JP2003307103A - 流体機械 - Google Patents
流体機械Info
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- JP2003307103A JP2003307103A JP2002112470A JP2002112470A JP2003307103A JP 2003307103 A JP2003307103 A JP 2003307103A JP 2002112470 A JP2002112470 A JP 2002112470A JP 2002112470 A JP2002112470 A JP 2002112470A JP 2003307103 A JP2003307103 A JP 2003307103A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
Landscapes
- Control Of Water Turbines (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 軸受の所要スペースを減少することができ、
これにより軸長の短縮化が図れ、装置全体を小型化する
ことができると共に、メンテナンスの負荷を軽減した流
体機械を提供する。 【解決手段】 ケーシング４，７内に収容された一本の
回転軸１に、回転翼２と、発電電動機１１のロータ５と
を少なくとも備え、ロータ５の外周に発電電動機のステ
ータ６を配置した流体機械において、発電電動機１１に
半径方向の磁気力の発生手段と、回転軸１の振動の検出
手段２１と、検出された振動に対して半径方向の磁気力
により減衰力を付与する制御手段２２とを備えた。
これにより軸長の短縮化が図れ、装置全体を小型化する
ことができると共に、メンテナンスの負荷を軽減した流
体機械を提供する。 【解決手段】 ケーシング４，７内に収容された一本の
回転軸１に、回転翼２と、発電電動機１１のロータ５と
を少なくとも備え、ロータ５の外周に発電電動機のステ
ータ６を配置した流体機械において、発電電動機１１に
半径方向の磁気力の発生手段と、回転軸１の振動の検出
手段２１と、検出された振動に対して半径方向の磁気力
により減衰力を付与する制御手段２２とを備えた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン発電
機や水車式発電機等の流体エネルギーを電気エネルギー
にする変換する流体機械、または電気エネルギーを流体
エネルギーに変換する流体機械に関する。
機や水車式発電機等の流体エネルギーを電気エネルギー
にする変換する流体機械、または電気エネルギーを流体
エネルギーに変換する流体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば小型のガスタービンや水車式の発
電機等においては、一本の回転軸に回転翼と発電機のロ
ータとを備え、そのロータの外周に発電機のステータを
配置したものが用いられている。これらの流体機械にお
いては、ケーシング内に収容された回転翼が流体のエネ
ルギーを受けて回転し、回転軸に固定された発電機のロ
ータが回転し、その周囲に配置されたステータの巻線よ
り発電電力が取り出される。
電機等においては、一本の回転軸に回転翼と発電機のロ
ータとを備え、そのロータの外周に発電機のステータを
配置したものが用いられている。これらの流体機械にお
いては、ケーシング内に収容された回転翼が流体のエネ
ルギーを受けて回転し、回転軸に固定された発電機のロ
ータが回転し、その周囲に配置されたステータの巻線よ
り発電電力が取り出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような流体機械に
おいては、運転時の回転数は高速であり、回転軸の曲げ
危険速度以上の回転数で運転する場合が多い。特に、起
動と停止を頻繁に行う場合には、この危険速度をその都
度通過する必要があり、通過時の振動が軸受や装置全体
の劣化を助長することがありうる。
おいては、運転時の回転数は高速であり、回転軸の曲げ
危険速度以上の回転数で運転する場合が多い。特に、起
動と停止を頻繁に行う場合には、この危険速度をその都
度通過する必要があり、通過時の振動が軸受や装置全体
の劣化を助長することがありうる。
【０００４】本発明は、上述の事情に鑑みてなされたも
ので、小型コンパクト化した構造で、安定に高速運転を
行うことができる流体機械を提供することを目的とす
る。
ので、小型コンパクト化した構造で、安定に高速運転を
行うことができる流体機械を提供することを目的とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の流体機械は、ケ
ーシング内に収容された一本の回転軸に、回転翼と、発
電電動機のロータとを少なくとも備え、前記ロータの外
周に発電電動機のステータを配置した流体機械におい
て、前記発電電動機に半径方向の磁気力の発生手段と、
前記回転軸の振動の検出手段と、検出された振動に対し
て前記半径方向の磁気力により減衰力を付与する制御手
段とを備えたことを特徴とする。
ーシング内に収容された一本の回転軸に、回転翼と、発
電電動機のロータとを少なくとも備え、前記ロータの外
周に発電電動機のステータを配置した流体機械におい
て、前記発電電動機に半径方向の磁気力の発生手段と、
前記回転軸の振動の検出手段と、検出された振動に対し
て前記半径方向の磁気力により減衰力を付与する制御手
段とを備えたことを特徴とする。
【０００６】また、前記発電電動機が、磁気軸受の機能
を備え、前記一本の回転軸が前記発電電動機により形成
される磁気軸受と、他の形式の軸受により支持されるこ
とが好ましい。前記他の軸受は、気体軸受または磁気軸
受で構成されることが好ましい。
を備え、前記一本の回転軸が前記発電電動機により形成
される磁気軸受と、他の形式の軸受により支持されるこ
とが好ましい。前記他の軸受は、気体軸受または磁気軸
受で構成されることが好ましい。
【０００７】上述した本発明によれば、発電機（電動
機）自体に振動減衰機能を持たせることで、発電機（電
動機）の不平衡力を考慮した軸受の設計が不要となり、
回転体の不平衡力に起因する振動を防止でき、安定な運
転が可能となる。一般に流体機械においては、運転回転
数が高い程、高出力となる。このため、高速運転に際し
ては、回転軸の曲げ危険速度を通過して回転数を上昇さ
せる必要があるが、発電機（電動機）に回転軸の振動を
減衰させる減衰力発生機能を備えることで、振動を生じ
ることなく、安定に危険速度を通過することができる。
機）自体に振動減衰機能を持たせることで、発電機（電
動機）の不平衡力を考慮した軸受の設計が不要となり、
回転体の不平衡力に起因する振動を防止でき、安定な運
転が可能となる。一般に流体機械においては、運転回転
数が高い程、高出力となる。このため、高速運転に際し
ては、回転軸の曲げ危険速度を通過して回転数を上昇さ
せる必要があるが、発電機（電動機）に回転軸の振動を
減衰させる減衰力発生機能を備えることで、振動を生じ
ることなく、安定に危険速度を通過することができる。
【０００８】そして、発電機（電動機）自体が磁気軸受
機能を備えることで、従来の機械的な軸受を省略するこ
とができ、軸長の短縮が可能となる。そして、一本の回
転軸が発電電動機により形成される磁気軸受と、他の軸
受により支持されているので、少なくとも回転翼と発電
機のロータとを備えた回転軸の一端が固定側に非接触で
浮上支持される。従って、軸受の負荷が軽減して、軸受
の寿命を長寿命化させ、メンテナンスの手間を低減する
ことができる。
機能を備えることで、従来の機械的な軸受を省略するこ
とができ、軸長の短縮が可能となる。そして、一本の回
転軸が発電電動機により形成される磁気軸受と、他の軸
受により支持されているので、少なくとも回転翼と発電
機のロータとを備えた回転軸の一端が固定側に非接触で
浮上支持される。従って、軸受の負荷が軽減して、軸受
の寿命を長寿命化させ、メンテナンスの手間を低減する
ことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面を参照して説明する。
て図面を参照して説明する。
【００１０】図１は、本発明の第１の実施形態の流体機
械であるガスタービン発電機を示す。ケーシング４，７
内には一本の回転軸１が配置され、この回転軸１にはタ
ービン翼２と、コンプレッサ翼３と、発電機のロータ５
とが固定されている。ケーシング４内に収容されたター
ビン翼２に高温の燃焼ガスが供給され、回転軸１が高速
で回転駆動される。ケーシング４内にはコンプレッサ翼
３が配置され、図示しない取入れ口から供給される空気
を吸込み、加圧して図示しないガスタービンエンジンの
燃焼器に圧縮空気を供給する。そして、図示しない燃焼
器において圧縮空気が燃料と混合され、燃焼することで
高温の燃焼ガスがガスタービンに供給され、これにより
回転軸１が高速で回転駆動される。
械であるガスタービン発電機を示す。ケーシング４，７
内には一本の回転軸１が配置され、この回転軸１にはタ
ービン翼２と、コンプレッサ翼３と、発電機のロータ５
とが固定されている。ケーシング４内に収容されたター
ビン翼２に高温の燃焼ガスが供給され、回転軸１が高速
で回転駆動される。ケーシング４内にはコンプレッサ翼
３が配置され、図示しない取入れ口から供給される空気
を吸込み、加圧して図示しないガスタービンエンジンの
燃焼器に圧縮空気を供給する。そして、図示しない燃焼
器において圧縮空気が燃料と混合され、燃焼することで
高温の燃焼ガスがガスタービンに供給され、これにより
回転軸１が高速で回転駆動される。
【００１１】回転軸１に固定されたロータ５の周囲には
発電電動機のステータ６が配置され、ロータ５が回転す
ることによって生じる発電電力がコイル８から取り出さ
れる。ロータ５には永久磁石が周設され、２極または４
極の回転磁界を形成する。従って、タービン翼２に高温
の燃焼ガスが供給されて回転軸１が高速で回転駆動され
ることで、ロータ５の形成する回転磁束がステータ６の
巻線８と鎖交することで巻線８に起電力が生じ、発電電
力を形成する。
発電電動機のステータ６が配置され、ロータ５が回転す
ることによって生じる発電電力がコイル８から取り出さ
れる。ロータ５には永久磁石が周設され、２極または４
極の回転磁界を形成する。従って、タービン翼２に高温
の燃焼ガスが供給されて回転軸１が高速で回転駆動され
ることで、ロータ５の形成する回転磁束がステータ６の
巻線８と鎖交することで巻線８に起電力が生じ、発電電
力を形成する。
【００１２】この発電電力は、ロータおよびステータの
形状が同一とした場合、回転軸１の回転数が高いほど、
発電出力は高くなる。従って、定格回転数はできるだけ
高く設定することが好ましいが、このガスタービン発電
機の起動に際して、定格回転数まで上昇する際に、回転
軸１の曲げ危険速度を通過する必要がある。回転軸の曲
げ危険速度の通過時には回転軸に振動が発生し、軸受や
装置全体の劣化を促進することが懸念される。
形状が同一とした場合、回転軸１の回転数が高いほど、
発電出力は高くなる。従って、定格回転数はできるだけ
高く設定することが好ましいが、このガスタービン発電
機の起動に際して、定格回転数まで上昇する際に、回転
軸１の曲げ危険速度を通過する必要がある。回転軸の曲
げ危険速度の通過時には回転軸に振動が発生し、軸受や
装置全体の劣化を促進することが懸念される。
【００１３】そこで、この発電電動機においては、回転
軸の振動を減衰させる減衰力発生機能を備えている。こ
の減衰力発生機能は、回転軸１の近傍に配置された回転
軸の振動を検出する変位センサ２１と、制御装置２２
と、発電電動機１１に備えられた半径方向の磁気力の発
生手段とにより得られる。
軸の振動を減衰させる減衰力発生機能を備えている。こ
の減衰力発生機能は、回転軸１の近傍に配置された回転
軸の振動を検出する変位センサ２１と、制御装置２２
と、発電電動機１１に備えられた半径方向の磁気力の発
生手段とにより得られる。
【００１４】発電電動機１１のステータ６に、ロータ５
を駆動する主巻線と、その巻線とは極数が異なる制御巻
線を追加して配置する。そして、主巻線と制御巻線との
間に磁極数が±２ｎ（但しｎは整数）の差を有する交流
電流をそれぞれの巻線に供給する。上述の構成で、主巻
線の形成する回転磁界により発電機または電動機として
機能すると共に、主巻線と制御巻線とが形成する合成回
転磁界により、半径方向静止磁気力を形成することが可
能となる。この半径方向静止磁気力により、この発電電
動機は振動減衰機能または磁気軸受機能を備えたものと
なる。この静止磁気力の方向および大きさは、制御巻線
に供給する電流の大きさおよび位相を調整することで、
任意の方向で且つ任意の大きさに制御することが可能で
ある。
を駆動する主巻線と、その巻線とは極数が異なる制御巻
線を追加して配置する。そして、主巻線と制御巻線との
間に磁極数が±２ｎ（但しｎは整数）の差を有する交流
電流をそれぞれの巻線に供給する。上述の構成で、主巻
線の形成する回転磁界により発電機または電動機として
機能すると共に、主巻線と制御巻線とが形成する合成回
転磁界により、半径方向静止磁気力を形成することが可
能となる。この半径方向静止磁気力により、この発電電
動機は振動減衰機能または磁気軸受機能を備えたものと
なる。この静止磁気力の方向および大きさは、制御巻線
に供給する電流の大きさおよび位相を調整することで、
任意の方向で且つ任意の大きさに制御することが可能で
ある。
【００１５】発電電動機１１の回転軸の振動を減衰させ
る減衰力の発生機能は、回転軸１の振動を変位センサ２
１で検出し、制御装置２２で振動を減衰させる制御電流
を生成し、これを発電電動機１１のステータ６の制御巻
線に供給することにより得られる。制御装置２２では、
変位センサ２１で検出した回転軸１の振動による変位信
号を微分して速度信号に変換し、これに対応した減衰力
を発生させる制御電流を制御装置２２にて形成する。
る減衰力の発生機能は、回転軸１の振動を変位センサ２
１で検出し、制御装置２２で振動を減衰させる制御電流
を生成し、これを発電電動機１１のステータ６の制御巻
線に供給することにより得られる。制御装置２２では、
変位センサ２１で検出した回転軸１の振動による変位信
号を微分して速度信号に変換し、これに対応した減衰力
を発生させる制御電流を制御装置２２にて形成する。
【００１６】ロータ５とステータ６により構成されるこ
の発電電動機が、回転軸の振動を減衰させる減衰力発生
機能を備えるので、発電機の起動時に速度を定格回転数
まで上昇するに際して、危険速度を通過する必要がある
が、通過時に振動が変位センサ２１により検出される。
そして、制御装置２２で生成された制御電流がステータ
６に供給され、振動の減衰力を回転軸１に与えることが
でき、安全に危険速度を通過できる。従って、回転軸の
軸長を短縮化するなどの対策を設けることなく、安定に
高速運転が可能なガスタービン発電装置とすることがで
きる。
の発電電動機が、回転軸の振動を減衰させる減衰力発生
機能を備えるので、発電機の起動時に速度を定格回転数
まで上昇するに際して、危険速度を通過する必要がある
が、通過時に振動が変位センサ２１により検出される。
そして、制御装置２２で生成された制御電流がステータ
６に供給され、振動の減衰力を回転軸１に与えることが
でき、安全に危険速度を通過できる。従って、回転軸の
軸長を短縮化するなどの対策を設けることなく、安定に
高速運転が可能なガスタービン発電装置とすることがで
きる。
【００１７】この実施形態においては、回転軸１は、２
個の軸受９，１０によりケーシング７に回転可能に固定
されている。ここで軸受９，１０は、転がり軸受やすべ
り軸受が一般に用いられているが、後述するように、磁
気軸受や気体軸受等の非接触型の軸受を用いてもよい。
個の軸受９，１０によりケーシング７に回転可能に固定
されている。ここで軸受９，１０は、転がり軸受やすべ
り軸受が一般に用いられているが、後述するように、磁
気軸受や気体軸受等の非接触型の軸受を用いてもよい。
【００１８】図２は、本発明の第２の実施形態の流体機
械を示す。この流体機械も図１に示すのと同様な一本の
回転軸１にタービン翼２と、コンプレッサ翼３と、発電
機のロータ５とを備えたガスタービン発電機である。こ
こで、ロータ５とステータ６とから構成される発電電動
機１１は、上述した半径方向静止磁気力を発生すること
ができる磁気軸受機能を備えた発電電動機である。即
ち、変位センサ１６で検出された回転軸１の変位に基づ
いて、ロータ５とステータ６との間に形成される上述し
た半径方向の静止磁気力により、ロータ５がステータ６
に対して非接触で所定位置に浮上支持されつつ回転す
る。
械を示す。この流体機械も図１に示すのと同様な一本の
回転軸１にタービン翼２と、コンプレッサ翼３と、発電
機のロータ５とを備えたガスタービン発電機である。こ
こで、ロータ５とステータ６とから構成される発電電動
機１１は、上述した半径方向静止磁気力を発生すること
ができる磁気軸受機能を備えた発電電動機である。即
ち、変位センサ１６で検出された回転軸１の変位に基づ
いて、ロータ５とステータ６との間に形成される上述し
た半径方向の静止磁気力により、ロータ５がステータ６
に対して非接触で所定位置に浮上支持されつつ回転す
る。
【００１９】そして、回転軸１がガスタービンにより回
転駆動されることで、ロータ５の回転に伴いステータ６
のコイル８に発電電力が形成され、外部に取り出され
る。逆に、この発電電動機１１は電動機として動作する
ことが可能であり、この場合にはロータ５を磁気軸受機
能により非接触で浮上支持した状態で、ステータ６が回
転磁界を形成することで、これによりロータ５が回転
し、電動機として動作し、回転軸１を回転駆動すること
で送風等を行う。
転駆動されることで、ロータ５の回転に伴いステータ６
のコイル８に発電電力が形成され、外部に取り出され
る。逆に、この発電電動機１１は電動機として動作する
ことが可能であり、この場合にはロータ５を磁気軸受機
能により非接触で浮上支持した状態で、ステータ６が回
転磁界を形成することで、これによりロータ５が回転
し、電動機として動作し、回転軸１を回転駆動すること
で送風等を行う。
【００２０】この発電電動機１１においては、変位セン
サ１６および必要に応じて回転センサ１７を備え、検出
した変位および回転数等に基づいて、制御装置２２によ
りこの半径方向静止磁気力を制御することにより、通常
の能動型ラジアル磁気軸受と同様な制御が可能である。
即ち、通常のラジアル磁気軸受と同様に回転軸１を所定
の浮上位置に位置決めして支持することができる。ま
た、浮上位置制御の他に、回転体の軸振動抑制制御、回
転バランス調整、半径方向のダンピングの調整などもそ
れぞれの制御回路を付加することで、これらの制御が可
能である。
サ１６および必要に応じて回転センサ１７を備え、検出
した変位および回転数等に基づいて、制御装置２２によ
りこの半径方向静止磁気力を制御することにより、通常
の能動型ラジアル磁気軸受と同様な制御が可能である。
即ち、通常のラジアル磁気軸受と同様に回転軸１を所定
の浮上位置に位置決めして支持することができる。ま
た、浮上位置制御の他に、回転体の軸振動抑制制御、回
転バランス調整、半径方向のダンピングの調整などもそ
れぞれの制御回路を付加することで、これらの制御が可
能である。
【００２１】図３は、第２の実施形態の変形例の流体機
械を示す。この例においては、２台の磁気軸受機能を備
えた発電電動機１１ａ，１１ｂを備えている。発電電動
機１１ａ，１１ｂの磁気軸受機能により、回転軸１を支
持する軸受数を実質的に増加することができ、他の軸受
１５に対する軸受負荷を減少することができるととも
に、回転軸１の支持能力を増加することができる。ま
た、発電電動機１１ａ，１１ｂに、危険速度通過時に、
回転軸１の振動に対して減衰力を付与するようにしても
よい。
械を示す。この例においては、２台の磁気軸受機能を備
えた発電電動機１１ａ，１１ｂを備えている。発電電動
機１１ａ，１１ｂの磁気軸受機能により、回転軸１を支
持する軸受数を実質的に増加することができ、他の軸受
１５に対する軸受負荷を減少することができるととも
に、回転軸１の支持能力を増加することができる。ま
た、発電電動機１１ａ，１１ｂに、危険速度通過時に、
回転軸１の振動に対して減衰力を付与するようにしても
よい。
【００２２】回転軸の曲げ危険速度は軸長が長くなると
低下する。そのため長い回転軸の場合、運転回転数に到
達するまでいくつかの曲げ危険速度を通過する必要があ
る。発電電動機に不平衡力（半径方向静止磁気力）を利
用した磁気軸受機能を持たせることで回転軸の長さを大
きく変更することなく、回転軸を支承する軸受数を増加
し、同時に不平衡力を制御された軸支持力に変換するた
め、他の軸受に要する負荷能力が減少する。そのため、
他の軸受は小形、安価な軸受を採用することができる。
また、発電電動機部は回転軸にとっては大きな負荷質量
である。回転軸のアンバランスにより大きな負荷質量部
分は大きな振動振幅を発生する。従来の発電電動機は不
平衡剛性を有するため、回転時の変位によりこの振動を
助長する。発電電動機に不平衡力を利用した磁気軸受機
能を持たせることにより、有効に振動の一因である回転
軸に生じる不平衡力の除去と振動の減衰を与えることが
できる。更に、複数の発電電動機により回転軸を支承す
ることで非接触の回転軸支持を達成できる。回転体を非
接触支持することで、メンテナンスコストの低減、高信
頼性、低振動、低騒音、より高速な回転、高効率運転を
達成できる。
低下する。そのため長い回転軸の場合、運転回転数に到
達するまでいくつかの曲げ危険速度を通過する必要があ
る。発電電動機に不平衡力（半径方向静止磁気力）を利
用した磁気軸受機能を持たせることで回転軸の長さを大
きく変更することなく、回転軸を支承する軸受数を増加
し、同時に不平衡力を制御された軸支持力に変換するた
め、他の軸受に要する負荷能力が減少する。そのため、
他の軸受は小形、安価な軸受を採用することができる。
また、発電電動機部は回転軸にとっては大きな負荷質量
である。回転軸のアンバランスにより大きな負荷質量部
分は大きな振動振幅を発生する。従来の発電電動機は不
平衡剛性を有するため、回転時の変位によりこの振動を
助長する。発電電動機に不平衡力を利用した磁気軸受機
能を持たせることにより、有効に振動の一因である回転
軸に生じる不平衡力の除去と振動の減衰を与えることが
できる。更に、複数の発電電動機により回転軸を支承す
ることで非接触の回転軸支持を達成できる。回転体を非
接触支持することで、メンテナンスコストの低減、高信
頼性、低振動、低騒音、より高速な回転、高効率運転を
達成できる。
【００２３】この流体機械においては、回転軸１は発電
電動機１１の磁気軸受機能の他に、他の形式の軸受１５
により支持されている。この軸受１５としては、すべり
軸受や転がり軸受等を用いてもよいが、空気軸受等の流
体軸受または磁気軸受等の非接触型の軸受を用いること
が好ましい。図４は、図２に示す第２の実施形態の変形
例の流体機械を示すもので、軸受１５ａとして気体軸受
を用いたものである。気体軸受は、高速、高回転、高
温、低温の流体機械に適用実績があり、軸受の設置位置
を、例えばガスタービンの場合、タービンとコンプレッ
サの羽根車２，３の間に設置できる。タービンは７００
℃以上の高温の流体が流入するため、その周囲も高温と
なる。そのため、他の軸受では運転に耐えられないが気
体軸受ならばこれを配置することができる。コンプレッ
サとタービンの羽根車２，３は回転軸としては大きな付
加的質量であり、近傍に軸受１５ａを配置することで、
より安定に回転軸１を支承できる。
電動機１１の磁気軸受機能の他に、他の形式の軸受１５
により支持されている。この軸受１５としては、すべり
軸受や転がり軸受等を用いてもよいが、空気軸受等の流
体軸受または磁気軸受等の非接触型の軸受を用いること
が好ましい。図４は、図２に示す第２の実施形態の変形
例の流体機械を示すもので、軸受１５ａとして気体軸受
を用いたものである。気体軸受は、高速、高回転、高
温、低温の流体機械に適用実績があり、軸受の設置位置
を、例えばガスタービンの場合、タービンとコンプレッ
サの羽根車２，３の間に設置できる。タービンは７００
℃以上の高温の流体が流入するため、その周囲も高温と
なる。そのため、他の軸受では運転に耐えられないが気
体軸受ならばこれを配置することができる。コンプレッ
サとタービンの羽根車２，３は回転軸としては大きな付
加的質量であり、近傍に軸受１５ａを配置することで、
より安定に回転軸１を支承できる。
【００２４】図５は、図２に示す第２の実施形態の変形
例の流体機械を示すもので、軸受１５ｂとして磁気軸受
を用いたものである。即ち、変位センサ２０で検出した
回転軸位置が所定位置となるように電磁石の発生する磁
気力を制御する。発電電動機の形式が永久磁石型の場
合、発電機のサイズや効率の制約から永久磁石材として
希土類磁石を使用する場合が多い。しかし、希土類磁石
の利用限界温度は約２５０℃程度である。そのため、タ
ービンなどの高温源から離れて設置する必要がある。一
方で、磁気軸受は非接触で制御型軸受であり、４００℃
程度の運転実績があり比較的高温に耐えうる。磁気軸受
機能を備えた発電電動機のコイルエンドが軸方向に長く
なる場合や、前記のより温度の低い位置に設置したい場
合などは磁気軸受機能を備えた発電電動機を複数台用い
る構成よりも、磁気軸受機能を有する発電電動機と磁気
軸受を組み合わせた場合がより軸長を短縮できる場合が
ある。このような場合、本構成が有用となる。また、磁
気軸受１５ｂをスラスト軸受として用いてもよい。
例の流体機械を示すもので、軸受１５ｂとして磁気軸受
を用いたものである。即ち、変位センサ２０で検出した
回転軸位置が所定位置となるように電磁石の発生する磁
気力を制御する。発電電動機の形式が永久磁石型の場
合、発電機のサイズや効率の制約から永久磁石材として
希土類磁石を使用する場合が多い。しかし、希土類磁石
の利用限界温度は約２５０℃程度である。そのため、タ
ービンなどの高温源から離れて設置する必要がある。一
方で、磁気軸受は非接触で制御型軸受であり、４００℃
程度の運転実績があり比較的高温に耐えうる。磁気軸受
機能を備えた発電電動機のコイルエンドが軸方向に長く
なる場合や、前記のより温度の低い位置に設置したい場
合などは磁気軸受機能を備えた発電電動機を複数台用い
る構成よりも、磁気軸受機能を有する発電電動機と磁気
軸受を組み合わせた場合がより軸長を短縮できる場合が
ある。このような場合、本構成が有用となる。また、磁
気軸受１５ｂをスラスト軸受として用いてもよい。
【００２５】図６は、本発明の第３の実施形態の流体機
械を示す。この流体機械は、縦型のガスタービン装置で
あり、一本の回転軸１にガスタービン翼２と、コンプレ
ッサ翼３と、発電機のロータ５とを備えている点は上記
各実施形態と共通する。そして、この実施形態において
も、発電電動機１１は、上述した磁気軸受機能を有する
発電電動機である。そして、一本の回転軸１は軸受１５
と、上述した発電電動機の磁気軸受機能によりラジアル
方向に支持されている点においても上記実施形態と共通
する。
械を示す。この流体機械は、縦型のガスタービン装置で
あり、一本の回転軸１にガスタービン翼２と、コンプレ
ッサ翼３と、発電機のロータ５とを備えている点は上記
各実施形態と共通する。そして、この実施形態において
も、発電電動機１１は、上述した磁気軸受機能を有する
発電電動機である。そして、一本の回転軸１は軸受１５
と、上述した発電電動機の磁気軸受機能によりラジアル
方向に支持されている点においても上記実施形態と共通
する。
【００２６】この流体機械は縦置型の機械であり、ケー
シング７の下端部にスラスト磁気軸受１８を備えてい
る。スラスト磁気軸受１８により、回転体の自重を支持
すると同時に、半径方向の軸変位に対する受動剛性を発
生して、磁気軸受機能を有する発電電動機１１および軸
受１５と共に回転軸１を半径方向に安定に支持する。な
お、スラスト磁気軸受１８は、永久磁石を含む磁気回路
で構成してもよい。この場合には、回転体の自重を殆ど
永久磁石の磁気力で支持できるので、磁気軸受に供給す
る定常的な電力を殆どなくすことが可能である。また、
軸受１５はすべり軸受や転がり軸受等を用いてもよい
が、空気軸受等の流体軸受または磁気軸受等の非接触型
の軸受を用いることが好ましい。
シング７の下端部にスラスト磁気軸受１８を備えてい
る。スラスト磁気軸受１８により、回転体の自重を支持
すると同時に、半径方向の軸変位に対する受動剛性を発
生して、磁気軸受機能を有する発電電動機１１および軸
受１５と共に回転軸１を半径方向に安定に支持する。な
お、スラスト磁気軸受１８は、永久磁石を含む磁気回路
で構成してもよい。この場合には、回転体の自重を殆ど
永久磁石の磁気力で支持できるので、磁気軸受に供給す
る定常的な電力を殆どなくすことが可能である。また、
軸受１５はすべり軸受や転がり軸受等を用いてもよい
が、空気軸受等の流体軸受または磁気軸受等の非接触型
の軸受を用いることが好ましい。
【００２７】この装置においても、回転軸１の変位を変
位センサ１６により検出する。そして、変位センサ１６
の信号に基づき図示しない制御装置によって、発電電動
機１１における回転軸に作用する半径方向の静止磁気力
を調整して、回転軸１を一定の位置に保持する。また、
必要に応じて回転センサ１７を設けるようにしてもよ
い。この装置においても、発電電動機１１自体が磁気軸
受機能を有するため、軸受１５と組み合わせることで、
回転軸の軸長を短縮でき、装置を小型化することができ
る。また、発電電動機１１に回転軸の振動に対する減衰
力発生機能を備えることで、軸受負荷を軽減し、運転寿
命が長くなり、メンテンスコストを低減できる。
位センサ１６により検出する。そして、変位センサ１６
の信号に基づき図示しない制御装置によって、発電電動
機１１における回転軸に作用する半径方向の静止磁気力
を調整して、回転軸１を一定の位置に保持する。また、
必要に応じて回転センサ１７を設けるようにしてもよ
い。この装置においても、発電電動機１１自体が磁気軸
受機能を有するため、軸受１５と組み合わせることで、
回転軸の軸長を短縮でき、装置を小型化することができ
る。また、発電電動機１１に回転軸の振動に対する減衰
力発生機能を備えることで、軸受負荷を軽減し、運転寿
命が長くなり、メンテンスコストを低減できる。
【００２８】なお、上記実施形態においては、ガスター
ビン装置について本発明を適用する例について示した
が、その他の各種形式の流体エネルギーを電気エネルギ
ーに変換する機械、また電気エネルギーを流体エネルギ
ーに変換する機械についても、本発明の趣旨を同様に適
用できることは勿論である。また、上記実施形態は本発
明の好ましい一実施例を示したもので、本発明の趣旨を
逸脱することなく各種の変形実施例が可能である。
ビン装置について本発明を適用する例について示した
が、その他の各種形式の流体エネルギーを電気エネルギ
ーに変換する機械、また電気エネルギーを流体エネルギ
ーに変換する機械についても、本発明の趣旨を同様に適
用できることは勿論である。また、上記実施形態は本発
明の好ましい一実施例を示したもので、本発明の趣旨を
逸脱することなく各種の変形実施例が可能である。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
一本の回転軸に少なくとも回転翼と発電機のロータとを
固着した流体機械において、高速運転の安定性を高める
ことができると共に、軸受を長寿命化でき、メンテナン
スコストを低減できる。
一本の回転軸に少なくとも回転翼と発電機のロータとを
固着した流体機械において、高速運転の安定性を高める
ことができると共に、軸受を長寿命化でき、メンテナン
スコストを低減できる。
【図１】本発明の第１の実施形態の流体機械を示す断面
図である。
図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の流体機械を示す断面
図である。
図である。
【図３】図２の変形例の流体機械を示す断面図である。
【図４】図２の変形例の流体機械を示す断面図である。
【図５】図２の変形例の流体機械を示す断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態の流体機械を示す断面
図である。
図である。
【符号の説明】
１ 回転軸
２ タービン翼（回転翼）
３ コンプレッサ翼
４，７ ケーシング
５ ロータ
６ ステータ
８ コイル
１１，１１ａ，１１ｂ 発電電動機
１５，１５ａ，１５ｂ 軸受
１６，２１ 変位センサ
１７ 回転センサ
１８ スラスト磁気軸受
２２ 制御装置
─────────────────────────────────────────────────────
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）
Ｆ０３Ｂ 15/18 Ｆ０３Ｂ 15/18 Ｚ
Ｆ１６Ｃ 32/00 Ｆ１６Ｃ 32/00 Ｃ
32/04 32/04 Ａ
Ｈ０２Ｋ 7/09 Ｈ０２Ｋ 7/09
(72)発明者 佐藤 忠
神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号 株
式会社荏原総合研究所内
Ｆターム(参考） 3H073 AA08 AA27 BB23 BB31 CC01
CC26 CD18 CE01 CE21
3J102 AA01 AA02 AA07 AA09 BA03
BA17 CA02 CA22 DA03 DA09
DB05 DB10 GA10
5H607 AA04 AA12 BB01 BB02 BB07
BB14 BB25 BB26 CC01 DD02
DD03 DD16 FF07 FF27 FF30
GG21 HH01
Claims (4)
- 【請求項１】 ケーシング内に収容された一本の回転軸
に、回転翼と、発電電動機のロータとを少なくとも備
え、前記ロータの外周に発電電動機のステータを配置し
た流体機械において、前記発電電動機に半径方向の磁気
力の発生手段と、前記回転軸の振動の検出手段と、検出
された振動に対して前記半径方向の磁気力により減衰力
を付与する制御手段とを備えたことを特徴とする流体機
械。 - 【請求項２】 ケーシング内に収容された一本の回転軸
に、回転翼と、発電電動機のロータとを少なくとも備
え、前記ロータの外周に発電電動機のステータを配置し
た流体機械において、前記発電電動機が、磁気軸受の機
能を備え、前記一本の回転軸が前記発電電動機により形
成される磁気軸受と、他の軸受により支持されたことを
特徴とする流体機械。 - 【請求項３】 前記他の軸受が、気体軸受で構成された
ことを特徴とする請求項２記載の流体機械。 - 【請求項４】 前記他の軸受が、磁気軸受で構成された
ことを特徴とする請求項２記載の流体機械。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002112470A JP2003307103A (ja) | 2002-04-15 | 2002-04-15 | 流体機械 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002112470A JP2003307103A (ja) | 2002-04-15 | 2002-04-15 | 流体機械 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003307103A true JP2003307103A (ja) | 2003-10-31 |
Family
ID=29394966
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002112470A Pending JP2003307103A (ja) | 2002-04-15 | 2002-04-15 | 流体機械 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003307103A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008026268A1 (fr) * | 2006-08-31 | 2008-03-06 | Hitachi, Ltd. | Generateur et installation de production d'energie par turbines a gaz |
| WO2009013453A1 (en) * | 2007-07-21 | 2009-01-29 | Cummins Turbo Technologies Limited | Turbocharger with vibration suppressing device |
| JP2010014136A (ja) * | 2008-07-01 | 2010-01-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 磁気軸受の磁気軸受及びこのシステムを用いた回転機械 |
| JP2013528737A (ja) * | 2010-04-30 | 2013-07-11 | クリーン カーレント リミテッド パートナーシップ | 強化されたダクト、ブレード及び発電機を有する一方向ハイドロタービン |
| JP2014521004A (ja) * | 2011-07-12 | 2014-08-25 | ターボメカ | 熱的非平衡を低減しながらターボ機械を起動する方法 |
| US9359991B2 (en) | 2009-10-29 | 2016-06-07 | Oceana Energy Company | Energy conversion systems and methods |
| JP2018528357A (ja) * | 2015-08-20 | 2018-09-27 | オーレリア タービンス オイ | 陸上または海洋ベースのマルチスプールガスタービンを動作させるためのシステム、方法、およびコンピュータプログラム |
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| JP2019526750A (ja) * | 2016-09-13 | 2019-09-19 | デルタ・モータースポーツ・リミテッド | ガスタービン発電機の改良またはそれに関連する改良 |
| CN113147303A (zh) * | 2021-04-19 | 2021-07-23 | 江苏大学 | 一种液压马达式惯性馈能装置及其控制方法 |
-
2002
- 2002-04-15 JP JP2002112470A patent/JP2003307103A/ja active Pending
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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