JP2016158314A - Bearing of rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電機等の回転電機の軸受に関する。 The present invention relates to a bearing for a rotating electrical machine such as a generator.
発電機等の回転電機では、軸受により回転軸の両端を支持している。軸受は、油膜を介して内側に回転軸を支持する円環状又は複数の円弧状の片からなる軸受メタル、及び、内側に軸受メタルを支持する中空の軸受箱で構成されている。 In a rotating electrical machine such as a generator, both ends of a rotating shaft are supported by bearings. The bearing is composed of a bearing metal formed of an annular shape or a plurality of arc-shaped pieces that support the rotating shaft on the inner side through an oil film, and a hollow bearing box that supports the bearing metal on the inner side.
軸受の外部には給油設備が備えられており、この給油設備によって回転軸を支持する軸受の内周面(以下、軸受面)と回転軸との隙間に対して潤滑油の給排を行うことで、上記油膜が形成される。 A lubrication facility is provided outside the bearing, and the lubrication oil is supplied to and discharged from the clearance between the inner peripheral surface (hereinafter referred to as the bearing surface) of the bearing that supports the rotating shaft and the rotating shaft. Thus, the oil film is formed.
大型の回転電機においては、軸受によって両端のみが支持されている回転軸が、重力により撓むため、軸受メタルの軸受箱に支持される面を凸球面状とする形状が採用されることが多い(下記特許文献1参照)。
In a large rotating electrical machine, a rotating shaft that is supported only at both ends by a bearing bends due to gravity, and therefore, a shape in which a surface supported by a bearing box of a bearing metal is a convex spherical shape is often employed. (See
また、回転軸の磁気抵抗が円周方向に一様でない場合、回転中の回転軸には交番磁界による起電力が発生する。この起電力は数ボルト程度の大きさであり、上述したように軸受面と回転軸との隙間に油膜が形成されるため、通常は回転軸から軸受へ電流が流れることはない。 Further, when the magnetic resistance of the rotating shaft is not uniform in the circumferential direction, an electromotive force is generated by an alternating magnetic field on the rotating rotating shaft. This electromotive force has a magnitude of about several volts, and an oil film is formed in the gap between the bearing surface and the rotating shaft as described above. Therefore, normally, no current flows from the rotating shaft to the bearing.
しかし、潤滑油の給油量が不足するなどの要因によって油膜が十分形成されない場合、回転軸と軸受面とが接触して電流が流れてしまうという問題が発生する。 However, when the oil film is not sufficiently formed due to factors such as insufficient supply amount of the lubricating oil, there arises a problem that current flows due to contact between the rotating shaft and the bearing surface.
この問題を防止するため、例えば下記特許文献1に開示された回転電機では、軸受箱の外周面に沿って円環状の絶縁板を設けることで軸受箱の外部の構造物に漏電することを防いでいる。絶縁板には、一般的にエポキシ樹脂あるいはフッ素系樹脂が用いられ、軸受箱に対して押し込むようにして嵌めることで設置される。
In order to prevent this problem, for example, in the rotating electrical machine disclosed in
一方、回転軸の表面には油膜の円周方向せん断応力が働くことにより、摩擦トルクが発生する。油膜は摩擦トルクによって発熱するが、この熱量は上述した潤滑油の給排により軸受の外部へ排出されるため、熱平衡状態が保たれる。 On the other hand, frictional torque is generated by the circumferential shear stress of the oil film acting on the surface of the rotating shaft. The oil film generates heat due to frictional torque, but this amount of heat is discharged to the outside of the bearing by the supply and discharge of the lubricating oil described above, so that a thermal equilibrium state is maintained.
潤滑油の給油量及び排油量を増やすことで軸受の外部へ排出される熱量は増える。しかしながら最近では、給油設備の小型化、あるいは、給油設備を設けずオイルリング又はオイルディスクで潤滑油を汲み上げて潤滑油を供給する自己給油式を用いることで、生産コストを低減することが要求されており、これらの手段を用いると潤滑油の給油量及び排油量が減少し、軸受の外部へ排出される熱量が減少してしまう。 Increasing the amount of lubricating oil supplied and discharged increases the amount of heat discharged to the outside of the bearing. However, recently, it has been required to reduce the production cost by downsizing the oil supply equipment or using a self-oil supply system that pumps up the lubricating oil with an oil ring or oil disk without supplying the oil supply equipment and supplies the lubricating oil. If these means are used, the amount of lubricating oil supplied and the amount of oil discharged will decrease, and the amount of heat discharged outside the bearing will decrease.
給油量及び排油量を減少させても熱的平衡状態を保つためには、軸受から外部の構造物への熱伝導率を増加させる必要がある。しかし、軸受箱の外周に沿った絶縁板を構成するエポキシ樹脂あるいはフッ素系樹脂は、熱伝導率が小さいという問題がある。 In order to maintain the thermal equilibrium state even if the oil supply amount and the oil discharge amount are reduced, it is necessary to increase the thermal conductivity from the bearing to the external structure. However, the epoxy resin or fluorine-based resin constituting the insulating plate along the outer periphery of the bearing box has a problem that the thermal conductivity is small.
一方、絶縁板は運転時に回転子の荷重および運転による振動荷重などを受けるため、長年の使用によって破損するケースがある。 On the other hand, since the insulating plate receives the load of the rotor and the vibration load due to the operation during operation, there are cases where the insulation plate is damaged by long-term use.
本発明は、上述のような技術的状況に鑑みてなされたものであり、軸受の熱伝導率を増加させ、かつ、製造時の絶縁板の破損を防止することを可能とする回転電機の軸受を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described technical situation, and is a bearing for a rotating electrical machine that can increase the thermal conductivity of the bearing and prevent damage to the insulating plate during manufacturing. The purpose is to provide.
上記課題を解決する第1の発明に係る回転電機の軸受は、
油膜を介して内周面により回転軸を支持する軸受メタル、及び、該軸受メタルの外周面を支持する軸受箱を備える回転電機の軸受であって、
前記軸受メタルの前記内周面と前記外周面とを電気的に離隔するように、該内周面と該外周面との間に絶縁板の層が配される
ことを特徴とする。
A bearing for a rotating electrical machine according to a first invention for solving the above-described problems is
A bearing metal that supports a rotating shaft by an inner peripheral surface through an oil film, and a bearing of a rotating electrical machine that includes a bearing box that supports the outer peripheral surface of the bearing metal,
An insulating plate layer is disposed between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface so as to electrically separate the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the bearing metal.
上記課題を解決する第2の発明に係る回転電機の軸受は、
上記第1の発明に係る回転電機の軸受において、
前記軸受メタルは、前記内周面を有する内側支持部、及び、該内側支持部の径方向外側に配され外周面を有する外側支持部を備え、
前記絶縁板は、前記内側支持部と前記外側支持部との間に配される
ことを特徴とする。
A bearing for a rotating electrical machine according to a second invention that solves the above-described problem is as follows.
In the rotary electric machine bearing according to the first invention,
The bearing metal includes an inner support portion having the inner peripheral surface, and an outer support portion having an outer peripheral surface disposed on the radially outer side of the inner support portion,
The insulating plate may be disposed between the inner support portion and the outer support portion.
上記課題を解決する第3の発明に係る回転電機の軸受は、
上記第1又は2の発明に係る回転電機の軸受において、
前記軸受メタルの前記外周面は凸球面状であり、該外周面を支持する前記軸受箱の面は該凸球面状に対応する凹球面状である
ことを特徴とする。
A bearing for a rotating electrical machine according to a third aspect of the present invention for solving the above-described problem is
In the rotary electric machine bearing according to the first or second invention,
The outer peripheral surface of the bearing metal has a convex spherical shape, and the surface of the bearing box that supports the outer peripheral surface has a concave spherical shape corresponding to the convex spherical shape.
上記課題を解決する第4の発明に係る回転電機の軸受は、
上記第1から3のいずれか1つの発明に係る回転電機の軸受において、
前記絶縁板はアルミナで構成されている
ことを特徴とする。
A bearing for a rotating electrical machine according to a fourth invention for solving the above-described problems is
In the rotating electrical machine bearing according to any one of the first to third aspects of the invention,
The insulating plate is made of alumina.
上記第1の発明に係る回転電機の軸受によれば、前記軸受メタルの前記内周面と前記外周面とを電気的に離隔するように、該内周面と該外周面との間に絶縁板の層が配されるようにしたので、該絶縁板は、該軸受メタルの外周に配置される従来の絶縁板と比べて径が小さくなることで強度が高くなるため、製造時に絶縁板の破損を防ぐことができる。 According to the bearing of the rotating electrical machine according to the first aspect of the invention, insulation is provided between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface so as to electrically separate the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the bearing metal. Since the layers of the plate are arranged, the insulating plate has a higher strength due to a smaller diameter than the conventional insulating plate arranged on the outer periphery of the bearing metal. Damage can be prevented.
上記第2の発明に係る回転電機の軸受によれば、上記第1の発明に係る回転電機の軸受において、前記軸受メタルは、前記内周面を有する内側支持部、及び、該内側支持部の径方向外側に配され外周面を有する外側支持部を備え、前記絶縁板は、前記内側支持部と前記外側支持部との間に配されるようにしたので、該絶縁板は、該軸受メタルの外周に配置される従来の絶縁板と比べて径が小さくなることで強度が高くなるため、製造時に絶縁板の破損を防ぐことができる。 According to the bearing of the rotating electrical machine according to the second aspect of the invention, in the bearing of the rotating electrical machine according to the first aspect of the invention, the bearing metal includes an inner support portion having the inner peripheral surface, and the inner support portion. An outer support portion having an outer peripheral surface is provided on the outer side in the radial direction, and the insulating plate is arranged between the inner support portion and the outer support portion. Since the strength is increased by reducing the diameter as compared with the conventional insulating plate disposed on the outer periphery of the insulating plate, it is possible to prevent the insulating plate from being damaged during manufacture.
上記第3の発明に係る回転電機の軸受によれば、上記第1又は2の発明に係る回転電機の軸受において、前記軸受メタルの前記外周面は凸球面状であり、該外周面を支持する前記軸受箱の面は該凸球面状に対応する凹球面状であるので、大型の回転電機に設けられる球面軸受に適用することができる。 According to the bearing of the rotating electrical machine according to the third aspect of the invention, in the bearing of the rotating electrical machine according to the first or second aspect of the invention, the outer peripheral surface of the bearing metal has a convex spherical shape and supports the outer peripheral surface. Since the surface of the bearing box has a concave spherical shape corresponding to the convex spherical shape, it can be applied to a spherical bearing provided in a large rotating electrical machine.
上記第4の発明に係る回転電機の軸受によれば、上記第1から3のいずれか1つの発明に係る回転電機の軸受において、絶縁板がアルミナで構成されるので、絶縁板にエポキシ樹脂あるいはフッ素系樹脂を用いた従来の軸受に比べ、熱伝導率を増加させることができ、また、強度も高くなり、運転時の長期信頼性を高めることができる。 According to the bearing of the rotating electrical machine according to the fourth aspect of the invention, in the rotating electrical machine bearing according to any one of the first to third aspects of the invention, the insulating plate is made of alumina. Compared with a conventional bearing using a fluorine-based resin, the thermal conductivity can be increased and the strength can be increased, and the long-term reliability during operation can be improved.
以下、本発明に係る回転電機の軸受を実施例にて図面を用いて説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, bearings of a rotating electrical machine according to the present invention will be described with reference to the drawings in the embodiments.
[実施例1]
本発明の実施例1に係る回転電機の軸受について、図1を用いて説明する。
[Example 1]
A bearing of a rotating electrical machine according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
本発明の実施例1に係る回転電機の軸受は、潤滑油の油膜(図示略)を介して内側に回転軸3を支持する円環状又は複数の円弧状の片からなる軸受メタル2、及び、内側に軸受メタル2を支持し外周面1aがベース4に接して支持される中空の軸受箱1を備えている。
The bearing of the rotating electrical machine according to the first embodiment of the present invention includes a bearing
軸受メタル2は、回転軸3を支持する軸受面としての内周面14aを有する円環状又は複数の円弧状の片からなる内側支持部14、及び、内側支持部14の径方向外側に配され、凸球面状の外周面13aを有する円環状又は複数の円弧状の片からなる外側支持部13を備えている。図1に示す例では外側支持部13が内側支持部14よりも軸方向に短くなっている。
The bearing
軸受箱1には、軸受メタル2の外周面13aを支持する支持面11aを有する軸受メタル支持部11、及び、軸方向両端において回転軸3へ向けて拡張し、潤滑油の排油量を調整する油切部12が形成されている。軸受箱1の支持面11aは、軸受メタル2の外周面13aの凸球面状に対応する凹球面状となっている。
The
上述のように、軸受箱1の支持面11aは凹球面状、軸受メタル2の外周面13aは凸球面状であることで、本発明の実施例1に係る回転電機の軸受は球面座となり、大型の回転電機に用いることができる。
As described above, the
内側支持部14と外側支持部13との間には、周方向全体にわたり絶縁板5が設けられている。この構成は、内側支持部14に絶縁板5を押し込み嵌めた後、絶縁板5に外側支持部13を押し込むようにして嵌めることで作製される。
Between the inner side support
上述のように構成することで、軸受メタル2の内周面14aと外周面13aとを電気的に離隔するように、軸受メタル2の内周面14aと外周面13aとの間に絶縁板5の層が配されることになり、絶縁体5は、軸受メタル2の外周に配置される従来の絶縁板と比べて径が小さくなる。一般的に円環状あるいは円弧状の構造物は径が小さくなることで強度が高くなるため、製造時に絶縁板5を内側支持部14に押し込むようにして嵌める際の破損を防ぐことができる。
By configuring as described above, the
また、絶縁板5の材料には、従来のエポキシ樹脂あるいはフッ素系樹脂ではなく、アルミナを用いる。以下、一例としてエポキシ樹脂ガラス積層板とアルミナの性質を比較する。なお、下記EL‐GEH,EL‐GEF,A‐479は、JIS規格に基づいた表記である。
The material of the insulating
絶縁抵抗については、エポキシ樹脂ガラス積層板(EL‐GEH)が106〜107[MΩ]であるのに対し、アルミナ(A‐479)は108[MΩ]以上である。 Regarding the insulation resistance, the epoxy resin glass laminate (EL-GEH) is 10 6 to 10 7 [MΩ], whereas the alumina (A-479) is 10 8 [MΩ] or more.
熱伝導率(20℃の場合)については、エポキシ樹脂ガラス積層板(EL‐GEF)が約0.2[W/m・K]であるのに対し、アルミナ(A‐479)は29[W/m・K]である。 Regarding the thermal conductivity (at 20 ° C.), the epoxy resin glass laminate (EL-GEF) is about 0.2 [W / m · K], whereas alumina (A-479) is 29 [W / M · K].
圧縮強さについては、エポキシ樹脂ガラス積層板(EL‐GEH)が441〜539[MPa]であるのに対し、アルミナ(A‐479)は2160[MPa]である。 Regarding the compressive strength, the epoxy resin glass laminate (EL-GEH) has a value of 441 to 539 [MPa], whereas alumina (A-479) has a value of 2160 [MPa].
ヤング率については、エポキシ樹脂ガラス積層板(EL‐GEH)が21.6〜24.5[GPa]であるのに対し、アルミナ(A‐479)は360[GPa]である。 Regarding the Young's modulus, the epoxy resin glass laminate (EL-GEH) is 21.6 to 24.5 [GPa], while the alumina (A-479) is 360 [GPa].
上述のように、アルミナはエポキシ樹脂及びフッ素系樹脂に比べて熱伝導率が高いため、絶縁板5にアルミナを用いた本発明の実施例1に係る回転電機の軸受は、絶縁板5にエポキシ樹脂あるいはフッ素系樹脂を用いた従来の軸受に比べ、軸受の外部への熱伝導率が増加し、軸受への潤滑油の給油量及び排油量が減少しても熱的平衡状態を保つことができる。
As described above, since alumina has higher thermal conductivity than epoxy resin and fluorine-based resin, the bearing of the rotating electrical machine according to the first embodiment of the present invention that uses alumina for the insulating
また、アルミナはエポキシ樹脂及びフッ素系樹脂に比べて圧縮強さ及びヤング率が高いため、絶縁板5にアルミナを用いた本発明の実施例1に係る回転電機の軸受は、絶縁板5にエポキシ樹脂あるいはフッ素系樹脂を用いた従来の軸受に比べ、より強度が高くなり、製造時に絶縁板5を内側支持部14に押し込むようにして嵌める際の破損を防ぐことができる。
In addition, since alumina has higher compressive strength and Young's modulus than epoxy resin and fluororesin, the bearing of the rotating electrical machine according to the first embodiment of the present invention using alumina for the insulating
また、本実施例のごとく、外周面13aを有する外側支持部13の軸方向長さを、内周面14aを有する内側支持部14より短くして、これらの間に絶縁板5を設けるようにすれば、絶縁板5の軸方向長さを短くすることができ、製造及びコストの上で有利となる。
Further, as in the present embodiment, the axial length of the
[実施例2]
本発明の実施例2に係る回転電機の軸受について、図2を用いて説明する。なお、図2では実施例1と同じ構成については同じ符号を付している。以下では実施例1と異なる部分を中心に説明する。
[Example 2]
A bearing of a rotating electrical machine according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. In the following, description will be made centering on differences from the first embodiment.
軸受メタル6は、円環状又は複数の円弧状の片からなり、回転軸3を支持する軸受面としての内周面6b、及び、軸受箱1の凹球面状の支持面11aに支持される凸球面状の外周面6aを備えている。図2には、内周面6bが外周面6aよりも軸方向に長い例が示されている。
The bearing
すなわち、本実施例の軸受メタル6は、実施例1の軸受メタル2のように内側支持部14と外側支持部13とに分かれておらず、一体のものである。
That is, the bearing
軸受箱1の外周面1aにおける、ベース4及び図示しない他の構造物と接する部分には、絶縁板7が配置される。また、絶縁板7の材料には、従来のエポキシ樹脂あるいはフッ素系樹脂ではなく、アルミナを用いる。
An insulating
実施例1における説明同様、アルミナはエポキシ樹脂及びフッ素系樹脂に比べて熱伝導率が高いため、絶縁板7にアルミナを用いた本発明の実施例1に係る回転電機の軸受は、絶縁板7にエポキシ樹脂あるいはフッ素系樹脂を用いた従来の軸受に比べ、軸受の外部への熱伝導率が増加し、軸受への潤滑油の給油量及び排油量が減少しても熱的平衡状態を保つことができるようになる。
Similar to the description in the first embodiment, alumina has a higher thermal conductivity than the epoxy resin and the fluorine-based resin. Therefore, the bearing of the rotating electrical machine according to the first embodiment of the present invention using alumina for the insulating
また、アルミナはエポキシ樹脂及びフッ素系樹脂に比べて圧縮強さ及びヤング率が高いため、絶縁板7にアルミナを用いた本発明の実施例1に係る回転電機の軸受は、絶縁板7にエポキシ樹脂あるいはフッ素系樹脂を用いた従来の軸受に比べ、より強度が高くなり、製造時に絶縁板7を軸受メタル6に押し込むようにして嵌める際の破損を防ぐことができる。
In addition, since alumina has higher compressive strength and Young's modulus than epoxy resin and fluororesin, the bearing of the rotating electrical machine according to the first embodiment of the present invention using alumina for the insulating
[実施例3]
本発明の実施例3に係る回転電機の軸受について、図3を用いて説明する。なお、図3では実施例1,2と同じ構成については同じ符号を付している。以下では実施例1,2と異なる部分を中心に説明する。
[Example 3]
A bearing for a rotating electrical machine according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the same components as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals. Below, it demonstrates centering on a different part from Example 1,2.
本発明の実施例3に係る回転電機の軸受は、転がり軸受であり、回転軸3に固定され、回転軸3と共に回転可能である内輪23、複数の転動体22を介して内輪23を支持する外輪21、及び、内側に外輪21を支持し外周面9aがベース4に接して支持される中空の軸受箱9を備えている。
The bearing of the rotating electrical machine according to the third embodiment of the present invention is a rolling bearing, and is supported on the
軸受箱9の外周面9aにおける、ベース4及び図示しない他の構造物と接する部分には、絶縁板8が配置される。また、絶縁板8の材料には、従来のエポキシ樹脂あるいはフッ素系樹脂ではなく、アルミナを用いる。
An insulating
すなわち、本発明の実施例1,2に係る回転電機の軸受は滑り軸受であるものとしたが、本発明の実施例3に係る回転電機の軸受は転がり軸受である。このような場合でも、絶縁板8にアルミナを用いることで、軸受の外部への熱伝導率が増加し、軸受への潤滑油の給油量及び排油量が減少しても熱的平衡状態を保つことができ、また、強度も高く、製造時に絶縁板8を軸受箱9に押し込むようにして嵌める際の破損を防ぐことができる。
That is, although the bearing of the rotary electric machine which concerns on Example 1, 2 of this invention shall be a sliding bearing, the bearing of the rotary electric machine which concerns on Example 3 of this invention is a rolling bearing. Even in such a case, by using alumina for the insulating
本発明は、発電機等の回転電機の軸受として好適である。 The present invention is suitable as a bearing for a rotating electrical machine such as a generator.
1,9 軸受箱
2,6 軸受メタル
3 回転軸
4 ベース
5,7,8 絶縁板
1a (軸受箱1の)外周面
6a (軸受メタル6の)外周面
6b (軸受メタル6の)内周面
9a (軸受箱9の)外周面
11 軸受メタル支持部
11a (軸受メタル支持部11の)支持面
12 油切部
13 外側支持部
13a (外側支持部13の)外周面
14 内側支持部
14a (内側支持部14の)内周面
21 外輪
22 転動体
23 内輪
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記軸受メタルの前記内周面と前記外周面とを電気的に離隔するように、該内周面と該外周面との間に絶縁板の層が配される
ことを特徴とする、回転電機の軸受。 A bearing metal that supports a rotating shaft by an inner peripheral surface through an oil film, and a bearing of a rotating electrical machine that includes a bearing box that supports the outer peripheral surface of the bearing metal,
Insulating plate layer is disposed between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface so as to electrically separate the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the bearing metal. Bearings.
前記絶縁板は、前記内側支持部と前記外側支持部との間に配される
ことを特徴とする、請求項1に記載の回転電機の軸受。 The bearing metal includes an inner support portion having the inner peripheral surface, and an outer support portion having the outer peripheral surface arranged on the radially outer side of the inner support portion,
The bearing for a rotating electrical machine according to claim 1, wherein the insulating plate is disposed between the inner support portion and the outer support portion.
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載の回転電機の軸受。 The outer peripheral surface of the bearing metal has a convex spherical shape, and the surface of the bearing box that supports the outer peripheral surface has a concave spherical shape corresponding to the convex spherical shape. The bearing of the rotary electric machine described.
ことを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載の回転電機の軸受。 The bearing of the rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the insulating plate is made of alumina.
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2015
- 2015-02-23 JP JP2015032478A patent/JP2016158314A/en active Pending
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