JPH09285072A

JPH09285072A - 高速電動機

Info

Publication number: JPH09285072A
Application number: JP8966896A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Wada; 義彦和田
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 1996-04-11
Filing date: 1996-04-11
Publication date: 1997-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】外部水冷方式を採用すると共に、特殊潤滑方
式のベアリングを使用し、ロータの温度上昇を低下させ
るために内部空気を冷却するための熱吸収配管を設置す
ると共に、内部ファンによって内部空気を循環させて熱
交換率を高め、小形かつ軽量の立軸構成を実現できる高
速電動機を提供する。【解決手段】ロータ軸１６をボールベアリング１８、
２０で支承し、フレーム１０のステータ外周部をステー
タ冷却ジャケット５２で囲繞すると共にフレームの上下
部を密閉し、前記ボールベアリングに対しそれぞれフレ
ーム１０の外部より潤滑油を供給するよう構成し、フレ
ーム内部に冷却手段２６、２８を配置した立軸全閉形と
して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高速ポンプ等の高
速回転駆動を必要とする回転負荷を駆動するための電動
機に係り、特に立軸全閉形の高速電動機に適した小形化
と軽量化を達成し得ると共に、円滑な冷却系統および潤
滑油系統を構成した８，０００ｒｐｍ以上の高速回転を
可能とし、しかも中容量以上の出力が得られる高速電動
機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】商用周波数以上で運転される高速電動機
は、従来より相当量製作され、市場において使用されて
いるが、一般には、８，０００ｒｐｍ以下の回転数で使
用されるものが多い。これは、ベアリングの潤滑能力に
係わる問題であり、ボールベアリングを採用したグリー
ス潤滑が適用できる範囲については、ほぼ標準的な構造
で製作できるという理由による。

【０００３】しかるに、最近の耐熱グリースの進歩に支
えられて、高速化の範囲は、８，０００ｒｐｍ程度の回
転数まで達したといえる。

【０００４】また、小形電動機では、使用されるボール
ベアリングが小さいため、回転数が６０，０００ｒｐｍ
の超高速の分野までも製作されている。

【０００５】しかしながら、回転数が８，０００ｒｐｍ
を越え、しかも７５ＫＷを越える出力の電動機では、選
定されるボールベアリングの許容回転数が、グリース潤
滑の範囲を越えるため、潤滑済のボールベアリングまた
はスリーブベアリングの採用が必須になっている。

【０００６】図２は、従来の全閉形中容量以上の高速電
動機の構成例を示すものである。図２において、参照符
号１０は電動機の全閉形フレーム、１１は左右のブラケ
ットをそれぞれ示し、これらフレーム１０とブラケット
１１とで密閉された内部に、ステータ１２およびロータ
１４が設けられ、前記ロータ１４のロータ軸１６には、
その両端部において、それぞれスリーブベアリング２
１、２１により軸支されている。しかるに、このスリー
ブベアリング２１に対しては、その下部に湯溜部２３を
形成し、この湯溜部２３に対し給油口２１ａおよび排油
口２１ｂを設けて、外部より給排油し得るように構成さ
れている。なお、前記湯溜部２３は、それぞれラビリン
ス２５によってシールがなされている。また、前記フレ
ーム１０の外周部には、熱交換器３１および送風機３３
を設け、これら熱交換器３１と送風機３３とに連通する
ように、空気排出口２９と空気導入口２７を設けて、電
動機内部の空気を図示の矢印に添って循環冷却する冷却
系統を構成している。なお、送風機３３は、冷却ファン
３３ａとこれを駆動するモータ３３ｂとから構成されて
いる。

【０００７】なお、前記全閉形の高速電動機において
は、横軸型のためスラスト力を受けるスラスト軸受は設
けられておらず、負荷よりの荷重は、電動機の軸受では
受けない構造である。

【０００８】しかしながら、この場合、電動機に対して
適正な送風路の形成および冷却手段の設置等の必要か
ら、高速回転にも拘らず小形化は困難であるばかりでな
く、発熱部に効率良く通風させることにも限界がある。
また、スリーブベアリングに対する潤滑には、自己給油
とオイルポンプによる強制給油の方式があり、それぞれ
駆動回転数、電動機の容量等により選択し得るが、相当
量の油を蓄えるスペースが必要であり、高速電動機とす
るには構成上において多くの難点がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
の電動機における冷却系統および潤滑油系統は、それぞ
れ独立した系統を構成するものであり、外部処理系統が
複雑となる難点がある。従って、高速電動機として構成
する場合、小形化することが困難であり、特に、潤滑油
系統においては、油の冷却手段を外部に設置する必要が
あり、構成が複雑となるばかりでなく設備コストが増大
する難点がある。

【００１０】例えば、回転数が８，０００ｒｐｍを越
え、しかも７５ＫＷを越える中容量以上の出力を有する
高速電動機では、選定されるボールベアリングの許容回
転数が、グリース潤滑可能な範囲を越えるため、潤滑油
供給形のボールベアリングまたはスリーブベアリングの
使用が必須となっている。最近においては、磁気軸受も
使用されているが、コストが高いために、一般機器用と
しての使用には適さない。

【００１１】また、ボールベアリングやスリーブベアリ
ングであっても、潤滑油供給形の場合は構造が複雑とな
り、しかも油のシール構造も複雑となる。横軸型の電動
機では、油溜部を軸受部の下側に設けることができるた
め、潤滑油供給形のベアリングを採用する場合は、横軸
型の電動機に限定されている。立軸型の電動機の場合
は、油溜部を軸が横切る状態となるため、油の漏れを防
止することが困難であり、このため軸受部の軸受を構造
上大きくする必要があり、軸受の周速を高める結果とな
って好ましくない。

【００１２】一方、据付け面積の点から見れば、立軸構
造は好ましく、より多くの立軸型の電動機が製作される
気運となるにも拘らず、中容量以上の機種では立軸型を
採用できないという問題点があった。

【００１３】また、全閉形の電動機は、電動機内部の絶
縁物の保護、軸受の保護および安全面等の点から好まし
い。特に、機器が屋外に設置される場合は、全閉形の電
動機とすることが好ましい。

【００１４】そして、高速電動機の場合、ロータの周速
が大幅に大きくなるため、剛性上ロータの外径寸法には
制約が生じる。特に、中容量以上の高速電動機では、剛
性上の問題からロータをできるだけコンパクトに設計す
る必要がある。このため、ロータ内の発生損失が小さい
熱容量内に集積されることになり、過度の温度上昇が生
じ易い。このような状態で、全閉形を採用すれば、内部
は冷却能力が小さいため、ロータの温度上昇が高くな
り、このために生じる熱応力の影響により、ロータに歪
みを生じ、これが系全体の振動を増大させるという悪循
環を招来す惧れがある。

【００１５】従って、従来においては、中容量以上の高
速電動機においては、開放形として内部の冷却を向上さ
せるか、または全閉形としても内部強制通風方式によ
り、熱交換器を介して内部空気を冷却する方式が採用さ
れており、このため電動機は大きくなり、高速化により
小形化を実現出来ないという難点があった。

【００１６】そこで、本発明の目的は、外部水冷方式を
採用すると共に、特殊潤滑方式のベアリングを使用し、
ロータの温度上昇を低下させるために内部空気を冷却す
るための熱吸収配管を設置すると共に、内部ファンによ
って内部空気を循環させて熱交換率を高め、小形かつ軽
量の立軸構成を実現できる高速電動機を提供することに
ある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】先の目的を達成するため
に、本発明においては、ロータ軸をボールベアリングで
支承し、フレームのステータ外周部をステータ冷却ジャ
ケットで囲繞すると共にフレームの上下部を密閉し、前
記ボールベアリングに対しそれぞれフレームの外部より
潤滑油を供給するよう構成し、フレーム内部に冷却手段
を配置することを特徴とする立軸全閉形の高速電動機を
提供することにある。

【００１８】この場合、前記ボールベアリングは、上下
複数対のアンギュラタイプのセラミックボールベアリン
グにより構成し、フレームの一部に設けた潤滑油供給路
を介してオイルエア方式により潤滑油を供給するように
構成することができる。

【００１９】また、前記フレームの上下内部に設ける冷
却手段は、フィンチューブからなり、フレームの上下部
にそれぞれ設けた通水路および通水配管を介して冷却水
を供給するように構成することができる。

【００２０】さらに、前記フレームの上下内部に設ける
冷却手段は、ヒートパイプにより構成することができ
る。

【００２１】

【実施例】次に、本発明に係る高速電動機の実施例につ
き、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。

【００２２】図１は、本発明に係る高速電動機の一実施
例を示す概略断面図である。すなわち、図１は立軸型の
誘導電動機を示すものであって、参照符号１０はこの電
動機の全閉型のフレームを示し、このフレーム１０の内
部にステータ１２およびロータ１４がそれぞれ設けられ
ている。しかるに、前記ロータ１４のロータ軸１６に
は、その上下部においてそれぞれボールベアリング１
８、２０を介して軸支されている。

【００２３】なお、前記ボールベアリング１８、２０
は、上下それぞれ１組のボールベアリング群は、通常２
個（荷重によっては、３〜４個）のアンギュラタイプの
セラミックボールベアリングによって構成され、上下の
ボールベアリング１８、２０を組合せてアンギュラ−ベ
アリングの機能を発揮できるように配列されている。

【００２４】また、前記ボールベアリング１８、２０に
対しては、それぞれフレーム１０の一部に潤滑油供給路
２２、２４をそれぞれ設けて、これらの潤滑油供給路２
２、２４を介してフレーム１０の外部より、潤滑油を高
速回転に適したオイルエア方式により供給するように構
成する。

【００２５】一方、フレーム１０とブラケット１１、１
１とで密閉されたステータ１２とロータ１４の上下空間
部には、それぞれフィンチューブ２６、２８を、上下対
称的に多重に巻回配置し、各フィンチューブ２６、２８
の一端をフレーム１０の上下部分に設けた通水路３０、
３２および通水配管３４、３６を介して冷却水供給管３
８、４０に連通接続する。また、前記各フィンチューブ
２６、２８の他端は、冷却水排出管４２、４４を介して
外部へ排出するように構成する。

【００２６】しかるに、前記ロータ軸１６には、ロータ
１４の両端部より離間してそれぞれファン４６、４８を
軸着し、またロータ軸１６の下端部は、軸シール５０を
介してフレーム１０の外部に導出されている。さらに、
フレーム１０のステータ１２の外周部に対して、ステー
タ冷却ジャケット５２が囲繞配置され、このステータ冷
却ジャケット４２には、直接外部より冷却水供給管５４
および冷却水排出管５６が連通接続され、フレーム１０
の外周部を冷却するように構成されている。なお、参照
符号５８は、ステータ１２と外部電源との接続を行うた
めのターミナルボックスを示す。

【００２７】次に、このように構成した本実施例の高速
電動機の動作について説明する。

【００２８】まず、ターミナルボックス５８に接続され
る電源系統を介してステータ１２を付勢することによ
り、ロータ１４の高速回転駆動を行うことができる。こ
のロータ１４の回転に伴い、ロータ軸１６と共にファン
４６、４８が回転し、フレーム１０の内部空気を攪拌さ
せる。

【００２９】この時、フレーム１０の内部に配設したフ
ィンチューブ２６、２８には、冷却水が供給されている
ため、フレーム１０の内部空気を冷却すると共に、ステ
ータ１２およびロータ１４の各発熱部からの吸熱を円滑
に達成することができる。また、ブラケット１１、１１
の上下部における熱伝導に対しても、それぞれ通水路３
０、３２および通水配管３４、３６を流通する冷却水に
よって、効率良く冷却を行うことができる。

【００３０】また、ロータ軸１６を支承するボールベア
リング１８、２０に対して、それぞれ潤滑油供給路２
２、２４を介して潤滑油をオイルエア方式により供給
し、高速回転に適した潤滑油の円滑な供給が達成され
る。

【００３１】さらに、ロータ１２の外周部においては、
ステータ冷却ジャケット５２に供給する冷却水により、
円滑に冷却を達成することができる。

【００３２】以上、本発明の好適な実施例について説明
したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、例
えば、フレーム１０内における冷却手段として、その上
下空間部に配設するフィンチューブに代えて、例えばヒ
ートパイプを採用することも可能であり、その他本発明
の精神を逸脱しない範囲内において多くの設計変更が可
能である。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る高速
電動機においては、ロータ軸の両端部をボールベアリン
グで支承し、フレームのステータ外周部をステータ冷却
ジャケットで囲繞すると共に、フレームの上下部を軸受
部を支える全閉ブラケットで密閉した立軸構成とし、前
記ボールベアリングに対してそれぞれブラケットの外部
よりオイルエア方式により潤滑油を供給するように構成
し、電動機内部の上下空間に冷却手段を配置して、ロー
タの両端部にに設けられたファンによって内部空気を流
動させ、内部冷却手段との間の熱交換率を高め、さらに
上下ブラケットに冷却手段を設けることにより、例えば
８，０００ｒｐｍ以上の回転数で運転し得る小形、軽量
にして中容量（例えば７５ＫＷ）以上の立軸型高速電動
機を提供することができる。

【００３４】また、本発明においては、前記ボールベア
リングとして、アンギュラタイプのセラミックボールベ
アリングの組合せ方式を採用し、これらのボールベアリ
ングに対してオイルエア方式により潤滑油を供給するこ
とにより、ベアリング構造を簡単にし、損失の発生を低
減して、高速運転での効率を改善することができる。例
えば、高速ポンプ駆動の場合、増度装置を紙葉して一般
の商用周波数用の電動機で運転する場合に比べて、騒音
を低減することができ、そのためのサイレンサなどの付
属設備の設置を省略することができる。

【００３５】また、高速電動機は、インバータによって
駆動されることから、速度制御が容易となる。従って、
特にポンプ用途においては、流量制御を効率的に行い得
る利点が得られる。

【００３６】因みに、本発明の実施例に基づき、１５０
ＫＷ、２Ｐ、２５０Ｈｚ、４００Ｖ仕様の高速電動機を
試作し試験を行ったところ、ポンプ負荷において運転時
の温度上昇は、ステータの巻線部で最高９０℃、ベアリ
ング部で約５０℃、ロータ表面部で約１２０℃であり、
この時の振動値は、１５，０００ｒｐｍ、全負荷で、最
大１．２Ｇ程度という好まし結果を得た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高速電動機の一実施例を示す概略
側面断面図である。

【図２】従来の全閉形高速電動機の構成例を示す概略側
面断面図である。

【符号の説明】

１０フレーム１１ブラケット１２ステータ１４ロータ１６ロータ軸１８、２０ボールベアリング２２、２４潤滑油供給路２６、２８フィンチューブ３０、３２通水路３４、３６通水配管３８、４０冷却水供給管４２、４４冷却水排出管４６、４８ファン５０軸シール５２ステータ冷却ジャケット５４冷却水供給管ブ５６冷却水排出管５８ターミナルボックス

【手続補正書】

【提出日】平成８年５月１０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３４】また、本発明においては、前記ボールベア
リングとして、アンギュラタイプのセラミックボールベ
アリングの組合せ方式を採用し、これらのボールベアリ
ングに対してオイルエア方式により潤滑油を供給するこ
とにより、ベアリング構造を簡単にし、損失の発生を低
減して、高速運転での効率を改善することができる。例
えば、高速ポンプ駆動の場合、増速度装置を使用して一
般の商用周波数用の電動機で運転する場合に比べて、騒
音を低減することができ、そのためのサイレンサなどの
付属設備の設置を省略することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロータ軸をボールベアリングで支承し、
フレームのステータ外周部をステータ冷却ジャケットで
囲繞すると共にフレームの上下部を密閉し、前記ボールベアリングに対しそれぞれフレームの外部よ
り潤滑油を供給するよう構成し、フレーム内部に冷却手
段を配置することを特徴とする立軸全閉形高速電動機。
【請求項２】ボールベアリングは、上下複数対のアン
ギュラタイプのセラミックボールベアリングにより構成
し、フレームの一部に設けた潤滑油供給路を介してオイ
ルエア方式により潤滑油を供給するように構成してなる
請求項１記載の高速電動機。
【請求項３】フレームの上下内部に設ける冷却手段
は、フィンチューブからなり、フレームの上下部にそれ
ぞれ設けた通水路および通水配管を介して冷却水を供給
するように構成してなる請求項１記載の高速電動機。
【請求項４】フレームの上下内部に設ける冷却手段
は、ヒートパイプにより構成してなる請求項１記載の高
速電動機。