JPH0926087A - 回転機器の潤滑油吸い上げ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、遠心機用モータ等の高速回転を行う
軸受の潤滑とモータと軸受の冷却に関するものであり、
高速回転時の潤滑油溜めからの潤滑油の吸い上げ量を安
定なものとし、軸受への潤滑油の供給を確実なものとす
る。 【解決手段】オイルインレット１９の吸入口２０の外側
に上方に広がる面２１を設けることにより、吸入口２０
から潤滑油が水平方向に飛散するのを防ぎ、オイルイン
レット１９の外側の面２１と潤滑油との接触高さを高く
し、潤滑油溜め１５からの潤滑油の吸い上げ量を安定化
し、高速回転時の軸受への潤滑油供給を確実なものとす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は遠心機モ−タのように高
速回転軸受を有する回転機械の潤滑油吸い上げ装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の潤滑油吸い上げ装置は、軸受で支
持された鉛直方向のシャフトの下端に潤滑油溜め内に伸
びる先細の吸込口を有するオイルインレットを有し、シ
ャフトが回転する時、潤滑油を前記潤滑油溜めからシャ
フトの内径に沿って上方に導くことのできる軸線方向の
内部通路が設けられており、オイルインレットの吸込口
から外側は円弧面であり、吸込口から内側は入口から上
方向かって上方に広がる斜面の通路を有し、吸込口の外
側と内側の面が接し、その角部は鋭角の構造である。こ
の構造においてシャフトの回転数が低速、例えば毎分１
０万回転以下で回転する場合、吸込口外側に接触してい
る潤滑油は、潤滑油の粘性の作用によりシャフト表面の
回転と滑りながら回転速度を増しつつ円弧面に沿って流
れる。潤滑油が外周に進むに従って潤滑油の回転が高速
になり、潤滑油の粘性力より遠心力の作用が強くなる
と、潤滑油はシャフトの外側の円弧面から離れ飛散す
る。また回転中心の吸込口付近の潤滑油は、シャフトの
外側の円弧面に沿って斜め上方に向かって流れる流体と
の粘性力により吸込口に誘導され、吸込口の内側上方に
広がる斜面と接触して回転力が与えられ、遠心力の作用
により潤滑油は入口部より内径の大きい斜面の上方に流
れて、内部通路まで流れる。内部通路に流れた潤滑油
は、シャフトとほぼ等しい回転数となるので、大きな遠
心力により内部通路内壁に押しつけられ内部通路を上昇
する。回転中心の吸込口付近の潤滑油が、シャフト外側
の流れによって連続的に吸込口内側の斜面に達すれば、
遠心力の作用により潤滑油は連続的に内部通路を上昇す
ることになる。

【０００３】内部通路を通過する潤滑油は軸受の潤滑に
必要とされる潤滑油量よりも多量吸い上げ、この潤滑油
がモータの回転子の内部を通過時に回転子を冷却し、ま
た潤滑油が上部及び下部軸受近くの噴出孔から噴き出し
時に軸受保持部の斜面に衝突し、斜面の角度がモータの
固定子側に広がっているので、噴き出した潤滑油の少量
が跳ね返って軸受に供給され軸受の潤滑を行ない、噴き
出し量の大部分は軸受保持部の斜面に沿って流れ、固定
子に衝突し固定子を冷却する。また軸受は軸受保持部に
保持されているので軸受で発熱した熱は軸受保持部に伝
達し、軸受保持部の斜面を噴き出した潤滑油で冷却する
ことにより軸受を冷却する。更に、軸受保持部とハウジ
ング間には、軸受の振動を吸収するため薄い孔あき板バ
ネを丸めて数枚重ねた減衰部があり、潤滑油は減衰部の
多層の板バネ間に注入され、潤滑油の粘性により軸受の
振動を吸収する働きをする。各部を冷却し高温になった
潤滑油は、ハウジング側部に設けられた戻り通路を通過
時に、ハウジングのフィンにより冷却されながら潤滑油
溜め内に戻る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のオイルインレッ
トが高速回転したときの潤滑油の流れを図３に示し、本
発明が解決しようとする課題を説明する。

【０００５】従来のオイルインレットは吸込口３５の外
側が円弧面３７であり、吸込口直近の円弧形状の一部３
１はほぼ水平面となっているので、例えばシャフトが毎
分１０万回転以上の高速回転すると、潤滑油が吸込口直
近外面のわずかな水平面３１と接触しただけで水平方向
の回転力が与えられ、潤滑油と吸込口外面との粘性力よ
り潤滑油の遠心力が大きく作用し、潤滑油は吸込口から
水平方向に飛散する。回転前の潤滑油の表面２３は、高
速回転時に吸込口３５付近から水平方向に飛散する流れ
３２により吸込口とほぼ同じ高さの水平面を有する潤滑
油の表面３４となる。潤滑油が吸込口から水平方向に飛
散すると、吸込口の外側を上方に向かって流れる流体力
が少なくなり、回転中心の吸込口付近の潤滑油の流れ３
３は吸込口３５から上方に流れる量が少なくなり、すな
わち吸込口３５に入る潤滑油量が減少する。高速回転時
の吸込口近くの潤滑油の流れを観測すると、図３に示す
ように吸入口の外面と潤滑油が接触する高さｈが少なく
なり、潤滑油が吸込口３５付近から水平方向に飛散して
いるのが見える。このようになると、潤滑油の吸い上げ
量が減少し、モータ回転子と固定子の冷却不足によるモ
ータの温度上昇や、軸受の潤滑油供給量と冷却不足によ
り軸受が高温になり軸受が焼き付くなどの問題が発生す
る。

【０００６】本発明の目的は、高速回転時にモータ冷却
と軸受冷却の改良、及び軸受と減衰部への潤滑油供給を
安定に行うため、潤滑油の吸い上げ量を安定して十分な
量供給する潤滑油吸い上装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、オイルイン
レットの吸入口の外側に上方に広がる面を設け、吸入口
外面の水平面を極力無くすことにより、高速回転時のオ
イルインレットの吸入口と潤滑油溜め内の潤滑油との接
触高さが大きくなることにより達成できる。前記オイル
インレットの吸入口の外側の上方に広がる面は、吸入口
端部から直に上方に広がる斜面や、オイルインレットの
吸入口の端部から上方に広がり水平に対し上向きに角度
を有する円弧面などである。

【０００８】

【作用】上記のように構成された潤滑油吸い上げ装置
は、オイルインレット先端の吸入口から外側面に上方に
広がる面を付けることにより、例えば１０万回転以上の
高速回転おいて、潤滑油が吸入口の外面と接触しても、
水平面がないので急速に潤滑油の回転が高速にならず、
潤滑油は粘性によって吸入口の外側から上方に広がる斜
面と接触しながら外周に進み、外周に進むに従って回転
数を上げ、粘性力より遠心力の影響が大きくなった位置
で潤滑油は外側の面から離れる。よって、高速回転時に
おいても、吸入口近くから潤滑油が飛散するのを防ぎ、
オイルインレット先端と潤滑油の接触高さが大きくな
り、潤滑油吸い上げ量が安定し、高速回転時において
も、モータと軸受の冷却のための潤滑油と軸受と減衰部
への潤滑油を安定して充分な量供給できる。

【０００９】

【実施例】図１に本発明の潤滑油吸い上げ装置の一実施
例を含む遠心機モ−タ部の横断面図を示す。また図２に
本発明になる一実施例のオイルインレットの詳細図と潤
滑油流路を矢印にて示す。この遠心機モ−タ部は回転子
２および固定子３を有する交流モ−タを含む。回転子２
のシャフト１が上部および下部軸受４、５にそれぞれ支
持されている。これらの軸受は高速回転時使用するのに
適したサイズおよび形式の玉軸受を用いることが望まし
い。これらの軸受は上部および下部軸受保持部６、７に
よって保持されている。また、上部軸受保持部６は、上
部円形プレ−ト９と上部ハウジング１１により上部ハウ
ジング１１に対し上下方向を微動可能に保持されてい
る。また、上部軸受保持部６の外周には薄い孔あき板バ
ネを丸めて数枚重ねて挿入し、板バネ間に潤滑油を注入
し、潤滑油の粘性により高速回転時の軸受の振動を減衰
する減衰部８により、上部ハウジング１１に対し半径方
向を微動可能に保持されている。また、下部軸受保持部
７は上部軸受保持部６と同様に、上下方向を下部円形プ
レ−ト１０とハウジング１２、半径方向を減衰部８によ
り、ハウジング１２に対し微動可能に保持されている。
ハウジング１２は上部ハウジング１１と下部ハウジング
１３を複数のボルトにより固定し、真空漏れを防ぐため
にそれぞれの接合部にＯリング１４が締め付けられてい
る。上部ハウジング１１とハウジング１２及び下部ハウ
ジング１３で囲まれたモータ内部は、高速回転時の空気
との摩擦損失を無くすため真空引きしている。

【００１０】シャフト１には潤滑油が潤滑油溜め１５か
ら上方へ流れることができる内部通路１６と、シャフト
下端に連結した中空で先細のオイルインレット１９と、
シャフトの下側に配置した潤滑油溜め１５とを備える。
前記オイルインレット１９の下端の吸込口２０の内側及
び外側には上方に広がる斜面２６、２１があり、内側の
面と外側の面の接する角部は鋭角となっている。また、
シャフト１にはこの上方へ流れる潤滑油が上部軸受保持
部６の斜面に向けて外方向に流れる複数の上部噴出孔１
７と、この上方へ流れる潤滑油が下部軸受保持部７の斜
面に向けて外方向へ流れる少なくとも一つの下部噴出孔
１８を有し、潤滑油の循環通路には、ハウジング１２の
側部を通り潤滑油溜め１５戻る複数の潤滑油の戻り通路
２２を有する。ハウジング１２と下部ハウジング１３の
表面にはファンによる風をあててハウジングと潤滑油を
冷却するためのフィン２９で覆われている。

【００１１】シャフト１が潤滑油溜め１５中を高速で回
転する時、回転中心の吸込口２０付近の潤滑油が、オイ
ルインレットの外側の斜面２１に沿って斜め上方に向か
って流れる流体２７との粘性力により吸込口２０に誘導
され、吸込口の内側上方に広がる斜面２６と接触して回
転力が与えられ、遠心力の作用により潤滑油は入口部よ
り内径の大きい斜面の上方に流れて、内部通路１６まで
到達し、更に潤滑油の遠心力により内部通路１６の内壁
に押しつけられ、内部通路１６の内壁に沿って上昇す
る。即ち、潤滑油を上部噴出孔１７まで流動させるのに
必要な圧力は、吸込口２０に導入された潤滑油がシャフ
トと同じ回転数となるので、その大きな遠心力によって
発生する。潤滑油の吸い上げは、吸入口２０の直径が大
きいほど流量が増え、内部通路１６の直径と吸入口２０
の直径の差が大きいほど低速回転から上部噴出孔まで潤
滑油が上昇し、内部通路１６の直径が大きいほど流量が
増える。また内側の斜面と吸入口との間に軸線方向の円
筒面があると流量が減るので吸入口の内側と外側の面が
接する部分は鋭角としている。これらより、内部通路と
吸入口の寸法及び吸入口の角は内部通路１６を通る潤滑
油が所望の総流量を与えるように選択される。

【００１２】潤滑油はシャフト１内を上昇する過程にお
いて、回転子２の内側を通過しながら回転子２の熱を奪
い回転子を冷却する。また、更に上昇し、上部噴出孔１
７を噴出時に上部軸受保持部６に設けられた固定子側に
広がった斜面に衝突し、斜面によって油量が分割され潤
滑油の少量が跳ね返って軸受に供給され、残りは上部軸
受保持部と軸受及び、固定子を冷却する。また潤滑油の
一部は粘性力により上部軸受保持部６の斜面の下端を回
って上部円形プレート９に達し、上部円形プレートに設
けた穴を通して潤滑油を減衰部８に注入する。熱を吸収
し高温になった潤滑油はハウジング１２の外周のフィン
２９により冷却される。下軸受の潤滑と冷却及び下部の
減衰部への潤滑油注入は、下部噴出孔１８から噴出した
潤滑油を下部軸受保持部７に設けられた斜面により上部
軸受と同様に行われる。軸受の潤滑と回転子、軸受、固
定子の冷却を円滑に行うには、潤滑油の吸い上げを安定
して、一定量以上行わなければならない。そこで、従来
から吸入口２０の直径と吸入口２０の角部及び内部通路
１６の直径は、吸い上げ量に関係するので注意が払われ
てきた。

【００１３】本発明の特徴は、吸入口２０の外側面に上
方に広がる斜面２１を設けたことにある。この潤滑油吸
い上げ装置は、オイルインレット先端の吸入口２０から
外側面に上方に広がる斜面２１を付けることにより、例
えば１０万回転以上の高速回転おいて、潤滑油が吸入口
の下端と接触しても、水平面がないので急速に潤滑油の
回転が高速にならず、潤滑油は粘性によって吸入口の外
側から上方に広がる斜面２１と接触しながら外周に進
み、外周に進むに従って回転数を上げ、粘性力より遠心
力の影響が大きくなった位置で潤滑油は外側の斜面から
離れる。回転中心の吸込口２０付近の潤滑油は、オイル
インレット外側の斜面２１に沿って斜め上方に向かって
流れる流体２７との粘性力により吸込口２０に誘導さ
れ、吸込口の内側上方に広がる斜面２６と接触して回転
力が与えられ、遠心力の作用により内部通路１６を上昇
する。よって、高速回転時においても、吸入口近くから
潤滑油が飛散するのを防ぎ、オイルインレット下端と潤
滑油の接触高さｈが大きくなり潤滑油吸い上げ量が安定
し、高速回転時、冷却と潤滑に充分な潤滑油を供給でき
る。このときの斜面２１の角度θの最適値は潤滑油の粘
性に影響を受けるが、高速回転機械に用いられる潤滑油
の動粘度は３ｃｓｔから１０ｃｓｔが望ましく、この動
粘度の範囲では角度θは１００度から１５０度の範囲に
おいて潤滑油の吸い上げ量が安定して供給される効果が
ある。粘度が３ｃｓｔのように低い場合、角度θの最適
値は大きい角度すなわち１５０度の側に大きくなり、粘
度が１０ｃｓｔのように高い場合は、角度θの最適値は
小さい角度すなわち１００度の側に小さくなる。

【００１４】実施例の一例として、吸込口２０の直径が
２ｍｍ、潤滑油の動粘度が５ｃｓｔ、シャフトの回転数
が毎分１５万回転時の外側の斜面２１と潤滑油の接触高
さｈを観測したものを表１に示す。従来のインレットの
吸込口外側の形状である円弧面は接触高さｈが不安定で
時々出ないことがある。また本発明のインレットの吸込
口外側の形状である斜面は、斜面２１の角度θが１００
度から１２０度の場合に接触高さが高く、吸い上げも安
定して多量吸い上がる。斜面の角度θを９０度とし、停
止時の油面高さａを１３ｍｍにすると接触高さｈが０ｍ
ｍとなり、潤滑油の吸い上げ量が極端に少なくなる。こ
れは、油面高さａが高いので重力により潤滑油とインレ
ット先端が接触しやすく、潤滑油が高速回転し、斜面部
の角度θが小さすぎるため、潤滑油の粘性によって外側
の斜面を上昇する力よりも遠心力が大きく、潤滑油が吸
入口に接触すると直ぐにはじき飛ばされるためである。
また斜面部の角度θが１５０度の場合いは、接触する高
さｈが低くなり潤滑油の吸い上げ量がやや少なくなる
が、安定して供給される。

【００１５】

【表１】

【００１６】またオイルインレットの吸入口の外側に上
方に広がる面は、図２のように吸入口端部から直に上方
に広がる斜面や、図示していないがオイルインレットの
吸入口の端部から上方に広がり水平に対し上向きに角度
を有する円弧面であっても効果を有する。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、オイルインレットに吸
入口から外側面に上方に広がる面を設けることにより、
高速回転時の潤滑油の吸い上げ量を軸受潤滑と軸受と回
転子及び固定子の冷却に十分な量とし、安定した供給を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明になる遠心機用モ−タの一実施例を示
す断面図である。

【図２】 本発明になるオイルインレットを示す詳細図
及び潤滑油流路である。

【図３】 従来のオイルインレットを示す詳細図及び潤
滑油流路である。

【符号の説明】

１はシャフト、２は回転子、３は固定子、４は上部軸
受、５は下部軸受、１１は上部ハウジング、１２はハウ
ジング、１３は下部ハウジング、１５は潤滑油溜め、１
６は内部通路、１７は上部噴出孔、１８は下部噴出孔、
１９はオイルインレット、２０は吸入口、２１は外部の
斜面、２２は戻り通路、２３は停止時油面、２４は回転
時油面、２６は内部の斜面である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸受で支持された鉛直方向のシャフト
   と、該シャフト下端に連結した中空で先細のオイルイン
   レットと、該シャフトの下側に配置した潤滑油溜めと、
   該シャフトが回転する時、潤滑油を該潤滑油溜めから該
   シャフトに沿って上方に導くことができる該シャフト中
   の軸線方向の内部通路と、該内部通路は該軸受の潤滑に
   必要とされる潤滑油の量よりも実質的に多量の潤滑油を
   流通させるのに十分な大きさであり、軸受近傍の内部通
   路から該シャフトの外面に向けて半径方向に伸びる噴出
   孔と、噴出した潤滑油を該潤滑油溜めに戻す通路を有す
   る回転機械において、前記オイルインレットの吸入口か
   ら、外側に上方に広がる面を有する回転機器の潤滑油吸
   い上げ装置。
2. 【請求項２】 前記オイルインレットの吸入口から、外
   側に上方に広がる面において、広がり角度θを１００度
   から１５０度としたことを特徴とする請求項１記載の回
   転機器の潤滑油吸い上げ装置。