JP2012075217A - ダイナモ装置、自動車用試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑油のケーシング外への漏出を防止するとともに、軸受をより一層効果的に冷却することが可能なダイナモ装置を提供する。
【解決手段】冷却媒体としても機能する潤滑油の流路８ａを有する軸受支持ブラケット８と、軸受支持ブラケット８と軸受６との間に形成した潤滑油流通空間Ｓ１と、ケーシング２内に設けられ、且つ軸受６及び軸受支持ブラケット８を配置した軸受配置空間Ｓ２と冷却空気が流通する冷却空気流通空間Ｓ３とを仕切る隔壁９と、ケーシング２のうち軸受支持ブラケット８に接続される起立壁２２において冷却空気流通空間Ｓ３側に形成した開口部２２ｇと、開口部２２ｇに連通し、且つ軸受支持ブラケット８に冷却空気を誘導する冷却空気誘導流路２２ｈとを備えたダイナモ装置１とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばエンジンを模擬するためのダイナモ装置（ダイナモメータ）、及びそのダイナモ装置を備えた自動車用試験装置に関するものである。

供試体である電動機の出力トルク特性や、或いは供試体である発電機の発電出力特性等を評価するための自動車用試験装置には、供試体の出力軸に連結されて「擬似負荷」或いは「擬似駆動源」として機能するダイナモ装置（回転電機）が用いられている。

ダイナモ装置は、円筒状のケーシングと、そのケーシング内に配置されたステータ及びロータとを備えており、シャフト回りに固定したロータをシャフトと一体回転可能に構成している。通常のモータに比べて発熱量が多いダイナモ装置では、ケーシング内部におけるステータやロータからの発熱を抑制する必要がある。

そこで、ケーシング外に設けたブロアから冷却空気をケーシング内に流入し、ケーシング内のロータやステータ等で熱交換されて昇温した加温空気をケーシング外へ排出する態様が従来から採用されている。

また、ダイナモ装置の作動時には、高速回転するシャフトを回転可能に支持する軸受の発熱量も多くなる。特許文献１には、潤滑油を冷却媒体として利用することによって軸受の発熱を抑制する態様が開示されている。

特開２０００−１５２５５３号公報

ところが、冷却空気によるステータやロータの冷却と、潤滑油により軸受の冷却とを同時に実現しようとした場合、以下のような問題が考えられる。すなわち、ブロアからケーシング内部に流入させた高圧状態の冷却空気の一部、及び加温空気の一部が、軸受の周囲に確保されている潤滑油流通空間に流れ込んで潤滑油と合流し、潤滑油が高圧状態の空気流に乗ってケーシング外に漏出し得る。

そこで、本出願人は、特開２００８−０６１４６８号公報において、潤滑油の流路を内部に有する軸受支持部と軸受との間に潤滑油流通空間を形成し、ケーシング内において、これら軸受及び軸受支持部を配置した空間と、冷却空気が流通する空間とを仕切る隔壁を設けた態様を開示している。このように隔壁をケーシング内に設ければ、潤滑油流通空間に流入する冷却空気量を０に近付けることができ、ケーシング外に潤滑油が漏出する事態を回避できる。

しかしながら、冷却空気が流通する空間と軸受及び軸受支持部を配置した空間とを仕切った場合、潤滑油によって軸受の発熱を抑制することができるものの、ブロアから供給される冷却空気を軸受の発熱抑制のために利用することはできない。

本発明は、このような問題に着目してなされたものであって、主たる目的は、潤滑油のケーシング外への漏出を防止するとともに、軸受をより一層効果的に冷却することが可能なダイナモ装置、及びそのようなダイナモ装置を備えた自動車用試験装置を提供することにある。

すなわち本発明は、ケーシングと、ケーシング内に固定したステータと、シャフトの軸回りに設けたロータと、シャフトを回転可能に支持する軸受と、ケーシング内に流通させる冷却空気を供給する冷却空気供給部とを備えたダイナモ装置に関するものである。そして、本発明に係るダイナモ装置は、冷却媒体として機能する潤滑油の流路を有する軸受支持部と、軸受支持部と軸受との間に形成した潤滑油流通空間と、ケーシング内に設けられ、且つ軸受及び軸受支持部を配置した軸受配置空間と冷却空気が流通する冷却空気流通空間とを仕切る隔壁と、ケーシングのうち軸受支持部に接続される起立壁において冷却空気流通空間側に形成した開口部と、開口部に連通し、且つ軸受又は軸受支持部に冷却空気を誘導する冷却空気誘導流路とを備えていることを特徴としている。

このようなダイナモ装置であれば、ケーシング内に隔壁を設けているため、潤滑油が潤滑油流通空間で冷却空気と合流してその気流に乗ってケーシング外に漏れるという事態を回避することができるとともに、冷却空気流通空間には配置されていない軸受や軸受支持部に、ケーシングの起立壁に形成した開口部及びこの開口部に連通する冷却空気誘導流路を通じて冷却空気を導くことができ、これら軸受や軸受支持部の発熱を、潤滑油のみならず冷却空気によっても抑制することができる。

本発明において、好適な冷却空気誘導流路の一例としては、開口部を通じて冷却空気をケーシング外において軸受又は軸受支持部に誘導するものを挙げることができる。このような態様であれば、ケーシング内の各部材の配置を考慮することなく、容易に冷却空気誘導流路を形成することができ、既知のダイナモ装置に対しても後付けで冷却空気誘導流路を形成することが可能である。

また、本発明に係る自動車用試験装置は、上述の構成を有するダイナモ装置を備え、ダイナモ装置を作動させて供試体の性能を測定することを特徴としている。このような自動車用試験装置であれば、ダイナモ装置の軸受に冷却媒体（潤滑油及び冷却空気）を効率良く供給することができ、軸受の過度の発熱に起因する測定精度の低下を防止・抑制することができる。

本発明によれば、ケーシング内に隔壁を設けることによって潤滑油のケーシング外への漏出を防止することができるとともに、冷却空気を軸受やこの軸受を支持する軸受支持体に導く経路を確保したことにより、潤滑油及び冷却空気の両方によって軸受や軸受支持体の発熱を効果的に抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るダイナモ装置の全体概略図。 同実施形態に係るダイナモ装置の要部拡大断面模式図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

本実施形態に係る自動車用試験装置は、図１に示すダイナモ装置１を備え、このダイナモ装置１に連結された供試体（自動車に用いられる回転体（パワートレイン）等、図示省略）の特性を測定可能な装置である。ここで、供試体の種類により、ダイナモ装置１は「擬似負荷」として機能したり、「擬似駆動源」として機能する。自動車用試験装置のうち、ダイナモ装置１以外の部材は周知のものを適用することができ、詳細な説明は省略する。

本実施形態に係るダイナモ装置１は、図１及び図２に示すように、円筒状のケーシング２と、ケーシング２内に固定したステータ３と、シャフト４と、シャフト４の軸回りに設けたロータ５と、シャフト４を回転可能に支持する軸受６とを備えている。なお、ステータ３やロータ５は周知のものを適用することができるため、詳細な説明は省略する。ケーシング２内に流通させる高圧状態の冷却空気を供給するブロア７とを備えたものである。

ケーシング２は、シャフト４の軸方向に沿って配置される概略円筒状のケーシング本体２１と、ケーシング本体２１の両端部に取り付けた端部カバー２２（モータカバー）とを備え、台座Ｄを介してベースＢに支持されている。ケーシング本体２１の上面側には二つのブロア７（本発明の「冷却空気供給部」に相当）を設けている。本実施形態では、各ブロア７を吸気口７１が相互に背向するように配置している。また、ケーシング本体２１には、気流導入口２１ａ（図２参照）及び気流排出口２１ｂ（図１参照）を形成している。気流導入口２１ａを通じてブロア７からケーシング２内に高圧状態の冷却空気が流れ込み、発熱しているロータ５及びステータ３と熱交換を行って昇温して加温空気となった後に気流排出口２１ｂから大気中に排出される。なお、図１では、吸気口７１及び気流排出口２１ｂを単純な枠状で示しているが、実際には開口内に網目状のフィルタ等を適宜設けている。

端部カバー２２は、円盤状をなし、上端部に潤滑油注入口２２ａを形成し、下端部近傍に潤滑油排出口２２ｂを形成している（図２参照）。端部カバー２２の内部には、潤滑油注入口２２ａ及び潤滑油排出口２２ｂに連通する軸受潤滑油の油路２２ｃを形成している。本実施形態では、端部カバー２２の内部において鉛直方向に延びる油路２２ｃを適用している。また、潤端部カバー２２の中心部には、軸受６を支持する軸受支持ブラケット８（本発明の「軸受支持部」に相当）が嵌合し得る開口部２２ｄを形成し、この開口部２２ｄを通じてシャフト４の一端部をケーシング２の外部に突出させ、軸受６及び軸受支持ブラケット８の一部をケーシング２の外部に表出させている。また、端部カバー２２うち、開口部２２ｄの周囲には複数の通風孔２２ｅを周方向に所定ピッチで形成している。これら各通風孔２２ｅは、油路２２ｃと連通しない箇所に形成されている。端部カバー２２の外向き面に、この端部カバー２２に正対した場合（正面視）に通風孔２２ｅを被覆するリング状の防塵カバー２２ｆを設けている。この防塵カバー２２ｆにより、ケーシング２の外部の大気中の塵埃類が通風孔２２ｅを通じてケーシング２内へ流入することを防止できる。

軸受６は、図２に示すように、端部カバー２２に連結した軸受支持ブラケット８によって外周面を固定され、シャフト４の軸方向に沿って配置した一対のスペーサ６１で挟み込まれている。本実施形態では、一方のスペーサ６１をシャフト４の外周面上の段差に当接させて固定し、他方のスペーサ６１を止めリング６２で固定している。本実施形態では、軸受６と軸受支持ブラケット８との間に潤滑油流通空間として機能する空隙部Ｓ１を形成している。

軸受支持ブラケット８は、端部カバー２２の油路２２ｃに連通する油路８ａを内部に形成している。この油路８ａは、軸受支持ブラケット８と軸受６との間に形成した潤滑油流通空間Ｓ１に連通している。また、軸受支持ブラケット８の内周面に軸方向に沿って複数のシール部８ｂを所定間隔で形成している。なお、図１及び図２では、軸受支持ブラケット８と端部カバー２２とを相互に連結したり、端部カバー２２をケーシング本体２１に取り付けるための部材やボルト等を省略している。

本実施形態に係るダイナモ装置１は、ケーシング２内において軸受６及び軸受支持ブラケット８を覆う隔壁９を備えている。隔壁９は、概略切頭円錐状をなし、相対的に開口径が大きい第１開口周縁部９１を端部カバー２２の内向き面に取り付け、相対的に開口径が小さい第２開口周縁部９２を、シャフト４に一体的に取り付けたシールリング４１に取り付けている。本実施形態では、第２開口周縁部９２とシールリング４１との取付部分をラビリンス構造にして、適切なシール機能を発揮するように設定している。このような隔壁９をケーシング２内に取り付けることにより、ケーシング２の内部空間は、軸受６及び軸受支持ブラケット８を配置した軸受配置空間Ｓ２と、ブロア７から供給される高圧状態の空気流が流通する冷却空気流通空間Ｓ３とに仕切ることができる（図２参照）。軸受配置空間Ｓ２は、端部カバー２２と隔壁９とによって密閉状態に保たれる。

次に、本実施形態のダイナモ装置１における潤滑油及び冷却空気の流れについて説明する。

潤滑油は、端部カバー２２の上端部に形成した潤滑油注入口２２ａから注入され、端部カバー２２の油路２２ｃ及び軸受支持ブラケット８の油路８ａ内を通過して、潤滑油流通空間Ｓ１内に流れ込む。潤滑油流通空間Ｓ１内で軸受６が潤滑油に直接触れることによって潤滑性が向上するとともに、この潤滑油が冷却媒体としても機能し、軸受６に触れることで軸受６との間で熱交換を行い、軸受６の発熱量を有効に低減することができる。潤滑油流通空間Ｓ１に流入して軸受け６を通過した潤滑油はそのまま下方に流れて、軸受支持ブラケット８の油路８ａ及び端部カバー２２の油路２２ｃを通過し、端部カバー２２の下端部近傍に形成した潤滑油排出口２２ｂから排出される。なお、潤滑油注入口２２ａ及び潤滑油排出口２２ｂには、潤滑油の注入処理や排出処理をスムーズ且つ適切に行えるようにキャップがそれぞれ装着されている（図示省略）。

一方、ブロア７から供給される高圧状態の冷却空気は気流導入口２１ａを通ってケーシング２内に流れ込む。本実施形態では、隔壁９のうち第２開口周縁部９２の開口径を第１開口周縁部９１よりも小さく設定しているため、隔壁９のうち第２開口周縁部９２の開口径を第１開口周縁部９１の開口径と同一に設定した場合と比較して、冷却空気の流路スペース（冷却空気流通空間Ｓ３）を大きく確保することができ、冷却空気を冷却空気流通空間Ｓ３に満遍なく流通させることができる。冷却空気（の大部分）は、ロータ５及びステータ３の周囲を通過しながら、発熱しているロータ５及びステータ３と熱交換を行って昇温して加温空気となった後に、ケーシング本体２１に形成した気流排出口２１ｂから大気中に排出される。

そして、本実施形態のダイナモ装置１は、ケーシング２内に隔壁９を設けているため、冷却空気流通空間Ｓ３を流れる冷却空気や加温空気（以下、これらを総称して「高圧空気」と称する場合がある）が、軸受配置空間Ｓ２に流れ込むことを防止・抑制できる。また、高圧空気の一部が隔壁９の第２開口周縁部９２とシールリング４１との取付部分の僅かな隙間を通過して軸受配置空間Ｓ２に流れ込んだ場合であっても、その高圧空気は端部カバー２２に形成した通風孔２２ｅを通じてケーシング２の外部の大気中に排出されるため、軸受支持ブラケット８とシャフト４との間のシール部８ｂを通過する高圧空気の流通量を限りなく０に近づけることができる。その結果、高圧空気が潤滑油流通空間Ｓ１に流入して潤滑油と合流することがなく、高圧空気に合流した潤滑油が高圧空気の気流に乗ってケーシング２の外部に漏出する事態を回避することができる。

ところで、潤滑油を冷却媒体として利用し、潤滑油流通空間Ｓ１内において軸受６と熱交換を行うことにより、軸受６の発熱量を有効に低減することが可能であるが、ケーシング２内に設けた隔壁９により、ブロア７から供給される冷却空気を軸受６や軸受支持ブラケット８の発熱の抑制に利用することは困難である。特にシャフト４の高速回転化に伴って、軸受６や軸受支持ブラケット８の発熱量は多くなるため、潤滑油を利用した冷却に加えてブロア７から供給される冷却空気も軸受６や軸受支持ブラケット８の発熱抑制に利用できれば、動作安定性の向上及び長寿命化を図ることができる。

そこで、本実施形態に係るダイナモ装置１は、図２に示すように、ケーシング２のうち軸受支持ブラケット８に接続される起立壁、つまり端部カバー２２に、通風孔２２ｅとは別に厚み方向に貫通させた開口部２２ｇを形成し、この開口部２２ｇに連通して軸受６又は軸受支持ブラケット８に高圧空気を誘導する冷却空気誘導流路２２ｈを有する。

開口部２２ｇは、端部カバー２２のうち、冷却空気流通空間Ｓ３に連通する位置に形成されたものである。この開口部２２ｇを通じて軸受６又は軸受支持ブラケット８に誘導する高圧空気は、ステータ３やロータ５と熱交換を行う前の冷却空気であることが望ましい。したがって、開口部２２ｇの好適な形成箇所は、端部カバー２２の上半部のうち隔壁９の第１開口周縁部９１との取付位置よりも上方の領域である（図２参照）。なお、この開口部２２ｇは油路２２ｃと連通しない位置に形成されており、複数箇所に形成することも可能である。開口部２２ｇを通風孔２２ｅと同一半径上に形成したり、通風孔２２ｅとは異なる半径上に形成することもできる。

また、本実施形態では、冷却空気誘導流路２２ｈを上述した防塵カバー２２ｆを用いて形成している。防塵カバー２２ｆは、端部カバー２２に正対した場合に、通風孔２２ｅのみならず開口部２２ｇも被覆し得るものである。本実施形態では、防塵カバー２２ｆとして、端部カバー２２の外向き面に接触させた状態で固定されるリング状の鍔部２２ｉと、鍔部２２ｉの内周縁から端部カバー２２から離間する方向に延びる筒状部２２ｊと、筒状部２２ｊの先端からシャフト４に向かって延びる本体部２２ｋとを備えたものを適用し、このような防塵カバー２２ｆと端部カバー２２の外向き面との間に形成される空隙を冷却空気誘導流路２２ｈとして機能させている。本体部２２ｋは、その先端が軸受支持ブラケット８の近傍に位置付けられ、軸受支持ブラケット８との間に所定寸法の空隙を形成している。なお、この防塵カバー２２ｆは、周方向に複数に分割した部分リング状の同一パーツを組み合わせて形成されるものであっってもよい。

このような開口部２２ｇ及び冷却空気誘導流路２２ｈ（防塵カバー２２ｆ）を備えた本実施形態のダイナモ装置１は、ブロア７からケーシング２内に供給される冷却空気を冷却空気流通空間Ｓ３に流入する冷却空気と、開口部２２ｇを通って冷却空気誘導流路２２ｈに流入する冷却空気とに分流させることができる。そして、冷却空気誘導流路２２ｈに流入した冷却空気が軸受支持ブラケット８と熱交換を行うことにより、軸受支持ブラケット８はもちろんのこと、この軸受支持ブラケット８に支持されている軸受６の発熱量を効果的に抑制することができる。熱交換に供された冷却空気は、防塵カバー２２（具体的には本体部２２ｋ）と軸受支持ブラケット８との空隙からケーシング２の外部に排出される。

このように、本実施形態に係るダイナモ装置１は、ケーシング２内に隔壁９を設けて潤滑油が高圧空気の影響を受けてケーシング２の外部に漏れる事態を回避しつつ、冷却空気流通空間Ｓ３には配置されていない軸受６や軸受支持ブラケット８の発熱を、端部カバー２２に設けた開口部２２ｇ及び冷却空気誘導流路２２ｈを通過する冷却空気によって抑制することができ、潤滑油及び冷却空気の両方によって軸受６を効果的に冷却することができる。

特に、本実施形態では、軸受６を直接支持する軸受支持ブラケット８の一部がケーシング２の外部に表出していることを利用して、冷却空気誘導流路２２ｈをケーシング２の外部に設け、この冷却空気誘導流路２２ｈによって冷却空気をケーシング２の外部に表出している軸受支持ブラケット８の一部に確実に導いて熱交換させることができ、軸受６を効果的に冷却することができる。

さらに、本実施形態では、防塵カバー２２ｆを冷却空気誘導流路２２ｈとして機能させることができ、冷却空気誘導流路２２ｈ専用の部材を設ける必要がなく、部品点数の削減及び構造の簡素化を図ることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、冷却空気誘導流路を、防塵カバーとは別に設けた部材を用いて構成することもできる。

また、冷却空気誘導流路に連通する開口部にブロアからの冷却空気を効率良く導くことができるように、ケーシング内において開口部に向かう気流を積極的に起こすためのガイド壁をケーシング内に設けてもよい。

また、冷却空気誘導流路が、開口部を通じてケーシング外に流入した冷却空気を軸受配置空間に引き込み、その後にケーシング外に導く流路であっても構わない。このような冷却空気誘導流路であれば、冷却空気に触れる軸受又は軸受支持部の領域が増大し、熱交換量の増大化を期待できる。

また、ブロア以外の装置や機構によって冷却空気供給部を構成することもできる。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１…ダイナモ装置
２…ケーシング
２２…起立壁（端部カバー）
２２ｇ…開口部
２２ｈ…冷却空気誘導流路
３…ステータ
４…シャフト
５…ロータ
６…軸受
７…冷却空気供給部（ブロア）
８…軸受支持部（軸受支持ブラケット）
９…隔壁
Ｓ１…潤滑油流通空間
Ｓ２…軸受配置空間
Ｓ３…冷却空気流通空間

Claims (3)

1. ケーシングと、当該ケーシング内に固定したステータと、シャフトの軸回りに設けたロータと、前記シャフトを回転可能に支持する軸受と、ケーシング内に流通させる冷却空気を供給する冷却空気供給部とを備えたダイナモ装置であり、
   冷却媒体としても機能する潤滑油の流路を有する軸受支持部と、
   当該軸受支持部と前記軸受との間に形成した潤滑油流通空間と、
   前記ケーシング内に設けられ、且つ前記軸受及び前記軸受支持部を配置した軸受配置空間と前記冷却空気が流通する冷却空気流通空間とを仕切る隔壁と、
   前記ケーシングのうち前記軸受支持部に接続される起立壁において前記冷却空気流通空間側に形成した開口部と、
   当該開口部に連通し、且つ前記軸受又は前記軸受支持部に前記冷却空気を誘導する冷却空気誘導流路とを備えていることを特徴とするダイナモ装置。
2. 前記冷却空気誘導流路が、前記開口部を通じて前記冷却空気を前記ケーシング外において前記軸受又は前記軸受支持部に誘導するものである請求項１に記載のダイナモ装置。
3. 請求項１又は２に記載のダイナモ装置を備え、当該ダイナモ装置を作動させて供試体の性能を測定することを特徴とする自動車用試験装置。

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