(57)【要約】【課題】季節変化による基礎の変形に起因してガイド軸受ギャップが変化し、ガイド軸受の温度上昇や回転軸の振動が増加することを防止できる立軸回転電機の軸受支持部、軸受支持部の制御装置および、これらを備えた立軸回転電機を提供する。【解決手段】立軸回転電機の軸受装置１００は、環状の基礎３からブラケット４を介して立軸回転電機の回転軸２を径方向に支持するガイド軸受４１を備え、基礎３とブラケット４との間に、温度調整手段を有するスペーサ６を備える。【選択図】図２
2013070542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状の基礎から、ブラケットを介して立軸回転電機の回転軸を径方向に支持するガイド軸受を備えた立軸回転電機の軸受支持部において、
前記基礎と前記ブラケットとの間に、温度調整手段を有するスペーサを備えた立軸回転電機の軸受支持部。
【請求項２】
前記温度調整手段は、電熱線である請求項１に記載の立軸回転電機の軸受支持部。
【請求項３】
前記温度調整手段は、調温媒体が通過する経路である請求項１に記載の立軸回転電機の軸受支持部。
【請求項４】
前記ブラケットと前記基礎の間の距離を測定するギャップセンサを備えた請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の立軸回転電機の軸受支持部。
【請求項５】
前記ブラケットと前記基礎の間にバネ板を備え、前記ブラケットの前記基礎側の端部には前記バネ板に対する押圧力を調整する押圧力調整機構を有する請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の立軸回転電機の軸受支持部。
【請求項６】
前記スペーサは、周囲に断熱材を備えた請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の立軸回転電機の軸受支持部。
【請求項７】
前記スペーサの温度を測定する温度センサを有する請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の立軸回転電機の軸受支持部。
【請求項８】
前記スペーサの温度と、前記温度を取得した日時を所定の周期で記録する温度データ記録部と、
前記温度データに基づいて前記温度調整手段を制御する温度調整手段制御部とを有する請求項７に記載の立軸回転電機の軸受支持部の制御装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の立軸回転電機の軸受支持部を備えた立軸回転電機。
【請求項１０】
請求項７に記載の立軸回転電機の軸受支持部と、請求項８に記載の立軸回転電機の軸受支持部の制御装置とを備えた立軸回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水車発電機などの立軸回転電機の軸受支持部、その制御装置およびこれらを使用する立軸回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の立軸回転電機の回転軸のガイド軸受、及びその支持部の構成として特許文献１に示すような構成が提案されている。
当該文献には、軸受部の一部（防振装置部分）の図しか示されていないため、補足図を用いて説明する。
図１０は、立軸回転電機の軸受支持部の、軸方向に対して垂直方向の断面図である。
この立軸回転電機は、回転軸が鉛直方向となるように設置されるものであり、回転軸は、ブラケットＳ４を介して水平方向からコンクリート製の基礎Ｓ３に支持されている。
図１１（ａ）は、軸受支持部Ｓ１００のＡ−Ａ’線における断面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の破線部分の拡大図である。
ガイド軸受Ｓ４１は、回転部Ｓ２１を水平方向から支持している。
軸受油槽Ｓ４２には潤滑油が充填されていてガイド軸受Ｓ４１を収納している。
ブラケットＳ４は、回転部Ｓ２１から受ける荷重を基礎Ｓ３に伝える機能を担当する。
ブラケットＳ４は、ブラケット胴部Ｓ４ａ、ブラケット足部Ｓ４ｂで構成され、ブラケット足部Ｓ４ｂの基礎Ｓ３への取り付け部には、ブラケット足部Ｓ４ｂの長さを調整する押しボルトＳ１０、押しボルトＳ１０の先端を受けるバネ板Ｓ１１、バネ板受けＳ１２を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−１４５２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
軸受支持部Ｓ１００においては、ガイド軸受Ｓ４１と回転部Ｓ２１との間には、油で満たされた微小なギャップが存在する。
このギャップは、回転部Ｓ２１の回転により生じる油膜によって形成されていて、一般的には０．２〜０．５ｍｍ程度の隙間となる。
このギャップが狭すぎるとガイド軸受Ｓ４１と回転部Ｓ２１の摩擦により、ガイド軸受Ｓ４１の温度が高くなったり焼損したりする一方、広すぎると、回転軸Ｓ２を支持する剛性が低下して立軸回転電機に大きな振動が発生する。
【０００５】
振動を低減するためには、軸受支持部の剛性を高くする必要があり、特に最近の高速大容量の立軸回転電機においては軸受支持部に高い剛性が求められる。
一方、ガイド軸受Ｓ４１からの荷重を支持する基礎Ｓ３は通常コンクリート製である。
季節によって周囲の温度が変化すると、基礎Ｓ３に伸縮が発生する。
経験上、円形のコンクリート壁は、季節によって楕円変形する例が知られており、さらに季節によって楕円変形の方向が変化する。
例えば、夏には南北方向を長軸とする楕円形状に変形していたものが春、秋にはほぼ真円形状となり、冬には東西方向を長軸とする楕円形状に変形するなどである。
【０００６】
このような基礎の変形量は１ｍｍ程度のオーダーで発生する場合がある。
基礎Ｓ３の内径が拡大した場合は、ブラケット足部Ｓ４ｂと基礎Ｓ３間に隙間が発生し、ガイド軸受Ｓ４１からの荷重を基礎Ｓ３に伝えられなくなるため、回転軸Ｓ２の振動を抑制する機能が低下する。
また、基礎Ｓ３の変形により内径が縮小した場合は、先述したようにブラケットＳ４を介してガイド軸受Ｓ４１を回転軸Ｓ２側に押し付ける力が発生するため、ガイド軸受Ｓ４１と回転部Ｓ２１との間のギャップが縮小し、ガイド軸受Ｓ４１の温度上昇や焼損の問題が発生する可能性がある。
【０００７】
このような課題に対して従来は、ブラケット足部Ｓ４ｂと基礎Ｓ３間にバネ板Ｓ１１を設置し、ブラケット４に初期張力を与える構造を設けている。
図１１（ｂ）において、押しボルトＳ１０を締め付け、バネ板Ｓ１１を撓ませた状態で軸受支持部Ｓ１００を据え付けることにより、基礎Ｓ３の楕円変形により基礎の内径が拡大した場合でもバネ板Ｓ１１のたわみ量の範囲内で隙間を吸収できる。
また、基礎３の内径が縮小した場合でもバネ板Ｓ１１が基礎Ｓ３の変位を吸収するため、ガイド軸受Ｓ４１への影響は、最小限に保たれる。
【０００８】
基礎Ｓ３の変位量が大きい場合には、次のような問題が生じる。
径方向の拡大量が大きい場合は、ブラケット足部４ｂと基礎Ｓ３間に隙間を発生させないように、押しボルトＳ１０を締め増してバネ板の張力を増やす必要がある。
しかし、一定の範囲を超えるとブラケット足部４ｂを押圧する荷重が増加し、ブラケット４の強度が問題となる。
また、径方向の縮小量が大きい場合、ガイド軸受を内径側に押し付ける荷重を低減させるためにバネ板の剛性を小さくする必要がある。
しかし、バネ板の剛性を小さくすると、ガイド軸受Ｓ４１から基礎Ｓ３間の剛性、つまりガイド軸受Ｓ４１の支持剛性が低下するため、回転子の振動が大きくなるという問題点があった。
【０００９】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、季節変化による基礎の変形に起因してガイド軸受ギャップが変化し、ガイド軸受の温度上昇や回転軸の振動が増加することを防止できる立軸回転電機の軸受支持部、軸受支持部の制御装置および、これらを備えた立軸回転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】
【００１０】
この発明に係る立軸回転電機の軸受支持部は、
環状の基礎から、ブラケットを介して立軸回転電機の回転軸を径方向に支持するガイド軸受を備えた立軸回転電機の軸受支持部において、
基礎とブラケットとの間に、温度調整手段を有するスペーサを備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係る立軸回転電機の軸受支持部は、基礎とブラケットとの間に、温度調整手段を有するスペーサを備えたものなので、外的環境による基礎の微妙な変位に対してフレキシブルに追従して、立軸回転電機の振動を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る立軸回転電機の軸受支持部の軸方向に対して垂直方向の断面図である。
【図２】図１に係る軸受支持部のＢ−Ｂ’線における断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る立軸回転電機の軸受支持部の温度調整手段付きスペーサの斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る立軸回転電機の軸受支持部の温度センサ付きスペーサの斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係る立軸回転電機の軸受支持部の断熱材付きスペーサの斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態４に係る立軸回転電機のバネ板付き軸受支持部の要部拡大断面図である。
【図７】この発明の実施の形態５に係る立軸回転電機の軸受支持部に設置したギャップセンサを示す図である。
【図８】この発明の実施の形態６に係る立軸回転電機の軸受支持部の制御装置の構成を示す概念図である。
【図９】この発明の実施の形態６に係る立軸回転電機の軸受支持部と基礎間のギャップの年間変動を示すグラフである。
【図１０】従来の立軸回転電機の軸受支持部の軸方向に対して垂直方向の断面図である。
【図１１】従来の立軸回転電機の軸受支持部の軸方向に対して平行方向の断面図（半図）である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１、図２、図３に基づいて説明する。
図１は、立軸回転電機の軸受支持部１００の、軸方向に対して垂直方向の断面図である。
図２は、図１に示す軸受支持部１００のＢ−Ｂ’線における断面図である。
図３（ａ）は、電熱線７入りのスペーサ６の斜視図である。
立軸回転電機は、回転軸２が鉛直方向となるように設置されており、回転軸２はブラケット４を介して水平方向からコンクリートなどの基礎３に支持されている。
ブラケット４は、回転部２１から受ける荷重を基礎３に伝える機能を担当する部材である。
ブラケット４は、ブラケット胴部４ａ、ブラケット足部４ｂで構成され、ブラケット胴部４ａに収納されているガイド軸受４１が、回転軸と共に回転する回転部２１を水平方向から支持している。
【００１４】
ブラケット胴部４ａ内の軸受油槽４２には潤滑油が充填されていて、その中にガイド軸受４１を収納している。
ブラケット足部４ｂの基礎３への取り付け部には、温度調整手段としての電熱線７が挿入されたスペーサ６を設けている。
【００１５】
次に、電熱線７入りのスペーサ６の動作について説明する。
上述のようにブラケット足部４ｂと基礎３の間に電熱線７入りのスペーサ６を設置することにより、基礎３のある部分の内径が外側に拡大した場合は、当該部分のブラケット足部４ｂに取り付けられているスペーサ６の電熱線７に通電し、温度を上げてスペーサ６を熱膨張させ、基礎３の変位分を吸収することができる。
基礎３は、当初、最も内径が縮小した寸法でブラケット４を据え付けているので、基礎３の内径の縮小によりブラケットに過大な荷重がかかることは無い。この方法によると、従来の技術のように、バネ板の初期張力を増やしたり、バネ板の剛性を低下させたりする必要が無いため、ブラケット４の強度やガイド軸受４１の温度に問題が生じることがない。
図３（ｂ）は、温度調整手段としての調温媒体用のパイプ７１を埋め込んだスペーサ６の斜視図である。調温媒体としての液体や気体をパイプ内に循環させることによりスペーサ６を膨張又は縮小させることができる。
電熱線７ではスペーサ６の熱膨張のみが制御可能であるのに対して、調温媒体を使用することにより、スペーサ６の熱収縮も積極的に利用できる利点がある。
この発明の実施の形態１に係る立軸回転電機の軸受支持部１００によれば、外的環境による基礎の微妙な変位に対してフレキシブルに追従して、立軸回転電機の振動を抑制できる。
また、本実施の形態に係る軸受支持部１００を備えた立軸回転電機によれば、容易に安定した運転状態を維持できる。
【００１６】
実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２を図４に基づいて説明する。
図４は、温度センサ８を取り付けたスペーサ６の斜視図である。
図４に示すように、スペーサ６に温度センサ８を取り付けている。
温度センサ８が検出した温度から、スペーサ６の温度が設定値になるように電熱線７の通電電流を制御することにより、スペーサ６の熱伸び量の管理が可能となり、より精密に基礎３の変位分を吸収することができる。
【００１７】
実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３を図５に基づいて説明する。
図５は、断熱材９を取り付けたスペーサ６の斜視図である。
図５に示すように、電熱線７入りのスペーサ６を断熱材９で覆っている。
これにより、スペーサ６の熱が周囲へ放熱しにくいため、効率よくスペーサ６の温度を所定の温度に保つことができ、電熱線での消費電力量を低減することができる。
また、スペーサ６全体の温度を均一に保つことができる。
【００１８】
実施の形態４．
以下、この発明の実施の形態４を図６に基づいて説明する。
図６は、バネ板付き軸受支持部の要部拡大断面図である。
図６に示すように、ブラケット足部４ｂの基礎３側の端部に押圧力調整機構としての押しボルト１０を備え、この押しボルト１０とスペーサ６の間にバネ板１１が挟まれている。
本実施の形態４に係る立軸回転電機の軸受支持部によれば、ブラケット４ｂと基礎３の間にバネ板１１を設け、初期張力を与える構造としているため、基礎３の内径が縮小した場合にはバネ板１１の撓みにより基礎３の収縮分を吸収し、基礎３の内径が拡大した場合には電熱線７に通電してスペーサ６の熱伸びにより基礎３の拡大分を吸収する。
このように、基礎３の縮小と拡大のどちらにでも差分を吸収可能であり、基礎３の変化に対する軸受支持部の追従幅が大きくなる。
【００１９】
実施の形態５．
以下、この発明の実施の形態５を図７に基づいて説明する。
図７は、ブラケット足部４ｂと基礎３の間に設置したギャップセンサ１３を示す図である。
ギャップセンサ１３は、ブラケット足部４ｂと基礎３間のギャップ（距離）を測定する。
測定したギャップから、このギャップを補償するために必要なスペーサ６の熱伸び量又は熱収縮量が分かる。
【００２０】
また、熱伸び量、又は熱収縮量に対応して上昇又は下降させるべきスペーサ６の温度は、スペーサの素材によって実験的に求めることができる。
この温度を設定値として電熱線７に流す電流や、パイプ７１に流す調温媒体の温度を制御することにより、基礎３の内径変化に対して軸受支持部を追従させることができる。
本実施の形態に係る軸受支持部によれば、各ブラケット足部４ｂと基礎３のギャップを周期的にモニタすることにより、フレキシブルに軸受支持部と基礎との間のギャップを調整できる。
【００２１】
実施の形態６．
以下、この発明の実施の形態６を図に基づいて説明する。
図８は、軸受支持部の制御装置の構成を示す概念図である。
図９は、２本のブラケット足部４ｂ（Ａ，Ｂ）に装着しているスペーサ６の温度センサ８が検出した温度の季節変動を示すグラフである。
温度調整手段制御部５は、所定の周期で、温度センサ８が検出する各スペーサ６の温度を、検出日時と共に温度データ記録部５１に蓄積する。
【００２２】
立軸回転電機の運転を開始後、年間を通して規則的に、各ブラケット４と基礎３とのギャップを最適になるように調整した状態で、各温度データを検出保存することにより、履歴データを元に季節的に要求される各スペーサ６の温度を予想することができるようになる。
そこで、温度調整手段制御部５は、各スペーサ６の温度を過去の同時期の記録データから得られる所望の温度になるように、温度調整手段を使って自動制御する。
なお、季節性のデータは、採取するデータが増えるほどデータの偏りが減少し、平均的な予測が可能となる。
本発明の実施の形態６に係る軸受支持部の制御装置によれば、各スペーサ６が維持すべき温度を予測して各スペーサ６の温度を自動制御することができる。
【００２３】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００２４】
１００  軸受支持部、２  回転軸、２１  回転部、３  基礎、４  ブラケット、
４ａ  ブラケット胴部、４ｂ  ブラケット足部、４１  ガイド軸受、
５  温度調整手段制御部、５１  温度データ記録部、６  スペーサ、７  電熱線、
８  温度センサ、９  断熱材、１０  押しボルト、１１  バネ板、
１３  ギャップセンサ。
【図１】
2013070542.tif 000003
【図２】
2013070542.tif 000004
【図３】
2013070542.tif 000005
【図４】
2013070542.tif 000006
【図５】
2013070542.tif 000007
【図６】
2013070542.tif 000008
【図７】
2013070542.tif 000009
【図８】
2013070542.tif 000010
【図９】
2013070542.tif 000011
【図１０】
2013070542.tif 000012
【図１１】
2013070542.tif 000013