JPH03212137A - クローポール形同期発電機装置 - 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装置に関する。

（従来の技術） 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、発電機ロータ■はころがり軸受■お
よび軸受ブラケット■にて両側で支持されている。軸受
ブラケット■は固定子フレームに）に固定されており、
固定子フレームに）の内側には電機子巻線０、および固
定子鉄心０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ω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■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ω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。

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（ハ）は補助ギャップ（１０）を通る磁
路の）を形成するように固定子フレーム（イ）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■の
回転によって電機子巻線０に電力を発生する６ 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、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虞れがある。

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、打上げ容量の面
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、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、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にターン、コンプレッサを熱伝導率
の低い材料（熱絶縁材）を介して二重はめあい形式にて
固定し装着する。

また、静止側にては、スクロールケーシングと軸受ケー
シングの間に熱絶縁材を介入するように構成する。

（作用） 本発明は上記のように構成されているので、回転側、静
止側両側とも熱絶縁材を介してタービン、コンプレッサ
から熱シールドしているので、発電機の巻線の温度が、
低く得られる。

さらに、タービンおよびコンプレッサーは発電機軸から
分解・再組立が容易である。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について第１図、第２図を参照
して説明する。

回転部分は１発電機ロータ（２０）、タービン（２１）
、コンプレッサー（２２）、スラストガス軸受回転板（
２３）およびタービン（２１）とコンプレッサー（２２
）を引張り固定するテンションバー（２４）、ナツト（
２５）より構成される。

タービン（２１）、およびコンプレッサ（２２）は、熱
伝導率の小さい材料から成る熱絶縁筒（２６）を介して
発電機ロータ（２０）に装着する。

一方、静止側は、固定子鉄心（２７）、電機子巻線（２
８）、磁気シールド円筒（２９）、界磁巻線（３０）よ
り構成される発電機固定子、軸受バッド（３１）、ピボ
ット（３２）、ブラケット（３３）より構成されるラジ
アルガス軸受、スパイラルガス軸受円板（３４）で構成
するスラストガス軸受、さらに軸受ケーシング（３５）
、スクロールケーシング（３６）があり、軸受ケーシン
グ（３５）とスクロールケーシング（３６）間に熱伝導
率の小さい材料から成る熱絶縁板（３７）から構成され
る。

熱伝導率の小さい材料として本実施例では、セラミック
材を選び、この中でも曲げ強度、圧縮強度、破壊靭性値
が高く、熱膨張係数が発電機ロータ材をほぼ等しく、熱
伝導率が極めて小さい特性を有するジルコニア（ＺｒＯ
□）で構成している。

冷却はタービン、コンプレッサと同種の気体を使用し、
■より給気し、矢印のように通気して■より出す冷却方
法とした。

また、第２図は熱絶縁筒（２６）の入れ方を示す断面図
で、発電機ロータ（２０）で囲むような形状にてはめあ
い構成としている。

次に本実施例の作用効果について説明する。

発電機ロータ（２０）の両側に熱絶縁筒（２６）を介し
て、はめあい形式によりタービン（２１）　、コンプレ
ッサ（２２）を装着できるようにしたので、分解組立２
が容易で、しかも、タービン側、コンプレッサ側からの
熱侵入が極端に小さくなる。

また、タービン（２１）には、中心穴を開けることがな
いので遠心強度が高くなり、超高速の回転域まで１回転
可能となる。

静止側においては、スクロールケーシング（３６）と、
軸受ケーシング（３５）の間に熱絶縁板（３７）を入れ
たのでタービン、コンプレッサ側からの熱侵入が小さく
なる。

熱絶線材にジルコニアセラミック（熱伝導車２して発電
機巻線部の温度を許容温度以下に保つことができる。ま
た、第２図に示すように硬くてもろいセラミック材を囲
むことにより、破損しにくくなる。

冷却においては、最も許容温度の低い界磁巻線（３０）
　、電機子巻線（２８）を直接冷却するので巻線温度が
低く保たれる。

〔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、その取付穴にタービン主軸とコンプ
レッサ主軸を熱絶縁材（例えばジルコニアセラミック）
を介してはめあい結合したために、タービンおよびコン
プレッサ側から発電機本体側への熱侵入を小さくでき、
しいては発電機巻線温度を低く保つことができ、分解・
組立てが容易で、遠心応力に十分耐える構造で１発電機
の小形軽量化および信頼性を高めたクローポール形同期
発電機装置を提供できる。

【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図は回転部分の熱絶縁部材を
挿入する方法を説明する説明図。 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ｆＶ−ｆＶ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
ビンロータとの結合部を示す断面図である。 ２０・・・発電機ロータ　　　　２１・・・タービン２
２・・・コンプレッサ　　　　２６・・・熱絶縁筒３３
・・・軸受ケーシング ３６・・・スクロールケーシング ３７・・・熱絶縁板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）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、熱伝導率の低い材料（熱絶縁材）を介し、円
   筒形状に二重にはめあい固定することを特徴とするクロ
   ーポール形同期発電機装置。
2. （２）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、タービンおよびコンプレッサのスクロールケ
   ーシングと、発電機本体の軸受ケーシングとの間に熱絶
   縁材料を介入したことを特徴とするクローポール形同期
   発電機装置。