JPH01268446A - クローポール形同期発電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は回転軸両端にタービン・コンプレッサーを装着
したクローポール形発電機に係り、特に回転軸系の危険
速度を高くし、超高速で安定して回転できるようにした
クローポール形同期発電機に関するものである。

（従来の技術） まず従来のクローポール発電機の構造を第５図および第
６図を用いて説明する。第５図はクローポール発電機の
縦断面図で、回転子軸１はころがり軸受２および軸受ブ
ラケット３にて両側で支持されている。軸受ブラケット
３は固定子フレーム４に固定されており、固定子フレー
ム４の内側には電機予巻Ｍ５．および固定子鉄心６が納
められている。

クローポール発電機の回転子軸１は軸方向に２分割し片
方をＮ極、一方をＳ極に磁化し、非磁性材７でつき合わ
せ溶接して作られる。このような回転子軸１のＡ−Ａ断
面図を第６図に示す。このような構成の回転子軸は、電
気的には２極の永久磁石が得られ、機械的には剛な回転
軸となり超高速の回転体に適している。

一方、界磁巻線８は補助ギャップ２７を通る磁路９を形
成するように固定子フレーム４内に納められ、直流電流
を流し電力を発生する。

以上説明したクローポール発電機をプレイトンサイクル
式発電システムに採用した場合、発電機の回転子軸上に
タービンとコンプレッサーが装着される。

例えば宇宙熱発電にプレイトンサイクル式発電システム
に採用した場合、高効率、小形軽量、高信頼性が要求さ
れ、次に示すような概略構造になる。

第７図は従来のプレイトンサイクル式りローポール形同
期発電機の縦断面図である。第７図において、発電機の
回転子軸１０の両側にタービン１１、コンプレッサー１
２が装着される。小形軽量、高信頼性のため回転速度を
高くし、軸受を能動形磁気軸受あるいは動圧形のガス軸
受を採用する。

本例の場合、磁気軸受で示し、ラジアル磁気軸受１３、
スラスト磁気軸受１４で発電機ロータが支持される。保
護用としてタッチダウンころがり軸受１５がある。

磁気軸受は軸受ブラケット１６に組入れられる。

固定子フレーム４には軸受ブラケット１６、タービンケ
ーシング１７、コンプレッサーケーシング１８がそれぞ
れ組立てら九る。

このような構成において、タービンで発電機およびコン
プレッサーを駆動し、発電機界磁巻線８を直流励磁する
ことによって電力を発生する。

（発明が解決しようとする課題） このように構成された発電機にあっては、回転子軸長が
長く、しかも、タービン、コンプレッサー、スラスト軸
受のスラスト円板が軸面端に集中するので危険速度が下
がり、定格回転数域までに複数の危険速度を通過するこ
とになる。

第８図は各危険速度の振動モードを表わし、剛体モード
（図面（ａ）、（ｂ））の通過は特に問題ないが。

弾性モード域になると第８図（ｃ）に示すように磁気軸
受の位置の回転子軸の変位と変位センサ位置の回転子軸
の変位が大幅に異なる場合もあり、磁気軸受で能動的に
制御できない危険な状態を生じる。また、機械的にも材
料強度が不足する事態も生じる。

このようなことから従来の回転速度の設定は。

弾性１次モードの危険速度域より低く決定せざるを得な
く、小形軽量化にするための高速化ができない問題点が
あった。

本発明は上記の問題点に鑑みなされたもので、弾性１次
モードの危険速度を軸長を短くしかも質量を小さくする
ことによって高め、それに伴い設定回転速度を高くして
、発電機の小形軽量化を計ったクローポール形同期発電
機を提供することを目的とするものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明のクローポール形同期発
電機は、界磁巻線の電流により形成される磁路の一部と
なる補助ギャップに面する固定子と回転子軸の双方に相
対面の幅がほぼ等しい複数の円周溝を備えた構成とする
。

（作用） 本発明のクローポール形同期発電機は以上のように構成
されているので界磁巻線に直流電流を流すことによって
補助ギャップ内の円周溝以外の対向面には磁束が発生す
る。もし、軸方向に軸が移動すると、対向する円周溝は
軸方向にズレを生じるが、それと同時に固定子と回転子
軸の間にはズレと逆方向に作用する軸力すなわちズレを
もとの位置に戻そうとする力が発生する。

（実施例） 以下本発明の一実施例について第１図ないし第３図に基
づき説明する。尚、第５図、第６図の従来構造で説明し
た部分については、同一符号を用い説明は一部省略する
。

第１図において、発電機の回転子軸２１の両側にタービ
ン１１．コンプレッサー１２を装着し、発電機部両側に
設けられた補助ギャップ２７に面する固定子フレーム２
３側と回転子軸２１側の双方に相対面の幅がほぼ等しい
対向する円周溝２２が設けられている。

回転子軸２１はラジアル磁気軸受１３によって支持され
、ラジアル磁気軸受１３は軸受ブラケット２４に固定さ
れ、軸受ブラケッ１〜２４は固定子フレーム２３に固定
され、固定子フレーム２３には固定子鉄心６、さらに界
磁巻線８が納められ、クローポール発電機を形成する。

次に本実施例の作用を第２図および第３図を用いて説明
する。

第２図は軸方向に回転子軸２１が移動していない場合で
、回転子軸２】と固定子フレーム２３の円周溝は完全に
対向している。界磁巻線Ｈに直流電流を流すことにより
、第５図に示す磁路９が形成され、円周溝両端の歯部か
ら発生する磁束は左右対称となり軸方向への力は発生し
ない。

一方、第３図に示すように軸方向にズレを生じると個々
の歯部の磁束が左右非対称となり、ズレと反対方向に軸
力が発生し、ズレをもとの位置にもどすように作用する
。

このように本実施例で設けた円周溝は、スラスト軸受の
役目を生じるため、専用のスラスト軸受を省略すること
ができる。したがって回転軸の長さを短くすることがで
き、さらにスラスト軸受のスラスト円板も省略できるの
で質量が軽くなり、よって危険速度を大幅に高くするこ
とができる。

次に、他の実施例を第４図を用いて説明する。

第４図に示すように回転子軸２１の円周溝２５と固定子
の円周溝２６をあらかじめδだけ偏位させ、しかも回転
子軸２１の右と左において偏位量δが逆になるように固
定子フレーム２３と発電機の回転子軸２１の位置を決め
ておく。

このように円周溝を設けることによっても上記実施例と
同様の作用効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によるクローポール形同期発
電機によれば、磁路を形成する一部の補助ギャップに面
する発電機の回転子軸と固定子の双方に相対面の幅がほ
ぼ等しい複数の円周溝を設けたことにより界磁巻線によ
り形成される磁束を利用して円周溝の軸方向ズレに対向
する軸力を得ることができるので、専用のスラスト軸受
が不要になり、回転軸長を短く、しかも質量を小さくで
きるので危険速度が大幅に高くすることができる。

したがって、発電機の定格回転速度を高く設定できるの
で、小形軽量の超高速のクローポール形同期発電機を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すクローポール形同期発
電機の縦断面図、第２図および第３図は第１図に示した
実施例の効果を説明するための説、四回、第４図は他の
実施例における円周溝構成の断面図、第５図および第６
図は従来のクローポール形発電機本体の断面図、第７図
は従来のプレイトンサイクル式クローポール発電機の断
面図、第８図は従来のクローポール形発電機の回転軸の
振動の様子を説明するための振動モード図である。 ６・・・固定子鉄心、　　　８・・・界磁巻線、１１・
・・タービン、　　　　　１２・・・コンプレッサー、
１３・・・ラジアル磁気軸受、１４・・・スラスト磁気
軸受、２１・・・回転子軸、　　　　２２・・・円周溝
、２３・・・固定子フレーム、２４・・・軸受ブラケッ
ト、２５・・・回転子側円周溝、　２６・・・固定子側
円周溝。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　第子丸　健 第２図 第３図 ７１１：、不在４１才才 第５図 （ｂ） 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 界磁巻線の電流により形成される磁路の一部となる補助
   ギャップに面する固定子と回転子軸の双方に、相対面の
   幅がほぼ等しい複数の円周溝を配設したことを特徴とす
   るクローポール形同期発電機。