(57)【要約】【課題】立形回転電機の上部軸受構造の冷却能力を、簡素化された構成で向上させる。【解決手段】上部軸受構造体１００は、スラスト軸受１３０と、ジャーナル軸受１４０と、スラスト軸受１３０および潤滑油を収納する上部油槽１０５と、ロータシャフト１１に取り付けられてスラスト軸受１３０に軸方向の荷重を伝達するランナ１１０と、潤滑油１０８を駆動する潤滑油ポンプ２００とを備える。上部油槽１０５は、油槽径方向内側筒１０５ｂと、油槽径方向外側筒１０５ａと、油槽底板１０５ｃとを有する。ランナ１１０は、ランナ上部円板部１１１と、ランナ円筒部１１２とを有する。潤滑油ポンプ２００は、ランナ円筒部１１２の径方向外側に取り付けられて潤滑油駆動要素を具備する潤滑油ポンプ回転部２１０と、潤滑油ポンプ回転部２１０の径方向外側に配された潤滑油ポンプ静止部２２０とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸が鉛直方向に延びるロータシャフトを有する立形回転電機の回転子を回転可能に支持し、軸方向の荷重を支持するスラスト軸受と、
前記軸方向に垂直な方向の荷重を支持するジャーナル軸受と、
前記スラスト軸受および前記ジャーナル軸受の潤滑および冷却のための潤滑油を収納する環状の静止固定された上部油槽と、
前記ロータシャフトに取り付けられて前記スラスト軸受に前記軸方向の荷重を伝達するランナと、
前記潤滑油を駆動する潤滑油ポンプと、
を備える上部軸受構造体であって、
前記上部油槽は、
前記ロータシャフトと径方向の間隙をおいて配され上方に延びた円筒状の油槽径方向内側筒と、
前記油槽径方向内側筒の径方向外側に配されて、上方に延びた筒状の油槽径方向外側筒と、
前記油槽径方向内側筒の下端と前記油槽径方向外側筒の下端とを接続する平板状の油槽底板と、
を有し、
前記ランナは、
前記ロータシャフトに取り付けられて径方向外側に拡がるランナ上部円板部と、
前記ランナ上部円板部の下面に接続し、下方に延びるランナ円筒部と、
を有し、
前記潤滑油ポンプは、
前記ランナ円筒部の径方向外側に取り付けられて潤滑油駆動要素を具備する潤滑油ポンプ回転部と、
前記潤滑油ポンプ回転部の径方向外側に配されて、前記ロータシャフトが回転中に、前記潤滑油ポンプ回転部とともに前記潤滑油を駆動する潤滑油ポンプ静止部と、
を有する、
ことを特徴とする上部軸受構造体。
【請求項２】
前記潤滑油ポンプ回転部は、
前記ランナ円筒部に取り付けられて径方向外側に拡がる環状円板形状の上部環状板と、
前記上部環状板によりそれぞれの上端を支持されて、前記潤滑油駆動要素として設けられ前記ランナ円筒部の径方向外側に周方向に互いに間隔をおいて配された複数の羽根と、
前記上部環状板と同様の外径を有し前記上部環状板より径の大きな開口を有し、前記複数の羽根の下端と結合する下部環状板と、
を具備し、
前記潤滑油ポンプ静止部は、
前記潤滑油ポンプ回転部の径方向外側に連通する静止部内部空間を形成する静止部容器と、
前記静止部内部空間と前記油槽径方向外側筒の外側とを連通させる吐出管と、
を具備する、
ことを特徴とする請求項１に記載の上部軸受構造体。
【請求項３】
前記潤滑油ポンプの前記潤滑油ポンプ回転部は、前記潤滑油駆動要素として形成され前記軸方向にらせん状に形成されたスパイラル流路を径方向外側に有する回転部円筒部材を具備し、
前記潤滑油ポンプの前記潤滑油ポンプ静止部は、
前記回転部円筒部材の径方向外側に前記回転部円筒部材に対向して配された静止部円筒部材を有し、前記潤滑油ポンプ回転部を囲むように配された静止部容器と、
前記静止部容器内と前記油槽径方向外側筒の外側とを連通させる吐出管と、
を具備することを特徴とする請求項１に記載の上部軸受構造体。
【請求項４】
前記静止部容器は、前記静止部円筒部材と前記吐出管との間に設けられた出口空間室をさらに具備することを特徴とする請求項３に記載の上部軸受構造体。
【請求項５】
前記油槽径方向外側筒には、前記油槽径方向外側筒の内側の空間を外部に連通するための戻り管が取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の上部軸受構造体。
【請求項６】
前記ランナ円筒部には径方向に貫通する連通孔が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の上部軸受構造体。
【請求項７】
前記ジャーナル軸受には径方向に貫通する連通孔が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の上部軸受構造体。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の上部軸受構造体と、
前記回転子と、
前記回転子の回転子鉄心の径方向外側に配されて静止固定された円筒状の固定子鉄心と前記固定子鉄心の内周面に形成され鉛直方向に貫通し周方向に互いに間隔をおいて設けられた複数の固定子スロットを貫通する固定子巻線とを有する固定子と、
前記ロータシャフトの下部の径方向荷重を支持する下部軸受部と、
を備えることを特徴とする立形回転電機。
【請求項９】
請求項８に記載の立形回転電機と、
前記潤滑油を冷却する冷却器と、
前記立形回転電機から前記冷却器までの前記潤滑油の通路となる冷却器入口配管と、
前記冷却器から前記立形回転電機までの前記潤滑油の通路となる冷却器出口配管と、
を備えることを特徴とする立形回転電機システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上部軸受構造体、立形回転電機、および立形回転電機システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転軸を鉛直方向とする立形回転電機において、回転子等の回転部分は、上部軸受部と下部軸受部によって回転可能に支持されている。通常、上部軸受部は、潤滑油ポンプ回転部分の自重を支持するスラスト軸受と、径方向の荷重を支持するすべり軸受けであるジャーナル軸受を有する。また、下部軸受部は、ジャーナル軸受を有する。
【０００３】
上部軸受部において、特にスラスト軸受の摺動部は発熱量が大きいことから、通常、上部軸受は油槽内で潤滑油中に浸漬されている（特許文献１）。油槽内では、ロータシャフトに取り付けられたランナが回転する。運転中は、ランナが回転することによって、潤滑油が油槽中を循環する。スラスト軸受等で発生した熱は、潤滑油に移行し、油槽の表面において、外気との熱交換により熱が放散される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３６６３６５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上部軸受部での発熱が大きくなると、油槽の外側表面からの放熱のみでは、容量的に限界が出てくる。このため、たとえば、油槽中に熱交換用の伝熱管を内蔵して、外部の冷却器との間で、冷却水などの冷却媒体を循環させる方法、油槽中から外気への熱移動のためのヒートパイプを設ける方法、油槽の外側面を強制冷却の熱交換器の伝熱面にする方法などが考えられる。
【０００６】
しかしながら、このように、立形回転電機の一部として、あるいは立形回転電機と一体に熱交換のための装置を設ける場合、構造が複雑化し、また、これらの追加装置の自重分、スラスト軸受への荷重を増大させ発熱量も増加するなど、問題が多い。また、冷却媒体に水を用いようとすると、国によっては、水の使用に制限が設けられている、あるいは、水質上の問題があるなど、実現が難しい場合がある。
【０００７】
したがって、システムを複雑化するようなことなく、潤滑油の冷却能力を向上する方法を提供することが望まれている。
【０００８】
そこで、本発明は、立形回転電機の上部軸受構造の冷却能力を、簡素化された構成によって向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するため、本発明に係る上部軸受構造体は、軸が鉛直方向に延びるロータシャフトを有する立形回転電機の回転子を回転可能に支持し、軸方向の荷重を支持するスラスト軸受と、前記軸方向に垂直な方向の荷重を支持するジャーナル軸受と、前記スラスト軸受および前記ジャーナル軸受の潤滑および冷却のための潤滑油を収納する環状の静止固定された上部油槽と、前記ロータシャフトに取り付けられて前記スラスト軸受に前記軸方向の荷重を伝達するランナと、前記潤滑油を駆動する潤滑油ポンプと、を備える上部軸受構造体であって、前記上部油槽は、前記ロータシャフトと径方向の間隙をおいて配され上方に延びた円筒状の油槽径方向内側筒と、前記油槽径方向内側筒の径方向外側に配されて、上方に延びた筒状の油槽径方向外側筒と、前記油槽径方向内側筒の下端と前記油槽径方向外側筒の下端とを接続する平板状の油槽底板と、を有し、前記ランナは、前記ロータシャフトに取り付けられて径方向外側に拡がるランナ上部円板部と、前記ランナ上部円板部の下面に接続し、下方に延びるランナ円筒部と、を有し、前記潤滑油ポンプは、前記ランナ円筒部の径方向外側に取り付けられて潤滑油駆動要素を具備する潤滑油ポンプ回転部と、前記潤滑油ポンプ回転部の径方向外側に配されて、前記ロータシャフトが回転中に、前記潤滑油ポンプ回転部とともに前記潤滑油を駆動する潤滑油ポンプ静止部と、を有する、ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る立形回転電機は、本発明の上記の上部軸受構造体と、前記回転子と、前記回転子の回転子鉄心の径方向外側に配されて静止固定された円筒状の固定子鉄心と前記固定子鉄心の内周面に形成され鉛直方向に貫通し周方向に互いに間隔をおいて設けられた複数の固定子スロットを貫通する固定子巻線とを有する固定子と、前記ロータシャフトの下部の径方向荷重を支持する下部軸受部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る立形回転電機システムは、本発明の上記の立形回転電機と、前記潤滑油を冷却する冷却器と、前記立形回転電機から前記冷却器までの前記潤滑油の通路となる冷却器入口配管と、前記冷却器から前記立形回転電機までの前記潤滑油の通路となる冷却器出口配管と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、立形回転電機の上部軸受構造の冷却能力を、簡素化された構成によって向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係る立形回転電機システムの構成を示す立断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る上部軸受構造体の構成を示す立断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る上部軸受構造体の構成を示す図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る上部軸受構造体における潤滑油ポンプの潤滑油ポンプ回転部の構成を示す斜視図である。
【図５】第１の実施形態に係る上部軸受構造体の構成を示す図２のＶ−Ｖ線矢視断面図である。
【図６】第１の実施形態に係る上部軸受構造体における潤滑油ポンプの潤滑油ポンプ静止部の構成を示す斜視図である。
【図７】第２の実施形態に係る上部軸受構造体の構成を示す立断面図である。
【図８】第２の実施形態に係る上部軸受構造体における潤滑油ポンプの詳細を示す立断面図である。
【図９】第２の実施形態に係る上部軸受構造体における潤滑油ポンプの第１の変形例を示す部分立断面図である。
【図１０】第２の実施形態に係る上部軸受構造体における潤滑油ポンプの第２の変形例を示す部分立断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る上部軸受構造体、立形回転電機、および立形回転電機システムについて説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１５】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る立形回転電機システムの構成を示す立断面図である。
【００１６】
立形回転電機システム６００は、上部軸受構造体１００を有する立形回転電機５００と、冷却器４１０と、立形回転電機５００から冷却器４１０までの冷却のための潤滑油１０８（図２）の通路となる冷却器入口配管４２０と、冷却器４１０から立形回転電機５００までの冷却された潤滑油１０８の通路となる冷却器出口配管４３０とを備える。
【００１７】
ここで、冷却器４１０は、潤滑油１０８を冷却媒体で冷却するもので、たとえば、潤滑油１０８と外気の間で熱交換するラジエータや、潤滑油１０８と水との熱交換器と水の冷却のためのたとえば冷却塔とを組み合わせたものなど、通常の冷却装置を用いることができる。
【００１８】
冷却器入口配管４２０の冷却器４１０との接続端と反対側の端部には、立形回転電機５００側との接続のための油槽出口フランジ４２１が設けられている。また、冷却器入口配管４２０には冷却器入口弁４２２が設けられている。
【００１９】
冷却器出口配管４３０の冷却器４１０との接続端と反対側の端部には、立形回転電機５００側との接続のための油槽入口フランジ４３１が設けられている。また、冷却器出口配管４３０には冷却器出口弁４３２が設けられている。
【００２０】
冷却器入口弁４２２および冷却器出口弁４３２は、冷却器４１０のメンテナンス等の際に閉止するためのものである。なお、図１には図示していないが、上部軸受構造体１００側にも、上部軸受構造体１００のメンテナンス時の隔離のために、同様の止め弁を設けてもよい。
【００２１】
立形回転電機５００は、回転子１０、固定子２０、フレーム５０、下部軸受部４０、および上部軸受構造体１００を有する。
【００２２】
回転子１０は、回転軸（以下、軸という）が鉛直方向に延びたロータシャフト１１と、ロータシャフト１１の径方向外側に取り付けられた回転子鉄心１２を有する。
【００２３】
固定子２０は、回転子鉄心１２の径方向外側に間隙を介して配されて静止固定された円筒状の固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１の内周面に形成され鉛直方向に貫通し周方向に互いに間隔をおいて設けられた複数の固定子スロット（図示せず）を貫通する固定子巻線２２とを有する。
【００２４】
フレーム５０は、回転子鉄心１２および固定子２０を収納する。フレーム５０は上下に延びたフレーム筒部５０ａと、フレーム筒部５０ａの下端に接続し中央にロータシャフト１１が貫通する開口が形成された平板上のフレーム底板５０ｂと、フレーム筒部５０ａの上端に接続し中央に開口が形成されたフレーム上板５０ｃとを有する。
【００２５】
下部軸受部４０は、上部軸受構造体１００とともに、回転子１０を回転可能に支持している。下部軸受部４０は、軸方向に垂直な方向、すなわち径方向の荷重を支持する。フレーム底板５０ｂとともに潤滑油１０８を貯留する下部油槽４１と、下部油槽４１中にあってロータシャフト１１の下部の径方向荷重を支持するジャーナル軸受４２とを有する。
【００２６】
図２は、第１の実施形態に係る上部軸受構造体の構成を示す立断面図である。
【００２７】
上部軸受構造体１００は、ランナ１１０、上部油槽１０５、スラスト軸受１３０、ジャーナル軸受１４０、および潤滑油ポンプ２００を有する。
【００２８】
ランナ１１０は、ロータシャフト１１に取り付けられて、ロータシャフト１１からの荷重をスラスト軸受１３０に伝達する機能と、上部油槽１０５内の潤滑油１０８を撹拌する機能を有する。ランナ１１０は、ロータシャフト１１に取り付けられて径方向外側に拡がる環状円板のランナ上部円板部１１１と、ランナ上部円板部１１１の外縁に接続し下方に延びた円筒状のランナ円筒部１１２とを有し、ランナ上部円板部１１１とランナ円筒部１１２は一体に形成されている。ランナ円筒部１１２は、軸方向に下部のランナ下部円筒部１１２ｂと上部のランナ上部円筒部１１２ａとを有する。ランナ下部円筒部１１２ｂの外径および内径は、ランナ上部円筒部１１２ａの外径および内径に比べて、それぞれ大きくなっている。
【００２９】
ランナ１１０のランナ上部円筒部１１２ａには、径方向に貫通し、ランナ円筒部１１２の径方向内側と外側の上部油槽１０５内とを連通する少なくとも一つの連通孔１１４が形成されている。連通孔１１４は、潤滑油ポンプ２００より上方に形成されている。なお、連通孔１１４は、潤滑油ポンプ２００の後述する潤滑油ポンプ回転部２１０に連通していてもよい。
【００３０】
上部油槽１０５は、上部油槽１０５の径方向外側を構成する油槽径方向外側筒１０５ａ、径方向内側を構成する油槽径方向内側筒１０５ｂ、底部を構成する油槽底板１０５ｃ、および上部カバー蓋１０５ｄを有する。
【００３１】
油槽底板１０５ｃは、中央にロータシャフト１１が貫通する開口が形成された平板であり、フレーム５０のフレーム上板５０ｃに形成された開口を塞ぐようにフレーム上板５０ｃ上に取り付けられている。
【００３２】
油槽径方向内側筒１０５ｂは、油槽底板１０５ｃの開口の縁部近傍に接続し、ロータシャフト１１の径方向外側で、かつ、ランナ円筒部１１２の径方向内側に挟まれた環状の空間内を、上方に、ランナ上部円板部１１１の下面近傍にまで延びている。
【００３３】
油槽径方向外側筒１０５ａは、下端が油槽底板１０５ｃと接続し、上方に筒状に延びている。側部には、戻り管１０５ｈの第１の端部が接続されており、戻り管１０５ｈの端部は上部油槽１０５内に開放している。戻り管１０５ｈの第２の端部には、冷却器出口配管４３０の油槽入口フランジ４３１と接続するフランジが設けられている。
【００３４】
図３は、第１の実施形態に係る上部軸受構造体の構成を示す図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。図２において、ランナ１１０のランナ円筒部１１２の下端と、スラスト軸受１３０との接触面で切断した断面図である。
【００３５】
スラスト軸受１３０は、複数の台板１３１、中央に開口を有する円板状のパッド支持部材１３２、および複数のスラストパッド１３３を有する。
【００３６】
複数の台板１３１は、それぞれ、径方向に延びたほぼ直方体形状である。複数の台板１３１は油槽底板１０５ｃ上に、周方向に互いに間隔をあけて、放射状に取り付けられている。それぞれの台板１３１の径方向内側面１３１ａと、油槽径方向内側筒１０５ｂの径方向外側面間には、間隙が形成されている。
【００３７】
パッド支持部材１３２は、ロータシャフト１１の軸芯に中心を有するように配された、中央に円形の開口を有する環状円板である。パッド支持部材１３２は、複数の台板１３１の全体の上に搭載されている。
【００３８】
パッド支持部材１３２に形成された開口の内側面１３２ａと、油槽径方向内側筒１０５ｂの外表面との間にはギャップ１３２ｂが形成され、軸方向の環状流路を形成する。
【００３９】
なお、台板１３１およびパッド支持部材１３２は、このような形状には限定されない。たとえば、台板１３１およびパッド支持部材１３２を合わせて１つの環状の支持台とし、径方向中心に向かう貫通孔を円周方向に配列したものでもよい。
【００４０】
以上のような台板１３１およびパッド支持部材１３２の構成により、互いに隣接する台板１３１間には、パッド支持部材１３２と油槽底板１０５ｃとに上下を挟まれて、径方向外側から径方向内側に向かう流路１３１ｆが、それぞれ形成される。この流路は、パッド支持部材１３２と油槽径方向内側筒１０５ｂ間に形成され上方への環状流路となるギャップ１３２ｂに連通している。また、さらには、ランナ円筒部１１２に形成された連通孔１１４にも連通し、上部油槽１０５内での循環流路を形成する。
【００４１】
複数のスラストパッド１３３は、パッド支持部材１３２上に、放射状に互いに周方向に間隔をあけて搭載されている。それぞれのスラストパッド１３３は、上面は平面であり、径方向および周方向のいずれにも移動しないように拘束されている。それぞれのスラストパッド１３３の下面のほぼ中央には径方向に延びた突起１３３ａが形成されている。また、スラストパッド１３３の突起１３３ａに対応するパッド支持部材１３２上の位置には、突起１３３ａに対応する溝（図示しない）が形成されている。この結果、それぞれのスラストパッド１３３は、突起１３３ａを支点に、周方向に傾くことができる。
【００４２】
複数のスラストパッド１３３の全体の上に、ランナ下部円筒部１１２ｂの下端が接触するようにランナ１１０が搭載されている。スラストパッド１３３とランナ１１０との間は、互いにスライド可能である。スラストパッド１３３には、ランナ１１０を介して、回転子１０の自重分のスラスト荷重が付加される。
【００４３】
スラストパッド１３３の上でランナ下部円筒部１１２ｂの下端が周方向に移動すると、スラストパッド１３３は、前述のように周方向に向かって水平方向に対して傾くことから、ランナ下部円筒部１１２ｂの下端面と、スラストパッド１３３の上面との間の隙間に潤滑油１０８が導かれることになる。
【００４４】
パッド支持部材１３２上にはジャーナル軸受１４０が取り付けられている。ジャーナル軸受１４０は、ランナ１１０の径方向外側に配される中央に開口を有するジャーナル軸受円板部１４１およびジャーナル軸受円板部１４１の外縁に接続して下方に延びるジャーナル軸受円筒部１４２を有する。ジャーナル軸受円板部１４１およびジャーナル軸受円筒部１４２は一体に形成されている。ジャーナル軸受円板部１４１の開口部分は、ランナ円筒部１１２と接触し、ランナ円筒部１１２からの径方向の荷重を受けながら、ランナ円筒部１１２を回転可能に支持する。ジャーナル軸受円筒部１４２の下端は、パッド支持部材１３２と結合している。ジャーナル軸受円筒部１４２には、径方向外側に貫通する少なくとも一つの連通孔１４２ａが形成されている。
【００４５】
潤滑油ポンプ２００は、潤滑油ポンプ回転部２１０と、潤滑油ポンプ回転部２１０の径方向の外側に配された潤滑油ポンプ静止部２２０とを有する。潤滑油ポンプ回転部２１０と潤滑油ポンプ静止部２２０とは互いに機械的に分離されている。潤滑油ポンプ静止部２２０は、上部油槽１０５をリークタイトに貫通して外部に連通する吐出管２２４を有する。吐出管２２４の外側の端部には、冷却器入口配管４２０の端部に設けられた油槽出口フランジ４２１と接続するためのフランジ２２４ｆが設けられている。
【００４６】
図４は、第１の実施形態に係る上部軸受構造体における潤滑油ポンプの潤滑油ポンプ回転部の構成を示す斜視図である。また、図５は、第１の実施形態に係る上部軸受構造体の構成を示す図２のＶ−Ｖ線矢視断面図である。
【００４７】
潤滑油ポンプ回転部２１０は、円環状の外形を有し、ランナ１１０のランナ下部円筒部１１２ｂの径方向外側表面に取り付けられている。なお、取り付け場所は、ランナ上部円筒部１１２ａの径方向外側表面でもよい。すなわち、潤滑油ポンプ回転部２１０は、ランナ円筒部１１２の径方向外側表面に取り付けられている。潤滑油ポンプ回転部２１０は、潤滑油駆動要素としての羽根２１１、上部環状板２１３および下部環状板２１２を有する。
【００４８】
上部環状板２１３は、ランナ円筒部１１２に取り付けられて、複数の羽根２１１を上方から支持している。
【００４９】
複数の羽根２１１は、互いに周方向に間隔をおいて配されている。複数の羽根２１１のそれぞれは、周方向および径方向外側に延びている。
【００５０】
下部環状板２１２は、上部環状板２１３と同様の外径を有し、上部環状板２１３より径の大きな回転部入口開口２１２ａを有し、ランナ円筒部１１２とともに潤滑油ポンプ入口開口２１４を形成する。下部環状板２１２は、複数の羽根２１１の下端と結合している。
【００５１】
したがって、複数の羽根２１１は、上下に上部環状板２１３および下部環状板２１２に挟まれている。羽根２１１の径方向外側は、潤滑油ポンプ静止部２２０の静止部内部空間２２５に向かって開放している。
【００５２】
以上のような構成により、潤滑油ポンプ２００の潤滑油ポンプ回転部２１０には、潤滑油ポンプ入口開口２１４から流入して、複数の羽根２１１間を流れ、径方向外側に流出する流路が形成されている。
【００５３】
図６は、第１の実施形態に係る上部軸受構造体における潤滑油ポンプの潤滑油ポンプ静止部の構成を示す斜視図である。潤滑油ポンプ２００の潤滑油ポンプ静止部２２０は、静止部容器２２０ａおよび前述の吐出管２２４を有する。
【００５４】
静止部容器２２０ａは、下部環状板２２１、上部環状板２２２、および静止部円筒部材２２３を有する。
【００５５】
下部環状板２２１と上部環状板２２２は、同形状、同寸法であり、互いに同心で上下に対向している。両者の外縁部は、静止部円筒部材２２３により結合されている。すなわち、潤滑油ポンプ静止部２２０は、径方向内側が開放され、静止部内部空間２２５を形成する環状の箱型である。なお、図６で示す潤滑油ポンプ静止部２２０は、静止部内部空間２２５の断面が、矩形形状であるが、これに限定されない。たとえば、円形あるいは楕円形、あるいは、四角形以外の多角形でもよい。
【００５６】
なお、図示しないが、静止部内部空間２２５の径方向入口、すなわち、潤滑油ポンプ回転部２１０の径方向出口に対向して、径方向外側から囲むように、周方向に互いに間隔をおいて複数の案内羽根を設けてもよい。案内羽根を設けることにより、静止部内部空間２２５内での潤滑油１０８の流れの乱れによる圧力損失の発生を低減し、駆動効率の低下を抑制することができる。
【００５７】
以下に、以上のように構成された本実施形態に係る上部軸受構造体１００を中心に立形回転電機システム６００のロータシャフト１１の回転中における作用について説明する。
【００５８】
ロータシャフト１１の回転に伴い、ランナ１１０およびこれに取り付けられた潤滑油ポンプ回転部２１０が回転する。
【００５９】
ランナ１１０が回転すると、油槽径方向内側筒１０５ｂとランナ円筒部１１２との間の環状空間内の潤滑油１０８が連れ回りすることにより、この部分の潤滑油１０８に遠心力がかかる。この結果、環状空間内の潤滑油１０８は、ランナ円筒部１１２に形成された連通孔１１４を介して、ランナ円筒部１１２の径方向の外側に流出する。
【００６０】
また、ランナ１１０が回転することにより、ランナ下部円筒部１１２ｂの下端面の回転につれて潤滑油１０８が連れ回りすることにより、この部分の潤滑油に遠心力がかかる。この結果、パッド支持部材１３２と下部円筒部１１２ｂの下端面に挟まれた領域、すなわち、スラストパッド１３３が配されている空間内の潤滑油１０８は、ジャーナル軸受円筒部１４２に形成されている連通孔１４２ａを介して径方向の外側に流出する。
【００６１】
これにつられて、ランナ１１０およびスラスト軸受１３０の内側の領域内の潤滑油１０８のインベントリのうち外側に流出した分を補償するように、上部油槽１０５内の外側部分から潤滑油１０８がランナ１１０の内側に流入する。すなわち、上部油槽１０５内のランナ１１０より外側の潤滑油１０８は、複数の台板１３１とパッド支持部材１３２により形成された複数の流路１３１ｆ内を径方向外側から径方向内側に流れ、油槽径方向内側筒１０５ｂとパッド支持部材１３２間のギャップ１３２ｂ部分の環状流路を通ってパッド支持部材１３２の上方に流出する。
【００６２】
パッド支持部材１３２の上方に流出した潤滑油１０８は、複数のスラストパッド１３３とこれと接触しながらスライドするランナ下部円筒部１１２ｂとの接触面を保護し、かつ、発生する熱を除去する。また、潤滑油１０８は、ランナ円筒部１１２とジャーナル軸受１４０間の接触面を保護し、かつ、発生する熱を除去する。このように、上部油槽１０５内の循環流路における潤滑油１０８の循環が生し、スラスト軸受１３０およびジャーナル軸受１４０において発生する熱が潤滑油１０８に移行する。
【００６３】
また、ロータシャフト１１の回転に伴い、潤滑油ポンプ２００の潤滑油ポンプ回転部２１０が回転すると、潤滑油ポンプ２００の下部環状板２１２とランナ円筒部１１２との間の潤滑油ポンプ入口開口２１４から、潤滑油ポンプ回転部２１０の下方の潤滑油１０８が潤滑油ポンプ回転部２１０に流入する。潤滑油ポンプ回転部２１０に流入した潤滑油１０８は、複数の羽根２１１の間を流れながら径方向外側に移行し、潤滑油ポンプ回転部２１０の径方向外側から流出する。
【００６４】
潤滑油ポンプ回転部２１０の径方向外側に流出した潤滑油１０８は、潤滑油ポンプ静止部２２０内の静止部内部空間２２５に流入する。潤滑油１０８が潤滑油ポンプ静止部２２０内に流入後、潤滑油１０８の流速は、低下するため、静圧が増加する。したがって、潤滑油ポンプ静止部２２０内では、高い圧力が維持され、潤滑油ポンプ静止部２２０内空間の潤滑油１０８は、吐出管２２４から冷却器入口配管４２０側に流出する。
【００６５】
冷却器入口配管４２０を経由して冷却器４１０に流入した潤滑油１０８は、冷却器４１０において冷却された後に、冷却器出口配管４３０およびこれに接続する戻り管１０５ｈを経由して、上部油槽１０５内に流入する。このように、上部軸受構造体１００と冷却器４１０との間の循環流路における、潤滑油１０８の循環および冷却作用が生ずる。
【００６６】
以上のように、立形回転電機５００の運転状態においては、ロータシャフト１１の回転により、上部油槽１０５内の潤滑油１０８について、上部油槽１０５内の第１の循環および外部の冷却器との間の第２の循環が形成される。第１の循環によって、スラスト軸受１３０およびジャーナル軸受１４０において生じた熱が潤滑油１０８に移行する。また、第２の循環によって、潤滑油１０８に移行した熱が、冷却器において除去される。
【００６７】
スラスト軸受等において生じた熱を除去するために、外部に新たにポンプを設けることは、その軸受部の冷却手段、軸受部のシール手段等をさらに設ける必要があり、設備が大掛かりとならざるを得ない。
【００６８】
本実施形態に係る立形回転電機５００においては、上部軸受構造体１００にポンプ機能を内蔵させることにより、ポンプ自身の冷却やシールなどの手段を不要とし、簡素化された構成によって冷却能力を向上させることができる。
【００６９】
［第２の実施形態］
図７は、第２の実施形態に係る上部軸受構造体の構成を示す立断面図である。また、図８は、潤滑油ポンプの詳細を示す立断面図である。
【００７０】
本第２の実施形態においては、第１の実施形態における潤滑油ポンプ２００に代えて、潤滑油ポンプ３００が設けられている。その他の点においては、第１の実施形態と同様である。
【００７１】
本実施形態における潤滑油ポンプ３００は、潤滑油ポンプ回転部３１０および潤滑油ポンプ静止部３２０を有する。
【００７２】
潤滑油ポンプ回転部３１０は、回転部円筒部材３１１を有する。回転部円筒部材３１１は、ランナ円筒部１１２の径方向外側に取り付けられており、外形は、中央に軸方向に貫通する開口が形成された、円環状である。また、回転部円筒部材３１１は、自重を軽減するために、中空に形成されている。
【００７３】
回転部円筒部材３１１の側面には、潤滑油駆動要素としてのスパイラル流路３１３が形成されている。スパイラル流路３１３は、回転部円筒部材３１１の側面の下端から上端にわたって連通するように、らせん状に形成されている。なお、スパイラル流路３１３は、１本には限らない。周方向に互いにずれた複数のスパイラル流路３１３が形成されていてもよい。
【００７４】
潤滑油ポンプ静止部３２０は、潤滑油ポンプ回転部３１０を囲むように形成された静止部容器３２０ａおよび吐出管３２６を有する。静止部容器３２０ａは、下部環状板３２１、上部環状板３２２、および下部環状板３２１の外縁および上部環状板３２２の外縁を接続する静止部円筒部材３２３を有する。静止部円筒部材３２０ａの上部の外側部分には、環状の出口空間室３２５が形成されている。吐出管３２６は、出口空間室３２５内の空間と上部油槽１０５の外部とを連通する。吐出管３２６の油槽径方向外側筒１０５ａをリークタイトに貫通している。
【００７５】
下部環状板３２１の径方向外側の部分には、潤滑油１０８が潤滑油ポンプ３００内に流入するための複数の入口開口３２４が形成されている。ここで、入口開口３２４は、下部環状板３２１の外周部の一部に周方向に間隔をおいて複数の切欠きを形成し、静止部円筒部材３２３との間に形成することでもよい。あるいは、一部、静止部円筒部材３２３との接続部を残して、ほぼ全周に入口開口３２４を形成してもよい。
【００７６】
回転部円筒部材３１１の径方向外側の、最外部分の面である径方向最外面３１２は、潤滑油ポンプ静止部３２０の静止部円筒部材３２３の内面３２３ａとは、同軸に配されて、ギャップ３１２ａを介して対向している。ギャップ３１２ａは、潤滑油ポンプ３００の性能を確保する上では、できるだけ小さいことが好ましい。一方、径方向最外面３１２と静止部円筒部材３２３の内面３２３ａとが接触することにより、振動の発生あるいは、カジリの発生をもたらすことは、立形回転電機５００の機能に悪影響を与えることから避けなければならない。したがって、部品の製作誤差、組み立て誤差を考慮して、ギャップ３１２ａの値を設定する。
【００７７】
スパイラル流路３１３の断面は、径方向外側に開放された矩形形状である。ここで、スパイラル流路３１３の形成の際には、図８に示すように、回転部円筒部材３１１の表面を切削加工することにより、スパイラル流路３１３を形成してもよい。あるいは、図示を省略するが、矩形断面の長く延びた流路形成用の部材を、円筒形状の回転部円筒部材３１１の表面に巻き付けることにより形成してもよい。巻き付ける場合、流路形成用の部材が回転部円筒部材３１１の表面から浮くことは、ギャップ３１２ａの均一化の観点では表面位置の不均一は好ましくない。また、潤滑油ポンプ３００の性能確保上は、リークの存在は好ましくない。しかしながら、リークを完全にゼロにすることは必ずしも必要ではなく、リークの存在等を考慮して設計することでもよい。
【００７８】
あるいは、ギャップを形成する必要のない構成とすることでもよい。すなわち、スパイラル流路３１３が形成されている径方向部分のみ、回転部円筒部材３１１を本体部分と径方向の円筒状部分とに区分し、円筒状部分は本体部分とは別の、たとえば、カーボン系材料製、あるいはピストンリング等に用いられる低合金鋼製として、静止部円筒部材３２３の内面３２３ａと密着させ、内面３２３ａ上を摺動させるようにしてもよい。駆動対象が潤滑油１０８であることから、接触面の安定皮膜の確保の点で有利である。
【００７９】
潤滑油ポンプ静止部３２０の上部には、環状の出口空間室３２５が形成されている。出口空間室３２５は、冷却器４１０側に潤滑油を送る際の潤滑油ポンプ３００の出口プレナムとなっており、第１の実施形態における潤滑油ポンプ２００の潤滑油ポンプ静止部２２０内の空間と同様に、導圧を静圧に変換する部分である。なお、出口空間室３２５内の下方に、周方向に互いに間隔をおいて複数の案内羽根（図示せず）を設けて、出口空間室３２５に流入する潤滑油１０８の乱れによる圧力損失の増加を抑制する構成でもよい。
【００８０】
図９は、潤滑油ポンプの第１の変形例を示す部分立断面図である。本第１の変形例では、スパイラル流路３１４の断面形状は、第２の実施形態におけるスパイラル流路３１３の断面形状より、径方向外側に拡がった形状である。径方向最外面３１２の面積が狭くなっている分、第１の実施形態におけるスパイラル流路３１３より流路断面積が大きくなっている。また、断面が径方向外側に拡がっている分、切削加工がしやすい形状である。
【００８１】
図１０は、潤滑油ポンプの第２の変形例を示す部分立断面図である。本第２の変形例では、スパイラル流路３１５の断面形状は、第２の実施形態におけるスパイラル流路３１３の断面形状に比べて、径方向内側が丸い曲面状になっている。外側に拡がった形状である。滑らかな凹曲面状のスパイラル流路３１５であるため、切削加工がしやすい形状である。
【００８２】
［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、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は意図していない。
【００８３】
さらに、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。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。
【符号の説明】
【００８４】
１０…回転子、１１…ロータシャフト、１２…回転子鉄心、２０…固定子、２１…固定子鉄心、２２…固定子巻線、４０…下部軸受部、４１…下部油槽、４２…ジャーナル軸受、５０…フレーム、５０ａ…フレーム筒部、５０ｂ…フレーム底板、５０ｃ…フレーム上板、１００…上部軸受構造体、１０５…上部油槽、１０５ａ…油槽径方向外側筒、１０５ｂ…油槽径方向内側筒、１０５ｃ…油槽底板、１０５ｄ…上部カバー蓋、１０５ｈ…戻り管、１０８…潤滑油、１１０…ランナ、１１１…ランナ上部円板部、１１２…ランナ円筒部、１１２ａ…ランナ上部円筒部、１１２ｂ…ランナ下部円筒部、１１４…連通孔、１３０…スラスト軸受、１３１…台板、１３１ａ…径方向内側面、１３１ｆ…流路、１３２…パッド支持部材、１３２ａ…内側面、１３２ｂ…ギャップ、１３３…スラストパッド、１４０…ジャーナル軸受、１４１…ジャーナル軸受円板部、１４２…ジャーナル軸受円筒部、１４２ａ…連通孔、２００…潤滑油ポンプ、２１０…潤滑油ポンプ回転部、２１１…羽根（潤滑油駆動要素）、２１２…下部環状板、２１２ａ…回転部入口開口、２１３…上部環状板、２１４…潤滑油ポンプ入口開口、２２０…潤滑油ポンプ静止部、２２０ａ…静止部容器、２２１…下部環状板、２２２…上部環状板、２２３…静止部円筒部材、２２４…吐出管、２２４ｆ…フランジ、２２５…静止部内部空間、３００…潤滑油ポンプ、３１０…潤滑油ポンプ回転部、３１１…回転部円筒部材、３１２…径方向最外面、３１２ａ…ギャップ、３１３、３１４、３１５…スパイラル流路（潤滑油駆動要素）、３２０…潤滑油ポンプ静止部、３２０ａ…静止部容器、３２１…下部環状板、３２２…上部環状板、３２３…静止部円筒部材、３２３ａ…内面、３２４…入口開口、３２５…出口空間室、３２６…吐出管、４１０…冷却器、４２０…冷却器入口配管、４２１…油槽出口フランジ、４２２…冷却器入口弁、４３０…冷却器出口配管、４３１…油槽入口フランジ、４３２…冷却器出口弁、５００…立形回転電機、６００…立形回転電機システム
【図１】
2019108909.tif 000003
【図２】
2019108909.tif 000004
【図３】
2019108909.tif 000005
【図４】
2019108909.tif 000006
【図５】
2019108909.tif 000007
【図６】
2019108909.tif 000008
【図７】
2019108909.tif 000009
【図８】
2019108909.tif 000010
【図９】
2019108909.tif 000011
【図１０】
2019108909.tif 000012