JP2012080657A - 回転装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転装置の本体と回転軸の端部との間に仕切り板状の部材が配置される場合であっても、本体側からの潤滑材の漏れを防止することができる回転装置を提供すること。
【解決手段】気流調整板６のベース板６１の領域Ａ側には、そのベース板６１の外周側から中心側に沿って配置された気流ガイド部６２が設けられている。これにより、ロータ軸４１が回転することにより発生する気流であって、気流調整板６の外周側から、ベース板６１の穴６４へ向かう方向に気流を整流することができる。これにより領域Ａでの乱流の発生が抑制されるので、気流調整板６の外周側から空気が十分に補給され、領域Ａでの負圧の発生を抑制することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、モータやダイナモ等の回転装置に関する。

一般に、モータやダイナモの回転電機は、特に回転軸の軸受部分に潤滑油を供給可能な構造を有している（例えば、特許文献１の明細書段落[００１３]等参照）。

この特許文献１の回転電機は、例えば自動車関連製品の開発や試験において試験装置としてのダイナモメータとして使用される。このような回転電機の回転軸の端部には、エンドフランジ（カップリング）を介してエンジンやその他の外部装置の軸が接続され、この回転電機が例えば自動車のタイヤを模擬した負荷として用いられ、そのエンジン等の性能が試験される。

ここで、一般に回転電機の本体には潤滑油の供給路が設けられ、その供給路を介して本体の外部から回転軸の軸受に潤滑油が供給可能となっている。エンドフランジが回転軸に取り付けられた状態では、そのエンドフランジの形状により回転軸の端部にフランジ形状の部分が形成されるようになる。回転電機が高速回転することによりこのエンドフランジが高速回転すると、そのエンドフランジの周囲の空気が遠心力により外周側へ流れ、エンドフランジの周囲、特に軸中心側に負圧が発生する。このように回転軸の端部で負圧が発生すると、上記供給路を介して供給された潤滑油を含む軸受から、その潤滑油が回転軸の端部に設けられたエンドフランジの方へ吸い出されてしまう、という問題があった。

ここで、例えば特許文献２に記載の遠心型の送風装置では、ファンケース内に仕切り板が設けられ、この仕切り板により、ファンが配置される空間（渦形室）と、これを駆動するモータ及び制御基板とが配置される空間（区画空間）とが仕切られている。このような構成により、ファンの回転によりファンケース内に吸入された塩分、水分、ダストが、モータ及び制御基板が配置された空間に浸入することを防止している（例えば、特許文献２の明細書段落[００３９]、図１〜４参照）。

特開２００２−８４７１４号公報 特開２００８−２８０９２８号公報

上述したように、エンドフランジの回転による負圧の影響により軸受等の部分から潤滑油が吸い出されてしまう、という問題を解決するために、特許文献２の送風装置における仕切り板を応用することが考えられる。具体的には、エンドフランジと、回転電機等の回転装置の本体との間に、固定の（回転しない）仕切り板を配置することで、本体の周囲の領域と、エンドフランジ周囲の負圧領域とを遮断するという対策が考えられる。

しかしながら、仕切り板が設けられる場合でも、上記２つの領域同士を完全に遮断することはできない。仕切り板は固定であり回転軸と仕切り板との間に隙間を設ける必要があるからである。この場合、エンドフランジの回転によって、その隙間を介してエンドフランジ側の負圧が本体側に影響すると想定される。そうなると、仕切り板の本体に向く側では、回転軸の径方向外側から回転軸の軸中心へ向かう気流が多くなり、その結果、その軸中心付近で気流がぶつかり合い、仕切り板の本体に向く側では気流が乱流となると考えられる。その一方で、仕切り板と回転軸との間の隙間からエンドフランジが設けられた端部の方向へ気体が吸い出される。つまり、本体と仕切り板との間の空間が負圧気味になる上、本体と仕切り板との間においては乱流の発生によって仕切り板の外周側から軸中心側への気体の供給が不足する。したがって、本体に設けられた軸受の部分から潤滑油が吸い出されるという問題を解決できない。

一方、エンドフランジが回転装置の本体から遠い位置にあるほど、その分回転軸の重量が増え、共振周波数が下がり、その共振周波数に応じて決まる危険回転速度が、実際の回転速度に近づいてくる。したがって、安全上、実際の回転速度から危険回転速度を遠ざけるために、エンドフランジの位置をできるだけ本体に近づける、という設計が必要となる。そうなると、回転装置の本体とエンドフランジとの間の空間を仕切るために仕切り板状の部材を設けることは必須の設計となる。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、回転装置の本体と回転軸の端部との間に仕切り板状の部材が配置される場合であっても、本体側からの潤滑油の漏れを防止することができる回転装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る回転装置は、本体と、回転軸と、気流調整板とを具備する。
前記本体は、軸受に潤滑材を外部から供給可能な供給路を有する。
前記回転軸は、エンドフランジが接続され得る端部、または、フランジ状に形成された端部を有し、前記端部が前記本体から露出するように、前記本体の前記軸受に回転可能に支持される。
前記気流調整板は、前記本体と前記回転軸の端部との間に配置され、前記回転軸との間に隙間をあけて前記回転軸を囲むように設けられ、前記回転軸の回転により発生する、前記本体との間の気流を整流する。

回転軸の端部にエンドフランジが接続された状態で回転軸が回転することで、あるいは回転軸の端部がフランジ状に形成されている場合に回転軸が回転することで、それらエンドフランジまたはフランジ状部分の周囲では、遠心力による気体の流れにより負圧が発生する。そうすると、回転装置の本体と、この本体から露出して設けられた回転軸の端部との間に設けられた気流調整板の周囲では、気流調整板の外周側から、気流調整板と回転軸との間の隙間へ向かう方向に気流が発生する。この気流は気流調整板によって整流され、本体と気流調整板との間における乱流の発生が抑制されるので、気流調整板の外周側から気体が十分に補給され、本体と気流調整板との間での負圧の発生を抑制することができる。このように本発明では、気流調整板という仕切り板状の部材を、本体と回転軸の端部との間に配置することにより、回転軸の端部の位置をできるだけ本体に近づけ、実際の回転速度から危険速度を遠ざけて安全性を確保しながらも、本体の供給路から供給された潤滑材が軸受部分から、本体の外部に露出した回転軸の端部側へ漏れ出ることを防止することができる。

本発明の別の形態に係る回転装置は、本体と、回転軸と、仕切り板と、気流のガイド部とを具備する。
前記本体は、軸受に潤滑材を外部から供給可能な供給路を有する。
前記回転軸は、エンドフランジが接続され得る端部、または、フランジ形状の端部を有し、前記端部が前記本体から露出するように、前記本体の前記軸受に回転可能に支持される。
前記仕切り板は、前記本体と前記回転軸の端部との間に配置され、前記回転軸との間に隙間をあけて前記回転軸を囲むように設けられる。
前記気流のガイド部は、長手方向が前記仕切り板の外周側から前記隙間側への方向に沿って配置されるように、前記仕切り板の前記本体側に設けられる。

本発明においても、上述のようにエンドフランジまたはフランジ状部分の周囲では、遠心力による気体の流れにより負圧が発生する。そうすると、回転装置の本体と、この本体から露出して設けられた回転軸の端部との間に設けられた仕切り板の周囲では、仕切り板の外周側から、仕切り板と回転軸との間の隙間へ向かう方向に気流が発生する。この気流は、仕切り板の当該方向に沿って設けられたガイド部により、外周側から当該隙間に向かって整流される。したがって、本体と仕切り板との間における乱流の発生が抑制されるので、仕切り板の外周側から気体が十分に補給され、本体と仕切り板との間での負圧の発生を抑制することができる。このように本発明では、本体と回転軸の端部との間に仕切り板を配置することにより、回転軸の端部の位置をできるだけ本体に近づけ、実際の回転速度から危険速度を遠ざけて安全性を確保しながらも、本体の供給路から供給された潤滑材が軸受部分から、本体の外部に露出した回転軸の端部側へ漏れ出ることを防止することができる。

以上、本発明によれば、回転装置の本体と回転軸の端部との間に仕切り板状の部材が配置される場合であっても、本体側からの潤滑材の漏れを防止することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る回転装置を示す断面図である。 図２は、ロータ軸方向でハウジング側から見た気流調整板の正面図である。 図３は、図１において気流調整板の周辺部を拡大して示した図である。 図４は、本発明の第２の実施形態に係る気流調整板であって、ロータ軸方向で見た気流調整板の正面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

[第１の実施形態]
図１は、本発明の第１の実施形態に係る回転装置を示す断面図である。

この回転装置１００は、典型的には、例えば車両用のエンジンやトランスミッション等の供試体（被試験装置）（図示せず）を試験する試験装置、つまりダイナモメータとしてこれらの供試体に接続されて使用される。あるいは、回転装置１００は、ガスタービン等の動力源に接続されて発電機として使用されてもよいし、外部装置を駆動するモータとして使用されてもよい。

回転装置１００は、ハウジング１を含む本体５０を備えている。ハウジング１は、両端（図１中の左右の両端）が開口された筒体１１と、この筒体１１の両端部にそれぞれ装着され固定されたカバー１２及び１３とを有する。ハウジング１の中心には、ロータ４が配置され、ロータ４の周囲に、コア３１及びコイル３２を有するステータ３が配置されている。ステータ３は、ハウジング１の筒体１１の内壁に固定されている。ロータ４は回転軸としてのロータ軸４１を有し、ロータ軸４１の周囲に永久磁石４２が固定されている。ロータ軸４１は、その両端部が本体５０から露出するように、すなわちハウジング１から外部へ露出するように設けられている。

ハウジングの筒体１１の両端の開口部１１ａ及び１１ｂには、ロータ軸４１の両端部寄りの位置をそれぞれ回転可能に支持する軸受２１及び２２がそれぞれ設けられている。カバー１２及び１３の中央部には凹部１２ａ及び１３ａがそれぞれ形成され、それらの凹部１２ａ及び１３ａには、軸受２１及び２２をそれぞれ固定する軸受ナット２３及び２４が配置されている。

ハウジング１の筒体１１には、筒体１１の外周部から軸受２１及び２２まで連通する供給路として油路１４及び１５がそれぞれ形成されている。これらの油路１４及び１５を介して、筒体１１の外周部から軸受２１に潤滑材として潤滑油が供給可能となっている。

カバー１２及び１３とロータ軸４１とが対面する部分には、軸受２１及び２２部分から潤滑油がハウジング１外へ漏れ出ることを抑制するラビリンスシール構造５がそれぞれ設けられている。

ロータ軸４１の一端部４１１にはエンドフランジ７（カップリング）が接続され固定されている。ロータ軸４１は、このエンドフランジ７を介して、上記した供試体や動力源等の外部装置の駆動軸１５０に接続されている。

回転装置１００は、ハウジング１とエンドフランジ７との間に配置された気流調整板６を備える。図２は、ロータ軸方向でハウジング１側から見た気流調整板６の正面図である。気流調整板６には、ボルト等の固定具６３による固定のためにネジ孔が複数形成され、図１に示すように、気流調整板６はその固定具６３によってハウジング１のカバー１２に固定されている。

気流調整板６は、例えば円形のベース板６１と、このベース板６１に設けられた、複数の気流ガイド部６２とを有する。図２に示すように、これらの気流ガイド部６２は、例えば曲線状で細長く形成され、例えばロータ軸４１の回転方向に沿って所定の角度間隔で配列されている。気流ガイド部６２の数は、図２では８つであるが、これより少なくてもよいし多くてもよい。

ベース板６１の中央部にはロータ軸４１が通る穴６４が形成され、ロータ軸４１と穴６４の内周面との間には隙間ｇが形成される。気流ガイド部６２は、その長手方向がベース板６１の径方向外周側からその内周側にある隙間ｇ側（穴６４側）に沿って配置されるように、ベース板６１に設けられている。ベース板６１の穴６４の内周面と、ロータ軸４１の外周面との距離は例えば０．５〜２ｍｍであるが、この範囲に限られない。

図１に示すように、気流調整板６の直径と、ハウジング１（の例えばカバー１２）の外径とを比べると、気流調整板６の直径の方が大きく形成されている。気流調整板６の直径が２００〜５００ｍｍである場合、例えばそれらの半径の差ａは、例えば１０〜１５ｍｍとされる。しかし、差ａはその範囲に限られない。

また、図１に示すように、ロータ軸方向において、気流ガイド部６２のハウジング１側の端部と、ハウジング１の端部との間の距離ｂは、例えば０．５〜１．５ｍｍとされるが、できるだけ狭い方が好ましい。ベース板６１のエンドフランジ７側の面と、エンドフランジ７のベース板６１側の端部との間の距離ｃは、例えば０．５〜２ｍｍとされる。しかし、距離ｂ、ｃはこれらの範囲に限られない。

図３は、図１において気流調整板６の周辺部を拡大して示した図である。気流調整板６のベース板６１は、回転装置１００のハウジング１側の領域Ａと、エンドフランジ７側の領域Ｂとを仕切る仕切り板としての機能を有する。これにより、後述するようにロータ４が回転してエンドフランジ７が回転することで発生する負圧の領域Ｂから領域Ａを遮断することができる。

以上のように構成された回転装置１００の動作を説明する。

この回転装置１００が例えばダイナモメータ等の試験装置として使用され、これに接続される装置が車両用のエンジンである場合、外部装置が作動して駆動軸１５０が回転すると、エンドフランジ７を介してこの駆動軸１５０に接続されたロータ軸４１を有するロータ４が回転する。すなわちこの場合、回転装置１００としての試験装置はその外部装置の負荷となり、回転装置１００は車両のタイヤやトランスミッション等を模擬するものとなる。回転装置１００の回転速度は、１０，０００〜５０，０００ｒｐｍ、あるいはその範囲より高い高速回転となる。

このようにロータ４が高速回転すると、エンドフランジ７の周囲では、遠心力によりエンドフランジ７の外周側へ空気の流れが発生し、領域Ｂでは負圧領域となる。ここで、領域ＡとＢとが気流調整板６のベース板６１により仕切られているため、領域Ａではその負圧の影響を抑えることができる。

しかし、回転装置１００の回転がさらに高速になると、領域Ｂでの負圧がさらに高まり、ロータ軸４１とベース板６１との隙間ｇ、つまり穴６４を介して領域Ａの空気が領域Ｂの方へ流れ出るようになる。

この場合、仮に気流ガイド部６２がないとすると、ベース板６１の穴６４付近へ向けてベース板６１の外周側から空気が集まる過程で領域Ａで乱流が発生する。領域Ａで乱流が発生すると、領域Ａに十分な量の空気が補給されず、領域Ａで負圧状態が持続することになり、軸受２１から潤滑油が漏れ出るおそれがある。

本実施形態では、ベース板６１の領域Ａ側には、そのベース板６１の外周側から中心側に沿って配置された気流ガイド部６２が設けられているので、気流調整板６の外周側から、ベース板６１の穴６４へ向かう方向に気流を整流することができる。これにより領域Ａでの乱流の発生が抑制されるので、気流調整板６の外周側から空気が十分に補給され、領域Ａでの負圧の発生を抑制することができる。

ここで、エンドフランジ７が回転装置１００の本体５０から遠い位置にあるほど、その分回転軸の重量が増え、共振周波数が下がり、その共振周波数に応じて決まる危険回転速度が、実際の回転速度に近づいてくる。したがって、安全上、実際の回転速度から危険回転速度を遠ざけるために、エンドフランジ７の位置をできるだけ本体５０に近づける、という設計が必要となる。そうなると、回転装置１００の本体５０とエンドフランジ７との間の空間を仕切るために仕切り板状の部材を設けることは必須の設計となる。

本実施形態では、気流調整板６という仕切り板状の部材を、回転装置１００の本体５０とロータ軸４１の一端部４１１との間に配置することにより、ロータ軸４１の一端部４１１の位置をできるだけ本体５０に近づけ、実際の回転速度から危険速度を遠ざけて安全性を確保しながらも、軸受２１から潤滑油が、本体５０の外部に配置されたロータ軸４１の一端部４１１側へ漏れ出ることを防止することができる。

また、本実施形態では、上記したように気流調整板６の直径の方が、ハウジング１の端部の外径より大きく形成されている。これにより、領域Ａ側、つまり回転装置１００の本体５０側の空気が、気流調整板６の外周面より外側を通って（ベース板６１の穴６４を通らずに）直接領域Ｂ側へ流れる、という状態を抑えることができる。すなわち、領域Ａにおいて、回転装置１００の本体５０側からの空気を気流調整板６の内周側へ十分に補給することができる。

[第２の実施形態]
図４は、本発明の第２の実施形態に係る気流調整板１６であって、ロータ軸方向で見た気流調整板１６の正面図である。この気流調整板１６と、上記第１の実施形態に係る気流調整板１６と異なる点は、ベース板１６１に設けられた気流ガイド部１６２の長手方向が径方向に沿うように直線状に配置されている点である。このような気流調整板１６によっても、上記実施形態に係る気流調整板６によって奏する作用効果と同様の作用効果が得られる。

[その他の実施形態]
本発明に係る実施形態は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態が実現される。

上記第２の実施形態に係る気流調整板１６の気流ガイド部１６２は、ベース板１６１の径方向に沿って配置されていたが、径方向から所定角度ずれて配置されていてもよい。

上記実施形態では、エンドフランジ７はロータ軸４１の一端部４１１に接続される、ロータ軸４１とは別体の部材として説明した。しかし、ロータ４の一端部がフランジ状部分を有し、つまりエンドフランジがロータ軸の一部の形状をなすものであってもよい。

上記実施形態に係る気流調整板では、細長い形状の気流ガイド部がベース板に設けられる構成であった。しかし、気流調整板は、空気が通る流路として複数の溝（あるいは凹部）がベース板自体に形成された構成を備えていてもよい。その場合、溝の長手方向の形状や角度は、図２及び４に示したように種々の変形が可能である。また、ロータ軸の回転方向に沿った各溝のピッチは、適宜変更可能である。

気流調整板の気流ガイド部の長手方向の長さは適宜変更可能である。例えば、図３では、気流ガイド部６２の外周側端部がハウジング１の外周面より若干外側に位置していたが、ハウジング１の外周面より内側に位置していてもよい。また例えば、気流ガイド部の外周側端部が、ベース板の外周縁部に一致していてもよい。あるいは、気流ガイド部の内周側端部が、ベース板の、ロータ軸を通す穴の外周縁部に一致していてもよい。

上記実施形態では、回転装置１００が空気中にあり気流調整板６が空気を整流する例について説明した。しかし、気流調整板６は、空気以外の気体、例えば窒素やアルゴン等の不活性気体、あるいはその他の気体の気流を調整するものであってもよい。

ｇ…隙間
６、１６…気流調整板
７…エンドフランジ
１４、１５…油路（供給路に相当）
２１、２２…軸受
４１…ロータ軸
５０…本体
６１、１６１…ベース板（仕切り板に相当）
６２、１６２…気流ガイド部（ガイド部に相当）
１００…回転装置
４１１…ロータ軸の一端部

Claims (2)

1. 軸受に潤滑材を外部から供給可能な供給路を有する本体と、
   エンドフランジが接続され得る端部、または、フランジ状に形成された端部を有し、前記端部が前記本体から露出するように、前記本体の前記軸受に回転可能に支持された回転軸と、
   前記本体と前記回転軸の端部との間に配置され、前記回転軸との間に隙間をあけて前記回転軸を囲むように設けられ、前記回転軸の回転により発生する、前記本体との間の気流を整流する気流調整板と
   を具備する回転装置。
2. 軸受に潤滑材を外部から供給可能な供給路を有する本体と、
   エンドフランジが接続され得る端部、または、フランジ形状の端部を有し、前記端部が前記本体から露出するように、前記本体の前記軸受に回転可能に支持された回転軸と、
   前記本体と前記回転軸の端部との間に配置され、前記回転軸との間に隙間をあけて前記回転軸を囲むように設けられた仕切り板と、
   長手方向が前記仕切り板の外周側から前記隙間側への方向に沿って配置されるように、前記仕切り板の前記本体側に設けられた気流のガイド部と
   を具備する回転装置。

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