(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、簡単な構造により軸受近傍の油面液位が低下することを確実に防止した軸受を有する回転電機を提供することにある。【解決手段】  本発明は、上記目的を達成するために縦形回転軸と一体に設けられたスラストランナ部の外径側下部から第一の軸受部へと、軸受油槽内の潤滑油を還流させる連絡配管を、縦形回転軸を中心として周方向に複数配置し、かつ連絡配管を通じて軸受油槽下部から軸受部へと潤滑油を駆動する手段を設けたことを特徴とする。【選択図】図１
2009136043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦形回転軸と共に回転する回転子と、該回転子と所定間隔をもって対向配置された固定子と、上記縦形回転軸を案内支持する第一の軸受と、上記縦形回転軸を支承することで回転電機の軸方向荷重を支持する第二の軸受と、該第一及び第二の軸受が収納され、かつ潤滑油が満たされている軸受油槽とを備えた回転電機において、
上記軸受油槽内の潤滑油を上記縦形回転軸と一体に設けられたスラストランナ部の外径側下部から上記第一の軸受部へ還流させる連絡配管を、上記縦形回転軸を中心として周方向に複数配置し、かつ上記連絡配管を通じて軸受油槽下部から軸受部へと潤滑油を駆動する手段を有することを特徴とする回転電機。
【請求項２】
縦形回転軸と共に回転する回転子と、該回転子と所定間隔をもって対向配置された固定子と、上記縦形回転軸を案内支持する軸受と、該軸受が収納され、かつ潤滑油が満たされている軸受油槽とを備えた回転電機において、
上記軸受油槽内の潤滑油を上記縦形回転軸と一体に設けられた回転軸スカート部の外径側下部から該軸受部へ還流させる連絡配管を、上記縦形回転軸を中心として周方向に複数配置し、かつ上記連絡配管を通じて軸受油槽下部から軸受部へと潤滑油を駆動する手段を有することを特徴とする回転電機。
【請求項３】
上記連潤滑油を駆動する手段は、上記縦形回転軸と一体に設けられたスラストランナ部またはスカート部の回転による遠心作用を利用した自己ポンプ構造であることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項４】
上記軸受油槽内の潤滑油を還流させる連絡配管系は、潤滑油を冷却する冷却装置と潤滑油槽との間で潤滑油を循環させる配管系とは別体で設けられていることを特徴とする請求項１，２，３のいずれかに記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転電機に係り、例えば、高速運転される縦軸水車発電機の如く、縦形回転軸と一体に設けられたスカート部またはスラストランナ部を軸受で支持しているものに好適な回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機の一例として、縦型水車発電機を図５を用いて説明する。
【０００３】
該図に示す如く、水車発電機は、縦形回転軸１に固定された回転子２１と、この回転子２１の外径側に所定間隔をもって対向配置された固定子２２とを備えている。回転子２１は、スパイダアーム２４，ロータリム２５および界磁コイル２６からなり、界磁コイル２６は磁極鉄心３４の周りに界磁巻線３３を巻き回して構成されている。一方、固定子２２は、固定子鉄心２７と固定子コイル２８から構成されており、固定子枠２９に固定されている。固定子枠２９の外径側には、回転子２１の回転による遠心作用で内径側から外径側へと流れた冷却風を冷却するエアクーラ３０が設置されている。エアクーラ３０を通過した冷却風は、通風案内板３１と風道外板３２の間を通って内径側へと戻ってゆく。風道外板３２の側面３２ａと底面３２ｂは、コンクリートの基礎２３の壁面で代用されることも多い。
【０００４】
図５の例では、縦形回転軸１の上部に、この縦形回転軸１と一体に設けられた回転軸スカート部５と、これを案内支持する第一の軸受２、および潤滑油を貯留する軸受油槽４からなる案内軸受装置を有している。また、縦形回転軸１の下部には、この縦形回転軸１と一体に設けられたスラストランナ１６と、このスラストランナ１６にかかる軸方向の荷重（スラスト力）を支持する第二の軸受であるスラスト軸受１５，スラストランナ１６を案内支持する軸受２、および潤滑油を貯留する軸受油槽４からなるスラスト軸受装置を有している。
【０００５】
スラスト軸受装置は、スラスト軸受枠３５により基礎２３に固定支持されており、これにより発電機の荷重を支えている。なお、縦形回転軸１の下端１ａは、水車回転軸（図示せず）が連結されており、水車発電機に軸動力を与えている。
【０００６】
次に、上述した縦形回転電機における軸受構造について図６を用いて説明する。ここでは、下部軸受を例にとり説明する。
【０００７】
該図に示す如く、従来の軸受装置は、縦形回転軸１の周囲に、該縦形回転軸１を案内支持する軸受２が配置されている。さらに、縦形回転軸１にかかる荷重を支える強度を持つスラストランナ１６が設けられ、該スラストランナ１６を支持するスラスト軸受１５が設置されている。これらの軸受２およびスラスト軸受１５は潤滑油３が満たされた軸受油槽４内に収納され、軸受油槽４内の潤滑油３により潤滑および冷却されている。
【０００８】
潤滑油３は、潤滑油循環ポンプ１７により軸受油槽４から潤滑油戻り管１８を通って冷却装置２０に送られ、該冷却装置２０により冷却された後、潤滑油供給管１９より軸受油槽４内に流入する。
【０００９】
軸受油槽４内の潤滑油３は、軸受油槽４の内周側で縦形回転軸１のスラストランナ１６に接触しており、縦形回転軸１の回転に引きずられて旋回する。このため、遠心力の作用で軸受油槽４の内周側から外周側へと潤滑油３が偏り、軸受２の周りの油面６高さが低下する。
【００１０】
そこで図に示すように、上記潤滑油供給管１９は軸受２近傍まで延長され、軸受２周りの油面低下を補うとともに、冷却された潤滑油を直接供給して冷却効率を向上させるように配置される場合がある。
【００１１】
近年のように、発電機などの回転電機の高速化が進んで来ると、軸受油槽４内の潤滑油３の旋回流速が増大し、内周側の油面６の低下量が大きくなる。このため、上記のように潤滑油供給管１９を軸受２近傍まで延長しても、油面低下を十分補えなくなり、回転電機を高速化する障害となっていた。また、何らかの原因で潤滑油循環ポンプ１７による給油量が低下した場合、軸受２近傍の油面低下量が増大する可能性があるので設計裕度を大きくとらねばならず、やはり回転電機を高速化する障害となっていた。
【００１２】
軸受２近傍の油面低下を補う能力を強化する最も単純な方法として、潤滑油循環ポンプ１７の容量を増加させる方法が考えられる。
【００１３】
また、潤滑油循環ポンプ１７の不調による軸受２への給油量低下を防止する方法としては、潤滑油循環ポンプ１７を設置する代わりに、スラストランナ１６に径方向の貫通孔を設けるなどして、スラストランナの回転に伴う遠心力を利用した自己ポンプ作用によって、潤滑油を循環させる方法（以下、自己ポンプ循環方式）が考えられる。
【００１４】
自己ポンプ循環方式は、既に実用化された公知の方法であり、例えば特許文献１，２および３などに記載されている。また同様、案内軸受の回転軸スカート部に自己ポンプ作用を持たせる構成も公知であり、例えば特許文献４にその例が記載されている。
【００１５】
自己ポンプ循環方式の例として、特許文献１記載の構成を図７に示す。該図に示す如く、特許文献１に記載の例では、回転部であるスラストランナ１６に径方向に貫通したポンプ孔１１が穿たれ、その外周側出口にポンプ孔１１に対向してオイルボックス１４が配置されている。オイルボックス１４からは軸受油槽壁面を貫通して冷却装置２０へ向かう潤滑油戻り管１８と、冷却装置２０から軸受油槽内へ潤滑油を供給する潤滑油供給管１９により、潤滑油の循環路が形成される。
【００１６】
このような自己ポンプ循環方式では、回転軸１が回転している限り、その回転数に応じた一定流量の循環油量を安定して確保することができる。
【００１７】
【特許文献１】特開平１０−３２５４１７号公報
【特許文献２】実開昭５２−５２０６号公報
【特許文献３】実開昭６３−１６６７１８号公報
【特許文献４】実開平２−３１６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上記に示したような、潤滑油循環ポンプの容量を増加させる方法では、潤滑油の冷却に必要な流量以上の潤滑油を循環させることとなり、潤滑油冷却系が大型化する。その結果、潤滑油冷却系のコストが増大する問題がある。
【００１９】
また特許文献１，２，３および４に記載されているような自己ポンプ循環方式は、潤滑油の冷却に必要な流量が、自己ポンプ作用のみで確保できる場合に限って採用可能な方法であり、流量が不足する場合には潤滑油循環ポンプによって、軸受油槽と冷却装置との間に潤滑油を強制的に循環させる方式（以下、強制循環方式）とする必要がある。従って、強制循環方式が採用されている回転電機の軸受装置に、自己ポンプ循環方式を適用することは通常できない。
【００２０】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、簡単な構造で上述したような軸受近傍の油面が低下することを確実に防止した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】
【００２１】
本発明の回転電機は、上記目的を達成するために、軸受油槽内の潤滑油を縦形回転軸と一体に設けられたスラストランナ部の外径側下部から第一の軸受部へ還流させる連絡配管を、縦形回転軸を中心として周方向に複数配置し、かつ連絡配管を通じて軸受油槽下部から軸受部へと潤滑油を駆動する手段を有することを特徴とする。
【００２２】
このように、従来の潤滑油冷却系に加え、第一の軸受への潤滑油供給量を増加させる手段を新たに設けることにより、第一の軸受近傍の油面低下を補う機能が強化されるので、より高速回転の回転電機においても油面低下を防止することができる。また、潤滑油冷却系の循環流量は冷却に必要な最低限の流量でよいので、潤滑油冷却系が大型化することがない。さらに、上記連絡配管により第一の軸受近傍へ還流させる潤滑油は冷却する必要がないので、配管を軸受油槽の外部に引き出すことなく最短の径路で引き回すことができ、設置コストを低く抑えることができる。
【００２３】
また本発明の他の請求項の回転電機は、連絡配管により第一の軸受部へと潤滑油を駆動して還流させるための手段が、縦形回転軸と一体に設けられたスラストランナ部の回転による遠心作用を利用した自己ポンプ構造であることを特徴とする。
【００２４】
このように、自己ポンプ構造により第一の軸受近傍への潤滑油供給量を増加させる構成とすることにより、新たな動力やポンプを追加することなく、軸受近傍への潤滑油供給量を増加させることができ、結果として油面低下を防止することができる。また、自己ポンプ構造により軸受油槽下部から軸受へ供給される潤滑油量は、回転軸が回転している限り安定して確保されるので、循環ポンプ不調時も潤滑油が途切れることがないという効果もある。さらに、潤滑油冷却系においてはポンプによる強制循環方式を、第一の軸受近傍への潤滑油量増加のためには自己ポンプ循環方式をそれぞれ使い分けることにより、どちらか一方の方式を用いた場合の欠点や適用限界を克服することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、潤滑油冷却系に手を加えることなく、簡単な構造により第一の軸受近傍への潤滑油供給量を確実に増加させ、油面の低下を防止した回転電機を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
簡単な構造で第一の軸受近傍の油面が低下することを確実に防止すると言う目的を、大幅に従来構造を改造することなく実現できた。
【実施例１】
【００２７】
本発明による回転電機の第１の実施例を、図１（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。第１の実施例の概略構成は、上述した従来例と略同じであり、ここでの説明は省略する。
【００２８】
本実施例では、スラストランナ１６の外周側下部をスラストランナカバー１３で囲い、軸受支持部材１０の下部壁との間にオイルボックス１４を形成している。そして、連絡配管１２の一方の開口部をスラストランナ１６下部の外周面に対向するようにし、オイルボックス１４に接続している。また、連絡配管１２の他方の開口部を第一の軸受２上部に位置するように配置してある。
【００２９】
オイルボックス１４内の潤滑油は、回転するスラストランナ１６の外周面に引きずられて同じ方向へ旋回する。この潤滑油の旋回で発生する遠心力により、径方向外側へのポンプ圧力が発生する。例えば大型の水車発電機の場合、スラストランナ１６外周部の周速度は数十メートル毎秒であり、スラストランナカバー１３の径方向幅を１００ミリメートル程度にした場合、自己ポンプ作用により数メートルの吐出ヘッドが得られる。この吐出ヘッドにより、潤滑油はオイルボックス１４から連絡配管１２を通り第一の軸受２へと供給される。
【００３０】
本発明においては、連絡配管１２を通る潤滑油は冷却装置などの流動抵抗体を通過することなく、最短距離で軸受へ供給されるため、このような簡単な構成でも潤滑油を循環させることが可能である。しかし、より多くの潤滑油を軸受２に供給したい場合には、従来技術の説明で引用した特許文献１に記載のように、スラストランナに径方向に貫通するポンプ孔を設け、その外周側出口に対向するようにオイルボックスを設置する構成とすることも可能である。
【００３１】
また、本実施例では、軸受支持部材とスラストランナカバーによってオイルボックスを構成したが、軸受支持部材とは独立したオイルボックスを別途備えた構成も可能である。
【００３２】
以上のような構成により、従来の潤滑油冷却系に手を加えることなく、簡便な構造で軸受２への潤滑油供給量を増加させることができる。その結果、スラストランナ１６周りの旋回流に起因する油面の低下を補い、軸受２近傍の油面高さを高く維持できる。
【実施例２】
【００３３】
本発明による回転電機の第２の実施の形態を、図２に基づいて説明する。
【００３４】
実施例１では、オイルボックス１４の下端は、スラストランナ１６の下端位置と概略同じ高さとしていたが、本実施例は、オイルボックス１４下端位置をスラストランナ１６下端よりも低い位置まで延長したものである。
【００３５】
このような構成とすることにより、軸受油槽４内の潤滑油が、より円滑にオイルボックス１４内へ流入するようになる。その結果、軸受２へ供給される潤滑油量が増加し、軸受２周りの油面低下防止効果をより強めることができる。
【実施例３】
【００３６】
本発明による回転電機の第３の実施の形態を、図３に基づいて説明する。
【００３７】
実施例１および２では、スラスト軸受を例に本発明の構成例を示した。同様の構成が、案内軸受においても有効であることは言うまでもない。本実施例は、実施例１に対応するものであり、回転軸スカート部５の外周側下部を回転軸スカートカバー７で囲い、軸受支持部材１０の下部壁との間にオイルボックス１４を形成している。そして、連絡配管１２の一方の開口部を回転軸スカート部５下部の外周面に対向するようにし、オイルボックス１４に接続している。また、連絡配管１２の他方の開口部を軸受２上部に位置するように配置してある。
【００３８】
自己ポンプ作用が発生する仕組みは、スラスト軸受の場合と同様であるので省略するが、このような構成により、従来の潤滑油冷却系に手を加えることなく、簡便な構造で軸受２への潤滑油供給量を増加させることができるので、回転軸スカート部５周りの旋回流に起因する油面の低下を補い、軸受２近傍の油面高さを高く維持できる。
【実施例４】
【００３９】
本発明による回転電機の第４の実施の形態を、図４に基づいて説明する。
【００４０】
本実施例は、スラスト軸受の実施例２に対応するものであり、オイルボックス１４の下端位置が、回転軸スカート部５の下端よりも低くなるように、回転軸スカートカバー７を下方へと延長してある。さらに、回転軸スカートカバー７の内径側を、内側に延長して回転軸スカート部５の底面をカバーするように構成した。
【００４１】
本実施例のように構成することで、軸受油槽４内の潤滑油が、より円滑にオイルボックスへ１４内へと流入することができる。さらに、回転軸スカート部５の底面に引きずられて旋回する潤滑油が遠心効果により径方向外側へと流れるので、オイルボックス１４へ流入する潤滑油の流れを加速することができる。その結果、軸受油槽４下部から軸受２へ還流する潤滑油量が増大し、軸受２近傍の油面低下を防止する効果を強めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、縦軸の発電機，原動機などの回転電機や、その他の縦軸の回転機械に適用でき、回転機械の高速化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の回転電機の第１の実施例を示し、（ａ）は軸受部の垂直断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図。（実施例１）
【図２】本発明の回転電機の第２の実施例を示す軸受部の断面図。（実施例２）
【図３】本発明の回転電機の第３の実施例を示す軸受部の断面図。（実施例３）
【図４】本発明の回転電機の第４の実施例を示す軸受部の断面図。（実施例４）
【図５】従来の縦形回転電機を示す断面図。
【図６】従来の回転電機における軸受構造の断面図。
【図７】特許文献１における軸受構造を示す断面図。
【符号の説明】
【００４４】
１  回転軸
２  軸受
３  潤滑油
４  油槽
５  回転軸スカート部
６  油面
７  回転軸スカートカバー
１０  軸受支持部材
１１  ポンプ孔
１２  連絡配管
１３  スラストランナカバー
１４  オイルボックス
１５  スラスト軸受
１６  スラストランナ
１７  潤滑油循環ポンプ
１８  潤滑油戻り管
１９  潤滑油供給管
２０  冷却装置
２１  回転子
２２  固定子
２３  基礎
２４  スパイダアーム
２５  ロータリム
２６  界磁コイル
２７  固定子鉄心
２８  固定子コイル
２９  固定子枠
３０  エアクーラ
３１  通風案内板
３２  風道外板
３３  界磁巻線
３４  磁極鉄心
３５  スラスト軸受枠
【図１】
2009136043.tif 000003
【図２】
2009136043.tif 000004
【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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