械。
14. 当該機械が電動機(1)または発電機である場合、電気コイル(37)の巻線ヘッド(38)が、当該軸受け押え(4)と接触する熱伝導性材料(39)で覆われていることを特徴とする請求項１１に記載の軸受け潤滑の改良された機械。