JP5985347B2 - 回転トルク伝達装置及びそれを用いたガスタービン発電機 - Google Patents

Description

本発明は、遊星型磁気歯車に係り、特に、外側回転部及び内側回転部の周上に永久磁石を設け、珪素鋼板を軸方向に積層した磁性バーを備えた遊星型磁気歯車及びそれを用いたガスタービン発電機に関する。

歯車装置としては、高効率で比較的容易に動力を伝達することができる機械式の歯車装置が広く一般に用いられているが、その他に、磁石の磁気的な吸引・反発によってトルクを伝達する磁気歯車装置（回転トルク伝達装置）がある。

磁気歯車装置の従来技術として、例えば、同心状に配置した内輪磁気歯車（駆動ロータ）と外輪磁気歯車（被駆動ロータ）の間に磁気を透過する複数の磁性バー（磁気経路部材）を環状に配置し、内輪磁気歯車に入力したトルクを外輪磁気歯車に伝達するものがある（例えば、特許文献１参照）。なお、この磁気歯車装置に用いる磁石として、小型化を図るため磁力が強いネオジム・鉄・ボロン系焼結磁石が用いられている。

米国特許第３,３７８,７１０号明細書

上記従来技術のような構造の磁気歯車装置では、駆動ロータに設けた磁石から発生する回転磁束波が磁気経路部材を通過することにより、被駆動ロータと同期する回転磁束波が発生する。

一方、駆動ロータから発生した回転磁束波が磁気経路部材を通過することにより、被駆動ロータと同期しない回転磁束波（非同期磁束波）も発生する。この非同期磁束波は、被駆動ロータの磁性材料に渦電流を発生させる。このため、被駆動ロータの磁性材料が発熱し、磁力エネルギーが無駄に放散される。

本発明の目的は、非同期磁束波成分の発生を低減することができるトルク伝達装置及びそれを用いたガスタービン発電機を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、回転可能に支持された筒状の外側ロータと、前記外側ロータの内周面上に配置された外側ロータ磁石と、前記外側ロータの内側に、回転可能に支持された内側ロータと、前記内側ロータの外周面上に配置された内側ロータ磁石と、前記外側ロータと前記内側ロータの間に環状に配置され、前記内側ロータ磁石が回転することよって生成される磁束波を透過する第１の磁気経路部材と、前記外側ロータと前記内側ロータの間に環状に配置され、前記磁束波を透過する第２の磁気経路部材と、を備え、前記第２の磁気経路部材は、前記第１の磁気経路部材において、前記外側ロータ磁石に対向する面が、前記外側ロータの回転に同期しない前記磁束波である非同期磁束波の半波長の奇数倍、周方向に移動したものである。

本発明によれば、非同期磁束波成分の発生を低減することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施形態である回転トルク伝達装置を軸方向から見た断面図である。 図１に示す回転トルク伝達装置を側面から見た断面図である。 本発明の実施形態である回転トルク伝達装置に用いられる磁気経路部材ホルダの斜視図（模式図）である。 本発明の実施形態である回転トルク伝達装置に用いられる磁気経路部材を構成する珪素鋼板及び傾斜型磁気経路部材を構成する珪素鋼板を説明するための図である。 傾斜型磁気経路部材が配置された層における、本発明の実施形態である回転トルク伝達装置の断面図である。 本発明の実施形態である回転トルク伝達装置に用いられる磁気経路部材を通過した磁束波のスペクトルを表す図である。 本発明の実施形態である回転トルク伝達装置に用いられる磁気経路部材を通過した磁束波のグラフを表す図である。 本発明の実施形態である回転トルク伝達装置を備えたガスタービン発電機の概略構成図である。

以下、図１〜図７を用いて本発明の実施形態である回転トルク伝達装置の構成及び動作を説明する。回転トルク伝達装置は、回転トルクを伝達する装置であり、例えば、ガスタービン発電機に用いられるものである。ガスタービン発電機の詳細については、図８を用いて後述する。

最初に、図１〜図２を用いて、回転トルク伝達装置の構成を説明する。

図１は、本発明の実施形態である回転トルク伝達装置１００を軸方向から見た断面図である。

回転トルク伝達装置１００は、駆動ロータ（内側ロータ）５、磁気経路部材ホルダ８、被駆動ロータ（外側ロータ）４を備える。

円筒状の内側ロータ５は、金属（非磁性材料）でできている。内側ロータ５の外周面上には、１４個の駆動ロータ磁石（内側ロータ磁石）３が周方向に配置される。この場合、内側ロータ磁石３の極対数は７となる。

ここで、内側ロータ５の径方向外側にＮ極３ａを内側ロータ５の径方向内側にＳ極３ｂを配置した内側ロータ磁石３と、Ｎ極３ａとＳ極３ｂを逆にした内側ロータ磁石３とが交互に周方向に配置される。内側ロータ磁石３は、永久磁石であり、磁場を生成する。図１では、内側ロータ磁石３のＮ極３ａは斜線で表されている。

円筒状の磁気経路部材ホルダ８は、絶縁性の樹脂であるＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）でできており、珪素鋼板を積層して形成された磁気経路部材２を内部に含んでいる。磁気経路部材２は、内側ロータ磁石３が回転することによって生成される磁束波を透過する。図１では、周方向に等間隔で２４個の磁気経路部材２が配置されている。磁気経路部材ホルダ８と内側ロータ磁石３の間には、１〜５ｍｍの隙間がある。磁気経路部材ホルダ８の詳細については、図３を用いて後述する。

円筒状の外側ロータ４は、金属（非磁性材料）でできている。これにより、磁束波が外側ロータ４の外側に漏れないようになっている。外側ロータ４の内周面上には、３４個の被駆動ロータ磁石（外側ロータ磁石）１が周方向に配置される。この場合、外側ロータ磁石１の極対数は１７となる。外側ロータ４と外側ロータ磁石１は接着剤で固定されている。外側ロータ磁石１と磁気経路部材ホルダ８の間には、１〜５ｍｍの隙間がある。

ここで、外側ロータ４の径方向外側にＮ極１ａを外側ロータ４の径方向内側にＳ極１ｂを配置した外側ロータ磁石１と、Ｎ極１ａとＳ極１ｂを逆にした外側ロータ磁石１とが交互に周方向に配置される。外側ロータ磁石１は、永久磁石であり、磁場を生成する。図１では、外側ロータ磁石１のＮ極１ａは斜線で表されている。

図２は、図１に示す回転トルク伝達装置１００を側面から見た断面図である。なお、図１と同一の部分には、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

回転トルク伝達装置１００は、入力シャフト９、出力シャフト１０、支持体１２、支持部材１３、１４を備える。

入力シャフト９は、金属（非磁性材料）でできている。入力シャフト９の端部には、フランジ９ａが形成される。フランジ９ａと内側ロータ５は、ボルトＢ１で固定される。これにより、入力シャフト９から入力されたトルクが内側ロータ５に伝えられる。

出力シャフト１０は、金属（非磁性材料）でできている。出力シャフト１０の端部には、フランジ１０ａが形成される。フランジ１０ａの内側ロータ５に対向する面の中央には、凹部１０ｂが形成される。凹部１０ｂの外側には、溝部１０ｃが形成されている。フランジ１０ａと外側ロータ４は、ボルトＢ２で固定される。これにより、外側ロータ４から出力されたトルクは、出力シャフト１０に伝えられる。

支持体１２は、入力シャフト９を回転可能に支持する軸受１２ａを備える。支持体１２と磁気経路部材ホルダ８は、ボルトＢ３で固定されている。なお、支持体１２は、ボルトＢ４で基礎に固定されている。本実施形態では、磁気経路部材ホルダ８は、完全に固定され、回転可能に支持されていない。

支持部材１３は、出力シャフト１０のフランジ部１０ａに対向する面の中央に凸部１３ａを備える。支持部材１３と内側ロータ５は、ボルトＢ５で固定される。

支持部材１４は、端部にフランジ１４ａを備える。支持部材１４と磁気経路部材ホルダ８は、ボルトＢ６で固定される。

支持部材１３の凸部１３ａと出力シャフト１０の凹部１０ｂの間には、ベアリング１１Ａが取り付けられている。これにより、支持部材１３及び内側ロータ５が回転可能に支持される。

支持部材１４のフランジ１４ａと出力シャフト１０の溝部１０ｃの間には、ベアリング１１Ｂが取り付けられている。これにより、出力シャフト１０及び外側ロータ４が回転可能に支持される。

次に、図３〜図４を用いて、磁気経路部材ホルダ８の構成を説明する。

図３は、本発明の実施形態である回転トルク伝達装置１００に用いられる磁気経路部材ホルダ８の斜視図（模式図）である。磁気経路部材ホルダ８は、第１の磁気経路部材としての磁気経路部材２、第２の磁気経路部材としての傾斜型磁気経路部材６（６Ａ，６Ｂ）を備える。

以下、磁気経路部材２、傾斜型磁気経路部材６Ａ、又は傾斜型磁気経路部材６Ｂが属する層を入力シャフト９ａ側から順に第１層、第２層、…、とする。各層は、磁気経路部材ホルダ８の中心軸Ｌに垂直である。なお、磁気経路部材ホルダ８の中心軸Ｌは、外側ロータ４及び内側ロータ４の中心軸と同一直線上にある。

まず、図４を用いて、磁気経路部材２及び傾斜型磁気経路部材６の構成を説明する。図４は、本発明の実施形態である回転トルク伝達装置１００に用いられる磁気経路部材２を構成する珪素鋼板２ａ及び傾斜型磁気経路部材６を構成する珪素鋼板６ａのを説明するための図である。

図４（Ａ）は、珪素鋼板２ａ及び珪素鋼板６ａを説明するための模式図である。図４（Ａ）では、図面を見やすくするため、磁気経路部材ホルダ８の軸方向Ｑから見た２個の珪素鋼板２ａと、珪素鋼板６ａのみを表示している。

珪素鋼板２ａは、略長方形の形状である。略長方形の珪素鋼板２ａを磁気経路部材ホルダ８の中心軸Ｌの軸方向に積層することにより、略直方体の磁気経路部材２が形成される。

一方、珪素鋼板６ａは、略平行四辺形の形状である。珪素鋼板６ａは、珪素鋼板２ａにおいて、外側ロータ磁石１に対向する辺２ａ１が（２ｎ＋１）×（λ／２）の長さ（円弧の長さ）だけ、周方向Ｒに移動したものである。

なお、ｎは整数であり、λは内側ロータ磁石３が回転することによって生成される磁束波のうち、外側ロータ４の回転に同期しない磁束波である非同期磁束波の波長である。本実施形態では、説明を簡単にするため、ｎ＝０とする。非同期磁束波の詳細については、図６、図７を用いて後述する。

ここで、ｎ＝０の場合、（２ｎ＋１）×（λ／２）は十分小さいため、図４（Ｂ）に示すような平行四辺形の珪素鋼板６ｃを用いてもよい。図４（Ｂ）は、珪素鋼板６ｃを磁気経路部材ホルダ８の軸方向Ｑから見た正面図である。なお、図４（Ａ）と同一の部分には、同一の符号を付す。方向Ｓは、珪素鋼板４ｃの辺６ｃ１に沿った方向を示し、方向Ｑは、磁気経路部材ホルダ８の周方向を示す。

珪素鋼板６ｃは、珪素鋼板２ａにおいて、外側ロータ磁石１に対向する辺２ａ１が、距離（２ｎ＋１）×（λ／２）だけ、辺２ａ１に沿って、方向Ｓに平行移動した平行四辺形の珪素鋼板である。これにより、珪素鋼板６ｃの加工が容易になる。

略平行四辺形の珪素鋼板６ａを磁気経路部材ホルダ８の中心軸Ｌの軸方向に積層することにより、傾斜型磁気経路部材６が形成される。これにより、傾斜型磁気経路部材６は、磁気経路部材２において、外側ロータ磁石１に対向する面が、非同期磁束波の半波長の奇数倍の長さ（円弧の長さ）だけ、周方向Ｒに移動したものとなる。

すなわち、傾斜型磁気経路部材６は、磁気経路部材２において、外側ロータ磁石１に対向する面が、（π／非同期磁束波の波数）の奇数倍の角度[rad]だけ、磁気経路部材ホルダ８の中心軸Ｌの周りに回転したものである。

ここで、波長がλ１の非同期磁束波に対応する珪素鋼板６ａを積層することにより傾斜型磁気経路部材６Ａが形成される。また、波長がλ２の非同期磁束波に対応する珪素鋼板６ａを積層することにより、傾斜型磁気経路部材６Ｂが形成される。λ１，λ２の詳細については、図７を用いて後述する。

図３に戻り、磁気経路部材２及び傾斜型磁気経路部材６（６Ａ，６Ｂ）の配置について説明する。

第（２ｋ−１）層（ｋ＝１，２，…）には、磁気経路部材２が、磁気経路部材ホルダ８の周方向Ｒに等間隔で２４個、環状に配置される。磁気経路部材２において、外側ロータ磁石１に対向する面及び内側ロータ磁石３に対向する面は、磁気経路部材ホルダ８の径Ｐに垂直である。なお、図３では、図面を見やすくするために、周方向Ｒに２個だけ磁気経路部材２を表示している。以下、傾斜型磁気経路部材６についても同様である。

ここで、環状に配置される磁気経路部材２の個数をｎｓ、内側ロータ磁石３の極対数をＰＨ、外側ロータ磁石１の極対数をＰＬとすると、ｎｓ＝ＰＨ＋ＰＬを満たすようになっている。以下、磁気経路部材６についても同様である。

第（４ｋ−２）層（ｋ＝１，２，…）には、波長がλ１の非同期磁束波に対応する傾斜型磁気経路部材６Ａが、磁気経路部材ホルダ８の周方向Ｒに等間隔で２４個、環状に配置される。傾斜型磁気経路部材６Ａにおいて、内側ロータ磁石３に対向する面は、磁気経路部材ホルダ８の径Ｐに垂直である。

第４ｋ層（ｋ＝１，２，…）には、波長がλ２の非同期磁束波に対応する傾斜型磁気経路部材６Ｂが、磁気経路部材ホルダ８の周方向Ｒに等間隔で２４個、環状に配置される。傾斜型磁気経路部材６Ａにおいて、内側ロータ磁石３に対向する面は、磁気経路部材ホルダ８の径Ｐに垂直である。

第（２ｋ−１）層に配置された磁気経路部材２、第（４ｋ−２）層に配置された傾斜型磁気経路部材６Ａ、及び第４ｋ層に配置された傾斜型磁気経路部材６Ｂは、磁気経路部材ホルダ８の軸方向Ｑに重ねられる。なお、軸方向Ｑは、外側ロータ４及び内側ロータ５の軸方向と一致する。

ここで、軸方向Ｑに重ねられた、磁気経路部材２、波長がλ１の非同期磁束波に対応する傾斜型磁気経路部材６Ａ、及び波長がλ２の非同期磁束波に対応する傾斜型磁気経路部材６Ｂにおいて、内側ロータ５に対向するそれぞれの面と磁気経路部材ホルダ８の中心軸Ｌとの距離は等しい。このため、図４に示すように、磁気経路部材２を構成する珪素鋼板２ａの辺２ａ２と、傾斜型磁気経路部材６（６Ａ，６Ｂ）を構成する珪素鋼板６ａの辺６ａ２を、中心軸Ｌに垂直な面に投影したときに射影が一致する。

図５は、傾斜型磁気経路部材６（６Ａ，６Ｂ）が配置された層における、本発明の実施形態である回転トルク伝達装置１００の断面図である。なお、図１と同一の部分には、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１の磁気経路部材２が配置された層における断面図と比較すると、磁気経路部材２が磁気経路部材６に置き換えられている点が異なる。図５では、傾斜型磁気経路部材６が環状に２４個配置されている。

次に、図１，図２，図５を用いて、本発明の実施形態である回転トルク伝達装置１００の動作を説明する。

入力シャフト９からトルクが入力されると、内側ロータ５が回転する。内側ロータ５が回転することにより、内側ロータ磁石３も回転する。これにより、回転磁束波が発生する。

回転磁束波は磁気経路部材２及び傾斜型磁気経路部材６を通過（透過）する。回転磁束波が磁気経路部材２を通過することにより、外側ロータ４に同期する磁束波と外側ロータ４に同期しない非同期磁束波が発生する。ここで、非同期磁束波は、磁気経路部材６を通過した回転磁束波によって消去される。この詳細については、図６〜７を用いて後述する。

外側ロータ４に同期する磁束波によって、外側ロータ４は回転する。外側ロータ４が回転することにより、出力シャフト１０にトルクが伝わる。

次に、図６〜図７を用いて、本発明の実施形態である回転トルク伝達装置１００の作用効果を説明する。

以下では、第（２ｋ−１）層と、第（４ｋ−２）と、第４ｋ層に分けて、回転トルク伝達装置１００の作用効果を説明する。

（Ｉ）第（２ｋ−１）層
第（２ｋ−１）層（ｋ＝１，２，…）には、磁気経路部材２が配置されている。入力シャフト９からトルクが入力されると、内側ロータ磁石３が回転する。内側ロータ磁石３が回転することによって発生する磁束波の1次波fm(θ,t)は、次の式（１）で表される。ここで、内側ロータ磁石３の極対数をＰＨ、内側ロータ磁石３の起磁力をfac、回転角速度をωとする。なお、磁束波の１次波は、磁束波をフーリエ展開したときの一次成分である。
fm（θ,t） = fac sin（PH（θ−ωt）） ・・・ （１）
また、磁気経路部材２のパーミアンス（permeance）の空間分布の一次成分は、次の式（２）で表される。ここで、λdcは、パーミアンスの直流成分、λacは変動分を示す。なお、パーミアンスは、磁気抵抗の逆数である。
P（θ） = λdc + λac sin（nsθ） ・・・ （２）
内側ロータ磁石３が回転することによって発生する磁束波fm(θ,t)が磁気経路部材２を通過した後の磁束波φ(θ,t)は、次の式（３）で表される。ここで、磁気経路部材２の数をnsとする。

φ（θ,t） = fm（θ,t） x P（θ） ・・・ （３）
= fac λdc sin（PH（θ−ωt））
＋ （1/2） fac λac （cos（（ns−PH）（θ−（−PH/（ns−PH））ωt））
− cos（（ns＋PH）（θ−（PH/（ns＋PH））ωt）））
式（３）より、内側ロータ磁石３が回転することによって発生する磁束波fm(θ,t)は、磁気経路部材２を通過した後、次の3個の磁束波に変調される。

i) 円周上の波数がPHである磁束波。
ii) 円周上の波数がns-PHである磁束波。
iii) 円周上の波数がns+PHである磁束波。

i)とiii)の磁束波は回転方向が同一であるが、ii)の磁束波はこれらと回転方向が逆である。

ここで、外側ロータ磁石１の極対数をPLとし、磁気経路部材２の数をns = PH + PL とすると、ii)の磁束波の波数は、ns-PH=PLとなる。したがって、外側ロータ４と同期するのは、ii)の磁束波である。一方、磁束波i)とiii)は、外側ロータ４の回転に寄与していない。すなわち、磁束波i)とiii)は、非同期磁束波である。

これらの非同期磁束波は、従来、外側ロータ４の磁性部材に渦電流を発生させ、温度上昇や部材の劣化を招くとともに、損失ともなっていた。

本実施形態では、ＰＨ＝１７，ＰＬ＝７，ｎｓ＝２４であり、ｎｓ＝ＰＨ＋ＰＬを満たす。このため、外側ロータ磁石１の極対数ＰＬと、外側ロータ４の回転に寄与する磁束波ii)の波数ｎｓ−ＰＨ（＝ＰＬ）は一致する。したがって、内側ロータ５から外側ロータ４に回転トルクを効率的に伝えることができる。

図６は、本発明の実施形態である回転トルク伝達装置１００に用いられる磁気経路部材２を通過した磁束波のスペクトルを表す図である。縦軸は磁束密度（テスラ）を示し、横軸は、磁束波の波数を示す。ここで、波数がＰＨの磁束波Ｓ１は、上記i)の磁束波に対応する。波数がns-PHである磁束波Ｓ２は、上記ii)の磁束波に対応する。波数がns+PHの磁束波Ｓ３は、上記iii)に対応する。

図７は、本発明の実施形態である回転トルク伝達装置に用いられる磁気経路部材２を通過した磁束波のグラフを表す図である。

図７（Ａ）は、磁気経路部材２を通過した、波数がＰＨの磁束波のグラフＧ１を表す図である。縦軸は磁束密度を示し、横軸は回転角度θを示す。グラフＧ１は、上記i)の磁束波に対応する。この磁束波は、前述したように、外側ロータ４に同期しない非同期磁束波である。この非同期磁束波の波長λ１は式（３）により次の式（４）で表される。
λ１＝２π／ＰＨ ・・・ （４）
πは円周率、ＰＨは、外側ロータ磁石１の極対数である。

図７（Ｂ）は、磁気経路部材２を通過した、波数がｎｓ−ＰＨの磁束波のグラフを表す図である。縦軸は磁束密度を示し、横軸は回転角度θを示す。グラフＧ２は、上記ii)の磁束波に対応する。この磁束波は、前述したように、外側ロータ４に同期する磁束波である。

図７（Ｃ）は、磁気経路部材２を通過した、波数がｎｓ＋ＰＨの磁束波のグラフを表す図である。縦軸は磁束密度を示し、横軸は回転角度θを示す。グラフＧ２は、上記iii)の磁束波に対応する。この磁束波は、前述したように、外側ロータ４に同期しない非同期磁束波である。この非同期磁束波の波長λ２は式（３）により次の式（５）で表される。
λ２＝２π／（ｎｓ＋ＰＨ） ・・・ （５）
πは円周率、ｎｓは各層に配置される磁気経路部材２又は傾斜型磁気経路部材６の個数である。

（ＩＩ）第（４ｋ−２）層
第（４ｋ−２）層（ｋ＝１，２，…）には、波長がλ１の非同期磁束波に対応する傾斜型磁気経路部材６Ａが環状に配置されている。

これらの傾斜型磁気経路部材６Ａは、磁気経路部材２において、外側ロータ磁石１に対向する面が、外側ロータ４の回転に同期しない磁束波である非同期磁束波のλ１／２＝（π／ＰＨ）の長さ（円弧の長さ）だけ、周方向に移動したものである。

これにより、第（４ｋ−２）層に配置された傾斜型磁気経路部材６Ａを通過した磁束波は、図７（Ａ）に示す非同期磁束波と比較して、位相がπずれる。このため、波数がＰＨの非同期磁束波の一次成分が消去される。

（ＩＩＩ）第４ｋ層
第４ｋ層（ｋ＝１，２，…）には、波長がλ２の非同期磁束波に対応する傾斜型磁気経路部材６Ｂが環状に配置されている。

これらの傾斜型磁気経路部材６は、磁気経路部材２において、外側ロータ磁石１に対向する面が、外側ロータ４の回転に同期しない磁束波である非同期磁束波のλ２／２＝（π／（ｎｓ＋ＰＨ））の長さ（円弧の長さ）だけ、周方向に移動したものである。

これにより、第４ｋ層に配置された傾斜型磁気経路部材６を通過した磁束波は、図７（Ｃ）に示す非同期磁束波と比較して、位相がπずれる。このため、波数がｎｓ＋ＰＨの非同期磁束波の一次成分が消去される。

以上説明したように、本実施形態によれば、外側ロータ４の回転に寄与していない非同期磁束波の一次成分を消去することができる。このため、非同期磁束波成分の発生を低減することができる。これにより、非同期磁束波により発生する渦電流による外側ロータ４の発熱を低減することが可能である。

各層に配置された、磁気経路部材２、傾斜型磁気経路部材６Ａ、又は傾斜型磁気経路部材６Ｂの個数ｎｓは、内側ロータ磁石３の極対数ＰＨと外側ロータ磁石１の極対数ＰＬの和である。これにより、内側ロータ５から外側ロータ４に回転トルクを効率的に伝えることができる。

波数がＰＨ及びｎｓ＋ＰＨの非同期磁束波の回転方向は、外側ロータ４の回転方向と逆向きである。一方、波数がｎｓ−ＰＨの磁束波（同期磁束波）の回転方向は、外側ロータ４の回転方向と同じ向きである。本実施形態では、傾斜型磁気経路部材６は、非同期磁束波と逆位相の磁束波を発生させる。この磁束波により発生する反作用の方向は、同期磁束波により発生する反作用の方向と同一となる。このため、磁気歯車の磁束エネルギーを有効に使うことにより、トルク伝達の効率向上が図れる。

また、外側ロータ４が非磁性材料でできているため、磁束波が外側ロータ４の外側に漏れない。

次に、図８を用いて、回転トルク伝達装置１００を備えたガスタービン発電機２００の構成及び動作を説明する。

図８は、本発明の実施形態である回転トルク伝達装置１００を備えたガスタービン発電機２００の概略構成図である。ガスタービン発電機２００は、圧縮機９０、燃焼器９１、タービン９２、回転トルク伝達装置１００、発電機９４を備える。圧縮機９０のシャフト９０ａ及びタービン９２のシャフト９２ａは、圧縮機９０とタービン９２の間に設けられたシャフト９３に連結されている。

圧縮機９０は、タービン９２のシャフト９２ａから伝達されるトルクにより、空気を吸入し、圧縮する。圧縮機９０は、圧縮空気を燃焼器９１に供給する。

燃焼器９１は、圧縮機９０から供給された圧縮空気に燃料を混合し、燃焼する。燃焼器９１は、燃焼によって生成された燃焼ガスをタービン９２に供給する。

タービン９２は、燃焼器９１から供給された燃焼ガスによりトルクを出力する。ガスタービン９２によって出力されたトルクは、シャフト９２ａからシャフト９３及びシャフト９０ａに伝達される。

回転トルク伝達装置１００は、前述したように、入力シャフト９から入力されたトルクを出力シャフト１０に伝える。入力シャフト９は、圧縮機９０のシャフト９０ａに連結されている。これにより、回転トルク伝達装置１００は、タービン９２のシャフト９２ａから伝達されたトルクを、入力シャフト９から出力シャフト１０に伝達する。

また、回転トルク伝達装置１００の出力シャフト１０は、発電機９４に接続されている。これにより、回転トルク伝達装置１００は、タービン９２から伝達されたトルクを、発電機９４に伝達する。

発電機９４は、回転トルク伝達装置１００から伝達されたトルクにより、発電する。

前述したように、回転トルク伝達装置１００は、トルクを効率的に伝えることができる。このため、ガスタービン発電機２００は、効率的に発電することができる。

本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

上記実施形態では、外側ロータ磁石１を３４個、内側ロータ磁石３の個数を１４個としたが、これらの個数は任意である。

上記実施形態では、第１層に磁気経路部材２、第２層に傾斜型磁気経路部材６Ａ、第３層に磁気経路部２、第４層に傾斜型磁気経路部材６Ｂ、第５層に磁気経路部材２、・・・を配置しているが、磁気経路部材２、傾斜型磁気経路部材６Ａ、傾斜型磁気経路部材６Ｂをどの層に配置するかは任意である。

例えば、第１層に磁気経路部材２、第２層に傾斜型磁気経路部材６Ａ、第３層に傾斜型磁気経路部材６Ｂ、第４層に磁気経路部材２、・・・を配置するようにしてもよい。

ただし、磁気経路部材２は、主として外側ロータ４に同期する磁束波を発生させるものであるため、磁気経路部材２が配置される層の数は、傾斜型磁気経路部材６Ａ又は傾斜型磁気経路部材６Ｂが配置される層の数より大きいことが望ましい。

１…被駆動ロータ磁石（外側ロータ磁石）
２…磁気経路部材
３…駆動ロータ磁石（内側ロータ磁石）
４…被駆動ロータ（外側ロータ）
５…駆動ロータ（内側ロータ）
６…傾斜型磁気経路部材
８…磁気経路部材ホルダ
９０…圧縮機
９１…燃焼器
９２…タービン
９３…シャフト
９４…発電機
１００…回転トルク伝達装置
２００…ガスタービン発電機

Claims (9)

1. 回転可能に支持された筒状の外側ロータと、
   前記外側ロータの内周面上に配置された外側ロータ磁石と、
   前記外側ロータの内側に、回転可能に支持された内側ロータと、
   前記内側ロータの外周面上に配置された内側ロータ磁石と、
   前記外側ロータと前記内側ロータの間に環状に配置され、前記内側ロータ磁石が回転することよって生成される磁束波を透過する第１の磁気経路部材と、
   前記外側ロータと前記内側ロータの間に環状に配置され、前記磁束波を透過する第２の磁気経路部材と、
   を備え、
   前記第２の磁気経路部材は、
   前記第１の磁気経路部材において、前記外側ロータ磁石に対向する面が、前記外側ロータの回転に同期しない前記磁束波である非同期磁束波の半波長の奇数倍、周方向に移動したものである
   ことを特徴とする回転トルク伝達装置。
2. 請求項１に記載の回転トルク伝達装置であって、
   前記第１の磁気経路部材と前記第２の磁気経路部材は、
   前記外側ロータ及び前記内側ロータの軸方向に重ねられた
   ことを特徴とする回転トルク伝達装置。
3. 請求項２に記載の回転トルク伝達装置であって、
   環状に配置される前記第１又は第２の磁気経路部材の個数ｎｓは、
   内側ロータ磁石の極対数ＰＨと外側ロータ磁石の極対数ＰＬの和である
   ことを特徴とする回転トルク伝達装置。
4. 請求項３に記載の回転トルク伝達装置であって、
   前記非同期磁束波は、
   波数がＰＨの前記磁束波と、波数が（ｎｓ＋ＰＨ）の前記磁束波である
   ことを特徴とする回転トルク伝達装置。
5. 請求項４に記載の回転トルク伝達装置であって、
   前記第２の磁気経路部材は２種類あり、
   前記第１の磁気経路部材が配置される層と、
   波数がＰＨの前記非同期磁束波に対応する前記第２の磁気経路部材が配置される層と、
   波数が（ｎｓ＋ＰＨ）の前記非同期磁束波に対応する前記第２の磁気経路部材が配置される層と、
   が前記外側ロータ及び前記内側ロータの軸方向に重ねられた
   ことを特徴とする回転トルク伝達装置。
6. 請求項５に記載の回転トルク伝達装置であって、
   波数がＰＨの前記非同期磁束波に対応する前記第２の磁気経路部材は、
   前記第１の磁気経路部材において、前記外側ロータ磁石に対向する面が、（π／ＰＨ）の奇数倍、周方向に移動したものであり、
   波数が（ｎｓ＋ＰＨ）の前記非同期磁束波に対応する前記第２の磁気経路部材は、
   前記第１の磁気経路部材において、前記外側ロータ磁石に対向する面が、（π／（ｎｓ＋ＰＨ））の奇数倍、周方向に移動したものである
   ことを特徴とする回転トルク伝達装置。
7. 請求項６に記載の回転トルク伝達装置であって、
   前記第２の磁気経路部材は、平行四辺形の珪素鋼板を積層して形成された
   ことを特徴とする回転トルク伝達装置。
8. 請求項７に記載の回転トルク伝達装置であって、
   前記外側ロータは、非磁性材料でできている
   ことを特徴とする回転トルク伝達装置。
9. 空気を吸入し、圧縮する圧縮機と、
   圧縮された空気に燃料を混合し、燃焼する燃焼器と、
   燃焼によって生成された燃焼ガスによってトルクを出力するタービンと、
   前記タービンから出力されたトルクを伝達する回転トルク伝達装置と、
   前記回転トルク伝達装置から伝達されたトルクにより、発電する発電機と、
   を備え、
   前記回転トルク伝達装置は、
   回転可能に支持された筒状の外側ロータと、
   前記外側ロータの内周面上に配置された外側ロータ磁石と、
   前記外側ロータの内側に、回転可能に支持された内側ロータと、
   前記内側ロータの外周面上に配置された内側ロータ磁石と、
   前記外側ロータと前記内側ロータの間に環状に配置され、前記内側ロータ磁石が回転することよって生成される磁束波を透過する第１の磁気経路部材と、
   前記外側ロータと前記内側ロータの間に環状に配置され、前記磁束波を透過する第２の磁気経路部材と、
   を備え、
   前記第２の磁気経路部材は、
   前記第１の磁気経路部材において、前記外側ロータ磁石に対向する面が、前記外側ロータの回転に同期しない前記磁束波である非同期磁束波の半波長の奇数倍、周方向に移動したものである
   ことを特徴とするガスタービン発電機。

Images