JPH0584809B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は燃焼ガスエネルギーにより駆動される
タービン発電機に関する。

（従来の技術） 車両のエンジンの排気ガスエネルギーによりタ
ービンを駆動し、該タービンに接続した発電機か
ら発電電力を得て、排気ガスエネルギーを電気エ
ネルギーとして、回収しようとする提案が従来よ
り種々なされている。

このような排気を用いた発電装置の提案とし
て、排気エネルギーにより駆動されるタービンイ
ンペラ軸と発電機のロータ軸とを同一軸上に連結
した排気発電装置が特開昭60−95124号公報に開
示されている。

（発明が解決しようとする課題） 上述の排気発電装置の提案においては、タービ
ンインペラ軸と、発電機ロータ軸とを同一軸上に
して、動力伝達装置を介在させないので発電効率
は良好であるが、一方、排気ガスにより駆動され
るタービンが一種類のため、排気ガス量が大小に
変化する場合はタービン効率が広範囲に変化する
ことになり、車両のエンジンのように運転状態に
より排気ガス量が変化するものでは、常に良好な
タービン効率にて駆動することが困難であり、し
たがつて電気エネルギーへの回生の効率が低下す
るという問題が生じている。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたもの
であり、その目的は流入する排気ガス量が大小に
変化しても、常に良好なタービン効率を保持して
電力への回生を良好にしようとするタービン発電
機を提供するにある。

（課題を解決するための手段） 本発明によれば、排気流路を分岐させた第１及
び第２の流路を切換える切換手段と、これら二流
路からの排気エネルギにより駆動されるタービン
と、これらタービンの軸を同一直線上に連結する
回転軸に設けた発電機と、該回転軸の回転数に応
じて前記切換手段を制御する制御手段とを備えた
タービン発電機が提供される。

（作用） 本発明では、排気ガス流量の異なる二流路をタ
ービン軸の回転数に応じて切換えて制御すること
により、エンジンの運転状態により排気ガス量が
大小しても、効率よくタービン翼が駆動され、し
たがつて排気エネルギーの回収が良好に行われる
作用がある。

（実施例） つぎに本発明の実施例について図面を用いて詳
細に説明する。

図面は本発明の一実施例を示す構成ブロツク図
であり、１はタービン発電機で、エンジンの排出
する高温度、高圧力の排気ガスの有するエネルギ
ーにより駆動されて排気エネルギーを電機エネル
ギーに変換するもので、大タービン２、小タービ
ン３の２種のタービンと発電機４とを備えてい
る。

５は導入パイプで、エンジンからの排気ガスを
分岐してこれらの大タービン２、小タービン３に
導くものであり、図示していないエンジンからの
排気ガスは導入口５１より供給され、分岐部５２
を経由して流路断面積の大きい第１の導入管５３
または流路断面積の小さい第２の導入管５４を介
して大タービン２または小タービン３に流入する
よう構成されている。なお、６および７は導入管
５３および５４にそれぞれ設けられた開閉シヤツ
タであり、これらの開閉シヤツタ６および７はそ
れぞれ流路アクチユエータ６１および７１が取付
けられ、これらの流路アクチユエータ６１および
７１の作動により開閉シヤツタ６および７が開閉
駆動される。そして流路アクチユエータ６１の制
御によりタービン２への排気ガス流量が制御さ
れ、また、流路アクチユエータ７１の制御により
タービン３への排気ガス流路が制御されるもので
ある。なお、これらの流路アクチユエータ６１，
７１への制御指令は後述するコントローラから発
令される。

２１は大型のタービン翼で、第１の導入管５３
からスクロール２２を介して供給される大流量の
排気ガスにより効率よく回転駆動されるものであ
り、タービン翼２１の回転軸２３はタービン発電
機１のハウジング１１に設けた複数個の軸受１２
により支承されている。

また、３１は小型のタービン翼で、第２の導入
管５４からスクロール３２を介して供給される小
流量の排気ガスにより効率よく回転駆動されるも
ので、前記のタービン翼２１の回転軸２３の他端
に取付けられている。そしてタービン翼２１とタ
ービン翼３１との中間の回転軸２３には、強力な
残留磁気力を有する永久磁石からなる回転子４１
が取付けられ、さらに、回転する回転子４１の磁
束変化により起電力を生ずる固定子４２がハウジ
ング１１の内壁に設けられて発電機４を構成して
いる。そして発電された電力はバツテリ充電用や
車載電気機器の電源となる。なお、４３は回転軸
２３の回転数検出手段となる周波数センサであ
り、固定子４２からの発電力の周波数を計測して
回転軸２３の回転数を検出するもので、検出した
信号はコントローラ８に送出されるものである。

コントローラ８はマイクロコンピユータからな
り、演算処理を行う中央制御装置、演算結果や制
御プログラムなどを格納する各種メモリ、入／出
力ポートなどを備えており、周波数センサ４３な
どからの検出信号が入力されることにより演算を
行い制御プログラムに応じて、流路アクチユエー
タ６１，７１に制御指令を発するよう構成されて
いる。

なお図示の１３はオイル孔で軸受１２に給油す
るもの、１４はオイルシールで給油されたオイル
が他部分へ流出するのを防止するもの、１５はオ
イル戻し穴である。

このように構成された本実施の作動を次に説明
する。

エンジンが大出力で運転され、排気ガスの流量
が多量のときは流路断面積の大きい第１の導入管
５３に設けられた開閉シヤツタ６が開かれて、エ
ンジンからの排気ガスは大タービン２に導かれ、
タービン翼２１を効率よく高速度に回転駆動す
る。そして、発電機４の回転子４１も高速度に駆
動されることにより、永久磁石よりなる回転子４
１の回転にて、対応する固定子４２の端子から交
流電力が出力され、図示していない電気負荷に供
給されることになる。一方、周波数センサ４３は
発電された交流電力の周波数から、回転軸２３の
周波数を検出して検出信号をコントローラ８に送
出するが、該検出信号による回転数が所定回転数
以上の場合は開閉シヤツタ６を開の状態で継続さ
せることになる。

エンジンの出力が絞られて排気ガス量が減じて
くると、大タービン２の駆動には効率が低下して
回転数が減じ、周波数センサ４３からの検出信号
が所定回転数以下となる。このため、コントロー
ラ８は流路アクチユエータ６１に開指令を発する
とともに、流路アクチユエータ７１には開指令を
発し、分岐部５２から流路断面積の小さい第２の
導入管５４側に排気ガスを導き、小タービン３を
回転駆動させる。

したがつて、排気ガス量は減じても小流量にて
効率のよい小タービン３のスクロール３２を介し
てタービン翼３１が駆動されるため、回転軸２３
の回転数が上昇するとともに、発電機４の発電電
力は減少するものの、発電電圧やその周波数は上
昇することになる。

なお、小タービン３側の導入管５４の開閉シヤ
ツタ７の開の状態にて、周波数センサ４３からの
検出信号が所定値を超過する場合は、コントロー
ラ８が指令を発して、開閉シヤツタ６を開、開閉
シヤツタ７を閉にするよう流路アクチユエータ６
１および７１を制御することになる。したがつて
排気ガスは導入管５３側に道びがれ、そのエネル
ギーは効率よく大タービン２を駆動して発電させ
ることになる。

以上、本発明を一実施例によつて説明したが、
本発明の主旨の範囲内で種々の変形や応用が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するもの
ではない。

（発明の効果） 本発明によれば、エンジンからの排気流路を第
１および第２の大小二流路に切換え、大流路には
排気ガス量が多いと好効率のタービン翼を、小流
路には排気ガス量が少いと好効率のタービン翼を
取付け、これら二種のタービン翼の回転軸を共通
にするとともに、回転軸に交流発電機を直結し、
さらに回転軸の回転数に応じて前記の大流路と小
流路とを切換えて排気ガス流路を制御するので、
エンジンの運転状態によつて排気ガス量が大小に
変化する場合には、流路が切換えられて効率のよ
いタービン翼が駆動されることになり、排気エネ
ルギーの電気エネルギーへの回生が効率よく行わ
れる効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示す構成ブロツク図
である。 １……タービン発電機、２……大タービン、３
……小タービン、４……発電機、５……吸気パイ
プ、６，７……開閉シヤツタ、２３……回転軸、
４１……回転子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 排気流路を分岐させた第１及び第２の流路を
   切換える切換手段と、これら二流路からの排気エ
   ネルギにより駆動されるタービンと、これらター
   ビンの軸を同一直線上に連結する回転軸に設けた
   発電機と、該回転軸の回転数に応じて前記切換手
   段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とす
   るタービン発電機。 ２ 前記切換手段は排気流路内に設けた開閉シヤ
   ツタの開閉制御により切換えることを特徴とする
   請求項１記載のタービン発電機。 ３ 前記発電機は永久磁石からなる回転子を前記
   回転軸に直結した交流発電機であることを特徴と
   する請求項１記載のタービン発電機。 ４ 前記制御手段は前記交流発電機の発電周波数
   に応じて切換手段を制御するものであることを特
   徴とする請求項３記載のタービン発電機。