(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ回転子およびタービン翼車が軸着された駆動軸からなる回転体、該回転体を軸支する上下一対の軸受、該軸受を潤滑するため潤滑オイルを供給するポンプと潤滑オイル流路を駆動軸内に設け、前記駆動軸の軸端を潤滑オイルために浸漬し、前記駆動軸が回転することにより潤滑オイルが前記ポンプにより前記駆動軸内を上昇し、前記駆動軸の軸受部の上部に穿孔された穴から潤滑オイルが供給されるようにしてなる電動ターボ機器において、上記モータ回転子の上部にオイル受けを設けることにより、上部軸受を潤滑し、オイルためへ戻る過程の潤滑オイルを集めモータ回転子の二次巻線を成す導電体に導き、潤滑オイルによりモータ回転子導電体を冷却し得るようにしたことを特徴とする電動ターボ機器。
【請求項２】
上記モータ回転子のエンドリングの駆動軸に直面する側面に傾斜を付し上部に開口するように構成したことを特徴とする請求項１記載の電動ターボ機器。
【請求項３】
上記モータ回転子のエンドリングの駆動軸に直面する側面に傾斜を付し上部に開口するように構成し、かつエンドリングの駆動軸側から固定子に面する側にかけて複数の穴を設けたことを特徴とする請求項１記載の電動ターボ機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内設されたモータによってタービン翼車が高速回転駆動される電動ターボ機器（コンプレッサ／ブロア）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大出力のレーザを連続して得るために実用されている気体レーザ装置では、例えば、炭酸ガスと他のガスを混合してレーザ管に導き放電励起し、共振させてレーザ出力を得ているが、このときガスの温度が上昇するのでガスを循環させ、熱交換器を通して冷却している。このガスの循環に電動ターボブロアが用いられている。
【０００３】
図４に従来の電動ターボブロアの構成を示す。ターボブロア５１は、翼車５２およびモータ回転子５４Ｂがシャフト５３に軸着され、ハウジング６７の上部と下部に配設された軸受５６、５７により軸支されている。モータ５４は、可変周波数のインバータ６５により励磁されることにより高速で回転し、翼車５２を回転駆動する。翼車５２の回転により吸入口Ｐｉｎから吸入されたガスは、圧縮されて出口Ｐｏｕｔから導出される。
【０００４】
シャフト５３には同心でシャフト中空穴６２が穿孔されており、さらにその下部にはスロープを持った中空の遠心ポンプ部６１が形成されている。遠心ポンプ部６１は、オイルため６０に浸漬されており、シャフト５３の回転により、オイルため６０に満たされている潤滑オイルがシャフト中空穴６２の内壁に沿って汲み上げられる。またシャフト５３には軸受５６、５７の上部にシャフト中空穴６２に通じる穴６３、６４が穿孔されており、前記の中空穴６２の内壁に沿って汲み上げられた潤滑オイルは、シャフト５３の回転により遠心力で前記の穴６３、６４から軸受５６、５７の上部に放出され、軸受５６、５７を潤滑する。軸受５６、５７を潤滑した潤滑オイルは、重力によりオイル戻り路５８、５９を通ってオイルため６０にもどる。潤滑オイルは、モータ駆動部の空間６９内に噴霧状態および循環状態にて存在する。潤滑オイルがガス圧縮部７０に漏出することはラビリンスシール等のシール機構６８により防止されている。さらに、潤滑オイルのガス圧縮部７０への漏出を防ぐためにモータ駆動部の空間６９内がガス圧縮部７０に対して低圧に保持されるように穴６６から管路により真空ポンプに接続されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電動ターボブロアは以上のように構成されているが、翼車を駆動するモータは、作動時、固定子と回転子それぞれに損失が生じ発熱する。固定子の損失による発熱は、ハウジングに水冷ジャケットなどの冷却手段を配設することにより温度上昇を押さえる対策が取られるが、回転子の損失による発熱はシャフトを経由して軸受からハウジングへ、および翼車からガスに放熱されるが、ガスが希薄である場合には積極的な冷却にはなり得ない。このため回転子の温度上昇が著しくなり、回転子の二次導電体であるアルミニウム製のエンドリングが高温となり軟化して変形し、破損に及ぶことが生じ得る。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、軸受の潤滑に供した潤滑オイルを用いてモータ回転子の導電体を冷却し、回転子の破損を防止することができる電動ターボ機器を提供することを目的とする。
【０００６】
【問題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明の電動ターボ機器は、モータ回転子およびタービン翼車が軸着された駆動軸からなる回転体、該回転体を軸支する上下一対の軸受、該軸受を潤滑するための潤滑オイル供給のポンプと潤滑オイル流路を駆動軸内に設け、前記駆動軸の軸端を潤滑オイルために浸漬し、前記駆動軸が回転することにより潤滑オイルが前記ポンプにより前記駆動軸内を上昇し、前記駆動軸の軸受部の上部に穿孔された穴から潤滑オイルが供給されるようにしてなる電動ターボ機器において、上部軸受を潤滑し、オイルためへ戻る過程の潤滑オイルを受皿等で集め、モータ回転子の二次巻線を成す導電体に導き、モータ回転子導電体を冷却し得るように電動ターボ機器を構成したことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明が提供する電動ターボ機器の実施例を示す構成図である。
ターボブロア１の翼車２およびモータ回転子４Ｂがシャフト３に軸着され、ハウジング１７の上部と下部に配設された軸受６、７により軸支されている。モータ４は、可変周波数のインバータ１５により励磁されることにより高速で回転し、翼車２を回転駆動する。翼車２の回転により吸入口Ｐｉｎから吸入されたガスは、圧縮されて出口Ｐｏｕｔから導出される。
【０００８】
シャフト３には同心でシャフト中空穴１２が穿孔されており、さらにその下部にはスロープを持った中空の遠心ポンプ部１１が形成されている。遠心ポンプ部１１は、オイルため１０に浸漬されており、シャフト３の回転により、オイルため１０に満たされている潤滑オイルがシャフト中空穴１２の内壁に沿って汲み上げられる。またシャフト３には軸受６、７の上部にシャフト中空穴１２に通じる穴１３、１４が穿孔されており、前記の中空穴１２の内壁に沿って汲み上げられた潤滑オイルは、シャフト３の回転により遠心力で前記の穴１３、１４から軸受６、７の上部に放出され、軸受６、７を潤滑する。軸受６、７を潤滑した潤滑オイルは、オイル戻り路８、９を通って重力によりオイルため１０にもどる。この潤滑オイルは、モータ駆動部の空間１９内に噴霧状態および循環状態にて存在する。潤滑オイルがガス圧縮部２０に漏出することはラビリンスシール等のシール部１８により防止されている。さらに、潤滑オイルのガス圧縮部２０への漏出を防ぐためにモータ駆動部の空間１９内がガス圧縮部２０に対して低圧に保持されるように穴１６から管路により真空ポンプに接続されている。
【０００９】
モータ４は、可変周波数のインバータ１５で駆動されるが、一般によく用いられる誘導形のモータでは、効率が８０から９０％であり、入力電力の約１０から２０％は損失となり発熱する。そしてその損失の約２／３が固定子４Ａで、残り約１／３が回転子４Ｂで生じる。例えば７．５ＫＷで効率８５％のモータでは、固定子４Ａで約７５０Ｗ、回転子４Ｂで約３７５Ｗの損失が生じ、これにより発熱する。固定子４Ａの発熱は前記したようにハウジング１７に放熱される。一方、回転子４Ｂの発熱は、シャフト３から翼車２を経由して流れているガスへ、シャフト３から軸受６、７を経由してハウジング１７へ、回転体の表面からハウジング１７等への輻射により放熱されるが、これら熱伝達路のインピーダンスが高く、十分な伝達ができないためモータ回転子４Ｂの温度が上昇する。一般に最も良く用いられるかご形誘導モータの回転子は導体としてアルミニウムを用い、鉄心の溝に鋳込む形でかご形の二次巻線が形成されるが、アルミの高応力下での変形温度は３００〜３５０℃であり、回転子４Ｂの放熱手段を設けないとこの温度を越える温度上昇が起こり破損することになる。
【００１０】
このため、図１の実施例では、上部の軸受６を潤滑した潤滑オイルをオイル受け５に集め、モータ回転子４Ｂ（特に導電体のエンドリング４Ｃ）に流下させるようにし、積極的に潤滑オイルに放熱させることにより回転子４Ｂ（エンドリング４Ｃ）の温度を、十分に軟化変形温度より低い安全な温度まで下げることができるようにしたものである。モータ回転子４Ｂを冷却し温度の上昇した潤滑オイルは、オイル戻り路８、９を通ってオイルため１０に戻り、オイルからハウジングに放熱される。このようにして、モータ回転子４Ｂの発熱による温度上昇からの破損を防止することができる。
【００１１】
図２は本発明の他の実施例であり、図に示すように、モータ回転子４Ｂのエンドリング４Ｃのシャフト３に面する側面を開口部を大きくするように傾斜させることにより、オイル受け５で集められた、軸受６を潤滑した潤滑オイルがエンドリング４Ｃとシャフトの間に流下するようにしたものである。この場合、回転子４Ｂの回転により潤滑オイルがエンドリング４Ｃの斜面を上昇しながらエンドリング４Ｃから熱を吸収するので、回転子４Ｂ（エンドリング４Ｃ）の冷却を効果的になすことができる。
【００１２】
図３は本発明の更に他の実施例であり、図２と同様に構成したエンドリング４Ｃに内面（シャフト３側）から外面（固定子４Ａ側）に向かって細孔を複数個穿孔し、潤滑オイルの通路を設けたものである。これによりシャフト３とエンドリング４Ｃの間に流下した潤滑オイルがモータ３の回転により、エンドリング４Ｃの斜面を上昇し、一部は上記細孔から遠心力により外面に流出し、その過程でエンドリング４Ｃから熱を吸収するので、エンドリング４Ｃの冷却をより効果的になすことができる。
【００１３】
上記の実施例では、翼車２は、遠心翼車で示したが、他の翼車形状、例えば軸流翼車であっても良い。また、上記の実施例では、シャフト中空穴１２の下部から中空穴に潤滑オイルを汲み上げるのにスロープを持つ遠心ポンプを示したが、他の形式のポンプでもよい。さらに、オイル受け５をハウジング１７と別部品で示したが、ハウジング１７と一体で軸受６を潤滑した潤滑オイルを集め、エンドリング４Ｃに流下させる構造にすることもできる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の電動ターボ機器は上記のように構成されており、上部軸受を潤滑した潤滑オイルを集めてモータ回転子の導電体のエンドリングに流下することにより、回転子の発熱により軟化変形して破損する恐れのあるエンドリングを効果的に冷却し、安全な温度範囲で電動ターボ機器を運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる電動ターボ機器の一実施例の構成を示す図である。
【図２】本発明の請求項２の発明に係わるモータ回転子エンドリングの形状について実施例を示す図である。
【図３】本発明の請求項３の発明に係わるモータ回転子エンドリングの形状について実施例を示す図である。
【図４】従来の電動ターボ機器の構成を示す図である。
【符号の説明】
１・・・・ターボブロア                    ２・・・・翼車
３・・・・シャフト                        ４・・・・モータ
４Ａ・・・・固定子                        ４Ｂ・・・・回転子
４Ｃ・・・・エンドリング                  ５・・・・オイル受け
６、７・・・・軸受                        ８、９・・・・オイル戻り路
１０・・・・オイルため                    １１・・・・遠心ポンプ部
１２・・・・シャフト中空穴                １３、１４、１６、２１・・・・穴
１５・・・・インバータ                    １７・・・・ハウジング
１８・・・・シール部                      ２０・・・・ガス圧縮部
Ｐｉｎ・・・・吸入口                      Ｐｏｕｔ・・・・出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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