JPH04231607A - 一体の動力ユニット装置 - Google Patents

一体の動力ユニット装置

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JPH04231607A
JPH04231607A JP3156078A JP15607891A JPH04231607A JP H04231607 A JPH04231607 A JP H04231607A JP 3156078 A JP3156078 A JP 3156078A JP 15607891 A JP15607891 A JP 15607891A JP H04231607 A JPH04231607 A JP H04231607A
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casing
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generator
stationary
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JP3156078A
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Robert P Whitford
ロバート・ポール・ウィトフォード
Iv John I Cofer
ジョン・イサアク・コファー，ザ・フォース
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General Electric Co
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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】
【０００１】
【発明の分野】この発明は全般的にタ―ボ発電機、ポン
プ及び圧縮機、特に典型的な舶用機関室又は石油掘削プ
ラットフォ―ム等の様に、高い動力密度が限られた空間
内で要求される様な用途に使われるタ―ビン発電機、ポ
ンプ又は圧縮機に関する。
【０００２】
【発明の背景と要約】従来、動力密度（馬力出力を重量
で除す）を改善する努力は、タ―ビン電気技術では、別
個の項目としてのタ―ビン又は発電機の寸法を減らし、
並びに／又はその効率を高めることに向けられて来た。 この様な組合せ要素の動力密度を高めようとするこの他
の試みは、摩擦又は漏れを少なくし、こうしてタ―ビン
発電機又は圧縮機の組全体の効率を改善する様に、軸結
合装置、パッキン封じ、軸受の改善或いはこの様な装置
の総数の減少に向けられて来た。
【０００３】この発明の目標とする所は、流体の運動に
関係する部品（タ―ビン、圧縮機又はポンプ）と電気的
な部品（発電機又は電動機）とを一体にまとめることに
よって、寸法及び重量を減らしながら、電動機によって
駆動される圧縮機及びポンプ又はタ―ビン発電機の組と
しての性能を改善することである。この一体化は、タ―
ビン、ポンプ又は圧縮機を発電機／電動機の内側で運転
するか、或いはその逆に発電機／電動機をタ―ビン、ポ
ンプ又は圧縮機の内側で運転することによって達成され
る。この一体化の結果、回転子は組合せの１個になり、
軸受は２組の代りに１組になり、タ―ビンと発電機又は
電動機の間の継手の必要もなくなる。更に、ケ―シング
から突出する軸がなく、従って軸封じが省略される。軸
受の数が減ると共に、軸封じが省略されることにより、
摩擦及び漏れによる損失が本質的に減少し、それが効率
の上昇に繋がる。更に、一体化したユニットの重量の減
少は効率の増加に繋がる。然し、これに劣らず重要なの
は、全体的な所要の場所又は機械の「足紋」を減少する
ことである。これは、例えば石油掘削プラットフォ―ム
及び舶用機関室の様に場所が貴重である商業的な用途で
は、特に重要である。この発明の上記並びにその他の目
的及び利点は、以下図面について説明する所から明らか
になろう。
【０００４】
【図面の詳しい説明】図１はタ―ビンを発電機／電動機
より半径方向内側に設け、発電機／電動機とタ―ビンが
共通の回転子１１を持つ様にした１実施例の一体化した
タ―ビン発電機／電動機を示す。即ち、回転子１１は、
全体的に円筒形の中空構造の形をしているが、その円筒
の外径上に永久磁石の磁極片を持ち、更に回転子の円筒
の内側にはタ―ビン羽根１２が取付けられている。ケ―
シング要素１４が、発電機／電動機の固定子１６を保持
する他に、回転子１１及び回転羽根１２を回転自在に支
持する。他方、内側に隔たった又は中心のケ―シング要
素１５が、タ―ビンの不動羽根１３を支持する。更に、
図面に示す様に、上に述べた要素及び羽根が入口、出口
及び曲りくねったタ―ビン流体通路を形成している。
【０００５】図面には略図でしか示してないが、回転自
在及び不動の羽根１２，１３の各々は、羽根の円形配列
であり、幾つかの配列が回転子及びケ―シングに沿って
軸方向に配置されており、羽根は図示の様に半径方向に
伸びている。配列は軸方向に見ると、回転自在と不動と
が交互になる様に、又は互い違いになる様に配置されて
いる。
【０００６】固定子１６は、例えば回転子の周りの円周
方向に配置された３相巻線を持っていてよい。この発明
の１実施例では、蒸気の様な加圧流体が矢印の向きに羽
根の配列に加えられた時、回転子を回転させて、固定子
巻線に電気エネルギを発生する。この発明の第２の実施
例では、適当に設計した羽根の配列を用いて、電気エネ
ルギを巻線に印加した時、流体を圧送し又は圧縮するこ
とが出来る。
【０００７】回転子１１が、回転子の両端に示す様な形
で配置された磁気スラスト軸受１７と磁気ジャ―ナル軸
受１８とを使うことにより、ケ―シング要素１４内に取
付けられている。こゝで考えているタ―ビン発電機は非
常に大形であって、直径の大きい玉軸受及びころ軸受の
コストは相当のものであるから、非接触形の磁気軸受が
選ばれている。勿論、他の形式の軸受を使ってもよい。 然し、磁気ジャ―ナル軸受を使うには、更に補助押え軸
受１９を使うことが要求される。こう云う押え軸受は、
磁気ジャ―ナル軸受によって出来る空隙又は空間の半分
となるが、停電の場合、磁気軸受を保護する為の支援軸
受として作用する。更に、回転部品は運転停止又は静止
している間、浮揚させることが出来るが、押え軸受は、
軸速度の安全な低下が出来る様にして、装置が運転停止
状態ある時、軸を静的に支持することによって、磁気軸
受の損傷を防ぐことが出来る様にする。勿論、磁気軸受
の利点は、摩擦が一層小さく、こう云う軸受が非接触形
の特性を持つことによる一層よい性能と、騒音が一層少
なく、潤滑及び冷却用の給油系の必要がなくなることで
ある。この回転子の取付け装置を完成するのは、回転子
の両端に蒸気が入らない様に封じ２０を設けることであ
る。
【０００８】勿論、例えば図１に示す様な設計の全体的
な所要の場所及び機械の足紋は、タ―ビン発電機／電動
機要素が別々になっていて、軸、継手、軸受及び封じを
必要とする装置よりも大幅に減少する。こう云う追加の
要素があると、摩擦及び漏れ損失と、軸、封じ及び継手
の重量が付加わる為の別の損失とにより、装置全体の効
率が低下する。
【０００９】図１について述べたのと同様な利点が、図
２の一体化したタ―ビン発電機の実施例でも達成出来る
。この場合、回転子は共通であるが、図１の場合とは逆
に、発電機／電動機がタ―ビンの内側にある。共通の回
転子２１の外面には可動の羽根２２が取付けられている
。発電機の磁極片は回転子の内径に取付けられている。 発電機の固定子２６が回転子の半径方向内側に配置され
ていて、その両端がケ―シング要素２５に取付けられて
いる。更にケ―シング要素２５が、タ―ビン発電機／電
動機の回転子２１を取付ける為、図１と同様な軸受及び
封じを持っている。ケ―シングは、例えば磁気スラスト
軸受２７及び磁気ジャ―ナル軸受２８を持っている。更
にケ―シング２５には、支援又は押え軸受２９と封じ要
素３０とがある。ケ―シング要素２４は、不動のタ―ビ
ン羽根２３を保持する他に、要素２５と共にタ―ビンに
対する蒸気通路を形成する。図１の実施例の場合と同じ
く、羽根２２，２３は、円周方向に配置された羽根の円
形配列を表わす。更に、前に述べた実施例と同じ様に、
この構造はタ―ビン発電機又は電動機ポンプ又は圧縮機
として作用し得る。
【００１０】図２の一体化したタ―ビン発電機も、図１
の実施例について述べた効率上昇と云う特性と共に、所
要の足紋が小さくなることは明らかである。当業者であ
れば判る様に、ケ―シングの部品等を結合する為には結
合手段が使われる。更に、ドラム形構造を利用して、図
１に示す流体通路内に不動及び回転するタ―ビン羽根を
積重ねる。更に容易に判る様に、図２の実施例は、図１
の設計よりも、一層小さい直径の軸受で済むと云う別の
利点がある。
【００１１】図３には反対廻りの２つの回転子を用いた
別の実施例が示されている。これは、回転子速度を５０
％下げると共に、軸受の寸法をも減少すると云う利点が
ある。回転子３１及び固定子３６は、発電機の回転子を
取付ける為にスラスト軸受３７、ジャ―ナル軸受３８、
及び支援ころ軸受３９と封じ４０を使うことを含めて、
図１の発電機の回転子及び固定子要素と同様である。回
転子３１と関連するタ―ビン羽根３３は１方向に回転可
能であるが、反対廻りの回転子４４と関連するタ―ビン
羽根３２は羽根３３と反対向きに回転する。回転子４４
が永久磁石で構成された発電機の回転子部分４５を含み
、これが発電機の固定子部分４６と組合さって作用する
。回転子４４は、反対廻りの羽根３２を持つ他に、例え
ば、磁気スラスト及びジャ―ナル軸受４１，４２と、押
えの支援ころ軸受４３及び封じ４７を設けることにより
、回転子３１と全体的に同じ様に、ケ―シング要素３４
，３５内に取付けられる。図３に示す様に、ケ―シング
要素３４，３５及びタ―ビン羽根３２，３３が、タ―ビ
ン発電機を運転する為の流体通路を作る。
【００１２】図３の実施例の全体的な所要空間及び足紋
は、図１及び２の場合に較べて相対的に大きい。然し、
２台の発電機を含む他に、図３の実施例は、１台のタ―
ビンが２台の発電機を駆動する従来の一体化していない
構成の場合に要求されるよりも、当然ながら、それが占
める全体的な場所は一層小さい。従って、図３の実施例
の動力出力対重量比又は動力密度は、図１及び２の実施
例と同じく、３つの実施例全てに用いた一体化方式によ
って改善される。
【００１３】この発明を現在最も実用的に好ましいと考
えられる実施例について説明したが、この発明がこゝで
説明した実施例に制限されず、むしろ特許請求の範囲内
で、種々の変更及び均等物にも及ぶものであることにも
承知されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の１実施例の断面図で、タ―ビン及び
発電機／電動機が共通の回転子を持ち、発電機／電動機
の磁極片が回転子の外径に取付けられている様な、発電
機／電動機の内側にあるタ―ビンを示す。
【図２】別の実施例の断面図で、発電機／電動機はタ―
ビンの内側にあり、やはり共通の回転子が用いられ、タ
―ビン羽根がその外径に取付けられ、発電機／電動機の
磁極片が回転子の内径に設けられている。
【図３】反対廻りの回転子を含む更に別の実施例の断面
図。
【符号の説明】
１１　　回転子 １２，１３　　羽根 １４，１５　　ケーシング要素

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　その周縁に沿って固定子巻線が配置さ
    れている第１の不動ケ―シング手段と、該第１のケ―シ
    ング手段に向って半径方向に伸びる不動の羽根の複数個
    の配列が軸方向に当該第２のケ―シング手段に沿って配
    置されている第２の不動ケ―シング手段と、前記第１の
    ケ―シング手段によって回転自在に支持されていて、前
    記第１及び第２のケ―シング手段の間に円周方向に配置
    された略円筒形の中空回転子とを有し、該回転子に沿っ
    て回転自在の羽根の複数個の配列が軸方向に配置されて
    おり、該羽根は該回転子及び前記第２のケ―シングの間
    の空間内で前記第２のケ―シング手段に向って半径方向
    に伸び、前記回転自在及び不動の羽根の配列が前記回転
    子及び第２のケ―シング手段の間の空間内で互い違いに
    配置されている一体の動力ユニット装置。
  2. 【請求項２】　　第１の構成では、前記羽根の配列に加
    圧流体が加えられた時、前記回転子を回転させて前記巻
    線に電気エネルギを発生する様に作用し得る請求項１記
    載の装置。
  3. 【請求項３】　　第２の構成では、電気エネルギが前記
    巻線に印加された時、前記空間を通して流体を圧送又は
    圧縮する様に作用し得る請求項２記載の装置。
  4. 【請求項４】　　その内側周縁に沿って固定子巻線が配
    置されている不動の中心ケ―シングと、前記巻線の周り
    に円周方向に配置された略円筒形の中空回転子と、前記
    中心ケ―シング及び回転子から隔たってその円周方向に
    配置されている外側ケ―シングとを有し、前記回転子に
    沿って回転自在の羽根の複数個の円形配列が軸方向に配
    置されており、該羽根は前記回転子から半径方向外向き
    に伸び、前記回転子が前記中心ケ―シングによって回転
    自在に支持されており、前記外側ケ―シングには不動の
    羽根の複数個の円形配列が軸方向に配置されており、該
    羽根は前記回転子に向って半径方向に伸び、前記回転自
    在及び不動の羽根の配列が前記回転子及び外側ケ―シン
    グの間の空間内で互い違いに配置されている一体の動力
    ユニット装置。
  5. 【請求項５】　　第１の構成では、加圧流体が羽根の配
    列に加えられた時、前記回転子を回転させて、前記巻線
    に電力を発生する様に作用し得る請求項４記載の装置。
  6. 【請求項６】　　適当な羽根の配列を第２の構成にした
    時、電力が前記巻線に印加された時に、前記空間を通し
    て流体を圧送又は圧縮する様に作用し得る請求項５記載
    の装置。
  7. 【請求項７】　　回転子が軸受手段によって、内側ケ―
    シングによって回転自在に支持されている請求項４記載
    の装置。
  8. 【請求項８】　　軸受手段が磁気スラスト及びジャ―ナ
    ル軸受要素を含む請求項７記載の装置。
  9. 【請求項９】　　前記軸受手段が前記磁気ジャ―ナル軸
    受手段と協働して作用する支援ころ軸受を含む請求項８
    記載の装置。
JP3156078A 1990-06-07 1991-05-31 一体の動力ユニット装置 Withdrawn JPH04231607A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/534,244 US5083040A (en) 1990-06-07 1990-06-07 Integrated turbine generator
US534,244 1990-06-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH04231607A true JPH04231607A (ja) 1992-08-20

Family

ID=24129277

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3156078A Withdrawn JPH04231607A (ja) 1990-06-07 1991-05-31 一体の動力ユニット装置

Country Status (3)

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US (1) US5083040A (ja)
EP (1) EP0462724A1 (ja)
JP (1) JPH04231607A (ja)

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