JP2019122167A

JP2019122167A - 回転機

Info

Publication number: JP2019122167A
Application number: JP2018001377A
Authority: JP
Inventors: 善久北条; Yoshihisa Hojo
Original assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Current assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2018-01-09
Publication date: 2019-07-22

Abstract

【課題】軸受を暖機する機能を備え、運転開始までの待機時間を短縮できる回転機を提供する。【解決手段】回転軸４を中心に回転する回転子３と、回転軸４を支持し、回転軸４を介して回転子３との間で熱電導が生じる軸受５と、運転中に回転子３を冷却させる循環液が内部を通る流路６と、を備え、運転前に、暖められた循環液によって軸受５を暖機する。軸受５の温度を検出する温度検出器２１を備え、流路６は、回転機３０の運転前であって、温度検出器２１によって検出された軸受５の温度が暖機目標温度より低い場合に、暖機目標温度以上の温度を有する循環液が入力されてよい。【選択図】図１

Description

本発明は回転機に関する。

例えば高速に回転するモータ等の回転機は、一般に軸受を所定温度まで上昇させる暖機を必要とする。例えば回転機の回転数を徐々に上昇させて、軸受を摩擦によって暖める暖機の方法がある。軸受を摩擦によって暖める場合、回転機の運転を開始するまで長い時間が必要となる。

ここで、例えば特許文献１の技術は、回転軸に設けられた電気ヒータによって軸受を暖める。また、例えば特許文献２の技術は、回転軸に貼り付けられたシリコンラバーヒータによって軸受を暖める。特許文献１および２の技術は、ヒータを使用することにより、回転機の運転開始までの待機時間を短縮することが可能である。

特開２０１０−１４１９７号公報特開平５−３０６７１２号公報

しかし、特許文献１および２の技術では、例えばスリップリング等を用いてヒータに電力を伝達する必要がある。特許文献１および２の技術では、電力伝達のための部品を追加すること等によって、回転機の構造が複雑化する。また、構造が複雑化することによって、回転機の信頼性が低下するおそれがある。

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、軸受を暖機する機能を備え、運転開始までの待機時間を短縮できる回転機を提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明の一実施形態に係る回転機は、回転軸を中心に回転する回転子と、前記回転軸を支持し、前記回転軸を介して前記回転子との間で熱電導が生じる軸受と、運転中に前記回転子を冷却させる循環液が内部を通る流路と、を備え、運転前に、暖められた前記循環液によって前記軸受を暖機する。

また、本発明の一実施形態に係る回転機は、前記軸受の温度を検出する温度検出器を備える。前記流路は、前記回転機の運転前であって、前記温度検出器によって検出された前記軸受の温度が暖機目標温度より低い場合に、前記暖機目標温度以上の温度を有する前記循環液が入力されてよい。

また、本発明の一実施形態に係る回転機は、前記流路が、前記回転機の運転前であって、前記回転子との間で熱交換を行った前後の前記循環液の温度差に基づいて推定された前記軸受の温度が暖機目標温度より低い場合に、前記暖機目標温度以上の温度を有する前記循環液が入力されてよい。

また、前記課題を解決するため、本発明の一実施形態に係る回転機は、回転軸を中心に回転する回転子と、前記回転軸を支持する軸受と、運転中に前記軸受を冷却させる潤滑剤を含む気体が内部を通る流路と、を備え、運転前に、暖められた前記気体によって前記軸受を暖機する。

また、本発明の一実施形態に係る回転機は、前記流路を暖めるヒータを備えてよい。

本発明の実施形態によれば、軸受を暖機する機能を備え、運転開始までの待機時間を短縮できる回転機が提供される。

一実施形態に係る回転機を用いるシステムの構成を示す図である。別の実施形態に係る回転機を用いるシステムの構成を示す図である。さらに別の実施形態に係る回転機を用いるシステムの構成を示す図である。

［第１実施形態］
（システム構成）
図１は第１実施形態に係る回転機３０を用いるシステムの構成を例示する図である。本実施形態において、回転機３０はモータである。図１では、回転機３０は断面図で示されている。図１のシステムは、回転機３０の他に循環液温度調整器１１を備える。回転機３０は、ケーシング１（ハウジング）と、固定子２（ステータ）と、回転子３（ロータ）と、軸受５と、流路６と、温度検出器２１と、を備える。

ケーシング１は、回転機３０を構成する部材を包んで保護する筐体である。

固定子２はケーシング１の内部に設けられる。

回転子３は固定子２からの電磁作用によって回転する。回転子３は、回転軸４を有しており、回転軸４を中心に回転する。

軸受５は回転軸４を支持する。軸受５の内輪側を暖めて膨張させることで外輪との隙間が適正値になる。

温度検出器２１は軸受５の温度を検出する。本実施形態において、温度検出器２１は軸受５と接して固定されたケーシング１の内部に設けられる。温度検出器２１は、検出した軸受５の温度の情報を循環液温度調整器１１に出力する。

流路６は、回転子３との間で熱交換を行う循環液が内部を通る、例えばパイプ状の部品である。本実施形態において循環液は水（冷却水）である。ただし、循環液は水に限定されない。流路６は、回転子３と少なくとも一部が接しており、内部を流れる循環液と回転子３との間で効果的に熱交換が行われる。例えば流路６は、回転子３の内部を通る。後述するように、回転機３０の運転中、流路６は回転子３等を冷却するために低温の循環液を通す。

循環液温度調整器１１は、流路６の内部を通る循環液を循環させる。また、循環液温度調整器１１は、循環液の温度を調整する。循環液温度調整器１１は、例えば循環液の温度を変化させる加熱装置および冷却装置の少なくとも一方を備えてよい。循環液温度調整器１１は、温度検出器２１から軸受５の温度の情報を受け取る。循環液温度調整器１１は、軸受５の温度に基づいて循環液の温度を調整する。

（温度調整）
軸受５は例えば金属製であって、温度によって膨張または収縮する。そのため、回転機３０は、適切な高速回転（例えば指令通りの高速な回転）を実行するために、軸受５の温度を調整し隙間を適正にする必要がある。本実施形態において、回転機３０は運転前に軸受５の温度を暖機目標温度（例えば４０℃）まで上昇させる軸受５の暖機を必要とする。また、摩擦熱等の影響によって、軸受５の温度が要冷却温度（例えば８０℃）まで上昇した場合に、回転機３０は軸受５を冷却する必要がある。本実施形態に係る回転機３０を用いるシステムでは、以下のように軸受５の温度調整が行われる。

まず、本実施形態に係る回転機３０を用いるシステムは、回転機３０の運転前に循環液を用いて軸受５の暖機を行う。まず、循環液温度調整器１１は、温度検出器２１から軸受５の温度の情報を受け取る。循環液温度調整器１１は、軸受５の温度が暖機目標温度より低い場合に、例えば加熱装置によって循環液の温度を暖機目標温度以上にする。つまり、回転機３０の流路６には、温度検出器２１によって検出された軸受５の温度が暖機目標温度より低い場合に、暖機目標温度以上の温度を有する循環液が入力される。上記のように、回転子３と循環液との間で熱交換が行われて、回転子３の温度は暖機目標温度以上になる。そして、回転軸４を介して回転子３との間で熱電導が生じることによって、軸受５の温度が暖機目標温度以上になる。

その後、本実施形態に係る回転機３０を用いるシステムは回転機３０の運転を開始する。また、循環液温度調整器１１は、例えば加熱装置を停止させて、循環液の加熱を停止する。

また、循環液温度調整器１１は、回転機３０の運転中も温度検出器２１から軸受５の温度の情報を受け取る。循環液温度調整器１１は、軸受５の温度が要冷却温度以上の場合に、要冷却温度より低い温度を有する循環液を流路６に出力する。つまり、回転機３０の流路６には、温度検出器２１によって検出された軸受５の温度が要冷却温度以上の場合に、要冷却温度より低い温度を有する循環液が入力される。ここで、要冷却温度は、上記の暖機目標温度よりも大きい（温度が高い）。また、循環液温度調整器１１は例えば冷却装置を備えており、循環液の温度を急激に低下させてよい。このとき、循環液の温度を自然放熱によって低下させる場合に比べて、より効果的に（短時間で）回転子３を冷却することが可能である。

以上のように、本実施形態によれば、通常冷却に用いられる循環液を利用することによって、軸受５を暖機する機能を備え、運転開始までの待機時間を短縮できる回転機３０が提供される。ここで、本実施形態に係る回転機３０は、上記の特許文献１および２の技術のようにヒータを回転機３０に組み込む必要がない。そのため、ヒータに電力を伝達するためのスリップリング等の部品の追加が不要であって、回転機３０の構造が複雑化することはない。

［第２実施形態］
図２は第２実施形態に係る回転機３０を用いるシステムの構成を例示する図である。本実施形態では、以下に説明する構成によって、更に回転機３０を小型化することができる。

本実施形態に係る回転機３０を用いるシステムは、第１実施形態に係る回転機３０が備える温度検出器２１に代えて、回転機３０の外部に設けられた温度検出器２２および温度検出器２３を備える。その他の要素については図１と同様であるため、詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る回転機３０は上記のように温度検出器２１を備えない。そのため、第１実施形態と比較して、本実施形態に係る回転機３０はさらに小型化が可能である。しかし、本実施形態に係る回転機３０は、直接的に軸受５の温度を検出できない。本実施形態に係る回転機３０を用いるシステムでは、回転子３との間で熱交換を行った前後の循環液の温度差に基づいて、軸受５の温度が推定される。

温度検出器２２は、流路６に入力される循環液（循環液温度調整器１１から出力される循環液）の温度を検出する。つまり、温度検出器２２は、回転子３との間で熱交換を行う前の循環液の温度を検出する。本実施形態において、温度検出器２２は流路６の入口の部分（循環液温度調整器１１から循環液が出力される部分）で、流路６に接するように設けられる。

また、温度検出器２３は、流路６から出力される循環液（循環液温度調整器１１に入力される循環液）の温度を検出する。つまり、温度検出器２３は、回転子３との間で熱交換を行った後の循環液の温度を検出する。本実施形態において、温度検出器２３は流路６の出口の部分（循環液温度調整器１１に循環液が入力される部分）で、流路６に接するように設けられる。

本実施形態において、循環液温度調整器１１は、温度検出器２２および温度検出器２３から循環液の温度の情報を受け取る。循環液温度調整器１１は、温度検出器２２が検出した循環液の温度と、温度検出器２３が検出した循環液の温度との差（以下、単に温度差という）に基づいて、軸受５の温度を推定する。例えば、循環液温度調整器１１は、温度差が所定の値（例えば１℃）よりも小さい場合に、軸受５の温度が、温度検出器２２が検出した循環液の温度であると推定する。一方、循環液温度調整器１１は、温度差が所定の値以上の場合に、軸受５の温度が、温度検出器２２が検出した循環液の温度よりもかなり低い（又はかなり高い）と推定する。温度差が所定の値以上の場合には、循環液と回転子３との間で大きな熱の移動があったと推定されるためである。

本実施形態に係る回転機３０を用いるシステムでは、以下のように軸受５の温度調整が行われる。

まず、本実施形態に係る回転機３０を用いるシステムは、回転機３０の運転前に循環液を用いて軸受５の暖機を行う。まず、循環液温度調整器１１は、温度検出器２２および温度検出器２３から軸受５の温度の情報を受け取る。このとき、循環液温度調整器１１は、循環液の温度を暖機目標温度に設定してよい。循環液温度調整器１１は、回転子３との間で熱交換を行った前後の循環液の温度差に基づいて、軸受５の温度が暖機目標温度より低いと推定した場合に、例えば加熱装置によって循環液の温度を暖機目標温度以上にする。そして、回転軸４を介して回転子３との間で熱電導が生じることによって、軸受５の温度が暖機目標温度以上になる。

また、循環液温度調整器１１は、例えば温度検出器２３が検出した循環液の温度が要冷却温度以上の場合に、軸受５の温度が要冷却温度以上であると推定する。そして、第１実施形態と同様に、循環液温度調整器１１は、要冷却温度より低い温度を有する循環液を流路６に出力する。

以上のように、本実施形態によれば、軸受５を暖機する機能を備え、運転開始までの待機時間を短縮できる回転機３０が提供される。また、本実施形態に係る回転機３０は温度検出器２１を含まないため、第１実施形態と比べて、更に小型化が可能である。

［第３実施形態］
図３は第３実施形態に係る回転機３０を用いるシステムの構成を例示する図である。本実施形態では、以下に説明する構成によって、液冷式（例えば水冷式）でない回転機３０についても、運転開始までの待機時間が短縮可能である。

本実施形態に係る回転機３０を用いるシステムは、軸受５に噴霧される潤滑剤を含む気体が内部を通る流路７を備える。また、本実施形態に係る回転機３０を用いるシステムでは、ヒータ１２およびオイルエアー噴霧器１３が用いられる。その他の要素については図１と同様であるため、詳細な説明を省略する。

オイルエアー噴霧器１３は、軸受５に噴霧される潤滑剤を含む気体（オイルエアー）を出力する装置である。本実施形態において、オイルエアー噴霧器１３は、回転機３０が通常運転および軸受５の暖機をしている間、オイルエアーを出力する。

ヒータ１２は、オイルエアーの温度を調整する加熱装置である。ヒータ１２は流路７を加熱する。ヒータ１２は、流路７を暖めることで、間接的にオイルエアー噴霧器１３から出力されたオイルエアーを暖める。加熱されたオイルエアーは流路７を通って軸受５まで達する。そして、オイルエアーに含まれる潤滑剤は軸受５に噴霧されて、軸受５に生じる摩擦を減らす。また、加熱された潤滑剤および空気によって、軸受５の温度が上昇する。

ヒータ１２は、温度検出器２１から軸受５の温度の情報を受け取る。後述するように、ヒータ１２は、軸受５の温度に基づいて加熱動作を行う。ヒータ１２がオイルエアーを加熱しない場合には、オイルエアー噴霧器１３から出力されたオイルエアーがそのまま流路７に出力される。この場合にも、オイルエアーに含まれる潤滑剤は軸受５に噴霧されて、軸受５に生じる摩擦を減らす。また、オイルエアーに含まれる潤滑剤は、軸受５の温度が上昇しすぎないように冷却する機能も有する。

まず、ヒータ１２は、温度検出器２１から軸受５の温度の情報を受け取る。ヒータ１２は、軸受５の温度が暖機目標温度より低い場合に、加熱動作をオンにして、オイルエアーの温度を暖機目標温度以上にする。オイルエアーによって暖められて、軸受５の温度は暖機目標温度以上になる。

その後、本実施形態に係る回転機３０を用いるシステムは回転機３０の運転を開始する。また、ヒータ１２は加熱動作をオフにする。

以上のように、本実施形態によれば、軸受５を暖機する機能を備え、運転開始までの待機時間を短縮できる回転機３０が提供される。また、本実施形態に係る回転機３０は、第１実施形態と同様に、ヒータを組み込む必要がないため構造が複雑化しない。また、第１実施形態と異なり、本実施形態に係る回転機３０は流路７を通る気体によって直接的に軸受５を暖めることができる。そのため、本実施形態に係る回転機３０は液冷式（例えば水冷式）に限定されない。

本発明を諸図面および実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形および修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形および修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。

１ケーシング
２固定子
３回転子
４回転軸
５軸受
６流路
７流路
１１循環液温度調整器
１２ヒータ
１３オイルエアー噴霧器
２１温度検出器
２２温度検出器
２３温度検出器
３０回転機

Claims

回転軸を中心に回転する回転子と、
前記回転軸を支持し、前記回転軸を介して前記回転子との間で熱電導が生じる軸受と、
運転中に前記回転子を冷却させる循環液が内部を通る流路と、を備え、
運転前に、暖められた前記循環液によって前記軸受を暖機する、回転機。
前記軸受の温度を検出する温度検出器を備え、
前記流路は、前記回転機の運転前であって、前記温度検出器によって検出された前記軸受の温度が暖機目標温度より低い場合に、前記暖機目標温度以上の温度を有する前記循環液が入力される、請求項１に記載の回転機。
前記流路は、前記回転機の運転前であって、前記回転子との間で熱交換を行った前後の前記循環液の温度差に基づいて推定された前記軸受の温度が暖機目標温度より低い場合に、前記暖機目標温度以上の温度を有する前記循環液が入力される、請求項１に記載の回転機。
回転軸を中心に回転する回転子と、
前記回転軸を支持する軸受と、
運転中に前記軸受を冷却させる潤滑剤を含む気体が内部を通る流路と、を備え、
運転前に、暖められた前記気体によって前記軸受を暖機する、回転機。
前記流路を暖めるヒータを備える、請求項４に記載の回転機。