(57)【要約】【課題】本発明は、縦軸回転軸が高速回転した場合でも、潤滑油面の乱れによる気泡の混入を抑制し、冷却性能の低下を防止した軸受装置を備えた縦軸方回転電機を提供することにある。【解決手段】本発明は、軸受カラー１８の外周部に遠心力で跳ね飛ばされる潤滑油を受けて循環させる潤滑油循環路２２を形成し、この潤滑油循環路２２内に潤滑油の流動方向を転換させる潤滑油方向転換手段（２６）を設けると共に、この潤滑油方向転換手段（２６）の周方向両側に潤滑油を潤滑油循環路２２の内外に導出入させる潤滑油導出入手段（２７，２７Ａ，２７Ｂ，２８，２８Ａ，２８Ｂ）を設けたのである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦型回転軸と一体に回転する回転子と、この回転子の外周に隙間を介して対向配置された固定子と、前記縦型回転軸に固定された軸受カラーと、この軸受カラーの摺動面に当接されて摺動する軸受メタルを備えた軸受装置と、前記軸受カラーと軸受装置とを収納し潤滑油を満たした軸受油槽とを有する縦軸形回転電機において、前記軸受カラーの外周部に遠心力で跳ね飛ばされる潤滑油を受けて循環させる潤滑油循環路を形成し、この潤滑油循環路内に潤滑油の流動方向を転換させる潤滑油方向転換手段を設けると共に、この潤滑油方向転換手段の周方向両側に潤滑油を潤滑油循環路の内外に導出入させる潤滑油導出入手段を設けたことを特徴とする縦軸形回転電機。
【請求項２】
縦型回転軸と一体に回転する回転子と、この回転子の外周に隙間を介して対向配置された固定子と、前記縦型回転軸に固定された軸受カラーと、この軸受カラーの摺動面に当接されて摺動する軸受メタルを備えた軸受装置と、前記軸受カラーと軸受装置とを収納し潤滑油を満たした軸受油槽とを有する縦軸形回転電機において、前記軸受カラーの外周部に遠心力で跳ね飛ばされる潤滑油を受けて循環させる潤滑油循環路を形成し、この潤滑油循環路内に潤滑油の流動方向を転換させる潤滑油方向転換手段を設け、かつ、この潤滑油方向転換手段の周方向両側に前記潤滑油循環路の内外に連通する潤滑油導出口と潤滑油導入口を形成したことを特徴とする縦軸型回転電機。
【請求項３】
前記潤滑油導出口と潤滑油導入口とは、前記潤滑油循環路を形成するカバーに設けられていることを特徴とする請求項２記載の縦軸型回転電機。
【請求項４】
前記潤滑油導出口と潤滑油導入口とは、前記潤滑油循環路を形成する軸受支持部材に設けられていることを特徴とする請求項２記載の縦軸型回転電機。
【請求項５】
縦型回転軸と一体に回転する回転子と、この回転子の外周に隙間を介して対向配置された固定子と、前記縦型回転軸に固定された軸受カラーと、この軸受カラーの摺動面に当接されて摺動する軸受メタルを備えた軸受装置と、前記軸受カラーと軸受装置とを収納し潤滑油を満たした軸受油槽とを有する縦軸形回転電機において、前記軸受カラーの外周部に遠心力で跳ね飛ばされる潤滑油を受けて循環させる潤滑油循環路を形成し、この潤滑油循環路内に潤滑油の流速を減速させる減速手段を設けると共に、この減速手段の周方向両側に潤滑油を潤滑油循環路の内外に導出入させる潤滑油導出入手段を設けたことを特徴とする縦軸形回転電機。
【請求項６】
前記軸受装置は、前記軸受カラーの外周面の摺動面に対して接触して摺動する軸受メタルを備えた案内軸受装置であることを特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載の縦軸形回転電機。
【請求項７】
前記軸受装置は、前記軸受カラーの下端面の摺動面に対して接触して摺動する軸受メタルを備えた推力軸受装置であることを特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載の縦軸形回転電機。
【請求項８】
縦型回転軸と一体に回転する回転子と、この回転子の外周に隙間を介して対向配置された固定子と、前記縦型回転軸に固定された軸受カラーと、この軸受カラーの下端面に当接されて摺動する軸受メタルを備えた推力軸受装置と、前記軸受カラーの外周面に当接されて摺動する軸受メタルを備えた案内軸受装置と、前記軸受カラーと推力軸受装置と案内軸受装置とを収納し潤滑油を満たした軸受油槽とを有する縦軸形回転電機において、前記推力軸受装置と前記案内軸受装置の間の前記軸受カラーの外周部に潤滑油循環路を形成し、この潤滑油循環路内に潤滑油の流動方向を転換させる潤滑油方向転換手段を設けると共に、この潤滑油方向転換手段の周方向両側に潤滑油を潤滑油循環路の内外に導出入させる潤滑油導出入手段を設けたことを特徴とする縦軸形回転電機。
【請求項９】
縦型回転軸と一体に回転する回転子と、この回転子の外周に隙間を介して対向配置された固定子と、前記縦型回転軸に固定された軸受カラーと、この軸受カラーの下端面に当接されて摺動する軸受メタルを備えた推力軸受装置と、前記軸受カラーの外周面に当接されて摺動する軸受メタルを備えた案内軸受装置と、前記軸受カラーと推力軸受装置と案内軸受装置とを収納し潤滑油を満たした軸受油槽とを有する縦軸形回転電機において、前記推力軸受装置と前記案内軸受装置の間の前記軸受カラーの外周部に潤滑油循環路を形成し、この潤滑油循環路内に潤滑油の流動方向を転換させる潤滑油方向転換手段を設け、かつ、この潤滑油方向転換手段の周方向両側に前記潤滑油循環路の内外に連通する潤滑油導出口と潤滑油導入口を形成したことを特徴とする縦軸形回転電機。
【請求項１０】
前記潤滑油導出口と潤滑油導入口とは、前記潤滑油循環路を形成するカバーに設けられていることを特徴とする請求項９記載の縦軸型回転電機。
【請求項１１】
前記潤滑油導出口と潤滑油導入口とは、前記潤滑油循環路を形成する軸受支持部材に設けられていることを特徴とする請求項９記載の縦軸型回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は縦軸水車発電機や縦軸ポンプ用電動機等の縦軸型回転電機に係り、特に、縦型回転軸にスカート状の軸受カラーを備え、この軸受カラーを利用して軸受装置を構成した縦軸形回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、縦軸方回転電機の軸受装置は、特許文献１の第１図に示すように、軸受カラーの外周と下端面に軸受メタルを対向配置して摺動させ、縦型回転軸の横方向の変位を防止すると共に、縦軸に作用する推力を受けて下方向への変位を防止している。そして、これら軸受装置は、潤滑油を満たした軸受油槽内に軸受カラーと共に設置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭５４−４９５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に示すような縦軸方回転電機の軸受装置は、運転時に、軸受カラーの回転に伴い、軸受油槽内の潤滑油を遠心力で外径側に跳ね飛ばし、油面全体が攪拌されて乱れることにより気泡が巻き込まれる。このため、縦軸回転軸が高速回転した場合、気泡の混入により除熱率が低下する虞があり、そのようになった場合には、軸受メタルに対する冷却性能の低下が懸念される。
【０００５】
本発明の目的は、縦軸回転軸が高速回転した場合にも潤滑油面の乱れによる気泡の混入を抑制し、冷却性能の低下を防止した軸受装置を備えた縦軸方回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するために、軸受カラーの外周部に遠心力で跳ね飛ばされる潤滑油を受けて循環させる潤滑油循環路を形成し、この潤滑油循環路内に潤滑油の流動方向を転換させる潤滑油方向転換手段を設けると共に、この潤滑油方向転換手段の周方向両側に潤滑油を潤滑油循環路の内外に導出入させる潤滑油導出入手段を設けたのである。
【０００７】
このように、軸受カラーの外周部に潤滑油循環路を形成することで、軸受カラーの遠心力で外径側に跳ね飛ばされようとする潤滑油は、潤滑油循環路内に留まって循環するので、潤滑油の油面の乱れが減少し、油面からの気泡の混入が抑制され、その結果、軸受メタルに対する冷却性能の低下がなくなる。
【０００８】
また、潤滑油循環路内に潤滑油の流動方向を転換させる潤滑油方向転換手段を設けると共に、この潤滑油方向転換手段の周方向両側に潤滑油を潤滑油循環路の内外に導出入させる潤滑油導出入手段を設けことで、潤滑油循環路内で昇温した潤滑油を潤滑油方向転換手段によって潤滑油導出入手段から軸受油槽内に導出させ、導出によって負圧になった潤滑油循環路内に軸受油槽から潤滑油を導入させることができるので、潤滑油循環路内の潤滑油の温度上昇を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように本発明によれば、縦軸回転軸が高速回転した場合にも潤滑油面の乱れによる気泡の混入を抑制し、冷却性能の低下を防止した軸受装置を備えた縦軸方回転電機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明による縦軸型回転電機の第１の実施の形態を示す軸受装置の縦断概略図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う横断面図。
【図３】本発明による縦軸型回転電機の全体を示す縦断概略図。
【図４】本発明による縦軸型回転電機の第２の実施の形態を示す図１相当図。
【図５】図４のＢ−Ｂ線に沿う横断面図。
【図６】本発明による縦軸型回転電機の第３の実施の形態を示す図１相当図。
【図７】図６のＣ−Ｃ線に沿う横断面図。
【図８】本発明による縦軸型回転電機の第４の実施の形態を示す図１相当図。
【図９】図８のＤ−Ｄ線に沿う横断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明による縦軸型回転電機の第１の実施の形態を、図１〜図３に示す縦軸水車発電機の軸受装置に基づいて説明する。
【００１２】
縦軸水車発電機は、図３に示すように、発電機用の第１の縦型回転軸１Ａにスパイダーアーム２を介して固定された回転子３と、この回転子３の外周側に空隙を介して対向配置された固定子４とを備えている。
【００１３】
回転子３は、前記スパイダーアーム２の外径側に固定したロータリム５に支持された界磁鉄心６と、この界磁鉄心６に装着された界磁巻線７とを有している。固定子４は、固定子鉄心８と、固定子鉄心８に形成された巻線溝内に装着された固定子巻線９とを有し、固定子枠１０を介して基礎１１に固定されている。固定子枠１０の外径側には、回転子３及び固定子４を冷却して昇温した冷却風を冷却する冷却器１２が設置されており、冷却器１２を通過した冷却風は、通風案内板１３と風道外板１４との間を通って回転子３の内径側に戻る。尚、風道外板１４の側板と底板は、前記基礎１１の壁面で代用されることが多い。
【００１４】
前記第１の縦型回転軸１Ａの上部には、スカート状の軸受カラー１５が一体に設けられており、この軸受カラー１５の外周面に摺動面を形成し、この摺動面の周囲に固定部材に支持された軸受メタル１６を複数当接させている。そして、前記軸受カラー１５及び軸受メタル１６を、固定部材に支持され潤滑油を満たした軸受油槽１７内に収納し、上部軸受装置を構成している。この上部軸受装置は、云い代えれば、前記第１の縦型回転軸１Ａの横方向の変位を抑える機能を有する上部案内軸受装置である。
【００１５】
また、第１の縦型回転軸１Ａの下端には、図示しない水車を連結する第２の縦型回転軸１Ｂが一体に連結されている。
【００１６】
そして、第２の縦型回転軸１Ｂの上部には、スカート状の軸受カラー１８が一体に設けられており、この軸受カラー１８の外周面に摺動面を形成し、この摺動面の周囲に固定部材に支持された軸受メタル１９を複数当接させている。さらに、軸受カラー１８の下端面にも摺動面が形成されており、この摺動面に固定部材に支持された軸受メタル２０を複数当接させている。そして、前記軸受カラー１８と軸受メタル１９と軸受メタル２０を、固定部材に支持され潤滑油を満たした軸受油槽２１内に収納し、下部軸受装置を構成している。この下部軸受装置は、云い代えれば、前記第２の縦型回転軸１Ｂの横方向の変位を抑える機能を有する下部案内軸受装置と、前記第２の縦型回転軸１Ｂに作用する下方向の重力（推力）を支える推力軸受装置とを備えた複合軸受装置である。
【００１７】
本実施の形態においては、下部案内軸受装置と推力軸受装置とを備えた下部軸受装置について、図１及び図２に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
軸受カラー１８の外周で、前記推力軸受装置の軸受メタル２０と下部案内軸受け装置の軸受メタル１９との間、本実施の形態においては軸受カラー１８の下端部に対向する位置に、潤滑油循環路２２を形成している。
【００１９】
この潤滑油循環路２２は、軸受支持部材２３から水平方向に延在され、軸受カラー１８の外周と微小隙間を介して接近する水平壁２４と、軸受支持部材２３の下部に固定され垂直板と水平板とで断面Ｌ型に形成されたカバー２５とで構成されている。尚、カバー２５の水平板の内径側は、軸受カラー１８の外周に対して微小隙間を介して接近している。さらに、カバー２５には、周方向に複数の仕切板２６が周方向に複数設けられており、この仕切り板２６によって潤滑油循環路２２の周方向に複数の堰を形成している。
【００２０】
このほか、前記カバー２５の垂直板の各仕切板２６を境とした周方向の両側に、潤滑油導出口２７と潤滑油導入口２８を形成している。これら潤滑油導出口２７と潤滑油導入口２８は、軸受カラー１８の回転方向が矢印ａ方向の場合において云えるのであり、軸受カラー１８の回転方向が矢印ａ方向とは逆になった場合には、潤滑油導出口２７と潤滑油導入口２８の称呼は逆になる。
【００２１】
以上のように構成することで、軸受カラー１８が矢印ａ方向に回転すると、潤滑油循環路２２内の潤滑油も矢印ｂ方向に流動する。軸受カラー１８の回転が上昇すると、潤滑油循環路２２内を矢印ｂ方向に流動する潤滑油も流速を増し、一部は仕切板２６に衝突し、動圧が静圧に変換されて圧力が上昇する。その結果、仕切板２６の前面側に位置する潤滑油導出口２７からは、潤滑油循環路２２から外側の軸受油槽２１に向かう流れが生じる。一方、仕切板２６の背面側では、潤滑油循環路２２内の矢印ｂ方向の潤滑油の流れの剥離による渦が生じて圧力が低下する（負圧となる）ので、潤滑油導入口２８から軸受油槽２１内の潤滑油が潤滑油循環路２２内に導入される。
【００２２】
尚、軸受カラー１８の回転により、水平壁２４より上部の潤滑油が回転し、軸受支持部材２３より内径側で少量の気泡が巻き込む場合があるが、潤滑油循環路２２内には仕切板２６の下流側の負圧により、常時、潤滑油が補給されるので、潤滑油循環路２２内に気泡が滞留することはない。軸受油槽２１内の潤滑油は、カバー２５の効果により乱れの少ない流れとなっているので、潤滑油循環路２２から放出された気泡は浮力により上昇して油面ＯＬより離脱する。その結果、潤滑油循環路２２の潤滑油に少量の気泡が混入した場合であっても、軸受油槽２１より気泡を含まない潤滑油が供給されることになり、軸受メタル２０に対する冷却性能低下を防止することができる。また、カバー２５と軸受カラー１８との隙間からも潤滑油循環路２２内の潤滑油の一部が仕切板２６の堰効果によって放出されるので、冷却性能低下を防止することができる。さらに、軸受メタル１９に対しては、潤滑油循環路２２内の潤滑油の一部が仕切板２６の堰効果によって軸受カラー１８と水平壁２４との隙間から放出される潤滑油によって潤滑されるので、冷却性能低下は防止される。
【００２３】
ここで、前記仕切板２６は、潤滑油循環路２２内の矢印ｂ方向の潤滑油の流れの一部を方向転換させて軸受油槽２１内に放流する潤滑油方向転換手段となり、また、潤滑油導出口２７と潤滑油導入口２８は、潤滑油導出入手段となる。
【００２４】
上述のように、本実施の形態によれば、縦軸回転軸１Ｂが高速回転した場合にも油面ＯＬの乱れによる気泡の混入を抑制し、冷却性能の低下を防止した軸受装置を備えた縦軸方回転電機を得ることができる。さらに、潤滑油循環路２２内の昇温した潤滑油を、軸受油槽２１内に放出し、軸受油槽２１からは冷却されている潤滑油を導入できるので、軸受カラー１８及びこれに接する軸受メタル１９，２０を冷却することができる。
【００２５】
尚、本実施の形態においては、前記仕切板２６をカバー２５の外部にまで延長して設置している。このような仕切板２６とすれば、潤滑油導出口２７から放出された昇温された潤滑油が、隣接して設置された潤滑油導入口２８から直ちに流入することを防止でき、冷却効果を高めることができる。
【００２６】
また、本実施の形態においては、仕切板２６を境として両側に夫々独立した潤滑油導出口２７と潤滑油導入口２８とを形成したが、これら潤滑油導出口２７と潤滑油導入口２８とを一つの穴で形成し、この一つの孔を仕切板２６で分割するようにしてもよい。さらに、本実施の形態及び以下に説明する実施の形態において、潤滑油導出口と潤滑油導入口の形状は、任意に形成することを何等妨げない。
【００２７】
次に、本発明による第２の実施の形態を図４及び図５に基づいて説明する。尚、図１〜図３と同一符号は同一構成部材を示すので、再度の詳細な説明は省略する。
【００２８】
本実施の形態において、第１の実施の形態と異なる構成は、潤滑油導出口２７と潤滑油導入口２８との開口位置が異なる点である。
【００２９】
即ち、本実施の形態においては、カバー２５の水平板に、潤滑油導出口２７と潤滑油導入口２８とを設けたのである。
【００３０】
本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な効果を奏する外、カバー２５の外周に構成部材が設置されている場合に、それを回避して潤滑油導出口２７と潤滑油導入口２８とを形成できる利点がある。
【００３１】
図６及び図７は、本発明による第３の実施の形態を示すものであり、図１〜図３と同一符号は同一構成部材を示すので、再度の詳細な説明は省略する。
【００３２】
本実施の形態においては、カバー２５の垂直板と水平板とに夫々潤滑油導出口２７Ａ，２７Ｂと潤滑油導入口２８Ａ，２８Ｂとを形成して、潤滑油循環路２２と軸受油槽２１との間の潤滑油の導出入量を増加させたのである。
【００３３】
このように構成した本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な効果を奏する外、潤滑油の導出入量の増加により、より冷却効果を向上させることができる。
【００３４】
図８及び図９は、本発明による第４の実施の形態を示すものであり、図１〜図３と同一符号は同一構成部材を示すので、再度の詳細な説明は省略する。
【００３５】
本実施の形態においては、仕切板２６を、潤滑油循環路２２内に面した軸受支持部材２３の水平壁２４に設置したのである。
【００３６】
このように、構成することで、軸受油槽２１内の設置機器の制約などにより、カバー２５を軸受カラー１８に近接して設置しなければならない場合、カバー２５と軸受カラー１８との間に仕切板２６を設置するのに十分な空間がなくなるので、軸受カラー１８の小径部を利用して仕切板２６を設置したのである。
【００３７】
本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様な効果を奏することができる。
【００３８】
以上の各実施の形態において、潤滑油導出口２７，２７Ａ，２７Ｂと潤滑油導入口２８，２８Ａ，２８Ｂの設置位置は、仕切板２６を挟むように周方向の両側に隣接して設置した例を図示した。しかし、これら潤滑油導出口２７，２７Ａ，２７Ｂと潤滑油導入口２８，２８Ａ，２８Ｂは仕切板２６を挟むように周方向の両側にあれば接近して設置するものに限定されるものではない。即ち、例えば、軸受油槽２１からカバー２５内の潤滑油循環路２２へ潤滑油を導入する潤滑油導入口２８，２８Ａ，２８Ｂを、周方向に隣接する仕切板２６の中間位置に開口させてもよい。このように開口させた場合、潤滑油導出口２７，２７Ａ，２７Ｂと潤滑油導入口２８，２８Ａ，２８Ｂ間の潤滑油の圧力差は減少するものの、潤滑油を潤滑油循環路２２内へ給排させることは可能である。このため、軸受油槽２１内の形状や設置機器との干渉を避けるためには、潤滑油導入口２８，２８Ａ，２８Ｂの開口位置を潤滑油導出口２７，２７Ａ，２７Ｂから周方向に離れた位置に開口させてもよい。
【００３９】
また、各実施の形態においては、潤滑油を潤滑油循環路２２内へ給排させるために、潤滑油導出口２７，２７Ａ，２７Ｂと潤滑油導入口２８，２８Ａ，２８Ｂとを設けることを前提に説明したが、軸受支持部材２３の水平壁２４と軸受カラー１８との間及びカバー２５と軸受カラー１８との間には、夫々隙間が存在するので、潤滑油導出口２７，２７Ａ，２７Ｂと潤滑油導入口２８，２８Ａ，２８Ｂの一方、又は両方を省略し、前記隙間から潤滑油を潤滑油循環路２２内へ給排させるようにしてもよい。その場合、潤滑油導出口２７，２７Ａ，２７Ｂと潤滑油導入口２８，２８Ａ，２８Ｂの一方、又は両方を省略した分、必要な潤滑油量が潤滑油循環路２２内に給排できるように、前記隙間の寸法を調節すればよい。このように、隙間を利用して潤滑油を給排させる場合、前記仕切板２６は、潤滑油循環路２２内を流れる潤滑油の流速を減速させて隙間から軸受油槽２１内に排出させる減速手段となり、必要とする冷却性能が小さく、潤滑油の循環流量が少ない軸受装置には有効である。したがって、このように隙間を利用して潤滑油を給排させる場合、これら隙間が潤滑油動出入手段となる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、縦軸水車発電機を一例に説明したが、同様な軸受装置を有するや縦軸ポンプ用電動機にも適用できることは云うまでもない。
【符号の説明】
【００４１】
１Ａ…第１の縦型回転軸、１Ｂ…第２の縦型回転軸、２…スパイダーアーム、３…回転子、４…固定子、５…ロータリム、６…界磁鉄心、７…界磁巻線、８…固定子鉄心、９…固定子巻線、１０…固定子枠、１１…基礎、１２…冷却器、１３…通風案内板、１４…風道外板、１５，１８…軸受カラー、１６，１９，２０…軸受メタル、１７，２１…軸受油槽、２２…潤滑油循環路、２３…軸受支持部材、２４…水平壁、２５…カバー、２６…仕切板、２７，２７Ａ，２７Ｂ…潤滑油導出口、２８，２８Ａ，２８Ｂ…潤滑油導入口。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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