(57)【要約】【課題】機内圧力を高くすることによってシールリングのケーシングが変位しても機内に冷却媒体を封止する回転電機の軸封装置を提供する。【解決手段】一実施形態の軸封装置１０は、機内側シールリング１１と、機外側シールリング１２と、ケーシング１３と、センタスプリング１４とを備える。機内側シールリング１１は、シャフト２に第１のクリアランスＣ１を有して装着され、内向リム１１１を外周部に有する。機外側シールリング１２は、シャフト２に第２のクリアランスＣ２を有して装着され、外向リム１２１を外周部に有する。ケーシング１３は、内向リム１１１及び外向リム１２１の外周を囲う。ケーシング１３は、少なくとも機外側シールリング１１と線接触する。ギャップＧから第１のクリアランスＣ１及び第２のクリアランスＣ２を通して機内側及び機外側へシール油Ｌを流出させる。【選択図】      図２
2012110102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機のシャフトとフレームとの間に装備されて機内に冷却媒体を封入する軸封装置であって、
前記シャフトの外周面の全周にわたって第１のクリアランスを有して装着され機内側へ突出する内向リムを外周部に有する機内側シールリングと、
前記シャフトの外周面の全周にわたって第２のクリアランスを有し前記機内側シールリングに対してギャップを空けて機外寄りに装着され機外側へ突出する外向リムを外周部に有する機外側シールリングと、
前記フレームに支持され前記内向リム及び前記外向リムの外周を囲いシール油が供給されるケーシングと、
前記機内側シールリング及び前記機外側シールリングに外周側から当接し前記ギャップを広げるとともに前記機内側シールリング及び前記機外側シールリングを前記シャフトに向かって締め付ける方向に作用するセンタスプリングと、
を備え、
前記ケーシングは、前記シャフトの軸心を中心とする円に沿って前記機内側シールリング及び前記機外側シールリングの少なくとも一方と線接触することによって、前記シール油を封止し、
前記機内側シールリング及び前記機外側シールリングは、前記ギャップから前記第１のクリアランス及び前記第２のクリアランスへ前記シール油を流通させる
ことを特徴とする軸封装置。
【請求項２】
前記内向リムの端面は、前記ケーシングの内壁に線接触する曲面に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載された軸封装置。
【請求項３】
前記外向リムの端面は、前記ケーシングの内壁に線接触する曲面に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載された軸封装置。
【請求項４】
前記ケーシングは、前記外向リムと前記シャフトの外周面との間に延びた機外側リップを有し、この機外側リップの先端面は、前記機外側シールリングの機外に向いた側面に線接触する曲面に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載された軸封装置。
【請求項５】
前記ケーシングは、前記内向リムと前記シャフトの外周面との間に延びた機内側リップを有し、この機内側リップの先端面は、前記機内側シールリングの機内に向いた側面に線接触する曲面に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載された軸封装置。
【請求項６】
前記ケーシングは、前記内向リムと前記シャフトの外周面との間に延びて先端にグルーブが形成された機内側リップを有し、前記機内側シールリングの機内に向いた側面に接触する弾性部材を前記グルーブに装着される
ことを特徴とする請求項２に記載された軸封装置。
【請求項７】
前記ケーシングは、前記内向リムと前記シャフトの外周面との間に延びた機内側リップを有し、この機内側リップの先端面は、前記機内側シールリングの機内に向いた側面から離れている
ことを特徴とする請求項２に記載された軸封装置。
【請求項８】
前記機外側シールリングの前記外向リムの外周及び前記ケーシングの内壁に当接し前記機外側シールリングを機内及び前記シャフトの外周面に向けて付勢する機外側スプリング
をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載された軸封装置。
【請求項９】
前記機外側スプリングの締付力は、前記センタスプリングの締付力よりも小さい
ことを特徴とする請求項８に記載された軸封装置。
【請求項１０】
前記機内側シールリングの前記内向リムの外周部に形成された溝に装着され前記機内側シールリングを前記シャフトの外周面に向けて付勢する機内側スプリング
をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載された軸封装置。
【請求項１１】
前記ケーシングは、前記機内側リップの前記先端面を前記機内側シールリングの側面に線接触させた状態を維持するために前記先端面を前記シャフトの軸心に沿う方向へ変位させる内側スライド機構を備える
ことを特徴とする請求項５に記載された軸封装置。
【請求項１２】
前記ケーシングは、前記機外側リップの前記先端面を前記機外側シールリングの側面に線接触させた状態を維持するために前記先端面を前記シャフトの軸心に沿う方向へ変位させる外側スライド機構を備える
ことを特徴とする請求項４に記載された軸封装置。
【請求項１３】
前記ケーシングは、前記機外側シールリングよりも機外側かつ前記ケーシングよりも外周の位置を支点に支持される
ことを特徴とする請求項１に記載された軸封装置。
【請求項１４】
前記ケーシングは、前記センタスプリングよりも機内側かつ前記ケーシングよりも外周の位置を支点に支持される
ことを特徴とする請求項１に記載された軸封装置。
【請求項１５】
前記外向リムの内周面から前記機外側リップの外周面までの距離は、前記内向リムの内周面から前記機内側リップの外周面までの距離よりも大きく形成される
ことを特徴とする請求項１４に記載された軸封装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、冷却媒体として気体を用いる回転電機の軸封装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機は、エネルギー変換効率をよくするために、機内の回転子や固定子などを冷却する。このとき、冷却媒体として水素ガスを使用している。冷却媒体を機内に封じ込めておくために、回転子のシャフトとフレームとの間に軸封装置が設置される。軸封装置は、シャフトに対して隙間を空けて装着され、隙間にシール油を供給するための軸方向ギャップが形成されたシールリングと、このシールリングを覆うシールケーシングと、を備えている。
【０００３】
シールリングは、シャフトの軸方向に沿う動きをシールケーシングによって拘束されている。シール油は、シールケーシングとシールリングとの間に機内側のガスの圧力よりも高い圧力で供給され、シールリングのギャップを通過して、シールリングとシャフトとの隙間へ流出する。隙間へ供給されたシール油がシャフトの外周面に沿って回転電機の機内側及び機外側へそれぞれ流出することによって、冷却媒体の水素ガスは、機内に封入される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３０１５７５号公報
【特許文献２】特開２００６−３４５６９７号公報
【特許文献３】特開２００６−３４５６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
回転電機による環境負荷を低減するためにエネルギー変換効率を高めることが求められている。冷却媒体として水素を用いる回転電機の場合、エネルギー変換効率を高めるために、水素冷却機を大容量にすること、あるいは、損失を低減することが考えられる。このとき損失を低減する方法の一つとして、回転電機の機内のガス圧を高くすることが挙げられる。しかし、ガス圧を高くするには、フレームの耐圧強度を確保するなど、構造上におけるさまざまな検討が必要になる。
【０００６】
機内の圧力を高くすると、回転子を覆っているフレームが内圧を受けてわずかながらに膨らむことが予想される。このときシールケーシングが機外側へ変位し、シールリングとシャフトとの隙間が変化すると、シール油の流れが変わり密閉性が低下するかもしれない。シールケーシングが変位しないようにフレームやシールケーシングの剛性を高めるには、部材そのものの厚みを大きくするか構造的に改善する必要がある。しかし、いずれの場合もフレーム及びシールケーシングが嵩張る結果となる。
【０００７】
また、シールリング及びシールケーシングは、回転電機を運転している間に取り替えることができないので、部品点数を増やしたり複雑な構造を採用したりすることはなるべく避けたい。
【０００８】
そこで、本発明は、機内圧力を高くすることによってシールリングのケーシングが変位しても機内に冷却媒体を封止する回転電機の軸封装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一実施形態の軸封装置は、回転電機のシャフトとフレームとの間に装備され機内に冷却媒体を封入する軸封措置であって、機内側シールリングと、機外側シールリングと、ケーシングと、センタスプリングとを備える。機内側シールリングは、シャフトの外周面の全周にわたって第１のクリアランスを有して装着され、機内側へ突出する内向リムを外周部に有する。機外側シールリングは、シャフトの外周面の全周にわたって第２のクリアランスを有し機内側シールリングに対してギャップを空けて機外寄りに装着され、機外側へ突出する外向リムを外周部に有する。ケーシングは、フレームに支持され内向リム及び外向リムの外周を囲いシール油が供給される。センタスプリングは、機内側シールリング及び機外側シールリングに外周側から当接し、ギャップを広げるとともに機内側シールリング及び機外側シールリングをシャフトに向かって締め付ける方向に作用する。そして、ケーシングは、シャフトの軸心を中心とする円に沿って機内側シールリング及び機外側シールリングの少なくとも一方と線接触することによって、シール油を封止するとともに、機内側シールリング及び機外側シールリングは、ギャップから第１のクリアランス及び第２のクリアランスを通して機内側及び機外側へシール油を流出させる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態の軸封装置が装着された回転電機の端部を示す断面図。
【図２】図１に示した軸封装置の断面図。
【図３】図２に示した軸封装置に機内側から圧力がかかった状態の断面図。
【図４】第２の実施形態の軸封装置を示す断面図。
【図５】図４に示した軸封装置に機内側から圧力がかかった状態の断面図。
【図６】第３の実施形態の軸封装置を示す断面図。
【図７】第４の実施形態の軸封装置を示す断面図。
【図８】図７に示した軸封装置に機内側から圧力がかかった状態の断面図。
【図９】第５の実施形態の軸封装置を示す断面図。
【図１０】図９に示した軸封装置に機内側から圧力がかかった状態の断面図。
【図１１】第６の実施形態の軸封装置を示す断面図。
【図１２】図１１に示した軸封装置に機内側から圧力がかかった状態の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第１の実施形態の軸封装置１０は、図１から図３を参照して説明する。軸封装置１０は、図１に示すように、回転電機１の回転子のシャフト２と回転子の外周に配置される固定子を収納するフレーム３との間に装備される。回転電機１は、回転子及び固定子のコイルを冷却するために、機内に冷却媒体Ｇとして水素ガスを循環させている。軸封装置１０は、冷却媒体Ｇを機内に封入するために設けられており、シャフト２を支持する軸受４よりも機内側に取り付けられている。この明細書中において、シャフト２の軸心を基準とし、軸心に近い側を「内周」、軸心から遠い側を「外周」、シャフト２に沿って中央寄りを「機内側」、シャフト２の端部寄りを「機外側」と呼ぶ。
【００１２】
軸封装置１０は、図２に示すように、機内側シールリング１１と、機外側シールリング１２と、ケーシング１３と、センタスプリング１４とを備える。機内側シールリング１１は、シャフト２の外周面の全周にわたって一定の第１のクリアランスＣ１を空けて装着されており、機内側へ突出する内向リム１１１を外周部に備えている。機外側シールリング１２は、シャフト２の外周面の全周にわたって一定の第２のクリアランスＣ２を空けて装着されており、機外側へ突出する外向リム１２１を外周部に備えている。機外側シールリング１２は、機内側シールリング１１に対してギャップＳを空けて機外側に装着される。機内側シールリング１１及び機外側シールリング１２は、それぞれ半周ずつに分割して形成されている。
【００１３】
ケーシング１３は、隔壁１３０によってフレーム３に支持されており、内向リム１１１及び外向リム１２１の外周を囲っている。ケーシング１３の内部には、シール油Ｌが供給される。このケーシング１３は、機内側リップ１３１と機外側リップ１３２とを備えている。機内側リップ１３１は、内向リム１１１を回り込み、内向リム１１１とシャフト２との間に延びている。機外側リップ１３２は、外向リム１２１を回り込み、外向リム１２１とシャフト２との間に延びている。
【００１４】
センタスプリング１４は、互いに隣り合う機内側シールリング１１及び機外側シールリング１２の外周部の角に形成されたテーパ面１１２，１２２によって構成される溝に装着されている。センタスプリング１４は、機内側シールリング１１のテーパ面１１２及び機外側シールリング１２のテーパ面１２２にそれぞれ当接することによって、ギャップＳを押し広げるとともに機内側シールリング１１及び機外側シールリング１２をシャフト２に向って締め付けるように作用する。
【００１５】
ケーシング１３は、シャフト２の軸心を中心とする円に沿って、機内側シールリング１１及び機外側シールリング１２の少なくとも一方と線接触する。本実施形態においてケーシング１３は、図２に示すように、機内側シールリング１１及び機外側シールリング１２のいずれとも線接触している。機内側シールリング１１とケーシング１３とが線接触するために、機内側シールリング１１の内向リム１１１の端面１１１Ａは、機内側へ膨らんだ曲面に形成されており、ケーシング１３の内壁１３Ａに線接触する。また、機外側シールリング１２とケーシング１３とが線接触するために、ケーシング１３の機外側リップ１３２の先端面１３２Ａは、機内側へ膨らんだ曲面に形成されており、機外側シールリング１２の機外に向いた側面１２３に線接触する。
【００１６】
また、この実施形態の軸封装置１０は、図２に示すように機外側スプリング１５をさらに備えている。機外側スプリング１５は、機外側シールリング１２の外向リム１２１の外周の角に形成されたテーパ面１２４およびケーシング１３の内壁１３Ｂに当接するように装着されている。機外側スプリング１５は、機外側シールリング１２を機内側に付勢するとともにシャフト２の外周面に向けて付勢する。
【００１７】
以上のように構成された軸封装置１０は、内向リム１１１の端面１１１Ａとケーシング１３の内壁１３Ａ、機外側リップ１３２の先端面１３２Ａと機外側シールリング１２の側面１２３のそれぞれにおいて、線接触しているので、ケーシング１３内に供給されたシール油Ｌを封止する。また、機内側シールリング１１及び機外側シールリング１２は、ギャップＳからそれぞれ第１のクリアランスＣ１及び第２のクリアランスＣ２へ、シール油Ｌを流通させる。
【００１８】
冷却媒体Ｇである水素ガスの冷却能力を高めるために機内圧力を高める、すなわち水素ガスの密度を高めると、フレーム３が変形したりケーシング１３を支持する隔壁１３０がダイヤフラムのように機外側へ変形したりする。これによって、ケーシング１３は、図３に示すようにケーシング１３の外周側を支点に機外側へロールするように変位することが予想される。
【００１９】
第１の実施形態の軸封装置１０において、内向リム１１１の端面１１１Ａおよび機外側リップ１３２の先端面１３２Ａがどちらも機内側に膨らんだ曲面に形成されているので、フレーム３やケーシング１３が変位した場合であっても、機内側シールリング１１及び機外側シールリング１２がケーシング１３に伴って捻れることなく、機内側シールリング１１とケーシング１３、および機外側シールリング１２とケーシング１３がそれぞれ線接触した状態を維持する。
【００２０】
そして、シール油Ｌの供給圧力と、センタスプリング１４及び機外側スプリング１５の締付力が均衡することによって、ギャップＳ、第１のクリアランスＣ１及び第２のクリアランスＣ２は、機内圧力を上げる前と同じ状態に維持される。つまり、冷却媒体Ｇの圧力を高めても、軸封装置１０は、冷却媒体Ｇを機内に密封する。
【００２１】
図２に示す状態から図３に示す状態へケーシング１３が捻れるように変位する場合、機内側リップ１３１の先端面１３１Ａは、機内側シールリング１１の機内に面した側面１１３に接近する。そこで、機内側リップ１３１の先端面１３１Ａは、この変形量を考慮して、機内側シールリング１１の側面１１３から離れた状態に形成する。
【００２２】
また、回転電機１の機内は、冷却媒体Ｇの圧力が作用しているので、機内側シールリング１１は、機外側へ圧力を受ける。このとき、第１の実施形態の軸封装置１０の場合、機外側スプリング１５を備えている。したがって、機内側シールリング１１の内向リム１１１の端面１１１Ａは、機外側スプリング１５によってケーシング１３の内壁１３Ａに押し当てられ、線接触した状態が維持される。さらに機外側スプリング１５は、機外側シールリング１２の外向リム１２１の内周面１２１Ｂが機外側へ開くことを防止している。
【００２３】
なお、軸封装置１０の機外側は、大気圧であるので、ギャップＳから第１のクリアランスＣ１または第２のクリアランスＣ２へと流れるシール油Ｌの圧力が維持されれば、機外側シールリング１２とケーシング１３との間は、完璧に封止されている必要はない。機外側シールリング１２とケーシング１３との間は、線接触させる代わりに、柔軟性を有したパッキンやガスケットなどを装着してもよい。
【００２４】
機内側シールリング１１の内向リム１１１の端面１１１Ａおよびケーシング１３の機外側リップ１３２の先端面１３２Ａは、曲率が一定な曲面に形成するか、機内の圧力変化に伴うフレーム３および隔壁１３０の変形を加味した曲率が変化する曲面に形成するかは、回転電機１の仕様や運転条件に応じて適宜選択される。つまり、回転電機１が定格運転中である間、軸封装置１０の機内側シールリング１１および機外側シールリング１２が理想的な位置に納まるように、軸封装置１０の各部の寸法が決定される。
【００２５】
第２から第６の実施形態の軸封装置１０は、それぞれ図面を参照して以下に説明する。各実施形態の軸封装置１０において、第１の実施形態の軸封装置１０と同じ機能を有する構成は、図中に同じ符号を付してその説明を省略する。また、軸封装置１０の周囲の回転電機１の構成は、第１の実施形態に記載した内容および図１を参酌する。
【００２６】
第２の実施形態の軸封装置１０は、図４および図５を参照して説明する。図４および図５に示す軸封装置１０において、機内側シールリング１１の内向リム１１１の端面１１１Ａは、ケーシング１３の内壁１３Ａの内壁に接触しない平坦に形成されている。ケーシング１３の機内側リップ１３１の先端面１３１Ａが機外側へ膨らむ曲面に形成されており、機内側シールリング１１の機内側の側面１１３に線接触している。また、機外側シールリング１２の外向リム１２１の端面１２１Ａが機外側へ膨らんだ曲面に形成されており、ケーシング１３の内壁１３Ｂに線接触している。ケーシング１３の機外側リップ１３２の先端面１３２Ａは、平坦に形成され、内圧がかかってケーシング１３が変位した場合でも機外側シールリング１２の側面１２３に接触しない。この他の構成は、第１の実施形態の軸封装置１０と同じである。
【００２７】
この軸封装置１０は、機内側リップ１３１の先端面１３１Ａおよび機外側シールリング１２の外向リム１２１の端面１２１Ａがいずれも機外側へ膨らんだ曲面に形成されている。したがって、冷却効率を高めるために機内の圧力を高めることによってケーシング１３が図４に示す状態から図５に示すように変位した場合でも、ケーシング１３に伴って機内側シールリング１１および機外側シールリング１２が捻れない。機内側シールリング１１とケーシング１３、機外側シールリング１２とケーシング１３がそれぞれ線接触した状態が維持される。また、シール油Ｌの供給圧力とセンタスプリング１４および機外側スプリング１５の締付力が均衡することによって、ギャップＳと第１のクリアランスＣ１および第２のクリアランスＣ２は、機内圧力を上げる前と同じ状態に維持される。
【００２８】
第２の実施形態にでは、図４および図５に示すように機内圧力を高くする前後のいずれでも機外側リップ１３２の先端面１３２Ａは、機外側シールリング１２の側面１２３から離れている状態であり、機外側シールリング１２の外向リム１２１の端面１２１Ａは、ケーシング１３の内壁１３Ｂに線接触した状態である。機内圧力を高くする前では、機外側リップ１３２の先端面１３２Ａを機外側シールリング１２の側面１２３に当接した状態に、機外側シールリング１２の外向リム１２１の端面１２１Ａをケーシング１３の内壁１３Ｂから離した状態にしておき、機内圧力を高くした後は、機外側リップ１３２の先端面１３２Ａを機外側シールリング１２の側面１２３から離れた状態に、機外側シールリング１２の外向リム１２１の端面１２１Ａをケーシング１３の内壁１３Ｂに線接触した状態に、それぞれなるように構成されていてもよい。
【００２９】
また、第２の実施形態では、図４および図５に示すように機内圧力を高くする前後のいずれにおいても機内側リップ１３１の先端面１３１Ａは、機内側シールリング１１の側面１１３に当接した状態に、機内側シールリング１１の内向リム１１１の端面１１１Ａは、ケーシング１３の内壁１３Ａから離れている状態である。機内圧力を高くする前では、機内側リップ１３１の先端面１３１Ａを機内側シールリング１１の側面１１３から離れた状態に、機内側シールリング１１の内向リム１１１の端面１１１Ａをケーシング１３の内壁１３Ａに当接した状態にしておき、機内圧力を高くした後は、機内側リップ１３１の先端面１３１Ａを機内側シールリング１１の側面１１３に線接触した状態に、機内側シールリング１１の内向リム１１１の端面１１１Ａをケーシング１３の内壁１３Ａに線接触した状態に、それぞれなるように構成されていてもよい。
【００３０】
第３の実施形態の軸封装置１０は、図６を参照して説明する。図６に示す軸封装置１０において機内側シールリング１１と機外側シールリング１２は、第１の実施形態の機内側シールリング１１および機外側シールリング１２と同じ構成である。そして、この軸封装置１０は、機内側シールリング１１の側面１１３に接触する第１の弾性部材１３３を機内側リップ１３１の先端部に有し、機外側シールリング１２の外向リム１２１の内周面１２１Ｂに接触する第２の弾性部材１３４を機外側リップ１３２の外周面１３２Ｂに有している点が、第１の実施形態と異なっている。
【００３１】
以上のように構成されている軸封装置１０は、機内側シールリング１１の内向リム１１１の曲面に形成された端面１１１Ａがケーシング１３の内壁１３Ａに線接触しており、機外側スプリング１５が機内側シールリング１１および機外側シールリング１２を機内側へ付勢している。機内圧力を上げた場合にケーシング１３が第１の実施形態や第２の実施形態のように変位すると、第１の弾性部材１３３は、機内側シールリング１１の側面１１３に押し当てられて偏平し、第２の弾性部材１３４は、機外側シールリング１２の外向リム１２１の内周面１２１Ｂに押し当てられて偏平する。
【００３２】
ケーシング１３が変位しても、機内側シールリング１１および機外側シールリング１２は、ギャップＳと第１のクリアランスＣ１および第２のクリアランスＣ２を機内圧力が高くなる前と同様に維持する。また、機内圧力を高くしたことに応じてシール油Ｌの供給圧力が高くなった場合、第１の弾性部材１３３および第２の弾性部材１３４は、機内圧力を高くする前に比べて強く機内側シールリング１１および機外側シールリング１２のそれぞれに押し当てられる。機内側シールリング１１とケーシング１３、機外側シールリング１２とケーシング１３の間の密閉性も強くなる。
【００３３】
第１の弾性部材１３３および第２の弾性部材１３４としてネオプレーンゴムやウレタンゴム、シリコーンゴムなどが採用される。ケーシング１３が変位することによって第１の弾性部材１３３や第２の弾性部材１３４が偏平する量は、ごくわずかであるので、求められる弾力性や密閉性を満足すれば、弾性部材の変わりにガスケットやパッキンなどを採用してもよい。
【００３４】
シール油Ｌの供給圧力は、機内圧力よりも高く設定される。したがって、機内圧力を高くする場合、ケーシング１３内部のシール油Ｌの圧力とケーシング１３の機外側の大気圧との差圧も大きくなる。このような場合、第２の弾性部材１３４のシール機能を補助するために、大気圧側にバックアップリングを第２の弾性部材１３４とともに装着する。
【００３５】
第４の実施形態の軸封装置１０は、図７および図８を参照して説明する。図７および図８に示す軸封装置１０において、機内側シールリング１１の内向リム１１１の端面１１１Ａは、曲面に形成されてケーシング１３の内壁１３Ａに線接触している。また、機外側シールリング１２の外向リム１２１の端面１２１Ａも、曲面に形成されてケーシング１３の内壁１３Ｂに線接触している。そして、ケーシング１３の機内側リップ１３１の先端面１３１Ａおよび機外側リップ１３２の先端面１３２Ａは、機内側シールリング１１の側面１１３および機外側シールリング１２の側面１２３から離れた状態である。
【００３６】
この軸封装置１０は、図７および図８に示すように、さらに機内側スプリング１６を備えている。機内側スプリング１６は、機内側シールリング１１の外周部に形成された溝１１４に装着され、機内側シールリング１１をシャフト２の外周面に向けて付勢する。第４の実施形態の軸封装置１０において、ケーシング１３の機内側リップ１３１の先端面１３１Ａおよび機外側リップ１３２の先端面１３２Ａは、それぞれ機内側シールリング１１の側面１１３および機外側シールリング１２の側面１２３に対して離れている。
【００３７】
機内に面した機内側シールリング１１には冷却媒体Ｇの圧力が掛かる。機内側リップ１３１が機内側シールリング１１の側面１１３から離れていると、内向リム１１１の内周面１１１Ｂに冷却媒体Ｇの圧力を受けて、機内側シールリング１１は、シャフト２の外周面から離れる方向、つまり第１のクリアランスＣ１を広げる方向へ付勢される。
【００３８】
このとき第４の実施形態の軸封装置１０は、機内側スプリング１６を備えているので、機内圧力を高くしても機内側シールリング１１を機内圧力を高くする前と同じ大きさに第１のクリアランスＣ１を維持する。また、機内側スプリング１６は、ケーシング１３の内壁１３Ａに接触しないので、機内側シールリング１１の内向リム１１１の曲面に形成された端面１１１Ａをケーシング１３の内壁１３Ａから引き離す方向へ作用しない。
【００３９】
このように構成された軸封装置１０において、シール油Ｌの供給圧力と、センタスプリング１４、機外側スプリング１５および機内側スプリング１６の締付力とがバランスすることによって、ギャップＳと第１のクリアランスＣ１および第２のクリアランスＣ２は、機内圧力が高くなる前と同じ状態に維持される。
【００４０】
第５の実施形態の軸封装置１０は、図９および図１０を参照して説明する。図９に示す軸封装置１０において、機内側シールリング１１の内向リム１１１の端面１１１Ａは、曲面に形成されてケーシング１３の内壁１３Ａに接している。機内側リップ１３１の先端面１３１Ａおよび機外側リップ１３２の先端面１３２Ａは、どちらも曲面に形成されている。機内側リップ１３１の先端面１３１Ａは、機内側シールリング１１の側面１１３に線接触し、機外側リップ１３２の先端面１３２Ａは、機外側シールリング１２の側面１２３に線接触している。
【００４１】
ケーシング１３は、図９及び図１０に示すようにシャフト２の軸心に沿う方向へ機内側リップ１３１の先端面１３１Ａをケーシング１３に対して変位させる内側スライド機構１７を備えている。内側スライド機構１７は、機内側リップ１３１が形成された摺動リング１７１と、この摺動リング１７１をケーシング１３に保持する連結具１７２と、摺動リング１７１を機内側シールリング１１の側面１１３に向けて押し出すバネ１７３とを備える。内側スライド機構１７は、摺動リング１７１がケーシング１３に対してスライドする部分において密閉性を維持するように設計されている。
【００４２】
回転電機を分解したときにフレーム３とともに分割されるケーシング１３の内周に摺動リング１７１が保持されるように、連結具１７２は、ケーシング１３の周方向に沿って数箇所に配置されていればよい。バネ１７３は、摺動リング１７１を機内側シールリング１１に向けて均等な力で押すように構成される。したがって、数箇所に分けて配置されていてもよいし、ケーシング１３が分割されている大きさに合わせて一続きの円弧に形成されていてもよい。または、バネ１７３は、摺動リング１７１と連結具１７２との間に装着されてもよい。
【００４３】
この第５の実施形態において、ケーシング１３は、機外側シールリング１２よりも機外側かつケーシング１３よりも外周の位置Ｐ１を支点に支持されている。したがって、機内側の圧力が高くなると、ケーシング１３は、図１０に示すように位置Ｐ１を支点に変位し、全体的にシャフト２に少し接近しつつ、機内側リップ１３１が機外側リップ１３２よりもシャフト２に近づくように傾く。
【００４４】
図１０に示すようにケーシング１３が機内圧力によって変位したことによって機内側シールリング１１の内向リム１１１の端面１１１Ａがケーシング１３の内壁１３Ａから離れても、第５の実施形態の軸封装置は、内側スライド機構１７を備えているので、機内側リップ１３１の先端面１３１Ａを機内側シールリング１１の側面１１３に接触させた状態が維持される。
【００４５】
図１０に示すように機内圧力を高くした場合でも、機内側シールリング１１とケーシング１３、機外側シールリング１２とケーシング１３の間からシール油Ｌが流れ出ない。したがって、シール油Ｌの供給圧力と、センタスプリング１４及び機外側スプリング１５の締付力と、機内圧力とがバランスするので、ギャップＳと第１のクリアランスＣ１および第２のクリアランスＣ２は、図９に示した機内圧力が高くなる前と同じ状態に維持される。シール油ＬがギャップＳから第１のクリアランスＣ１または第２のクリアランスＣ２を通って機内側及び機外側へ流れることによって、軸封装置１０は、冷却媒体Ｇを機内に封止する。
【００４６】
第６の実施形態の軸封装置１０は、図１１および図１２を参照して説明する。図１１に示す軸封装置１０において、機内側シールリング１１の内向リム１１１の端面１１１Ａは、曲面に形成されてケーシング１３の内壁１３Ａに線接触している。機内側リップ１３１の先端面１３１Ａは、機内側シールリング１１の側面１１３から離れている。機外側リップ１３２の先端面１３２Ａは、曲面に形成されて機外側シールリング１２の側面１２３に線接触している。また、外向リム１２１の内周面１２１Ｂから機外側リップ１３２の外周面１３２Ｂまでの距離は、内向リム１１１の内周面１１１Ｂから機内側リップ１３１の外周面１３１Ｂまでの距離よりも大きく形成されている。
【００４７】
この実施形態の軸封装置１０は、図１１及び図１２に示すようにシャフト２の軸心に沿う方向へ機外側リップ１３２の先端面１３２Ａをケーシング１３に対して変位させる外側スライド機構１８を備えている。外側スライド機構１８は、機外側リップ１３２が形成された摺動リング１８１と、この摺動リング１８１をケーシング１３に保持する連結具１８２と、摺動リング１８１を機外側シールリング１２の側面１２３に向けて押し出すバネ１８３とを備えている。外側スライド機構１８は、第５の実施形態における内側スライド機構１７と同様に、摺動リング１８１がケーシング１３に対してスライドする部分において密閉性を維持するように設計されている。
【００４８】
回転電機を分解したときにフレーム３とともに分割されるケーシング１３の内周に摺動リング１８１が保持されるように、連結具１８２は、ケーシング１３の周方向に沿って数箇所に配置されていればよい。バネ１８３は、摺動リング１８１を機外側シールリング１２に向けて均等な力で押すように構成される。したがって、数箇所に分けて配置されていてもよいし、ケーシング１３が分割される大きさに合わせて一続きの円弧に形成されていてもよい。または、バネ１８３は、摺動リング１８１と連結具１８２との間に装着されてもよい。
【００４９】
この第６の実施形態の軸封装置１０において、ケーシング１３は、センタスプリング１４よりも機内側かつケーシング１３よりも外周の位置Ｐ２を支点に支持されている。したがって、機内側の圧力が高くなると、ケーシング１３は、図１２に示すように位置Ｐ２を支点に変位し、全体的にシャフト２から少し離れつつ、機外側リップ１３２が機内側リップ１３１よりもシャフト２から離れるように傾く。
【００５０】
このとき、機内側リップ１３１の先端面１３１Ａが機内側シールリング１１の側面１１３から離れているので、機内側シールリング１１の内向リム１１１の端面１１１Ａは、ケーシング１３の内壁１３Ａに線接触した状態に維持される。また、機外側シールリング１２の外向リム１２１の内周面１２１Ｂは、図１２に示すようにケーシング１３が機内圧力によって傾いた場合でも、機外側リップ１３２の外周面１３２Ｂに当接しない程度に十分に離れている。したがって、機外側シールリング１２は、シャフト２に対して第２のクリアランスＣ２を一定に維持する。
【００５１】
機内側シールリング１１及び機外側シールリング１２に対してケーシング１３が傾いたことによって、機内側シールリング１１の内向リム１１１の端面１１１Ａがケーシング１３の内壁１３Ａに対して線接触する位置から機外側リップ１３２の先端面１３２Ａが機外側シールリング１２の側面１２３に対して線接触する位置までの距離が短くなる。この軸封装置１０は、外側スライド機構１８を備えているので、機外側リップ１３２の先端面１３２Ａは、機外側シールリング１２の側面１２３に線接触した状態に維持される。
【００５２】
機内圧力を高くした場合でも、図１２に示すように機内側シールリング１１とケーシングの間、機外側シールリング１２とケーシング１３の間からシール油Ｌが流出しない。したがって、シール油Ｌの供給圧力と、センタスプリング１４及び機外側スプリング１５の締付力と、回転電機の機内圧力とがバランスするので、ギャップＳと第１のクリアランスＣ１および第２のクリアランスＣ２は、図１１に示す機内圧力が高くなる前と同じ状態に維持される。そして、シール油ＬがギャップＳから第１のクリアランスＣ１または第２のクリアランスＣ２を通ってきな側及び機外側へ流れることによって、軸封装置１０は、冷却媒体Ｇを機内に封止する。
【００５３】
以上のように、第１から第６の実施形態の軸封装置１０によれば、回転子や固定子のコイルを冷却する能力を高めるために回転電機の機内圧力を高くした場合でも、機内側シールリング１１及び機外側シールリング１２は、機内圧力を高くする前と同じ状態に維持される。シール油Ｌの循環経路となるギャップＳと第１のクリアランスＣ１及び第２のクリアランスＣ２が機内圧力を高くする前と後とで変化することなく一定に保たれるので、軸封装置１０は、機内圧力を高くしても機内圧力が低いときと同様に冷却媒体を機内に封止する。この軸封装置１０を採用する回転電機は、定格運転中の機内圧力を高めて回転子や固定子のコイルを効率よく冷却することで、発電効率が向上し、環境負荷を減らすことができる。
【００５４】
上述の第１から第６の実施形態の各軸封装置１０のそれぞれの構成は、構造上の矛盾を生じない限り、適宜組み換えて構成させてもよい。例えば、第３の実施形態の軸封装置１０の第１の弾性部材１３３および第２の弾性部材１３４を第１および第４の実施形態の軸封装置１０のそれぞれ同じ部位、または、第２の実施形態の軸封装置１０の機内側シールリング１１の内向リム１１１の端面１１１Ａとケーシング１３の内壁１３Ａの間および機外側シールリング１２の外向リム１２１の内周面１２１Ｂとケーシングの機外側リップ１３２の外周面１３２Ｂの間に、それぞれ採用してもよい。
【００５５】
また、第１から第６の実施形態の軸封装置１０は、いずれもケーシング１３の内壁１３Ａ，１３Ｂが平坦に形成されているのに対して、ケーシング１３が機内圧力の変化に応じて変位する場合に機内側シールリング１１の内向リム１１１の曲面に形成された端面１１１Ａおよび機外側シールリング１２の外向リム１２１の曲面に形成された端面１２１Ａにそれぞれ線接触する形状であれば、それぞれの端面１１１Ａ，１２１Ａよりも曲率半径が大きい緩やかな凹曲面に形成されていてもよい。
【００５６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５７】
１…回転電機、２…シャフト、３…フレーム、１０…軸封装置、１１…機内側シールリング、１１１…内向リム、１１１Ａ…端面、１１１Ｂ…内周面、１１３…側面、１１４…溝、１２…機外側シールリング、１２１…外向リム、１２１Ａ…端面、１２１Ｂ…内周面、１２３…側面、１３…ケーシング、１３Ａ…（機内側の）内壁、１３Ｂ…（機外側の）内壁、１３１…機内側リップ、１３１Ａ…先端面、１３１Ｂ…外周面、１３２…機外側リップ、１３２Ａ…先端面、１３２Ｂ…外周面、１３３…第１の弾性部材、１４…センタスプリング、１５…機外側スプリング、１６…機内側スプリング、１７…内側スライド機構、１８…外側スライド機構、Ｇ…冷却媒体、Ｃ１…第１のクリアランス、Ｃ２…第２のクリアランス、Ｓ…ギャップ、Ｌ…シール油、Ｐ１…機外側シールリングよりも機外側かつケーシングよりも外周の位置、Ｐ２…センタスプリングよりも機内側かつケーシングよりも外周の位置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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