JPH06335199A - 水車発電機 - Google Patents
水車発電機Info
- Publication number
- JPH06335199A JPH06335199A JP5122704A JP12270493A JPH06335199A JP H06335199 A JPH06335199 A JP H06335199A JP 5122704 A JP5122704 A JP 5122704A JP 12270493 A JP12270493 A JP 12270493A JP H06335199 A JPH06335199 A JP H06335199A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- generator
- turbine
- bearing
- magnetic bearing
- rotating shaft
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 85
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 58
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 claims description 7
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 abstract description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 abstract 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 8
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 5
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 239000003305 oil spill Substances 0.000 description 2
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 2
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000005339 levitation Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2380/00—Electrical apparatus
- F16C2380/26—Dynamo-electric machines or combinations therewith, e.g. electro-motors and generators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0402—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means combined with other supporting means, e.g. hybrid bearings with both magnetic and fluid supporting means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/044—Active magnetic bearings
- F16C32/0474—Active magnetic bearings for rotary movement
- F16C32/0489—Active magnetic bearings for rotary movement with active support of five degrees of freedom, e.g. two radial magnetic bearings combined with an axial bearing
Landscapes
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 水車の回転軸の回転を発電機の回転軸の回転
として取り出す水車発電機において、潤滑油による環境
汚染のおそれがなく、振動吸収性に優れた水車発電機を
得ること。 【構成】 水車の回転軸の軸受を磁気軸受から構成し、
発電機の回転軸の軸受をすべり軸受から構成し、この水
車の回転軸と発電機の回転軸をリジッドに結合した水車
発電機。
として取り出す水車発電機において、潤滑油による環境
汚染のおそれがなく、振動吸収性に優れた水車発電機を
得ること。 【構成】 水車の回転軸の軸受を磁気軸受から構成し、
発電機の回転軸の軸受をすべり軸受から構成し、この水
車の回転軸と発電機の回転軸をリジッドに結合した水車
発電機。
Description
【０００１】
【技術分野】本発明は、水車発電機に関し、特に発電機
と水車の回転軸を別々の軸受で支持し、両回転軸を結合
するタイプの水車発電機の軸受構造に関する。
と水車の回転軸を別々の軸受で支持し、両回転軸を結合
するタイプの水車発電機の軸受構造に関する。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】この種の水車発電機は、
落水のエネルギで水車を回転させる水車と、この水車に
よって回転される発電機との独立性を保持し、両回転軸
を結合して水車発電機とするものであり、従来、水車の
回転軸と発電機の回転軸はともに、すべり軸受から構成
されていた。ところが、すべり軸受は、潤滑油を要する
ため、潤滑油の保持部（油タンク）を不可欠として大型
化し、また、潤滑油の流出による環境汚染等の問題があ
る。また、水車発電機の振動要因のほとんどは、流体エ
ネルギが作用する水車にある。従来の水車発電機では、
この振動要因に対して受動的であり、振動を能動的に抑
える機能は全く有していない。
落水のエネルギで水車を回転させる水車と、この水車に
よって回転される発電機との独立性を保持し、両回転軸
を結合して水車発電機とするものであり、従来、水車の
回転軸と発電機の回転軸はともに、すべり軸受から構成
されていた。ところが、すべり軸受は、潤滑油を要する
ため、潤滑油の保持部（油タンク）を不可欠として大型
化し、また、潤滑油の流出による環境汚染等の問題があ
る。また、水車発電機の振動要因のほとんどは、流体エ
ネルギが作用する水車にある。従来の水車発電機では、
この振動要因に対して受動的であり、振動を能動的に抑
える機能は全く有していない。
【０００３】
【発明の目的】本発明は、従来の水車発電機についての
以上の問題意識に基づき、その軸受構造を改良すること
により、環境汚染の原因になることがなく、主に流体エ
ネルギに起因する振動の吸収作用を有する水車発電機を
得ることを目的とする。
以上の問題意識に基づき、その軸受構造を改良すること
により、環境汚染の原因になることがなく、主に流体エ
ネルギに起因する振動の吸収作用を有する水車発電機を
得ることを目的とする。
【０００４】
【発明の概要】本発明は、水車と発電機に分けられる水
車発電機において、発電機の軸受は、従来品と同様にす
べり軸受を用い、水車の軸受は、非接触で回転軸を保持
する磁気軸受を用いるという着想に基づいてなされたも
のである。
車発電機において、発電機の軸受は、従来品と同様にす
べり軸受を用い、水車の軸受は、非接触で回転軸を保持
する磁気軸受を用いるという着想に基づいてなされたも
のである。
【０００５】すなわち、本発明は、水車の回転軸の回転
を発電機の回転軸の回転として取り出す水車発電機にお
いて、水車の回転軸の軸受を磁気軸受から構成し、発電
機の回転軸の軸受をすべり軸受から構成し、かつ、この
水車の回転軸と発電機の回転軸をリジッドに結合したこ
とを特徴としている。
を発電機の回転軸の回転として取り出す水車発電機にお
いて、水車の回転軸の軸受を磁気軸受から構成し、発電
機の回転軸の軸受をすべり軸受から構成し、かつ、この
水車の回転軸と発電機の回転軸をリジッドに結合したこ
とを特徴としている。
【０００６】このように、重量が小さく、荷重変動の大
きい水車側の軸受を磁気軸受から構成すると、磁気軸受
のもつ優れた振動吸収作用により、流体エネルギが作用
する水車部分の振動を吸収することができ、水車発電機
全体の安定した運転が可能となる。かつ、河川に近い水
車に潤滑油が不要となるため、油の流出による環境汚染
のおそれがない。
きい水車側の軸受を磁気軸受から構成すると、磁気軸受
のもつ優れた振動吸収作用により、流体エネルギが作用
する水車部分の振動を吸収することができ、水車発電機
全体の安定した運転が可能となる。かつ、河川に近い水
車に潤滑油が不要となるため、油の流出による環境汚染
のおそれがない。
【０００７】一方、重量が大きく、荷重変動の小さい発
電機側の軸受は、すべり軸受とすることにより、これを
安定した状態で支持することができ、かつ、既存の水車
発電機において、発電機部分は変更することなく、水車
部分のみを改造することができる。特に、磁気軸受は、
回転軸の位置を微調整することができるから、発電機と
水車とを据え付けた後、水車側の回転軸の軸心を発電機
側の回転軸の軸心に厳密に一致させることが容易にでき
る。
電機側の軸受は、すべり軸受とすることにより、これを
安定した状態で支持することができ、かつ、既存の水車
発電機において、発電機部分は変更することなく、水車
部分のみを改造することができる。特に、磁気軸受は、
回転軸の位置を微調整することができるから、発電機と
水車とを据え付けた後、水車側の回転軸の軸心を発電機
側の回転軸の軸心に厳密に一致させることが容易にでき
る。
【０００８】そして、水車の回転軸と発電機の回転軸を
リジッドに結合することにより、発電機側の運転状態
を、水車の磁気軸受の出力により監視することができ
る。
リジッドに結合することにより、発電機側の運転状態
を、水車の磁気軸受の出力により監視することができ
る。
【０００９】水車の回転軸の磁気軸受は、具体的には、
一対のラジアル磁気軸受と、発電機側と反対側の端部に
位置する一つのスラスト磁気軸受から構成することが望
ましい。特に、発熱量＝摩擦損失が大きいスラスト磁気
軸受を磁気軸受により空冷化することにより、冷却水装
置を不要とすることができ、水車の効率を向上させるこ
とが可能となる。
一対のラジアル磁気軸受と、発電機側と反対側の端部に
位置する一つのスラスト磁気軸受から構成することが望
ましい。特に、発熱量＝摩擦損失が大きいスラスト磁気
軸受を磁気軸受により空冷化することにより、冷却水装
置を不要とすることができ、水車の効率を向上させるこ
とが可能となる。
【００１０】さらに、本発明の水車発電機は、別の態様
によると、次の特徴を有する。本発明の水車の回転軸
は、その両端部が一対のラジアル磁気軸受で支持されて
おり、この一対のラジアル磁気軸受のうち、発電機側と
反対側のラジアル軸受の外側にはさらに、該水車の回転
軸を支持する一つのスラスト磁気軸受が設けられてい
る。そして、このスラスト磁気軸受と、このスラスト磁
気軸受の内側に位置するラジアル磁気軸受の構成部品
は、水車回転軸の軸端側から順次挿入組立可能に構成さ
れている。この構成によると、特に水車の軸受部の組立
及び分解が容易であり、据え付け後においても、その磁
気軸受のメンテナンスや修理を容易に行なうことができ
る。
によると、次の特徴を有する。本発明の水車の回転軸
は、その両端部が一対のラジアル磁気軸受で支持されて
おり、この一対のラジアル磁気軸受のうち、発電機側と
反対側のラジアル軸受の外側にはさらに、該水車の回転
軸を支持する一つのスラスト磁気軸受が設けられてい
る。そして、このスラスト磁気軸受と、このスラスト磁
気軸受の内側に位置するラジアル磁気軸受の構成部品
は、水車回転軸の軸端側から順次挿入組立可能に構成さ
れている。この構成によると、特に水車の軸受部の組立
及び分解が容易であり、据え付け後においても、その磁
気軸受のメンテナンスや修理を容易に行なうことができ
る。
【００１１】本発明は、さらに特別なセンサを要するこ
となく、水車発電機の運転状態を監視することができる
装置を提案する。磁気軸受は、回転軸の軸位置を検出し
コイルに与える電流を制御するための複数のセンサを備
えているが、従来、このセンサは、以上の目的にのみ用
いられていた。本発明者らは、このセンサの出力は、回
転軸の軸位置、回転数、負荷等の情報を含んでおり、こ
れを利用すれば、何ら特別のセンサを用いることなく、
運転状態の監視（表示）ができることを見出した。すな
わち本発明は、一対のラジアル磁気軸受及び一つのスラ
スト磁気軸受のセンサの出力を用いて、運転状態を表示
する運転監視装置をさらに設けたことを特徴としてい
る。
となく、水車発電機の運転状態を監視することができる
装置を提案する。磁気軸受は、回転軸の軸位置を検出し
コイルに与える電流を制御するための複数のセンサを備
えているが、従来、このセンサは、以上の目的にのみ用
いられていた。本発明者らは、このセンサの出力は、回
転軸の軸位置、回転数、負荷等の情報を含んでおり、こ
れを利用すれば、何ら特別のセンサを用いることなく、
運転状態の監視（表示）ができることを見出した。すな
わち本発明は、一対のラジアル磁気軸受及び一つのスラ
スト磁気軸受のセンサの出力を用いて、運転状態を表示
する運転監視装置をさらに設けたことを特徴としてい
る。
【００１２】
【発明の実施例】以下図示実施例に基づいて本発明を説
明する。図１は、本発明による水車発電機の全体構成を
示している。設置基礎１０上には、発電機２０と水車３
０が同軸上に配置されている。発電機２０は、従来の発
電機構造と基本的に同一構成であり、設置基礎１０上に
立てた一対の軸受台２１上に、それぞれすべり軸受２２
が設けられていて、この一対のすべり軸受２２に、発電
機回転軸２３が回転自在に支持されている。発電機回転
軸２３には、設置基礎１０に固定された発電機２０の固
定子２５内で回転する回転子２４が一体に固定されてお
り、回転子２４が回転すると、固定子２５に起電力が発
生する。
明する。図１は、本発明による水車発電機の全体構成を
示している。設置基礎１０上には、発電機２０と水車３
０が同軸上に配置されている。発電機２０は、従来の発
電機構造と基本的に同一構成であり、設置基礎１０上に
立てた一対の軸受台２１上に、それぞれすべり軸受２２
が設けられていて、この一対のすべり軸受２２に、発電
機回転軸２３が回転自在に支持されている。発電機回転
軸２３には、設置基礎１０に固定された発電機２０の固
定子２５内で回転する回転子２４が一体に固定されてお
り、回転子２４が回転すると、固定子２５に起電力が発
生する。
【００１３】水車３０は、周知のように、スパイラルケ
ーシング３１とドラフトチューブ３２を有し、このスパ
イラルケーシング３１とドラフトチューブ３２の両側に
位置させて、発電機２０と同様に、一対の軸受台３３、
３４が位置している。これらの要素は、いずれも設置基
礎１０上への固定要素である。
ーシング３１とドラフトチューブ３２を有し、このスパ
イラルケーシング３１とドラフトチューブ３２の両側に
位置させて、発電機２０と同様に、一対の軸受台３３、
３４が位置している。これらの要素は、いずれも設置基
礎１０上への固定要素である。
【００１４】発電機２０側の軸受台３３の上部には、水
車３０の回転軸３５を支持するラジアル磁気軸受３６が
固定されており、水車回転軸３５の軸端側の軸受台３４
上には、ラジアル磁気軸受４１とスラスト磁気軸受４２
の合成磁気軸受４０が固定されている。水車回転軸３５
には、スパイラルケーシング３１内に位置するランナ３
８が固定されている。スパイラルケーシング３１に導か
れた落水は、ランナ３８を通る際に水車回転軸３５に回
転力を与え、ドラフトチューブ３２から排出される。
車３０の回転軸３５を支持するラジアル磁気軸受３６が
固定されており、水車回転軸３５の軸端側の軸受台３４
上には、ラジアル磁気軸受４１とスラスト磁気軸受４２
の合成磁気軸受４０が固定されている。水車回転軸３５
には、スパイラルケーシング３１内に位置するランナ３
８が固定されている。スパイラルケーシング３１に導か
れた落水は、ランナ３８を通る際に水車回転軸３５に回
転力を与え、ドラフトチューブ３２から排出される。
【００１５】磁気軸受は、強磁性材料からなる回転軸に
対して、磁気的に浮上力を与えて非接触で該回転軸を保
持するものである。ラジアル磁気軸受３６は、実質的
に、合成磁気軸受４０中のラジアル磁気軸受４１と同一
構造であるので、図２につき、合成磁気軸受４０の構造
を説明して、その説明に代える。
対して、磁気的に浮上力を与えて非接触で該回転軸を保
持するものである。ラジアル磁気軸受３６は、実質的
に、合成磁気軸受４０中のラジアル磁気軸受４１と同一
構造であるので、図２につき、合成磁気軸受４０の構造
を説明して、その説明に代える。
【００１６】軸受台３４上には、水車３０側に小径部４
３ａ、水車回転軸３５の軸端側に大径部４３ｂを有する
軸受箱４３が固定されている。この軸受箱４３内に収納
されるラジアル磁気軸受４１及びスラスト磁気軸受４２
のすべての軸受部品は、水車回転軸３５の軸端Ａ側から
挿入される環状（筒状）部品からなるもので、軸端Ａ側
からの挿入順に説明すると、最初は、ラジアル磁気軸受
４１のラジアル磁気軸受ユニット４１ｕである。
３ａ、水車回転軸３５の軸端側に大径部４３ｂを有する
軸受箱４３が固定されている。この軸受箱４３内に収納
されるラジアル磁気軸受４１及びスラスト磁気軸受４２
のすべての軸受部品は、水車回転軸３５の軸端Ａ側から
挿入される環状（筒状）部品からなるもので、軸端Ａ側
からの挿入順に説明すると、最初は、ラジアル磁気軸受
４１のラジアル磁気軸受ユニット４１ｕである。
【００１７】このラジアル磁気軸受ユニット４１ｕは、
小径部４３ａ内周に嵌合されフランジ部４４ａで挿入端
を規制される筒状ケーシング４４の両端にそれぞれ、周
方向の複数位置において水車回転軸３５と距離を検出す
るセンサ４５を固定し、中間部分に、周方向に複数に分
割されたラジアル電磁石コア４６ａとラジアル電磁石コ
イル４６ｂを有する複数のラジアル電磁石４６を固定し
てなっている。水車回転軸３５の外周には、このラジア
ル磁気軸受ユニット４１ｕに対向する、強磁性材料から
なる軸スリーブ４７が挿入固定されている。
小径部４３ａ内周に嵌合されフランジ部４４ａで挿入端
を規制される筒状ケーシング４４の両端にそれぞれ、周
方向の複数位置において水車回転軸３５と距離を検出す
るセンサ４５を固定し、中間部分に、周方向に複数に分
割されたラジアル電磁石コア４６ａとラジアル電磁石コ
イル４６ｂを有する複数のラジアル電磁石４６を固定し
てなっている。水車回転軸３５の外周には、このラジア
ル磁気軸受ユニット４１ｕに対向する、強磁性材料から
なる軸スリーブ４７が挿入固定されている。
【００１８】このラジアル磁気軸受４１は、周知のよう
に、センサ４５によって検出される水車回転軸３５との
距離に基づき、ラジアル電磁石コイル４６ｂに流す電流
を制御して、水車回転軸３５を磁気的に浮上させ非接触
で回転自在に保持する。
に、センサ４５によって検出される水車回転軸３５との
距離に基づき、ラジアル電磁石コイル４６ｂに流す電流
を制御して、水車回転軸３５を磁気的に浮上させ非接触
で回転自在に保持する。
【００１９】軸受箱４３内には、次に、その大径部４３
ｂ内に位置するスラスト磁気軸受４２の要素として、ス
ぺーサ５１、スラスト電磁石５２、強磁性材料からなる
スラストカラー５３、スラスト電磁石５４、スぺーサ５
５及び軸受箱カバー５６が、以上の順に挿入されてい
る。スラスト電磁石５２、５４は、それぞれスラスト電
磁石コア５２ａ、５４ａとスラスト電磁石コイル５２
ｂ、５４ｂからなっている。
ｂ内に位置するスラスト磁気軸受４２の要素として、ス
ぺーサ５１、スラスト電磁石５２、強磁性材料からなる
スラストカラー５３、スラスト電磁石５４、スぺーサ５
５及び軸受箱カバー５６が、以上の順に挿入されてい
る。スラスト電磁石５２、５４は、それぞれスラスト電
磁石コア５２ａ、５４ａとスラスト電磁石コイル５２
ｂ、５４ｂからなっている。
【００２０】水車回転軸３５の外周には、スラストカラ
ー５３の軸方向位置を規制する一対のカラー５８、５９
と、補助軸受スリーブ６１が挿入されており、これらの
水車回転軸３５外周の要素は、ワッシャ６２及び固定ナ
ット６３を介して、水車回転軸３５に固定されている。
水車回転軸３５の端部には、固定ナット６３が螺合する
雄ねじ６４が形成されている。軸受箱カバー５６の内周
には、補助軸受スリーブ６１に対向させて、ボールベア
リングからなる補助軸受６５が固定されている。
ー５３の軸方向位置を規制する一対のカラー５８、５９
と、補助軸受スリーブ６１が挿入されており、これらの
水車回転軸３５外周の要素は、ワッシャ６２及び固定ナ
ット６３を介して、水車回転軸３５に固定されている。
水車回転軸３５の端部には、固定ナット６３が螺合する
雄ねじ６４が形成されている。軸受箱カバー５６の内周
には、補助軸受スリーブ６１に対向させて、ボールベア
リングからなる補助軸受６５が固定されている。
【００２１】このスラスト磁気軸受４２では、図示しな
いセンサによって、スラストカラー５３とスラスト電磁
石５２、５４との距離が検出され、この検出出力に応じ
て、常にスラストカラー５３がスラスト電磁石５２と５
４の中間に位置するように、スラスト電磁石コイル５２
ｂ、５４ｂに流す電流が制御され、その結果、非接触の
スラスト磁気軸受が達成される。補助軸受スリーブ６１
及び補助軸受６５は、スラスト電磁石コイル５２ｂ、５
４ｂへの通電を断つ休止時に、機械的に接触して水車回
転軸３５を支持する。
いセンサによって、スラストカラー５３とスラスト電磁
石５２、５４との距離が検出され、この検出出力に応じ
て、常にスラストカラー５３がスラスト電磁石５２と５
４の中間に位置するように、スラスト電磁石コイル５２
ｂ、５４ｂに流す電流が制御され、その結果、非接触の
スラスト磁気軸受が達成される。補助軸受スリーブ６１
及び補助軸受６５は、スラスト電磁石コイル５２ｂ、５
４ｂへの通電を断つ休止時に、機械的に接触して水車回
転軸３５を支持する。
【００２２】以上の発電機２０の発電機回転軸２３と、
水車３０の水車回転軸３５とは、ラジアル磁気軸受３６
及びラジアル磁気軸受４１によって厳密に軸合わせされ
た後、カップリング６７によってリジッドに機械結合さ
れている。
水車３０の水車回転軸３５とは、ラジアル磁気軸受３６
及びラジアル磁気軸受４１によって厳密に軸合わせされ
た後、カップリング６７によってリジッドに機械結合さ
れている。
【００２３】上記構成の本水車発電機は、落水のエネル
ギを受ける水車回転軸３５に、動的な荷重が加わって
も、水車回転軸３５は、ラジアル磁気軸受３６、４１及
びスラスト磁気軸受４２によって支持されているため
に、その振動がよく吸収される。従って、重量の大きい
回転子２４を支持している発電機２０の発電機回転軸２
３にも、その振動が伝達されることがなく、安定した運
転ができる。また、ラジアル磁気軸受３６、４１は、水
車回転軸３５の軸位置の微調整の機能を持っているた
め、既に据え付けられている発電機２０の発電機回転軸
２３に対して、水車回転軸３５の軸位置を容易に合致さ
せることができる。別言すると、水車３０の据え付け時
には、水車回転軸３５の軸位置を厳密に発電機２０の発
電機回転軸２３に一致させる必要はなく、据え付け後に
ラジアル磁気軸受３６、４１のコイルに流す電流を制御
することで、水車回転軸３５の軸位置を微調整すること
ができる。調整可能量は、例えば±１００μm 程度であ
る。
ギを受ける水車回転軸３５に、動的な荷重が加わって
も、水車回転軸３５は、ラジアル磁気軸受３６、４１及
びスラスト磁気軸受４２によって支持されているため
に、その振動がよく吸収される。従って、重量の大きい
回転子２４を支持している発電機２０の発電機回転軸２
３にも、その振動が伝達されることがなく、安定した運
転ができる。また、ラジアル磁気軸受３６、４１は、水
車回転軸３５の軸位置の微調整の機能を持っているた
め、既に据え付けられている発電機２０の発電機回転軸
２３に対して、水車回転軸３５の軸位置を容易に合致さ
せることができる。別言すると、水車３０の据え付け時
には、水車回転軸３５の軸位置を厳密に発電機２０の発
電機回転軸２３に一致させる必要はなく、据え付け後に
ラジアル磁気軸受３６、４１のコイルに流す電流を制御
することで、水車回転軸３５の軸位置を微調整すること
ができる。調整可能量は、例えば±１００μm 程度であ
る。
【００２４】また、以上のラジアル磁気軸受４１及びス
ラスト磁気軸受４２の構成によると、両磁気軸受のすべ
ての軸受部品が環状または筒状をしていて、水車回転軸
３５の軸端Ａ側から挿脱可能であるため、メンテナンス
及び修理が容易である。
ラスト磁気軸受４２の構成によると、両磁気軸受のすべ
ての軸受部品が環状または筒状をしていて、水車回転軸
３５の軸端Ａ側から挿脱可能であるため、メンテナンス
及び修理が容易である。
【００２５】次に、ラジアル磁気軸受３６、４１、スラ
スト磁気軸受４２のセンサの出力を用いた運転監視装置
７０について、図３、図４を参照して説明する。図は、
センサとして、ラジアル磁気軸受４１のセンサ４５を用
いた運転監視装置である。いま、センサ４５及びラジア
ル電磁石４６が、水車回転軸３５の軸中心Ｏを通るＸ、
Ｙ方向の４か所に配置されているとする。４個のセンサ
４５の出力は、Ｘ方向、Ｙ方向に対向する一対の出力が
それぞれＸ方向変位検出器７１、Ｙ方向変位検出器７２
に入力され、Ａ／Ｄ変換器７３、７４を介してデータ処
理部７５に送られる。すなわち、水車回転軸３５の軸位
置の初期設定位置からの変位量は、４個のセンサ４５の
出力によって検出される。
スト磁気軸受４２のセンサの出力を用いた運転監視装置
７０について、図３、図４を参照して説明する。図は、
センサとして、ラジアル磁気軸受４１のセンサ４５を用
いた運転監視装置である。いま、センサ４５及びラジア
ル電磁石４６が、水車回転軸３５の軸中心Ｏを通るＸ、
Ｙ方向の４か所に配置されているとする。４個のセンサ
４５の出力は、Ｘ方向、Ｙ方向に対向する一対の出力が
それぞれＸ方向変位検出器７１、Ｙ方向変位検出器７２
に入力され、Ａ／Ｄ変換器７３、７４を介してデータ処
理部７５に送られる。すなわち、水車回転軸３５の軸位
置の初期設定位置からの変位量は、４個のセンサ４５の
出力によって検出される。
【００２６】一方、４個のラジアル電磁石４６のラジア
ル電磁石コイル４６ｂに流れる電流は、Ｘ方向、Ｙ方向
に対向する一対の出力がそれぞれＸ方向電流検出器７
６、Ｙ方向電流検出器７７に入力され、Ａ／Ｄ変換器７
８、７９を介してデータ処理部７５に送られる。データ
処理部７５は、これらの入力信号に基づき、例えば図４
に示す表示パネル８０に水車回転軸３５、つまり発電機
回転軸２３の状態を表示する。すなわち、水車回転軸３
５と発電機回転軸２３とはカップリング６７によって直
結されているために、水車回転軸３５の運転状態を監視
することは、発電機回転軸２３の運転状態を監視してい
ることを意味する。データ処理部７５は、また、本水車
発電機の運転履歴を記録部８１に記録する。図４に示す
表示項目は、一例を示すものである。
ル電磁石コイル４６ｂに流れる電流は、Ｘ方向、Ｙ方向
に対向する一対の出力がそれぞれＸ方向電流検出器７
６、Ｙ方向電流検出器７７に入力され、Ａ／Ｄ変換器７
８、７９を介してデータ処理部７５に送られる。データ
処理部７５は、これらの入力信号に基づき、例えば図４
に示す表示パネル８０に水車回転軸３５、つまり発電機
回転軸２３の状態を表示する。すなわち、水車回転軸３
５と発電機回転軸２３とはカップリング６７によって直
結されているために、水車回転軸３５の運転状態を監視
することは、発電機回転軸２３の運転状態を監視してい
ることを意味する。データ処理部７５は、また、本水車
発電機の運転履歴を記録部８１に記録する。図４に示す
表示項目は、一例を示すものである。
【００２７】以上の運転監視装置は、水車回転軸３５の
基準位置に対して、４つのセンサ４５により、ＸＹ軸正
負の４方向それぞれの軸方向の変位信号を用いているの
で、次の特徴がある。 １）従来のセンサによる検出装置が相対的な振動の変
化、すなわち両振幅しか検出できないのに対して、絶対
的な位置、すなわち片振幅の検出もできる。これにより
水車回転軸３５（発電機回転軸２３）に加わる力の方向
も判定できる。 ２）４つのセンサ４５により、ＸＹそれぞれの方向の変
位（振幅）を信号の和として検出することにより、軸の
加工形状が完全な円形断面でない場合の検出誤差を小さ
くし、正確な検出が可能となる。 ３）振動センサ、速度センサ、あるいは歪センサ等の特
別なセンサは一切不要である。
基準位置に対して、４つのセンサ４５により、ＸＹ軸正
負の４方向それぞれの軸方向の変位信号を用いているの
で、次の特徴がある。 １）従来のセンサによる検出装置が相対的な振動の変
化、すなわち両振幅しか検出できないのに対して、絶対
的な位置、すなわち片振幅の検出もできる。これにより
水車回転軸３５（発電機回転軸２３）に加わる力の方向
も判定できる。 ２）４つのセンサ４５により、ＸＹそれぞれの方向の変
位（振幅）を信号の和として検出することにより、軸の
加工形状が完全な円形断面でない場合の検出誤差を小さ
くし、正確な検出が可能となる。 ３）振動センサ、速度センサ、あるいは歪センサ等の特
別なセンサは一切不要である。
【００２８】さらに、ラジアル電磁石４６の各ラジアル
電磁石コイル４６ｂの電流値と荷重の関係を予め測定
し、そのデータを元に荷重を求めることができるので、
ＸＹ軸方向の荷重を同時に測定し、これをベクトル合成
することにより、作用する荷重の大きさと方向を求める
ことができる。従来のロードセル等のセンサによる方法
では、荷重の大きさを求めることができても、方向を求
めることはできない。
電磁石コイル４６ｂの電流値と荷重の関係を予め測定
し、そのデータを元に荷重を求めることができるので、
ＸＹ軸方向の荷重を同時に測定し、これをベクトル合成
することにより、作用する荷重の大きさと方向を求める
ことができる。従来のロードセル等のセンサによる方法
では、荷重の大きさを求めることができても、方向を求
めることはできない。
【００２９】
【発明の効果】以上のように本発明の水車発電機によれ
ば、水車側の回転軸を支える磁気軸受のもつ優れた振動
吸収作用により、流体エネルギが作用する水車部分の振
動を吸収することができ、すべり軸受によって支持した
発電機部分を含む全体の安定した運転が可能となる。ま
た、河川に近い水車に潤滑油が不要となるため、油の流
出による環境汚染のおそれがない。また、磁気軸受の持
つ回転軸位置の微調整機能により、水車側の回転軸の軸
心を発電機側の回転軸の軸心に厳密に一致させることが
容易にできる。
ば、水車側の回転軸を支える磁気軸受のもつ優れた振動
吸収作用により、流体エネルギが作用する水車部分の振
動を吸収することができ、すべり軸受によって支持した
発電機部分を含む全体の安定した運転が可能となる。ま
た、河川に近い水車に潤滑油が不要となるため、油の流
出による環境汚染のおそれがない。また、磁気軸受の持
つ回転軸位置の微調整機能により、水車側の回転軸の軸
心を発電機側の回転軸の軸心に厳密に一致させることが
容易にできる。
【００３０】そして、水車の回転軸と発電機の回転軸を
リジッドに結合することにより、発電機側の運転状態
を、水車の磁気軸受の出力により監視することができ
る。また、本発明は、磁気軸受が必ず備える、回転軸の
軸位置を検出しコイルに与える電流を制御するための複
数のセンサを利用して、回転軸の軸位置、回転数、負荷
等の情報を表示するようにしたため、特別なセンサを別
に設けることなく、正確に運転状態の表示ができる。
リジッドに結合することにより、発電機側の運転状態
を、水車の磁気軸受の出力により監視することができ
る。また、本発明は、磁気軸受が必ず備える、回転軸の
軸位置を検出しコイルに与える電流を制御するための複
数のセンサを利用して、回転軸の軸位置、回転数、負荷
等の情報を表示するようにしたため、特別なセンサを別
に設けることなく、正確に運転状態の表示ができる。
【００３１】さらに、本発明は、このスラスト磁気軸受
と、このスラスト磁気軸受の内側に位置するラジアル磁
気軸受の構成部品を、水車回転軸の軸端側から、順次挿
入組立可能に構成することにより、特に水車の軸受部の
組立及び分解を容易とし、据え付け後においても、その
磁気軸受のメンテナンスや修理を容易に行なうことがで
きる。
と、このスラスト磁気軸受の内側に位置するラジアル磁
気軸受の構成部品を、水車回転軸の軸端側から、順次挿
入組立可能に構成することにより、特に水車の軸受部の
組立及び分解を容易とし、据え付け後においても、その
磁気軸受のメンテナンスや修理を容易に行なうことがで
きる。
【図１】本発明による水車発電機の実施例を示す全体の
断面図である。
断面図である。
【図２】水車発電機の回転軸のラジアル磁気軸受とスラ
スト磁気軸受部分の拡大断面図である。
スト磁気軸受部分の拡大断面図である。
【図３】本発明による水車発電機の運転監視装置の実施
例を示すシステム構成図である。
例を示すシステム構成図である。
【図４】同運転監視装置による運転状態の表示の一例を
示す説明図である。
示す説明図である。
１０ 設置基礎 ２０ 発電機 ２１ ３３ ３４ 軸受台 ２２ すべり軸受 ２３ 発電機回転軸 ２４ 回転子 ２５ 固定子 ３０ 水車 ３１ スパイラルケーシング ３５ 水車回転軸 ３６ ラジアル磁気軸受 ４０ 合成磁気軸受 ４１ ラジアル磁気軸受 ４２ スラスト磁気軸受 ４３ 軸受箱 ４３ａ 小径部 ４３ｂ 大径部 ４５ センサ ４６ ラジアル電磁石 ４６ｂ ラジアル電磁石コイル ４７ 軸スリーブ ５２ ５４ スラスト電磁石 ５２ｂ ５４ｂ スラスト電磁石コイル ５３ スラストカラー ６１ 補助軸受スリーブ ６５ 補助軸受
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 有田 勇二 神奈川県横浜市港北区新吉田町2940番地 日本工営株式会社横浜事業所内 (72)発明者 芦沢 康二 東京都千代田区内幸町１丁目１番３号 東 京電力株式会社内 (72)発明者 岡 浩二 東京都千代田区内幸町１丁目１番３号 東 京電力株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】 水車の回転軸の回転を発電機の回転軸の
回転として取り出す水車発電機において、 上記水車の回転軸の軸受を磁気軸受から構成し、 上記発電機の回転軸の軸受をすべり軸受から構成し、 かつ、この水車の回転軸と発電機の回転軸をリジッドに
結合したことを特徴とする水車発電機。 - 【請求項２】 請求項１において、水車の回転軸の磁気
軸受は、一対のラジアル磁気軸受と、発電機側とは反対
側の端部に位置する一つのスラスト磁気軸受から構成さ
れている水車発電機。 - 【請求項３】 水車の回転軸の回転を発電機の回転軸の
回転として取り出す水車発電機において、 水車の回転軸の両端部を、一対のラジアル磁気軸受で支
持し、 この一対のラジアル磁気軸受のうち、発電機側と反対側
のラジアル軸受の外側に、該水車の回転軸を支持する一
つのスラスト磁気軸受を設け、 かつ、このスラスト磁気軸受と、このスラスト磁気軸受
の内側に位置するラジアル磁気軸受の構成部品を、水車
回転軸の軸端側から、順次挿入組立可能としたことを特
徴とする水車発電機。 - 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか１項におい
て、上記磁気軸受は、回転軸の軸位置を検出する複数の
センサを備えており、これらのセンサの出力を用いて、
運転状態を表示する運転監視装置がさらに備えられてい
る水車発電機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5122704A JPH06335199A (ja) | 1993-05-25 | 1993-05-25 | 水車発電機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5122704A JPH06335199A (ja) | 1993-05-25 | 1993-05-25 | 水車発電機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06335199A true JPH06335199A (ja) | 1994-12-02 |
Family
ID=14842550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5122704A Pending JPH06335199A (ja) | 1993-05-25 | 1993-05-25 | 水車発電機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06335199A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102008033758B3 (de) * | 2008-07-18 | 2009-12-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Lageranordnung und Lagerbock mit einem magnetischen Radiallager und einem Fanglager für eine rotierende Maschine |
| US7806596B2 (en) * | 2007-08-31 | 2010-10-05 | Hamilton Sundstrand Corporation | High speed bearing system with bind-free axial displacement |
| JP2015050899A (ja) * | 2013-09-04 | 2015-03-16 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 発電機 |
| CN112727922A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-30 | 北华航天工业学院 | 一种降低摩擦损耗和提高静压支承性能的磁液双悬浮轴承涂层处理方法 |
-
1993
- 1993-05-25 JP JP5122704A patent/JPH06335199A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7806596B2 (en) * | 2007-08-31 | 2010-10-05 | Hamilton Sundstrand Corporation | High speed bearing system with bind-free axial displacement |
| DE102008033758B3 (de) * | 2008-07-18 | 2009-12-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Lageranordnung und Lagerbock mit einem magnetischen Radiallager und einem Fanglager für eine rotierende Maschine |
| US8283826B2 (en) | 2008-07-18 | 2012-10-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Bearing arrangement and bearing block having a magnetic radial bearing and a touchdown bearing for a rotating machine |
| JP2015050899A (ja) * | 2013-09-04 | 2015-03-16 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 発電機 |
| CN112727922A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-30 | 北华航天工业学院 | 一种降低摩擦损耗和提高静压支承性能的磁液双悬浮轴承涂层处理方法 |
| CN112727922B (zh) * | 2020-12-24 | 2022-11-08 | 北华航天工业学院 | 一种降低摩擦损耗和提高静压支承性能的磁液双悬浮轴承涂层处理方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5836739A (en) | Gas turbine engine | |
| US6121704A (en) | Magnetic bearing | |
| JP5696105B2 (ja) | 水力発電装置 | |
| KR20030011902A (ko) | 풍력 에너지로부터 전류를 발생시키는 장치 | |
| CN1492967A (zh) | 具有用于转子轮毂的中空轴的风力设备和发电机 | |
| JPS63277443A (ja) | 配管内蔵形発電装置 | |
| US6543355B1 (en) | Roller for a rotary press | |
| JPH08261237A (ja) | ガスタービンエンジン | |
| Tang et al. | Low eddy loss axial hybrid magnetic bearing with gimballing control ability for momentum flywheel | |
| US6199425B1 (en) | Apparatus and method for testing thrust bearings | |
| JPH06335199A (ja) | 水車発電機 | |
| JPH08318612A (ja) | 電動モータ式の駆動ユニットを有した転写胴 | |
| CA2310191A1 (en) | Mounting of rotors of generators in a magnetic field | |
| CN102303709B (zh) | 一种大力矩磁悬浮飞轮 | |
| JP4808256B2 (ja) | 発電機及びそれを用いたガスタービン発電設備 | |
| JP2006149139A (ja) | 中空アクチュエータ | |
| US4623297A (en) | Turbine rotor for gas turbine engine | |
| US4867006A (en) | Rotating shaft mounted actuating mechanism | |
| WO2019206571A1 (de) | Verfahren zur magnetischen lagerung eines rotors | |
| JPH06335197A (ja) | 水車発電機 | |
| CN106121731A (zh) | 一种双转子结构及涡轮发动机 | |
| GB2345092A (en) | Magnetic levitation and centralisation of a gas turbine rotor | |
| CN109833982B (zh) | 一种土工鼓式离心机装置 | |
| JP3240637B2 (ja) | 軸受装置 | |
| Lui et al. | A zero wear assembly of a hydrodynamic bearing and a rolling bearing |