JPS596576B2 - 高温負荷を連結する回転電機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は繊維加工に使用するヒータロール、あるいは高
温炉の換気を行なうための換気扇など、特に高い温度に
加熱される負荷を駆動するための回転電機に関するもの
である。

高温に加熱されている、例えばヒータロールを駆動する
回転電機においては、ヒータロールの熱が回転軸を通し
て回転軸を支える軸受装置に伝わり、これを加熱するこ
とがないよう軸受装置を十分に冷却してゆくことが必要
になる。

このような場合、軸受装置の加熱を防ぎグリース寿命を
伸ばすため、軸受装置に各種の冷却機構を組み込むこと
が考えられる。

しかし、これでは軸受装置の構造が複雑で大変高価にな
るばかりでなく、ヒータロールも冷却してしまうことに
なり、ヒータロールの加熱を効率良く続けることができ
なくなる。

また、このようなヒータロールは、保守・点検などのた
めに回転軸から取り外す必要がある。

したがって回転電機の回転軸は常にヒータロールを精度
良く組み付けてゆくことができるように、傷が付き難い
適度な硬度を持った材料を選択しなければならない。

しかし、硬度の高い、例えばクローム鋼、クロームモリ
ブテン鋼、ニッケルクローム鋼などの構造用合金鋼を使
用すると、これら構造用合金鋼は熱伝導率が高いため、
一層ヒータロール側の熱を軸受装置に伝えることになり
好ましくない。

そこで本発明は、負荷を組み付ける軸端部分で十分な硬
度を持つことができ、しかも、回転軸を支える軸受装置
には負荷側の熱が伝わらない新しい構造の高温負荷を連
結する回転電機を提供するものである。

すなわち本発明は、軸受装置によって支えられる回転軸
の部分を熱伝導率の低い第１の材料から成る第１の部材
で構成し、負荷を接続する出力端の部分を硬度の高い第
２の材料から成る第２の部材により構成すると共に、第
１の部材と第２の部材との連結箇所付近の第１の部材上
に、この第１の部材より熱伝導率の高い材料で構成した
放熱装置を設け、負荷側の熱が軸受装置に伝わらないよ
うにしたものである。

以下図に示す実施例を詳しく説明する。

この実施例は回転子に永久磁石を埋め込んだ同期電動機
によシ繊維を細く加工してゆくためのヒータロールを１
駆動してゆくものである。

すなわち１は同期電動機であり次のものから構成する。

２は円筒状の〜・ウジング、３ぱ・・ウジング２に納め
た円筒状の固定子、４は固定子３の内側で固定子３と対
面する円柱状の回転子であり、かご形巻線の外に鉄心内
に埋め込んだ永久磁石を持つ。

５ぱ回転子を貫く回転軸であり、・・ウジング２の両開
口端をそれぞれ塞ぐエンドブラケット６，７との間に設
けたボールベアリング８，９によって回転自在に支えら
れる。

１０は回転軸５の反負荷側に取り付けた冷却ファン、１
１ぱ冷却ファン１０によって吸し込んだ外気を・・ウジ
ング２の外表面に沿って吐き出すためのファンガイドで
゛ある。

１２ぱボールベアリング９より出力端側の回転軸５上に
取り付けた放熱ファンであり、この放熱ファン１２は一
方をエンドブラケツ１・γより方射方向に開口し、もう
一方を回転軸５の近くで回転軸５とほぼ平行な向きに開
口した風路１３を通して外気を吸い込み、再び放熱ファ
ン１２の放射方向に吐き出す。

さらに、１４ぱカップ状のヒータロールであり、回転軸
５の出力端側に連結する。

１５はヒータロール１４の内側に納めた円筒状のヒータ
である。

次に第２図により本実施例の特徴となる構成をさらに詳
しく説明する。

５ａは両ボールベアリング８，９によって支えられる回
転軸５を構成する第１の部材であり、第２の部材５ｂを
構成する第２の材料より熱伝導率の低い材料、例えばＳ
ＵＳ３０４のような特殊用途鋼が選ばれる。

５ｂは第１の部材５ａの第１の材料より出力端側に連続
した第２の部材であり、第１の部材を構成する第１の材
料より十分な硬度を持つ材料、例えばクローム鋼、クロ
ームモリフテン鋼、ニッケルクローム鋼などの構造用合
金鋼が選ばれる。

これら第１の部材５ａと第２の部材５ｂは両側より突き
付けて連結箇所５ｃに摩擦熱が生じるように一方の部材
を回転することにより溶接してゆく摩擦圧接法によって
連結するのが良い。

第２の部材５ｂの先端部分は先端に向うにしたがって径
を小さく構成し、テーパー面を設けることによってヒー
タロール１４がガタなく連結できるように構成する。

１６は第２の部材５ｂの先端部分にヒータロール１４を
固定するための締め付けナットである。

この実施例で放熱ファン１２は連結箇所５ｃと負荷側の
ボールベアリング９との間の第１の部材５ａ上に取り付
けている。

次にこのように構成したものの動作を説明する。

ヒータ１５に通電し、これから加工しようとする加工ラ
イン上の化学繊維をヒークロール１４に数回巻き付けた
後に同期電動機１の運転を始めると、同期電動機１の運
転速度に応じて化学繊維に加える張力を変えることがで
き、化学繊維の径および長さを自由に調整しながら加工
を続けることができる。

また、ヒータロール１４の熱は回転軸５を構成する第２
の部材５ｂ、連結箇所５Ｃを通じて第１の部材５ａに伝
わる。

第１の部材５ａに伝わった熱は放熱ファン１２がこれ自
身の作り出す風によって常に冷却されていることから、
放熱ファン１２を通して放熱ファン１２によって起こさ
れた風の中に放出されてゆく。

したがって、熱伝導率の低い材料で構成した第１の部材
５ａを伝わる熱量は制限され、しかも、第１の部材５ａ
を伝わる熱は放熱ファン１２を通して外気中に放散する
ことから、ボールベアリング９にヒータロール１４の熱
が伝わるのを防ぐことができる。

このように回転軸５を２つの部材５ａ，５ｂで構成し、
両部材の連結箇所付近に放熱装置を取り付けると、回転
軸５の出力端側は硬度の高い材料を選び、また、その他
の部分は負荷側の熱を伝え難いように熱伝導率の低い材
料を選ぶことができる。

したがって、保守・点検のために負荷を取り外しても、
軸端部分に傷が付き難いことから、常に負荷を精度良く
組み付けてゆくことができる。

また、回転軸５を支える軸受装置には負荷側の熱が伝わ
り難いことから、回転電機の運転を安全に続けることが
できる。

前記の説明では放熱装置として放熱ファン１２を設ける
ものについて説明したが、これは放熱ファン１２の代り
に回転軸５の連結箇所５Ｃ付近の主に第１の部材５ａ上
に第３図で示すように多数の放熱フイン１７を設けても
よい。

また、このような放熱装置は回転軸５を構成する第１の
部材５ａの第１の材料よりも熱伝導率の高い材料、例え
はアルミ合金などで構成すると効率良く熱放散を行なう
ことができる。

特に、第１の部材５ａの第１の材料にＳＵＳ ３ ０
４などのステジレス鋼を用い、放熱ファン１２あるいは
放熱ファン１７にアルミ合金を用いた場合、アルミ合金
はステンレス鋼の１０倍程度の熱伝導率を持つため、軸
受装置側への熱伝播を十分に防いでゆくことができる。

また、アルミ合金とステンレス鋼は熱膨張係数が近似し
でいることから、両者ぱ冷間・熱間を問わず、常に適切
な関係を保つことができ、この点からも両者間の熱伝達
をスムースに行なうことができる。

さらに実施例においては繊維の加工のために使用するヒ
ークロールを連結したものについて説明したが、本発明
はこの他にも、例えば高温炉などの換気を行なうために
取り付けた換気扇、あるいは高温水を扱うポンプのラン
ナなどを駆動するのに利用することができるものである
。

また、実施例においては回転電機として同期電動機を示
したが、本発明はこの他にも直流電動機，誘導電動機な
どにも実施してゆくことができる。

なお、発明者らによって、実施例のように摩擦圧接法に
よって作成した回転軸の引張り強さ、あるいは疲れ強さ
試験が行なわれたが、破断箇所は、すべて母材側（連結
箇所、および摩擦圧接による熱影響部以外の部分）であ
り、製品の高速回転運転に何ら支障のないことが明らか
になった。

以上の説明から明らかなように、本発明の回転電機は軸
受装置によって支えられる回転部分の回電軸を第２の部
材を構成する第２の材料より熱伝導率の低い第１の材料
より成る第１の部材で構成し、この第１の部材に連結す
る回転軸の出力端側の部分を第１の部材を構成する第１
の材料より硬度の高い第２の材料から成る第２の部材に
より構成すると共に、第１の部材を構成する第１の材料
より熱伝導率の高い材料で構成した放熱装置を、軸受装
置と第２の部材との間に配置した第１の部材上に取り付
けたものである。

したがって、本発明によれば、軸端部分の変形が極めて
小さくなり、常に負荷を精度良く組み付けることができ
、また、負荷より軸受装置への熱伝播を第１の部材自身
の性質により制限すると共に、さらに冷却装置を通Ｕ７
て放散することにより軸受装置が熱影響を受けるのを防
ぐことができ、特に高温に保たれる負荷を連結する場合
、装置の運転を安全・確実に続けてゆくことができるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図はヒークロールを連結した実施例を説明するため
の側面よりの一部断面図、第２図は第１図の主要部を説
明するための略図、第３図は他の実施例を説明するため
の略図である。 １・・・回転電機、３・・・固定子、４・・・回転子、
５・・・回転軸、５ａ・・・第１の部材、。 ５ｂ・・・第２の部材、９・・・軸受装置、１２・・・
放熱ファン、１４・・・負荷、１γ・・・放熱フィン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 円筒状の固定子と、この固定子の内側に配置した回
   転子と、この回転子を貫ぬく回転軸と、この回転軸を支
   える軸受装置とから成る回転電機において、前記回転軸
   の前記軸受装置によって支えられる部分を第１の部材で
   構成し、前記回転軸の前記第１の部材と連結した出力端
   側の部分を第２の部材により構成すると共に、前記第１
   の部材を前記第２の部材を構成する第２の材料より熱伝
   導率の低い第１の材料で構成し、しかも、前記第２の部
   材を前記第１の部材を構成する第１の材料より硬度の高
   い第２の材料で構成し、前記第１の部材より熱伝導率の
   高い材料で構成した放熱装置を、前記軸受装置と前記第
   ２の部材との間に配置した前記第１の部材上に取り付け
   たことを特徴とする高温負荷を連結する回転電機。 ２ ＠記放熱装置としてファンを取り付けたことを特徴
   とする前記特許請求の範囲第１項記載の高温負荷を連結
   する回転電機。 ３ 前記放熱装置として多数のフ，アンを取り付けたこ
   とを特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載の高温負
   荷を連結する回転電機。 ４ 前記第１の部材を成す第１の材料を特殊用途鋼で構
   成し、前記第２の部材を成す第２の材料を構造用合金鋼
   で構成したことを特徴とする前記特許請求の範囲第１項
   ，第２項および第３項記載の高温負荷を連結する回転電
   機。