JP4681008B2 - ガスタービン用永久磁石発電機ロータ、その製造方法及びガスタービン並びにその製造方法 - Google Patents
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Description
8…軸端側ロータ軸、9…リング状永久磁石、9a,9b,9c,9d,9e…リング状永久磁石、10…非磁性円筒体(金属性パイプ)、11…溶接開先(溶接用溝)、12…軸端側溶接部溶け込み深さ、13…圧縮機側溶接部溶け込み深さ、13a…圧縮機側溶接部溶け込み深さ、
13b…圧縮機側溶接部の有効な接合範囲、14a…圧縮機側ロータ軸端面の傾斜部、
14b…非磁性金属パイプの圧縮機側端面の傾斜部、15…溶接部、21…発電機固
定子。
(実施例1)
図1は本発明の一実施例である永久磁石発電機のロータ構造1の上側半分を断面にした半断面図である。ロータシャフトは、圧縮機に連結される軸端部7と、それに隣接するベアリング部19と、大径部30と、複数のリング状永久磁石9と、その永久磁石の中心部に配置された磁性円筒体6と、軸端側ロータ軸8とからなる。永久磁石集合体9に対応して固定子21が配置され、更に固定子の外周にケーシングが配置される。なお、図1においては固定子21を片側しか示していないが、ロータシャフトに対して同心的に配置されることは言うまでもない。以下、図2〜図7においては固定子及びケーシングを省略して示した。なお、発電機ロータの固定子及びケーシング等の具体的構成の一例が特開2004−336917号公報に開示されている。本発明ではこのような構成例を採用することができる。また、圧縮機及びタービンについてもケーシングが必須であり、その構成例として、例えば特許文献2に記載された物がある。ケーシングについては周知の事項であるので、詳細な説明は省略する。
(実施例2)
図2は、本発明に他の実施例による発電機ロータの構造を示す一部断面図である。軸端側ロータ軸8の端面の外周面側と軸端側の非磁性金属パイプ11の端面の内周面側が溶接される。この場合の溶接による溶接部15の軸端側溶接部溶け込み深さが12で示されている。圧縮機側ロータ軸7と焼き嵌めされた非磁性金属パイプ11の圧縮機側の端面が接する部分の圧縮機側ロータ軸7には圧縮機側ロータ軸端面に傾斜部14aをつけた溶接用溝(開先)11を設けて外周側を広く開放し,非磁性金属パイプ11の端面の内周面側とロータ軸の端面の外周面側とを溶接することができる。この場合の溶接による溶接部15は非磁性円筒体(金属パイプ)10の端面の内周面側では浅く,ロータ軸の端面の外周面側では深くなり,有効な接合深さは13bとなる。
(実施例3)
図3は本発明の実施例である永久磁石発電機のロータ構造1の上側半分を断面にした半断面図である。圧縮機側ロータ軸7と焼き嵌めされた非磁性円筒体(金属パイプ)10の圧縮機側の端面が接する部分の圧縮機側ロータ軸7には圧縮機側ロータ軸端面に傾斜部14aをつけ,さらに非磁性金属パイプの圧縮機側の端面を含む端面にも傾斜部14bをつけた溶接用溝(開先)11を設けて外周側をさらに広く開放し,前記非磁性金属パイプの端面の内周面側とロータ軸の端面の外周面側表面に溶け込み深さが直角となるように溶接することを可能としている。深さ13bは実施例1よりも深くなる。
(実施例4)
図4は本発明の実施例である永久磁石発電機のロータ構造1に対応する上側半分を断面にした半断面図である。永久磁石発電機のロータ構造1において,ロータ軸と焼き嵌めされた非磁性金属パイプの圧縮機側の端面を含む面で圧縮機側ロータ軸7を圧縮機側7aと軸端側7bの二分割にする。二分割部分を突き合わせ、仮固定しておいた状態で非磁性円筒体を永久磁石集合体に焼き嵌めした後、前記突合せ部を離して非磁性円筒体とロータシャフトとを溶接固定する。前記非磁性金属パイプ11の端面の内周面側と圧縮機側ロータ軸の軸端側7b端面の外周面側とを溶接し,溶接後にこれら圧縮機側7aと軸端側7bを連結軸と連結用ナットによって連結して圧縮機側ロータ軸7を構成する。また、軸端側ロータシャフト8と非磁性円筒体の他端も溶接固定する。
(実施例5)
図4は本発明の実施例である永久磁石発電機のロータ構造1に対応する上側半分を断面にした半断面図である。永久磁石発電機のロータ構造において,大径部に一端を固定するように非磁性金属パイプ11を焼き嵌めした後、突合せ部に溶接開先を形成する。圧縮機側端の溶接を、前記非磁性円筒体(金属パイプ)10と圧縮機側ロータ軸7の外周面に行う。
(実施例6)
図6は本発明の実施例である永久磁石発電機のロータ構造1に対応する上側半分を断面にした半断面図である。永久磁石発電機のロータ構造において,圧縮機側ロータ軸7に焼き嵌めされた非磁性金属パイプ11の圧縮機側の端面が接する部分の径を縮小し、非磁性円筒体(金属パイプ)縮小部の内周面側とロータ軸外周面側とを重ね溶接する。
(実施例7)
図7は本発明の実施例によるマイクロガスタービンの構造を示す一部断面であり、永久磁石発電機ロータ1と、圧縮機3とタービン2が同軸上に配置される。それらはロータシャフトに形成された中空部に挿入された連結用軸(ボルト)4及び連結用ナット5により一体化される。また、永久磁石発電機ロータ1の永久磁石に対応して固定子21が配置され、発電機を構成する。ロータの非磁性円筒体の一端はロータの大径部との突合せ部で固定され、かつ溶接部15によって固定される。また、非磁性円筒体の他端も溶接部15によりロータに固定される。
イ.中空部と大径部を有するロータシャフトと、該大径部に挿入された磁性円筒体と、上記磁性円筒体の外面に配置された複数個の永久磁石セグメントと、永久磁石セグメントの端部に接触して配置された軸端側ロータとを順次積層する。
ロ.前記大径部又はその近傍に形成された非磁性円筒体の支持部につき合わせて非磁性円筒体を焼き嵌めする。なお、永久磁石集合体は予め冷却しておくのが好ましい。
ハ.前記永久磁石セグメントに非磁性円筒体を固定する。
ニ.前記大径部又はその近傍に形成された支持部に溶接開先を形成する。
ホ.非磁性円筒体を前記ロータシャフトに固定する。
へ.上記のようにして製造された永久磁石発電機ロータと、圧縮機とタービンとを一軸上に配置し、連結用軸を貫通させ、連結用ナットにより一体化する。
ト.ケーシングに固定された固定子を、永久磁石発電機ロータの永久磁石集合体9に対応して配置する。
Claims (10)
- ロータシャフトと、シャフトの軸長方向の剛性を増加する大径部と、大径部に一端を支持された非磁性円筒体と、該非磁性円筒体の内径と密着し、ロータシャフトの外周との間に固定されロータシャフトとの軸方向に配置された複数個の永久磁石セグメントと、非磁性円筒体の他端をロータシャフトに固定する手段とを有し、
前記ロータシャフトは、シャフトの長さ方向に中空部を有し、前記大径部に隣接する軸受部に接続した圧縮機側ロータ軸と、前記永久磁石セグメント及び該セグメントに隣接する軸端側ロータシャフトとを有し、それらは前記中空部に挿入された連結用軸と連結用ナットによって締結され、
前記非磁性円筒体の他端が前記軸端側ロータシャフトに溶接固定され、
前記大径部と前記非磁性円筒体の突き合わせ部に形成された溶接開先を溶接したことを特徴とする永久磁石発電機のロータ。 - ロータシャフトと、シャフトの軸長方向の剛性を増加する大径部と、大径部に一端を支持された非磁性円筒体と、非磁性円筒体の内径と密着し、ロータシャフトの外周との間に固定されロータシャフトとの軸方向に配置された複数個の永久磁石セグメントと、非磁性円筒体の他端をロータシャフトに固定する手段とを有し、
前記ロータシャフトは、シャフトの長さ方向に中空部を有し、前記大径部に隣接する軸受部に接続した圧縮機側ロータ軸と、前記永久磁石セグメント及び該セグメントに隣接する軸端側ロータシャフトとを有し、それらは前記中空部に挿入された連結用軸と連結用ナットによって締結され、
前記大径部と前記非磁性円筒体固定部のロータとが分割され、それらは前記連結用軸とナットにより連結されていることを特徴とする永久磁石発電機のロータ。 - 前記分割されたロータシャフトと非磁性円筒体との接合面を溶接固定したことを特徴とする請求項2記載の永久磁石発電機のロータ。
- ロータシャフトと、シャフトの軸長方向の剛性を増加する大径部と、大径部に一端を支持された非磁性円筒体と、非磁性円筒体の内径と密着し、ロータシャフトの外周との間に固定されロータシャフトとの軸方向に配置された複数個の永久磁石セグメントと、非磁性円筒体の他端をロータシャフトに固定する手段とを有し、
前記大径部に連続するロータシャフトの端部の径を縮小し、その縮小部の端部に前記非磁性円筒体の一端を固定し、該非磁性円筒体と前記ロータシャフトの縮小部とを重ね溶接したことを特徴とする永久磁石発電機のロータ。 - ロータシャフトを有する永久磁石発電機ロータと、該ロータの外周に配置された固定子と、ロータシャフトとの延長線上に配置された圧縮機とタービンとを有するガスタービンであって、ロータシャフトと、シャフトの軸長方向の剛性を増加する大径部と、該大径部に一端を支持された非磁性円筒体と、非磁性円筒体の内径と密着し、ロータシャフトの外周との間に固定されロータシャフトとの軸方向に配置された複数個の永久磁石セグメントと、非磁性円筒体の他端をロータシャフトに固定する手段とを有し、
前記大径部に前記非磁性円筒体の一端が溶接固定され、前記大径部と前記非磁性円筒体の突合せ部に形成された溶接開先を溶接したことを特徴とするガスタービン。 - ロータシャフトを有する永久磁石発電機ロータと、該ロータの外周に配置された固定子と、ロータシャフトとの延長線上に配置された圧縮機とタービンとを有するガスタービンであって、ロータシャフトと、シャフトの軸長方向の剛性を増加する大径部と、大径部に一端を支持された非磁性円筒体と、非磁性円筒体の内径と密着し、ロータシャフトの外周との間に固定されロータシャフトとの軸方向に配置された複数個の永久磁石セグメントと、非磁性円筒体の他端をロータシャフトに固定する手段とを有し、
前記大径部と前記非磁性円筒体の固定部のロータとが分割されていることを特徴とするガスタービン。 - 前記分割されたロータシャフトと非磁性円筒体との接合面を溶接固定したことを特徴とする請求項6記載のガスタービン。
- ロータシャフトを有する永久磁石発電機ロータと、該ロータの外周に配置された固定子と、ロータシャフトとの延長線上に配置された圧縮機とタービンとを有するガスタービンであって、ロータシャフトと、シャフトの軸長方向の剛性を増加する大径部と、大径部に一端を支持された非磁性円筒体と、非磁性円筒体の内径と密着し、ロータシャフトの外周との間に固定されロータシャフトとの軸方向に配置された複数個の永久磁石セグメントと、非磁性円筒体の他端をロータシャフトに固定する手段とを有し、
前記大径部に連続するロータシャフトの端部の径を縮小し、その縮小部の端部に前記非磁性円筒体の一端を固定し、該非磁性円筒体と前記ロータシャフトの縮小部とを重ね溶接したことを特徴とするガスタービン。 - 中空部と大径部を有するロータシャフトと、該大径部に挿入された磁性円筒体と、上記磁性円筒体の外面に配置された複数個の永久磁石セグメントと、永久磁石セグメントの端部に接触して配置された軸端側ロータとを順次積層し、前記大径部又はその近傍に形成された非磁性円筒体の支持部につき合わせて非磁性円筒体を焼き嵌めして、前記永久磁石セグメントに非磁性円筒体を固定し、前記大径部又はその近傍に形成された支持部に溶接開先を形成し、非磁性円筒体を前記ロータシャフトに固定することを特徴とする永久磁石発電機ロータの製造方法。
- 中空部と大径部を有するロータシャフトと、該大径部に挿入された磁性円筒体と、上記磁性円筒体の外面に配置された複数個の永久磁石セグメントと、永久磁石セグメントの端部に接触して配置された軸端側ロータとを順次積層し、
前記大径部又はその近傍に形成された非磁性円筒体の支持部につき合わせて非磁性円筒体を焼き嵌めし、
前記永久磁石セグメントに非磁性円筒体を固定し、
前記大径部又はその近傍に形成された支持部に溶接開先を形成し、
非磁性円筒体を前記ロータシャフトに固定し、上記のようにして製造された永久磁石発電機ロータと、圧縮機とタービンとを一軸上に配置し、連結用軸を貫通させ、連結用ナットによりー体化し、
ケーシングに固定された固定子を、永久磁石発電機ロータの永久磁石集合体に対応して配置する、
ことを特徴とするガスタービンの製造方法。
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