KR20190123215A

KR20190123215A - 회전기

Info

Publication number: KR20190123215A
Application number: KR1020190044757A
Authority: KR
Inventors: 히로키 와카바야시; 마사시 구츠나; 유타카 와키타; 데츠히로 도미타
Original assignee: 신포니아 테크놀로지 가부시끼가이샤
Priority date: 2018-04-23
Filing date: 2019-04-17
Publication date: 2019-10-31
Also published as: JP2019193395A; JP7121261B2; CN110389039A; US20190326796A1

Abstract

[과제] 냉매가 케이싱 밖으로 누출되는 사태를 방지함과 함께, 공시체측의 베어링을 효과적으로 냉각하는 것이 가능한 회전기를 제공한다.
[해결 수단] 샤프트(4)로서, 축심 부분에 냉매를 일방향으로 공급 가능한 메인 냉매로(41)와, 시단부(421)가 메인 냉매로(41)의 냉매 공급 방향 하류단(412) 근방에 연통되는 공시체측 서브 냉매로(42)를 구비한 것을 적용하고, 메인 냉매로(41)의 냉매 공급 방향 하류단(412)을 샤프트(4)의 양단 중 공시체가 접속되는 측의 단(4A)에 이르지 않는 위치이고 또한 공시체측 베어링(6A)보다도 냉매 공급 방향 Y 하류측의 소정 위치에 설정하고, 공시체측 서브 냉매로(42)의 종단부(422)(배출구)를 공시체측 베어링(6A)보다도 냉매 공급 방향 Y 상류측(반공시체측)에 설정하였다.

Description

회전기 {Rotating machine}

본 발명은, 예를 들어 자동차용 시험 장치의 회전기에 관한 것이다.

공시체인 전동기, 발전기, 엔진, 파워 트레인 등의 차량 구동계 등의 특성 등을 평가하기 위한 자동차용 시험 장치에는, 공시체의 출력축에 연결되어서 「의사 부하」 혹은 「의사 구동원」으로서 기능하는 회전기(다이나모 장치)가 사용되고 있다.

회전기는, 원통형의 케이싱과, 그 케이싱 내에 배치된 스테이터 및 로터를 구비하고 있고, 샤프트 주위에 고정된 로터를 샤프트와 일체 회전 가능하게 구성하고 있다. 예를 들어 자동차용 시험 장치의 회전기는, 고속 회전 및 대용량화가 요구되고, 통상의 모터에 비하여 발열량이 많아져, 케이싱 내부에 있어서의 스테이터나 로터로부터의 발열을 억제할 필요가 있다. 특히, 회전기의 대용량화는 베어링의 사이즈 업을 수반하는 것이며, 샤프트의 고속 회전과 더불어 베어링의 마찰 손실이 증대되어, 베어링의 냉각 능력을 향상시킬 필요가 있다.

특허문헌 1에는, 샤프트의 축심부에 축 방향으로 연신되는 급유로(축중 구멍)와, 급유로에 연통되는 레이디얼 구멍(분사 노즐)을 형성하고, 분사 노즐로부터 분사된 냉각유를 비말 혹은 미스트형으로 하여 냉각유를 코일의 코일 엔드로 유도하기 위한 소정의 경사 각도를 갖는 경사면이 형성된 반사 콘을 구비한 냉각 기구가 개시되어 있다. 또한, 동 문헌에는, 반사 콘의 경사면에 충돌한 냉각유의 비말 혹은 미스트의 일부가 중력에 의해 반사 콘을 따라 베어링에도 공급되어, 냉각유를 베어링의 윤활유에도 이용할 수 있다는 점이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 2에는, 샤프트에, 스러스트 방향으로 뻗어 윤활유를 유통시키기 위한 스러스트 유로(축중 구멍)와, 스러스트 유로로부터 샤프트부의 레이디얼 방향으로 뻗은 레이디얼 유로가 형성된, 적어도 1개의 레이디얼 유로의 위치가, 스러스트 유로에 있어서의 윤활유의 공급 방향에 있어서 공시체측의 베어링보다도 하류측에 설정된 구성이 개시되어 있다. 동 문헌에는, 레이디얼 유로의 개구부로부터 나온 윤활유를, 베어링을 향하여 경사진 경사부가 형성된 안내 부재에 의해 베어링을 향하여 안내하는 구성도 개시되어 있다.

일본 특허 공개 제2007-159325호 공보 일본 특허 공개 제2008-289279호 공보

그러나, 특허문헌 1에 기재된 구성에서는, 샤프트의 축심 부분에 형성된 급유로(축중 구멍)의 하류단이, 공시체측 베어링보다도 공급 방향 상류측의 위치에 설정되어 있기 때문에, 급유로에 공급하는 냉매를 공시체측 베어링 근방까지 흘릴 수 없고, 급유로와 공시체측 베어링의 이격 거리가 길어져, 열 저항이 커(높아)진다는 점에서, 공시체측 베어링의 발열을 완벽하게 빼앗지 못하고, 공시체측 베어링에 대한 충분한 냉각 능력을 발휘하기 어려워, 베어링의 온도를 허용 범위 내로 억제하는 것이 곤란하다. 또한, 특허문헌 1에 기재된 레이디얼 구멍(분사 노즐)은, 축중 구멍의 하류단으로부터 레이디얼 방향으로 직선형으로 뻗어 있기 때문에, 레이디얼 구멍으로부터 분사된 냉매유를 공시체측 베어링에 직접 분사하지 못해, 역시 공시체측 베어링에 대한 충분한 냉각 능력을 발휘하기 어렵다고 생각된다.

한편, 특허문헌 2에 기재된 회전기는, 샤프트의 전체 길이에 걸쳐서 스러스트 유로가 형성되어 있기 때문에, 특허문헌 1에 기재된 구성과 비교하여, 공시체측 베어링과 냉각면(스러스트 유로)의 이격 거리가 짧아지고, 거리가 짧아진 만큼 열 고저도 작고, 공시체측 베어링에 대한 냉각 능력은 향상된다.

그러나, 특허문헌 2에 기재된 회전기는, 상술한 바와 같이, 샤프트의 전체 길이에 걸쳐서 스러스트 유로가 형성되어 있기 때문에, 레이디얼 구멍으로부터 배출된 냉매유가 비말 혹은 안개 상태가 되어, 축단의 간극으로부터 회전기의 외부로 누출되어 버린다는 문제가 발생할 수 있다. 축단의 간극을 메우기 위해 고성능의 메커니컬 시일을 적절한 개소에 마련한 구성이어도, 고속 회전 시에 축단의 간극으로부터 냉매유가 회전기의 외부로 누출되는 사태를 완전히 해소하기는 곤란하다.

본 발명은, 이러한 문제에 착안하여 이루어진 것이며, 주된 목적은, 냉매가 케이싱 밖으로 누출되는 사태를 방지함과 함께, 공시체측 베어링을 효과적으로 냉각하는 것이 가능한 회전기를 제공하는 데 있다.

즉 본 발명은, 축심 부분에 냉매를 일방향으로 공급 가능한 메인 냉매로를 갖고 또한 일단부에 공시체가 접속 가능한 샤프트와, 샤프트의 축 둘레에 마련한 로터와, 로터 및 샤프트의 적어도 일부를 내부 공간에 수용 가능한 케이싱과, 케이싱 내에 고정한 스테이터와, 샤프트의 일단부 근방에 배치되어 당해 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 공시체측 베어링과, 샤프트의 타단부 근방에 배치되어 당해 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 반공시체측 베어링을 구비한 회전기에 관한 것이다.

그리고, 본 발명에 관한 회전기는, 메인 냉매로의 냉매 공급 방향 하류단을, 샤프트의 양단 중 공시체가 접속되는 측의 단에 이르지 않는 위치이고 또한 냉매 공급 방향에 있어서 공시체측 베어링과 동일 위치 또는 공시체측 베어링보다도 하류측의 소정 위치에 설정하고, 샤프트로서, 시단부가 메인 냉매로의 냉매 공급 방향 하류단 또는 공급 방향 하류단 근방에 연통되고 또한 종단부가 케이싱의 내부 공간에 연통되는 공시체측 서브 냉매로를 갖는 것이며, 공시체측 서브 냉매로의 종단부를 공시체측 베어링보다도 냉매 공급 방향 상류측(반공시체측)에 설정한 것을 특징으로 하는 회전기.

여기서, 본 발명에 있어서의 「냉매 공급 방향」은, 냉매를 일방향으로 공급 가능한 메인 냉매로에 있어서의 냉매의 공급 방향이며, 샤프트의 타단부(공시체가 접속되지 않는 측의 단)로부터 일단부(공시체가 접속되는 측의 단)를 향하는 방향과 일치한다. 또한, 「메인 냉매로의 냉매 공급 방향 하류단을 냉매 공급 방향에 있어서 공시체측 베어링과 동일 위치에 설정」이란, 「메인 냉매로의 냉매 공급 방향 하류단을, 샤프트의 레이디얼 방향(샤프트의 축 방향에 직교하는 방향)에 있어서 공시체측 베어링의 적어도 일부와 겹치는 위치에 설정」과 동의이다.

이러한 본 발명에 관한 회전기라면, 메인 냉매로에 있어서 당해 메인 냉매로의 하류단(공시체측)을 향하여 흐르는 냉매에 의해, 반공시체측 베어링 및 로터 뿐만 아니라, 공시체측 베어링으로부터의 발열을 없앨 수 있다. 특히, 본 실시 형태의 회전기에서는, 메인 냉매로의 하류단을 냉매 공급 방향에 있어서 공시체측 베어링과 동일 위치 또는 공시체측 베어링보다도 하류측의 소정 위치에 설정하였기 때문에, 메인 냉매로의 하류단을 냉매 공급 방향에 있어서 공시체측 베어링보다도 상류측에 설정한 구성과 비교하여, 발열체인 공시체측 베어링과 냉각면인 메인 냉매로 사이의 거리가 줄어들어, 열 저항을 작게 하고, 메인 냉매로의 하류단에 도달한 냉매에 의한 공시체측 베어링의 냉각 능력이 향상된다.

또한, 본 발명에 관한 회전기에서는, 메인 냉매로의 냉매 공급 방향 하류단을, 샤프트의 양단 중 공시체가 접속되는 측의 단에 이르지 않는 위치에 설정한 구성(메인 냉매로에 관한 제1 조건)과, 공시체측 서브 냉매로의 시단부를 메인 냉매로의 냉매 공급 방향 하류단 또는 공급 방향 하류단 근방에 연통시켜, 당해 공시체측 서브 냉매로의 종단부를 케이싱의 내부 공간에 연통시킨 구성(공시체측 서브 냉매로에 관한 제1 조건)과, 공시체측 서브 냉매로의 종단부를 공시체측 베어링보다도 냉매 공급 방향 상류측(반공시체측)에 설정한 구성(공시체측 서브 냉매로에 관한 제2 조건)을 채용함으로써, 메인 냉매로를 통과한 냉매가 회전기의 외부로 누설되어서 공시체를 오염시키는 사태를 방지·억제할 수 있음과 함께, 메인 냉매로의 하류단을 냉매 공급 방향에 있어서 공시체측 베어링보다도 상류측에 설정한 구성과 비교하여, 발열체인 공시체측 베어링과 냉각면(메인 냉매로) 사이의 거리가 줄어들어, 열 저항을 작게 하고, 메인 냉매로의 하류단에 도달한 냉매에 의해 공시체측 베어링의 발열을 빼앗는 능력(냉각 능력)이 향상된다.

또한, 본 발명에 있어서의 공시체측 서브 냉매로는, 상술한 공시체측 서브 냉매로에 관한 제1 조건 및 제2 조건을 만족시키는 것이라면 어떤 형상이어도 되지만, 시단부로부터 종단부를 향하여 소정 각도 경사진 유로에 의해 공시체측 서브 냉매로를 구성하면, 비교적 간단한 가공에 의해 공시체측 서브 냉매로를 샤프트에 형성할 수 있다.

본 발명에는, 공시체측 서브 냉매로에 준한 유로인 반공시체측 서브 냉매로를 샤프트에 형성한 회전기도 포함된다. 즉, 본 발명에 관한 회전기는, 시단부가 메인 냉매로 중 공시체측 베어링보다도 냉매 공급 방향 상류단측의 소정 부분에 연통되고 또한 종단부가 케이싱의 내부 공간 중 반공시체측 베어링보다도 냉매 공급 방향 하류측에 연통되는 반공시체측 서브 냉매로를 갖는 것이어도 된다. 이러한 회전기에 있어서, 반공시체측 서브 냉매로를 공시체측 서브 냉매로와 동일 형상, 동일 각도 및 동일 수로 설정하면, 공시체측과 반공시체측에서 원심 펌프 작용에 차가 발생하는 사태를 피하고, 반공시체측 서브 냉매로 및 공시체측 서브 냉매로로부터 각각 냉매를 균등하게 하우징의 내부 공간으로 방출할 수 있다. 단, 반공시체측 서브 냉매로의 형상, 각도, 수를 공시체측 서브 냉매로와 상이하게 하는 것도 가능하고, 그 경우는, 원심 펌프 작용에 차가 발생하지 않도록 각 서브 냉매로의 형상(직경도 포함한다), 각도, 수 등의 조건을 적절하게 설정하면 된다.

본 발명에 따르면, 샤프트의 축심 부분에, 샤프트 중 공시체가 접속되는 측의 단에 가까운 위치에 종단부를 설정한 메인 냉매로(축중 구멍)를 형성함과 함께, 샤프트 중 축심 부분(중공 부분)을 둘러싸는 단면 환형의 외주연 부분(두께 부분)에, 시단부가 메인 냉매로의 하류단 근방에 연통되는 공시체측 서브 냉매로를 형성하고, 공시체측 서브 냉매로의 종단부(배출구)를 공시체측 베어링보다도 냉매 공급 방향 상류측의 위치에 설정하였기 때문에, 대용량화 및 회전의 고속화에 따라 발생하는 공시체측 베어링에 대한 냉각 부족을 해결할 수 있음과 함께, 공시체측 서브 냉매로를 통과하여 샤프트의 타단부측(공시체가 접속되지 않는 측)을 향하여 흘러서, 케이싱의 내부 공간에 배출되는 냉매를 이용하여 로터 등의 발열체도 냉각할 수도 있고, 또한 회전기의 외부로 냉매가 누출되는 사태도 방지하는 것이 가능한 회전기를 제공할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 회전기의 단면 모식도이다.
도 2는, 동 실시 형태에 관한 회전기의 주요부 확대 단면 모식도이다.
도 3은, 동 실시 형태에 관한 회전기의 일 비교예를 도 2에 대응시켜 나타내는 도면이다.
도 4는, 동 실시 형태에 관한 회전기의 제1 변형예를 나타내는 도면이다.
도 5는, 동 실시 형태에 관한 회전기의 제2 변형예를 나타내는 도면이다.
도 6은, 동 실시 형태에 관한 회전기의 제3 변형예를 나타내는 도면이다.
도 7은, 동 실시 형태에 관한 회전기의 제4 변형예를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 일 실시 형태를, 도면을 참조하여 설명한다.

본 실시 형태에 관한 회전기(1)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 원통형의 케이싱(2)과, 케이싱(2) 내에 고정한 스테이터(3)와, 샤프트(4)와, 샤프트(4)의 축 둘레에 마련한 로터(5)와, 샤프트(4)를 회전 가능하게 지지하는 베어링(공시체측 베어링(6A), 반공시체측 베어링(6B))을 구비하고 있다. 본 실시 형태에 관한 회전기(1)는, 예를 들어 자동차용 시험 장치에 적용되는 다이나모 장치로서 기능하는 것이며, 자동차용 시험 장치에 적용한 경우, 회전기(1)에 연결된 공시체(자동차에 사용되는 회전체(파워 트레인) 등, 도시 생략)의 특성을 측정하는 것이 가능하다. 여기서, 공시체의 종류에 따라, 회전기(1)는 「의사 부하」로서 기능하거나, 「의사 구동원」으로서 기능한다.

케이싱(2)은, 샤프트(4)의 축 방향 X를 따라 횡와 자세로 배치되는 개략 원통형의 케이싱 본체(21)와, 케이싱 본체(21)의 일단부에 설치한 공시체측 커버(22A)와, 케이싱 본체(21)의 타단부에 설치한 반공시체측 커버(22B)를 구비하고 있다. 또한, 「공시체측, 반공시체측」은, 「부하측, 반부하측」, 「1차측(P측), 2차측(S측)」이라고도 칭해진다. 공시체측 커버(22A) 및 반공시체측 커버(22B)는, 각각 중심부에 공시체측 베어링(6A), 반공시체측 베어링(6B)을 수용 가능한 관통 구멍을 갖는 것이다.

공시체측 베어링(6A) 및 반공시체측 베어링(6B)은, 공시체측 커버(22A), 반공시체측 커버(22B)의 관통 구멍 내에 수용된 상태에서, 각각 베어링 지지 부재(공시체측 베어링 지지 부재(7A), 반공시체측 베어링 지지 부재(7B))에 의해 지지되어 있다. 본 실시 형태에서는, 공시체측 베어링(6A)과 공시체측 베어링 지지 부재(7A)의 사이 및 반공시체측 베어링(6B)과 반공시체측 베어링 지지 부재(7B)의 사이에 각각 스페이서(8)를 개재시키고 있다.

공시체측 커버(22A)의 중심부에는, 샤프트(4)의 직경 방향에 있어서의 공시체측 커버(22A)와 샤프트(4)의 일단부(4A) 근방의 간극을 메우는 공시체측 서브 커버(9A)를 배치하였다. 공시체측 서브 커버(9A)의 중심부에도 관통 구멍(9C)을 형성하여, 이 관통 구멍(9C)을 통하여 샤프트(4)의 일단부(4A) 근방 부분(공시체측 단부)을 케이싱(2)의 외부로 표출시키고 있다. 한편, 반공시체측 서브 커버(9B)의 중심부에는, 공시체측으로 돌출되고 또한 샤프트(4)의 타단부(4B)를 포함하는 소정 부분에 접속 가능한 접속부(9D)를 마련하였다.

공시체측 베어링(6A) 및 반공시체측 베어링(6B)은, 외주면을 공시체측 커버(22A), 반공시체측 커버(22B)에 의해 각각 고정되고, 샤프트(4)에 대한 미끄럼 접촉면을 내주면에 설정한 것이다. 샤프트(4)의 외주면에는, 샤프트(4)에 대한 공시체측 베어링(6A) 및 반공시체측 베어링(6B)의 장착 위치를 규정하는 단차부를 마련하였다. 본 실시 형태의 회전기(1)에서는, 단차부와 상술한 스페이서(8) 및 베어링 지지 부재(공시체측 베어링 지지 부재(7A), 반공시체측 베어링 지지 부재(7B))의 사이에 베어링(공시체측 베어링(6A), 반공시체측 베어링(6B))을 끼워 넣은 상태로 함으로써, 베어링(공시체측 베어링(6A), 반공시체측 베어링(6B))의 축 방향 X에 따른 이동을 규제하고 있다. 또한, 도 1 및 도 2에서는, 커버(공시체측 커버(22A), 반공시체측 커버(22B))를 케이싱 본체(21)에 설치하거나, 서브 커버(공시체측 서브 커버(9A), 반공시체측 서브 커버(9B))를 커버(공시체측 커버(22A), 반공시체측 커버(22B))에 설치하기 위한 부재나 볼트 등을 생략하였다. 본 실시 형태의 회전기(1)에서는, 케이싱 본체(21), 커버(공시체측 커버(22A), 반공시체측 커버(22B)), 서브 커버(공시체측 서브 커버(9A), 반공시체측 서브 커버(9B))에 의해 구획되는 케이싱(2)의 내부 공간을 외부 공간으로부터 격리한 기밀성이 높은 공간으로 유지할 수 있다. 또한, 케이싱(2)의 내부 공간은, 샤프트(4)의 둘레 방향에 있어서 환형으로 연속되는 공간이다.

케이싱(2)의 내부 공간에 배치되는 스테이터(3)나 로터(5)는 주지의 것을 적용할 수 있기 때문에, 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 스테이터(3) 중 축 방향 X에 있어서의 양단부에는 코일 엔드(31)를 배치하고, 로터(5) 중 축 방향 X에 있어서의 양단부에는 엔드 링(51)을 배치하였다.

샤프트(4)는, 일단부에 공시체가 접속 가능한 것이며, 축심 부분에 축 방향 X로 연신되는 냉매의 공급로인 메인 냉매로(41)를 갖는 것이다. 메인 냉매로(41)는, 샤프트(4)의 타단부(4B)(공시체가 접속되지 않는 측의 단)에 개구되는 입구를 시단부(상류단(411))로 하고, 종단부(하류단(412))를 샤프트(4)의 일단부(4A)(공시체가 접속되는 측의 단)에 이르지 않는 위치에 설정한 것이다. 이하의 설명에서는, 메인 냉매로(41)의 상류단(411)으로부터 하류단(412)을 향하는 방향을 「냉매 공급 방향 Y」라 한다. 이 「냉매 공급 방향 Y」는, 샤프트(4)의 타단부(4B)(공시체가 접속되지 않는 측의 단)로부터 일단부(4A)(공시체가 접속되는 측의 단)를 향하는 방향과 일치한다. 본 실시 형태에서는, 메인 냉매로(41)의 하류단(412)을 공시체측 베어링(6A)보다도 냉매 공급 방향 Y 하류측에 설정하고 있다. 또한, 메인 냉매로(41)의 상류단(411)에는, 반공시체측 서브 커버(9B)의 접속부(9D)를 삽입한 상태로 설치하였다. 샤프트(4)를 향하여 돌출되는 접속부(9D)의 축심 부분에는, 메인 냉매로(41)에 연통되는 관통 구멍(9E)을 형성하였다.

본 실시 형태의 샤프트(4)에는, 시단부(421, 431)가 메인 냉매로(41)에 연통되는 공시체측 서브 냉매로(42) 및 반공시체측 서브 냉매로(43)를 형성하였다. 본 실시 형태에서는, 공시체측 서브 냉매로(42)의 시단부(421)를, 냉매 공급 방향 Y에 있어서 공시체측 베어링(6A)과 동일 위치 또는 대략 동일 위치에 설정하고, 공시체측 서브 냉매로(42)의 종단부(422)를, 케이싱(2)의 내부 공간 중 공시체측 베어링(6A)보다도 냉매 공급 방향 Y 상류측의 위치에 설정하고 있다. 공시체측 서브 냉매로(42)는, 시단부(421)로부터 종단부(422)를 향하여 소정 각도 경사진 직선형의 관통 구멍에 의해 구성된 유로이다. 따라서, 메인 냉매로(41)를 흘러서 메인 냉매로(41)의 종단부(412) 근방에 도달한 냉매의 일부 또는 전부가, 공시체측 서브 냉매로(42)의 시단부(421)(입구)로부터 공시체측 서브 냉매로(42) 내로 유입되고, 공시체측 서브 냉매로(42)의 종단부(422)(출구)로부터 케이싱(2)의 내부 공간으로 방출된다. 본 실시 형태에서는, 공시체측 서브 냉매로(42)의 종단부(422)를, 냉매 공급 방향 Y에 있어서 로터(5)의 엔드 링(51)(상대적으로 공시체측 베어링(6A)에 가까운 엔드 링(51))과 동일 위치 또는 대략 동일 위치에 설정하고, 공시체측 서브 냉매로(42)의 종단부(422)(출구)로부터 방출된 냉매가 엔드 링(51)에 끼얹어지도록 구성하고 있다. 본 실시 형태의 샤프트(4)는, 복수개(예를 들어 6개)의 공시체측 서브 냉매로(42)를 샤프트(4)의 둘레 방향으로 등피치로 형성하였다.

반공시체측 서브 냉매로(43)는, 시단부(431)를 상대적으로 공시체측 베어링(6A)에 가까운 엔드 링(51)보다도 냉매 공급 방향 Y 상류측에 설정하고, 종단부(432)를 케이싱(2)의 내부 공간 중 반공시체측 베어링(6B)보다도 냉매 공급 방향 Y 하류측의 위치이고 또한 냉매 공급 방향 Y에 있어서 상대적으로 반공시체측 베어링(6B)에 가까운 엔드 링(51)과 동일 위치 또는 대략 동일 위치에 설정하고 있다. 본 실시 형태에서는, 반공시체측 서브 냉매로(43)의 형상, 경사 각도, 개수를 공시체측 서브 냉매로(42)와 같은 형상, 경사 각도, 개수로 설정하고 있다. 본 실시 형태의 반공시체측 서브 냉매로(43)는, 시단부(431)로부터 종단부(432)를 향하여 소정 각도 경사진 직선형의 관통 구멍에 의해 구성한 유로이다. 따라서, 메인 냉매로(41)를 흐르는 냉매의 일부는, 반공시체측 서브 냉매로(43)의 시단부(431)(입구)로부터 반공시체측 서브 냉매로(43) 내로 유입되고, 반공시체측 서브 냉매로(43)의 종단부(432)(출구)로부터 케이싱(2)의 내부 공간으로 방출된다. 본 실시 형태의 회전기(1)에서는, 반공시체측 서브 냉매로(43)의 종단부(432)(출구)로부터 방출된 냉매가 엔드 링(51)(반공시체측 베어링(6B)에 가까운 엔드 링(51))에 끼얹어지도록 구성하고 있다.

이들 공시체측 서브 냉매로(42) 및 반공시체측 서브 냉매로(43)는, 모두 샤프트(4)의 메인 냉매로(41)에 연통되고, 각 배출구(종단부(422), 종단부(432))로부터 냉매를 케이싱(2)의 내부 공간을 향하여 분사하는 분사 노즐로서 기능한다.

다음으로, 본 실시 형태의 회전기(1)에 있어서의 냉매의 흐름에 대하여 설명한다.

반공시체측 서브 커버(9B)의 접속부(9D)에 형성한 관통 구멍(9E)을 통하여 샤프트(4)의 타단부(4B)(샤프트(4) 중 반공시체측의 단(4B))로부터 메인 냉매로(41)에 주입된 냉매는, 메인 냉매로(41)의 종단부(412)를 향하여 흐른다. 이에 의해, 본 실시 형태의 회전기(1)는, 반공시체측 베어링(6B)의 마찰 손실, 로터(5)의 전기 손실(2차 동손, 철손 등), 공시체측 베어링(6A)의 마찰 손실에 의한 발열을 냉매로부터 없앨 수 있다. 특히, 본 실시 형태의 회전기(1)에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 메인 냉매로(41)의 하류단(412)을 공시체측 베어링(6A)보다도 냉매 공급 방향 Y 하류측(샤프트(4) 중 공시체가 접속되는 일단부(4A) 측)에 설정하였기 때문에, 도 3에 나타내는 구성, 즉 메인 냉매로(41)의 하류단(412)을 공시체측 베어링(6A)보다도 냉매 공급 방향 Y 상류측에 설정한 구성과 비교하여, 발열체인 공시체측 베어링(6A)과 냉각면(메인 냉매로(41))의 거리가 줄어들어, 열 저항(도 2 및 도 3에 있어서 부호 R로 모식적으로 나타내는 열 저항)을 작게 하고, 메인 냉매로(41)의 하류단(412)까지 유입되는 냉매에 의해 공시체측 베어링(6A)에 대한 냉각 능력을 높일 수 있다. 즉, 도 3에 나타내는 구성에서는, 발열체인 공시체측 베어링(6A)과 냉각면(메인 냉매로(41))의 거리가 길기 때문에 열 저항이 높아, 냉각 능력이 낮았지만, 본 실시 형태에 관한 회전기(1)에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 메인 냉매로(41)의 종단부(412)를 샤프트(4)의 축 방향 X에 있어서 공시체측 베어링(6A)보다도 샤프트(4)의 일단부(4A)에 가까운 위치에 설정하고, 이 종단부(412)에 도달하는 냉매의 흐름을 만듦으로써, 발열체인 공시체측 베어링(6A)에 대한 냉각면(메인 냉매로(41))의 거리를 줄여 열 저항을 작게 하여, 냉각 능력이 향상된다.

또한, 본 실시 형태에 관한 회전기(1)에 따르면, 샤프트(4)의 회전에 의한 원심력으로 냉매를 공시체측 서브 냉매로(42) 및 반공시체측 서브 냉매로(43)의 각 배출구(종단부(422), 종단부(432))로부터 케이싱(2)의 내부 공간에 분사함으로써, 케이싱(2)의 내부 공간에 배치되어 있는 발열체에 접촉함으로써 냉각시킬 수 있다. 특히, 샤프트(4)의 축 방향 X에 있어서 공시체측 서브 냉매로(42)의 종단부(422)나 반공시체측 서브 냉매로(43)의 종단부(432)와 동일 위치 또는 대략 동일 위치에 배치되어 있는 발열체(본 실시 형태에서는 엔드 링(51))에 대하여 냉매가 직접 접촉함으로써, 보다 한층 높은 냉각 기능을 발휘한다.

이와 같이, 본 실시 형태에 관한 회전기(1)에 따르면, 회전기(1)의 대용량화, 고속화에 수반하여 발생하는 공시체측 베어링(6A)의 냉각 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 케이싱(2)의 내부 공간에 배출한 냉매를 이용하여 케이싱(2) 내에 있어서 열을 띠는 로터(5) 등의 부품에 대한 냉각 처리도 실행할 수 있다.

추가로, 본 실시 형태에 관한 회전기(1)는, 공시체측 서브 냉매로(42)의 종단부(422)를 케이싱(2)의 내부 공간(공시체측 베어링(6A)보다도 반공시체측의 공간)에 설정함으로써, 공시체측 서브 냉매로(42)로부터 방출되는 냉매(예를 들어 비말 혹은 안개 상태의 기름)가 샤프트(4)의 일단부(4A) 근방 부분에 있어서의 간극(케이싱(2)과의 간극, 축 단부 간극)으로부터 회전기(1)의 외부로 누출되는 사태를 방지·억제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 관한 회전기(1)는, 공시체측 서브 냉매로(42) 및 반공시체측 서브 냉매로(43)의 형상, 개수 및 경사 각도를 서로 일치시킴으로써, 공시체측과 반공시체측에 있어서 샤프트(4)의 회전에 의한 원심 펌프 작용에 차가 발생하지 않도록 구성하고 있다. 여기서, 공시체측과 반공시체측에서 샤프트(4)의 회전에 의한 원심 펌프 작용에 차가 발생하면, 상대적으로 펌프 작용이 강한 쪽의 서브 냉매로(예를 들어 공시체측 서브 냉매로(42))로부터는 냉매를 방출할 수 있지만, 상대적으로 펌프 작용이 약한 쪽의 서브 냉매로(예를 들어 반공시체측 서브 냉매로(43))로부터 방출되는 냉매의 양이 제로 또는 적어져, 케이싱(2) 내의 부품에 대한 냉각 효과는 공시체측과 반공시체측간에 차가 발생할 수 있다. 한편, 본 실시 형태에 관한 회전기(1)에 따르면, 상술한 구성에 의해 이러한 문제를 해소할 수 있다.

또한, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 서브 냉매로(공시체측 서브 냉매로, 반공시체측 서브 냉매로)의 종단부의 위치는, 사용하는 냉매의 종류나 사용 가능한 회전수 영역에 따라 적절히 설정할 수 있고, 서브 냉매로의 종단부로부터 배출되는 냉매가 원심력의 작용으로 케이싱의 내부 공간에 존재하는 로터, 스테이터 등의 발열체를 향하여 분출되도록 구성할 수 있다.

또한, 메인 냉매로에 대한 공시체측 서브 냉매로 및 반공시체측 서브 냉매로의 경사 각도를 일치시킨 구성을 예시했지만, 도 4에 나타내는 바와 같이, 반공시체측 서브 냉매로(43)의 방향이 공시체측 서브 냉매로(42)의 방향과 반대(공시체측 서브 냉매로(42)와 반공시체측 서브 냉매로(43)가 축 방향 X에 있어서 ハ자형으로 나열되는 방향)가 되게 설정해도 된다. 또한, 도 4 이후의 각 도면에 나타내는 본 발명에 관한 회전기의 변형예에서는, 도 1에 나타내는 회전기(1)의 각 부품이나 부분과 동일 또는 대응되는 부품이나 부분에 동일한 부호를 붙였다.

공시체측과 반공시체측의 원심 펌프 작용이 동일해지는 조건 하라면, 공시체측 서브 냉매로 및 반공시체측 서브 냉매로의 형상, 경사 각도 또는 개수 중 어느 하나 이상을 서로 다르게 해도 된다. 예를 들어, 도 5에 나타내는 바와 같이, 반공시체측 서브 냉매로(43)를 메인 냉매로(41)의 연신 방향과 직교하는 방향(레이디얼 방향)으로 직선형으로 연신되는 구멍으로 설정할 수 있다.

또한, 도 6에 나타내는 바와 같이, 공시체측 서브 냉매로(42)로서, 시단부(421)가 하나(1군데)인 냉매로(42)를 도중에 분기시켜서 종단부(422)(배출구)가 복수(도시 예에서는 둘)가 되는 형상으로 설정할 수도 있다.

또한, 도 6에 나타내는 바와 같이, 공시체측 서브 냉매로(42)보다도 냉매 공급 방향 Y 상류측에, 시단부(441)가 메인 냉매로(41)에 연통되고, 종단부(442)(배출구)가 케이싱(2)의 내부 공간 중 공시체측의 공간에 개구된 제2 공시체측 서브 냉매로(44)를 형성한 구성을 채용하는 것이 가능하다.

또한, 공시체측 서브 냉매로를 도 7에 나타내는 크랭크형으로 설정해도 된다. 즉, 메인 냉매로(41)에 연통되는 시단부(421)로부터 레이디얼 방향으로 연신되는 부분(423)(제1 레이디얼 부분)과, 레이디얼 부분(423)의 종단부로부터 반공시체측(냉매 공급 방향 Y 상류측)을 향하여 연신되는 부분(424)(스러스트 부분)과, 스러스트 부분(424)의 종단부로부터 레이디얼 방향으로 연신되어 케이싱(2)의 내부 공간에 연통되는 부분(425)(제2 레이디얼 부분)을 갖는 굴곡된 공시체측 서브 냉매로(42)를 채용할 수 있다. 또한, 도시하지 않지만, 단면 형상이, 직선형이나 크랭크형 이외의 형상, 예를 들어 만곡형의 공시체측 서브 냉매로를 적용해도 상관없다.

도 1, 도 4 내지 도 7에는, 메인 냉매로의 하류단을, 샤프트의 양단 중 공시체가 접속되는 측의 단에 이르지 않는 위치이고 또한 냉매 공급 방향에 있어서 공시체측 베어링과 동일 위치에 설정한 구성, 바꾸어 말하면, 메인 냉매로의 하류단을, 공시체측 베어링 중 반공시체측의 단으로부터 공시체측 베어링 중 공시체측의 단까지의 범위 내에 설정한 구성을 예시했지만, 메인 냉매로의 냉매 공급 방향 하류단을, 공시체측 베어링보다도 하류측의 소정 위치에 설정한 구성, 즉, 메인 냉매로의 냉매 공급 방향 하류단을, 공시체측 베어링 중 공시체측의 단보다도 냉매 공급 방향 하류측의 소정 위치에 설정한 구성을 채용해도 된다.

또한, 본 발명에 있어서의 냉매는, 기름에 한정되지 않고, 물이나 공기를 냉매로서 적용하는 것도 가능하다.

기타, 각 부의 구체적 구성에 대해서도 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지 변형이 가능하다.

1: 회전기
2: 케이싱
3: 스테이터
4: 샤프트
41: 메인 냉매로
42: 공시체측 서브 냉매로
43: 반공시체측 서브 냉매로
5: 로터
6A: 공시체측 베어링
6B: 반공시체측 베어링

Claims

축심 부분에 냉매를 일방향으로 공급 가능한 메인 냉매로를 갖고 또한 일단부에 공시체가 접속 가능한 샤프트와,
상기 샤프트의 축 둘레에 마련한 로터와,
상기 로터 및 상기 샤프트의 적어도 일부를 내부 공간에 수용 가능한 케이싱과,
상기 케이싱 내에 고정한 스테이터와,
상기 샤프트의 일단부 근방에 배치되어 당해 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 공시체측 베어링과,
상기 샤프트의 타단부 근방에 배치되어 당해 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 반공시체측 베어링을 구비한 회전기이며,
상기 메인 냉매로의 냉매 공급 방향 하류단을, 상기 샤프트의 양단 중 상기 공시체가 접속되는 측의 단에 이르지 않는 위치이고 또한 상기 냉매 공급 방향에 있어서 상기 공시체측 베어링과 동일 위치 또는 상기 공시체측 베어링보다도 하류측의 소정 위치에 설정하고,
상기 샤프트는, 시단부가 상기 냉매 공급 방향 하류단 또는 상기 공급 방향 하류단 근방에 연통되고 또한 종단부가 상기 케이싱의 내부 공간에 연통되는 공시체측 서브 냉매로를 갖는 것이며,
상기 공시체측 서브 냉매로의 종단부를 상기 공시체측 베어링보다도 상기 냉매 공급 방향 상류측에 설정한 것을 특징으로 하는 회전기.
제1항에 있어서,
상기 공시체측 서브 냉매로가, 상기 시단부로부터 상기 종단부를 향하여 소정 각도 경사진 유로인 회전기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 샤프트는, 시단부가 상기 메인 냉매로 중 상기 공시체측 베어링보다도 상기 냉매 공급 방향 상류단측의 소정 부분에 연통되고 또한 종단부가 상기 케이싱의 내부 공간 중 상기 반공시체측 베어링보다도 상기 냉매 공급 방향 하류측에 연통되는 반공시체측 서브 냉매로를 갖는 것이며,
상기 반공시체측 서브 냉매로를 상기 공시체측 서브 냉매로와 동일 형상, 동일 각도 및 동일 수로 설정한 회전기.