JP2014114939A - 磁気カップリング - Google Patents

Abstract

【課題】例えば、船舶の推進用主機としてのディーゼルエンジン（内燃機関）の排熱回収用として設置した排熱回収型船舶推進装置を構成する排熱回収発電装置において、パワータービンの回転を減速機に伝達する磁気カップリングに適用するにあたり、パワータービンのロータ軸が脱調して過回転状態に陥るのを防止することを主たる目的とする。
【解決手段】第１の回転軸１３ａと、第２の回転軸２４ａとの相対的な捩れ角を常時計測する捩れ角計測装置２０１が設けられている。
【選択図】図４

Description

本発明は、磁気カップリングに関し、例えば、タービンの回転を減速機に伝達する磁気カップリングに関するものである。

駆動源の駆動力を非接触で回転機械に伝達する磁気カップリングとしては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。

特開２００８−１６４０９５号公報

しかしながら、船舶の推進用主機としてのディーゼルエンジンの排熱回収用として設置した排熱回収型船舶推進装置を構成する排熱回収発電装置において、パワータービンの回転を減速機に伝達する磁気カップリングは、伝達トルクが大きいために大型化するとともに、パワータービンとともに高速（例えば、３０００回転／分以上）で回転することになる。そのため、上記排熱回収発電装置において、パワータービンの回転を減速機に伝達する磁気カップリングとして上記特許文献１に開示された磁気カップリングを適用したとしても、磁気カップリングを構成するカップリング部材（アウターロータ）により大きな遠心力が作用し、カップリング部材（アウターロータ）が半径方向外側に拡がり、駆動用磁石と従動用磁石との間隔が大きくなり、駆動用磁石の従動用磁石に対する磁力が弱くなり、駆動力の伝達が正常にできなくなるという事態が生じるおそれがある。

上記排熱回収発電装置において、パワータービンの回転を減速機に伝達する磁気カップリングの伝達トルクは、パワータービンの出力が大きくなると、それに伴って大きくなり、従動側となる減速機のピニオン軸が、駆動側となるパワータービンのロータ軸に対して相対的に捩れ（回転方向後側に遅れ）ていく。そして、減速機のピニオン軸とパワータービンのロータ軸との相対的な捩れ（位相差）がある値よりも大きくなると、減速機のピニオン軸がパワータービンのロータ軸に追従しなくなる、いわゆる「脱調」と呼ばれる現象が生じる。「脱調」と呼ばれる現象が生じると、駆動側のパワータービンの回転が過回転状態に陥り、駆動側のパワータービンが破壊に至るおそれがある。一方、減速機のピニオン軸はホイール歯車と連結され、ホイール歯車で減速された回転は、発電機の入力軸にフレキシブルカップリングで連結されており、脱調状態になった場合でも、発電機がブレーキとなり、過回転になることはない。

さらに、船舶の推進用主機としてのディーゼルエンジンの排熱回収用として設置した排熱回収型船舶推進装置を構成する排熱回収発電装置において、パワータービンの回転を減速機に伝達する磁気カップリングは、パワータービンとともに高速（例えば、約１万回転／分）で回転することになる。そのため、上記排熱回収発電装置において、パワータービンの回転を減速機に伝達する磁気カップリングとして上記特許文献１に開示された磁気カップリングを適用したとしても、磁気カップリングを構成するカップリング部材（インナーロータ）により大きな遠心力が作用し、カップリング部材（インナーヨーク）の外周面に取り付けられた（貼り付けられた）駆動用磁石が剥がれて半径方向外側に飛散して、磁気カップリングが破損してしまうといった事態が生じるおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、例えば、船舶の推進用主機としてのディーゼルエンジン（内燃機関）の排熱回収用として設置した排熱回収型船舶推進装置を構成する排熱回収発電装置において、パワータービンの回転を減速機に伝達する磁気カップリングに適用するにあたり、駆動側のパワータービンのロータ軸と減速機のピニオン軸が脱調状態となり、駆動側のパワータービンの回転が過回転状態に陥るのを防止することを主たる目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る磁気カップリングは、円盤状のインナーヨークの周縁部に、Ｎ極となる磁石と、Ｓ極となる磁石とが、周方向に沿って交互に配列されるとともに、駆動側となる第１の回転軸に固定されて前記第１の回転軸とともに回転するインナーロータと、平面視円形状を呈する底部と、平面視環形状を呈する周壁部と、を備えたアウターヨークの該周壁部の内周面に、Ｎ極となる磁石と、Ｓ極となる磁石とが、周方向に沿って交互に配列されるとともに、前記第１の回転軸に対して従動側となる第２の回転軸に固定されて前記第２の回転軸とともに回転するアウターロータと、を備えた磁気カップリングであって、前記第１の回転軸と、前記第２の回転軸との相対的な捩れ角を常時計測する捩れ角計測装置が設けられている。

本発明に係る磁気カップリングによれば、捩れ角計測装置により、第１の回転軸と、第２の回転軸との相対的な捩れ角が常時計測されることになる。そして、第１の回転軸と、第２の回転軸との相対的な捩れ角が、例えば、予め定められた閾値を超えたら、第１の回転軸を停止させることにより、例えば、船舶の推進用主機としてのディーゼルエンジン（内燃機関）の排熱回収用として設置した排熱回収型船舶推進装置を構成する排熱回収発電装置において、パワータービンの回転を減速機に伝達する磁気カップリングに適用するにあたり、第１の回転軸（すなわち、駆動側のパワータービンのロータ軸）が脱調して過回転状態に陥るのを防止することができる。

本発明に係る排熱回収装置は、船舶の内燃機関と、作動媒体の循環経路に並列に設置され、それぞれ温度の異なる熱媒体によって前記作動媒体を蒸発させる複数の蒸発器と、前記蒸発器によって蒸発気化された前記作動媒体によって駆動されるタービンと、前記タービンの回転出力によって発電する発電機と、前記タービンを通過した前記作動媒体を凝縮させる凝縮器と、前記タービンの回転を、前記タービンと前記発電機との間に配置された減速機に伝達する磁気カップリングと、前記凝縮器を通過した作動媒体を蒸発気化させるフラッシュチャンバまたは熱交換器と、を備え、前記磁気カップリングが、上記磁気カップリングとされている。

本発明に係る排熱回収装置によれば、第１の回転軸（すなわち、駆動側のパワータービンのロータ軸）が脱調して過回転状態に陥るのを防止することができる磁気カップリングを具備していることになる。
これにより、第１の回転軸が過回転状態に陥ることによるロータ軸の損傷を防止することができ、当該排熱回収装置の信頼性を向上させることができる。

本発明に係る排熱回収型船舶推進装置は、上記排熱回収装置を具備している。

本発明に係る排熱回収型船舶推進装置によれば、第１の回転軸（すなわち、駆動側のパワータービンのロータ軸）が脱調して過回転状態に陥るのを防止することができる排熱回収装置を具備していることになる。
これにより、第１の回転軸が過回転状態に陥ることによるロータ軸の損傷を防止することができ、当該排熱回収型船舶推進装置の信頼性を向上させることができる。

本発明に係る船舶は、上記排熱回収型船舶推進装置を具備している。

本発明に係る船舶によれば、上記排熱回収発電装置を具備しているので、当該船舶の信頼性を向上させることができる。

本発明に係る磁気カップリングの運用方法は、回転駆動体に軸接続された主動軸を回転する工程と、前記主動軸の回転に従って従動軸を回転する工程と、前記主動軸と前記従動軸との捩れ角を測定する工程と、を備えた磁気カップリングの運用方法であって、前記捩れ角計測装置で計測された捩れ角が、予め定められた第１の閾値を超えたら、前記主動軸に加わる負荷が所定の負荷となるように前記主動軸を回転させ、前記第１の閾値よりも大きい、予め定められた第２の閾値を超えたら、前記主動軸を停止させるようにした。

本発明に係る磁気カップリングの運用方法によれば、捩れ角計測装置により、主動軸と、従動軸との相対的な捩れ角が常時計測され、主動軸と、従動軸との相対的な捩れ角が、予め定められた第１の閾値を超えたら、主動軸が所定の回転数となるように主動軸を回転させ、第１の閾値よりも大きい、予め定められた第２の閾値を超えたら、主動軸を停止させることにより、例えば、船舶の推進用主機としてのディーゼルエンジン（内燃機関）の排熱回収用として設置した排熱回収型船舶推進装置を構成する排熱回収発電装置において、パワータービンの回転を減速機に伝達する磁気カップリングに適用するにあたり、主動軸（すなわち、駆動側のパワータービンのロータ軸）が脱調して過回転状態に陥るのを防止することができる。

本発明に係る磁気カップリングの運用方法は、回転駆動体に軸接続された主動軸を回転する工程と、前記主動軸の回転に従って従動軸を回転する工程と、前記主動軸と前記従動軸との捩れ角を測定する工程と、を備えた磁気カップリングの運用方法であって、前記捩れ角計測装置で計測された捩れ角が所定の閾値を超えたら、前記主動軸に加わる負荷が所定の負荷となるように前記主動軸を回転させるようにした。

本発明に係る磁気カップリングの運用方法によれば、捩れ角計測装置により、主動軸と、従動軸との相対的な捩れ角が常時計測され、主動軸と、従動軸との相対的な捩れ角が、予め定められた閾値を超えたら、主動軸が所定の回転数となるように主動軸を回転させることにより、例えば、船舶の推進用主機としてのディーゼルエンジン（内燃機関）の排熱回収用として設置した排熱回収型船舶推進装置を構成する排熱回収発電装置において、パワータービンの回転を減速機に伝達する磁気カップリングに適用するにあたり、主動軸（すなわち、駆動側のパワータービンのロータ軸）が脱調して過回転状態に陥るのを防止することができる。

本発明に係る磁気カップリングの運用方法は、回転駆動体に軸接続された主動軸を回転する工程と、前記主動軸の回転に従って従動軸を回転する工程と、前記主動軸と前記従動軸との捩れ角を測定する工程と、を備えた磁気カップリングの運用方法であって、前記捩れ角計測装置で計測された捩れ角が所定の閾値を超えたら、前記主動軸を停止させるようにした。

本発明に係る磁気カップリングの運用方法によれば、捩れ角計測装置により、主動軸と、従動軸との相対的な捩れ角が常時計測され、主動軸と、従動軸との相対的な捩れ角が、予め定められた閾値を超えたら、主動軸を停止させることにより、例えば、船舶の推進用主機としてのディーゼルエンジン（内燃機関）の排熱回収用として設置した排熱回収型船舶推進装置を構成する排熱回収発電装置において、パワータービンの回転を減速機に伝達する磁気カップリングに適用するにあたり、主動軸（すなわち、駆動側のパワータービンのロータ軸）が脱調して過回転状態に陥るのを防止することができる。

本発明に係る磁気カップリングによれば、例えば、船舶の推進用主機としてのディーゼルエンジン（内燃機関）の排熱回収用として設置した排熱回収型船舶推進装置を構成する排熱回収発電装置において、パワータービンの回転を減速機に伝達する磁気カップリングに適用するにあたり、パワータービンのロータ軸が脱調して過回転状態に陥るのを防止することができるという効果を奏する。

本発明に係る磁気カップリングを具備した排熱回収型船舶推進装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る磁気カップリング、（パワー）タービン、減速機およびフレキシブルカップリングの部分を拡大して示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る磁気カップリングを（パワー）タービンの側から見た図である。 図３を、インナーロータの回転軸線を含む平面で切った断面図である。 本発明の一実施形態に係る磁気カップリングを構成するインナーロータを半径方向外側から見た図である。 図４のＡ−Ａ矢視断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る磁気カップリング、例えば、船舶の推進用主機としてのディーゼルエンジン（内燃機関）の排熱回収用として設置した排熱回収型船舶推進装置を構成する排熱回収発電装置において、パワータービンの回転を減速機に伝達する磁気カップリングについて、図１から図６を参照しながら説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る排熱回収型船舶推進装置１は、排熱回収発電装置２を、船舶の推進用主機としてのディーゼルエンジン３の排熱回収用として設置したものである。
排熱回収発電装置２は、第１サイクル４と第２サイクル５の二つの有機流体経路を有する。第１サイクル４は、第１循環ポンプ１１と、第１流量調整弁（図示せず）と、第１蒸発器（高圧蒸発器）１２と、パワータービン１３と、凝縮器１４と、を備えている。第２サイクル５は、第２循環ポンプ２１と、第２流量調整弁（図示せず）と、第２蒸発器（低圧蒸発器）２２と、パワータービン１３と、凝縮器１４と、を備えている。パワータービン１３には、磁気カップリング２３および減速機２４を介して発電機２５が接続されている。

第１サイクル４と第２サイクル５とは、パワータービン１３から凝縮器１４に至る配管において共通の通路とされ、凝縮器１４からパワータービン１３に至る配管においてそれぞれ別々の通路とされている。第１サイクル４内に存する有機流体（作動媒体）は、第１循環ポンプ１１によって第１サイクル４内を循環し、第２サイクル５内に存する有機流体（作動媒体）は、第２循環ポンプ２１によって第２サイクル５内を循環する。第１サイクル４の圧力および流量は、第１流量調整弁またはインバータによって容量を可変にできる第１循環ポンプ１１によって調整され、第２サイクル５の圧力および流量は、第２流量調整弁またはインバータによって容量を可変に出来る第２循環ポンプ２１によって調整される。

第１サイクル４と第２サイクル５の有機流体経路を流れる有機流体としては、イソペンタン、ブタン、プロパン等の低分子炭化水素や、冷媒として用いられるＲ１３４ａ、Ｒ２４５ｆａ等を用いることができる。第１サイクル４内に存する有機流体は、第１循環ポンプ１１、第１蒸発器１２、パワータービン１３、凝縮器１４を順次通過して相変化を繰り返しながら循環する。第２サイクル５内に存する有機流体は、第２循環ポンプ２１、第２蒸発器２２、パワータービン１３、凝縮器１４を順次通過して相変化を繰り返しながら循環する。

第１蒸発器１２は、第１排熱回収流路３１を流れる熱媒水が第１空気冷却器３２や排ガスエコノマイザ（排ガス熱交換器）３３にて回収した熱によって、第１循環ポンプ１１から送られた液相の有機流体を加熱し、有機流体を気相に変化させる熱交換器である。
なお、第１空気冷却器３２は、熱媒水と熱交換することで、ディーゼルエンジン３のターボチャージャ（過給機）３４から吐出された圧縮空気を冷却する。また、排ガスエコノマイザ３３は、熱媒水と熱交換することで、ディーゼルエンジン３から排出された排ガスを冷却する。

第２蒸発器２２は、第１排熱回収流路３１を流れる熱媒水が第１空気冷却器３２にて回収した熱によって、第２循環ポンプ２１から送出された液相の有機流体を加熱し、有機流体を気相に変化させる熱交換器である。
なお、第２蒸発器２２は、第１蒸発器１２で有機流体を加熱した熱媒水の熱によって第２循環ポンプ２１から送出された液相の有機流体を加熱することとしてもよいし、船舶の推進用主機としてのディーゼルエンジン３のシリンダー用冷却水であるジャケット冷却水（図示せず)を直接第２蒸発器２２で、第２循環ポンプ２１から送出された液相の有機流体を加熱することとしてもよい。

パワータービン１３には、第１サイクル４の第１蒸発器１２で蒸発した有機流体と、第２サイクル５の第２蒸発器２２で蒸発した有機流体とが導入される。そして、パワータービン１３は、第１蒸発器１２によって蒸発した有機流体の熱落差（エンタルピー落差）と、第２蒸発器２２によって蒸発した有機流体の熱落差（エンタルピー落差）とによって回転駆動される。

パワータービン１３の回転動力は、磁気カップリング２３および減速機２４を介して発電機２５に伝達され、発電機２５にて電力が得られるようになっている。発電機２５で得られた電力は、図示しない電力線を介して船内系統へと供給される。パワータービン１３を通過した有機流体は、凝縮器１４にて海水によって冷却されて凝縮液化する。凝縮液化した有機流体は、第１循環ポンプ１１によって第１蒸発器１２へと送られ、第２循環ポンプ２１によって第２蒸発器２２へと送られる。

つぎに、第１排熱回収流路３１について説明する。
第１排熱回収流路３１は閉回路とされており、熱媒水を循環させるための排熱回収用ポンプ４１が設けられている。この排熱回収用ポンプ４１によって、熱媒水は、第１空気冷却器３２、排ガスエコノマイザ３３、第１蒸発器１２、第２蒸発器２２と熱交換するように循環する。第１蒸発器１２、第２蒸発器２２にて冷却された熱媒水は、減圧弁（図示せず）を介して大気圧ドレンタンク４２に回収される。排熱回収用ポンプ４１から第１蒸発器１２、第２蒸発器２２に送られる熱媒水の流量は、第１排熱回収流路３１に設けられた給水制御弁４３で調整される。

第１蒸発器１２の熱媒水入口温度は、例えば、約１９６℃、熱媒水出口温度は、例えば、約７０℃とされる。この第１蒸発器１２にて、熱媒水によって有機流体が蒸発させられる。

排ガスエコノマイザ３３の高温側（排ガス流れ上流側）には、コンポジットボイラ４４が設けられている。コンポジットボイラ４４は、蒸気ドラム４５と循環ポンプ４６と蒸発器４７と、を備えている。蒸気ドラム４５内の水は蒸発器４７に送られ、蒸発器４７にて排ガスと熱交換して蒸発する。

蒸発器４７にて蒸発した蒸気は、蒸気ドラム４５へと導かれる。この蒸気ドラム４５の上方に滞留する蒸気は、補助装置（油加熱機、タンクヒーティング等）へと導かれ、その後、大気圧ドレンタンク４２に回収される。蒸気ドラム４５内の水位は、蒸気ドラムレベル制御弁４８によって調整され、大気圧ドレンタンク４２から蒸気ドラム４５へボイラ給水ポンプ４９によって水が供給される。

つづいて、排熱回収発電装置２の動作について説明する。
ディーゼルエンジン３のターボチャージャ３４によって圧縮された空気は、第１空気冷却器３２と第２空気冷却器５０によって冷却される。この際に第１空気冷却器３２内を流れる第１排熱回収流路３１の熱媒水が圧縮空気によって昇温させられることによって、熱媒水は圧縮空気から熱を回収する。第１空気冷却器３２にて熱回収した後の熱媒水温度は、例えば、約１４２℃とされる。

ディーゼルエンジン３から排出された排ガスは、コンポジットボイラ４４の蒸発器４７と排ガスエコノマイザ３３によって冷却される。この際に排ガスエコノマイザ３３を流れる第１排熱回収流路３１の熱媒水が排ガスによって昇温させられることによって、熱媒水は排ガスから熱を回収する。排ガスエコノマイザ３３にて熱回収した後の熱媒水温度は、例えば、約１９６℃とされる。

第１空気冷却器３２と排ガスエコノマイザ３３で排熱を回収して高温となった熱媒水は、第１蒸発器１２へ導かれ、一方、第１空気冷却器３２で排熱を回収して高温となった熱媒水の一部は、第２蒸発器２２へと導かれ、第１サイクル４および第２サイクル５を循環する有機流体と熱交換する。有機流体は、第１蒸発器１２、第２蒸発器２２にて熱媒水の顕熱によって加熱され蒸発気化する。

蒸発気化して高エンタルピとなった有機流体は、パワータービン１３へと導かれ、その熱落差によってパワータービン１３を回転駆動させる。パワータービン１３の回転出力を得て、発電機２５にて発電が行われる。パワータービン１３にて仕事を終えた有機流体（気相）は、凝縮器１４へと導かれ海水等の冷却水によって冷却されることにより凝縮液化する。

つぎに、図２から図５の少なくとも一図に示すように、本実施形態に係る排熱回収型船舶推進装置１を構成する排熱回収発電装置２において、パワータービン１３の回転を減速機２４に伝達する磁気カップリング２３は、インナーロータ（インナーカップリング部材）６１と、アウターロータ（アウターカップリング部材）６２と、隔壁（包囲部材）６３と、を備えている。

インナーロータ６１は、所定の厚みを有する円盤状のインナーヨーク７１の周縁部に、Ｎ極となる磁石（ネオジム磁石）７２と、Ｓ極となる磁石（ネオジム磁石）７３とが、周方向に沿って交互に配列されたものであり、駆動側となるパワータービン１３のロータ軸（第１の回転軸）１３ａに固定されてロータ軸１３ａとともに回転する。
なお、本実施形態では、６個の磁石７２と、６個の磁石７３とが、周方向に沿って３０°間隔で配置されている。

アウターロータ６２は、従動側となる減速機２４のピニオン軸（第２の回転軸）２４ａに結合される、平面視円形状を呈する底板８１と、底板８１の周縁部に立設された周壁８２と、を備えたアウターヨーク８３の内周面（より詳しくは、周壁８２の内周面）に、Ｎ極となる磁石（ネオジム磁石）８４と、Ｓ極となる磁石（ネオジム磁石）８５とが、周方向に沿って交互に配列されたものであり、減速機２４のピニオン軸２４ａに固定されてピニオン軸２４ａとともに回転する。
なお、本実施形態では、６個の磁石８４と、６個の磁石８５とが、周方向に沿って３０°間隔で配置されている。

隔壁６３は、平面視円形状を呈する底板９１と、底板９１の周縁部に立設された周壁９２と、を備えた円筒形状を呈し、かつ、非磁性体（例えば、GFRP：Glass Fiber Reinforced Plastics）からなる部材であり、インナーロータ６１の外側全体を覆うようにしてインナーロータ６１とアウターロータ６２との間に配置されている。また、底板９１と反対の側に位置する周壁９２の端面には、半径方向外側に向かって拡径するフランジ９３が連続するようにして設けられている。

フランジ９３には、板厚方向に貫通する貫通穴９４が周方向に沿って複数個設けられている。隔壁６３は、貫通穴９４に挿通されるボルト９５を介して、ロータ軸１３ａの軸方向における中央部を軸受け支持する軸受台９６の、減速機２４の側に位置する端面に固定され、その内部には密閉空間が形成されるようになっている。

さて、本実施形態に係る磁気カップリング２３は、外側保持リング１０１と、内側保持リング１０２と、スペーサ（風損防止部材）１０３と、マグネット押さえ１０４と、を備えている。
外側保持リング１０１は、中空円筒形状を呈し、かつ、非磁性体（例えば、CFRP：Carbon Fiber Reinforced Plastics）からなる厚み１５ｍｍ程度の部材であり、アウターヨーク８３を構成する周壁８２の外周面に沿って、周壁８２の外周面全体に巻き付けられている。

内側保持リング１０２は、中空円筒形状を呈し、かつ、非磁性体（例えば、CFRP：Carbon Fiber Reinforced Plastics）からなる厚み２〜７ｍｍ程度の部材であり、インナーヨーク７１の周縁部に配列された磁石７２および磁石７３の外周面に沿って、磁石７２および磁石７３の外周面全体に巻き付けられている。

スペーサ１０３は、平面視円形状を呈する底板１１１と、底板１１１の周縁部に立設された周壁１１２と、を備えた円筒形状を呈し、かつ、金属材料（例えば、アルミニウム）からなる部材である。スペーサ１０３は、底板１１１の下面（図４において右側に位置する面）と、アウターヨーク８３を構成する底板８１の上面（図４において右側に位置する面）とが接し、周壁１１２の外周面と、アウターヨーク８３を構成する周壁８２の内周面とが接するとともに、周壁１１２の先端面（図４において左側に位置する端面）と、磁石７２，７３の一端面（図４において右側に位置する端面）との間に所定の隙間（磁石７２，７３の熱伸びを吸収する隙間）が形成されるようにして、一本のボルト１１３を介して底板８１に固定されている。

底板１１１の径方向における中心部には、ボルト１１３の頭部の頂面と、底板１１１の上面（図４において左側に位置する面）とが同一平面を形成するようにして、ボルト１１３の頭部の全体と軸部の一部を収容する貫通穴１１４が設けられている。
底板８１の径方向における中心部には、貫通穴１１４と連通するとともに、ボルト１１３の軸部外周面に形成された雄ねじ部（図示せず）と螺合する雌ねじ部（図示せず）を備えたボルト穴１１５が設けられている。

アウターヨーク８３と減速機２４のピニオン軸２４ａとは、底板８１に設けられた貫通穴１２１、およびピニオン軸２４ａのフランジ２４ｃに設けられた貫通穴１２２に挿通される複数本（本実施形態では８本）のボルト１２３と、ボルト１２３の軸部外周面に形成された雄ねじ部（図示せず）と螺合する雌ねじ部（図示せず）を備えたナット１２４とを介して結合されている。
底板１１１には、貫通穴１２１と連通するとともに、ナット１２４の頂面と、底板１１１の上面とが同一平面を形成するようにして、ナット１２４の全体を収容する貫通穴１２５が設けられている。

底板８１および底板１１１には、貫通穴１２１および貫通穴１２２の他に、隔壁６３を構成する底板９１と、底板１１１との間に形成された内部空間と、アウターヨーク８３の外側に存する外部空間とを連通する貫通穴（冷却穴）１２６（図６参照）が、周方向に沿って複数個（本実施形態では８個）設けられている。

マグネット押さえ１０４は、周壁１３１と、底板１３２と、を備えている。
周壁１３１は、中空円筒形状を呈し、かつ、金属材料（例えば、ＳＵＳ３０４）からなる部材であり、周壁８２の内周面に配列された磁石８４および磁石８５の内周面に沿って、磁石８４および磁石８５の内周面全体を覆う（内周面全体と接する）ようにして取り付けられている。

底板１３２は、平面視環形状を呈し、かつ、金属材料（例えば、ＳＵＳ３０４）からなる板状の部材であり、磁石８４および磁石８５の他端面（図４において左側に位置する端面）を覆う（他端面と接する）とともに、周壁１３１の一端面（図４において左側に位置する端面）から半径方向外側に向かって拡径するように、その半径方向内側に位置する内周縁部が、周壁１３１の一端面に接続されている。
底板１３２の半径方向外側に位置する外周縁部と、周壁８２の内周面とは、点溶接によって結合されている。結合はねじ止め、接着剤による結合等の機械的接合、圧接、融接等の冶金的接合でよいが、特に点溶接が望ましい。

なお、図５に示すように、本実施形態において、磁石７２および磁石７３は、その両側面（図５において上側および下側に位置する側面）が、図５において左右方向に延びるインナーヨーク７１の回転軸線と平行になるようにして配置されている。

ここで、本実施形態に係る磁気カップリング２３には、パワータービン１３のロータ軸１３ａと、減速機２４のピニオン軸２４ａとの相対的な捩れ角を常時（逐次）計測する、すなわち、減速機２４のピニオン軸２４ａが、パワータービン１３のロータ軸１３ａに対して、回転方向後側に何度捩れているのかを常時（逐次）計測する捩れ角計測装置２０１が設けられている。
捩れ角計測装置２０１は、ロータ軸１３ａの軸方向および周方向における定点（一点）が通過したことを計測し、定点が通過するたびに制御器２０２に信号を出力する第１のセンサ２０３と、ピニオン軸２４ａの軸方向および周方向における定点（一点）が通過したことを計測し、定点が通過するたびに制御器２０２に信号を出力する第２のセンサ２０４と、第１のセンサ２０３および第２のセンサ２０４から送られてきた信号に基づいて、パワータービン１３のロータ軸１３ａと、減速機２４のピニオン軸２４ａとの相対的な捩れ角を算出する制御器２０２と、を備えている。

また、本実施形態では、パワータービン１３の定格負荷を１００％とした場合に、パワータービン１３の１０３％負荷〜１０５％負荷（本実施形態では、１０５％負荷）に対応する捩れ角（例えば、約１０°）が「発電機２５のオーバーロード上限値（第１の閾値）」として設定され、パワータービン１３の１０８％負荷〜１１０％負荷（本実施形態では、１１０％負荷）に対応する捩れ角（例えば、約１２°）が「発電機２５の最大容量上限値（第２の閾値）」として設定されている。
なお、捩れ角の第１の閾値および第２の閾値としては、磁気カップリング２３の大きさ、およびインナーヨーク７１の周縁部の周方向に配列された磁石の数、回転時の雰囲気温度等によって、適宜設定することが望ましい。
そして、制御器２０２で算出された捩れ角が、「発電機２５のオーバーロード上限値（第１の閾値）」として設定された捩れ角を超えたら、制御器２０２からパワータービン１３の回転数を制御するガバナ（図示せず）に指令信号が送られ、このガバナによりパワータービン１３の負荷が１０３％〜１０５％（本実施形態では、１０５％負荷）を超えないように、第１サイクル４および第２サイクル５を介してパワータービン１３に流入する有機流体の流量、温度等が自動的に制御されるようになっている。

また、制御器２０２で算出された捩れ角が、「発電機２５の最大容量上限値（第２の閾値）」として設定された捩れ角を超えたら、制御器２０２から、第１サイクル４および第２サイクル５の途中に設けられて、パワータービン１３に流入する有機流体の流量を０（ゼロ）とする危急遮断弁（図示せず）に指令信号が送られ、パワータービン１３に流入する有機流体が自動的に遮断されるようになっている。
なお、磁気カップリング２３の許容トルク（設計値）は、パワータービン１３の１２０％負荷〜１２５％負荷に設定されている。
また、制御器２０２で算出された捩れ角が、「発電機２５のオーバーロード上限値（第１の閾値）」として設定された捩れ角、および「発電機２５の最大容量上限値（第２の閾値）」として設定された捩れ角を超えた際に、制御器２０２から音響装置（図示せず）および表示装置（図示せず）に指令信号が送られ、制御器２０２で算出された捩れ角が、「発電機２５のオーバーロード上限値（第１の閾値）」として設定された捩れ角、および「発電機２５の最大容量上限値（第２の閾値）」として設定された捩れ角を超えたことを、作業員（乗組員）の聴覚および視覚に「警報」として働きかけるように構成されているとさらに好適である。

本実施形態に係る磁気カップリング２３およびその運用方法によれば、捩れ角計測装置２０１により、ロータ軸１３ａと、ピニオン軸２４ａとの相対的な捩れ角が常時計測されることになる。そして、ロータ軸１３ａと、ピニオン軸２４ａとの相対的な捩れ角が、例えば、予め定められた「発電機２５のオーバーロード上限値（第１の閾値）」として設定された捩れ角を超えたら、ロータ軸１３ａに加わる負荷が所定の負荷となるようにロータ軸１３ａを回転させ、「発電機２５の最大容量上限値（第２の閾値）」として設定された捩れ角を超えたら、ロータ軸１３ａを停止させることにより、例えば、船舶の推進用主機としてのディーゼルエンジン（内燃機関）の排熱回収用として設置した排熱回収型船舶推進装置を構成する排熱回収発電装置において、パワータービン１３の回転を減速機２４に伝達する磁気カップリング２３に適用するにあたり、パワータービン１３のロータ軸１３aが脱調して過回転状態に陥るのを防止することができる。

また、本実施形態に係る磁気カップリング２３によれば、例えば、船舶の推進用主機としてのディーゼルエンジン（内燃機関）３の排熱回収用として設置した排熱回収型船舶推進装置１を構成する排熱回収発電装置において、パワータービン１３の回転を減速機２４に伝達する磁気カップリング２３に適用されて、例えば、約１万回転／分の高速で回転する場合に磁気カップリング２３を構成するアウターロータ６２により大きな遠心力が作用したとしても、アウターロータ６２の半径方向外側への拡がりが防止され、駆動用磁石７２，７３と従動用磁石８４，８５との間隔の拡がりが防止されることになる。
これにより、駆動用磁石７２，７３の従動用磁石８４，８５に対する磁力が弱くなるのを防止し、駆動力が正常に伝達されるようにすることができる。

さらに、本実施形態に係る磁気カップリング２３によれば、アウターヨーク８３を構成する底板８１と、ピニオン軸２４ａのフランジ２４ｃとを結合するボルト１２３およびナット１２４の、ナット１２４全体を収容する貫通穴１２５により、アウターヨーク８３およびピニオン軸２４ａとともに回転するナット１２４による風損が低減されることになる。
これにより、風損により生じる発熱を低減させることができ、当該磁気カップリング２３における発熱量を低減させることができる。

さらにまた、本実施形態に係る磁気カップリング２３によれば、アウターヨーク８３の内部に形成された内部空間と、アウターヨーク８３の外側に存する外部空間とを連通する冷却穴１２６を介して、内部空間内に存する温度の高い空気が、アウターヨーク８３の外に排出されることになる。
これにより、内部空間内の温度を低減させることができ、当該磁気カップリング２３の温度上昇を抑制することができる。

さらにまた、本実施形態に係る磁気カップリング２３によれば、マグネット押さえ１０４を構成する底板１３２が、磁石８４および磁石８５の他端面と接するように配置され、底板１３２の半径方向外側に位置する外周縁部と、アウターヨーク８３を構成する周壁８２の内周面とが、点溶接によって結合されているので、マグネット押さえ１０４を構成する底板１３２と、アウターヨーク８３を構成する周壁８２とのボルト結合を回避することができる。具体的に、マグネット押さえ１０４を構成する底板１３２と、アウターヨーク８３を構成する周壁８２との結合をボルト結合とした場合、ボルト穴となる切欠き部に対して、遠心力による応力が発生する。よって、点溶接とすることで応力集中を回避することができる。

さらにまた、本実施形態に係る磁気カップリング２３によれば、例えば、船舶の推進用主機としてのディーゼルエンジン（内燃機関）３の排熱回収用として設置した排熱回収型船舶推進装置１を構成する排熱回収発電装置において、パワータービン１３の回転を減速機に伝達する磁気カップリング２３に適用されて、約３０００回転／分以上、例えば、約１万回転／分の高速で回転する場合に、磁気カップリング２３を構成するインナーロータ６１により大きな遠心力が作用し、インナーヨーク７１の外周面に取り付けられた（貼り付けられた）駆動用磁石７２，７３が剥がれてしまったとしても、駆動用磁石７２，７３の半径方向外側への飛散が防止されることになる。
これにより、駆動用磁石７２，７３が半径方向外側へ飛散することによる当該磁気カップリング２３の破損を防止することができる。

さらにまた、本実施形態に係る磁気カップリング２３によれば、スペーサ１０３を構成する周壁１１２の先端面と、磁石８４および磁石８５の一端面との間に設けられた所定の隙間により、これら磁石８４，８５の温度上昇に伴う熱伸びが吸収されることになる。
これにより、磁石８４，８５の熱伸びを許容することができ、これら磁石８４，８５が熱伸びすることによる当該磁気カップリング２３の破損を防止することができる。

本実施形態に係る排熱回収型船舶推進装置１によれば、パワータービン１３のロータ軸１３ａが脱調して過回転状態に陥るのを防止することができる排熱回収装置を具備していることになる。
これにより、パワータービン１３のロータ軸１３ａが過回転状態に陥ることによるパワータービン１３の損傷を防止することができ、当該排熱回収型船舶推進装置１の信頼性を向上させることができる。

本実施形態に係る船舶は、上記排熱回収型船舶推進装置１を具備していることになる。
これにより、当該船舶の信頼性を向上させることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形・変更して実施することもできる。

１ 排熱回収型船舶推進装置
３ ディーゼルエンジン（内燃機関）
４ 第１サイクル（循環経路）
５ 第２サイクル（循環経路）
１２ （第１）蒸発器
１３ パワータービン（タービン）
１３ａ ロータ軸（第１の回転軸：主動軸）
１４ 凝縮器
２２ （第２）蒸発器
２３ 磁気カップリング
２４ 減速機
２４ａ ピニオン軸（第２の回転軸：従動軸）
２５ 発電機
６１ インナーロータ
６２ アウターロータ
７１ インナーヨーク
７２ 磁石
７３ 磁石
８１ 底板
８２ 周壁
８３ アウターヨーク
８４ 磁石
８５ 磁石
１０１ 外側保持リング
１０２ 内側保持リング
１０３ スペーサ
１１１ 底板
１１２ 周壁
１２３ ボルト
１２４ ナット
１２５ 貫通穴
１２６ 冷却穴
１３２ マグネット押さえ

Claims (7)

1. 円盤状のインナーヨークの周縁部に、Ｎ極となる磁石と、Ｓ極となる磁石とが、周方向に沿って交互に配列されるとともに、駆動側となる第１の回転軸に固定されて前記第１の回転軸とともに回転するインナーロータと、
   平面視円形状を呈する底部と、平面視環形状を呈する周壁部と、を備えたアウターヨークの該周壁部の内周面に、Ｎ極となる磁石と、Ｓ極となる磁石とが、周方向に沿って交互に配列されるとともに、前記第１の回転軸に対して従動側となる第２の回転軸に固定されて前記第２の回転軸とともに回転するアウターロータと、を備えた磁気カップリングであって、
   前記第１の回転軸と、前記第２の回転軸との相対的な捩れ角を常時計測する捩れ角計測装置が設けられていることを特徴とする磁気カップリング。
2. 船舶の内燃機関と、
   作動媒体の循環経路に並列に設置され、それぞれ温度の異なる熱媒体によって前記作動媒体を蒸発させる複数の蒸発器と、
   前記蒸発器によって蒸発気化された前記作動媒体によって駆動されるタービンと、
   前記タービンの回転出力によって発電する発電機と、
   前記タービンを通過した前記作動媒体を凝縮させる凝縮器と、
   前記タービンの回転を、前記タービンと前記発電機との間に配置された減速機に伝達する磁気カップリングと、を備え、
   前記磁気カップリングが、請求項１に記載の磁気カップリングとされていることを特徴とする排熱回収装置。
3. 請求項２に記載の排熱回収装置を備えていることを特徴とする排熱回収型船舶推進装置。
4. 請求項３に記載の排熱回収型船舶推進装置を備えていることを特徴とする船舶。
5. 回転駆動体に軸接続された主動軸を回転する工程と、
   前記主動軸の回転に従って従動軸を回転する工程と、
   前記主動軸と前記従動軸との捩れ角を測定する工程と、を備えた磁気カップリングの運用方法であって、
   前記捩れ角計測装置で計測された捩れ角が、予め定められた第１の閾値を超えたら、前記主動軸に加わる負荷が所定の負荷となるように前記主動軸を回転させ、前記第１の閾値よりも大きい、予め定められた第２の閾値を超えたら、前記主動軸を停止させることを特徴とする磁気カップリングの運用方法。
6. 回転駆動体に軸接続された主動軸を回転する工程と、
   前記主動軸の回転に従って従動軸を回転する工程と、
   前記主動軸と前記従動軸との捩れ角を測定する工程と、を備えた磁気カップリングの運用方法であって、
   前記捩れ角計測装置で計測された捩れ角が所定の閾値を超えたら、前記主動軸に加わる負荷が所定の負荷となるように前記主動軸を回転させることを特徴とする磁気カップリングの運用方法。
7. 回転駆動体に軸接続された主動軸を回転する工程と、
   前記主動軸の回転に従って従動軸を回転する工程と、
   前記主動軸と前記従動軸との捩れ角を測定する工程と、を備えた磁気カップリングの運用方法であって、
   前記捩れ角計測装置で計測された捩れ角が所定の閾値を超えたら、前記主動軸を停止させることを特徴とする磁気カップリングの運用方法。

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