JPH0284037A

JPH0284037A - クローポール形同期発電機装置

Info

Publication number: JPH0284037A
Application number: JP23268188A
Authority: JP
Inventors: Katsuki Ide; 勝記井手
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-09-19
Filing date: 1988-09-19
Publication date: 1990-03-26

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）本発明は発電機ロータ片側にタービン、他側にコンプレ
ッサを装着したクローポール形同期発電機装置に関する
。

（従来の技ｗＩ）まず従来のクローポール形発電機の構造を第３図および
第４図を参照して説明する。第３図はクローポール形発
電機の縦断面図で１発電機ロータ（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
機子巻線（５）、および固定子鉄心（６）が納められて
いる。

クローポール形発電機の発電機ロータ（１）は軸方向に
２分割し片方をＮ極、他方をＳ極に磁化し。

非磁性材（７）を介してつき合わせ溶接して作られる。

このような発電機ロータ（１）のＩＶ−ＩＶ線に沿う矢
視断面図を第４図に示す、このような構成の発電機ロー
タは、電気的には２極の永久磁石が得られ１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（１０）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、直流電流を流し磁束を発生し１発電機ロータ（
１）の回転によって電機子巻線（５）に電力を発生する
。

以上説明したクローポール形発電機をプレイトンサイク
ル式発電システムに採用する場合、タービンとコンプレ
ッサを結合する必要がある。

タービンとコンプレッサの結合手段には、タービンとコ
ンプレッサのセット（例えば過給機のようなもの）を別
置にして、上記説明した発電機をスプラインなどで結合
する手段があり、またクローポール発電機のロータの両
端にタービンとコンプレッサを別々に直結する手段があ
る。

前者の場合、タービンおよびコンプレッサの高温体と発
電機が別置きのため１発電機への熱侵入が極めて小さい
利点があるが、設置スペースおよび製作コストの面で後
者より劣る。この後者のタービンとコンプレッサと発電
機ロータの直結形は。

設置スペースおよび製作コストの面で優位であるが、タ
ービンおよびコンプレッサから発電機への熱侵入が容易
となり、発電機固定子巻線の絶縁物許容温度より高くな
る恐れがある。

このような長短所の中で上記プレイトンサイクル式発電
システムを宇宙熱発電に採用した場合。

打上げ容址の面から小形軽量は最も重要で、タービンと
コンプレッサは両側に直結、装着した構造が最も良い。

しかし、先に述べたような熱的問題と、装着手段には次
のような問題がある。

従来の装着手段を第５図、第６図を参照して説明する。

第５図は１発電機ロータ軸端（１１）にタービン（１２
）を溶接部（１３）にて結合したものである。この手段
によるとタービンの熱は発電機側に容易に伝達する。さ
らに軸受や軸受ブラケットなど静止側部品の組立てが複
雑になる。また、溶接による手段は、発電機ロータ材と
コンプレッサ部材（アルミニウム合金）は溶接不可能で
ある。

第６図は、タービン（１４）の中心部に穴を設け。

その穴に、発電機ロータを通し、止メキャップ（１６）
で固定する手段である。

これによるとタービン（１４）の組立て分解は容易にで
きるが、タービンに穴を開けたことにより、遠心応力が
急激に大きくなり、材料強度に不足を生じることがある
。

（発明が解決しようとする課題）クローポール発電機のロータの両端にタービンおよびコ
ンプレッサを別々に装着する発電機にあっては、高温の
タービンからの熱侵入が一番の問題である。また装着方
法により遠心応力が材料強度より大きくなる場合もある
。

本発明は分解・組立てが容易で、遠心応力に十分耐える
構造で、しかも１発電機への熱侵入を十分小さくして１
発電機の小形軽量化および信頼性の向上を計った超高速
で回転できるクローポール形同期発電機装置を提供する
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に本発明においては。

発電機ロータの両端部に取付穴を設け、この取付穴にそ
れぞれタービン主軸とコンプレッサ主軸を。

はめあい挿入する。そして１発電機ロータ中心およびコ
ンプレッサ中心を貫通した中心穴を設け、この中心穴に
タービン主軸と一体となったテンションバーを通し発電
機ロータを挟み込むようにコンプレッサ端部でナツトに
より引張り固定する。

はめあい部には冷却媒体通路用の穴と溝を設は冷却媒体
を流して強制冷却する。

（作　用）タービンは一体構造のため、応力が小さくできるので高
速化を計れる。また、発電機ロータの片側からタービン
、他側からコンプレッサを挿入する構造のため、簡単に
分解組立てができる。

はめあい部を冷却して発電機への熱侵入を小さくするの
で、発電機絶縁物の信頼性が向上する。

また軸受部の温度が高くならないため、ギャップの変化
が少なく、安定した軸受性能が得られる。

（実施例）以下５本発明の一実施例について第１図と第２図を参照
して説明する。尚、第３図、第４図で説明した発電機本
体構造の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図において発電機ロータ（２１）の両側に設けた取
付穴（２１ａ）にタービン（２２）およびコンプレッサ
（２３）と一体のそれぞれのタービン主軸（２４）、コ
ンプレッサ主軸（２５）をはめあい挿入する。さらに発
電機ロータの中心孔（２６）およびコンプレッサの中心
孔（２７）にタービン主軸（２４）と一体に伸したテン
ションバー（２８）を貫通して、コンプレッサ軸端にて
ナツト（２９）で引張り固定する。

尚１発電機ロータ（２１）とタービン主軸（２４）、コ
ンプレッサ主軸（２５）は埋込みピンなどの手段により
廻り止めをする。

発電機ロータ（２１）は、ラジアルガス軸受（３０）お
よびスラストガス軸受（３１）で支持され毎分数百回転
の速度で回転させるために、それぞれ軸受ケーシング（
３６）、軸受ブラケット（３３）に第１．第２の給気口
（３６ａ）　、　（４４）を設け、また第１の排気口（
３６ｂ）および第２の排気口（３６ｃ）を設ける。それ
ぞれの軸受は軸受ブラケット（３２）　、　（３３）　
、磁路ブラケット（３４）に固定され、さらに固定子フ
レーム（３５）の両側に固定する構造である。

また、両側軸受ブラケット（３２）の外側には、軸受ケ
ーシング（３６）があり、軸受ケーシング（３６）には
空洞部（３７）を設け、さらにラビリンス（３８）のシ
ールを取付ける。軸受ケーシング（３６）の両側にはタ
ービンおよびコンプレッサのケーシング（３９）　。

（４０）がある。

次に発電機ロータ（２１）とタービンおよびコンプレッ
サ主軸（２４）、　（２５）のはめあい部の冷却構造に
ついて説明する。タービンとコンプレッサ主軸（２４）
、　（２５）には軸方向溝（４１）を設け１発電機ロー
タ（２１）には、それぞれ軸方向２ケ所即ち、取付穴（
２１ａ）の外側のと内側０部に径方向穴（４２）および
（４３）を設ける。また、固定子フレーム（３５）には
第３の給気口（４５）および第３の排気口（４６）を設
ける。

次に本実施例の作用、効果を説明する。冷却媒体の流れ
方向は第１図中に矢印で示す、タービン（２２）は、１
０００℃に近いガスを受けるので耐熱合金鋼が使われる
。この比重は鉄とほぼ同じであり、中心部に穴を開ける
と応力が高くなり、材料強度が不十分となるが１本実施
例では中実であるため応力が小さく、従って１回転速度
を上げることができる。

コンプレッサ（２３）は、タービン側に比べ低いガス温
のため、高張力アルミニウム合金が使われる。

この材料は、比重が鉄と比べて３／ｌＯ程度で遠心応力
は、その比で小さくなる。従って小口径の中心穴は開い
ていても強度を有しているが、テンションバー（２８）
が通る程度（直径６〜８ｍｍ）の穴であるため、全く問
題ない。

また本実施例のロータ構造であれば、分解・組立てが可
能で、しかも容易に行える利点がある。

次に本実施例の冷却は次のように行う。

軸受ケーシング（３６）の第１の給気口（３６ａ）から
入れた冷却媒体はラジアルガス軸受（３０）を冷却しな
がら一部はそのまま第１の排気口（３６ｂ）から外部に
排気され、一部は第１図の０部径方向穴（４３）から入
り込み、第２図に示す冷却通路となる軸方向溝（４１）
を通って第１図の０部に出て、空洞部（３７）を通って
第２の排気口（３６ｃ）から外部に排気される。

第２の給気口（４４）からスラストガス軸受（３１）に
注入したガスは、左右に別けられ、右へ流れたガスは発
電機部を冷却しながら右側の軸受ケーシング（３６）内
に流れる。このような冷却構造にすることにより、発電
機ロータ（２１）およびケーシングの両者から伝達され
る熱をしゃ断できる。また、左へ流れたガスはラジアル
ガス軸受（３０）を冷却したガスと合流し０部径方向穴
（４３）へ入る。また、固定子フレーム（３５）にも第
３の給気口（４５）から冷媒を流入し、第３の排気口か
ら排出しているので。

冷却を良くする。そうすることによって、タービン（２
２）およびコンプレッサ（２３）が高温にもかかわらず
、発電機部では１００℃程度の温度まで下げることがで
き１発電機固定子コイルの絶縁信頼性が大幅に向上する
。

また、ガス軸受においても１組立て時の温度と実働時の
温度差が大きいとギャップが変化することになり、軸受
性能を左右することから１本冷却の効果は大きく、回転
性能を向上できるため、超高速化および小形軽量化が計
れる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、発電機ロータの両
端部に取付穴を設け、その取付穴にそれぞれタービン、
コンプレッサと一体のタービン主軸とコンプレッサ主軸
をはめあい挿入し、しかもそのはめあい部に冷却媒体通
路を設けて強制冷却することにより、発電機への熱侵入
およびタービンの遠心応力を小さくできる。

また、タービンとコンプレッサはタービン主軸と一体の
テンションバーで発電機ロータをはさみ込むようにコン
プレッサ端部でナツトにより引張り固定するため、分解
・組立てが容易である。そして１発電機温度を下げ、タ
ービンの遠心応力を下げ、しかも軸受の温度も下げるこ
とができるので、小形軽量で高信頼性の超高速のクロー
ポール形同期発電機装置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
電機装置の縦断面図、第２図は第１図の■−■線に沿う
矢視拡大断面図、第３図はクローポール形同期発電機本
体の説明用断面図、第４図は第３図のｒＶ−ｒＶ線に沿
う矢視断面図、第５図、第６図はそれぞれ異なる従来の
発電機ロータとタービンとの結合部を示す断面図である
。２１・・・発電機ロータ　　　　　　２２・・・タービ
ン２３・・・コンプレッサ　　　　　　２４・・・ター
ビン主軸２５・・・コンプレッサ主軸　　　２６．２７
・・・中心孔２８・・・テンションバー　　　　２９・
・・ナツト３０・・・ラジアルガス軸受　　　３６・・
・軸受ケーシング３７・・・空洞部　　　　　　　　３
８・・・ラビリンス４Ｉ・・・軸方向溝　　　　　　　
４２・・・０部径方向穴４３・・・０部径方向穴代理人　弁理士　大　胡　典　夫第２図第５図第　　６　図

Claims

【特許請求の範囲】

発電機ロータの片側にタービンを装着し、他側にコンプ
レッサを装着するクローポール形同期発電機装置におい
て、発電機ロータの両端部に取付穴を設け、この取付穴
にそれぞれタービン主軸とコンプレッサ主軸をはめあい
挿入し、発電機ロータ中心およびコンプレッサ中心を貫
通した中心穴を設け、この中心穴にタービン主軸と一体
となったテンシヨンバーを通して発電機ロータを挟み込
むようにコンプレッサ端部でナットにより引張り固定し
て回転軸を形成し、前記はめあい部に冷却媒体通路用の
穴および溝を設けて強制冷却したことを特徴とするクロ
ーポール形同期発電機装置。