JP6579436B2 - 回転機 - Google Patents

Description

本発明は、潤滑油による潤滑がなされる軸受により回転軸が支持された回転機に関するものである。

潤滑油による潤滑がなされる軸受により回転軸が支持された回転機の一例として、本願出願人による特許文献１に記載の「ダイナモ試験装置用回転電機」がある。ここで、ダイナモ試験装置とは、回転部を有する被試験体の性能を測定する装置であり、被試験体の入力軸が前記回転部を回転させるための駆動用モータに連結され、出力軸が擬似負荷装置に連結される。特許文献１に記載の回転機は前記擬似負荷装置として用いられる。

図４に示すように、この回転機１００は、軸受１０１を大気圧よりも気圧の高い高圧領域Ｐから隔絶する隔壁１０２を設けることで、軸受１０１の潤滑油がケーシング１０３外に漏出することを防止するよう構成されている。この構成は、回転軸１０４の回転が低回転である場合は有効であった。しかしながら高回転である場合は、潤滑油の漏出を防止できない場合があった。

その理由について推定されることを述べる。回転軸１０４に軸径の変化（特に軸径の拡大）する部分である段差部１０５が形成されており、この段差部１０５が隔壁１０２の内部に存在した場合、回転軸１０４が回転すると段差部１０５において負圧が発生する。この負圧に軸受１０１の潤滑油が吸引され、隔壁１０２の内部を高圧領域Ｐから大気圧領域Ａに向かう気流に乗って矢印Ｘで図示した方向に流れることで、潤滑油が開口部１０６から回転機１００の外部に飛散することがあるものと推定される。前記負圧は回転数の二乗に比例して大きくなるため、回転軸１０４の回転が高回転の場合、低回転の場合よりも大きくなる。従って、前記潤滑油の飛散は高回転時に顕著である。このように、特許文献１に記載の発明は、回転軸１０４の回転が高回転である場合について改善すべき余地があった。

特開２００８−６１４６８号公報

そこで本発明は、軸受の潤滑油が外部に飛散することを抑制した回転機を提供することを課題とする。

本発明は、大気圧領域、及び、大気圧よりも気圧の高い高圧領域にわたって位置する回転軸と、潤滑油による潤滑がなされつつ、前記回転軸を支持する軸受と、前記軸受を支持し、軸方向の一方側が前記大気圧領域に面し、同他方側が前記高圧領域に面する支持部と、を備え、前記支持部は、前記大気圧領域と前記高圧領域とを通気可能に結ぶ通気路を備え、前記通気路における前記高圧領域への開口部は、前記回転軸に面しており、前記回転軸は、前記通気路における前記高圧領域への開口部の位置に、前記回転軸の回転に伴い当該回転軸の周りに負圧が生じる調圧部を、回転状態で前記高圧領域に面するように備える回転機である。

この構成によれば、回転軸は回転に伴い負圧が生じる調圧部を備える。この負圧により、回転軸の、通気路における高圧領域への開口部の位置での気圧を低下させられる。このため、軸受の周囲に、潤滑油が吸引されるような気圧差が生じにくい。よって、潤滑油が軸受から通気路に流れ出ることを抑制できる。

そして、前記調圧部は、前記通気路における前記高圧領域への開口部の位置以外の部分での前記回転軸の軸径よりも、外径寸法が大きいものとできる。

この構成によれば、調圧部の外径寸法の分回転軸の軸径を拡大することで、軸径が大きい部分と小さい部分との境界で、回転軸の回転に伴い負圧が生じるように調圧部を形成できる。このため、容易に調圧部を形成できる。

そして、前記調圧部は、前記外径寸法の拡大する部分に、前記軸受を向いた端面を有するものとできる。

この構成によれば、調圧部が軸受を向いた端面を有する。このため、端面で生じる負圧により、潤滑油が軸受から通気路に流れ出ることを抑制するための気圧調整を容易に行うことができる。

そして、前記調圧部は、前記回転軸とは別体であって前記回転軸の外周に位置するリング状体であるものとできる。

この構成によれば、調圧部が回転軸とは別体とされている。このため、回転軸の回転に伴い負圧が生じる端面を有する調圧部を、回転軸とは別個に形成でき、回転軸に取り付けるよう構成できる。よって、容易に調圧部を形成できる。

そして、前記潤滑油が液状であり、前記軸受に前記潤滑油を滴下給油する給油部を備えるものとできる。

この構成によれば、潤滑油が液状であっても、調圧部が存在することにより、軸受から通気路に流れ出ることを抑制できる。

そして、前記回転機は、前記回転軸の少なくとも一部を囲むケーシングを備え、前記高圧領域を形成すべく、前記ケーシングの内部に外部から気流を導入する送風機を備えるものとできる。

この構成によれば、送風機が流入させる気流により、ケーシング内に位置する種々の機構を冷却できる。

本発明は、調圧部により生じる負圧により、潤滑油が軸受から通気路に流れ出ることを抑制できる。このため、軸受の潤滑油が回転機の外部に飛散することを抑制できる。

本発明の一実施形態に係る回転機を示す斜視図である。 同回転機の要部を示す、回転軸の軸心を通る断面での断面図である。 同回転機において、調圧部の周りを拡大して示した断面図である。 従来の回転機の構成の一例を示す断面図である。

本発明につき、一実施形態を取り上げて、図面とともに以下説明を行う。

本実施形態の回転機１は、特許文献１に記載の回転機と同様、例えばダイナモ試験装置の擬似負荷装置として用いられる。この回転機１は大気圧環境で使用される。この回転機１は、例えば図１に示されるような外観であり、ケーシング２内に図示しないロータ及びステータ（なお、従来例を示す図４にロータ１００ｒとステータ１００ｓが示されている）を備える。なお、ロータ及びステータは通常の電動機と同構成である。ケーシング２には回転軸３が貫通しており、この回転軸３は前記ロータに固定されている。つまり、ケーシング２は回転軸３の少なくとも一部を囲んでいる。被試験体の出力軸は、継手３１を介して回転軸３に接続され、ロータまたはステータが通電されたことにより生じる負荷を、回転軸３を介して被試験体に伝達できる。また、この回転機１は、ケーシング２の内部に外部から気流を導入する送風機としてのブロア４を備える。このブロア４が流入させる気流により、ケーシング２内に位置する種々の機構を冷却でき、前記機構の過熱による膨張等の不具合を抑制できる。ケーシング２内に空気が押込まれることで押込み圧が生じるため、ケーシング２内部は大気圧よりも気圧の高い高圧領域Ｐとなる。そして、ケーシング２外部は大気圧領域Ａとなる。なお、ケーシング２には図示しない排気口が設けられており、ブロア４によりケーシング２内に流入した気流の大部分はこの排気口からケーシング２外に排出される。また、一部の気流は後述する複数の通気路６１…６１を通ってケーシング２外に排出される。

回転軸３がケーシング２を貫通する部分における断面図を図２に示す。回転軸３は、大気圧領域Ａ（図示左方）及び高圧領域Ｐ（図示右方）にわたって位置する。回転軸３は、ケーシング２外部寄りの区間（図示左方の区間）における軸径よりも、ケーシング２内部寄りの区間（図示右方の区間）における軸径の方が大きい。このため、軸径の変化する区間には段差部３２が形成されている。本実施形態の段差部３２は、ケーシング２の外部から内部に向かう軸方向（図２における左右方向）で、一定の割合で軸径が拡大するテーパ形状とされている。

回転軸３は、径外に位置する軸受５（例えば玉軸受）により支持される。回転機１は、軸受５に潤滑油を自然落下させることにより滴下給油する図示しない給油部を備える。このため軸受５は、給油部により液状の潤滑油が軸受５の摺動部（本実施形態では玉軸受の玉及び玉の支持部）に滴下されることで潤滑がなされる。

軸受５は支持部６に支持される。本実施形態の支持部６は回転軸３の外周部を取り囲むブロック状部分であり、本実施形態では複数部材が組み合わされて構成されている。この支持部６はケーシング２（図２に破線で表示）に固定されており、これにより回転軸３に対して不動である。この支持部６は、軸方向の一方側（本実施形態では図示左側）が大気圧領域Ａに面し、軸方向の他方側（本実施形態では図示右側）が高圧領域Ｐに面している。前記給油部は、この支持部６に設けられている。

回転軸３における前記段差部３２は、高圧領域Ｐであるケーシング２内における支持部６の外部に位置している。回転軸３が回転すると段差部３２で負圧が発生するが、この負圧は支持部６外で生じるため、支持部６内に位置する軸受５に影響を及ぼすことはない。

支持部６は複数の通気路６１…６１を備える。各通気路６１は、回転軸３の軸心を基準に回転対称に複数設けられている。各通気路６１は、軸方向の一方側（図示左側）端部で開口している（大気側開口部６１１）。そして回転軸３の軸心に平行に延びている。回転軸３の軸心に平行に延びてきた各通気路６１は、軸方向の他方側（図示右側）端部で直角に曲がって延びる方向が径内方向に転じ、回転軸３の外周面に面するように開口する（高圧側開口部６１２）。このため、高圧側開口部６１２は回転軸３に面している。そして、各通気路６１は大気圧領域Ａと高圧領域Ｐとを通気可能に結んでいる。支持部６の図示左方における、回転軸３が突出する端部において、回転軸３の外周部にラビリンスパッキン６２が位置している。また、支持部６の図示右方における端部では、回転軸３に対して微小な隙間が存在する。

回転軸３は、高圧側開口部６１２の位置に調圧部７を備える。この調圧部７は、回転軸３の回転に伴い当該回転軸３の周りに負圧が生じるよう構成されている。この負圧により、回転軸３の、各通気路６１における高圧側開口部６１２の位置での気圧を低下させられる。このため、低下させた気圧を大気圧に近づけることにより、軸受５の周囲に気圧差を生じにくくできるので、軸受５の摺動部に位置する潤滑油が摺動部から引き離されることもない。よって、潤滑油が軸受５から回転軸３に沿って移動してしまい、各通気路６１に流れ出ることを抑制できる。

調圧部７は、各通気路６１における高圧側開口部６１２の位置以外の部分での前記回転軸３の軸径よりも、外径寸法が大きい部分として形成できる。つまり、回転軸３の軸径を拡大することで調圧部７を形成できる。調圧部７を形成した分軸径が大きい部分と調圧部７の無い軸径が小さい部分との境界（外径寸法が拡大する部分）における、軸方向を向いた面である端面７１に接する空気には遠心力が働くため、調圧部７の周囲に負圧を形成する。

前記負圧が形成される原理について詳しく説明する。回転軸３を回転させると調圧部７の端面７１も回転する。このとき、端面７１の表面とこの表面に接する空気との間に摩擦力が働く。このため、端面７１が回転すると、端面７１近傍の空気には回転軸３と同心円上で回転するような力が作用する。この同心円上で回転するような力に加えて、空気には回転に伴う遠心力が作用するため、これらの力を受けた空気は端面７１に対して渦巻き状に、径外方向（図３に矢印Ｆで示す）に移動していく。この空気の移動が、回転軸３の回転に伴い連続して生じるため、端面７１近傍の圧力が減少するように変化する結果、負圧となるのである。

本実施形態において負圧が形成される部分は、各通気路６１における高圧側開口部６１２のうち、軸受５に近い、調圧部７の端面７１が面する領域（端面７１よりも図示左方の領域）である。

調圧部７は、支持部６において高圧領域Ｐに面する部分において、図３に示すように、端面７１が軸受５を向くように形成される。もし、この部分に調圧部７がないと、軸受５の図示右方部分が高圧となるので、軸受５に付着した潤滑油が相対的に気圧の低い図示左方に流され、ラビリンスパッキン６２で捕捉し切れなかった潤滑油は、回転機１の外部に飛散してしまう可能性がある。一方、この部分を調圧部７として回転軸３の軸径を拡大すると、軸受５を挟んだ図示左方と右方とで気圧差を減少できる。特に端面７１が軸受５を向くようにすることで、高圧側開口部６１２のうち軸受５に近い領域を負圧にできることから、端面７１で生じる負圧により、軸受５を対象とした気圧調整を容易に行うことができる。よって、軸受５に付着した潤滑油が流されて回転機１の外部に飛散することを抑制できる。このように、回転軸３の軸径を拡大することで容易に調圧部７を形成できるため、効果的に潤滑油の飛散防止ができる。なお本実施形態の端面７１は、図３に示すように軸方向に対して直交する垂直面として形成されているが、端面７１の形状はこのような垂直面に限定されず、斜面や湾曲面等、種々の形状とできる。

本実施形態の調圧部７は、回転軸３とは別体であって回転軸３の外周に位置するリング状体である。このリング状体における軸方向端面が、前記端面７１となる。このため、調圧部７を回転軸３とは別個に形成でき、回転軸３に取り付けるよう構成できる。よって、容易に調圧部７を形成できる。なお、この調圧部７は回転軸３と一体に回転するように、回転軸３に対して緩みの無いように取り付けられて、嵌合状態とされる。このようにリング状体とされた調圧部７は、径方向の厚み寸法が軸方向に沿って一定とされている。このため、調圧部７で生じる負圧を、回転軸３の回転数に応じた一定圧力とできる。よって、リング状体の厚み寸法を変えることで端面７１の面積を変えることができるので、端面７１の面積の設定（面積が大きい方が端面７１の表面に接する空気に働く遠心力が大きくなるため負圧が大きくなる）により調圧部７に生じる負圧の設定が容易である。しかも、調圧部７を回転軸３とは別個に形成することで、回転軸３への差し替えで、設定すべき負圧に応じ、厚み寸法の異なる調圧部７に容易に取り換え可能である。

以上、本発明につき一実施形態を取り上げて説明してきたが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、前記実施形態の調圧部７は、回転軸３とは別体であって回転軸３の外周に位置するリング状体であったが、これに限定されず、回転軸３において軸径を拡大した部分を調圧部７とすることもできる。

また、前記実施形態の端面７１は１箇所に形成されていたが、例えば調圧部７を略板状として、軸方向に複数、間隔をおいて配置することにより、端面７１を複数個所に形成することもできる。この場合、端面７１の形成数により、生じる負圧を調整することが可能となる。このように、調圧部７の形態は前記実施形態に限定されず、種々の形態とできる。

また、本発明に係る回転機に用いられる潤滑油の給油方式は滴下給油に限られず、軸受５における摺動部に潤滑油を導く種々の方式を採用できる。また、潤滑油は液状のものに限定されず、例えばペースト状とすることもできる。

１ 回転機
２ ケーシング
３ 回転軸
４ 送風機、ブロア
５ 軸受
６ 支持部
６１ 通気路
６１２ 開口部、高圧側開口部
７ 調圧部
７１ 端面
Ａ 大気圧領域
Ｐ 高圧領域

Claims (6)

1. 大気圧領域、及び、大気圧よりも気圧の高い高圧領域にわたって位置する回転軸と、
   潤滑油による潤滑がなされつつ、前記回転軸を支持する軸受と、
   前記軸受を支持し、軸方向の一方側が前記大気圧領域に面し、同他方側が前記高圧領域に面する支持部と、を備え、
   前記支持部は、前記大気圧領域と前記高圧領域とを通気可能に結ぶ通気路を備え、
   前記通気路における前記高圧領域への開口部は、前記回転軸に面しており、
   前記回転軸は、前記通気路における前記高圧領域への開口部の位置に、前記回転軸の回転に伴い当該回転軸の周りに負圧が生じる調圧部を、回転状態で前記高圧領域に面するように備える回転機。
2. 前記調圧部は、前記通気路における前記高圧領域への開口部の位置以外の部分での前記回転軸の軸径よりも、外径寸法が大きい、請求項１に記載の回転機。
3. 前記調圧部は、前記外径寸法の拡大する部分に、前記軸受を向いた端面を有する、請求項２に記載の回転機。
4. 前記調圧部は、前記回転軸とは別体であって前記回転軸の外周に位置するリング状体である、請求項２または３に記載の回転機。
5. 前記潤滑油が液状であり、
   前記軸受に前記潤滑油を滴下給油する給油部を備える、請求項１〜４のいずれかに記載の回転機。
6. 前記回転軸の少なくとも一部を囲むケーシングを備え、
   前記高圧領域を形成すべく、前記ケーシングの内部に外部から気流を導入する送風機を備える、請求項１〜５のいずれかに記載の回転機。

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