JPS5838663B2 - 軸封装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、反機関側軸より冷却液体を導入あるいは導
出する構造の回転電機において、低回転時におけるシー
ルの寿命を改善できるようにした軸封装置に関する。

メカニカルシールが使用できないような高周速の回転子
液冷型回転電機における重要な技術としては、回転子へ
の液体の導入、導出の問題がある。

この点について第１図により概述することにする。

第１図は従来のこの種の回転電機における軸封装置の構
成を示す断面図である。

この第１図における１は回転電機の反機関側軸である。

この反機関側軸１の内部は中空状になって、中心孔２が
設けられている。

この中心孔２内に外部のポンプ（図示せず）によって、
冷却液体３が矢印方向に導入されるようになっている。

そして、回転電機は運転中一定の回転数、たとえば、二
極機ならば、３６００ ｒｐｍで回転しており、この回
転中に冷却液３が矢印（右方向）に進んで回転子巻線（
図示せず）に導かれるように形成されている。

さらに、中空巻線を通って、巻線でのジュール熱を除去
した冷却液体は昇温しで再び元の反機関側軸１に帰還す
るが、この場合、環状通路４を通ることになる。

この環状通路４を通った温液３Ａは水室５の下方に貯水
した後に、配管６を通して貯水槽（図示せず）に送水さ
れるようになっている。

また、上記冷却液体３は巻線へ送り込まれる前の状態に
あるので、水圧は高いが、温液３Ａはもはや貯水槽へ環
流するはかりであるから、水圧はせいぜい０．５ Ｋｙ
／ｃｒｎ２Ｇ程度である。

そこで、軸封装置として、冷却液体３と温液３Ａとの間
の内部軸封、温液３Ａと外界（大気圧）との外部軸封の
２個所の軸封装置が必要となる。

この第１図に示す軸封装置では、内部軸封にラビリンス
シール７を用いており、冷却液体３と温液３Ａの圧力差
△Ｐと、ラビリンスの有効損失係数ことから定まる次の
漏洩液量△Ｑになるように設計されている。

である。

内部軸封はこのように、それほど困難ではないが、外部
軸封については問題がある。

上記第１図では、回転電機が定格回転時においては、反
機関側軸１の表面１Ａに設けであるスクリュー８の昇圧
作用を利用して、０．５ Ｋｙ／ｍ”Ｇの程度の水室内
圧力をシールし、回転電機の停止時あるいは低速回転時
には、伸縮自在のゴム性の伸縮管９内に高圧空気を圧送
して膨らませ、反機関側軸１にこすりつけることによっ
てシールしようとしている。

そして、回転電機の回転数が十分に大きくなって、スク
リュー８による昇圧作用が顕著になってくると、伸縮管
９内に圧送していた空気を抜いて、この空気を反機関側
軸１から引き離すように構成している。

以上のようにして、低速回転時、高速回転時にわたる冷
却液体３の軸シールが実現されるわけであるが、これら
はすでに述べたように問題を有するものである。

それは、低速回転時といえども、ゴム性の伸縮管９を反
機関側軸１の表面に押しつけると、摩耗を生じて、その
寿命が短くなると云うことである。

したがって、第１図に示すような構造とする限り、伸縮
管９の煩繁な取換は不可避的である。

この発明は、上記従来の欠点を除去するためになされた
もので、低回転時におけるシールの寿命を長くできると
ともに、信頼性の向上ならびにあらゆる液体冷却の回転
電気に応用できる軸封装置を提供することを目的とする
。

以下、この発明の軸封装置の実施例について図面に基づ
き説明する。

第２図はその一実施例の構成を示す断面図であり、この
第２図において、第１図と同一部分には同一符号を付し
て述べることにする。

この第２図において、回転１電機の反機関側軸１、中心
孔２、冷却液体３、環状通路４、ラビリンス７、スクリ
ュー８の部分は第１図と同様であり、その説明を省略す
る。

上記ラビリンス７は高圧の冷却液体３と低圧の温液３Ａ
とを内部的にシールするものであり、その機能も第１図
の場合と同様である。

また、冷却液体３の流れも第１図の場合と同様で、矢印
の方向に流れるようになっている。

次に、この発明の特徴とする部分について詳述する。

この発明の特徴は低速回転時における効果的な軸封を可
能とするものであり、その手段として、第１図に示した
ゴム性の伸縮管９と反機関側軸１とのこすりつけ面の周
速度を１／２に減少することにしている。

この周速がし々になると、コム性伸縮管９の摩耗量はそ
の自乗に比例して少なくなるので、この方法は非常に有
利である。

さて、第２図において、スクリュー８の外周面に対して
所定の間隔をもって固定ハウジング１０が配設されてお
り、この固定ハウジング１０において、反機関側軸１の
一端近傍に上述のラビリンス７が設けられている。

この固定ハウジング１０のほぼ中央部の内周面には熱板
１１が取り付けられており、この熱板１１の一方の側面
にはヒータ１２が巻装されている。

この熱板１１の他方の側面に対向して中間リング１３が
配設されており、この中間リング１３に感熱部１４が接
触している。

感熱部１４は熱板１１の他方の側面に指向し、熱板１１
の温度を感知するようになっている。

この感熱部１４には伸縮管９Ａ、９Ｂが設けられている
。

伸縮管９Ａ、９Ｂは伸縮自在のゴム性のものである。

この２つの伸縮管９Ａ、９Ｂのうち、伸縮管９Ａは反関
機側軸１と中間リング１３との間の摺動を担うものであ
り、また、伸縮管９Ｂは中間リング１３と固定ハウジン
グ１０に取り付けたスリーブ１０Ａとの間の摺動を担う
ものである。

この伸縮管９Ａ、９Ｂの中には室温近辺で大きく蒸気圧
が変化する気化性の液体、たとえば、フロンなどが入っ
ており、上記の感熱部１４の熱を受けて、急速に昇温し
で伸縮管９Ａ、９Ｂを膨ませて相手側に押しつける役目
を果すものである。

上記中間リング１３と固定ハウジング１０との間には、
軸受１５が介在されており、この中間リング１３の図の
右側の端部には歯車１６が設けられており、この歯車１
６は中間歯車１７と噛合している。

さらに、この中間歯車１７は歯車１８と噛合している。

歯車１８は反機関側軸１の外周面に取り付けられている
。

上記中間歯車１８の軸１９は軸受２０を介して固定ハウ
ジング１０の所定個所に支承されている。

次に、以上のように構成されたこの発明の軸封装置の動
作について説明する。

まず、回転電機の低速回転時には、反機関側軸１の回転
数の１／２の回転数で中間リング１３が回っている。

そして、このときは、熱板１１に巻装されたヒータ１２
に通電されており、したがって、熱板１１は高温になっ
ている。

この熱板１１の熱の放射によって受けた中間リング１３
は熱伝導率のよい感熱部１４を通して、伸縮管９Ａ、９
Ｂに伝達される。

この伸縮管９Ａは上述のように、反機関側軸１と中間リ
ング１３との間を摺動し、また、伸紙管９Ｂは中間リン
グ１３とスリーブ１０Ａとの間を摺動する。

そして、両押縮管９Ａ、９Ｂ内には、室温近辺で大きく
蒸気圧が変化する気化性の液体が充填されており、した
がって、この液体は感熱部１４の熱を受けて急速に昇圧
して伸縮管９Ａ。

９Ｂを膨張させ、この伸縮管９Ａ、９Ｂはそれぞれ相手
側、つまり、反機関側軸１、スリーブ１０Ａに押しつけ
る機能を呈する。

次いで、回転電機の回転が定格に達して、スクリュー８
の動作が顕著になると、もはや伸縮管９Ａ、９Ｂによる
シールは不要となるので、伸縮管９Ａ、９Ｂを収縮させ
る。

この収縮はヒータ１２への通電を断てば、感熱部１４の
温度が低下し、伸縮管９Ａ、９Ｂ内の液体の圧力が低下
し、再びこの伸縮管９Ａ、９Ｂはそれぞれ反機関側軸１
、スリーブ１０Ａ側との摺動作用を停止することになる
。

なお、中間リング１３を反機関側軸１のし々の回転数で
回転するためには、そのための機構、すなわち、減速機
構が必要である。

この減速機構は、歯車１６、中間歯車１７、歯車１８と
により構成されている。

中隔歯車１７は反機関側軸１の半径に等しい直径を有し
ており、この反機関側軸１の回転力は歯車１８を介して
中間歯車１７に伝達され、この中間歯車１７の回転力は
歯車１６に伝達される。

そして、歯車１６は中間リング１３に取り付けられてお
り、しかも中間リング１３は固定ハウジング１０に軸受
１５を介して支承されているので、中間リング１３は反
機関側軸１の１／２の回転数が回転することになる。

以上のように、この発明の軸封装置によれば、反機関側
軸のＩＡの回転数で中間リングが回転するように反機関
側軸に減速機構を介して連結されるとともに固定ハウジ
ングに支承されるようにするとともに、中間リングに感
熱部を介して伸縮管を連結させ、この伸縮管内に温度に
より蒸気圧が変化する気化性の液体を充填し、回転電機
の低速回転時における反機関側軸および固定ハウジング
のスリーブ間を封止する伸縮管の摩擦量を大幅に減少で
き、この伸縮管の寿命を著しく改善でき、ひいては信頼
性を高めることができるものである。

また、この発明は冷却液体を使用するあらゆる回転電機
に適用でき、その波及効果は極めて犬である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の軸封装置の構成を示す断面図、第２図は
この発明の軸封装置の一実施例の構成を示す断面図であ
る。 １・・・・・・反機関側軸、２・・・・・・中心孔、３
・・・・・・冷却液体、４・・・・・・環状通路、７・
・・・・・ラビリンス、８・・・・・・スクリュー、９
Ａ、９Ｂ・・・・・・伸縮管、１０・・・・・・固定ハ
ウジング、１０Ａ・・・・・・スリーブ、１１・・・・
・・熱板、１２・・・・・・ヒータ、１３・・・・・・
中間リング、１４・・・・・・感温部、１６．１８・・
・・・・歯車、１７・・・・・・中間歯車。 なお、図中同一符号は同一部分または相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内部に冷却液体を導出入する回転電機の反機関側軸
   、この反機関側軸の外周面に所定の間隔をもって配設さ
   れた固定ハウジング、上記反機関側軸に減速機構を介し
   て連結、されるとともに上記固定ハウジングに支承され
   てこの反機関側軸の回転に対して所定の回転速度に減速
   されて回転する中間リング、上記固定ハウジングに取り
   付けられて上記反機関側軸の低速回転時熱板を加熱する
   加熱手段、上記中間リングに連結され上記加熱手段の熱
   を感知する感温部、この感温部に設けられかつ内部に室
   温付近で大きく蒸気圧が変化する気化性の液体が充填さ
   れて上記反機関側軸の低速回転時にこの液体の昇圧によ
   り膨張して上記中間リングと反機関側軸間および固定ハ
   ウジング間にそれぞれ摺接する１対の伸縮管を備えてな
   る軸封装置。 ２ 室温付近で大きく蒸気圧が変化する液体はテフロン
   を使用することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の軸封装置。 ３ 加熱手段は固定ハウジングに取り付けられた熱板、
   この熱板に巻装されたヒータを備えてなることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の軸封装置。 ４ 減速機構は反機関軸の外周面に取り付けられた第１
   の歯車、この第１の歯車と噛合し上記反機関側軸の半径
   に等しい直径を有する中間歯車、この中間歯車に噛合し
   上記中間リングに連結された第２の歯車を備えてなるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の軸封装置。