JPH0365037A - 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、回転軸の両端にタービンとコンプレッサを装
着したクローポール形同期発電機装置に係り、とくにタ
ービンからの熱並びにガス中の塵埃が軸受内部へ侵入す
るのを阻止出来、また発電機内部の冷却性能の向上を狙
いとしたガス軸受を備えたクローポール形同期発電機装
置に関する。

（従来の技術） 第２図と第３図は従来技術のクローポール形同期発電機
の原理構造を示す縦断面図とロータの要部のＡ−Ａ線に
沿う矢視断面図である。

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）の中央には非磁性材からなる
鉄心支持筒（１０）を介して固定子鉄心（６）が嵌合さ
れ、更にこの内部には、電機子巻線（５）が収められて
いる。

クローポール形同期発電機のロータ（１）は軸方向に分
割されロータ（１）の中央部断面の第３図に示すように
、各々Ｎ極とＳ極に磁化され非磁性部材（７）で突き合
わせ溶接により製作される。

このような二極の永久磁石を持つロータ（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）の両端部内に収められ、直流電流を
通電し電力を発生する。

以上の様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が装着される。例えば宇宙発
電機用のプレイトンサイクル式発電システムでは、発電
機の超小型軽量化、高効率並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図は従来のガス軸受技術によるプレイトンサイクル
式クローボール形同期発電機装置の縦断面図を示す。

次にこの構成について説明する。

発電機ロータ（１）の両端にはタービン（１１）とコン
プレッサ（１２）が各々装着されている。固定子フレー
ム（１３）には非磁性材からなる鉄心支持筒（１０）を
介して固定子鉄心（６）が嵌合され、この内部には電機
子巻線（５）が収められている。固定子フレーム（１３
）の両端には界磁巻線フレーム（１５）が各々固着され
、その内部には界磁巻線（８）が収められている。

タービン（１１）側の界磁巻線フレーム（１５）の端面
には軸受ハウジング（１６）が取り付けられており、第
５図に詳細を示すように軸受ハウジング（１６）の内側
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ガス軸受装
置が設置されている。

一方、コンプレッサ（１２）の側の界磁巻線フレーム（
１５）の端面には第６図に示すようなスパイラル溝（２
０ａ）付きスラストガス軸受（２０）と間隔片（２１）
並びにスラスト円盤（２２）からなるスラストガス軸受
装置が装着されている。さらに間隔片（２１）のコンプ
レッサ（１２）の側にはタービン（１１）の側と同一の
テイルテングパッドラジアルガス軸受装置が設置されて
いる。また、タービン（１１）、コンプレッサ（１２）
と各々ティルテングパッドラジアルガス軸受装置の間に
はラビリンスシール（２３）が設置されいる。

（発明が解決しようとする課題） 以上の様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、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
ため軸受並びに発電機への熱侵入が大きく、このため軸
受部の熱変形並びに膨朕が大きくなり、ガス軸受の性能
が悪くなる。また、発電機の電機子、界磁の巻線の異常
温度上昇により巻線の焼損、劣化などによる事故が発生
しやすい。

（２）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、発電機内に侵入したときガス軸受の非常に小さ
いすべり隙間に入ると、軸受の損傷・焼付き事故が発生
する。

（３）通常のラビリンスシール装置には軸方向の流動抵
抗が小さく、このためタービン背面と発電機の内部圧力
差に拠る発電機内部への排気ガスの洩れ量が非常に多い
。

（４）超高速で、発電機ロータならびに軸受での発生損
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、タービンの排気ガスの影
響と共に、発電機内部の各部温度は異常に高くなる。

本発明は上記の従来技術の問題点に鑑み威されたもので
、特にタービン側からの熱の侵入、塵埃の混入を阻止し
、さらに発電機内部の冷却性能の向上を計ったクローボ
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。

（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、界磁巻
線フレーム内にラジアル軸受を設置することにより小型
軽量化し、さらに固定子鉄心の内周面にて両側の界磁巻
線フレーム内周面にわたってシール円筒を設置すること
により、発電機の固定子部とロータ部の冷却を独立可能
とし、さらに冷却効果を増強するために、発電機ロータ
の表面にねじポンプ溝を設置したことを特徴とし、冷却
の通気パスとして、コンプレッサ側のラビリンスシール
に給気溝と給気孔２両側の界磁巻線フレームに通気溝９
通気孔および放射溝、タービン側界磁巻線フレームに排
気口、鉄心支持筒にアキシアル通気溝、スラスト円盤の
内周に通気口を設け、発電機内の固定子部とロータ部の
冷却を独立させて各部要素を冷却する。

（作　用） 上記のように構成されたクローポール形同期発電機装置
は、固定子とロータを並列に通風冷却するので、冷却気
体が隅までよく行きわたって冷極性能が向上し、またコ
ンプレッサ側からの清浄なガスがタービン側の排出され
ることから、発電機内部に排気ガス中の塵埃の混入と熱
侵入を防止できる。

（実施例） 次に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〜第６図の従来技術で説明した部品につ
いては同一符号を付して説明を省略する。

第工図において、発電機ロータ（１）には、軸表面にね
じポンプ溝（２４）とスラスト円盤（２２）の内周側に
通気口（２５）が設けられている。タービン（１１）側
並びにコンプレッサ（１２）側の両界磁巻線フレーム（
１５）の内周面にパッド（１７）が球ピボット（２６）
により配列される。また、固定子鉄心（６〉の内面にて
両界磁巻線フレーム（１５）の間には、薄いシール円筒
（２７）が０リング（２８）を介して組み立てられる。

背面に放射状のスラスト冷却溝（３８）が加工された２
個で一対のスラストガス軸受（２０）は、タービン側界
磁巻線フレーム（１５）の外側面とスラスト軸受ケーシ
ング（２９）の内側面に取り付けられタービン（１１）
側に設置される。このスラスト軸受ケーシング（２９）
の一端にはラビリンスシール（３９）が設けられ、ター
ビン（１１）側の界磁巻線フレーム（１５）に直接固定
される。

コンプレッサ（１２）の側のラビリンスシール（３０）
は界磁巻線フレーム（１５）に直接固定される。このラ
ビリンスシール（３０）には、円周状の給気溝（３１）
と円周上に多数個の給気孔（３２）が設けられている。

両界磁線フレーム（１５）には円周状の通気溝（３３）
並びに円周上に多数個の通気孔（３４）と界磁巻線冷却
溝（３５）が設けられている。さらに、コンプレッサ（
１２）の側の界磁巻線フレーム（１５）には半径方向の
ガス放射溝（３６）、タービン（１１）側の界磁巻線フ
レーム（１５）には排気口（３７）が各々設けられてい
る。

スラストガス軸受（２０）のスラスト円盤対向面には第
６図に示されたスパイラル溝（２０ａ）がある。鉄心を
支持する鉄心支持筒（１０）の外周面には数個のアキシ
アル通気溝（４０）が設けられる。

次に作用について説明する。

パッド（１７）を界磁巻線フレーム（１５）の内周側に
組み込むことにより、従来のものに比して構造が非常に
単純化され、また、シール円筒（２７）を設けることに
より発電機の固定子部とロータ部の冷却を並列に独立さ
せることにより、本実施例の冷却・通気作用が有効とな
る。通風経路は第Ｉ図中の矢印で示す。

通常、コンプレッサ（Ｉ２）からの吐出ガスはタービン
（１１）のそれと比較し吐出圧力が高く、ガス温度は低
い。この為、コンプレッサ（１２）により圧縮されたガ
スがラビリンスシール（３０）に設けられた円周状の給
気溝（３１）と円周上に多数個の給気孔（３２）と界磁
巻線フレーム（１５）の円周状の通気溝（３３）並びに
円周上に多数個の通気孔（３４）と界磁巻線冷却溝（３
５）を通り界磁者Ｍ　（８）を冷却した後。

電機予巻４１ｔ　（５）を冷却する。次に鉄心支持筒（
１０）の内周面のアキシアル通気溝（４０）を通ること
により、固定子鉄心（１４）を冷却する。アキシアル通
気溝（４０）を通過したガスは、今までの逆の冷却機能
、すなわち電機子巻線（５）→界磁巻線冷却溝（３５）
１通気孔（３４）０通気溝（３３）→タービン（１１）
側の界磁巻線フレーム（１５）の排気口（３７）を介し
て２点鎖線の矢印で示したようにコンプレッサ（１２）
の入り口に還流される。コンプレッサ側の気体は低温で
あるから還流された気体が高温でも問題ない。

また、コンプレッサ（１２）の側の界磁巻線フレーム（
１５）の半径方向の放射溝（３６）から分流して一発電
機ロータ側に、供給された低温のガスは発電機ロータ（
１）のねじポンプ溝（２４）の粘性ポンプ作用により吸
い込み効果を増し、コンプレッサ（１２）の側のパッド
（１７）、発電機ロータ（１）の表面、タービン（１１
）の側のパッド（１７）を冷却し、その後、発電機ロー
タ（１）に設けられたスラスト円盤（２２）の内周側の
通気口（２５）→スラストガス軸受（２０）の背面のス
ラスト冷却溝（３８）→界磁巻線フレーム（１５）の通
気溝（３３）→排気口（３７）を通して固定子側を冷却
したガスと合流し、コンプレッサ（１２）の入り口に還
流される。また、発電機ロータ（１）のねじポンプ溝（
２４）により加圧された一部のガスはスラスト軸受ケー
シング（２９）に設置されたラビリンスシール（３９）
からタービン（１１）に排出される。従って、タービン
（１１）側からの熱の侵入、塵埃の混入を阻止し、さら
に発電機内部の冷却性能の向上を計ったクローポール形
同期発電機装置を提供することができる。

〔発明の効果ゴ 以上説明したように、コンプレッサから吐出される低温
のガスを発電機内に供給する際に、固定子側とロータ側
に独立分流し、且つねじポンプにより加圧流動すること
により、界磁巻線、電機子巻線、各軸受並びに発電機ロ
ータ等の冷却性能が向上できる。また、コンプレッサ側
からの清浄なガスがタービン側に排出されることから、
発電機内部に排気ガス中の塵埃の混入と熱侵入を防止で
きる。

従って、高性能で長期信頼性に優れた超高速用クローポ
ール形同期発電機装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第工図は本発明のクローポール形同期発電機装置の一実
施例を示す縦断面図、第２図は従来のクローポール形同
期発電機の原理を説明するための縦断面図、第３図は第
２図のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図、第４図は従来のクロ
ーポール形同期発電機装置を示す縦断面図、第５図は第
４図のティルテングパッドラジアルガス軸受を示す横断
面図、第６図は第４図のスラストガス軸受面を示す立面
図である。 １・・・ロータ、６・・・固定子鉄心、１ｏ・・・鉄心
支持筒、１１・・・タービン、１２・・・コンプレッサ
。 １５・・・界磁巻線フレーム。 １７・・・ラジアルガス軸受のパッド、２０・・・スラ
ストガス軸受、２４・・・ねじポンプ溝、２５・・・通
気口、２７・・・シール円筒、３０・・・コンプレッサ
側のラビリンスシール、３１・・・給気溝、３２・・・
給気孔、３３・・・通気溝、３４・・・通気孔、３６・
・・放射溝、３７・・・排気口、３９・・・タービン側
のラビリンスシール、４０・・・アキシャル通気溝。 ＠　２　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 軸端にタービンとコンプレッサを持つクローポール形同
   期発電機装置において、界磁巻線フレーム内周側に設け
   たラジアルガス軸受と、タービンとラジアルガス軸受と
   の間に設けたスラストガス軸受と、固定子鉄心の内周面
   にて両側の界磁巻線フレーム内周面にわたって設けたシ
   ール円筒と、発電機ロータの表面に設けたねじポンプ溝
   と、コンプレッサ側のラビリンスシールに設けた給気溝
   および給気孔と、両側の界磁巻線フレームに設けた通気
   溝、通気孔および放射溝と、タービン側の界磁巻線フレ
   ームに設けた排気口と、鉄心支持筒に設けたアキシャル
   通気溝と、スラスト円盤の内周に設けた通気口とを備え
   、発電機の固定子部とロータ部の冷却を独立させたこと
   を特徴とするクローポール形同期発電機装置。