JPH02303340A - 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） 本発明は回転軸の両端にタービン、コンプレッサーを装
備したクローポール形発電機に係り、特にタービンから
の熱ならびにガス中の塵埃の軸受内部への浸入を阻止す
るとともに、発電機内部の冷却性能の向上を狙いとした
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） 第２図は従来のクローポール形発電機の原理構造を示す
縦断面図であり第３図はそのＡ−Ａ断面である。

発電機ロータ１は両軸端に設けられたころがり軸受２と
軸受ブラケット３により支持される。軸受ブラケット３
は固定子フレーム４に固定され、固定子フレーム４の中
央には固定子鉄心６が嵌合され、さらにこの内部には電
機予巻ｍ５が納められている。

クローボール形同期発電機のロータ１は軸方向に２分割
され、ロータ１の中央部の断面図である第３図に示すよ
うに、各々Ｎ極とＳ極に磁化され非磁性材７でつき合せ
溶接等により製作される。

このような２極の永久磁石をもつロータ１は機械的に剛
な回転軸となり、超高速の回転体に適する。

一方、界磁巻線８は磁路９を形成するように固定子フレ
ーム４の両端部内に納められ、直流電流を通電し、電力
を発生する。

以上のようなりローボール形同期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。

発電機ロータ軸上にタービンとコンプレッサーが装着さ
れる。例えば宇宙熱発電用のプレイトンサイクル式発電
システムでは発電機の超小形軽量化、高効率化ならびに
長期信頼性が要求され、これらの要求を満足する軸受と
して能動形の磁気軸受またはガス軸受が上げられる。

第４図は現在のガス軸受技術によるプレイトンサイクル
式クローポール同期発電機の縦断面図を示す。

次にこの構成について説明する。

発電機ロータｌＯの両端にはタービン１１とコンプレッ
サー１２が各々装着されている。電機子巻線フレーム１
３には鉄心１４が嵌合され、この内部には電機子巻線５
が納められている。電機子巻線フレーム１３の両端には
界磁巻線フレーム１５が各々固定され、その内部には磁
界者ｓ８が納められている。

タービン側１１の磁界巻線フレーム１５の端面には軸受
ハウジング１６が取りつけられており、この軸受ハウジ
ング１６の内周側にはパッド１７、ピボット１８、固定
ナツト１９からなるティルテングパッドラジアル軸受装
置が設置されている。

一方、コンプレッサー１２の側の界磁巻線フレーム１５
の端面には第５図に示すようなスパイラル）Ｋ３４付ス
ラスト軸受２０と間隔片２１ならびにスラス１−円板２
２よりなるスラスト軸受装置が装備されている。さらに
間隔片２１のコンプレッサー１２の側にはタービン１１
の側と同一のテイルテイングパッドラジアル軸受装置が
設置されている。またタービン１１とコンプレッサー１
２の各テイルティングパッドラジアル軸受装置の間には
ラビリンスシール２３が設置されている。

（発明が解決しようとする課題） 以上のようなりローボール形同期発電機をプレイトンサ
イクル式発電機システムに採用した場合、その問題点を
次に列記する。

（１）　　タービンを駆動する排気ガスは数百度（’Ｃ
）と高いため、軸受ならびに発電機への熱浸入が大きく
、このため軸受部の熱変形ならびに膨張が大きくなり、
ガス軸受の性能が悪くなる。また、発電機の電機子巻線
、界磁巻線の異常温度上昇により１巻線の大焼損、劣化
等による電気的な事故が発生し易い。

■　タービンを駆動する排気ガス中には塵埃が混入して
おり、発電機へ浸入した時、ガス軸受の摺動隙間が非常
に小さいことから、軸受の損傷、大焼付事故が発生する
。

■　通常のラビリンスシールでは軸方向の流動抵抗が小
さく、この為、タービン背面と発電機の内部圧力差によ
り発電機内部への排気ガスの洩れ量がノμ常に多い。

に）超高速で発電機ロータならび軸受での発生損失が大
きく、このため発電機内部の自然対流のみでは、発電機
外部への熱放散が悪く、発電機内部の各部温度は異常に
高くなる。

本発明は上記ω〜に）に示したような従来技術の問題点
に鑑みなされたもので、特にタービン側からの熱の浸入
、ｍ埃の混入を阻止し、さらに発電機内部の冷却性能の
向上を図ったクローボ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） 」１記課題を解決するための手段として、軸端にタービ
ンとコンプレッサーを有し、ラジアル軸受にティルティ
ングパッド形ガス軸受を使用し、スラスト軸受にスパイ
ラル溝付ガス軸受を使用したクローポール形同則９！電
機において、スラスト軸受をタービンとラジアル軸受と
の間に設置した構成とする。またタービンとスラスト軸
受との間に設けられたスラストハウジングに冷却シール
溝とシール給気孔を設け、この給気孔とコンプレッサー
の吐出管との間をシール給気管で接続する。さらにコン
プレッサー側に設けられたラビリンスシール部に冷却ガ
ス給気孔を設け、界磁フレームに通気孔を設け、鉄心支
持外筒にアキシャル通気孔を設け、鉄心の中央部にラジ
アルダクトを設け。

スラスト軸受ハウジングに設けられた排気孔とコンプレ
ッサーの入口とを排気管で接続した構成としてもよい。

（作　　用） 本発明は上記のように構成されているので、タービンか
らの排気ガスの混入および発電機への熱侵入で抑制し、
またシールおよび冷却に使用したガスの発電機内への洩
れ量を抑制し発電機内部の冷却性能が向上し、信頼性が
高くかつ小形軽量化が可能なりローポール形同期発電機
を提供することができる。

（実　施　例） 以下、本発明の一実施例について第１図を参照して説明
する。

尚、第２図乃至第５図の従来技術で説明した部分につい
ては同一符号を付して説明を省略する。

第１図において、タービン側ならびにコンプレッサー側
の周界磁巻線フレーム１５の内周面にパッド１７が球ピ
ボット２４により配列される。またスラスト軸受２０は
タービン側に設置する。このスラスト軸受２０を支持す
るスラスト軸受ハウジング２５はタービン１１の側の界
磁フレーム１５に直接固定される。

このスラスト軸受ハウジング２５には冷却シール溝２５
ａが加工され、さらにシール給気孔２５ｂが設けられ、
　このシール給気孔２５ｂとコンプレッサーケーシング
２６の吐出管２７の間にはシール給気管２８により接続
され、途中にシール量調整弁２９が設けられている。ま
た、このスラスト軸受ハウジング２５のスラスト軸受２
０の設置部には排気孔２５ｃが加工され、　この排気孔
２５ｃとコンプレッサーケーシング２６の入口とが排気
管３０により接続され、途中には冷却量調整弁３１が設
置されている。一方、コンプレッサー１２側にはラビリ
ンスシール３２が界磁フレーム１５に接続固定されてい
る。このラビリンスシール３２には冷却ガス給気孔３２
ａが円周上、多数個設けられている０両界磁フレーム１
５には通気孔１５ａが加工され、また、　タービン１１
の側の界磁フレーム１５のスラスト軸受２０の受は面に
はラジアル通気溝１５ｂが多数個、設けられている。

鉄心支持筒３３の外周面にはアキシャル通気溝３３ａが
多数個、加工されている。

また、鉄心１４の積層の中間部にラジアルダクト１４ａ
を設ける。

次に作用について説明する。

まず、パッド１７を界磁フレーム１５の内部に組み込む
ことにより従来技術に比して、テイルテイングパッドラ
ジアル軸受装置の構造が非常に単純化される。

コンプレッサー１２からの吐出ガスはタービン１１のガ
スと比較し吐出圧力が若干高く、また温度は極めて低い
。

この為、コンプレッサー１２の吐出管２７よりシール給
気管２８を通り、スラスト軸受ハウジング２５のシール
給気孔２５ｂに供給される。　この温度の低いガス体は
冷却シール溝２５ａ　を介して発電機ロータ１０の軸面
に噴出される。このとき、タービン１１は極めて高温で
あり、スラスト軸受ハウジン、グ２５と発電機ロータ１
０より発電機側に熱が伝達されるが、冷却シール溝２５
ａが設けられたことから、軸方向の熱抵抗が大きく、さ
らにこの中に低温のガスが供給されていることから発電
機側への伝達熱量を低減できる。

また、発電機ロータｌＯにも低温のガスが噴出されるこ
とから発１ｌｔｊａロータ１０から発電機内部への伝達
熱量も低減出来る。シール給気孔２５ｂから供給され熱
を尊ったガスはタービン１１側と発電機の内部に流れよ
うとするが１発電機側゛にはスラスト軸受２０が隣接し
ており、このスラスト軸受２０とスラスト内板２２の隙
間が１０／ｆｆｉ程度と非常に小さいことから流動抵抗
が非常に大きく、且つこのス繋イラル溝付のスラスト軸
受２０のガスの流れが外周１ら内周に向かって流れる構
造であることから、シミ機内部へのガスの流量は極めて
少ない、このノめ、高温となったガスのほとんどがター
ビン１１ノの流出される。

従って１発電機内部への熱浸入の低減を図る：とができ
且つ、排気ガス中の塵埃の混入が防止１きる。

尚、このシールは供給量のコントロールはシール量ｍ整
弁２９によりなされる。

また、ラビリンスシール３２に設けられた冷却ブス給気
孔３２ａより、コンプレッサー１２の入口と出口の圧力
差により冷たいガスが供給される。二〇ガスの流れは第
１図の矢印のように流れる。即まコンプレッサー１２側
のテイルテイングパッドラ巳アル軸受１７→電機子巻線
５、界磁巻線８→鉄心ｊ持外筒３３のアキシアル通気溝
３３ａ、鉄心１４のラジアルダクト１４ａ→タービン１
１の側の電機子巻線５界磁巻線８→タービンｉｔ側のテ
イルテイングパうドラシアル軸受１７→スラスト軸受２
０の底面、と泊）１　　温度となる要素を冷却した後、
スラス１〜軸受ハウ凸　　ジング２６に設けられた排気
孔２５ｃより排気管３ｏをと　　介してコンプレッサー
ケーシング２６の入口に戻さ・れる。

尚、この冷却量は冷却量調整弁３１によりコントロール
される。

〔発明の効果〕

以上の説明のように、発電機ロータの支持にガス軸受を
採用し、またスラスト軸受装置をタービン側に設置し、
タービンとスラスト軸受装置の間ｆ　　から冷温のシー
ルガスを供給しさらに発電機内部の主な要素をコンプレ
ッサからの吐出ガスにより）　　冷却することによって
１発電機内部への排気ガス１、　　中の塵埃の混入、熱
混入の防止ならびに発電機内部の冷却性能向上ができる
。

このことによって、高効率、小形軽量、長期信頼性に優
れた超高速のクローポール形同期発電機を提供できる。

【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
電機の縦断面図、第２図および第３図は従来技術による
クローポール形同期発電機の原理図、第４図はガス軸受
を採用した時の従来のクローポール形同期発電機の縦断
面図、第５図は第４図に装着されたスパイラル溝付スラ
スト軸受の正面図である。 ４・・・固定子フレーム　　１０・・・発電機ロータ１
１・・・タービン　　　　　１２・・・コンプレッサー
１３・・・電機子巻線フレーム １４ａ・・・ラジアルダクト　１５・・・界磁巻線フレ
ーム１７・・・パッド　　　　　　１９・・・スラスト
軸受２８・・・シール給気管　　　３２ａ・・・冷却ガ
ス給気孔３３ａ・・・アキシアル通気溝 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　第子丸　健 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 軸端にタービンとコンプレッサーを有し、ラジアル軸受
   にティルティングパッド形ガス軸受を使用し、スラスト
   軸受にスパイラル溝付ガス軸受を使用したクローポール
   形同期発電機において、（１）スラスト軸受がタービン
   とラジアル軸受との間に設置されていることを特徴とす
   るクローポール形同期発電機。 （２）タービンとスラスト軸受との間に設けられたスラ
   ストハウジングに冷却シール溝とシール給気孔を設け、
   この給気孔とコンプレッサーの吐出管との間をシール給
   気管で接続したことを特徴とするクローポール形同期発
   電機。 （３）コンプレッサー側に設けられたラビリンスシール
   部に冷却ガス給気孔を設け、界磁フレームに通気孔を設
   け、鉄心支持外筒にアキシャル通気孔を設け、鉄心の中
   央部にラジアルダクトを設け、スラスト軸受ハウジング
   に設けられた排気孔とコンプレッサーの入口とを排気管
   で接続したことを特徴とするクローポール形同期発電機
   。