液体の軸封装置とその軸封装置を用いた回転電機
【課題】異なる液体が内蔵される回転機において液体が混合する量を極めて少なくすることができる液体の軸封装置とその軸封装置を用いた回転電機を提供する。
【解決手段】回転軸１と、この回転軸１に接触して取り囲むように配置されたブラシシール４と、このブラシシール４を保持し、２つの液体雰囲気空間を遮断するブラシホルダ３とを備えた液体の軸封装置において、ブラシシール４を軸方向に複数段配置し、前記ブラシシール４間に形成されたキャビティー１０内の圧力を、前記液体雰囲気空間の圧力よりも高くしているので、液体がキャビティー１０内に漏洩することがなく液体雰囲気空間に戻され、また、ブラシシール４を越えて他液体雰囲気側空間に漏れることがない。
【解決手段】回転軸１と、この回転軸１に接触して取り囲むように配置されたブラシシール４と、このブラシシール４を保持し、２つの液体雰囲気空間を遮断するブラシホルダ３とを備えた液体の軸封装置において、ブラシシール４を軸方向に複数段配置し、前記ブラシシール４間に形成されたキャビティー１０内の圧力を、前記液体雰囲気空間の圧力よりも高くしているので、液体がキャビティー１０内に漏洩することがなく液体雰囲気空間に戻され、また、ブラシシール４を越えて他液体雰囲気側空間に漏れることがない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潤滑油やシール油などの液体を用いた回転電機の液体の軸封装置とその軸封装置を用いた回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に大型の回転電機では、油を潤滑剤としたすべり軸受を採用している。また、高効率を目的とした水素冷却回転電機では、機内冷却用の水素ガスを回転電機内に封じ込めるためにシール油を使ったオイルシールを採用している。これら潤滑油やシール油などの液体が回転電機の機内や機外に漏れることを防止するため、一般的にはラビリンスシールを採用して漏洩防止を行っている。この場合、ラビリンスシールの構造上、回転軸との間には比較的大きな隙間が存在するので、機内の微妙な圧力変動や液体の状態変化により液体が漏洩することは一般的である。このような液体の漏洩を防止するために、ラビリンスシールを多段に設けたり、液体源から十分離した位置にラビリンスシールを配置するなどの対応を行っているが、このような対応では回転電機全体の寸法が大きくなる他、シール性能も十分とは言えず、現状では液体の漏洩防止は極めて困難であった。
【０００３】
これらの問題を解決するために近年では、よりシール性能を向上する目的でブラシシールを採用している例もある（例えば特許文献１，２，３参照、ただし、特許文献１と２は気体をシールするために使用）。
【０００４】
ブラシシールを使った従来の液体の軸封装置は、例えば図６に示すような構造が一般的である。図６において、１は回転軸、２は回転電機の外形を形成するフレームであり、フレーム２に取り付けられた図示しない軸受によって回転軸１は回転可能に支持されている。３はブラシホルダであり、フレーム２に対して強固にかつ気密に固定され、回転電機内の液体雰囲気の空間と非液体雰囲気の空間とを遮断するように取り付けられている。４はブラシシールであり、ブラシ５をブラシクランプ６で挟み込んで形成され、円周方向に複数に分割されたものをリング状に組合せ、更に分割面を周方向にずらした２列を配して構成されている。７はパッキンであり、ブラシシール４同様円周方向に複数に分割されたものをリング状に組合せて、ブラシシール４の軸方向側面に取り付けられている。９は抑え板であり、ブラシホルダ３内に収納されたブラシシール４およびパッキン７をブラシホルダ３内に固定するため、ブラシホルダ３の軸方向側面に図示しないボルトで固定されている。
また、ブラシシール装置を多段にした例としては特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−９０８４２号公報
【特許文献２】特開２００１−２９５６０９号公報
【特許文献３】特開２００２−３０３３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１〜３においてはブラシシール装置自体の詳しい構造については触れていないので、前記したような一般的な構造のブラシシールを用いた液体の軸封装置と推定される。従って、このように構成された液体の軸封装置では、ブラシシール４を構成するブラシ５の素線間の隙間およびブラシ５と回転軸１との接触面より少量の液体が漏れることを完全に防ぐことはできない。このため、回転電機の長時間運転においては漏洩液体はその許容値を超え、回転電機内部より溢れ出ることや回転電機の運転に支障をきたす恐れがある。また、回転軸が振動した場合や回転軸の芯に対しブラシシールが偏芯して取り付けられた場合には、液体の漏れ量はより大きくなり、比較的短時間に許容値を超える場合も生じる。そうなると回転電機が全く運転できないことも起こりうる。
【０００７】
また、回転電機によっては異なる液体を有し、それぞれの液体が混合することを避ける目的で軸封装置を使用しているものもあり、上記のような従来の液体の軸封装置では、少量づつ液体が漏れ、長時間の運転では異なる液体が混合する場合が生じ、回転電機の運転に支障をきたすことになる。また、ブラシシールを多段に設けた特許文献２のような構造においても、少量づつ液漏れを防ぐことができず、漏洩した液体は時間の経過とともに、多段に設けたブラシシール間の空間に充満し、次のブラシシールへ漏洩して順次漏れていくことになる。従って、従来構造のブラシシールの軸封装置では、例えブラシシールを多段に配置したとしても、少量づつ液体が漏洩するのを防ぐことは極めて困難である。
【０００８】
本発明は、上述した問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、回転機の非液体雰囲気空間へ液体雰囲気に存在する液体が漏れる量を極めて少なくすることができる液体の軸封装置とその軸封装置を備えた回転電機を提供することであり、また、異なる液体を内蔵する回転機では異なる液体が混合する量を極めて少なくすることができる液体の軸封装置とその軸封装置を用いた回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、回転軸と、この回転軸に接触して取り囲むように配置されたブラシシールと、このブラシシールを保持し、２つの液体雰囲気空間を遮断するブラシホルダとを備えた液体の軸封装置において、前記ブラシシールを軸方向に複数段配置し、前記ブラシシール間に形成されたキャビティー内の圧力を、前記液体雰囲気空間の圧力よりも高くしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、ブラシシールを越えて漏洩する漏洩液体の量を少なくすることができ、また液体雰囲気側ブラシシールを越えて漏洩した漏洩液体を液体の戻し用孔により液体雰囲気側空間に戻すことができるので、ブラシシールを越えて非液体雰囲気側空間に漏れる液体の量を極めて少なくすることが可能である。
【００１１】
また、それぞれの液体雰囲気側ブラシシールを越えて漏洩した漏洩液体をキャビティー内で飛散することがなく溜り、それぞれの液体の戻し用孔により液体雰囲気側空間に戻すことができるので、ブラシシールを越えて他液体雰囲気側空間に漏れる液体の量を極めて少なくすることができ、また異なる液体の混入を極めて少なくすることができる。
【００１２】
さらに、ブラシシール間に形成されたキャビティー内の圧力を、液体雰囲気空間の圧力よりも高くしているので、液体がキャビティー内に漏洩することがなく液体雰囲気空間に戻され、また、ブラシシールを越えて他液体雰囲気側空間に漏れることがない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態の回転電機における液体の軸封装置の軸方向断面図。
【図２】本発明の第２の実施形態の回転電機における液体の軸封装置の軸方向断面図。
【図３】本発明の第３の実施形態の回転電機における液体の軸封装置の軸方向断面図。
【図４】本発明の第４の実施形態の回転電機における液体の軸封装置の軸方向断面図。
【図５】本発明の第５の実施形態の回転電機における液体の軸封装置の軸方向断面図。
【図６】従来の軸封装置の軸方向断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態の回転電機における液体の軸封装置の軸方向断面図である。
【００１５】
図１において、１は回転軸、２は回転電機の外形を形成するフレームであり、このフレーム２に取り付けられた図示しない軸受によって回転軸１は回転可能に支持されている。３はブラシホルダであり、フレーム２に対して強固にかつ気密に固定され、回転電機内の液体雰囲気の空間と非液体雰囲気の空間とを遮断するように取り付けられている。また、ブラシホルダ３の内径側の空間部には軸方向に、後述するキャビティー１０を介して離間する２個のブラシシール即ち、液体雰囲気側ブラシシール４ａと非液体雰囲気側ブラシシール４ｂとを２段収納している。ブラシシール４ａ，４ｂはそれぞれブラシ５をブラシクランプ６で挟み込んで形成され、円周方向に複数に分割されたものをリング状に組合せ、更に分割面を周方向にずらした２列を配して構成されている。７は例えばテフロン（登録商標）などの樹脂板からなる樹脂板パッキンであり、ブラシシール同様円周方向に複数に分割されたものをリング状に組合せて、各ブラシシール４ａと４ｂの軸方向側面に回転軸１との初期隙間がゼロとなるように取り付けられている。８は間隔片であり、軸方向に２段に設けられたブラシシール４ａとブラシシール４ｂの軸方向の間に挿入されている。９は抑え板であり、ブラシホルダ３内に収納されたブラシシール４ａ，４ｂ、樹脂板パッキン７、間隔片８をブラシホルダ３内に固定するためブラシホルダ３の軸方向側面に図示しないボルトで固定されている。１０は前述したキャビティーであり、軸方向に２段に設けられたブラシシール４ａ，４ｂ間に設けられ、回転軸１が回転することによって生じる回転軸１周辺の気体の流れが小さくなる外径を持った空間である。１１は貫通孔であり、ブラシホルダ３の外径側に設けられ、ブラシホルダ３によって分断された回転電機の軸方向空間の圧力を連通することによって等しく保つように構成されている。１２は液体の戻し用孔であり、液体雰囲気の空間よりブラシシール４ａを介してキャビティー１０内に漏れた液体を液体雰囲気の空間に戻すために、間隔片８、ブラシホルダ３、抑え板９を連続して貫通している。また、ブラシホルダ３の軸端内径部３ａと抑え板９の内径部９ａはそれぞれ外側部分を大きく面取りし、当該部分と回転軸１との隙間に液体が溜まることなく、重力で下方に落下するように構成されている。
【００１６】
次に、本実施形態の作用について説明する。
回転軸１が回転することにより回転電機のフレーム２内部の液体雰囲気の空間は液体が飛散した状態となるが、その飛散した多くの液体は液体雰囲気側ブラシシール４ａでシールされる。しかし、その一部はブラシシール４ａのブラシ５間の隙間やブラシ５と回転軸１の隙間を通ってキャビティー１０に漏洩液体となって漏れる。このとき樹脂板パッキン７は、抑え板９を締め付けることにより樹脂板パッキン７が変形し、ブラシホルダ３、抑え板９およびブラシクランプ６との隙間を埋めるので、ブラシシール４の背面とブラシホルダ３との隙間からの液体の漏洩を防止することができる。また、回転軸１との初期隙間がゼロに設定されていることから、回転軸１が回転することにより初期摩耗が生じ、回転軸１と樹脂板パッキン７との隙間は回転軸１の振れ回り等も考慮された最小ギャップとなり、液体とブラシシール４ａのブラシ５との接触面積を最小限にする。従って、液体がブラシシール４ａのブラシ５に染み込むことによってキャビティー１０に漏洩する液体の量が極めて少なくなる。更に漏れた漏洩液体は、キャビティー１０が存在するので、回転軸１の回転による影響を受けず、重力方向に流れ落ち、液体の戻り用孔１２に流れ込み、液体雰囲気の空間に戻される。
【００１７】
また、液体雰囲気と非液体雰囲気の空間とは貫通孔１１によって連通しているので、液体雰囲気の空間と非液体雰囲気の空間は同じ圧力となる。従って、ブラシシール４には圧力差が掛からないので漏洩液体も増大することはない。またブラシホルダ３の軸端内径部３ａと抑え板９の内径部９ａは大きく面取りが施されているので、当該部分と回転軸１との隙間に液体が溜まることがなく、ブラシシール４のブラシ５に接触する液体の量も少なくすることができる。
【００１８】
上述したように、本実施形態によると、樹脂板パッキン７とブラシホルダ３の軸端内径部３ａおよび抑え板９の内径部９ａと貫通孔１１によりブラシシール４ａを越えて漏洩する漏洩液体の量を少なくすることができ、更に液体雰囲気側ブラシシール４ａを越えて漏洩した漏洩液体をキャビティー１０によりキャビティー１０内で飛散することなく重力方向に流れ落ちることで溜り、液体の戻し用孔１２により液体雰囲気側空間に戻すことができるので、ブラシシール４ｂを越えて非液体雰囲気側空間に漏れる液体の量を極めて少なくすることが可能である。
【００１９】
（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態の回転電機における液体の軸封装置の軸方向断面図であり、図１の第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明する。
【００２０】
図２において、３はブラシホルダであり、フレーム２に対して強固にかつ気密に固定され、回転電機内の液体Ｑ雰囲気の空間と液体Ｒ雰囲気の空間とを遮断するように取り付けられている。またブラシホルダ３の内径側の空間部には軸方向に、後述する２つのキャビティー１０ａ，１０ｂを介して離間する３個のブラシシール即ち、液体Ｑ雰囲気側ブラシシール４ｃ，液体Ｒ雰囲気側ブラシシール４ｄおよび中間に配される中間段ブラシシール４ｅの３段を収納している。ブラシシール４ｃ，４ｄおよび４ｅはそれぞれ、ブラシ５をブラシクランプ６で挟み込んで形成され、円周方向に複数に分割された物をリング状に組合せ、更に分割面を周方向にずらした２列を配して構成されている。７は例えばテフロンなどの樹脂板からなる樹脂板パッキンであり、ブラシシール同様円周方向に複数に分割された物をリング状に組合せて、軸方向３段に設けられたそれぞれのブラシシールの軸方向側面の両側に、回転軸１との初期隙間がゼロとなるように取り付けられている。８は間隔片であり、軸方向に３段設けられたブラシシール４ｄ，４ｅ，４ｃのそれぞれの軸方向の間に挿入されている。９は抑え板であり、ブラシホルダ３内に収納されたブラシシール４ｄ，４ｅ，４ｃ、樹脂板パッキン７、間隔片８をブラシホルダ３内に固定するためブラシホルダ３の軸方向側面に図示しないボルトで固定されている。１０ａ，１０ｂは前述したキャビティーであり、軸方向に３段に設けられたブラシシール４ｄ，４ｅ，４ｃのそれぞれの間に設けられ、回転軸１が回転することによって生じる回転軸１周辺の気体の流れが小さくなる外径を持った空間である。１１は貫通孔であり、ブラシホルダ３の外径側に設けられ、ブラシホルダ３によって分断された回転電機の軸方向空間の圧力を連通することによって等しく保たれる。１２ａ，１２ｂは液体の戻し用孔であり、このうち１２ａは軸方向に２箇所あるキャビティーのうちの液体Ｑ雰囲気側のキャビティー１０ａより液体Ｑ雰囲気側に間隔片８、ブラシホルダ３、抑え板９を連続し、一方１２ｂは軸方向に２箇所あるキャビティーのうちの液体Ｒ雰囲気側のキャビティー１０ｂより液体Ｒ雰囲気側に間隔片８、ブラシホルダ３を連続して貫通している。またブラシホルダ３の軸端内径部３ａと抑え板９の内径部９ａはそれぞれ内径外側部分を大きく面取りしてある。
【００２１】
次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態のように構成した回転電機の軸封装置では、液体Ｑ雰囲気の液体Ｑは回転軸１の回転により液体Ｑの雰囲気空間で飛散しており、液体Ｑ雰囲気側ブラシシール４ｃによってシールされているが、液体Ｑ雰囲気側ブラシシール４ｃから漏れる漏洩液体Ｑの量は、第１の実施形態同様樹脂板パッキン７と、ブラシホルダ軸端内径部３ａの形状と貫通孔１１からなる構造により従来技術より少なくなる。また、キャビティー１０ａに漏洩した漏洩液体Ｑはキャビティー１０ａによりキャビティー１０ａ内で飛散することなく重力で下部へ流れ液体Ｑの戻り用孔１２ａにより液体Ｑの雰囲気空間に戻され、ブラシシール４ｅを越えてキャビティー１０ｂ側に漏洩する漏洩液体Ｑの量は極めて少なくなる。
【００２２】
一方、液体Ｒ雰囲気側の液体Ｒは回転軸１の回転により液体Ｒの雰囲気空間で飛散しており、液体Ｒ雰囲気側ブラシシール４ｄによってシールされているが、液体Ｒ雰囲気側ブラシシール４ｄから漏れる漏洩液体Ｒの量は液体Ｑ雰囲気側ブラシシール４ｃ同様、樹脂板パッキン７、抑え板９の内径部９ａの形状と貫通孔１１からなる構造により従来技術より少なくなる。更にキャビティー１０ｂに漏洩した漏洩液体Ｒはキャビティー１０ｂによりキャビティー１０ｂ内で飛散することなく重力で下部へ流れ、液体Ｒの戻し用孔１２ｂにより液体Ｒの雰囲気空間に戻され、ブラシシール４ｅを越えてキャビティー１０ａ側に漏洩する漏洩液体Ｒの量は極めて少なくなる。
【００２３】
上述したように、本実施形態によると、樹脂板パッキンとブラシホルダ軸端内径部３ａと抑え板９の内径部９ａの形状と貫通孔１１からなる構造によりブラシシール４ｅを越えて漏洩するそれぞれの漏洩液体の量を少なくすることができ、更にそれぞれの液体雰囲気側ブラシシール４ｃと４ｄを越えて漏洩した漏洩液体をキャビティー１０ａ，１０ｂによりキャビティー１０ａ，１０ｂ内で飛散することなく重力方向に流れ落ちることで溜り、それぞれの液体の戻し用孔１２ａと１２ｂにより液体雰囲気側空間に戻すことができるので、ブラシシール４ｅを越えて他液体雰囲気側空間に漏れる液体の量を極めて少なくすることが可能であり、液体Ｑと液体Ｒの混入を極めて少なくすることができる。
【００２４】
（第３の実施形態）
図３は本発明の第３の実施形態の回転電機における液体の軸封装置の軸方向断面図であり、図１の第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明する。
【００２５】
図３において、１は回転軸、２はフレームである。３はブラシホルダであり、フレーム２に対して強固にかつ気密に固定され、回転電機内の液体Ｑ雰囲気の空間と液体Ｒ雰囲気の空間とを遮断するように取り付けられている。またブラシホルダ３の内径側の空間部には軸方向に、後述する２つのキャビティー１０ａ，１０ｂを介して離間する３個のブラシシール即ち、液体Ｑ雰囲気側ブラシシール４ｃ，液体Ｒ雰囲気側ブラシシール４ｄおよび中間に配される中間段ブラシシール４ｅの３段を収納している。ブラシシール４ｃ，４ｄおよび４ｅはそれぞれブラシ５をブラシクランプ６で挟み込んで形成され、円周方向に複数に分割された物をリング状に組合せ、更に分割面を周方向にずらした２列を配して構成されている。７は樹脂板からなる樹脂板パッキンであり、ブラシシール同様円周方向に複数に分割された物をリング状に組合せて、軸方向３段に設けられたそれぞれのブラシシール４ｃ，４ｄ，４ｅの軸方向側面の両側に回転軸１との初期隙間がゼロとなるように取り付けられている。８は間隔片であり、軸方向に３段設けられたブラシシール４ｃ，４ｄ，４ｅのそれぞれの軸方向間に挿入されている。９は抑え板であり、ブラシホルダ３内に収納されたブラシシール４ｃ，４ｄ，４ｅ、樹脂板パッキン７、間隔片８をブラシホルダ３内に固定するためブラシホルダ３の軸方向側面に図示しないボルトで固定されている。１０ａ，１０ｂはキャビティーであり、軸方向に３段に設けられたブラシシール４ｃ，４ｄ，４ｅのそれぞれの間に設けられ、回転軸１が回転することによって生じる回転軸１周辺の気体の流れが小さくなる外径を持った空間である。１３はキャビティー貫通孔であり、液体Ｑ雰囲気側キャビティー１０ａから回転電機のフレーム２外へ引き出すよう間隔片８ａとブラシホルダ３およびフレーム２を連続して貫通するよう設けられている。１４はキャビティー貫通孔であり、液体Ｒ雰囲気側キャビティー１０ｂから回転電機のフレーム２外へ引き出すよう間隔片８ｂ、ブラシホルダ３およびフレーム２を連続して貫通するように設けられている。
【００２６】
次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態のように構成した回転電機の軸封装置では、液体Ｑ雰囲気の液体Ｑは回転軸１の回転により液体Ｑの雰囲気空間で飛散しており、液体Ｑ雰囲気側ブラシシール４ｃによってシールされているが、液体Ｑ雰囲気側ブラシシール４ｃからキャビティー１０ａに漏れる漏洩液体Ｑの量は、第１の実施形態同様樹脂板パッキン７により従来技術より少なくなる。また、キャビティー１０ａにはキャビティー貫通孔１３より回転電機の外部から液体Ｑの雰囲気空間より高い圧力を加えることにより、ブラシシール４ｃには漏洩液体Ｑの漏洩方向に対し逆向きの圧力が加わるので、ブラシシール４ｃを構成するブラシ５の隙間やブラシ５と回転軸１の隙間の漏洩液体Ｑは液体Ｑの雰囲気空間に戻される。従って、液体Ｑはキャビティー１０ａ内に漏洩することはなくなる。
【００２７】
一方、液体Ｒ雰囲気の液体Ｒは回転軸１の回転により液体Ｒの雰囲気空間で飛散しており、液体Ｒ雰囲気側ブラシシール４ｄによってシールされているが、液体Ｒ雰囲気側ブラシシール４ｄからキャビティー１０ｂに漏れる漏洩液体Ｒの量は、第１の実施形態同様樹脂板パッキン７により従来技術より少なくなる。また、キャビティー１０ｂにはキャビティー貫通孔１４より回転電機の外部から液体Ｒの雰囲気空間より高い圧力を加えることにより、ブラシシール４ｄには漏洩液体Ｒの漏洩方向に対し逆向きの圧力が加わるので、ブラシシール４ｄを構成するブラシ５の隙間やブラシ５と回転軸１の隙間の漏洩液体Ｒは液体Ｒの雰囲気空間に戻される。従って、液体Ｒはキャビティー１０ｂ内に漏洩することはなくなる。
【００２８】
特に、一般的な回転電機では、機内通風のために回転電機内部に冷却用ファンを有しており、このために機内の圧力は大気圧に対し負圧になっているので、この場合にはキャビティー貫通孔１３およびキャビティー貫通孔１４は大気開放とすることにより同様の効果が得られる。
【００２９】
上述したように、本実施形態によると、樹脂板パッキン７に加え、キャビティー貫通孔１３とキャビティー貫通孔１４を加圧または大気開放することによりブラシシール４ｃと４ｄにはそれぞれの漏洩液体の漏洩方向と逆向きに圧力差が加わるので、ブラシシール４ｅを越えてそれぞれの液体が反対側のキャビティー１０ｂと１０ａに漏洩することはなくなり、各液体が他の液体に混入することもなくなる。また、キャビティー貫通孔１３とキャビティー貫通孔１４を大気開放した場合には、加圧装置が必要なくなるので構成が簡素化でき安価となる。
【００３０】
（第４の実施形態）
図４は本発明の第４の実施形態の回転電機における液体の軸封装置の軸方向断面図であり、図１の第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明する。
【００３１】
図４において、１は回転軸、２はフレームである。３はブラシホルダであり、フレーム２に対して強固にかつ気密性に固定され、回転電機内の液体雰囲気の空間と非液体雰囲気の空間とを遮断するように取り付けられている。またブラシホルダ３の内径側の空間部には軸方向に、後述するキャビティー１０を介して離間する２個のブラシシール即ち、液体雰囲気側ブラシシール４ａと非液体雰囲気側ブラシシール４ｂとを２段収納している。ブラシシール４ａ，４ｂはそれぞれブラシ５をブラシクランプ６で挟み込んで形成され、円周方向に複数に分割されたものをリング状に組合せ、更に分割面を周方向にずらした２列を配して構成されている。７は樹脂板からなる樹脂板パッキンであり、ブラシシール４ａ，４ｂ同様円周方向に複数に分割されたものをリング状に組合せて、各ブラシシール４ａと４ｂの軸方向側面に回転軸１との初期隙間がゼロとなるように取り付けられている。１５は短ブラシシールであり、回転軸１に接触しない長さ、好ましくは回転軸１が回転することによって生じる回転軸１周辺の気体の流れが小さくなる空間であるキャビティー１０を構成できる長さの短ブラシ１６の外径側を短ブラシクランプ１７によりくわえ込んで構成され、ブラシシールと同様に円周方向に複数に分割され、ブラシホルダ３内でリング状に組合せて軸方向に２段に配置したブラシシール４ａ，４ｂの軸方向の間に取り付けられている。また短ブラシクランプ１７には半径方向に複数の穴を有している。１１は図１の第１の実施形態と同じ貫通孔である。１２は液体の戻し用孔であり、短ブラシ１５の背面より液体雰囲気空間まで、ブラシホルダ３と抑え板９を連続して貫通する。また、ブラシホルダ３の軸端内径部３ａおよび抑え板９の内径部９ａの形状も図１の第１の実施形態と同じ形状である。
【００３２】
次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態のように構成した回転電機の軸封装置では、液体雰囲気の液体は回転軸１の回転により液体の雰囲気の空間で飛散しており、液体雰囲気側ブラシシール４ａによってシールされているが、液体雰囲気側ブラシシール４ａからキャビティー１０に漏れる漏洩液体の量は、第１の実施形態同様樹脂板パッキン７と抑え板９の内径部９ａにより従来技術より少なくなる。更に、キャビティー１０に漏れた液体は、その殆どが回転軸１と接触しない長さの短ブラシ１６により捕捉され毛細管現象により順次短ブラシ１６の間に染み込んで行く。短ブラシ１６に染み込んだ液体は短ブラシクランプ１７を伝いながら重力により下方に流れ、短ブラシクランプ１７に設けた半径方向孔より液体の戻し用孔１２を介して液体雰囲気の空間に戻る。従って、ブラシシール４ｂを越えて非液体雰囲気の空間に漏洩する液体は極めて少なくなる。
【００３３】
上述したように、本実施形態によると、樹脂板パッキン７と抑え板９の内径部９ａの形状に加え、ブラシシール４ａを越えて漏洩した微量の液体もキャビティー１０に設けられた短ブラシシール１５によって確実に捕捉され、液体の戻し用孔１２を使って液体の雰囲気空間に戻されるので、回転電機が液体を内蔵する場合の液体のシール性能が格段に向上する。また、短ブラシ１６の毛細管現象によりミスト状の液体も確実に捕捉できるので、キャビティー１０の寸法を小さくでき、ブラシシール装置全体が小さくなるという効果がある。
【００３４】
（第５の実施形態）
図５は本発明の第５の実施形態の回転電機における液体の軸封装置の軸方向断面図であり、図１の第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明する。
【００３５】
図５において、１は回転軸、２はフレームである。３はブラシホルダであり、フレーム２に対して強固にかつ気密に固定され、回転電機内の液体雰囲気の空間と非液体雰囲気の空間とを遮断するように取り付けられている。またブラシホルダ３の内径側の空間部には軸方向に、後述するキャビティー１０を介して離間する２個のブラシシール即ち、液体雰囲気側ブラシシール４ａと非液体雰囲気側ブラシシール４ｂとを２段収納している。ブラシシールはブラシ５をブラシクランプ６で挟み込んで形成され、円周方向に複数に分割されたものをリング状に組合せ、更に分割面を周方向にずらした２列を配して構成されている。７は樹脂板からなる樹脂板パッキンであり、ブラシシール４ａ，４ｂ同様円周方向に複数に分割されたものをリング状に組合せて、各ブラシシール４ａと４ｂの軸方向側面に回転軸１との初期隙間がゼロとなるように取り付けられている。１８は多孔質材からなる間隔片で、軸方向に２段配置されたブラシシール４ａ，４ｂの間に挿入されている。９は図１の第１の実施形態と同じ抑え板である。１０は前述したキャビティーであり、ブラシシールの側面に配置された樹脂板パッキン７と回転軸１と多孔質間隔片１８で囲まれた空間で回転軸１の回転によって生じる回転軸１の周囲の気体の流れが小さくなる外径を有している。１１は図１の第１の実施形態と同じ貫通孔である。１２は図４の第４の実施形態と同じ液体の戻し用孔であり、多孔質充填材１９が充填されている。
【００３６】
次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態のように構成した回転電機の軸封装置では、液体雰囲気の液体は回転軸１の回転により液体の雰囲気空間で飛散しており、液体雰囲気側ブラシシール４ａによってシールされているが、液体雰囲気側ブラシシール４ａからキャビティー１０に漏れる漏洩液体の量は、図１の第１の実施形態同様樹脂板パッキン７と抑え板９の内径部９ａの形状により従来技術より少なくなる。更に、キャビティー１０に漏れた液体は、その殆んどがキャビティー１０の外径側に配置された多孔質間隔片１８により捕捉され、この捕捉された液体は、重力により多孔質間隔片１８内部を下方へ流れ、キャビティー１０の下方に配された液体の戻し用孔１２内に充填された多孔質充填材１９を介して、液体の雰囲気空間に戻されるので、ブラシシール４ｂを越えて非液体雰囲気の空間へ漏洩する漏洩液体の量は極めて少なくなる。
【００３７】
上述したように、本実施形態によると、樹脂板パッキン７と抑え板９に加え、ブラシシール４ａを越えて漏洩した微量の液体もキャビティー１０に設けられた多孔質材からなる多孔質間隔片１８で確実に捕捉され、更に液体の戻し用孔１２に充填された多孔質充填材１９により確実の液体雰囲気の空間に導き戻されるので、ブラシシール４ｂを越えて非液体雰囲気空間に漏洩する液体の量は極めて少なくなり、液体のシール性能が格段に向上する。また、図４の第４の実施形態同様、キャビティー１０内のミスト状の液体も多孔質材からなる間隔片によって確実に捕捉できるので、キャビティー１０を小さくし、延いてはブラシシール全体を小さくすることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１…回転軸、２…フレーム、３…ブラシホルダ、４，４ａ，４ｂ…ブラシシール、５…ブラシ、６…ブラシクランプ、７…樹脂板パッキン、８…間隔片、９…抑え板、１０…キャビティー、１１…貫通孔、１２…液体の戻し用孔、１３…キャビティー貫通孔Ａ、１４…キャビティー貫通孔Ｂ、１５…短ブラシシール、１６…短ブラシ、１７…短ブラシクランプ、１８…多孔質間隔片、１９…多孔質充填材。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潤滑油やシール油などの液体を用いた回転電機の液体の軸封装置とその軸封装置を用いた回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に大型の回転電機では、油を潤滑剤としたすべり軸受を採用している。また、高効率を目的とした水素冷却回転電機では、機内冷却用の水素ガスを回転電機内に封じ込めるためにシール油を使ったオイルシールを採用している。これら潤滑油やシール油などの液体が回転電機の機内や機外に漏れることを防止するため、一般的にはラビリンスシールを採用して漏洩防止を行っている。この場合、ラビリンスシールの構造上、回転軸との間には比較的大きな隙間が存在するので、機内の微妙な圧力変動や液体の状態変化により液体が漏洩することは一般的である。このような液体の漏洩を防止するために、ラビリンスシールを多段に設けたり、液体源から十分離した位置にラビリンスシールを配置するなどの対応を行っているが、このような対応では回転電機全体の寸法が大きくなる他、シール性能も十分とは言えず、現状では液体の漏洩防止は極めて困難であった。
【０００３】
これらの問題を解決するために近年では、よりシール性能を向上する目的でブラシシールを採用している例もある（例えば特許文献１，２，３参照、ただし、特許文献１と２は気体をシールするために使用）。
【０００４】
ブラシシールを使った従来の液体の軸封装置は、例えば図６に示すような構造が一般的である。図６において、１は回転軸、２は回転電機の外形を形成するフレームであり、フレーム２に取り付けられた図示しない軸受によって回転軸１は回転可能に支持されている。３はブラシホルダであり、フレーム２に対して強固にかつ気密に固定され、回転電機内の液体雰囲気の空間と非液体雰囲気の空間とを遮断するように取り付けられている。４はブラシシールであり、ブラシ５をブラシクランプ６で挟み込んで形成され、円周方向に複数に分割されたものをリング状に組合せ、更に分割面を周方向にずらした２列を配して構成されている。７はパッキンであり、ブラシシール４同様円周方向に複数に分割されたものをリング状に組合せて、ブラシシール４の軸方向側面に取り付けられている。９は抑え板であり、ブラシホルダ３内に収納されたブラシシール４およびパッキン７をブラシホルダ３内に固定するため、ブラシホルダ３の軸方向側面に図示しないボルトで固定されている。
また、ブラシシール装置を多段にした例としては特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−９０８４２号公報
【特許文献２】特開２００１−２９５６０９号公報
【特許文献３】特開２００２−３０３３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１〜３においてはブラシシール装置自体の詳しい構造については触れていないので、前記したような一般的な構造のブラシシールを用いた液体の軸封装置と推定される。従って、このように構成された液体の軸封装置では、ブラシシール４を構成するブラシ５の素線間の隙間およびブラシ５と回転軸１との接触面より少量の液体が漏れることを完全に防ぐことはできない。このため、回転電機の長時間運転においては漏洩液体はその許容値を超え、回転電機内部より溢れ出ることや回転電機の運転に支障をきたす恐れがある。また、回転軸が振動した場合や回転軸の芯に対しブラシシールが偏芯して取り付けられた場合には、液体の漏れ量はより大きくなり、比較的短時間に許容値を超える場合も生じる。そうなると回転電機が全く運転できないことも起こりうる。
【０００７】
また、回転電機によっては異なる液体を有し、それぞれの液体が混合することを避ける目的で軸封装置を使用しているものもあり、上記のような従来の液体の軸封装置では、少量づつ液体が漏れ、長時間の運転では異なる液体が混合する場合が生じ、回転電機の運転に支障をきたすことになる。また、ブラシシールを多段に設けた特許文献２のような構造においても、少量づつ液漏れを防ぐことができず、漏洩した液体は時間の経過とともに、多段に設けたブラシシール間の空間に充満し、次のブラシシールへ漏洩して順次漏れていくことになる。従って、従来構造のブラシシールの軸封装置では、例えブラシシールを多段に配置したとしても、少量づつ液体が漏洩するのを防ぐことは極めて困難である。
【０００８】
本発明は、上述した問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、回転機の非液体雰囲気空間へ液体雰囲気に存在する液体が漏れる量を極めて少なくすることができる液体の軸封装置とその軸封装置を備えた回転電機を提供することであり、また、異なる液体を内蔵する回転機では異なる液体が混合する量を極めて少なくすることができる液体の軸封装置とその軸封装置を用いた回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、回転軸と、この回転軸に接触して取り囲むように配置されたブラシシールと、このブラシシールを保持し、２つの液体雰囲気空間を遮断するブラシホルダとを備えた液体の軸封装置において、前記ブラシシールを軸方向に複数段配置し、前記ブラシシール間に形成されたキャビティー内の圧力を、前記液体雰囲気空間の圧力よりも高くしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、ブラシシールを越えて漏洩する漏洩液体の量を少なくすることができ、また液体雰囲気側ブラシシールを越えて漏洩した漏洩液体を液体の戻し用孔により液体雰囲気側空間に戻すことができるので、ブラシシールを越えて非液体雰囲気側空間に漏れる液体の量を極めて少なくすることが可能である。
【００１１】
また、それぞれの液体雰囲気側ブラシシールを越えて漏洩した漏洩液体をキャビティー内で飛散することがなく溜り、それぞれの液体の戻し用孔により液体雰囲気側空間に戻すことができるので、ブラシシールを越えて他液体雰囲気側空間に漏れる液体の量を極めて少なくすることができ、また異なる液体の混入を極めて少なくすることができる。
【００１２】
さらに、ブラシシール間に形成されたキャビティー内の圧力を、液体雰囲気空間の圧力よりも高くしているので、液体がキャビティー内に漏洩することがなく液体雰囲気空間に戻され、また、ブラシシールを越えて他液体雰囲気側空間に漏れることがない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態の回転電機における液体の軸封装置の軸方向断面図。
【図２】本発明の第２の実施形態の回転電機における液体の軸封装置の軸方向断面図。
【図３】本発明の第３の実施形態の回転電機における液体の軸封装置の軸方向断面図。
【図４】本発明の第４の実施形態の回転電機における液体の軸封装置の軸方向断面図。
【図５】本発明の第５の実施形態の回転電機における液体の軸封装置の軸方向断面図。
【図６】従来の軸封装置の軸方向断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態の回転電機における液体の軸封装置の軸方向断面図である。
【００１５】
図１において、１は回転軸、２は回転電機の外形を形成するフレームであり、このフレーム２に取り付けられた図示しない軸受によって回転軸１は回転可能に支持されている。３はブラシホルダであり、フレーム２に対して強固にかつ気密に固定され、回転電機内の液体雰囲気の空間と非液体雰囲気の空間とを遮断するように取り付けられている。また、ブラシホルダ３の内径側の空間部には軸方向に、後述するキャビティー１０を介して離間する２個のブラシシール即ち、液体雰囲気側ブラシシール４ａと非液体雰囲気側ブラシシール４ｂとを２段収納している。ブラシシール４ａ，４ｂはそれぞれブラシ５をブラシクランプ６で挟み込んで形成され、円周方向に複数に分割されたものをリング状に組合せ、更に分割面を周方向にずらした２列を配して構成されている。７は例えばテフロン（登録商標）などの樹脂板からなる樹脂板パッキンであり、ブラシシール同様円周方向に複数に分割されたものをリング状に組合せて、各ブラシシール４ａと４ｂの軸方向側面に回転軸１との初期隙間がゼロとなるように取り付けられている。８は間隔片であり、軸方向に２段に設けられたブラシシール４ａとブラシシール４ｂの軸方向の間に挿入されている。９は抑え板であり、ブラシホルダ３内に収納されたブラシシール４ａ，４ｂ、樹脂板パッキン７、間隔片８をブラシホルダ３内に固定するためブラシホルダ３の軸方向側面に図示しないボルトで固定されている。１０は前述したキャビティーであり、軸方向に２段に設けられたブラシシール４ａ，４ｂ間に設けられ、回転軸１が回転することによって生じる回転軸１周辺の気体の流れが小さくなる外径を持った空間である。１１は貫通孔であり、ブラシホルダ３の外径側に設けられ、ブラシホルダ３によって分断された回転電機の軸方向空間の圧力を連通することによって等しく保つように構成されている。１２は液体の戻し用孔であり、液体雰囲気の空間よりブラシシール４ａを介してキャビティー１０内に漏れた液体を液体雰囲気の空間に戻すために、間隔片８、ブラシホルダ３、抑え板９を連続して貫通している。また、ブラシホルダ３の軸端内径部３ａと抑え板９の内径部９ａはそれぞれ外側部分を大きく面取りし、当該部分と回転軸１との隙間に液体が溜まることなく、重力で下方に落下するように構成されている。
【００１６】
次に、本実施形態の作用について説明する。
回転軸１が回転することにより回転電機のフレーム２内部の液体雰囲気の空間は液体が飛散した状態となるが、その飛散した多くの液体は液体雰囲気側ブラシシール４ａでシールされる。しかし、その一部はブラシシール４ａのブラシ５間の隙間やブラシ５と回転軸１の隙間を通ってキャビティー１０に漏洩液体となって漏れる。このとき樹脂板パッキン７は、抑え板９を締め付けることにより樹脂板パッキン７が変形し、ブラシホルダ３、抑え板９およびブラシクランプ６との隙間を埋めるので、ブラシシール４の背面とブラシホルダ３との隙間からの液体の漏洩を防止することができる。また、回転軸１との初期隙間がゼロに設定されていることから、回転軸１が回転することにより初期摩耗が生じ、回転軸１と樹脂板パッキン７との隙間は回転軸１の振れ回り等も考慮された最小ギャップとなり、液体とブラシシール４ａのブラシ５との接触面積を最小限にする。従って、液体がブラシシール４ａのブラシ５に染み込むことによってキャビティー１０に漏洩する液体の量が極めて少なくなる。更に漏れた漏洩液体は、キャビティー１０が存在するので、回転軸１の回転による影響を受けず、重力方向に流れ落ち、液体の戻り用孔１２に流れ込み、液体雰囲気の空間に戻される。
【００１７】
また、液体雰囲気と非液体雰囲気の空間とは貫通孔１１によって連通しているので、液体雰囲気の空間と非液体雰囲気の空間は同じ圧力となる。従って、ブラシシール４には圧力差が掛からないので漏洩液体も増大することはない。またブラシホルダ３の軸端内径部３ａと抑え板９の内径部９ａは大きく面取りが施されているので、当該部分と回転軸１との隙間に液体が溜まることがなく、ブラシシール４のブラシ５に接触する液体の量も少なくすることができる。
【００１８】
上述したように、本実施形態によると、樹脂板パッキン７とブラシホルダ３の軸端内径部３ａおよび抑え板９の内径部９ａと貫通孔１１によりブラシシール４ａを越えて漏洩する漏洩液体の量を少なくすることができ、更に液体雰囲気側ブラシシール４ａを越えて漏洩した漏洩液体をキャビティー１０によりキャビティー１０内で飛散することなく重力方向に流れ落ちることで溜り、液体の戻し用孔１２により液体雰囲気側空間に戻すことができるので、ブラシシール４ｂを越えて非液体雰囲気側空間に漏れる液体の量を極めて少なくすることが可能である。
【００１９】
（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態の回転電機における液体の軸封装置の軸方向断面図であり、図１の第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明する。
【００２０】
図２において、３はブラシホルダであり、フレーム２に対して強固にかつ気密に固定され、回転電機内の液体Ｑ雰囲気の空間と液体Ｒ雰囲気の空間とを遮断するように取り付けられている。またブラシホルダ３の内径側の空間部には軸方向に、後述する２つのキャビティー１０ａ，１０ｂを介して離間する３個のブラシシール即ち、液体Ｑ雰囲気側ブラシシール４ｃ，液体Ｒ雰囲気側ブラシシール４ｄおよび中間に配される中間段ブラシシール４ｅの３段を収納している。ブラシシール４ｃ，４ｄおよび４ｅはそれぞれ、ブラシ５をブラシクランプ６で挟み込んで形成され、円周方向に複数に分割された物をリング状に組合せ、更に分割面を周方向にずらした２列を配して構成されている。７は例えばテフロンなどの樹脂板からなる樹脂板パッキンであり、ブラシシール同様円周方向に複数に分割された物をリング状に組合せて、軸方向３段に設けられたそれぞれのブラシシールの軸方向側面の両側に、回転軸１との初期隙間がゼロとなるように取り付けられている。８は間隔片であり、軸方向に３段設けられたブラシシール４ｄ，４ｅ，４ｃのそれぞれの軸方向の間に挿入されている。９は抑え板であり、ブラシホルダ３内に収納されたブラシシール４ｄ，４ｅ，４ｃ、樹脂板パッキン７、間隔片８をブラシホルダ３内に固定するためブラシホルダ３の軸方向側面に図示しないボルトで固定されている。１０ａ，１０ｂは前述したキャビティーであり、軸方向に３段に設けられたブラシシール４ｄ，４ｅ，４ｃのそれぞれの間に設けられ、回転軸１が回転することによって生じる回転軸１周辺の気体の流れが小さくなる外径を持った空間である。１１は貫通孔であり、ブラシホルダ３の外径側に設けられ、ブラシホルダ３によって分断された回転電機の軸方向空間の圧力を連通することによって等しく保たれる。１２ａ，１２ｂは液体の戻し用孔であり、このうち１２ａは軸方向に２箇所あるキャビティーのうちの液体Ｑ雰囲気側のキャビティー１０ａより液体Ｑ雰囲気側に間隔片８、ブラシホルダ３、抑え板９を連続し、一方１２ｂは軸方向に２箇所あるキャビティーのうちの液体Ｒ雰囲気側のキャビティー１０ｂより液体Ｒ雰囲気側に間隔片８、ブラシホルダ３を連続して貫通している。またブラシホルダ３の軸端内径部３ａと抑え板９の内径部９ａはそれぞれ内径外側部分を大きく面取りしてある。
【００２１】
次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態のように構成した回転電機の軸封装置では、液体Ｑ雰囲気の液体Ｑは回転軸１の回転により液体Ｑの雰囲気空間で飛散しており、液体Ｑ雰囲気側ブラシシール４ｃによってシールされているが、液体Ｑ雰囲気側ブラシシール４ｃから漏れる漏洩液体Ｑの量は、第１の実施形態同様樹脂板パッキン７と、ブラシホルダ軸端内径部３ａの形状と貫通孔１１からなる構造により従来技術より少なくなる。また、キャビティー１０ａに漏洩した漏洩液体Ｑはキャビティー１０ａによりキャビティー１０ａ内で飛散することなく重力で下部へ流れ液体Ｑの戻り用孔１２ａにより液体Ｑの雰囲気空間に戻され、ブラシシール４ｅを越えてキャビティー１０ｂ側に漏洩する漏洩液体Ｑの量は極めて少なくなる。
【００２２】
一方、液体Ｒ雰囲気側の液体Ｒは回転軸１の回転により液体Ｒの雰囲気空間で飛散しており、液体Ｒ雰囲気側ブラシシール４ｄによってシールされているが、液体Ｒ雰囲気側ブラシシール４ｄから漏れる漏洩液体Ｒの量は液体Ｑ雰囲気側ブラシシール４ｃ同様、樹脂板パッキン７、抑え板９の内径部９ａの形状と貫通孔１１からなる構造により従来技術より少なくなる。更にキャビティー１０ｂに漏洩した漏洩液体Ｒはキャビティー１０ｂによりキャビティー１０ｂ内で飛散することなく重力で下部へ流れ、液体Ｒの戻し用孔１２ｂにより液体Ｒの雰囲気空間に戻され、ブラシシール４ｅを越えてキャビティー１０ａ側に漏洩する漏洩液体Ｒの量は極めて少なくなる。
【００２３】
上述したように、本実施形態によると、樹脂板パッキンとブラシホルダ軸端内径部３ａと抑え板９の内径部９ａの形状と貫通孔１１からなる構造によりブラシシール４ｅを越えて漏洩するそれぞれの漏洩液体の量を少なくすることができ、更にそれぞれの液体雰囲気側ブラシシール４ｃと４ｄを越えて漏洩した漏洩液体をキャビティー１０ａ，１０ｂによりキャビティー１０ａ，１０ｂ内で飛散することなく重力方向に流れ落ちることで溜り、それぞれの液体の戻し用孔１２ａと１２ｂにより液体雰囲気側空間に戻すことができるので、ブラシシール４ｅを越えて他液体雰囲気側空間に漏れる液体の量を極めて少なくすることが可能であり、液体Ｑと液体Ｒの混入を極めて少なくすることができる。
【００２４】
（第３の実施形態）
図３は本発明の第３の実施形態の回転電機における液体の軸封装置の軸方向断面図であり、図１の第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明する。
【００２５】
図３において、１は回転軸、２はフレームである。３はブラシホルダであり、フレーム２に対して強固にかつ気密に固定され、回転電機内の液体Ｑ雰囲気の空間と液体Ｒ雰囲気の空間とを遮断するように取り付けられている。またブラシホルダ３の内径側の空間部には軸方向に、後述する２つのキャビティー１０ａ，１０ｂを介して離間する３個のブラシシール即ち、液体Ｑ雰囲気側ブラシシール４ｃ，液体Ｒ雰囲気側ブラシシール４ｄおよび中間に配される中間段ブラシシール４ｅの３段を収納している。ブラシシール４ｃ，４ｄおよび４ｅはそれぞれブラシ５をブラシクランプ６で挟み込んで形成され、円周方向に複数に分割された物をリング状に組合せ、更に分割面を周方向にずらした２列を配して構成されている。７は樹脂板からなる樹脂板パッキンであり、ブラシシール同様円周方向に複数に分割された物をリング状に組合せて、軸方向３段に設けられたそれぞれのブラシシール４ｃ，４ｄ，４ｅの軸方向側面の両側に回転軸１との初期隙間がゼロとなるように取り付けられている。８は間隔片であり、軸方向に３段設けられたブラシシール４ｃ，４ｄ，４ｅのそれぞれの軸方向間に挿入されている。９は抑え板であり、ブラシホルダ３内に収納されたブラシシール４ｃ，４ｄ，４ｅ、樹脂板パッキン７、間隔片８をブラシホルダ３内に固定するためブラシホルダ３の軸方向側面に図示しないボルトで固定されている。１０ａ，１０ｂはキャビティーであり、軸方向に３段に設けられたブラシシール４ｃ，４ｄ，４ｅのそれぞれの間に設けられ、回転軸１が回転することによって生じる回転軸１周辺の気体の流れが小さくなる外径を持った空間である。１３はキャビティー貫通孔であり、液体Ｑ雰囲気側キャビティー１０ａから回転電機のフレーム２外へ引き出すよう間隔片８ａとブラシホルダ３およびフレーム２を連続して貫通するよう設けられている。１４はキャビティー貫通孔であり、液体Ｒ雰囲気側キャビティー１０ｂから回転電機のフレーム２外へ引き出すよう間隔片８ｂ、ブラシホルダ３およびフレーム２を連続して貫通するように設けられている。
【００２６】
次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態のように構成した回転電機の軸封装置では、液体Ｑ雰囲気の液体Ｑは回転軸１の回転により液体Ｑの雰囲気空間で飛散しており、液体Ｑ雰囲気側ブラシシール４ｃによってシールされているが、液体Ｑ雰囲気側ブラシシール４ｃからキャビティー１０ａに漏れる漏洩液体Ｑの量は、第１の実施形態同様樹脂板パッキン７により従来技術より少なくなる。また、キャビティー１０ａにはキャビティー貫通孔１３より回転電機の外部から液体Ｑの雰囲気空間より高い圧力を加えることにより、ブラシシール４ｃには漏洩液体Ｑの漏洩方向に対し逆向きの圧力が加わるので、ブラシシール４ｃを構成するブラシ５の隙間やブラシ５と回転軸１の隙間の漏洩液体Ｑは液体Ｑの雰囲気空間に戻される。従って、液体Ｑはキャビティー１０ａ内に漏洩することはなくなる。
【００２７】
一方、液体Ｒ雰囲気の液体Ｒは回転軸１の回転により液体Ｒの雰囲気空間で飛散しており、液体Ｒ雰囲気側ブラシシール４ｄによってシールされているが、液体Ｒ雰囲気側ブラシシール４ｄからキャビティー１０ｂに漏れる漏洩液体Ｒの量は、第１の実施形態同様樹脂板パッキン７により従来技術より少なくなる。また、キャビティー１０ｂにはキャビティー貫通孔１４より回転電機の外部から液体Ｒの雰囲気空間より高い圧力を加えることにより、ブラシシール４ｄには漏洩液体Ｒの漏洩方向に対し逆向きの圧力が加わるので、ブラシシール４ｄを構成するブラシ５の隙間やブラシ５と回転軸１の隙間の漏洩液体Ｒは液体Ｒの雰囲気空間に戻される。従って、液体Ｒはキャビティー１０ｂ内に漏洩することはなくなる。
【００２８】
特に、一般的な回転電機では、機内通風のために回転電機内部に冷却用ファンを有しており、このために機内の圧力は大気圧に対し負圧になっているので、この場合にはキャビティー貫通孔１３およびキャビティー貫通孔１４は大気開放とすることにより同様の効果が得られる。
【００２９】
上述したように、本実施形態によると、樹脂板パッキン７に加え、キャビティー貫通孔１３とキャビティー貫通孔１４を加圧または大気開放することによりブラシシール４ｃと４ｄにはそれぞれの漏洩液体の漏洩方向と逆向きに圧力差が加わるので、ブラシシール４ｅを越えてそれぞれの液体が反対側のキャビティー１０ｂと１０ａに漏洩することはなくなり、各液体が他の液体に混入することもなくなる。また、キャビティー貫通孔１３とキャビティー貫通孔１４を大気開放した場合には、加圧装置が必要なくなるので構成が簡素化でき安価となる。
【００３０】
（第４の実施形態）
図４は本発明の第４の実施形態の回転電機における液体の軸封装置の軸方向断面図であり、図１の第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明する。
【００３１】
図４において、１は回転軸、２はフレームである。３はブラシホルダであり、フレーム２に対して強固にかつ気密性に固定され、回転電機内の液体雰囲気の空間と非液体雰囲気の空間とを遮断するように取り付けられている。またブラシホルダ３の内径側の空間部には軸方向に、後述するキャビティー１０を介して離間する２個のブラシシール即ち、液体雰囲気側ブラシシール４ａと非液体雰囲気側ブラシシール４ｂとを２段収納している。ブラシシール４ａ，４ｂはそれぞれブラシ５をブラシクランプ６で挟み込んで形成され、円周方向に複数に分割されたものをリング状に組合せ、更に分割面を周方向にずらした２列を配して構成されている。７は樹脂板からなる樹脂板パッキンであり、ブラシシール４ａ，４ｂ同様円周方向に複数に分割されたものをリング状に組合せて、各ブラシシール４ａと４ｂの軸方向側面に回転軸１との初期隙間がゼロとなるように取り付けられている。１５は短ブラシシールであり、回転軸１に接触しない長さ、好ましくは回転軸１が回転することによって生じる回転軸１周辺の気体の流れが小さくなる空間であるキャビティー１０を構成できる長さの短ブラシ１６の外径側を短ブラシクランプ１７によりくわえ込んで構成され、ブラシシールと同様に円周方向に複数に分割され、ブラシホルダ３内でリング状に組合せて軸方向に２段に配置したブラシシール４ａ，４ｂの軸方向の間に取り付けられている。また短ブラシクランプ１７には半径方向に複数の穴を有している。１１は図１の第１の実施形態と同じ貫通孔である。１２は液体の戻し用孔であり、短ブラシ１５の背面より液体雰囲気空間まで、ブラシホルダ３と抑え板９を連続して貫通する。また、ブラシホルダ３の軸端内径部３ａおよび抑え板９の内径部９ａの形状も図１の第１の実施形態と同じ形状である。
【００３２】
次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態のように構成した回転電機の軸封装置では、液体雰囲気の液体は回転軸１の回転により液体の雰囲気の空間で飛散しており、液体雰囲気側ブラシシール４ａによってシールされているが、液体雰囲気側ブラシシール４ａからキャビティー１０に漏れる漏洩液体の量は、第１の実施形態同様樹脂板パッキン７と抑え板９の内径部９ａにより従来技術より少なくなる。更に、キャビティー１０に漏れた液体は、その殆どが回転軸１と接触しない長さの短ブラシ１６により捕捉され毛細管現象により順次短ブラシ１６の間に染み込んで行く。短ブラシ１６に染み込んだ液体は短ブラシクランプ１７を伝いながら重力により下方に流れ、短ブラシクランプ１７に設けた半径方向孔より液体の戻し用孔１２を介して液体雰囲気の空間に戻る。従って、ブラシシール４ｂを越えて非液体雰囲気の空間に漏洩する液体は極めて少なくなる。
【００３３】
上述したように、本実施形態によると、樹脂板パッキン７と抑え板９の内径部９ａの形状に加え、ブラシシール４ａを越えて漏洩した微量の液体もキャビティー１０に設けられた短ブラシシール１５によって確実に捕捉され、液体の戻し用孔１２を使って液体の雰囲気空間に戻されるので、回転電機が液体を内蔵する場合の液体のシール性能が格段に向上する。また、短ブラシ１６の毛細管現象によりミスト状の液体も確実に捕捉できるので、キャビティー１０の寸法を小さくでき、ブラシシール装置全体が小さくなるという効果がある。
【００３４】
（第５の実施形態）
図５は本発明の第５の実施形態の回転電機における液体の軸封装置の軸方向断面図であり、図１の第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明する。
【００３５】
図５において、１は回転軸、２はフレームである。３はブラシホルダであり、フレーム２に対して強固にかつ気密に固定され、回転電機内の液体雰囲気の空間と非液体雰囲気の空間とを遮断するように取り付けられている。またブラシホルダ３の内径側の空間部には軸方向に、後述するキャビティー１０を介して離間する２個のブラシシール即ち、液体雰囲気側ブラシシール４ａと非液体雰囲気側ブラシシール４ｂとを２段収納している。ブラシシールはブラシ５をブラシクランプ６で挟み込んで形成され、円周方向に複数に分割されたものをリング状に組合せ、更に分割面を周方向にずらした２列を配して構成されている。７は樹脂板からなる樹脂板パッキンであり、ブラシシール４ａ，４ｂ同様円周方向に複数に分割されたものをリング状に組合せて、各ブラシシール４ａと４ｂの軸方向側面に回転軸１との初期隙間がゼロとなるように取り付けられている。１８は多孔質材からなる間隔片で、軸方向に２段配置されたブラシシール４ａ，４ｂの間に挿入されている。９は図１の第１の実施形態と同じ抑え板である。１０は前述したキャビティーであり、ブラシシールの側面に配置された樹脂板パッキン７と回転軸１と多孔質間隔片１８で囲まれた空間で回転軸１の回転によって生じる回転軸１の周囲の気体の流れが小さくなる外径を有している。１１は図１の第１の実施形態と同じ貫通孔である。１２は図４の第４の実施形態と同じ液体の戻し用孔であり、多孔質充填材１９が充填されている。
【００３６】
次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態のように構成した回転電機の軸封装置では、液体雰囲気の液体は回転軸１の回転により液体の雰囲気空間で飛散しており、液体雰囲気側ブラシシール４ａによってシールされているが、液体雰囲気側ブラシシール４ａからキャビティー１０に漏れる漏洩液体の量は、図１の第１の実施形態同様樹脂板パッキン７と抑え板９の内径部９ａの形状により従来技術より少なくなる。更に、キャビティー１０に漏れた液体は、その殆んどがキャビティー１０の外径側に配置された多孔質間隔片１８により捕捉され、この捕捉された液体は、重力により多孔質間隔片１８内部を下方へ流れ、キャビティー１０の下方に配された液体の戻し用孔１２内に充填された多孔質充填材１９を介して、液体の雰囲気空間に戻されるので、ブラシシール４ｂを越えて非液体雰囲気の空間へ漏洩する漏洩液体の量は極めて少なくなる。
【００３７】
上述したように、本実施形態によると、樹脂板パッキン７と抑え板９に加え、ブラシシール４ａを越えて漏洩した微量の液体もキャビティー１０に設けられた多孔質材からなる多孔質間隔片１８で確実に捕捉され、更に液体の戻し用孔１２に充填された多孔質充填材１９により確実の液体雰囲気の空間に導き戻されるので、ブラシシール４ｂを越えて非液体雰囲気空間に漏洩する液体の量は極めて少なくなり、液体のシール性能が格段に向上する。また、図４の第４の実施形態同様、キャビティー１０内のミスト状の液体も多孔質材からなる間隔片によって確実に捕捉できるので、キャビティー１０を小さくし、延いてはブラシシール全体を小さくすることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１…回転軸、２…フレーム、３…ブラシホルダ、４，４ａ，４ｂ…ブラシシール、５…ブラシ、６…ブラシクランプ、７…樹脂板パッキン、８…間隔片、９…抑え板、１０…キャビティー、１１…貫通孔、１２…液体の戻し用孔、１３…キャビティー貫通孔Ａ、１４…キャビティー貫通孔Ｂ、１５…短ブラシシール、１６…短ブラシ、１７…短ブラシクランプ、１８…多孔質間隔片、１９…多孔質充填材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、この回転軸に接触して取り囲むように配置されたブラシシールと、このブラシシールを保持し、２つの液体雰囲気空間を遮断するブラシホルダとを備えた液体の軸封装置において、
前記ブラシシールを軸方向に複数段配置し、前記ブラシシール間に形成されたキャビティー内の圧力を、前記液体雰囲気空間の圧力よりも高くしたことを特徴とする液体の軸封装置。
【請求項２】
請求項１記載の液体の軸封装置において、前記キャビティーの圧力を大気開放したことを特徴とする液体の軸封装置。
【請求項３】
軸受の潤滑油や機内冷媒ガスのシールにシール油等の液体を使用している回転電機において、請求項１又は２に記載の液体の軸封装置を設けたことを特徴とする回転電機。
【請求項１】
回転軸と、この回転軸に接触して取り囲むように配置されたブラシシールと、このブラシシールを保持し、２つの液体雰囲気空間を遮断するブラシホルダとを備えた液体の軸封装置において、
前記ブラシシールを軸方向に複数段配置し、前記ブラシシール間に形成されたキャビティー内の圧力を、前記液体雰囲気空間の圧力よりも高くしたことを特徴とする液体の軸封装置。
【請求項２】
請求項１記載の液体の軸封装置において、前記キャビティーの圧力を大気開放したことを特徴とする液体の軸封装置。
【請求項３】
軸受の潤滑油や機内冷媒ガスのシールにシール油等の液体を使用している回転電機において、請求項１又は２に記載の液体の軸封装置を設けたことを特徴とする回転電機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１４９５５５（Ｐ２０１１−１４９５５５Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９７３３４（Ｐ２０１１−９７３３４）
【出願日】平成２３年４月２５日（２０１１．４．２５）
【分割の表示】特願２００５−５１４３２（Ｐ２００５−５１４３２）の分割
【原出願日】平成１７年２月２５日（２００５．２．２５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２５日（２０１１．４．２５）
【分割の表示】特願２００５−５１４３２（Ｐ２００５−５１４３２）の分割
【原出願日】平成１７年２月２５日（２００５．２．２５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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