(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石を有する回転子と、
当該回転子を固定した回転子軸と、
前記回転子の外周方向において、前記回転子と対向する固定子コイルと、
前記回転子軸の上部及び下部に設置され、前記回転子軸を回転自在に軸支する一対の軸受部と、
前記回転子、前記回転子軸、前記固定子コイル及び一対の軸受部を収納する筐体とを備え、
前記回転子軸を立てた状態とし、前記回転子軸を回転させることによって前記固定子コイルに起電力を発生させる立軸出口管通風形同期発電機であって、
前記一対の軸受部における一方の軸受部は、スラスト軸受を有し、
前記筐体は、前記回転子よりも上部側の所定部位及び下部側の所定部位に形成された一対の吸込口、及び前記固定子コイルの側方に形成された排出口を有し、
前記回転子の上部及び下部と前記一対の吸込口との間に配置され、前記回転子軸の回転とともに回転することによって、前記一対の吸込口からそれぞれ外気を吸い込み、前記一対の軸受部及び前記固定子コイルを通風して前記排出口から排出させる空気流を形成させる羽根部材と、
前記一対の吸込口において他方の軸受部側の吸込口に設けられ、当該吸込口への外気の流入量を調整するブラインド部材と、
前記スラスト軸受の温度を検知する第１の温度検知部と、
前記ブラインド部材を開閉駆動する駆動部と、
前記第１の温度検知部が検知した温度が、予め設定された第１の閾値より高い場合に前記ブラインド部材の開度を小さくするように前記駆動部の駆動制御を行う制御部と、を更に備えること特徴とする立軸出口管通風形同期発電機。
【請求項２】
前記他方の軸受部が有する軸受の温度を検知する第２の温度検知部を更に備え、
前記制御部は、前記第１の温度検知部が検知した温度が前記第１の閾値より高い状態において、前記第２の温度検知部が検知した温度が、前記第１の閾値より低く設定された第２の閾値より高くなった場合に、前記ブラインド部材の開度を大きくするように前記駆動部の駆動制御を行うことを特徴とする請求項１記載の立軸出口管通風形同期発電機。
【請求項３】
前記一方の軸受部の温度と前記ブラインド部材の開度とを予め関連付けて記憶する記憶部を更に備え、
前記制御部は、前記第１の温度検知部が検知した温度に対応する開度を前記記憶部から読み出し、前記開度に基づいて前記駆動部の駆動制御を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の立軸出口管通風形同期発電機。
【請求項４】
前記第１の温度検知部は、複数設置されており、
前記制御部は、複数の前記第１の温度検知部が検知した温度の中で最も高い温度に基づいて、前記駆動部の駆動制御を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の立軸出口管通風形同期発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水力発電所に用いられる立軸出口管通風形同期発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、立軸出口管通風形同期発電機は、磁石を有する回転子と、回転子を支持する回転子軸と、回転子軸を支持する軸受部と、回転子の磁石に対向する固定子コイルとを備えている。軸受部は、回転子軸における回転子の円周上に所定の間隔をあけて配置されており、回転子軸は、軸受部によって上下方向に向けて設置されている。更に、回転子軸の下端部に水車が設けられている。この水車が水流によって回転することによって回転子軸が回転する。そして、水車の回転が回転子軸に伝達されて回転子軸が回転することにより、固定子コイルに起電力が発生する。
【０００３】
軸受部は、回転子軸が軸方向に対して垂直方向に移動しないように回転自在に支持するラジアル軸受を備えている。また、上下の軸受部のいずれか一方は、回転子軸が軸方向に移動しないように回転自在に支持するスラスト軸受を備えている。更に、スラスト軸受を備える軸受部はオイルクーラーに接続されており、このオイルクーラーから供給されるオイルによってスラスト軸受が冷却される。
【０００４】
また、立軸出口管通風形同期発電機は、回転子、回転子軸、軸受部及び固定子コイル等を収納する筐体を備えており、この筐体は、上下の一対の軸受部の近傍にそれぞれ形成され、外気を取り込むための吸込口と、上側及び下側の吸込口から導入した空気を排出する排出口とを備えている。
【０００５】
更に、上側の吸込口と回転子との間、及び下側の吸込口と回転子との間に、回転子軸の回転によって回転する羽根部材がそれぞれ設置されている。また、スラスト軸受を備えていない軸受部の近傍に位置する吸込口に、開閉動作を行うことによって吸込口への外気の流入量を調節する開閉部材が設けられている。
【０００６】
そして、水車の回転が回転子軸に伝達されて回転子が回転すると羽根部材が回転し、筐体内に上側の吸込口から排出口に流れる上側空気流と、下側の吸込口から排出口に流れる下側空気流が発生する。上側空気流は、上方の軸受部及び固定子コイルを通って排出口に向かって流れる。下側空気流は、下方の軸受部及び固定子コイルを通って排出口に向かって流れる。これにより、立軸出口管通風形同期発電機内の軸受部や固定子コイルが空冷される。
【０００７】
また、従来、この種の技術としては、特許文献１に記載されている技術がある。特許文献１によれば、回転子の上部側に配置された羽根車部が回転子とともに回転することによって回転子の上部に空気流が発生し、この空気流によって回転子、固定子及び上部軸受が冷却され、回転子の下部側に配置された羽根車部が回転子とともに回転することによって回転子の下部に空気流が発生し、この空気流によって回転子、固定子及び下部軸受が冷却される立軸形回転電気機械について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−９２７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、通常、発電機の筐体内に送り込む風量の５０％が上側空気流となり、残りの５０％が下側空気流となるように、開閉部材の開度が設定されている。ここで、夏場においては、外気の温度が比較的高いために通風による熱交換率が低下する。更に、かつ夏場で水車の使用水量を上げる（発電出力を上げる）とダウンスラストが大きくなるため、スラスト軸受を有する軸受部の温度が高くなる傾向になる。しかし、スラスト軸受は、オイルクーラーによって熱交換（冷却）されるために５０％の風量でも問題はない。
【００１０】
しかし、定期点検から月日が経過して発電機の使用期間が長くなるにつれて、空気とともに吸い込まれた塵埃等によって通風路が狭くなる場合がある。通風路が狭くなると外気の流通量が少なくなるため、スラスト軸受の冷却効率が低減する。これにより、スラスト軸受の温度が上昇して保証温度に近づくおそれがある。仮に、保証温度を超過した場合には、メンテナンスを行うために発電機を停止する必要があり、系統運用に支障が発生するおそれがある。
【００１１】
本発明は、このような問題点を解決し、スラスト軸受の温度が高くなって保証温度に近づくことを防止することを実現した立軸出口管通風形同期発電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、前記目的を達成するため、次に記載する構成を備えている。
【００１３】
（１）  磁石を有する回転子と、当該回転子を固定した回転子軸と、前記回転子の外周方向において、前記回転子と対向する固定子コイルと、前記回転子軸の上部及び下部に設置され、前記回転子軸を回転自在に軸支する一対の軸受部と、前記回転子、前記回転子軸、前記固定子コイル及び一対の軸受部を収納する筐体とを備え、前記回転子軸を立てた状態とし、前記回転子軸を回転させることによって前記固定子コイルに起電力を発生させる立軸出口管通風形同期発電機であって、前記一対の軸受部における一方の軸受部は、スラスト軸受を有し、前記筐体は、前記回転子よりも上部側の所定部位及び下部側の所定部位に形成された一対の吸込口、及び前記固定子コイルの側方に形成された排出口を有し、前記回転子の上部及び下部と前記一対の吸込口との間に配置され、前記回転子軸の回転とともに回転することによって、前記一対の吸込口からそれぞれ外気を吸い込み、前記一対の軸受部及び前記固定子コイルを通風して前記排出口から排出させる空気流を形成させる羽根部材と、前記一対の吸込口において他方の軸受部側の吸込口に設けられ、当該吸込口への外気の流入量を調整するブラインド部材と、前記スラスト軸受の温度を検知する第１の温度検知部と、前記ブラインド部材を開閉駆動する駆動部と、前記第１の温度検知部が検知した温度が、予め設定された第１の閾値より高い場合に前記ブラインド部材の開度を小さくするように前記駆動部の駆動制御を行う制御部と、を更に備えること特徴とする立軸出口管通風形同期発電機。
【００１４】
（１）によれば、回転子軸の回転とともに羽根部材が回転することによって、回転子の上側の吸込口から上側の軸受部及び固定子コイルと通って排出される空気流と、回転子の下側の吸込口から下側の軸受部及び固定子コイルと通って排出される空気流とが形成され、一対の軸受部及び固定子コイルが空冷される。また、スラスト軸受の温度が第１の閾値よりも高くなった場合に、ブラインド部材を駆動させて、スラスト軸受を有していない他方の軸受部に対応するブラインド部材の開度を小さくして、この吸込口からの空気の流入量を少なくする。これにより、スラスト軸受を有している一方の軸受部に対応する吸込口からの空気の流入量が多くなり、一方の軸受部の冷却効率が向上することによってスラスト軸受の温度を低下させることが可能になる。
【００１５】
（２）  （１）において、前記他方の軸受部が有する軸受の温度を検知する第２の温度検知部を更に備え、前記制御部は、前記第１の温度検知部が検知した温度が前記第１の閾値より高い状態において、前記第２の温度検知部が検知した温度が、前記第１の閾値より低く設定された第２の閾値より高くなった場合に、前記ブラインド部材の開度を大きくするように前記駆動部の駆動制御を行うことを特徴とする立軸出口管通風形同期発電機。
【００１６】
（２）によれば、ブラインド部材の開度が小さくなっている場合には、スラスト軸受を有していない他方の軸受部を通る空気量が少なくなるため、他方の軸受部の冷却効率が低下して温度が上昇しやすくなる。そこで、制御部が、第１の温度検知部が第１の閾値を越えた状態において第２の温度検知部が第２の閾値を越えたか否かを判定する。そして、第２の温度検知部が検知した温度が第２の閾値より高いと判定した場合に、他方の軸受部のブラインド部材の開度が大きくなるようにブラインド部材を駆動する。すなわち、第１の温度検知部が検知した温度が第１の閾値より高いことによってブラインド部材の開度が小さくなっている状態から、通常の状態に戻され、ブラインド部材の開度が大きくなる。なお、ブラインド部材の開度を大きくしたことによって他方の軸受部の冷却効率が向上し、第２の温度検知部が検知した温度が第２の閾値より低くなった時に、第１の温度検知部が検知した温度が第１の閾値より高い場合には、ブラインド部材の開度が小さくなる。これにより、スラスト軸受を有する一方の軸受部の温度上昇を抑制することが可能になり、一対の軸受部をバランスよく冷却することが可能になる。
【００１７】
（３）  （１）、（２）において、前記一方の軸受部の温度と前記ブラインド部材の開度とを予め関連付けて記憶する記憶部を更に備え、前記制御部は、前記第１の温度検知部が検知した温度に対応する開度を前記記憶部から読み出し、前記開度に基づいて前記駆動部の駆動制御を行うことを特徴とする立軸出口管通風形同期発電機。
【００１８】
（３）によれば、第１の温度検知部が検知した温度に対応する開度を記憶部から読み出し、この開度になるようにブラインド部材を駆動してブラインド部材の開度を切り替える。これにより、例えば、第１の温度検知部が検知した温度が第１の閾値を越えたことによってブラインド部材の開度を小さく切り替えた後も、第１の温度検知部の検知温度が上昇している場合に、制御部は、記憶部から第１の温度検知部が検知した温度に対応する開度を読み出し、一方の軸受部の冷却効率が更に高くなるようにブラインド部材の開度を切り替える。これにより、一方の軸受部を確実に冷却することが可能になり、スラスト軸受の温度を低下させることが可能になる。
【００１９】
（４）  （１）〜（３）において、前記第１の温度検知部は、複数設置されており、前記制御部は、複数の前記第１の温度検知部が検知した温度の中で最も高い温度に基づいて、前記駆動部の駆動制御を行うことを特徴とする立軸出口管通風形同期発電機。
【００２０】
（４）によれば、スラスト軸受の温度をより確実に低下させることが可能になる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、スラスト軸受の温度が高くなって保証温度に近づくことを防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態における立軸出口管通風形同期発電機１の内部構成を示す正面図である。
【図２】上側吸込口５ａ付近の概略構成を示す平面図である。
【図３】１つの上側吸込口５ａ付近の概略構成を示す平面図である。
【図４】駆動部５０の概略構成を示す説明図である。
【図５】ブラインド部材２２の開度θを小さくした状態の上側吸込口５ａ付近の概略構成を示す平面図である。
【図６】図５における１つの上側吸込口５ａ付近の概略構成を示す平面図である。
【図７】駆動部５０を駆動制御する制御部７０の構成を示すブロック図である。
【図８】立軸出口管通風形同期発電機１を備える水力発電設備１００の外観を示す正面図である。
【図９】筐体５内の通風経路を示す説明図である。
【図１０】ブラインド部材２２の駆動制御処理を示すフローチャートである。
【図１１】ブラインド部材２２の開度θを小さくした状態において筐体５内を流通する空気量を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態における立軸出口管通風形同期発電機１の内部構成を示す正面図である。立軸出口管通風形同期発電機１は、筐体５と、回転子１０と、回転子軸１２と、固定子コイル部１４と、上側軸受部１６と、下側軸受部１８と、羽根部材に相当するフィン２０と、ブラインド部材２２とを備えている。ここで、上側軸受部１６及び下側軸受部１８が一対の軸受部に相当する。
【００２４】
筐体５は、回転子１０、回転子軸１２、固定子コイル部１４、上側軸受部１６、下側軸受部１８、フィン２０及びブラインド部材２２等を収納する。
回転子１０は、電磁石となるコイルを備え、中央部に円柱状の孔部を有する回転体である。
【００２５】
回転子軸１２は、回転子１０の孔部に挿入されて回転子１０を固定する円柱形の棒状部材である。回転子軸１２は、筐体５内に、軸方向が上下方向を向くように立てた状態で配設される。また、回転子軸１２の下端には、水流によって回転する水車４０が固定されている。
【００２６】
固定子コイル部１４は、外側にコイルが巻線され、中央部に回転子１０が挿入可能な大きさの孔部を備えたリング状の部材である。固定子コイル部１４は筐体５内に固定され、固定子コイル部１４の中央の孔部内に回転子１０が配置される。このとき、回転子１０の外周面と固定子コイル部１４の内周面との間にはギャップが形成される。
【００２７】
上側軸受部１６及び下側軸受部１８は、回転子軸１２を回転自在に軸支する。上側軸受部１６は回転子１０の上方に配置され、下側軸受部１８は回転子１０の下方に配置される。
上側軸受部１６は、ラジアル軸受１６ａと、ガイドランナー１６ｃと、上部オイルダム１６ｄとを備えている。ラジアル軸受１６ａは、回転子軸１２に対して垂直方向の加重を受ける軸受である。
【００２８】
ガイドランナー１６ｃは、一端部が有底で他端部が開放された円筒状の部材であり、開口部が下方を向くように回転子軸１２に固定される。上部オイルダム１６ｄは、ガイドランナー１６ｃの下方に設けられ、ラジアル軸受１６ａの潤滑油を貯蔵する容器体である。
そして、ラジアル軸受１６ａは、ガイドランナー１６ｃの外周側面に設けられ、このガイドランナー１６ｃを介して回転子軸１２を支持する。更に、ラジアル軸受１６ａは、上部オイルダム１６ｄ内に配置され、ラジアル軸受１６ａに潤滑油が供給される。
【００２９】
下側軸受部１８は、ラジアル軸受１８ａと、スラスト軸受１８ｂと、シャフトカラー１８ｃと、下部オイルダム１８ｄとを備えている。ラジアル軸受１８ａは、回転子軸１２に対して垂直方向の加重を受ける軸受である。スラスト軸受１８ｂは、回転子軸１２の軸方向の加重を受ける軸受である。
【００３０】
シャフトカラー１８ｃは、円筒状部材からなり、一端部が回転子１０の下面の中央部に固定され、他端部が下方に向けられている。下部オイルダム１８ｄは、シャフトカラー１８ｃの下方に設けられ、ラジアル軸受１８ａ及びスラスト軸受１８ｂの潤滑油を貯蔵する容器体である。
【００３１】
ラジアル軸受１８ａは、シャフトカラー１８ｃの外周側面に設けられ、このシャフトカラー１８ｃを介して回転子軸１２を支持する。また、スラスト軸受１８ｂは、シャフトカラー１８ｃの他端部の底面に設けられ、このシャフトカラー１８ｃを介して回転子軸１２を軸方向に支持する。更に、ラジアル軸受１８ａ及びスラスト軸受１８ｂは、下部オイルダム１８ｄ内に配置され、ラジアル軸受１８ａ及びスラスト軸受１８ｂに潤滑油が供給される。
【００３２】
なお、下部オイルダム１８ｄは、オイルクーラー３０に連結されている。オイルクーラー３０は、下部オイルダム１８ｄ内の潤滑油を冷却するものであり、下部オイルダム１８ｄ内の潤滑油はオイルクーラー３０と下部オイルダム１８ｄとの間で循環する。これにより、ラジアル軸受１８ａ及びスラスト軸受１８ｂの熱によって温められた潤滑油がオイルクーラー３０によって冷却されて下部オイルダム１８ｄに戻される。すなわち、ラジアル軸受１８ａ及びスラスト軸受１８ｂは潤滑油によって冷却される。
【００３３】
また、筐体５において、回転子１０の上部に対向する所定部位に上側吸込口５ａが形成されており、回転子１０よりも下方の所定部位に下側吸込口５ｂが形成されている。また、筐体５において、固定子コイル部１４の外周に対向する所定部位に排出口５ｃが形成されている。ここで、上側吸込口５ａ及び下側吸込口５ｂが一対の吸込口に相当する。
【００３４】
フィン２０は、回転子１０の上部と上側吸込口５ａとの間、及び回転子１０の下部と下側吸込口５ｂとの間に設けられた羽根部材である。本実施形態によれば、回転子１０にフィン２０が固定されている。
【００３５】
ブラインド部材２２は、回動によって上側吸込口５ａを開閉するものであり、上側吸込口５ａを開閉することにより、上側吸込口５ａへの外気の流入量が調整される。
【００３６】
図２は上側吸込口５ａ付近の概略構成を示す平面図、図３は、１つの上側吸込口５ａ付近の概略構成を示す平面図である。
【００３７】
上側吸込口５ａは扇型形状の開口であり、図２に示すように、筐体５の上部には、６つの上側吸込口５ａがリング状に並べて形成されている。また、筐体５の上部における隣り合う上側吸込口５ａの間に、シャフト部５ｄが形成されている。本実施形態によれば、６つの上側吸込口５ａに対応して、６本のシャフト部５ｄが形成されている。ここで、６つの上側吸込口５ａによって形成されるリングの中心は、回転子軸１２の軸線上に位置しており、この中心から、６本のシャフト部５ｄが等角かつ放射状に延びている。
【００３８】
ブラインド部材２２は、図３に示すように、長手方向に延びる長尺の略矩形の板状部材からなり、長手方向の両端面に長手方向に立設する突起２２ａが形成されている。そして、ブラインド部材２２を上側吸込口５ａの内側に配置し、突起２２ａ、２２ａを隣り合うシャフト部５ｄ、５ｄに軸支させることにより、ブラインド部材２２が筐体５に回動自在に設置される。
【００３９】
ここで、本実施形態によれば、１つの上側吸込口５ａに対して３枚のブラインド部材２２が取り付けられ、これら３枚のブラインド部材２２は、長手方向が互いに平行になるように設置される。また、３枚のブラインド部材２２において、上側吸込口５ａの内周側から外周側に向かってブラインド部材２２が長くなっている。
【００４０】
また、筐体５の内部には、ブラインド部材２２を回動させる駆動部５０が設けられている。
図４は駆動部５０の概略構成を示す説明図である。駆動部５０は、モータ５０ａと、ラック５０ｂと、ピニオン５０ｃとを備えている。
【００４１】
モータ５０ａは、電源を供給することによって回転駆動する。ラック５０ｂは、モータ５０ａの回転をスライド移動に変換する。ピニオン５０ｃは、ブラインド部材２２における片方の突起２２ａに同軸に固定されている。また、ラック５０ｂは、１つの上側吸込口５ａに対応する３枚のブラインド部材２２のピニオン５０ｃに歯合し、かつスライド移動可能に筐体５に設置されている。
【００４２】
そして、モータ５０ａに電源を供給して回転駆動させることにより、ラック５０ｂがスライド移動する。更に、ラック５０ｂのスライド量に応じて３つのピニオン５０ｃがそれぞれ回転することにより、３枚のブラインド部材２２の開度θが変化する。例えば、図４（ａ）に示す状態から、モータ５０ａが回転駆動して、図中矢印方向にラック５０ｂがスライド移動することによって、図４（ｂ）に示すように、３枚のブラインド部材２２の開度θが小さくなる。
【００４３】
図５は、ブラインド部材２２の開度θを小さくした状態の上側吸込口５ａ付近の概略構成を示す平面図、図６は、図５における１つの上側吸込口５ａ付近の概略構成を示す平面図である。
【００４４】
ブラインド部材２２の開度が、図４（ａ）に示すように大きい場合には、図２、図３に示すように、上側吸込口５ａの開放量が大きいため、上側吸込口５ａからの外気の流入量が多くなる。ブラインド部材２２の開度が、図４（ｂ）に示すように小さい場合には、図５、図６に示すように、上側吸込口５ａの開放量が小さいため、上側吸込口５ａからの外気の流入量が少なくなる。これにより、上側吸込口５ａからの外気の流入量が少なくなった分を補うために、下側吸込口５ｂからの外気の流入量が増加する。
【００４５】
図７は、駆動部５０を駆動制御する制御部７０の構成を示すブロック図である。制御部７０は、ＣＰＵ７２と、記憶部に相当するＲＯＭ７４と、モータドライバ７６を備えており、例えば、水力発電所設備の管理室に設けられている。
【００４６】
ＣＰＵ７２は、駆動部５０の制御を行う。ＲＯＭ７４は、ＣＰＵ７２が駆動部５０の駆動制御を実行するためのプログラムや、各種のデータを記憶している。ＲＯＭ７４が記憶しているプログラムには、ＣＰＵ７２にブラインド部材２２の開度θを調整する機能を実行させるためのプログラムが含まれている。また、ＲＯＭ７４が記憶しているデータには、スラスト軸受１８ｂの温度とブラインド部材２２の開度θとを予め関連付けてなる開度テーブルが含まれている。
【００４７】
この開度テーブルによれば、スラスト軸受１８ｂの温度が第１の閾値未満の場合には、開度の最大値が対応している。この場合、上側吸込口５ａからの外気の流入量と下側吸込口５ｂからの外気の流入量とが、５０％ずつになる。また、スラスト軸受１８ｂの温度が、第１の閾値の場合には、上側吸込口５ａからの外気の流入量が３０％で下側吸込口５ｂからの外気の流入量が７０％となる開度が対応している。また、スラスト軸受１８ｂの温度が第１の閾値より高い場合には、スラスト軸受１８ｂの温度に対応する開度が、第１の閾値から所定温度ずつ高くなるごとに小さくなるように設定されている。なお、第１の閾値は、スラスト軸受１８ｂの保証温度の値よりも低い値に設定されている。
【００４８】
モータドライバ７６は、ＣＰＵ７２からの駆動信号に基づいてモータ５０ａを回転させる。
【００４９】
また、ＣＰＵ７２には、上側温度センサ８０と、下側温度センサ８２と、モータ５０ａとが接続されている。上側温度センサ８０は、ラジアル軸受１６ａの温度を検知し、検知信号をＣＰＵ７２に送信する。下側温度センサ８２は、スラスト軸受１８ｂの温度を検知し、検知信号をＣＰＵ７２に送信する。本実施形態によれば、下側温度センサ８２は複数設けられている。
【００５０】
そして、ＣＰＵ７２は、上側温度センサ８０及び下側温度センサ８２が検知した温度、更にＲＯＭ７４に記憶されている開度テーブルに基づいて、ブラインド部材２２の開度を決定する。更に、ＣＰＵ７２は、現状の開度から決定した開度にするための、モータ５０ａの回転量及び回転方向を求め、このデータを、ブラインド部材２２を駆動することを指示する駆動信号としてモータドライバ７６に送信する。モータドライバ７６は、ＣＰＵ７２から送信された駆動信号に基づいてモータ５０ａを駆動させる。これにより、ブラインド部材２２の開度が切り替わる。
【００５１】
図８は、立軸出口管通風形同期発電機１を備える水力発電設備１００の外観を示す正面図である。水力発電設備１００は、立軸出口管通風形同期発電機１と、ケーシング１０２とを備えている。
【００５２】
図８に示すように、立軸出口管通風形同期発電機１は、回転子軸１２の軸方向が上下方向を向くように設置されており、水車４０（図１参照）は、立軸出口管通風形同期発電機１の下方に配置されているケーシング１０２に収納されている。
【００５３】
このケーシング１０２は、ダムからの水流を水車４０に導く導水管（図示せず）に連結されており、ダムの水がケーシング１０２に供給されることによって水車４０に水圧がかかり、水車４０が回転する。ケーシング１０２を通った水は排水管１０６を通って水力発電設備１００の外部に排出される。
【００５４】
水車４０が回転するとその回転が回転子軸１２によって回転子１０に伝達されて、回転子１０が回転する。回転子１０が回転すると固定子コイル部１４に起電力が発生する。これにより、立軸出口管通風形同期発電機１が発電を行う。また、回転子１０が回転することによってフィン２０が回転し、筐体５内に空気流が発生する。
【００５５】
図９は、筐体５内の通風経路を示す説明図である。回転子１０が回転すると、回転子１０の上部のフィン２０によって上側吸込口５ａからそれぞれ外気が吸い込まれ、上側軸受部１６及び固定子コイル部１４を通風して排出口５ｃから排出される上部空気流が筐体５の内部に形成される。同様に、回転子１０の下部のフィン２０によって下側吸込口５ｂからそれぞれ外気が吸い込まれ、オイルクーラー３０及び下側軸受部１８ならびに固定子コイル部１４を通風して排出口５ｃから排出される下部空気流が筐体５の内部に形成される。なお、排出口５ｃには図示しないダクトが接続されており、筐体５の内部を通過した空気は、このダクトによって大気放出される。
【００５６】
そして、上部空気流によって、上側軸受部１６及び固定子コイル部１４が空冷される。特に、上側軸受部１６においては、上部オイルダム１６ｄ（図１参照）の潤滑油が空冷されることによって、ラジアル軸受１６ａが冷却される。また、下部空気流によって、オイルクーラー３０及び下側軸受部１８ならびに固定子コイル部１４が空冷される。特に、下側軸受部１８においては、オイルクーラー３０により潤滑油が空冷されることによって、下部オイルダム１８ｄ（図１参照）の潤滑油が空冷されることと併せて、ラジアル軸受１８ａ及びスラスト軸受１８ｂが冷却される。
【００５７】
図１０は、ブラインド部材２２の駆動制御処理を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１において、ＣＰＵ７２は、初期設定を行う。具体的には、ブラインド部材２２の開度を初期値に決定し、現状の開度を初期値に戻すためのモータ５０ａの回転量及び回転方向を求め、このデータを駆動信号としてモータドライバ７６に送信する。モータドライバ７６は、ＣＰＵ７２から送信された駆動信号に基づいてモータ５０ａを駆動させる。これにより、ブラインド部材２２の開度が初期設定される。本実施形態によれば、初期状態のブラインド部材２２の開度は最大となる。
【００５８】
次に、ステップＳ２において、ＣＰＵ７２は、上側温度センサ８０及び下側温度センサ８２からの検知信号を受信して、ラジアル軸受１８ａ及びスラスト軸受１８ｂの温度を求める。
【００５９】
次に、ステップＳ３において、ＣＰＵ７２は、複数の下側温度センサ８２が検知した温度の中から最大の温度を抽出し、その温度が第１の閾値以上であるか否かを判定する。ＣＰＵ７２が、第１の閾値以上であると判定した場合には、ステップＳ４に処理を移し、第１の閾値以上であると判定しない場合には、ブラインド部材２２の開度を最大に戻す（ステップＳ１）。なお、本実施形態においては、スラスト軸受１８ｂの保証温度が７５℃であるため、第１の閾値は、保証温度よりも低い温度、例えば７０℃に設定されている。
【００６０】
次に、ステップＳ４において、ＣＰＵ７２は、上側温度センサ８０の検知温度、すなわちラジアル軸受１６ａの温度が第２の閾値以上であるか否かを判定し、第２の閾値以上であると判定した場合には、ブラインド部材２２の開度を最大に戻す（ステップＳ１）。第２の閾値以上であると判定しない場合には、ステップＳ５に処理を移す。なお、本実施形態においては、ラジアル軸受１６ａの保証温度が７５℃であるため、第２の閾値は保証温度よりも低い温度、例えば、６５℃に設定されている。
【００６１】
次に、ステップＳ５において、ＣＰＵ７２は、ＲＯＭ７４に記憶されている開度テーブルを参照してスラスト軸受１８ｂの温度に対応する開度を読み出し、この開度をブラインド部材２２の開度として決定する。
【００６２】
次に、ステップＳ６において、ＣＰＵ７２は、ブラインド部材２２がステップＳ５で決定した開度になるように指示する駆動信号をモータドライバ７６に送信する。モータドライバ７６は、ＣＰＵ７２から送信された駆動信号に基づいてモータ５０ａを駆動させる。これにより、ブラインド部材２２の開度が調整される。この処理が終了した場合には、ステップＳ１に処理を移す。
【００６３】
すなわち、ブラインド部材２２の開度は、下側温度センサ８２の検知温度が第１の閾値未満であれば、初期設定の開度となる。この場合、図９に示すように、上側吸込口５ａからの外気の流入量と下側吸込口５ｂからの外気の流入量とが５０％ずつになる。
【００６４】
また、スラスト軸受１８ｂの温度が上昇して下側温度センサ８２の検知温度が第１の閾値となった場合には、第１の閾値に対応するブラインド部材２２の開度となるように駆動部５０が駆動され、ブラインド部材２２の開度が短時間で小さくなることで、例えば、図１１に示すように、上側吸込口５ａからの外気の流入量が３０％で下側吸込口５ｂからの外気の流入量とが７０％になるように切り替えられる。これにより、下側軸受部１８の冷却効率が向上し、スラスト軸受１８ｂの温度上昇を抑制することが可能になる。
【００６５】
また、下側温度センサ８２の検知温度が第１の閾値以上となった後において、更に下側温度センサ８２の検知温度が上昇する場合には、ブラインド部材２２の開度が開度テーブルに記憶されている開度となるように駆動部５０が駆動され、ブラインド部材２２の開度は徐々に小さくなる。これにより、下側吸込口５ｂからの外気の流入量が更に増加し、下側軸受部１８の冷却効率が向上する。
【００６６】
ここで、ブラインド部材２２の開度が小さくなると、上側吸込口５ａからの外気の流入量が減少するため、上側軸受部１６の冷却効率が低下して、ラジアル軸受１６ａの温度が上昇するおそれがある。そこで、本実施形態によれば、上側軸受部１６の温度、すなわち上側温度センサ８０の検知温度が第２の閾値以上であれば、ブラインド部材２２の開度を初期設定に戻す。これにより、上側吸込口５ａからの外気の流入量が５０％に短時間で戻るため、上側軸受部１６の冷却効率が向上し、ラジアル軸受１６ａの温度上昇を抑制することが可能になる。なお、ブラインド部材２２の開度を大きくしたことによって他方の軸受部の冷却効率が向上し、上側温度センサ８０が検知した温度が第２の閾値より低くなった時に、下側温度センサ８２が検知した温度が第１の閾値より高い場合には、ブラインド部材２２の開度が小さくなる。
【００６７】
以上、説明したように構成される本実施形態によれば、回転子軸１２の回転とともにフィン２０が回転することによって、回転子１０の上側に位置する上側吸込口５ａから上側軸受部１６及び固定子コイル部１４と通って排出される空気流と、回転子１０の下側に位置する下側吸込口５ｂから下側軸受部１８及び固定子コイル部１４と通って排出される空気流とが形成され、一対の軸受部及び固定子コイル部１４が空冷される。
【００６８】
また、上側軸受部１６の温度上昇と下側軸受部１８の温度上昇とを比較すると、スラスト軸受１８ｂを有している下側軸受部１８の方が温度上昇しやすい傾向にある。そこで、スラスト軸受１８ｂの温度が第１の閾値よりも高くなった場合に、ブラインド部材２２を駆動させて、スラスト軸受１８ｂを有していない上側軸受部１６に対応するブラインド部材２２の開度を小さくして、上側吸込口５ａからの空気の流入量を少なくする。これにより、スラスト軸受１８ｂを有している下側軸受部１８に対応する下側吸込口５ｂからの空気の流入量が多くなり、下側軸受部１８の冷却効率が向上することによってスラスト軸受１８ｂの温度を低下させることが可能になる。
【００６９】
しかも、上側軸受部１６と下側軸受部１８との温度差を小さくすることが可能になるため、上側軸受部１６及び下側軸受部１８の寿命の均一化が図れ、交換タイミングを一致させることができる。これにより、軸受部の交換にかかる工事回数を少なくすることが可能になるため、立軸出口管通風形同期発電機１を停止させる期間を短縮することが可能となり、結果として、発電量が維持される。
【００７０】
また本実施形態によれば、ブラインド部材２２の開度が小さくなっている場合には、スラスト軸受１８ｂを有していない上側軸受部１６を通る空気量が少なくなるため、上側軸受部１６の冷却効率が低下して温度が上昇しやすくなる。そこで、制御部が、第１の温度検知部が第１の閾値を越えた状態において第２の温度検知部が第２の閾値を越えたか否かを判定する。そして、第２の温度検知部が検知した温度が第２の閾値より高いと判定した場合に、上側軸受部１６のブラインド部材２２の開度が大きくなるようにブラインド部材２２を駆動する。すなわち、第１の温度検知部が検知した温度が第１の閾値より高く、ブラインド部材２２の開度が小さくなっている状態から、通常の状態に戻す。これにより、スラスト軸受１８ｂを有していない上側軸受部１６の温度上昇を抑制することが可能になる。なお、ブラインド部材２２の開度を大きくしたことによって他方の軸受部の冷却効率が向上し、上側温度センサ８０が検知した温度が第２の閾値より低くなった時に、下側温度センサ８２が検知した温度が第１の閾値より高い場合には、ブラインド部材２２の開度が小さくなる。これにより、スラスト軸受１８ｂを有する下側軸受部１８の温度上昇を抑制することが可能になり、上側軸受部１６及び下側軸受部１８をバランスよく冷却することが可能になる。
【００７１】
また本実施形態によれば、複数の下側温度センサ８２が検知した温度の中から最高値の温度を抽出し、この温度に対応する開度をＲＯＭ７４から読み出し、ＲＯＭ７４から読み出した開度になるようにブラインド部材２２を駆動して、ブラインド部材２２の開度を切り替える。これにより、例えば、下側温度センサ８２が検知した温度が第１の閾値を越えてブラインド部材２２の開度を小さく切り替えた後も、下側温度センサ８２の検知温度が上昇している場合に、制御部７０は、ＲＯＭ７４から下側温度センサ８２が検知した温度に対応する開度を読み出し、下側軸受部１８の冷却効率が更に高くなるようにブラインド部材２２の開度を切り替える。これにより、下側軸受部１８を確実に冷却することが可能になり、スラスト軸受１８ｂの温度を低下させることが可能になる。
【００７２】
また本実施形態によれば、下側温度センサ８２は複数設置されており、制御部７０は、下側温度センサ８２が検知した温度の中で最も高い温度に基づいて、駆動部５０の駆動制御を行う。これにより、スラスト軸受１８ｂの温度をより確実に低下させることが可能になる。
【００７３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の実施形態は、上述した実施形態に限るものではない。例えば、上述した実施形態においては、回転子１０の下方にスラスト軸受１８ｂを設置しているが、回転子１０の上方にスラスト軸受１８ｂを設置しているものでも適用可能である。また、ブラインド部材２２を駆動させる機構については、上述したようなラックアンドピニオンによるもの以外でも、例えば、ギヤ付ベルトを用いて回転をモータの回転を伝達する機構や、クランク機構を適用することも可能である。また、ブラインド部材２２は、上述した実施形態のように長手方向に延びる突起２２ａを軸として回転するものに限るものではなく、上側吸込口５ａを覆う面積を調整できる機構であれば、適用可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１  立軸出口管通風形同期発電機
５  筐体
５ａ  上側吸込口
５ｂ  下側吸込口
５ｃ  排出口
５ｄ  シャフト部
１０  回転子
１２  回転子軸
１４  固定子コイル部
１６  上側軸受部
１６ａ  ラジアル軸受
１６ｃ  ガイドランナー
１６ｄ  上部オイルダム
１８  下側軸受部
１８ａ  ラジアル軸受
１８ｂ  スラスト軸受
１８ｃ  シャフトカラー
１８ｄ  下部オイルダム
２０  フィン
２２  ブラインド部材
２２ａ  突起
３０  オイルクーラー
４０  水車
５０  駆動部
５０ａ  モータ
５０ｂ  ラック
５０ｃ  ピニオン
７０  制御部
７２  ＣＰＵ
７４  ＲＯＭ
７６  モータドライバ
８０  上側温度センサ
８２  下側温度センサ
１００  水力発電設備
１０２  ケーシング
１０６  排水管
【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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