JPS61502007A - 遠心オイルポンプの流れ配分および冷却機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ″心オイルポンプの１にれ　゛よび冷却ｉ」フ遣１ 本発明は、遠心機モータ潤滑機構に関し、さらに詳細には、高度のモータ冷却を 与え得るように潤滑油を迅速に循環させ、さらには前記モータの軸受を過度に潤 滑しない遠心機モータ潤滑機構に向けられている。

高速度遠心機モータの軸受を適当に潤滑することの決定的な重要性のために、少 なからぬ努力が潤滑機構を改良することに費やされた。本発明に先行して使用さ れている潤滑機構の中で最も効果的なものは、モータのシャフトまたはスピンド ルに、油貯め内に伸びる先細の入口を有する内部通路が設けられた機構である。

このシャフトが回転すると、油は先細の入口に引き寄せられて、前記通路の表面 に沿って上方に流れ、次いで、上部および下部モータ軸受の近傍に配置された半 径方向孔を経て外方へ流れる。前記内部通路および半径方向孔の寸法と形状を適 当に選択することにより、この機構は軸受に対する潤滑油の連続的な供給を与え ることができる。この形式の潤滑機構の一例が、１９５６年１０月９日にイー・ ウイードマンの名前で発行された米国特許第２，７６６．０８１号明細書に記載 されている。

前記形式の潤滑機構は最も多くの点で満足される一方、これらの潤滑機構はその 使用を制限する好ましくない部分を有する。その最も重要なことは、上部軸受お よび下部軸受の間の油の所望の配分を確実にすることが困難なことである。この 配分は、例えば、前記通路の相違部分の寸法または表面粗さのわずかな相違、前 記通路の表面上のよごれの蓄積およびその他の要因により決定的な影響を受ける 。その結果、前記軸受の一つが過度に潤滑され、また、他方が潤滑不足になる。

これらの条件は軸受の有効寿命を決定的に減少させる。

泣工しと１り 本発明の一つの重要な特徴によれば、上部軸受および下部軸受の間の個所で前記 通路内に不連続部または段を導入することにより、上部および下部モータ軸受の 間の潤滑油の配分の非予測性が実質的に減少され得ることが明らかとなった。こ の段の寸法が十分であれば、故殺は、事実上、それぞれが実質的に独立の流れ特 性を有する二つの領域に前記通路を仕切る。その結果、一方の軸受に対する潤滑 油の流れにおける乱れは、他の一方の軸受に対する潤滑油の流れにおける乱れと は実質的に独立であるようになされる。このことはまた、両軸受への油の流れの 間の予測不能で望ましくない相互作用を排除することに資する。

半径方向段の他の利点は、これが下部潤滑孔に近接して配置されている場合、前 記段が、前記下部潤滑孔を取り巻く油層の厚さを比較的薄くすることである。こ の薄さは、過度の量の油が下部軸受に供給されることなしに、下部潤滑孔が比較 的大きいことを可能にする。その結果、下部潤滑孔は、モータ作動の間、詰まり を起すようになることがほとんどない０段の潤滑孔への近接は、孔を経る油の流 れがシャフトを経る油の全部の流れのほぼ一定の割合になるようにすることに役 立つ。したがって、前記段および孔は共に流れ配分作用をなす。

本発明のもう一つの重要な特徴は、上部モータ軸受の近傍に改良された流れ配分 部材を設けたことにある。この配分部材は、望ましくは、突出する歯のような妨 害セクションであって潤滑孔から出る油のある量が高速で回転する軸受に入り込 むのに十分に微細な潤滑霧に細分されるようにするセクションと、歯間の間隙の ような非妨害セクションであって残りの油が軸受を潤滑することなく油貯めに戻 ることを許すセクションとを有する。この部材の妨害セクションが非妨害セクシ ョンに関して比較的小さくまたは比較的大きく形成されるために、上部軸受を潤 滑すべく用いられる全部の油の流れの一部は、所望の値に固定することができる 。

好ましい実施例において、配分部材は、全体の油の流れの比較的少ない一部のみ が上部軸受を潤滑すべく使用されるように構成されている。このことはまた、上 部軸受を過度に潤滑することなしに、前記の構成をとることなしに可能の他の場 合よりも、油の流れの全量が多数倍大きいようにすることを可能にする。この増 大された油の流れの一つの利点は、通路内の潤滑油の層の厚さを増大させること であり、これにより、軸受への油の流れの量の過度状態の影響を減少させる。さ らに重要なことは、この増大された油の流量が、熱がモータの電機子から伝導さ れる割合を増大させることである。したがって、本発明の配分部材は潤滑油の流 れを安定させるだけでなく、作動するモータをより冷却する。

Ｘ血豆上」 本発明の他の目的および利点は、以下の説明および図面から明らかとなろう。

第１図は本発明に従って構成された潤滑機構を墳する遠心機モータ組立体の単純 化された横断面図であり、第２図は下部潤滑孔の近傍における潤滑油の性質を示 す拡大部分横断面図であり、そして第３図は第１図の線３−３に沿って得た拡大 断面図である。

ましい　１例の１ 第１図を参照すると、本発明の潤滑機構の一実施例を含む遠心機モータ駆動組立 体の単純化された横断面図が示されている。この駆動組立体は、電機子１２およ び固定子１４を有する交流モータ１０を含む。電機子１２のシャフトまたはスピ ンドル１６が上部および下部軸受１８．２０にそれぞれ支持されており、これら の軸受は高速度遠心機の使用に適するサイズおよび形式の玉軸受を含むことが望 ましい、これらのうち、下部軸受２０は、適当な複数のボルト２３によりモータ ・ハウジングｚ６の上部セクション２４の下部にボルトｔｈめされた全体に円形 のプレート２２に支持されており、また、上部軸受１８は、上部のハウジング・ セクション２４の上部により形成された首部内に据えられている。／＼ウジング ２６は、下部ハウジングやセクション２５により完全なものにされており、該下 部ハウジング番セクションは複数のボルト２８により上部／＼ウジングーセクシ ョン２４にポルトＩヒめされ、油漏れを防ぐために両セクション間でＯ−リング ３０が締め付けられている。固定子１４は、図示しない従来の取付具により上部 ハウジング・セクション２４の内部に取り付けられている。

潤滑油が上部および下部軸受１８．２０に実質的に連続して供給されることを目 的として、シャフト１６は、油が油貯め４２から上方へ流れることができる内部 通路４０を備える。シャフト１６は、また、第３図に最もよく示すように、この 上方へ流れる油が上部軸受１８に向けて外方へ波れる複数の上部潤滑孔４４と、 第２図に最もよく示すように、この上方へ流れる油が下部軸受２０に向けて外方 へ流れる少なくとも一つの下部潤滑油４６とを含む。油のこの流れのための循環 通路は、符号２４ｂで示すように上部／ｈハウジングセクション２４の側部を通 る複数の油の流動経路と、プレート２２に穿孔された複数のそれぞれの孔２２ａ とを含む。この通路において油を流動させるのに必要な圧力は、シャフト１６が 油貯め４２中を高速度で回転されるとき、シャフト１６の先細にされた入口端４ ８により遠心的に発生される。入口端４８の寸法およびテーバの度合は、通路４ ０を経る油の所望の総流量を４礼るように選択されるされることは理解されよう 。

本発明の一つの重要な特徴によれば、通路４０に、上部および下部潤滑孔４４． ４６の間に望ましくは後者に近接して位置する不連続部または段５０が設けられ ている。以下にさらに完全に説明されるように、段５０は、上部潤滑孔４４に油 の流れを導く第１の領域４０＆と下部潤滑孔４６に油の流れを導く第２の下方領 域４０ｂとに前記通路４０を流れに関して仕切る作用をなす。この仕切りは、通 路４０の相違部分の寸法および表面粗さにおける変化が上部潤滑孔および下部潤 滑孔の間の油の流れの配分に影響を与え得る程度を減少させる故に有用である。

したがって、この段は、通路４０の寸法および表面仕上げの厳格な公差を維持す る必要性を軽減し、その結果、シャフト１６の製造コストを軽減する。

段５０の他の有用な効果は１段５０によって、通路４０が一定の半径を有する場 合よりも下部潤滑孔４６を取り巻く油の層厚が小さくなることである。このこと は、また、下部深１孔４６が、線孔を経る流れの設定流量に関し、他の方法で可 能の場合よりも大きくされることが可能である。この大きい孔寸法のために、第 １図の潤滑機構の下方部分は改良された詰まり防止性能を有する。

段５０が孔４６に近接して配置されていれば、さらに、孔４６をれのほぼ一定の 割合にする効果がある。その結果、シャツ）４０を経る全部の油の流れは、下部 軸受２０を過度に潤滑することなしに、このように構成しないで可能の他の場合 よりも大きくされる。

このより多い全部の油の流れは、また、モータ１０が潤滑油の流れにより冷却さ れる程度を増大させる。したがって、段５０および孔４６は、本発明の潤滑機構 により生じる冷却効果を高める油流れ配分作用を与えるべく協働する。

前記した結果が生じる理由は、第２図を参照することにより容易に理解されよう 。第２図において、下部潤滑孔４６および段５０の近傍に位置するシャフト１６ の一部の拡大された部分横断面が、該一部上を流れる油の層とともに示されてい る。初めに、半径方向の段５０の下流（すなわち上方）である油の流れ５２ａの 一部に関して、この流れは段５０の厚さよりもわずかに小さい最大厚さを有する こと、および、この流れの深さは上部潤滑孔４４に向けて単調に減少することが 明らかであろう、シャフト１６が段５０を越える連続的な油の波れを維持するの に十分に速く回転する限り、油の流れ５２ａの最大深さは、実質的に段５０の上 流（すなわち下方）の油の流れの深さ輪郭に関係なく、段５０の高さよりもわず かに小さく維持される。したがって、段５０は通路域４０ａにおける油の深さ輪 郭を通路域４０ｂにおける油の深さ輪郭と実質的に独立にまたは同等にし、段５ ０は通路４０を流体的に分離された二つの領域に仕切ることが見て取れよう、そ の結果、領域４０ａおよび４０ｂの寸法または表面仕上げの理想値からの隔たり のような要因は上部孔４４および下部孔４６の間の全体的な油の流れの配分に重 大な影響を与えない、したがって、段５０は、シャフト１６が臨界公差よりも下 回って機械加工されることを可能にする。

次に、段５０の」二速の油の流れ５２ｂの部分に関し、該部分は、段５０におい て最小で、入口４８に向けて申請に増加する深さを有することがわかる。さらに 、孔４６への油の流れのために、孔４６の縁部における油の深さはまた最小とな る。これらの最小深さの地点は、段５０に近接する孔４６とともに１孔４６を取 （１巻く流れ５２ｂの一部が特別な形状を持ちかつ比較的薄い状態を維持するよ うにする。この薄さのために、潤滑孔４６を経る油の流量は、通路４０を経る油 の全体的な量の比較的少ない部分となる。その結果、孔４６を経る油の渣れの定 められた所望量のために、孔４６は、段５０が存在しない場合よりも犬きく形成 することができる。このことは、また、孔４６が、類似の下部軸受の油の流量を 与える従来の潤滑機構における孔よりも詰まりが少ない傾向を有することを保証 する。

重要なことは、シャフト１６の加速が通路４ｏを経る油の流れの量を増大させる とき、僚れ５２ａおよび５２ｂの深さが、特に前記最小深さの位置で、はぼ一定 に維持されることである。この−ことは１通路４ｏを経る全体の油の流れの量に 関してではなく、絶対的な意味において、孔４６への油の流れの量が増大するこ とを可能にする。このことから、段５ｏおよび孔４６の寸法、およびこれらの間 の間隔が、下部軸受２ｏに方向転換される全部の油の流れの割合を固定すること が明らかであろう、したがって、軸受２ｏは常に潤滑油の適当な供給が保証され る。

実施例では、シャフト］６は、好ましくは個々に製造され、また、駆動組立体の 最終組立の間に相互に連結される第１セクシヨンおよび第２のセクションを有す る。この二部分構造の利点は、シャフト１６の一セクションの双方の機械加工お よび検査を簡単にすることである。その他に、下方のシャフト部分１６ｂの上端 部を半径方向段５０として作用するようにする利点がある。

本発明の他の特徴によれば、第１図の潤滑機構は、Ｌ部潤滑孔４４から出る油滴 に打たれるように配置された衝突面５６ａを有する上部霧化部材５６と、下部潤 滑孔４６から出る油滴に打たれるように配置された衝突面５８ａを有する下部霧 化部材５８とを含む。

部材５６および５８は、また、従来の方法で上部ハウジング・セクション２４お よびプレート２２にそれぞれ固定される軸受保持要素として作用する。

運転時、部材５６および５８はこれらの面５６ａおよび５８ａを打つ油滴を、軸 受１８および２０に入るに十分に微細でありかつ十分な運動エネルギを有する油 の噴霧すなわち霧状物（複数組の分岐線により第１図に指示されている）に変え る。この変換すなわち霧化は有用であることが知られており、それは、大きい油 滴は高速回転中の軸受に入り込むことが阻止され、玉滑り状態となることが知ら れているからである。油滴を霧状にする部材５６および５８は、これらの衝突面 が実質的にシャフト１６の回転軸線に乎行であるときに最も効果的であるという 傾向がある。その理由は、後者の方向が、油滴が軸受に向けて単に偏向されると いうよりもむしろ粉々にされることを確実にずべくこれを助けることによる。

より詳細に説明されるように１部材５６は霧化要素としてだけではなく、軸受１ ８に供給される油の量を通路４ｏ内の全部の油の流れの予め設定された量に規制 する油の流れの配分要素としても作用する。好ましい例では、この量は比較的低 くされ、これにより、全部の油の流れを、軸受１８を過度に潤滑することなしに 電機子１２を相当冷却するのに十分であるようにすることができる。後者の流れ と称する、全部の油の流れの冷却成分は、第１図において矢印で指示された流体 通路内を循環する。該通路は油貯め４２１通路４０、潤滑孔４４およびハウジン グ２４に設けられた２４ｂのような複数の油戻り経路の一つとを含む、経路２４ ｂは、ハウジング・セクション２４の熱放射フィン２４ｂと直接の熱接触状態に あることから、経路を流れる油の流れは相当量の熱を電機子１２から周囲の空気 に効果的に運ぶことができる。

流れ配分要素としての部材の作用を第３図を参照して説明する。

第３図に示すように、部材５６の下端部は、軸受１８の外レースを取り巻くセレ ーションが設けられたリングを含む、このリングのセレーションは四つのほぼ長 方形に形状付けられた突起すなわち歯５６ａにより形成されており、各歯（第１ 図に示されているように）はシャフト１６の孔４４から出る油滴のうちのいくつ かにより打たれるに十分な長さである。これらの歯を隔てているものは、油滴が 部材５６を打つことなしに通る間隙または開口５６ｂである。

結果として、孔４４から複数の油滴が出るとき、七のうちのいくつかが歯５６ａ を打ち、軸受１８のための潤滑霧を発生させる。残りの油滴は歯の間を通り過ぎ 、油貯め４２に向けて経路２４ｂの一つを流下する流れに合流するところである ハウジング２４を打つまでとどまる。油滴が全ての方向において孔４４から出る ことから、軸受１８を潤滑する油滴の一部は、＊５６ａすなわち油滴の流れを止 める全周囲の一部に占められている部材５６の周囲の一部に比例する。したがっ て、部材５６の歯が設けられる構造またはセレーションは、所望値に設定される 潤滑および冷却作用をなす全部の油の流れの関連配分を可能にする。

′７１Ｌ機子１２で発生される熱の大部分は下部潤滑孔４６の上方に生しること から、孔４６を経て流れる油はモータ１０を冷却する性向をほとんど有しない。

結果として、軸受２０を潤滑するのに必要な油以外の孔４６を経て流れる油は、 冷却油の流れをそれが必要とされるところから偏向させるようにのみ作用する。

このことから、本発明の実施例では、孔４６を経る油の流れの量が比較的少なく 維持され、またこの流れの実質的に全てが潤滑霧に変換されることが好ましい。

したがって、上部霧化部材５６に見られるような流れ配分セレーションを有する 下部霧化部材５８を設ける必要はない、下部軸受２０を潤滑するために必要な油 の全ては、孔４６の適当な直径、段５０の適当な寸法および孔４６と段５０との 間の適当な間隔を選択することによってのみ与えることができる。しかし、原則 として、所望の場合、５６のようなセレーションが設けられた霧化部材がセレー ションが設けられていない霧化部材５８でおきかえられることを不可能とする理 由はない。

前記したことに照らし、本発明に従って構成された遠心機潤滑機構は冷却および 潤滑性能の望ましい組み合わせを与えることが明らかであろう。第１に、本発明 の潤滑機構は、駆動モータの所望の冷却を保証するために必要な大きさにするこ とができる冷却油の流量を与える。第２に、本発明の潤滑機構は、下部軸受への 全部の油の流れの比較的少ない割合の高率量を導く下部軸受配分装置を提供する ことにより下部軸受の過度の潤滑を阻止する。第３に、本発明の潤滑機構は、上 部軸受への全部の油の流れの比較的大きい割合の低率量を導く上部軸受配分装置 を提供することにより上部軸受の過度の潤滑を阻止する。最後に、油の流動通路 に半径方向段を設け、上部および下部の潤滑孔近傍における油の流れの流動特性 を効果的に分離することにより、本発明の潤滑機構は所望値におけるこれらの配 分を安定させる。

国際調査料失

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. １．上部軸受および下部軸受に支持された縦方向のシャフトおよび油貯めを有し 、前記縦方向のシャフトが、前記油貯めからの油のための内部通路と、該通路の 面上の油が両軸受の近傍に流れる上部孔および下部孔とを規定する型式の遠心機 モータのための潤滑および冷却機構の改良であって、（ａ）油を前記油貯めから 前記通路へ上方に向けて進めるための前記シャフトの下端における先細の入口で あってその寸法および逓減率が両軸受を潤消するに必要な油よりも実質的に多い 油の流れを前記通路を経で生じさせるように選択される入口と、（ｂ）前記下部 孔から出る前記油のうちの比較的高い割合部分を前記下部軸受に入るに十分に微 細な潤滑霧にするための下部霧化部材と、（ｃ）前記上部孔から出る前記油のう ちの比較的低い割合部分を前記上部軸受に入るに十分に微細な潤滑霧にし、また 、残りの油が前記油貯めに戻ることを許す上部霧化部材とを含み、（ｄ）前記通 路は、前記下部孔を経る油の流れの量を前記通路を経る全部の油の流れの少ない 一部に制限するための、前記上部孔および下部孔間において前記下部孔に近接す る半径方向段を含む、潤滑および冷却機構。
2. ２．軸受保持部材であってその一部が前記上部霧化部材として作用する軸受保持 部材を含む、請求の範囲第１項に記載の機構。
3. ３．前記上部霧化部材は少なくとも一つの突出歯を含み、油が前記歯を打つとき にのみ潤滑霧が実質的に発生される、請求の範囲第１項に記載の機構。
4. ４．前記上部霧化部材は、前記上部孔から出る油を霧化すべく適用されね少なく とも一つの妨害セクションと、前記上部孔から出る油が前記油貯めに戻ることを 許すように適用される非妨害セクションとを含む、請求の範囲第１項に記載の機 構。
5. ５．前記段は、前記油の流れを上流および下流に流体的に分離するに十分な高さ である、請求の範囲第１項に記載の機構。
6. ６．前記下部孔および前記段の寸法は、全部の油の流れから、前記下部軸受を過 度に潤滑するに十分な油ではなく前記下部軸受を潤滑するに十分な油に転じるよ うに選択される、請求の範囲第１項に記載の機構。
7. ７．前記上部霧化部材は、全部の油の流れから、前記上部軸受を過度に潤滑する に十分な油ではなく前記上部軸受を潤滑するに十分な油に転じるように形成され る、請求の範囲第１項に記載の機構。
8. ８．前記上部霧化部材は、全部の油の流れから、前記上部軸受を過度に潤滑する に十分ではなく前記上部軸受を潤滑するに十分な油に転じるように形成されてい る請求の範囲第６項に記載の機構。
9. ９．両軸受に供給されない全部の油の流れの一部は、前記モータを安全温度に維 持するに十分である、請求の範囲第８項に記載の機構。
10. １０．前記シャフトは上部セクションおよび下部セクションとを有し、また、前 記段は前記下部セクションの上端を含む、請求の範囲第１項に記載の機構。
11. １１．上部軸受および下部軸受に支持された縦方向のシャフトおよび油貯めを有 し、前記縦方向のシャフトが、前記油貯めからの油のための内部通路と、該通路 の面上の油が両軸受の近傍に流れる上部孔および下部孔とを規定する型式の遠心 機モータのための潤滑および冷却機構の改良であって、（ａ）油を前記油貯めか ら前記通路へ上方に向けて進めるための前記シャフトの下端における先細の入口 であってその寸法および逓減率が両軸受を潤滑するに必要な油よりも実質的に多 い油の流れを前記通路を経て生じさせるように選択される入口と、（ｂ）前記下 部孔を経る油の前記流れの初めに予め定められた一部を導くための前記通路内の 半径方向不連続部を含む下部配分手段と、（ｃ）前記上部孔から出て前記上部軸 受の近傍に至る油の予め定められた一部を方向転換させる上部配分手段とを含む 、潤滑および冷却機構。
12. １２．前記半径方向不連続部は前記上部孔および下部孔の間に配置された段であ る、請求の範囲第１１項に記載の機構。
13. １３．前記段は、前記油の流れを上流および下流に流体的に分離するに十分な高 さである、請求の範囲第１２項に記載の機構。
14. １４．前記上部配分手段は、前記上部孔からの油を霧化すべく適用される少なく とも一つの妨害セクションと、油が前記上部孔から前記油貯めに戻ることを許す ように適用される非妨害セクションとを含む、請求の範囲第１１項に記載の機構 。
15. １５．前記上部配分手段は、少なくとも一つの突出歯を有するリングを備える、 請求の範囲第１１項に記載の機構。
16. １６．前記下部孔から出る油を霧化するための霧化部材を含む、請求の範囲第１ １項に記載の機構。
17. １７．前記シャフトは上部セクションおよび下部セクションを有し、また、前記 半径方向不連続部は前記下部セクションの上端を含む、請求の範囲第１１項に記 載の機構。
18. １８．上部軸受および下部軸受に支持された縦方向のシャフトおよび油貯めを有 し、前記縦方向のシャフトが、前記油貯めからの油のための内部通路と、該通路 の面上の油が両軸受の近傍に流れる上部孔および下部孔とを規定する型式の遠心 機モータのための潤滑および冷却機構の改良であって、（ａ）油を前記油貯めか ら前記通路へ上方に向けて進めるための前記シャフトの下端における先細の入口 であってその寸法および逓減率が両軸受を潤滑するに必要な油よりも実質的に多 い油の流れを前記通路を経て生じさせるように選択される入口と、（ｂ）前記通 路の表面を比較的小さい半径を有する下部表面領域と比較的大きい半径を有する 上部表面領域とに仕切るための半径方向段であって前記上部孔および下部孔の間 に配置された半径方向段と、（ｃ）前記下部孔から油を受け入れかつ前記油を前 記下部軸受に入り込むのに十分に微細な霧状物に変換するための下部霧化部材と 、（ｄ）前記上部孔から油を受け入れかつ前記油を前記上部軸受に入り込むのに 十分に微細な霧状物に変換するための上部霧化部材であって前記油が前記霧状物 に変換されることなしに前記油貯めに戻ることを可能にする少なくとも一つの間 隙を含む上部霧化部材とを含み、（ｅ）これにより前記入口に入る油の予め定め られたそれぞれの量が前記上部軸受および下部軸受に与えられ、両軸受の加熱を 防ぐに十分な油の流れが前記シャフトに与えられる、潤滑および冷却機構。
19. １９．前記段は前記下部孔に近接して配置され、これにより前記下部孔を経て流 れる油が、前記入口に入る油の比較的少ない一部を含む、請求の範囲第１８項に 記載の機構。
20. ２０．前記シャフトは上部セクションおよび下部セクションを有し、また、前記 段は前記下部セクションの上端を含む、請求の範囲第１８項に記載の機構。
21. ２１．前記上部霧化部材は、前記上部孔を経て流れる油の比較的少ない一部のみ が潤滑霧に変換されることを保証する複数のセレーションを含む、請求の範囲第 １８項に記載の機構。