JP2003174742A - 回転機械およびその組立方法 - Google Patents
回転機械およびその組立方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ロータの端部に大径の回転機器を取り付けた
状態のまま組み立てることができる回転機械およびその
組立方法を提供すること。 【解決手段】 回転するロータ11と、このロータ11
の周囲に設けられるステータ部13とからなる回転電機
を有する回転機械において、前記ステータ部13を周方
向に少なくとも複数に分割するとともに、前記ロータ1
1を支持する軸受20,30を周方向に少なくとも複数
に分割した構造とする。これにより、少なくとも2つに
分割されるロータ11外周のステータ部13と軸受2
0,30とによってロータ11の端部の回転機器41,
42の大きさにかかわらずロータ11と回転機器41,
42を組み立てた状態で組み込むことができる。したが
って、例えば高速モータのロータの端部にターボ圧縮機
のインペラを取り付けて直接駆動するターボ圧縮機の場
合でも回転部のバランスを取った状態のままロータ11
を分解せずにモータステータ12に組み込むとともに、
軸受20,30で支持することができるようになる。
状態のまま組み立てることができる回転機械およびその
組立方法を提供すること。 【解決手段】 回転するロータ11と、このロータ11
の周囲に設けられるステータ部13とからなる回転電機
を有する回転機械において、前記ステータ部13を周方
向に少なくとも複数に分割するとともに、前記ロータ1
1を支持する軸受20,30を周方向に少なくとも複数
に分割した構造とする。これにより、少なくとも2つに
分割されるロータ11外周のステータ部13と軸受2
0,30とによってロータ11の端部の回転機器41,
42の大きさにかかわらずロータ11と回転機器41,
42を組み立てた状態で組み込むことができる。したが
って、例えば高速モータのロータの端部にターボ圧縮機
のインペラを取り付けて直接駆動するターボ圧縮機の場
合でも回転部のバランスを取った状態のままロータ11
を分解せずにモータステータ12に組み込むとともに、
軸受20,30で支持することができるようになる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、回転機械および
その組立方法に関し、特に高速モータの両端部にモータ
ステータの内径より大きいインペラを取り付けたターボ
圧縮機などの回転機械で、バランスを取った後、ロータ
を分解しないで組み立てることができるようにしたもの
である。
その組立方法に関し、特に高速モータの両端部にモータ
ステータの内径より大きいインペラを取り付けたターボ
圧縮機などの回転機械で、バランスを取った後、ロータ
を分解しないで組み立てることができるようにしたもの
である。
【0002】
【従来の技術】ターボ圧縮機や小型のガスタービン発電
機などの回転機械の中には、高速回転で運転されるもの
があり、例えばロータの両端部に遠心式圧縮機のインペ
ラを取り付けた1軸2段のターボ圧縮機では、増速装置
を介して10万rpm以上の回転数で運転されるものも
ある。
機などの回転機械の中には、高速回転で運転されるもの
があり、例えばロータの両端部に遠心式圧縮機のインペ
ラを取り付けた1軸2段のターボ圧縮機では、増速装置
を介して10万rpm以上の回転数で運転されるものも
ある。
【0003】このような高速運転するターボ圧縮機で
は、増速装置での損失が大きく、これを解消する方法と
して、ロータの中間部を高速モータのロータ部分とする
ことで直接駆動することが考えられている。
は、増速装置での損失が大きく、これを解消する方法と
して、ロータの中間部を高速モータのロータ部分とする
ことで直接駆動することが考えられている。
【0004】一方、高速回転するターボ圧縮機のロータ
では、高速回転時の不釣り合い振動などを抑えるため、
ロータの両端部にインペラを取り付けた組立状態でバラ
ンスを取る必要がある。
では、高速回転時の不釣り合い振動などを抑えるため、
ロータの両端部にインペラを取り付けた組立状態でバラ
ンスを取る必要がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、インペラを
直接駆動する上記のターボ圧縮機では、モータステータ
の内径より、ターボ圧縮機のインペラの外径が大きいた
め、バランスを取った状態のままモータステータに組み
込むことが出来ず、図5に示すように、バランスを取っ
たロータからインペラ1を一旦取り外した後、ロータ2
をモータステータ3に挿入して軸受4を取り付けた後、
再びインペラ1を取り付け、スクロール部5を組み立て
るようにしなければならない。
直接駆動する上記のターボ圧縮機では、モータステータ
の内径より、ターボ圧縮機のインペラの外径が大きいた
め、バランスを取った状態のままモータステータに組み
込むことが出来ず、図5に示すように、バランスを取っ
たロータからインペラ1を一旦取り外した後、ロータ2
をモータステータ3に挿入して軸受4を取り付けた後、
再びインペラ1を取り付け、スクロール部5を組み立て
るようにしなければならない。
【0006】このようなインペラ1とロータ2との再組
み立ての際、ロータ2とインペラ1の位相を完全に一致
させることが難しく、位相を合わせるために特殊な嵌め
合い構造を設けると、そのための加工が必要となり工数
の増大を招くとともに、特殊構造を介して組み立てても
わずかな位相のずれや締付け力の変化によって必ずしも
バランス状態を再現することができないという問題があ
る。
み立ての際、ロータ2とインペラ1の位相を完全に一致
させることが難しく、位相を合わせるために特殊な嵌め
合い構造を設けると、そのための加工が必要となり工数
の増大を招くとともに、特殊構造を介して組み立てても
わずかな位相のずれや締付け力の変化によって必ずしも
バランス状態を再現することができないという問題があ
る。
【0007】この発明は、上記従来技術の有する課題に
鑑みてなされたもので、ロータの端部にインペラのよう
な大径の回転機器を取り付けた状態のまま組み立てるこ
とができる回転機械およびその組立方法を提供しようと
するものである。
鑑みてなされたもので、ロータの端部にインペラのよう
な大径の回転機器を取り付けた状態のまま組み立てるこ
とができる回転機械およびその組立方法を提供しようと
するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
この発明の請求項1記載の回転機械は、回転するロータ
と、このロータの周囲に設けられるステータとからなる
回転電機を有する回転機械において、前記ステータを周
方向に少なくとも複数に分割するとともに、前記ロータ
を支持する軸受を周方向に少なくとも複数に分割した構
造としたことを特徴とするものである。
この発明の請求項1記載の回転機械は、回転するロータ
と、このロータの周囲に設けられるステータとからなる
回転電機を有する回転機械において、前記ステータを周
方向に少なくとも複数に分割するとともに、前記ロータ
を支持する軸受を周方向に少なくとも複数に分割した構
造としたことを特徴とするものである。
【0009】この回転機械によれば、回転するロータ
と、このロータの周囲に設けられるステータとからなる
回転電機を有する回転機械において、前記ステータを周
方向に少なくとも複数に分割するとともに、前記ロータ
を支持する軸受を周方向に少なくとも複数に分割した構
造としており、少なくとも2つに分割されるロータ外周
のステータと軸受とによってロータの端部の回転機器の
大きさにかかわらずロータと回転機器を組み立てた状態
で組み込むことができるようになる。
と、このロータの周囲に設けられるステータとからなる
回転電機を有する回転機械において、前記ステータを周
方向に少なくとも複数に分割するとともに、前記ロータ
を支持する軸受を周方向に少なくとも複数に分割した構
造としており、少なくとも2つに分割されるロータ外周
のステータと軸受とによってロータの端部の回転機器の
大きさにかかわらずロータと回転機器を組み立てた状態
で組み込むことができるようになる。
【0010】したがって、例えば高速モータのロータの
端部にターボ圧縮機のインペラを取り付けて直接駆動す
るターボ圧縮機の場合でも回転部のバランスを取った状
態のまま分解せずにモータステータに組み込むととも
に、軸受で支持することができるようになる。
端部にターボ圧縮機のインペラを取り付けて直接駆動す
るターボ圧縮機の場合でも回転部のバランスを取った状
態のまま分解せずにモータステータに組み込むととも
に、軸受で支持することができるようになる。
【0011】また、この発明の請求項2記載の回転機械
は、請求項1記載の構成に加え、前記ステータを、周方
向に少なくとも複数に分割されたステータコアと、これ
らステータコアのティースに取り付けたコイルとで構成
する一方、各コイルを結線して前記回転電機のステータ
を構成してなることを特徴とするものである。
は、請求項1記載の構成に加え、前記ステータを、周方
向に少なくとも複数に分割されたステータコアと、これ
らステータコアのティースに取り付けたコイルとで構成
する一方、各コイルを結線して前記回転電機のステータ
を構成してなることを特徴とするものである。
【0012】この回転機械によれば、前記ステータを、
周方向に少なくとも複数に分割されたステータコアと、
これらステータコアのティースに取り付けたコイルとで
構成する一方、各コイルを結線して前記回転電機のステ
ータを構成するようにしており、ステータを構成するス
テータコアを分割構造とし、それぞれのステータコアの
ティースにコイルを装着することで、コイルも分割構造
にでき、分割されたコイル同士を結線でこれまでの一体
構造のステータと同一機能をなすようにして電動機や発
電機等の回転電機のロータに対してステータの分割を可
能としている。
周方向に少なくとも複数に分割されたステータコアと、
これらステータコアのティースに取り付けたコイルとで
構成する一方、各コイルを結線して前記回転電機のステ
ータを構成するようにしており、ステータを構成するス
テータコアを分割構造とし、それぞれのステータコアの
ティースにコイルを装着することで、コイルも分割構造
にでき、分割されたコイル同士を結線でこれまでの一体
構造のステータと同一機能をなすようにして電動機や発
電機等の回転電機のロータに対してステータの分割を可
能としている。
【0013】さらに、この発明の請求項3記載の回転機
械は、請求項1または2記載の構成に加え、前記軸受
を、周方向に少なくとも複数に分割された鉄芯と、それ
ぞれの鉄芯に取り付けたコイルとで構成する一方、各コ
イルを結線して磁気軸受を構成してなることを特徴とす
るものである。
械は、請求項1または2記載の構成に加え、前記軸受
を、周方向に少なくとも複数に分割された鉄芯と、それ
ぞれの鉄芯に取り付けたコイルとで構成する一方、各コ
イルを結線して磁気軸受を構成してなることを特徴とす
るものである。
【0014】この回転機械によれば、前記軸受を、周方
向に少なくとも複数に分割された鉄芯と、それぞれの鉄
芯に取り付けたコイルとで構成する一方、各コイルを結
線して磁気軸受を構成するようにしており、分割された
鉄芯の配置と、各鉄芯に取り付けるコイルの配置によっ
て、ヘテロポーラ形やホモポーラ形のラジアル磁気軸受
としたり、スラスト磁気軸受を構成でき、ロータの端部
の回転機器の大きさにかかわらずロータと回転機器を組
み立てた状態で磁気軸受に組み込むことができるように
なる。
向に少なくとも複数に分割された鉄芯と、それぞれの鉄
芯に取り付けたコイルとで構成する一方、各コイルを結
線して磁気軸受を構成するようにしており、分割された
鉄芯の配置と、各鉄芯に取り付けるコイルの配置によっ
て、ヘテロポーラ形やホモポーラ形のラジアル磁気軸受
としたり、スラスト磁気軸受を構成でき、ロータの端部
の回転機器の大きさにかかわらずロータと回転機器を組
み立てた状態で磁気軸受に組み込むことができるように
なる。
【0015】また、この発明の請求項4記載の回転機械
は、請求項1〜3のいずれかに記載の構成に加え、前記
回転電機を、電動機または発電機で構成してなることを
特徴とするものである。
は、請求項1〜3のいずれかに記載の構成に加え、前記
回転電機を、電動機または発電機で構成してなることを
特徴とするものである。
【0016】この回転機械によれば、前記回転電機を、
電動機または発電機で構成するようにしており、例えば
高速モータのロータの端部にターボ圧縮機のインペラを
取り付けて直接駆動するターボ圧縮機の場合でも回転部
のバランスを取った状態のままロータを分解せずにモー
タステータに組み込むとともに、軸受で支持することが
でき、発電機のロータの端部に圧縮機のインペラとター
ビンが取り付けられる小型ガスタービン発電機の場合で
も回転部のバランスを取った状態のままロータを分解せ
ずに発電機ステータに組み込むとともに、軸受で支持す
ることができるようになる。
電動機または発電機で構成するようにしており、例えば
高速モータのロータの端部にターボ圧縮機のインペラを
取り付けて直接駆動するターボ圧縮機の場合でも回転部
のバランスを取った状態のままロータを分解せずにモー
タステータに組み込むとともに、軸受で支持することが
でき、発電機のロータの端部に圧縮機のインペラとター
ビンが取り付けられる小型ガスタービン発電機の場合で
も回転部のバランスを取った状態のままロータを分解せ
ずに発電機ステータに組み込むとともに、軸受で支持す
ることができるようになる。
【0017】さらに、この発明の請求項5記載の回転機
械は、請求項1〜4のいずれかに記載の構成に加え、前
記ロータの少なくとも一端部に当該ロータの径より大径
の回転機器を設けたことを特徴とするものである。
械は、請求項1〜4のいずれかに記載の構成に加え、前
記ロータの少なくとも一端部に当該ロータの径より大径
の回転機器を設けたことを特徴とするものである。
【0018】この回転機械によれば、前記ロータの少な
くとも一端部に当該ロータの径より大径の回転機器を設
けるようにしており、ロータの径より大きい径の回転機
器でも分解せずにそのままステータや軸受内に組み込む
ことができるようになる。
くとも一端部に当該ロータの径より大径の回転機器を設
けるようにしており、ロータの径より大きい径の回転機
器でも分解せずにそのままステータや軸受内に組み込む
ことができるようになる。
【0019】また、この発明の請求項6記載の回転機械
は、請求項5記載の構成に加え、前記回転機器をインペ
ラを備えたターボ圧縮機で構成したことを特徴とするも
のである。
は、請求項5記載の構成に加え、前記回転機器をインペ
ラを備えたターボ圧縮機で構成したことを特徴とするも
のである。
【0020】この回転機械によれば、前記回転機器をイ
ンペラを備えたターボ圧縮機で構成するようにしてお
り、高速モータのロータの端部にターボ圧縮機のインペ
ラを取り付けて直接駆動するターボ圧縮機で、回転部の
バランスを取った状態のままロータを分解せずにモータ
ステータに組み込むとともに、軸受で支持することがで
きるようになる。
ンペラを備えたターボ圧縮機で構成するようにしてお
り、高速モータのロータの端部にターボ圧縮機のインペ
ラを取り付けて直接駆動するターボ圧縮機で、回転部の
バランスを取った状態のままロータを分解せずにモータ
ステータに組み込むとともに、軸受で支持することがで
きるようになる。
【0021】さらに、この発明の請求項7記載の回転機
械は、請求項5記載の構成に加え、前記回転機器をイン
ペラおよびタービンを備えたタービン発電機で構成した
ことを特徴とするものである。
械は、請求項5記載の構成に加え、前記回転機器をイン
ペラおよびタービンを備えたタービン発電機で構成した
ことを特徴とするものである。
【0022】この回転機械によれば、前記回転機器をイ
ンペラおよびタービンを備えたタービン発電機で構成す
るようにしており、発電機のロータの端部に圧縮機のイ
ンペラとタービンが取り付けられる小型ガスタービン発
電機で、回転部のバランスを取った状態のままロータを
分解せずに発電機ステータに組み込むとともに、軸受で
支持することができるようになる。
ンペラおよびタービンを備えたタービン発電機で構成す
るようにしており、発電機のロータの端部に圧縮機のイ
ンペラとタービンが取り付けられる小型ガスタービン発
電機で、回転部のバランスを取った状態のままロータを
分解せずに発電機ステータに組み込むとともに、軸受で
支持することができるようになる。
【0023】また、この発明の請求項8記載の回転機械
の組立方法は、少なくとも一端部に当該ロータの径より
大径の回転機器が設けられたロータを回転機械に組み立
てるに際し、前記回転機械のステータを周方向に少なく
とも複数に分割するとともに、軸受を周方向に少なくと
も複数に分割しておき、これら分割されたステータおよ
び軸受に前記ロータを組み立てるようにしたことを特徴
とするものである。
の組立方法は、少なくとも一端部に当該ロータの径より
大径の回転機器が設けられたロータを回転機械に組み立
てるに際し、前記回転機械のステータを周方向に少なく
とも複数に分割するとともに、軸受を周方向に少なくと
も複数に分割しておき、これら分割されたステータおよ
び軸受に前記ロータを組み立てるようにしたことを特徴
とするものである。
【0024】この回転機械の組立方法によれば、少なく
とも一端部に当該ロータの径より大径の回転機器が設け
られたロータを回転機械に組み立てるに際し、前記回転
機械のステータを周方向に少なくとも複数に分割すると
ともに、軸受を周方向に少なくとも複数に分割してお
き、これら分割されたステータおよび軸受に前記ロータ
を組み立てるようにしており、少なくとも一端部に当該
ロータの径より大径の回転機器が設けられたロータであ
っても、これを回転機械に組み立てることができるよう
になる。
とも一端部に当該ロータの径より大径の回転機器が設け
られたロータを回転機械に組み立てるに際し、前記回転
機械のステータを周方向に少なくとも複数に分割すると
ともに、軸受を周方向に少なくとも複数に分割してお
き、これら分割されたステータおよび軸受に前記ロータ
を組み立てるようにしており、少なくとも一端部に当該
ロータの径より大径の回転機器が設けられたロータであ
っても、これを回転機械に組み立てることができるよう
になる。
【0025】したがって、例えば高速モータのロータの
端部にターボ圧縮機のインペラを取り付けて直接駆動す
るターボ圧縮機の場合でも回転部のバランスを取った状
態のまま分解せずにモータステータに組み込むととも
に、軸受で支持した状態に組み立てることができるよう
になる。
端部にターボ圧縮機のインペラを取り付けて直接駆動す
るターボ圧縮機の場合でも回転部のバランスを取った状
態のまま分解せずにモータステータに組み込むととも
に、軸受で支持した状態に組み立てることができるよう
になる。
【0026】
【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態に
ついて図面に基づき詳細に説明する。図1〜図4はこの
発明の回転機械を高速モータで直接駆動されるターボ圧
縮機に適用した一実施の形態にかかり、図1は分解して
示す全体の断面図、図2は高速モータのステータ部分の
正面図、断面図およびコイルの結線図、図3はラジアル
磁気軸受の正面図、断面図およびコイルの結線図、図4
はスラスト磁気軸受の正面図、断面図およびコイルの結
線図である。
ついて図面に基づき詳細に説明する。図1〜図4はこの
発明の回転機械を高速モータで直接駆動されるターボ圧
縮機に適用した一実施の形態にかかり、図1は分解して
示す全体の断面図、図2は高速モータのステータ部分の
正面図、断面図およびコイルの結線図、図3はラジアル
磁気軸受の正面図、断面図およびコイルの結線図、図4
はスラスト磁気軸受の正面図、断面図およびコイルの結
線図である。
【0027】この回転機械としての高速モータで直接駆
動されるターボ圧縮機(以下、単にターボ圧縮機とす
る。)100は、1軸2段のターボ圧縮機とされ、高速
モータ部10、ラジアル磁気軸受部20、スラスト磁気
軸受部30およびターボ圧縮機部40とで構成され、回
転部として高速モータ部10のロータ11の端部にそれ
ぞれロータ11の外径より大きい外径のターボ圧縮機部
40の1段インペラ41と2段インペラ42が取り付け
られている。
動されるターボ圧縮機(以下、単にターボ圧縮機とす
る。)100は、1軸2段のターボ圧縮機とされ、高速
モータ部10、ラジアル磁気軸受部20、スラスト磁気
軸受部30およびターボ圧縮機部40とで構成され、回
転部として高速モータ部10のロータ11の端部にそれ
ぞれロータ11の外径より大きい外径のターボ圧縮機部
40の1段インペラ41と2段インペラ42が取り付け
られている。
【0028】このターボ圧縮機100では、ロータ11
に1段インペラ41と2段インペラ42を取り付けて回
転部のバランス調整がなされ、この状態のまま分解せず
にターボ圧縮機100が組み立てられるようになってい
る。
に1段インペラ41と2段インペラ42を取り付けて回
転部のバランス調整がなされ、この状態のまま分解せず
にターボ圧縮機100が組み立てられるようになってい
る。
【0029】このため、ターボ圧縮機100では、高速
モータ部10のモータケーシング部12、ラジアル磁気
軸受部20およびスラスト磁気軸受部30の軸受ケーシ
ング部21が分割構造とされ、ここではぞれぞれが上下
に2分割構造とされるとともに、軸受ケーシング部21
がロータ11の軸方向に連結されてモータケーシング部
12に取り付けられ、それぞれのケーシングを一体とし
た上ケーシング101と下ケーシング102の分割構造
としてある。
モータ部10のモータケーシング部12、ラジアル磁気
軸受部20およびスラスト磁気軸受部30の軸受ケーシ
ング部21が分割構造とされ、ここではぞれぞれが上下
に2分割構造とされるとともに、軸受ケーシング部21
がロータ11の軸方向に連結されてモータケーシング部
12に取り付けられ、それぞれのケーシングを一体とし
た上ケーシング101と下ケーシング102の分割構造
としてある。
【0030】このような上ケーシング101と下ケーシ
ング102との分割構造とされたケーシング内には、高
速モータ部10のステータ部(モータステータ)13、
ラジアル磁気軸受部20のステータ部22およびスラス
ト磁気軸受部30のステータ部32がそれぞれ周方向に
少なくとも2つ(複数)に分割されて設けられる。
ング102との分割構造とされたケーシング内には、高
速モータ部10のステータ部(モータステータ)13、
ラジアル磁気軸受部20のステータ部22およびスラス
ト磁気軸受部30のステータ部32がそれぞれ周方向に
少なくとも2つ(複数)に分割されて設けられる。
【0031】まず、高速モータ部10では、例えば3相
2極機とした場合を図2に示すように、ステータ部13
を分割構造とするため、ここでは周方向に、例えば6分
割構造とされ、6つのティース14にコイル15が施さ
れ、それぞれのコイル15を施した状態で、上ケーシン
グ101と下ケーシング102にそれぞれ3個を組み合
わせて取り付けることで、ステータ部13を上下に分割
することができるようにしてある。
2極機とした場合を図2に示すように、ステータ部13
を分割構造とするため、ここでは周方向に、例えば6分
割構造とされ、6つのティース14にコイル15が施さ
れ、それぞれのコイル15を施した状態で、上ケーシン
グ101と下ケーシング102にそれぞれ3個を組み合
わせて取り付けることで、ステータ部13を上下に分割
することができるようにしてある。
【0032】そして、6つに分割されたコイル15は、
従来の3相2極モータと同一の機能(磁界を形成)をな
すように、図2(c)の結線図のいずれかにしたがって
結線され、3相2極モータのステータ部13が構成され
る。
従来の3相2極モータと同一の機能(磁界を形成)をな
すように、図2(c)の結線図のいずれかにしたがって
結線され、3相2極モータのステータ部13が構成され
る。
【0033】なお、高速モータ部10のステータ部13
の分割数は上記の6分割に限らず他の分割数であっても
良いが、モータケーシング部12は2分割とする方が製
作上も組立上も効率的となる。
の分割数は上記の6分割に限らず他の分割数であっても
良いが、モータケーシング部12は2分割とする方が製
作上も組立上も効率的となる。
【0034】このような高速モータ部10によれば、周
方向に分割した状態としても、従来の高速モータ部10
と同様に機能させることができる。
方向に分割した状態としても、従来の高速モータ部10
と同様に機能させることができる。
【0035】次に、ラジアル磁気軸受部20のステータ
部22は、図3に示すように、分割構造とするため、こ
こでは周方向に、例えば2分割構造とされ、鉄芯(コア
部)23が2つに分割され、それぞれの鉄芯23の4つ
のティース24にコイル25が施してあり、例えば図示
例のようにヘテロポーラ形とされ、ロータ11の周方向
にU字状の磁石が配置され、図3(c)に示すように結
線することでロータ11を浮上させて支持するようにな
っている。
部22は、図3に示すように、分割構造とするため、こ
こでは周方向に、例えば2分割構造とされ、鉄芯(コア
部)23が2つに分割され、それぞれの鉄芯23の4つ
のティース24にコイル25が施してあり、例えば図示
例のようにヘテロポーラ形とされ、ロータ11の周方向
にU字状の磁石が配置され、図3(c)に示すように結
線することでロータ11を浮上させて支持するようにな
っている。
【0036】なお、ラジアル磁気軸受部20のステータ
部22の鉄芯23の分割数は、2分割とする場合に限ら
ず、分割数を多くするようにしても良いが、軸受ケーシ
ング部21は2分割とする方が製作上も組立上も効率的
となる。
部22の鉄芯23の分割数は、2分割とする場合に限ら
ず、分割数を多くするようにしても良いが、軸受ケーシ
ング部21は2分割とする方が製作上も組立上も効率的
となる。
【0037】また、コイル25の配置は、ヘテロポーラ
形に限らず、U字状の磁石をロータ11の軸方向に配置
するホモポーラ形としても良く、コイル同士の結線も図
示例の直列接続の場合に限らず、並列接続としても良
い。
形に限らず、U字状の磁石をロータ11の軸方向に配置
するホモポーラ形としても良く、コイル同士の結線も図
示例の直列接続の場合に限らず、並列接続としても良
い。
【0038】このようなラジアル磁気軸受20によれ
ば、周方向に分割した状態としても、従来のラジアル磁
気軸受と同様に機能させることができる。
ば、周方向に分割した状態としても、従来のラジアル磁
気軸受と同様に機能させることができる。
【0039】次に、スラスト磁気軸受部30のステータ
部32は、図4に示すように、分割構造とするため、こ
こでは周方向に、例えば2分割構造とされ、鉄芯(コア
部)33が2つに分割され、それぞれの鉄芯33の円筒
の側面で構成される3つのティース34にコイル35が
施してあり、図4(c)に示すように結線することで磁
界を形成してロータ11の軸方向のスラスト力を支持す
るようになっている。
部32は、図4に示すように、分割構造とするため、こ
こでは周方向に、例えば2分割構造とされ、鉄芯(コア
部)33が2つに分割され、それぞれの鉄芯33の円筒
の側面で構成される3つのティース34にコイル35が
施してあり、図4(c)に示すように結線することで磁
界を形成してロータ11の軸方向のスラスト力を支持す
るようになっている。
【0040】なお、スラスト磁気軸受部30のステータ
部32の鉄芯33の分割数は、2分割とする場合に限ら
ず、分割数を多くするようにしても良いが、軸受ケーシ
ング部21は2分割とする方が製作上も組立上も効率的
となる。
部32の鉄芯33の分割数は、2分割とする場合に限ら
ず、分割数を多くするようにしても良いが、軸受ケーシ
ング部21は2分割とする方が製作上も組立上も効率的
となる。
【0041】また、コイル35同士の結線も図示例の直
列接続の場合に限らず、並列接続としても良い。
列接続の場合に限らず、並列接続としても良い。
【0042】このようなスラスト磁気軸受30によれ
ば、周方向に分割した状態としても、従来のスラスト磁
気軸受と同様に機能させることができる。
ば、周方向に分割した状態としても、従来のスラスト磁
気軸受と同様に機能させることができる。
【0043】一方、ターボ圧縮機部40では、1段イン
ペラ41および2段インペラ42のスクロール部43,
44は、従来と同様に、上下ケーシング101,102
の側面に取り付けることから円周方向に分割しない一体
構造としてある。
ペラ41および2段インペラ42のスクロール部43,
44は、従来と同様に、上下ケーシング101,102
の側面に取り付けることから円周方向に分割しない一体
構造としてある。
【0044】次に、このようなターボ圧縮機100の組
立方法について、図1により説明する。
立方法について、図1により説明する。
【0045】まず、上下に2分割された高速モータ部1
0のモータケーシング部12にラジアル磁気軸受部20
およびスラスト磁気軸受部30の軸受ケーシング部21
をロータ11の軸方向に連結して上ケーシング101と
下ケーシング102のそれぞれに組み込んでおく。
0のモータケーシング部12にラジアル磁気軸受部20
およびスラスト磁気軸受部30の軸受ケーシング部21
をロータ11の軸方向に連結して上ケーシング101と
下ケーシング102のそれぞれに組み込んでおく。
【0046】そして、各ケーシング部12,21にそれ
ぞれ高速モータ部10のステータ部13、ラジアル磁気
軸受部20のステータ部22、スラスト磁気軸受部30
のステータ部32を組み込んで開放状態にしておく。
ぞれ高速モータ部10のステータ部13、ラジアル磁気
軸受部20のステータ部22、スラスト磁気軸受部30
のステータ部32を組み込んで開放状態にしておく。
【0047】この後、下ケーシング102のそれぞれの
ステータ部13,22,32内にロータ11の端部にそ
れぞれ径の大きい1段インペラ41および2段インペラ
42を取り付けた状態で回転バランスを取ったものを、
分解せずにそのまま組み込む。
ステータ部13,22,32内にロータ11の端部にそ
れぞれ径の大きい1段インペラ41および2段インペラ
42を取り付けた状態で回転バランスを取ったものを、
分解せずにそのまま組み込む。
【0048】そして、それぞれのステータ部13,2
2,32が組み込まれた上ケーシング101を被せるよ
うにして上下ケーシング101,102を連結した後、
ターボ圧縮機部40の1段インペラ41および2段イン
ペラ42のスクロール部43,44を取り付ける。
2,32が組み込まれた上ケーシング101を被せるよ
うにして上下ケーシング101,102を連結した後、
ターボ圧縮機部40の1段インペラ41および2段イン
ペラ42のスクロール部43,44を取り付ける。
【0049】こうしてターボ圧縮機100を組み立てる
ことで、両端部にロータ11の径より大きいインペラ4
1,42が取り付けられた状態のロータ11であって
も、ステータ部13に組み込むことができ、回転バラン
スを取った状態のまま組み込むことができる。
ことで、両端部にロータ11の径より大きいインペラ4
1,42が取り付けられた状態のロータ11であって
も、ステータ部13に組み込むことができ、回転バラン
スを取った状態のまま組み込むことができる。
【0050】これにより、回転バランスを取った後、ロ
ータを分解、再組み立てする場合に比べ、不釣合の変化
を無くすことができ、安定した状態で高速運転すること
ができる。
ータを分解、再組み立てする場合に比べ、不釣合の変化
を無くすことができ、安定した状態で高速運転すること
ができる。
【0051】また、分解、再組立のための特殊加工の必
要がなく、コスト低減を図ることができる。
要がなく、コスト低減を図ることができる。
【0052】なお、上記実施の形態では、回転機械とし
てターボ圧縮機を例に、回転電機として高速モータを例
に説明したが、回転機械として小型ガスタービン発電機
とし、回転電機として発電機として構成しても良く、ス
テータを分割構造とすることで、発電機のロータの端部
のインペラやタービンがロータより大径であっても組立
状態のまま発電機や軸受のステータ部に組み込むことが
できる。
てターボ圧縮機を例に、回転電機として高速モータを例
に説明したが、回転機械として小型ガスタービン発電機
とし、回転電機として発電機として構成しても良く、ス
テータを分割構造とすることで、発電機のロータの端部
のインペラやタービンがロータより大径であっても組立
状態のまま発電機や軸受のステータ部に組み込むことが
できる。
【0053】また、上記実施の形態では、ロータの両端
部に回転機械を構成するインペラやタービンを取り付け
るようにしたが、一端部だけに取り付ける場合であって
もこの発明を適用できるものであり、回転機械の径も必
ずしもロータの径より大きい場合のみ適用できるだけで
なく、小さい場合であっても適用することができるもの
である。
部に回転機械を構成するインペラやタービンを取り付け
るようにしたが、一端部だけに取り付ける場合であって
もこの発明を適用できるものであり、回転機械の径も必
ずしもロータの径より大きい場合のみ適用できるだけで
なく、小さい場合であっても適用することができるもの
である。
【0054】さらに、上記実施の形態では、軸受として
ラジアル磁気軸受とスラスト磁気軸受を用い、これらの
軸受ハウジングを一体にした場合で説明したが、それぞ
れの軸受ハウジングを別体にしても良く、軸受の形式も
これら磁気軸受に限らず、すべり軸受や空気軸受などの
他の形式の軸受であってもロータ支持部分を分割構造と
することで用いることができる。
ラジアル磁気軸受とスラスト磁気軸受を用い、これらの
軸受ハウジングを一体にした場合で説明したが、それぞ
れの軸受ハウジングを別体にしても良く、軸受の形式も
これら磁気軸受に限らず、すべり軸受や空気軸受などの
他の形式の軸受であってもロータ支持部分を分割構造と
することで用いることができる。
【0055】
【発明の効果】以上、一実施の形態とともに具体的に説
明したようにこの発明の請求項1記載の回転機械によれ
ば、回転するロータと、このロータの周囲に設けられる
ステータとからなる回転電機を有する回転機械におい
て、前記ステータを周方向に少なくとも複数に分割する
とともに、前記ロータを支持する軸受を周方向に少なく
とも複数に分割した構造としたので、少なくとも2つに
分割されるロータ外周のステータと軸受とによってロー
タの端部の回転機器の大きさにかかわらずロータと回転
機器を組み立てた状態で組み込むことができる。
明したようにこの発明の請求項1記載の回転機械によれ
ば、回転するロータと、このロータの周囲に設けられる
ステータとからなる回転電機を有する回転機械におい
て、前記ステータを周方向に少なくとも複数に分割する
とともに、前記ロータを支持する軸受を周方向に少なく
とも複数に分割した構造としたので、少なくとも2つに
分割されるロータ外周のステータと軸受とによってロー
タの端部の回転機器の大きさにかかわらずロータと回転
機器を組み立てた状態で組み込むことができる。
【0056】したがって、例えば高速モータのロータの
端部にターボ圧縮機のインペラを取り付けて直接駆動す
るターボ圧縮機の場合でも回転部のバランスを取った状
態のまま分解せずにモータステータに組み込むととも
に、軸受で支持することができる。
端部にターボ圧縮機のインペラを取り付けて直接駆動す
るターボ圧縮機の場合でも回転部のバランスを取った状
態のまま分解せずにモータステータに組み込むととも
に、軸受で支持することができる。
【0057】また、この発明の請求項2記載の回転機械
によれば、前記ステータを、周方向に少なくとも複数に
分割されたステータコアと、これらステータコアのティ
ースに取り付けたコイルとで構成する一方、各コイルを
結線して前記回転電機のステータを構成するようにした
ので、ステータを構成するステータコアを分割構造と
し、それぞれのステータコアのティースにコイルを装着
することで、コイルも分割構造にでき、分割されたコイ
ル同士を結線でこれまでの一体構造のステータと同一機
能をなすようにして電動機や発電機等の回転電機のロー
タに対してステータの分割を可能とすることができる。
によれば、前記ステータを、周方向に少なくとも複数に
分割されたステータコアと、これらステータコアのティ
ースに取り付けたコイルとで構成する一方、各コイルを
結線して前記回転電機のステータを構成するようにした
ので、ステータを構成するステータコアを分割構造と
し、それぞれのステータコアのティースにコイルを装着
することで、コイルも分割構造にでき、分割されたコイ
ル同士を結線でこれまでの一体構造のステータと同一機
能をなすようにして電動機や発電機等の回転電機のロー
タに対してステータの分割を可能とすることができる。
【0058】さらに、この発明の請求項3記載の回転機
械によれば、前記軸受を、周方向に少なくとも複数に分
割された鉄芯と、それぞれの鉄芯に取り付けたコイルと
で構成する一方、各コイルを結線して磁気軸受を構成す
るようにしたので、分割された鉄芯の配置と、各鉄芯に
取り付けるコイルの配置によって、ヘテロポーラ形やホ
モポーラ形のラジアル磁気軸受としたり、スラスト磁気
軸受を構成でき、ロータの端部の回転機器の大きさにか
かわらずロータと回転機器を組み立てた状態で磁気軸受
に組み込むことができる。
械によれば、前記軸受を、周方向に少なくとも複数に分
割された鉄芯と、それぞれの鉄芯に取り付けたコイルと
で構成する一方、各コイルを結線して磁気軸受を構成す
るようにしたので、分割された鉄芯の配置と、各鉄芯に
取り付けるコイルの配置によって、ヘテロポーラ形やホ
モポーラ形のラジアル磁気軸受としたり、スラスト磁気
軸受を構成でき、ロータの端部の回転機器の大きさにか
かわらずロータと回転機器を組み立てた状態で磁気軸受
に組み込むことができる。
【0059】また、この発明の請求項4記載の回転機械
によれば、前記回転電機を、電動機または発電機で構成
するようにしたので、例えば高速モータのロータの端部
にターボ圧縮機のインペラを取り付けて直接駆動するタ
ーボ圧縮機の場合でも回転部のバランスを取った状態の
ままロータを分解せずにモータステータに組み込むこと
ができるとともに、軸受で支持することができ、発電機
のロータの端部に圧縮機のインペラとタービンが取り付
けられる小型ガスタービン発電機の場合でも回転部のバ
ランスを取った状態のままロータを分解せずに発電機ス
テータに組み込むことができるとともに、軸受で支持す
ることができる。
によれば、前記回転電機を、電動機または発電機で構成
するようにしたので、例えば高速モータのロータの端部
にターボ圧縮機のインペラを取り付けて直接駆動するタ
ーボ圧縮機の場合でも回転部のバランスを取った状態の
ままロータを分解せずにモータステータに組み込むこと
ができるとともに、軸受で支持することができ、発電機
のロータの端部に圧縮機のインペラとタービンが取り付
けられる小型ガスタービン発電機の場合でも回転部のバ
ランスを取った状態のままロータを分解せずに発電機ス
テータに組み込むことができるとともに、軸受で支持す
ることができる。
【0060】さらに、この発明の請求項5記載の回転機
械によれば、前記ロータの少なくとも一端部に当該ロー
タの径より大径の回転機器を設けるようにしたので、ロ
ータの径より大きい径の回転機器でも分解せずにそのま
まステータや軸受内に組み込むことができる。
械によれば、前記ロータの少なくとも一端部に当該ロー
タの径より大径の回転機器を設けるようにしたので、ロ
ータの径より大きい径の回転機器でも分解せずにそのま
まステータや軸受内に組み込むことができる。
【0061】また、この発明の請求項6記載の回転機械
によれば、前記回転機器をインペラを備えたターボ圧縮
機で構成するようにしたので、高速モータのロータの端
部にターボ圧縮機のインペラを取り付けて直接駆動する
ターボ圧縮機で、回転部のバランスを取った状態のまま
ロータを分解せずにモータステータに組み込むことがで
きるとともに、軸受で支持することができる。
によれば、前記回転機器をインペラを備えたターボ圧縮
機で構成するようにしたので、高速モータのロータの端
部にターボ圧縮機のインペラを取り付けて直接駆動する
ターボ圧縮機で、回転部のバランスを取った状態のまま
ロータを分解せずにモータステータに組み込むことがで
きるとともに、軸受で支持することができる。
【0062】さらに、この発明の請求項7記載の回転機
械によれば、前記回転機器をインペラおよびタービンを
備えたタービン発電機で構成するようにしたので、発電
機のロータの端部に圧縮機のインペラとタービンが取り
付けられる小型ガスタービン発電機で、回転部のバラン
スを取った状態のままロータを分解せずに発電機ステー
タに組み込むことができるとともに、軸受で支持するこ
とができる。
械によれば、前記回転機器をインペラおよびタービンを
備えたタービン発電機で構成するようにしたので、発電
機のロータの端部に圧縮機のインペラとタービンが取り
付けられる小型ガスタービン発電機で、回転部のバラン
スを取った状態のままロータを分解せずに発電機ステー
タに組み込むことができるとともに、軸受で支持するこ
とができる。
【0063】また、この発明の請求項8記載の回転機械
の組立方法によれば、少なくとも一端部に当該ロータの
径より大径の回転機器が設けられたロータを回転機械に
組み立てるに際し、前記回転機械のステータを周方向に
少なくとも複数に分割するとともに、軸受を周方向に少
なくとも複数に分割しておき、これら分割されたステー
タおよび軸受に前記ロータを組み立てるようにしたの
で、少なくとも一端部に当該ロータの径より大径の回転
機器が設けられたロータであっても、これを回転機械に
組み立てることができる。
の組立方法によれば、少なくとも一端部に当該ロータの
径より大径の回転機器が設けられたロータを回転機械に
組み立てるに際し、前記回転機械のステータを周方向に
少なくとも複数に分割するとともに、軸受を周方向に少
なくとも複数に分割しておき、これら分割されたステー
タおよび軸受に前記ロータを組み立てるようにしたの
で、少なくとも一端部に当該ロータの径より大径の回転
機器が設けられたロータであっても、これを回転機械に
組み立てることができる。
【0064】したがって、例えば高速モータのロータの
端部にターボ圧縮機のインペラを取り付けて直接駆動す
るターボ圧縮機の場合でも回転部のバランスを取った状
態のまま分解せずにモータステータに組み込むことがで
きるとともに、軸受で支持した状態に組み立てることが
できる。
端部にターボ圧縮機のインペラを取り付けて直接駆動す
るターボ圧縮機の場合でも回転部のバランスを取った状
態のまま分解せずにモータステータに組み込むことがで
きるとともに、軸受で支持した状態に組み立てることが
できる。
【図1】この発明の回転機械を高速モータで直接駆動さ
れるターボ圧縮機に適用した一実施の形態にかかる分解
して示す全体の断面図である。
れるターボ圧縮機に適用した一実施の形態にかかる分解
して示す全体の断面図である。
【図2】この発明の回転機械を高速モータで直接駆動さ
れるターボ圧縮機に適用した一実施の形態にかかる高速
モータのステータ部分の正面図、断面図およびコイルの
結線図である。
れるターボ圧縮機に適用した一実施の形態にかかる高速
モータのステータ部分の正面図、断面図およびコイルの
結線図である。
【図3】この発明の回転機械を高速モータで直接駆動さ
れるターボ圧縮機に適用した一実施の形態にかかるラジ
アル磁気軸受の正面図、断面図およびコイルの結線図で
ある。
れるターボ圧縮機に適用した一実施の形態にかかるラジ
アル磁気軸受の正面図、断面図およびコイルの結線図で
ある。
【図4】この発明の回転機械を高速モータで直接駆動さ
れるターボ圧縮機に適用した一実施の形態にかかるスラ
スト磁気軸受の正面図、断面図およびコイルの結線図で
ある。
れるターボ圧縮機に適用した一実施の形態にかかるスラ
スト磁気軸受の正面図、断面図およびコイルの結線図で
ある。
【図5】従来の高速モータで直接駆動されるターボ圧縮
機の分解して示す全体の断面図である。
機の分解して示す全体の断面図である。
100 ターボ圧縮機(回転機械)
101 上ケーシング
102 下ケーシング
10 高速モータ部(回転電機)
11 ロータ
12 モータケーシング部
13 ステータ部(ステータ)
14 ティース
15 コイル
16 ステータコアヨーク部
20 ラジアル磁気軸受(軸受)
21 軸受ケーシング部
22 ステータ部
23 鉄芯(コア部)
24 ティース
25 コイル
30 スラスト磁気軸受(軸受)
32 ステータ部
33 鉄芯(コア部)
34 ティース
35 コイル
40 ターボ圧縮機部(回転機械)
41 1段インペラ
42 2段インペラ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考)
H02K 7/14 H02K 7/14 B
7/18 7/18 Z
15/02 15/02 D
(72)発明者 高橋 俊雄
東京都江東区豊洲二丁目1番1号 石川島
播磨重工業株式会社東京第一工場内
(72)発明者 桑田 厳
東京都江東区豊洲二丁目1番1号 石川島
播磨重工業株式会社東京第一工場内
(72)発明者 杉谷 宗寧
東京都江東区豊洲二丁目1番1号 石川島
播磨重工業株式会社東京第一工場内
Fターム(参考) 3H022 AA01 BA07 CA15 CA16 CA20
DA07
5H002 AA07 AB01
5H603 AA09 BB01 BB02 BB07 BB12
CA01 CA05 CB01 CC11 CC17
CD21 EE01
5H607 AA00 BB01 BB02 BB05 BB14
CC01 CC05 DD01 DD19 FF07
FF30 GG17
5H615 AA01 BB01 BB02 BB05 BB14
PP01 PP06 PP12 PP25 QQ19
Claims (8)
- 【請求項1】回転するロータと、このロータの周囲に設
けられるステータとからなる回転電機を有する回転機械
において、前記ステータを周方向に少なくとも複数に分
割するとともに、前記ロータを支持する軸受を周方向に
少なくとも複数に分割した構造としたことを特徴とする
回転機械。 - 【請求項2】前記ステータを、周方向に少なくとも複数
に分割されたステータコアと、これらステータコアのテ
ィースに取り付けたコイルとで構成する一方、各コイル
を結線して前記回転電機のステータを構成してなること
を特徴とする請求項1記載の回転機械。 - 【請求項3】前記軸受を、周方向に少なくとも複数に分
割された鉄芯と、それぞれの鉄芯に取り付けたコイルと
で構成する一方、各コイルを結線して磁気軸受を構成し
てなることを特徴とする請求項1または2記載の回転機
械。 - 【請求項4】前記回転電機を、電動機または発電機で構
成してなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに
記載の回転機械。 - 【請求項5】前記ロータの少なくとも一端部に当該ロー
タの径より大径の回転機器を設けたことを特徴とする請
求項1〜4のいずれかに記載の回転機械。 - 【請求項6】前記回転機器をインペラを備えたターボ圧
縮機で構成したことを特徴とする請求項5記載の回転機
械。 - 【請求項7】前記回転機器をインペラおよびタービンを
備えたタービン発電機で構成したことを特徴とする請求
項5記載の回転機械。 - 【請求項8】少なくとも一端部に当該ロータの径より大
径の回転機器が設けられたロータを回転機械に組み立て
るに際し、前記回転機械のステータを周方向に少なくと
も複数に分割するとともに、軸受を周方向に少なくとも
複数に分割しておき、これら分割されたステータおよび
軸受に前記ロータを組み立てるようにしたことを特徴と
する回転機械の組立方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001372701A JP2003174742A (ja) | 2001-12-06 | 2001-12-06 | 回転機械およびその組立方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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