JP2022157733A - 複合動力システム - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機システムとガスタービンエンジンを含む複合動力システムにおいて、ガスタービンエンジンで生じた圧縮エアで回転電機システムを冷却可能とする。【解決手段】回転電機用ハウジング１４には、冷却ジャケット２１と、該冷却ジャケット２１の外周側に位置する圧縮エア用流通路（１５８ａ～１５８ｃ）とが形成される。また、該回転電機用ハウジング１４の外側壁には、電気端子部を収納する端子用ケーシング２２が設けられる。一方、ガスタービンエンジン２００では、シュラウドケース２１８に、コンプレッサホイール２３０によって圧縮された圧縮エアが流入する抽気口２２０が形成される。抽気口２２０を通過した圧縮エアは、エンジン用ハウジング（２０２）に形成された抽気通路２１６と、前記圧縮エア用流通路とを経由し、端子用ケーシング２２に到達する。【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機とガスタービンエンジンが一体的に構成された複合動力システムに関する。

特許文献１には、回転電機と、内燃機関の１種であるガスタービンエンジンとを組み合わせて一体化した複合動力システムが開示されている。この場合、回転電機を構成するロータの回転軸と、ガスタービンエンジンの出力軸とが同一軸線上で連結され、両軸が一体的に回転する。ここで、特許文献１、２の各図１に示されるように、回転軸は、ステータを収納した回転電機用ハウジングに対し、ジャーナル（ベアリング）を介して回転可能に支持される。

特許文献２に示されるように、回転電機用ハウジングには、該回転電機と電力を授受する外部機器を電気的に接続するためのコネクタが設けられる。電磁コイルやコネクタ中の電気端子部に電流が流れると、これらは熱を帯びる。この熱に起因して、電気エネルギから熱エネルギへの変換、又はその逆の変換効率が低下する。特許文献２、３には、このような不都合を回避するための冷却構造が提案されている。

特開２００５－１０６０２９号公報 特開２０１６－１７４４４３号公報 特開２０１６－５９１３３号公報

ガスタービンエンジンでは、圧縮エアが生じる。そこで、複合動力システムにおいて、この圧縮エアを、電気端子部を冷却する冷却風とすることが想起される。この場合、圧縮エア供給源等を設けることが不要となるという利点があるからである。しかしながら、ガスタービンエンジンで生じる圧縮エアは比較的高温であり、このために冷却風とすることは困難である。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、圧縮エア供給源や冷却設備を設けることなく、電気エネルギから熱エネルギへの、又はその逆の変換効率が十分となる程度に電気端子部を冷却することが可能な複合動力システムを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明の一実施形態によれば、回転電機と、該回転電機の回転軸を回転可能に支持した回転電機用ハウジングとを有する回転電機システムと、
タービンホイール及びコンプレッサホイールを支持して前記回転軸と一体的に回転する出力軸と、前記タービンホイール及び前記コンプレッサホイールを収容したエンジン用ハウジングとを有するガスタービンエンジンと、
を備える複合動力システムであって、
前記回転電機用ハウジングの外側壁に設けられて前記回転電機と外部機器との間で電力を授受するための電気端子部を収納する端子用ケーシングを備え、
前記コンプレッサホイールを囲繞するシュラウドケースに、該コンプレッサホイールによって圧縮された圧縮エアが流入する抽気口が形成され、
前記エンジン用ハウジングに、前記抽気口を通過した圧縮エアが流通する抽気通路が形成され、
前記回転電機用ハウジングに冷却ジャケットが設けられるとともに、該冷却ジャケットの外周側に、前記抽気通路を流通した圧縮エアが流通する圧縮エア用流通路が形成され、
前記端子用ケーシングが、前記圧縮エア用流通路の下流側に配設された複合動力システムが提供される。

本発明によれば、回転電機用ハウジングに冷却ジャケットを設けるとともに、該冷却ジャケットの外周側に、圧縮エア用流通路を形成するようにしている。ガスタービンエンジンで生じて抽気通路を流通した圧縮エアの熱は、この圧縮エア用流通路を流通する際、冷却ジャケット内の冷却媒体に伝導する。その結果、圧縮エアが比較的低温となる。このようにして降温した圧縮エアは、電気端子部を十分に冷却することができる。

このため、別途の圧縮エア供給源や冷却設備を設けることなく、電気エネルギから熱エネルギへの、又はその逆の変換効率を十分とすることができる。しかも、圧縮エア供給源や冷却設備を設ける必要がないので、複合動力システムの小型化を図ることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る複合動力システムの概略全体斜視図である。 複合動力システムを構成する回転電機システムの概略全体斜視図である。 回転電機システムの概略側面断面図である。 図３の要部拡大図である。 図４とは別の箇所の、図３の要部拡大図である。 回転電機用ハウジングを構成する第２サブハウジングと、エンジン用ハウジングを構成するインナハウジングの概略斜視図である。 回転電機用ハウジングに設けられる電流変換器の模式的構成図である。 複合動力システムを構成するガスタービンエンジンの概略側面断面図である。 図８の要部拡大図である。

以下、本発明に係る複合動力システムにつき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、以下における「左」、「右」、「下」及び「上」は、特に図３～図５、図８、図９における左方、右方、下方及び上方を指称するが、これは説明を簡素化して理解を容易にするための便宜的なものであり、複合動力システムを実使用する際の姿勢を特定するものではない。

図１は、本実施の形態に係る複合動力システム３００の概略全体斜視図である。この複合動力システム３００は、回転電機システム１０と、内燃機関であるガスタービンエンジン２００とを備える。ガスタービンエンジン２００は、回転電機システム１０の軸線方向右方に配設される。また、回転電機システム１０の直径中心を通り長手方向（軸線方向）に沿って延在する軸線と、ガスタービンエンジン２００の直径中心を通り長手方向（軸線方向）に沿って延在する軸線は一致する。

換言すれば、回転電機システム１０とガスタービンエンジン２００は、同一軸線上に並列配置される。このような構成の複合動力システム３００は、例えば、ドローンのような飛翔体や船舶、自動車等における推進用の動力源、又は、航空機や船舶、建物等における補助電源の動力源として利用することができる。複合動力システム３００は、マルチコプタ等の飛翔体に搭載されたときには、例えば、プロップやダクテッドファン等の揚力発生装置を構成するモータを回転付勢する動力駆動源として機能する。また、船舶に搭載されたときにはスクリューの回転力発生装置として機能し、自動車に搭載されたときにはエンジンを構成するモータを回転付勢する動力駆動源として機能する。この他、複合動力システム３００をガスタービン発電設備に適用することも可能である。なお、本実施の形態において、ガスタービンエンジン２００は、後述する圧縮エア（気体）を供給する気体供給源を兼ねる。

先ず、回転電機システム１０につき説明する。図２及び図３は、それぞれ、回転電機システム１０の概略全体斜視図、概略側面断面図である。この回転電機システム１０は、回転電機１２（例えば、発電機）と、該回転電機１２を収納した回転電機用ハウジング１４とを備える。該回転電機用ハウジング１４は略円筒形状をなし、且つ左右両端が開放端であるメインハウジング１６と、該メインハウジング１６の左端に連結される第１サブハウジング１８と、右端に連結される第２サブハウジング２０とを有する。

メインハウジング１６は、厚肉の側壁が左右方向に沿って延在する略円筒形状をなす。側壁の内部には、冷却媒体が流通する冷却ジャケット２１が形成されている。冷却媒体の具体例としては冷却水が挙げられ、この場合、冷却ジャケット２１はウォータジャケットである。また、メインハウジング１６の側壁の外面（外側壁）には、左端近傍に、端子用ケーシング２２及び測定器用ケーシング２４がメインハウジング１６と一体的に設けられている。

さらに、メインハウジング１６の側壁外壁には、メインハウジング１６の長手方向（図３における左右方向）に沿って延在する中空管部１５８ａ～１５８ｃが設けられる。中空管部１５８ａ～１５８ｃの中空内部は、カーテン用エアが流通する圧縮エア用流通路である。また、第１サブハウジング１８には、回転パラメータ検出器を保持する検出器用保持部材が連結される。本実施の形態では、回転パラメータ検出器としてレゾルバ１４０を例示する。従って、以降は、第１サブハウジング１８に連結される検出器用保持部材を「レゾルバホルダ２６」と指称する。このレゾルバホルダ２６には、キャップカバー２８がネジ止めされる。以上については、後に詳述する。

回転電機１２は、ロータ３０と、該ロータ３０の外周側を囲繞するステータ３２とを備える。

ロータ３０は、内側軸３４が中空筒状の外側軸３６に挿抜可能に挿入されることで構成された回転軸４０を含む。具体的には、外側軸３６は、略円筒形状をなす中空体であり、且つその両端は、開口した開放端である。すなわち、外側軸３６は、左開口端４２ａ（図４参照）、右開口端４２ｂ（図５参照）を有する。

一方、内側軸３４は外側軸３６に比して長尺であり、直径が最小である円柱部４４と、該円柱部４４の左方に連なるとともに該円柱部４４に比して大径な左端部４６ａ（図４参照）と、該円柱部４４の右方に連なるとともに該円柱部４４に比して大径で且つ左端部４６ａに比して小径な右端部４６ｂ（図５参照）とを有する。この中の左端部４６ａの一部は、外側軸３６の左開口端４２ａから突出して露呈し、後述する突出先端１０４となる。なお、図示の例では、右端部４６ｂと、外側軸３６の右開口端４２ｂとが面一となっているが、右端部４６ｂが右開口端４２ｂから若干奥まった位置となっていてもよい。

図４に詳細を示すように、内側軸３４の左端部４６ａには、左方から右方に向かって第１外ネジ部４８、鍔部５０、ストッパ部５２、第２外ネジ部５４がこの順序で設けられている。第１外ネジ部４８、鍔部５０、ストッパ部５２、第２外ネジ部５４の外径は、この順序で大きくなる。第２外ネジ部５４の外径は外側軸３６の内径に比して大に設定されており、このため、第２外ネジ部５４の右端は、外側軸３６の左開口端４２ａの縁部に堰き止められる。これにより、内側軸３４の、第２外ネジ部５４よりも左方側が外側軸３６内に挿入されることが阻止される。

鍔部５０にはレゾルバロータ５６が装着されるとともに、第１外ネジ部４８に小キャップナット５８が螺合される。レゾルバロータ５６は、右端がストッパ部５２に堰き止められるとともに左端が小キャップナット５８で押圧されることにより、鍔部５０に位置決め固定される。また、第２外ネジ部５４には大キャップナット６０が螺合される。大キャップナット６０のスカート部６１は、外側軸３６の左開口端４２ａの外周壁を覆う。これにより、内側軸３４の左端部４６ａが外側軸３６の左開口端４２ａに拘束される。なお、第１外ネジ部４８及び第２外ネジ部５４はいずれも、いわゆる逆ネジである。従って、小キャップナット５８及び大キャップナット６０は、螺合時には反時計回りに回転される。また、小キャップナット５８及び大キャップナット６０のネジ山の一部を変形させることにより、小キャップナット５８及び大キャップナット６０が螺合時よりも弛緩することが防止される。

図５に示すように、内側軸３４の右端部４６ｂには、軸連結孔６２が左端部４６ａ側に向かって延在するように形成される。軸連結孔６２の内周壁には、雌ネジ部６４が刻設されている。また、外側軸３６の右開口端４２ｂの外周壁には、左右方向に沿って延在する第１内周側スプライン６６（内周側係合部）が形成されている。

略円板形状をなす第２サブハウジング２０は、図示しないボルトを介してメインハウジング１６に連結される。該第２サブハウジング２０の中心は厚肉の円筒形状部となっており、該円筒形状部には大径な挿入孔６８が形成されている。この挿入孔６８には、第２ベアリング９４（後述）が挿入されている。第２ベアリング９４は、内ストッパ７０と外ストッパ７１に挟持されて位置決め固定される。

図２に示すように、第２サブハウジング２０の、ガスタービンエンジン２００を臨む端面には環状凹部７２が形成されるとともに、該環状凹部７２に、環状の集合流路７４が形成される。後述するように、集合流路７４には、ガスタービンエンジン２００で生じた圧縮エアの一部が分流して流通する。環状凹部７２の底壁には、上流側連通孔７６が３箇所に形成される。

また、第２サブハウジング２０の内部には、図６に示す中継連通路７８が設けられる。中継連通路７８は、第２サブハウジング２０の直径方向に沿って放射状に延在するとともに、直径方向外方において、上流側連通孔７６を介して集合流路７４に連通する。さらに、第２サブハウジング２０の、回転電機１２を臨む端面には、３個の下流側連通孔８０ａ～８０ｃが形成される。下流側連通孔８０ａ～８０ｃは、中継連通路７８の下流側開口である。３個の下流側連通孔８０ａ～８０ｃは、中空管部１５８ａ～１５８ｃの各々に個別に開口する。このことから分かるように、中継連通路７８は、集合流路７４と、中空管部１５８ａ～１５８ｃの中空内部（圧縮エア用流通路）とを連通する。集合流路７４と中継連通路７８により、分配路が形成される。

図５に示すように、第２サブハウジング２０の、ガスタービンエンジン２００に臨む側の端面（軸線方向一端部）には、ガスタービンエンジン２００側に向かって突出するようにして、整流部材８２が連結される。整流部材８２は、第２サブハウジング２０側に臨む裾が大径且つ薄肉の円環形状、ガスタービンエンジン２００に臨む頂部が小径且つ厚肉の円環形状に形成された、山形形状体ないし無底カップ形状体からなる。そして、裾と頂部の間の側周壁８３は、表面粗さが小さい平滑面とされている。

また、頂部側の貫挿孔８４の直径（開口径）は、外ストッパ７１の外径に比して大きく設定されている。このため、貫挿孔８４内に進入した外ストッパ７１の右端が、貫挿孔８４の内壁に干渉することはない。換言すれば、外ストッパ７１の外周壁と、貫挿孔８４の内壁との間には間隙が形成されている。

内側軸３４に形成された軸連結孔６２には、出力軸２５０の左端が挿入される。該出力軸２５０は、後述するように螺合によって内側軸３４に結合される。なお、出力軸２５０は、ガスタービンエンジン２００を構成するコンプレッサホイール２３０及びタービンホイール２３２を支持している（図８参照）。

図３に示すように、外側軸３６の長手方向略中間部は外径が最大に設定されており、この大径な部位に、複数個の永久磁石８８が磁石ホルダ９０によって保持されている。隣接する永久磁石８８同士は、互いに隣接して配置されるとともに、隣接するもの同士では互いに異なる極性が外周側を臨む向きとされている。個々の永久磁石８８は、回転軸４０が回転することに伴って、回転軸４０の回転中心を中心として周回する。

回転軸４０の左端（第１端部）は、第１ベアリング９２を介して第１サブハウジング１８に回転可能に支持される。また、回転軸４０の右端（第２端部）は、第２ベアリング９４を介して第２サブハウジング２０に回転可能に支持される。ここで、図３に示されるように、本実施の形態では、第１ベアリング９２は外側軸３６と第１サブハウジング１８との間に介装される。また、第２ベアリング９４は、外側軸３６と、内ストッパ７０を介して第２サブハウジング２０との間に介装される。

すなわち、第１サブハウジング１８は、メインハウジング１６に向かって突出し且つ略円柱形状をなす円柱状突部９６を有し、該円柱状突部９６に第１軸挿通孔９８が形成される。第１ベアリング９２は、この第１軸挿通孔９８内に設けられる。

第１軸挿通孔９８の左方開口は、該第１軸挿通孔９８に連なる第２軸挿通孔１００が形成された円板部材１０２によって閉塞される。なお、詳細な図示は省略しているが、外側軸３６の左開口端４２ａの外周壁と、第１軸挿通孔９８、第２軸挿通孔１００の各内周壁とは互いに僅かに離間している。また、大キャップナット６０のスカート部６１は、円板部材１０２の左端面に対して若干離間する。

回転軸４０の左端部先端は、第１ベアリング９２の内孔に通され、第１軸挿通孔９８及び第２軸挿通孔１００を通過して、第１サブハウジング１８の外部に突出するように露呈する。以下、回転軸４０の、第１ベアリング９２の左端から突出した部位を突出先端と指称し、その参照符号を１０４とする。突出先端１０４には、内側軸３４の左端部４６ａの中、第１外ネジ部４８、鍔部５０、ストッパ部５２、第２外ネジ部５４が含まれる（図４参照）。一方、回転軸４０の右端は、第２ベアリング９４の内孔に通され、第２サブハウジング２０に形成された前記挿入孔６８から、外ストッパ７１とともに突出する（図５参照）。

図３に示すように、第１軸挿通孔９８と、内ストッパ７０に形成された流通孔１０６は、メインハウジング１６の内部空間である収納室１１４（後述）に連通する。このため、第１ベアリング９２及び第２ベアリング９４は、収納室１１４に曝されている。なお、第２軸挿通孔１００が第１軸挿通孔９８を介して収納室１１４に連通することは勿論である。

本実施の形態において、第１ベアリング９２及び第２ベアリング９４は、ジェット流状で供給された潤滑油によって潤滑及び冷却される、いわゆるジェット給油式のものである。なお、特にこれに限定されるものではなく、オイルミストが噴霧される噴霧潤滑式や、循環給油式のものであってもよい。このような潤滑方式のベアリングは公知であり、従って、詳細な図示及び説明は省略する。

上記のロータ３０とともに回転電機１２を構成するステータ３２は、電磁コイル１１６と、該電磁コイル１１６が巻回された複数個の絶縁基材１１８とを有する。この中の電磁コイル１１６は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルの３種類を有する。すなわち、回転電機１２が発電機である場合、該回転電機１２はいわゆる三相電源である。なお、複数個の絶縁基材１１８は円環形状に配列されており、これにより、ステータ３２に内孔が形成される。

ステータ３２は、メインハウジング１６に形成された収納室１１４に収納される。ここで、第２サブハウジング２０はステータホルダとしての役割を果たす。すなわち、第２サブハウジング２０に形成された円環状凹部１２２には、ステータ３２を構成する絶縁基材１１８が係合される。この係合により、ステータ３２が位置決め固定される。さらに、ステータ３２の内孔には、その左方開口から前記円柱状突部９６が進入する。

詳細な図示は省略しているが、収納室１１４の内壁と電磁コイル１１６は、若干離間している。この離間により、メインハウジング１６と電磁コイル１１６が電気的に絶縁される。

なお、円柱状突部９６の外周壁と絶縁基材１１８との間、永久磁石８８の外壁と電磁コイル１１６の内壁との間には、両者が若干離間することでクリアランスが形成されている。後述するように、このクリアランスは、気体であるカーテン用エアが流通する流通路の一部となる。

図４に示すように、第１サブハウジング１８は、円環形状に突出する円環状凸部１２４を有する。円環状凸部１２４の内方は、中空凹部１２６となっている。内側軸３４の左端部４６ａを構成する突出先端１０４は、中空凹部１２６に進入している。

円環状凸部１２４には、レゾルバステータ１３０を保持したレゾルバホルダ２６が設けられる。このレゾルバホルダ２６は、直径方向外方に向かって突出したフランジ状ストッパ１３２を有する。このフランジ状ストッパ１３２は円環状凸部１２４の内径よりも大径に設定されており、従って、レゾルバホルダ２６は、フランジ状ストッパ１３２が円環状凸部１２４に当接することで位置決めされる。レゾルバホルダ２６は、この状態で、例えば、取付ボルト（図示せず）等を介して第１サブハウジング１８に連結される。

レゾルバホルダ２６には、フランジ状ストッパ１３２を境に、左方に臨む小円筒部１３４と、右方に臨み前記小円筒部１３４に比して大径な大円筒部１３６とが設けられる。レゾルバホルダ２６には保持孔１３８が形成されており、該保持孔１３８にその右端が嵌合されることで、レゾルバステータ１３０が保持されている。大円筒部１３６が中空凹部１２６に進入するとともにフランジ状ストッパ１３２が円環状凸部１２４に当接したとき、レゾルバステータ１３０の内孔には、内側軸３４の左端部４６ａの鍔部５０に保持されたレゾルバロータ５６が位置する。これらレゾルバステータ１３０とレゾルバロータ５６は、回転パラメータ検出器としてのレゾルバ１４０を構成する。本実施の形態では、レゾルバ１４０によって回転角度を検出する場合を例示する。

フランジ状ストッパ１３２に形成された嵌合孔１４２には、受信器用コネクタ１４４が嵌合されている。レゾルバステータ１３０と受信器用コネクタ１４４は、信号線１４６を介して電気的に接続されている。なお、受信器用コネクタ１４４には、レゾルバ１４０が発した信号を受信する受信器（図示せず）の受信器側コネクタが挿入される。受信器用コネクタ１４４と受信器側コネクタを介して、レゾルバ１４０と受信器が電気的に接続される。

小円筒部１３４には、複数個のタブ部１４８が設けられている（図１では省略している）。図３には、その中の１個が示されている。さらに、小円筒部１３４には、該小円筒部１３４の左方開口を閉塞するとともに内側軸３４の左端部４６ａを遮蔽するキャップカバー２８が被せられる。キャップカバー２８は、タブ部１４８に対し、連結ボルト１５０を介して連結される。

上記したように、メインハウジング１６の左端近傍の側壁には、端子用ケーシング２２及び測定器用ケーシング２４が一体的に設けられる。この中、測定器用ケーシング２４には、温度測定器であるサーミスタ１５２が収納されている。特に図示はしていないが、サーミスタ１５２の測定端子は測定器用ケーシング２４から引き出され、電磁コイル１１６に接続されている。測定器用ケーシング２４からは、サーミスタ１５２に接続されたハーネス１５４が外部に引き出される。

測定器用ケーシング２４に隣接する端子用ケーシング２２には、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルの各末端に電気的に接続されたＵ相端子１５６ａ、Ｖ相端子１５６ｂ、Ｗ相端子１５６ｃが収納される。換言すれば、端子用ケーシング２２は、回転電機１２に対して電気的に接続される外部電源としてのバッテリ１７０（図７参照）が電気的に接続される外部機器接続用コネクタであり、Ｕ相端子１５６ａ、Ｖ相端子１５６ｂ、Ｗ相端子１５６ｃは、バッテリ１７０に電力を供給する電気端子部である。なお、測定器用ケーシング２４の内部空間と端子用ケーシング２２の内部空間は、不図示のケーシング間連通孔を介して連通している。

図２に示すように、メインハウジング１６の側壁外面に設けられた中空管部１５８ａ～１５８ｃは、該メインハウジング１６の側壁内部に形成された冷却ジャケット２１の外方に位置する。すなわち、中空管部１５８ａ～１５８ｃは、例えば、冷却ジャケット２１に隣接する。ここで、本実施の形態では、３個の中空管部１５８ａ～１５８ｃを設ける場合を例示しているが、中空管部の個数は、カーテン用エアの、必要とされる流量や流速によって適宜設定される。すなわち、中空管部の個数は、３個に特に限定されるものではない。また、中空管部の断面積も同様に、カーテン用エアの、必要とされる流量や流速によって適宜設定すればよい。

ここで、中空管部１５８ａ～１５８ｃの右端は、第２サブハウジング２０に形成された３個の下流側連通孔８０ａ～８０ｃ（図６参照）に個別に重なる。すなわち、集合流路７４は、上流側連通孔７６と、中継連通路７８と、下流側連通孔８０ａ～８０ｃとを介して、中空管部１５８ａ～１５８ｃの中空内部に連通する。一方、中空管部１５８ａの左端は測定器用ケーシング２４の中空内部に連通し、中空管部１５８ｂ、１５８ｃの左端は端子用ケーシング２２の中空内部に連通する。

前記カーテン用エアは、集合流路７４を上流側、測定器用ケーシング２４、端子用ケーシング２２を下流側として流通する。このように、中空管部１５８ａ～１５８ｃはカーテン用エアが流通する圧縮エア用流通路の一部である。なお、カーテン用エアは、ガスタービンエンジン２００から供給される圧縮エアの一部である。

図３に示すように、端子用ケーシング２２の内部空間は収納室１１４に連通している。従って、端子用ケーシング２２の内部空間に流入したカーテン用エアは、収納室１１４に流通して第１ベアリング９２、第２ベアリング９４に接触することが可能である。

図１及び図２に示すように、メインハウジング１６の外周壁には、端子用ケーシング２２よりもガスタービンエンジン２００側に電流変換器１７２が設けられる。図７に示すように、電流変換器１７２は、変換回路１７４と、コンデンサ１７６と、制御回路１７８とを有する。これら変換回路１７４、コンデンサ１７６及び制御回路１７８は、機器用ケース１８０内に収容される。該機器用ケース１８０は、例えば、メインハウジング１６の外周壁の、中空管部１５８ａ～１５８ｃに干渉しない箇所に配置される（図１参照）。

変換回路１７４はパワーモジュール１８２を含んで構成され、電磁コイル１１６に生じた交流電流を直流電流に変換する機能を有する。また、コンデンサ１７６は、変換回路１７４によって変換された直流電流を電荷として一時的に蓄電する。なお、変換回路１７４は、バッテリ１７０から送られた直流電流を交流電流に変換する機能も併せて有する。この場合、コンデンサ１７６は、電磁コイル１１６に向けてバッテリ１７０から送られた直流電流を電荷として一時的に蓄電する。制御回路１７８は、コンデンサ１７６からバッテリ１７０に向かう直流電流、又は、バッテリ１７０からコンデンサ１７６に向かう直流電流の電流密度等を制御する。なお、バッテリ１７０からの直流電流は、例えば、交流－直流変換器を介してモータ（いずれも図示せず）に供給される。

図７に示すように、この場合、機器用ケース１８０は、メインハウジング１６の外周壁に当接するように位置決め固定される。そして、機器用ケース１８０内では、変換回路１７４及びコンデンサ１７６がメインハウジング１６に近接するように配置される。上記したようにメインハウジング１６には冷却ジャケット２１が設けられているので、変換回路１７４及びコンデンサ１７６は、冷却ジャケット２１に十分に近接する。

次に、ガスタービンエンジン２００につき説明する。図８に示すように、ガスタービンエンジン２００は、回転電機システム１０の第２サブハウジング２０に連結されるインナハウジング２０２と、該インナハウジング２０２に連結されるアウタハウジング２０４とを含むエンジン用ハウジング２０６を備える。

図１及び図６に示すように、インナハウジング２０２は、第２サブハウジング２０に連結される第１円環部２０８と、直径が最大である第２円環部２１０と、第１円環部２０８と第２円環部２１０を連結する複数個（例えば、６個）の脚部２１２とを有する。また、第２円環部２１０の中央開口からは、回転電機システム１０側に円筒状カバー部２１４が突出する。なお、脚部２１２の個数は、ガスタービンエンジン２００と回転電機システム１０との間で要求される結合強度に応じて適宜設定される。すなわち、脚部２１２の個数は、図示例の６個に特に限定されるものではない。

脚部２１２の右端は、第２円環部２１０及び円筒状カバー部２１４の双方に連なっている。これにより、脚部２１２に支持剛性がもたらされる。そして、脚部２１２の、円筒状カバー部２１４との連結箇所には、抽気通路２１６の入口開口が形成される。また、図８に示すように、脚部２１２の内部、及び第１円環部２０８の内部には、シュラウドケース２１８に形成された抽気口２２０に連通する抽気通路２１６が個別に形成されている。抽気通路２１６の出口開口は、第１円環部２０８の、第２サブハウジング２０を臨む側の端面に、個別に形成される。該出口開口は、集合流路７４に重なる。すなわち、複数個の抽気通路２１６は全て、集合流路７４に連通している。このように、集合流路７４では、複数個の抽気通路２１６からの圧縮エアが流入して集合する。

図８に示すように、ガスタービンエンジン２００は、インナハウジング２０２、アウタハウジング２０４の内部に収容されるシュラウドケース２１８、コンプレッサホイール２３０、タービンホイール２３２、ディフューザ２３４、燃焼器２３６、ノズル２３８をさらに備える。本実施の形態では、コンプレッサホイール２３０とタービンホイール２３２は別部材である。

シュラウドケース２１８は整流部材８２と略相似形状をなす中空体であり、整流部材８２に比して大型である。小径な左端は整流部材８２に臨み、大径な右端はインナハウジング２０２内に挿入される。シュラウドケース２１８の左端は、インナハウジング２０２の脚部２１２同士の間に形成される吸気空間２４０に露呈する。この左端の内部には、整流部材８２の右端である頂部が進入している。なお、シュラウドケース２１８は、右端から左端に向かうに従って漸次的に縮径するが、左端先端は、直径方向外方に向かって拡開するように湾曲する。

シュラウドケース２１８内には、コンプレッサホイール２３０が収容される。換言すれば、シュラウドケース２１８は、コンプレッサホイール２３０を囲繞している。ただし、コンプレッサホイール２３０とシュラウドケース２１８は互いに離間している。

コンプレッサホイール２３０とタービンホイール２３２は、回転軸４０と一体的に回転することが可能である。すなわち、図５に詳細を示すように、コンプレッサホイール２３０は、左端に小径円筒部２４２（中空円筒形状部）を有する。該小径円筒部２４２は、整流部材８２の頂部に形成された貫挿孔８４に進入する。小径円筒部２４２の内壁には、直径方向内方に向かって延出し且つ環状に設けられた複数個の歯からなる第１外周側スプライン８５（外周側係合部）が形成されている。該第１外周側スプライン８５は、外側軸３６の右開口端４２ｂの外周壁に形成された第１内周側スプライン６６に噛合する。なお、外側軸３６は小径円筒部２４２の中空内部に圧入されている。このため、小径円筒部２４２の特に左方開口の内周壁は、外側軸３６の右開口端４２ｂの外周壁を、内方に向かって押圧している。コンプレッサホイール２３０は、以上のような噛合及び圧入により、外側軸３６、ひいては回転軸４０に連結される。

コンプレッサホイール２３０の直径中心には、左右方向に沿って延在する軸孔２４４が形成されている。この軸孔２４４において、左端近傍の内壁には、直径方向内方に向かって延出し且つ環状に設けられた複数個の歯からなる第２外周側スプライン２４６（外周側歯部）が刻設される。また、軸孔２４４の、小径円筒部２４２の中空内部に連なる箇所の孔径は、他の箇所に比して若干小さく設定されている。このため、コンプレッサホイール２３０の、軸孔２４４の小径円筒部２４２側開口の近傍に、内フランジ部２４８が設けられる。内フランジ部２４８が設けられた部位では、軸孔２４４の孔径（直径）は最小である。

この軸孔２４４に、タービンホイール２３２に設けられた出力軸２５０が挿入される。出力軸２５０の左端先端は、コンプレッサホイール２３０の小径円筒部２４２の左端先端と略同位置まで延出する。上記したように、外側軸３６の右開口端４２ｂの外周壁は、小径円筒部２４２の中空内部に挿入されている。このため、出力軸２５０の、軸孔２４４から突出した左端は、回転軸４０の軸連結孔６２に進入する。出力軸２５０の左端には雄ネジ部２５２が刻設されており、該雄ネジ部２５２は、軸連結孔６２の内壁に形成された雌ネジ部６４に螺合される。この螺合により、回転軸４０と出力軸２５０とが連結される。

出力軸２５０の左端近傍には、内周側歯部である第２内周側スプライン２５４が形成されている。この第２内周側スプライン２５４は、コンプレッサホイール２３０の軸孔２４４の内周壁に形成された第２外周側スプライン２４６に噛合する。また、出力軸２５０の左端部は、内フランジ部２４８に対し、圧入によって通される。

図８に示すように、コンプレッサホイール２３０と、タービンホイール２３２との間には、例えば、ニッケル基合金等の耐熱性金属材からなるリング部材２５６が介装される。図９に示すように、リング部材２５６には、コンプレッサホイール２３０からタービンホイール２３２に向かう嵌合孔２５８が形成される。また、リング部材２５６の外周壁には、複数個（例えば、３個）のラビリンス用凸部２６４が形成される。ラビリンス用凸部２６４は、リング部材２５６の直径方向外方に向かって突出するとともに、外周壁の周方向に沿って周回する。後述するように、ラビリンス用凸部２６４によって燃焼器２３６で生成する燃焼済燃料（排ガス）のコンプレッサホイール２３０への逆流を防止できる。

コンプレッサホイール２３０の、タービンホイール２３２を臨む右端面からは、環状突部２６８が突出する。リング部材２５６の左端面がコンプレッサホイール２３０の右端面に着座するとき、環状突部２６８が嵌合孔２５８に嵌合される。一方、タービンホイール２３２の、コンプレッサホイール２３０を臨む左端面からは、前記出力軸２５０が延出する。また、該左端面には、出力軸２５０を囲繞するように周回する嵌合用凸部２７０が突出形成される。リング部材２５６の右端面がタービンホイール２３２の左端面に着座するとき、嵌合用凸部２７０の頂面が嵌合孔２５８に嵌合する。以上により、嵌合孔２５８にコンプレッサホイール２３０、タービンホイール２３２の各一部が嵌合される。リング部材２５６は、この状態で両ホイール２３０、２３２に挟持される。

一方、ラビリンス用凸部２６４は、アウタハウジング２０４（図８参照）の中空内部で中間プレート２６６に囲繞されるとともに、該中間プレート２６６に形成された孔部２７２内に挿入される。孔部２７２の内壁と、これに当接したラビリンス用凸部２６４とにより、ラビリンス流路が形成される。コンプレッサホイール２３０によって生じた圧縮エアは、該コンプレッサホイール２３０の背面を経由してラビリンス用凸部２６４に到達する。その一方で、タービンホイール２３２側から燃焼ガスがラビリンス用凸部２６４に到達する。燃焼ガスの圧力に比べて圧縮エアの圧力が高く設定されているため、燃焼ガスがラビリンス用凸部２６４を通過してコンプレッサホイール２３０側に流入することを抑制できる。

図８に示すように、アウタハウジング２０４の中空内部では、シュラウドケース２１８及びコンプレッサホイール２３０の、直径が最大である部位と、中間プレート２６６とがディフューザ２３４に囲繞される。さらに、タービンホイール２３２がノズル２３８に囲繞され、ノズル２３８は燃焼器２３６に囲繞される。燃焼器２３６とアウタハウジング２０４の間には、燃焼用エアが流通する環状の燃焼用エア流通路２７３が形成される。一方、アウタハウジング２０４の右端面には、燃焼器２３６に燃料を供給するための燃料供給ノズル２７４が位置決め固定される。

ここで、燃焼器２３６には、燃焼用エア流通路２７３と燃焼器２３６の内部を連通させるための中継孔２７６が形成されている。また、燃焼器２３６には、燃焼器２３６の内部を冷却するエアカーテンを形成するための図示しない微細孔も形成されている。後述するように、コンプレッサホイール２３０によって圧縮された燃焼用エアは、ディフューザ２３４、燃焼用エア流通路２７３、中継孔２７６を経由して燃焼器２３６の内部に到達する。さらに、ノズル２３８には、タービンホイール２３２の最も大径な部位を囲繞する部位に、燃焼用エアとともに燃焼した燃料（以下、「燃焼済燃料」とも表記する。「燃焼済燃料」は、「燃焼ガス」ないし「燃焼後の排気ガス」と同義である）をタービンホイール２３２に供給するための図示しない送出孔が形成されている。

また、アウタハウジング２０４及びノズル２３８の右端は、燃焼済燃料を排出する排出管（図示せず）が設けられる排出口２８０が開口している。燃焼済燃料は、前記送出孔を通過してノズル２３８内に進行した後、回転するタービンホイール２３２の作用下に、排出口２８０を介してアウタハウジング２０４外に吹き出される。

本実施の形態に係る複合動力システム３００は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき説明する。

本実施の形態において、回転電機システム１０は、ガスタービンエンジン２００とともに複合動力システム３００を構成する。このため、図５に示すように、回転軸４０に対して出力軸２５０が連結される。ここで、回転軸４０を構成する内側軸３４の右端部４６ｂには、軸連結孔６２が形成されるとともに、該軸連結孔６２の内周壁に雌ネジ部６４が刻設されている。また、出力軸２５０の左端には雄ネジ部２５２が刻設され、該左端が軸連結孔６２に挿入されるとともに、前記雄ネジ部２５２が前記雌ネジ部６４に螺合される。

このように、回転軸４０の一端部に形成された軸連結孔６２に出力軸２５０の一端部を挿入することから、互いに連結された後の回転軸４０と出力軸２５０の長さが、両軸４０、２５０の各長さの合計に比して小さくなる。また、回転軸４０の軸連結孔６２に出力軸２５０を挿入することから、出力軸２５０の直径が軸連結孔６２の直径よりも小さく設定される。従って、出力軸２５０が小型で軽量なものとなる。以上のような理由から、複合動力システム３００の小型化、軽量化を図ることができる。

そして、端子用ケーシング２２内のＵ相端子１５６ａ、Ｖ相端子１５６ｂ、Ｗ相端子１５６ｃに対し、外部電源である前記バッテリ１７０（図７参照）の接続端子が接続される。この状態で、バッテリ１７０から直流電流が供給される。図２及び図７に示す電流変換器１７２の変換回路１７４は、この直流電流を交流電流に変換し、Ｕ相端子１５６ａ、Ｖ相端子１５６ｂ、Ｗ相端子１５６ｃを介して、電磁コイル１１６（Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイル）に供給する。この交流電流が電磁コイル１１６を流れることで、ステータ３２に交番磁界が生じる。このため、電磁コイル１１６と、ロータ３０の永久磁石８８との間に、吸引力と反発力とが交互に作用する。その結果、回転軸４０が回転を開始する。なお、図示しない公知のスタータによって回転軸４０を回転させるようにしてもよいことは勿論である。

ここで、図５に示すように、回転軸４０を構成する外側軸３６の右開口端４２ｂの外周壁に第１内周側スプライン６６が形成され、且つコンプレッサホイール２３０の小径円筒部２４２の内壁に第１外周側スプライン８５が形成されている。そして、第１内周側スプライン６６と第１外周側スプライン８５が互いに噛合している。さらに、出力軸２５０に第２内周側スプライン２５４が形成され、且つコンプレッサホイール２３０の軸孔２４４の内壁に第２外周側スプライン２４６が形成されている。そして、第２内周側スプライン２５４と第２外周側スプライン２４６も互いに噛合している。このため、回転軸４０の回転トルクが、コンプレッサホイール２３０を介して出力軸２５０に速やかに伝達される。

すなわち、回転軸４０が回転を開始すると、これと一体的に出力軸２５０も回転を開始する。これに伴い、出力軸２５０に支持されたコンプレッサホイール２３０、タービンホイール２３２が出力軸２５０と一体的に回転する。以上のように、内周側係合部である第１内周側スプライン６６、外周側係合部である第１外周側スプライン８５、内周側歯部である第２内周側スプライン２５４、外周側歯部である第２外周側スプライン２４６を設け、第１内周側スプライン６６と第１外周側スプライン８５、第２内周側スプライン２５４と第２外周側スプライン２４６をそれぞれ噛合（係合）させることにより、回転軸４０の回転トルクを出力軸２５０に対して十分に伝達することができる。

しかも、回転軸４０の右端部が、コンプレッサホイール２３０の小径円筒部２４２の中空内部に圧入されるとともに、出力軸２５０の左端部が、コンプレッサホイール２３０の内フランジ部２４８に圧入によって通されている。このため、回転軸４０の軸線と、出力軸２５０の軸線とが精度よく一致する。これにより、出力軸２５０が偏心ないし振動しながら回転することが十分に抑制される。

加えて、図９に示すように、コンプレッサホイール２３０とタービンホイール２３２の間にリング部材２５６が介装されている。リング部材２５６の嵌合孔２５８には、コンプレッサホイール２３０の右端面の環状突部２６８、タービンホイール２３２の左端面の嵌合用凸部２７０がそれぞれ嵌合している。これらの嵌合も、出力軸２５０の偏心回転（振動）を抑制することに寄与する。従って、振動を抑制するための機構を設けたり、出力軸２５０を大径なものとしたりする必要がない。これにより、複合動力システム３００の小型化を図ることができる。

さらに、コンプレッサホイール２３０の右端面とリング部材２５６の左端面との間、リング部材２５６の右端面とタービンホイール２３２の左端面との間には、それぞれ、摩擦力が発生する。この摩擦力により、コンプレッサホイール２３０、リング部材２５６、タービンホイール２３２が相互に密着する。従って、両ホイール２３０、２３２が回転ズレを起こすことが回避される。

さらにまた、複合動力システム３００を組み上げる際には、上記の嵌合により、コンプレッサホイール２３０及びタービンホイール２３２の出力軸２５０に対する位置合わせ（芯出し）がなされる。このことから分かるように、両ホイール２３０、２３２の間にリング部材２５６を設けるとともに、両ホイール２３０、２３２の一部をリング部材２５６の嵌合孔２５８に個別に嵌合するようにしたことにより、コンプレッサホイール２３０及びタービンホイール２３２の出力軸２５０に対する芯出しが容易となる。

そして、上記の回転により、図８に示すように、インナハウジング２０２の脚部２１２同士の間の吸気空間２４０から大気がシュラウドケース２１８内に吸引される。ここで、インナハウジング２０２の直径中心には、整流部材８２が位置している。上記したように、整流部材８２は、シュラウドケース２１８に向かうに従って縮径するような山形形状をなし、しかも、側周壁８３が平滑である。このため、吸引される大気は、整流部材８２によってシュラウドケース２１８に向かうように整流される。整流部材８２の右端がシュラウドケース２１８の左端開口から進入しているので、大気がシュラウドケース２１８内に効率よく進入する。このように、整流部材８２を上記のような形状とするとともに、その先端をシュラウドケース２１８内に進入させたことにより、大気をシュラウドケース２１８で効率よく捕集することができる。

シュラウドケース２１８内に吸引された大気は、コンプレッサホイール２３０とシュラウドケース２１８との間を流通する。シュラウドケース２１８の左方開口に比して、コンプレッサホイール２３０とシュラウドケース２１８との間が十分に狭小であることから、この流通の際に大気が圧縮される。すなわち、圧縮エアが生じる。

シュラウドケース２１８の右端（裾）近傍には、抽気口２２０が形成されている。一方、シュラウドケース２１８の左右方向略中間部の外周側には、インナハウジング２０２の脚部２１２の基端が位置する。この基端には、抽気通路２１６の入口開口が形成されている。このため、圧縮エアの一部が抽気口２２０からカーテン用エアとして分流し、脚部２１２内に形成された抽気通路２１６を経て第２サブハウジング２０に進行する。図６に示すように、カーテン用エアは、抽気通路２１６の出口開口から集合流路７４に流入して集合し、且つ円環状に拡散する。カーテン用エアは、さらに、集合流路７４から上流側連通孔７６を経、中継連通路７８に分配されて流入した後、３個の下流側連通孔８０ａ～８０ｃのそれぞれから、図１等に示す中空管部１５８ａ～１５８ｃの中空内部を流通する。

中空管部１５８ａ～１５８ｃは、冷却ジャケット２１の外周側に位置する。従って、カーテン用エアが中空管部１５８ａ～１５８ｃに沿って流通する過程で、カーテン用エアの熱が冷却ジャケット２１に予め供給された冷却媒体に十分に伝導する。これにより、カーテン用エアが比較的低温となる。すなわち、本実施の形態では、回転電機１２や電流変換器１７２を冷却するための冷却ジャケット２１により、カーテン用エアを降温することができる。このため、ガスタービンエンジン２００や回転電機システム１０に、カーテン用エアを冷却するための冷却設備を別途に設ける必要がない。この分、複合動力システム３００の小型化を図ることができる。

中空管部１５８ａを流通したカーテン用エアは、図２に示すように測定器用ケーシング２４の内部空間に流入する。これにより、測定器用ケーシング２４内にエアカーテンが形成される。余剰のカーテン用エアは、前記ケーシング間連通孔を介して端子用ケーシング２２の中空内部（内部空間）に流入する。この余剰のカーテン用エアと、中空管部１５８ｂ、１５８ｃを流通して端子用ケーシング２２の内部空間に流入したカーテン用エアとにより、端子用ケーシング２２内にエアカーテンが形成される。

端子用ケーシング２２内の余剰のカーテン用エアは、図３に示すように、メインハウジング１６に形成された収納室１１４に流入する。ここで、端子用ケーシング２２及び測定器用ケーシング２４がメインハウジング１６の左方に配設されていることから、カーテン用エアは、収納室１１４の左端から流入する。カーテン用エアは、その後、ステータ３２の内孔、すなわち、円柱状突部９６の外周壁と絶縁基材１１８との間のクリアランスに先ず進入する。

カーテン用エアの一部は、その後、第１軸挿通孔９８側に向かう。また、残部は、永久磁石８８の外壁と電磁コイル１１６の内壁との間のクリアランス、換言すれば、収納室１１４に沿って、挿入孔６８側に向かって流通する。このように、カーテン用エアは、左端（第１端部）の第１軸挿通孔９８に向かう分と、右端（第２端部）の挿入孔６８に向かう分とに分岐する。なお、上記から諒解される通り、カーテン用エアの流通路は、端子用ケーシング２２及び測定器用ケーシング２４の内部空間を上流側とし、メインハウジング１６の収納室１１４を下流側とする。

第１軸挿通孔９８側に流通したカーテン用エアは、第１軸挿通孔９８内に配設された第１ベアリング９２を通過する。一方、挿入孔６８側に流通したカーテン用エアは、挿入孔６８内に配設された第２ベアリング９４を通過する。潤滑油を含んだ両カーテン用エアは、その後、例えば、潤滑用排出路を経てオイルタンク（いずれも図示せず）に排出され、潤滑油とエアとに分離される。潤滑油は第１ベアリング９２、第２ベアリング９４に再供給される。一方、エアは、例えば、大気に排出される。

抽気口２２０に進入することなく、シュラウドケース２１８とコンプレッサホイール２３０の間を通過した圧縮エアは燃焼用エアとなり、図８に示すように、ディフューザ２３４内に進行する。燃焼用エアは、ディフューザ２３４の壁部に形成された出口孔から、燃焼器２３６とアウタハウジング２０４の間の燃焼用エア流通路２７３に流出する。燃焼用エアは、さらに、燃焼器２３６に形成された中継孔２７６や前記微細孔、さらには、燃焼器２３６と燃料供給ノズル２７４との間のクリアランス等を介して、燃焼器２３６の中空内部、すなわち、燃焼室に進入する。

燃焼器２３６は予め加熱状態とされており、且つその中空内部（燃焼室）に、燃料供給ノズル２７４から燃料が供給される。燃料は燃焼用エアとともに燃焼し、高温の燃焼済燃料となる。この燃焼済燃料が前記送出孔からノズル２３８内に供給されたときにノズル２３８内で膨張することにより、タービンホイール２３２が高速で回転し始める。出力軸２５０がタービンホイール２３２に設けられるとともに、該出力軸２５０にコンプレッサホイール２３０が外嵌されていることから、タービンホイール２３２が高速回転することに伴って出力軸２５０及びコンプレッサホイール２３０が一体的に高速回転する。なお、燃焼済燃料は、排出口２８０に設けられる図示しない排出管を介してアウタハウジング２０４外に排出される。

コンプレッサホイール２３０とタービンホイール２３２の間に介装されたリング部材２５６は、両ホイール２３０、２３２の間をシールするシール部材としての役割も果たす。しかも、図９に示すように、リング部材２５６の外周壁には複数個のラビリンス用凸部２６４が形成されており、該ラビリンス用凸部２６４が、中間プレート２６６に形成された孔部２７２の内壁に当接している（図９参照）。コンプレッサホイール２３０によって生じた圧縮エアが、該コンプレッサホイール２３０の背面を経由してラビリンス用凸部２６４に到達する。また、タービンホイール２３２側から燃焼ガスがラビリンス用凸部２６４に到達する。上述の通り、燃焼ガスの圧力に比べて圧縮エアの圧力が高く設定されている。このため、燃焼ガスがラビリンス用凸部２６４を通過してコンプレッサホイール２３０側に流入することが抑制される。以上のような理由から、燃焼済燃料が、例えば、両ホイール２３０、２３２の間から軸孔２４４に侵入することが回避される。

図８において、出力軸２５０が高速回転を開始すると、バッテリ１７０（図７参照）から電磁コイル１１６への電流供給が停止される。しかしながら、上記したように燃焼済燃料によってタービンホイール２３２が高速回転しているので、タービンホイール２３２と一体的に出力軸２５０が回転することに追従し、回転軸４０が一体的に回転する。この際にも、上記と同様の理由から、出力軸２５０から回転軸４０に対して十分な回転トルクが伝達される。

そして、回転軸４０が永久磁石８８を同伴しながら回転することに伴い、囲繞する電磁コイル１１６に交流電流が生じる。交流電流は、Ｕ相端子１５６ａ、Ｖ相端子１５６ｂ、Ｗ相端子１５６ｃを介して、図２及び図７に示す電流変換器１７２に送られる。電流変換器１７２の変換回路１７４は、この交流電流を直流電流に変換する。電流変換器１７２の制御回路１７８は、バッテリ１７０に対して電気的に接続された外部負荷（例えば、モータ）の出力が低下したと判断されたとき、コンデンサ１７６を介して直流電流を前記バッテリ１７０（図７参照）に供給する。これにより、バッテリ１７０に充電がなされる。

この過程において、電流変換器１７２のうち、変換回路１７４及びコンデンサ１７６が特に熱を帯びる。しかしながら、本実施の形態では、メインハウジング１６の外周壁に機器用ケース１８０を位置決め固定し、且つ機器用ケース１８０内の変換回路１７４及びコンデンサ１７６を冷却ジャケット２１に近接させている。このため、変換回路１７４及びコンデンサ１７６の熱が冷却ジャケット２１内の冷却媒体に速やかに伝導する。これにより、変換回路１７４及びコンデンサ１７６が過度に高温となることが回避される。

なお、図３において、出力軸２５０及び回転軸４０の回転方向は、小キャップナット５８、大キャップナット６０及び雄ネジ部２５２の螺合時の回転方向と逆方向であることが好ましい。この場合、回転軸４０の回転中に小キャップナット５８、大キャップナット６０及び雄ネジ部２５２が弛緩することが回避されるからである。なお、小キャップナット５８や大キャップナット６０、雄ネジ部２５２に、弛緩を防止するための機構を予め設けておくようにしてもよい。

ここで、回転軸４０を回転可能に回転電機用ハウジング１４に支持する第１ベアリング９２及び第２ベアリング９４には、潤滑油がジェット流として供給される。これにより第１ベアリング９２及び第２ベアリング９４が潤滑油で冷却されるので、これら第１ベアリング９２及び第２ベアリング９４に焼き付きが発生することを抑制することができる。なお、上記したように、回転電機システム１０には、端子用ケーシング２２及び測定器用ケーシング２４の内部空間を上流側、第１ベアリング９２及び第２ベアリング９４を下流側とする流通路が形成されている。また、該流通路にはラビリンスシール構造が設けられており、カーテン用エアは、このラビリンスシール構造を経由するように流通する。このため、潤滑油が端子用ケーシング２２及び測定器用ケーシング２４の内部空間に進入することは困難である。

しかも、端子用ケーシング２２及び測定器用ケーシング２４の内部空間には、カーテン用エアによるエアカーテンが形成されている。従って、仮に潤滑油が端子用ケーシング２２及び測定器用ケーシング２４の内部空間に進入したとしても、Ｕ相端子１５６ａ、Ｖ相端子１５６ｂ、Ｗ相端子１５６ｃや、サーミスタ１５２等に潤滑油が付着することが抑制される。以上のような理由から、バッテリ１７０が電気的に接続される電気端子部や、測定器（サーミスタ１５２）等が潤滑油で汚れることを有効に回避することができる。

加えて、回転電機システム１０では、第１ベアリング９２、第２ベアリング９４を通過したカーテン用エアが回転電機用ハウジング１４の外部に排出されるように流通する。このため、第１ベアリング９２や第２ベアリング９４から潤滑油が漏洩したとしても、潤滑油はカーテン用エアに同伴されて回転電機用ハウジング１４の外部に排出される。従って、漏洩した潤滑油がロータ３０側に向かうことや、ロータ３０内に残留することを回避することができる。

回転軸４０が回転することに伴い、外側軸３６の大径な部位に保持された複数個の永久磁石８８が周回する。これにより、永久磁石８８に対向する電磁コイル１１６（Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイル）に電流が誘起される。この電流が、Ｕ相端子１５６ａ、Ｖ相端子１５６ｂ、Ｗ相端子１５６ｃを介して、外部機器を付勢する電力として取り出される。

電磁コイル１１６は、電流が流れることに伴って発熱する。ここで、ステータ３２の左端には、分岐される前のカーテン用エアが接触する。また、ステータ３２の外壁及び内壁には、長手方向に沿って、収納室１１４を経て挿入孔６８に向かうカーテン用エアが接触する。すなわち、ステータ３２には、左端に対して十分な量のカーテン用エアが接触するとともに、外壁及び内壁の全体にわたって、分岐後のカーテン用エアが接触する。

加えて、メインハウジング１６に設けられた冷却ジャケット２１に、冷却媒体が流通する。この冷却媒体により、電磁コイル１１６を含むステータ３２、ひいては回転電機１２が、カーテン用エア及び冷却媒体によって速やかに冷却される。

また、本実施の形態では、回転電機１２を収納する回転電機用ハウジング１４（メインハウジング１６）と、Ｕ相端子１５６ａ、Ｖ相端子１５６ｂ、Ｗ相端子１５６ｃを収納する端子用ケーシング２２とを個別に設けている。このため、メインハウジング１６内のステータ３２に発生した熱の影響が、端子用ケーシング２２内のＵ相端子１５６ａ、Ｖ相端子１５６ｂ、Ｗ相端子１５６ｃに及び難い。なお、バッテリ１７０（図７参照）の端子が電気的に接続されることから、Ｕ相端子１５６ａ、Ｖ相端子１５６ｂ、Ｗ相端子１５６ｃも発熱する。しかしながら、Ｕ相端子１５６ａ、Ｖ相端子１５６ｂ、Ｗ相端子１５６ｃは、端子用ケーシング２２に供給されたカーテン用エアによって速やかに冷却される。

このように、カーテン用エアは、回転電機システム１０における発熱箇所を冷却する役割も兼ねる。そして、電気端子部（Ｕ相端子１５６ａ、Ｖ相端子１５６ｂ、Ｗ相端子１５６ｃ）や電磁コイル１１６や永久磁石８８等が冷却されることから、回転電機システム１０の出力制御等に熱の影響が及ぶことや、熱によって電磁コイル１１６や永久磁石８８の励磁が低下すること等が回避される。その結果として、回転電機システム１０の信頼性が向上する。

さらに、回転電機１２を収納するメインハウジング１６と、Ｕ相端子１５６ａ、Ｖ相端子１５６ｂ、Ｗ相端子１５６ｃを収納する端子用ケーシング２２とを個別に設けていることから、回転電機１２と電気端子部が互いに離間する。このため、Ｕ相端子１５６ａ、Ｖ相端子１５６ｂ、Ｗ相端子１５６ｃが、ロータ３０が回転することに伴って発生する振動の影響を受け難い。換言すれば、Ｕ相端子１５６ａ、Ｖ相端子１５６ｂ、Ｗ相端子１５６ｃが振動から保護される。また、上記したように、第１ベアリング９２及び第２ベアリング９４では、カーテン用エアによって焼き付きの発生が抑制される。従って、回転電機システム１０が耐久性に優れたものとなる。

回転軸４０が回転する最中、該回転軸４０の回転角度（回転パラメータ）がレゾルバ１４０によって検出される。具体的には、回転軸４０と一体的に、内側軸３４の左端部４６ａに外嵌されたレゾルバロータ５６が回転する。これによりレゾルバステータ１３０に発生した電気信号が、受信器用コネクタ１４４に電気的に接続された受信器に伝達される。電気信号を読み取った受信器は、該電気信号に基づいて回転軸４０の回転角度を算出し、その結果を図示しない制御装置等に送る。制御装置等は、この回転角度に基づき、演算によって回転数を求める。

レゾルバ１４０は、回転軸４０の、回転電機用ハウジング１４から露呈した突出先端１０４に配設されている。従って、レゾルバ１４０には、回転電機用ハウジング１４内のステータ３２の電磁コイル１１６に発生した熱や、ロータ３０の回転に伴って発生した振動の影響が及び難い。加えて、回転軸４０を支持する第１ベアリング９２及び第２ベアリング９４は、回転電機用ハウジング１４内に設けられている。従って、第１ベアリング９２や第２ベアリング９４が振動することは、回転電機用ハウジング１４によって抑制される。このことも、振動の影響がレゾルバ１４０に及ぶことを困難にする。

以上のように、熱や振動が伝達されることが抑制されることにより、レゾルバ１４０による回転角度の検出結果が正確となる。また、レゾルバ１４０の寿命も長期化する。

なお、例えば、レゾルバ１４０を内径及び外径が一層大きなものに取り替える場合には、内側軸３４を、左端部４６ａの直径が一層大きなものに交換すればよい。なお、１本の中実回転軸を回転軸４０として採用した場合、レゾルバ１４０を内径及び外径が大きなものに取り替えることに対応するべく中実回転軸を大径なものに交換すると、該中実回転軸を第１ベアリング９２ないし第２ベアリング９４に通すことが困難となることがあり得る。このことから分かるように、回転軸４０を外側軸３６と内側軸３４で構成するとともに、外側軸３６を第１ベアリング９２及び第２ベアリング９４に通し、且つ内側軸３４の、外側軸３６から露呈した部位にレゾルバロータ５６を配設することにより、内側軸３４を交換することで、内径及び外径が様々なレゾルバ１４０に対応することが可能となる。

本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、この実施の形態では、回転パラメータ検出器としてレゾルバ１４０を採用しているが、ホール素子を含む検出器を採用することも可能である。

また、カーテン用エアを、測定器用ケーシング２４の内部空間に流通させた後に端子用ケーシング２２の内部空間に流通させるようにしてもよい。又は、測定器用ケーシング２４と端子用ケーシング２２にカーテン用エアを個別に供給するとともに、各ケーシング２２、２４の内部空間を流通したカーテン用エアを個別に収納室１１４に流通させるようにしてもよい。

さらに、ガスタービンエンジン２００では、コンプレッサホイール２３０とタービンホイール２３２を、図８とは逆の配置としてもよい。すなわち、互いの位置を入れ替えるようにしてもよい。この場合、タービンホイール２３２に軸孔２４４を形成するとともに、コンプレッサホイール２３０に出力軸２５０を設ければよい。このほか、コンプレッサホイール２３０とタービンホイール２３２の形式を遠心式又は軸流式にしてもよい。コンプレッサホイール２３０とタービンホイール２３２とを同軸上に配置しているのであれば、遠心式と軸流式とを組み合せた多段コンプレッサホイール及び多段タービンホイールの組み合せであってもよい。

さらにまた、図３において、回転電機システム１０を構成する回転電機１２は、電磁コイル１１６に通電がなされることによって回転軸４０が回転するモータであってもよい。この場合、Ｕ相端子１５６ａ、Ｖ相端子１５６ｂ、Ｗ相端子１５６ｃは、バッテリ１７０から電力を受領する電気端子部となる。

そして、電流変換器は、交流電流又は直流電流の電圧を下降もしくは上昇させる回路を有するものであってもよい。

さらにまた、上記した実施の形態では、ガスタービンエンジン２００で生じた圧縮エアから一部を分流することで、ガスタービンエンジン２００を気体供給源として用いる態様を例示しているが、図２に示すように、外部に設けたポンプ２９０を気体供給源とすることも可能である。この場合、該ポンプ２９０の作用下に大気等を圧縮し、中空管部１５８ａ～１５８ｃ、又は集合流路７４に供給すればよい。なお、この構成では、圧縮エアをガスタービンエンジン２００から分流する必要は特にない。

加えて、回転軸４０と出力軸２５０との間でトルクを伝達する構成は、スプライン同士の噛合に特に限定されるものではない。例えば、回転軸４０の外周壁に１個以上の凸部を直径方向外方に突出するように設ける一方で出力軸２５０に１個以上の凹部を形成し、凸部と凹部を係合するようにしてもよい。又は、回転軸４０を多角形形状とする一方で出力軸２５０に多角形孔を形成し、多角形孔に回転軸４０を係合するようにしてもよい。後者では、回転軸４０の外周壁が内周側係合部となり、多角形孔の内周壁が環状の外周側係合部となる。

１０…回転電機システム １２…回転電機
１４…回転電機用ハウジング １６…メインハウジング
１８…第１サブハウジング ２０…第２サブハウジング
２１…冷却ジャケット ２２…端子用ケーシング
２４…測定器用ケーシング ２６…レゾルバホルダ
２８…キャップカバー ３０…ロータ
３２…ステータ ３４…内側軸
３６…外側軸 ４０…回転軸
４８…第１外ネジ部 ５０…鍔部
５２…ストッパ部 ５４…第２外ネジ部
５６…レゾルバロータ ５８…小キャップナット
６０…大キャップナット ６２…軸連結孔
６４…雌ネジ部 ６６…第１内周側スプライン
６８…挿入孔 ７０…内ストッパ
７１…外ストッパ ７４…集合流路
７６…上流側連通孔 ７８…中継連通路
８０ａ～８０ｃ…下流側連通孔 ８２…整流部材
８４…貫挿孔 ８５…第１外周側スプライン
８８…永久磁石 ９０…磁石ホルダ
９２…第１ベアリング ９４…第２ベアリング
９８…第１軸挿通孔 １００…第２軸挿通孔
１０４…突出先端 １１４…収納室
１１６…電磁コイル １１８…絶縁基材
１２２…円環状凹部 １２４…円環状凸部
１２６…中空凹部 １３０…レゾルバステータ
１４０…レゾルバ １５２…サーミスタ
１５４…ハーネス １５６ａ…Ｕ相端子
１５６ｂ…Ｖ相端子 １５６ｃ…Ｗ相端子
１５８ａ～１５８ｃ…中空管部 １７０…バッテリ
１７２…電流変換器 １７４…変換回路
１７６…コンデンサ １７８…制御回路
１８０…機器用ケース １８２…パワーモジュール
２００…ガスタービンエンジン ２０２…インナハウジング
２０４…アウタハウジング ２０６…エンジン用ハウジング
２０８…第１円環部 ２１０…第２円環部
２１２…脚部 ２１６…抽気通路
２１８…シュラウドケース ２２０…抽気口
２３０…コンプレッサホイール ２３２…タービンホイール
２３４…ディフューザ ２３６…燃焼器
２３８…ノズル ２４０…吸気空間
２４２…小径円筒部 ２４４…軸孔
２４６…第２外周側スプライン ２４８…内フランジ部
２５０…出力軸 ２５２…雄ネジ部
２５４…第２内周側スプライン ２５６…リング部材
２５８…嵌合孔 ２６４…ラビリンス用凸部
２６８…環状突部 ２７０…嵌合用凸部
２７２…孔部 ２７３…燃焼用エア流通路
２７４…燃料供給ノズル ２７６…中継孔
２９０…ポンプ ３００…複合動力システム

Claims (8)

1. 回転電機と、該回転電機の回転軸を回転可能に支持した回転電機用ハウジングとを有する回転電機システムと、
   タービンホイール及びコンプレッサホイールを支持して前記回転軸と一体的に回転する出力軸と、前記タービンホイール及び前記コンプレッサホイールを収容したエンジン用ハウジングとを有するガスタービンエンジンと、
   を備える複合動力システムであって、
   前記回転電機用ハウジングの外側壁に設けられて前記回転電機と外部機器との間で電力を授受するための電気端子部を収納する端子用ケーシングを備え、
   前記コンプレッサホイールを囲繞するシュラウドケースに、該コンプレッサホイールによって圧縮された圧縮エアが流入する抽気口が形成され、
   前記エンジン用ハウジングに、前記抽気口を通過した圧縮エアが流通する抽気通路が形成され、
   前記回転電機用ハウジングに冷却ジャケットが設けられるとともに、該冷却ジャケットの外周側に、前記抽気通路を流通した圧縮エアが流通する圧縮エア用流通路が形成され、
   前記端子用ケーシングが、前記圧縮エア用流通路の下流側に配設された複合動力システム。
2. 請求項１記載の複合動力システムにおいて、前記回転電機用ハウジングで前記回転軸を回転可能に支持するための第１ベアリング及び第２ベアリングを備え、
   前記端子用ケーシングの中空内部が前記回転電機用ハウジングの中空内部に連通し、且つ前記圧縮エア用流通路を通過した圧縮エアが前記第１ベアリング及び第２ベアリングに供給される複合動力システム。
3. 請求項２記載の複合動力システムにおいて、前記第１ベアリング及び前記第２ベアリングが、潤滑油によって潤滑されるものである複合動力システム。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の複合動力システムにおいて、前記圧縮エア用流通路が複数個形成されるとともに、前記回転電機用ハウジングに、前記抽気通路からの圧縮エアを前記複数個の前記圧縮エア用流通路に分配するための分配路が形成されている複合動力システム。
5. 請求項４記載の複合動力システムにおいて、前記抽気通路が複数個形成されるとともに、前記複数個の抽気通路を流通した圧縮エアが前記分配路に流入する複合動力システム。
6. 請求項５記載の複合動力システムにおいて、前記分配路が、前記複数個の抽気通路からの圧縮エアが個別に流入する１個の集合流路と、前記集合流路と前記複数個の圧縮エア用流通路の各々とを個別に連通する複数個の中継連通路とを有する複合動力システム。
7. 請求項６記載の複合動力システムにおいて、前記集合流路が円環形状をなし、且つ前記複数個の中継連通路が放射状に配設される複合動力システム。
8. 請求項１～７のいずれか１項に記載の複合動力システムにおいて、前記回転軸が、中空筒状の外側軸と、前記外側軸に比して長尺であり且つ該外側軸の内部に挿抜可能に挿入される内側軸とを有し、前記内側軸の一端部が前記外側軸から露呈する複合動力システム。

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