JP2007162654A

JP2007162654A - ターボチャージャ発電装置

Info

Publication number: JP2007162654A
Application number: JP2005363466A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Iwasaki; 知幸岩崎; Hiromoto Shimaya; 宏基嶋屋
Original assignee: Nishishiba Electric Co Ltd
Current assignee: Nishishiba Electric Co Ltd
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2007-06-28

Abstract

【課題】タービンからの熱の影響を受け難くし、かつ、組立性・メンテナンス性に優れたターボチャージャ発電装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の排ガスエネルギーによって駆動されるタービンと、前記タービンによって駆動されるコンプレッサを有するターボチャージャ発電装置であって、前記コンプレッサ側軸端に発電或いは電動機運転が可能な回転電機を設けた構成であるので、回転電機の冷却性及び組立性とメンテナンス性に優れ、かつ余剰な排ガスエネルギーを余すことなく利用することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ターボチャージャの軸上に回転電機を設置したターボチャージャ発電装置に関するものである。

従来のターボチャージャの軸上に回転電機を設置した発電装置は、特許文献１に開示されているようにタービンとコンプレッサの間のロータ軸に発電機を設けた構成である。

このような構成のターボチャージャ発電装置を図６の全体図を参照して説明する。図６において、１は内燃機関、２はターボチャージャ、３はターボチャージャのコンプレッサ、４はターボチャージャのタービン、５は回転電機、６は回転電機の回転子、７は回転電機の固定子であり、回転電機５をコンプレッサ３とタービン４の間に配置した構成である。

このように構成されたターボチャージャ発電装置は、排ガスエネルギーが余剰な時は、内燃機関１の排ガスによってターボチャージャ２のタービン４が回転駆動され、コンプレッサ３を回して圧縮空気を内燃機関１に送ると共に、回転電機５を回して発電を行う。更に発電して得られた交流電力はインバータ８により使用可能な周波数に変換される。一方、排ガスエネルギーが余剰とならない時は、回転電機５を電動機として運転し、コンプレッサ３を加勢することも可能である。

しかしながら、上記従来例では、回転電機５はコンプレッサ３とタービン４の間に配置されているため、隣接したタービン４の熱の影響によって、回転電機５を構成する固定子７のコイル巻線及び回転子６のコイル巻線、或いは永久磁石方式の場合は回転子６の磁石の温度上昇を引き起こし、この温度上昇がコイル巻線の絶縁破壊や永久磁石の減磁に至らしめ、発電装置の運転に大きな支障を来たすという問題があった。
また、回転電機５のメンテナンスの際にターボチャージャ２の分解を伴うために作業効率が悪いという問題があった。
特開平２−２４１９２６号公報

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、その課題は、内燃機関のターボチャージャの軸端に回転機を設置することにより、タービンからの熱の影響を受け難く、且つ、組立性・メンテナンス性に優れた発電装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１記載のターボチャージャ発電装置の発明は、内燃機関の排ガスエネルギーによって駆動されるタービンと、前記タービンによって駆動されるコンプレッサを有するターボチャージャであって、前記コンプレッサ側軸端に発電或いは電動機運転が可能な回転電機を設けたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のターボチャージャ発電装置において、前記回転電機を前記ターボチャージャにオーバーハングして取り付けて固定していることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載のターボチャージャ発電装置において、前記回転電機を有する発電装置を前記内燃機関上に設置したことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のターボチャージャ発電装置において、前記回転電機で得られる交流電力を所望の周波数に変換するインバータを別室に設置していることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のターボチャージャ発電装置において、前記回転電機の回転軸と前記ターボチャージャの回転軸を中間軸で連結したことを特徴とする。

本発明によれば、回転電機をターボチャージャのコンプレッサ側の軸端に設置しているので、回転電機の冷却性及び組立性とメンテナンス性に優れ、かつ余剰な排ガスエネルギーを余すことなく利用できる発電装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１実施形態であるターボチャージャ発電装置の全体図であり、既に説明した図６の従来例と相違する構成は、従来例のように回転電機５をコンプレッサ３とタービン４の間に設置するのではなく、ターボチャージャ２のコンプレッサ３側軸端に回転電機５を設置した点であり、その他の構成は同一であるので、同一構成要素には同一符号を付して説明する。

図１に示すように、本実施形態であるターボチャージャ発電装置は、ターボチャージャ２のコンプレッサ３側軸端に回転電機を設置する。勿論、発電装置としての作用は従来と同様であり、排ガスエネルギーが余剰な時は、内燃機関１の排ガスによってタービン４が回転駆動され、コンプレッサ３を回して圧縮空気を内燃機関１に送ると共に、回転電機５を回して発電を行い、発電して得られた交流電力はインバータ８により使用可能な周波数に変換され、更には、排ガスエネルギーが余剰とならない時は、回転電機５を電動機として運転し、コンプレッサ３を加勢する。

このように構成された発電装置は、回転電機５をターボチャージャ２のコンプレッサ３側軸端に設置しているので、回転電機５はタービン４からの熱の影響を受け難くなり、従来例に比べ回転電機５の温度上昇を抑えることができる。また、回転電機５のメンテナンスの際にはターボチャージャ２の分解作業を伴わないので、メンテナンス性及び組立性に優れた発電装置とすることができる。
これらの作用により、余剰な排ガスエネルギーを余すことなく利用でき、且つ、冷却性及び組立性とメンテナンス性に優れた排ガスエネルギー回収装置を得ることができる。

（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態であり、図１の第１の実施形態のターボチャージャ発電装置におけるターボチャージャと回転電機の直結部の構成図であり、図１の第１の実施形態と相違する構成は、第１の実施形態のようにターボチャージャ２のコンプレッサ３側軸端に回転電機５を設置したのではなく、回転電機５はターボチャージャのコンプレッサ３側にオーバーハングして固定し、発電装置全体はターボチャージャに具備された固定用脚９によって任意の場所に設置固定されている点であり、その他の構成は同一であるので、同一構成要素には同一符号を付して説明する。

図２に示すように、本実施形態であるターボチャージャ発電装置は、回転電機５はターボチャージャのコンプレッサ３側にオーバーハングして固定され、発電装置全体はターボチャージャに具備された固定用脚９によって任意の場所に設置固定されいる。

このような構成とすることで、回転電機５とターボチャージャ２双方の運転時における高さ方向の熱伸び量の違いを考慮しなくてもよいことになり、設計の簡略化・装置の信頼性を向上させることができる。

（第３の実施形態）
図３は本発明の第３実施形態の構成図であり、図２の第２の実施形態と相違する構成は、発電装置を内燃機関１上に設置した点であり、その他の構成は同一であるので、同一構成要素には同一符号を付して重複説明は省略する。
本実施形態は上記のような構成であるので、発電装置の設置スペースの簡略化を図ることができる。

（第４の実施形態）
図４は本発明の第４実施形態の構成図であり、図３の第３の実施形態と相違する構成は、インバータ８を発電装置とは異なる場所に設置した点であり、その他の構成は同一であるので、同一構成要素には同一符号を付して重複説明は省略する。
本実施形態は上記のような構成であるので、インバータ８を内燃機関１やターボチャージャ２の熱及び振動から遮断し、装置の信頼性を向上させることができる。

（第５の実施形態）
図５は本発明の第５実施形態の構成図であり、図１の第１の実施形態と相違する構成は、ターボチャージャ回転軸１０と回転電機回転軸１１はフレキシブル性を持たせた中間軸１２によって連結されている点であり、その他の構成は同一であるので、同一構成要素には同一符号を付して重複説明は省略する。
本実施形態は上記のような構成であるので、軸系の安定性を向上させ、装置の信頼性を向上させることができる。

本発明の第１の実施形態の構成図。本発明の第２の実施形態の構成図。本発明の第３の実施形態の構成図。本発明の第４の実施形態の構成図。本発明の第５の実施形態の構成図。従来のターボチャージャ発電装置の全体図。

符号の説明

１…内燃機関、２…ターボチャージャ、３…コンプレッサ、４…タービン、５…回転電機、６…回転子、７…固定子、８…インバータ、９…固定用脚、１０…ターボチャージャ回転軸、１１…回転電機回転軸、１２…中間軸。

Claims

内燃機関の排ガスエネルギーによって駆動されるタービンと、前記タービンによって駆動されるコンプレッサを有するターボチャージャであって、前記コンプレッサ側軸端に発電或いは電動機運転が可能な回転電機を設けたことを特徴とするターボチャージャ発電装置。
請求項１記載のターボチャージャ発電装置において、前記回転電機を前記ターボチャージャにオーバーハングして取り付けて固定していることを特徴とするターボチャージャ発電装置。
請求項１又は請求項２記載のターボチャージャ発電装置において、前記回転電機を有する発電装置を前記内燃機関上に設置したことを特徴とするターボチャージャ発電装置。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のターボチャージャ発電装置において、前記回転電機で得られる交流電力を所望の周波数に変換するインバータを別室に設置していることを特徴とするターボチャージャ発電装置。
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のターボチャージャ発電装置において、前記回転電機の回転軸と前記ターボチャージャの回転軸を中間軸で連結したことを特徴とするターボチャージャ発電装置。