説明

タービン発電機

【課題】軸受の内輪が軸から抜ける方向へずれてしまうことを確実に防止でき、運転を円滑に行い得るタービン発電機を提供する。
【解決手段】一方の軸2に、第一の軸受11の内輪を固定するナット40を螺着すると共に、他方の軸3に、第二の軸受20の内輪を固定するナット50を螺着する。両側に軸を有し一方の軸にタービンが設けられたロータと、タービンを包囲して収容するタービンハウジングと、ロータを包囲するモータステータを収容し且つ一方の軸との間に第一の軸受を備えて前記タービンハウジングに固定されるステータハウジングと、ロータの他方の軸との間に第二の軸受を備えて前記ステータハウジングに固定される軸受フランジとを有するタービン発電機であって、一方の軸に、第一の軸受の内輪を固定するナットを螺着すると共に、他方の軸に、第二の軸受の内輪を固定するナットを螺着したことを特徴とするタービン発電機。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、タービン発電機に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、内燃機関の排熱を利用して発電を行うタービン発電機を車両等に搭載し、エネルギーの有効利用を図ることが提案されている。
【0003】
この種の装置としては、例えば、図2に示される如く、エンジン60を冷却して高温となったクーラントをラジエータ61で冷却しポンプ62により循環させるようにした内燃機関において、ラジエータ61の上流側に熱交換器31を配設し、該熱交換器31に液状の冷却用媒体をポンプ32により供給して前記高温のクーラントと熱交換させ、冷却用媒体が気化して生じた作動流体を前記タービン発電機100のタービン4に供給することにより発電機Mにて発電を行い、該タービン4を回転駆動した後の低圧の作動流体を凝縮器33によって冷却凝縮させて液化させた後、再び前記熱交換器31に供給するようにしたものがある。
【0004】
尚、図2に示されるような排熱を利用する装置の一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献1がある。
【0005】
一方、図3は、本発明者等が開発した初期のタービン発電機100の一例を示す側断面図であり、図3中、1は両側に軸2,3を備えたロータであり、該ロータ1の一方の軸2にはタービン4が一体に嵌着されている。5は前記タービン4を収容するように形成されたタービンハウジングであり、該タービンハウジング5は、圧力を有する作動流体を前記タービン4に導くためのスクロール通路6を有していると共に、タービン4を回転駆動した後の低圧となった作動流体を排気するための排出通路6aを有している。
【0006】
7は固定ボルト8によって前記タービンハウジング5に一体に組み付けるようにしたステータハウジングであり、該ステータハウジング7は、前記一方の軸2に近づくよう内周側に突出し更に内周部がロータ1に近づくように環状に突出した筒状突出部9を有しており、該筒状突出部9によって形成されるモータステータ収容部10aに、ロータ1を包囲するように形成したモータステータ10のタービンハウジング5側の一端部(図3の例では左側端部)を収容して保持するようになっている。更に、前記筒状突出部9の内周部と一方の軸2との間には第一の軸受11が配置されて一方の軸2を回転可能に支持するようになっている。前記モータステータ10は、内側のコイルからなるステータ12と、該ステータ12より軸方向の長さが長い外側のステータスリーブ13とにより構成されている。
【0007】
又、前記タービンハウジング5に一体に組み付けられるステータハウジング7の端面には、前記スクロール通路6の作動流体をタービン4へ周方向から導くノズル部14に対して周方向に複数配置するようしたベーン15を有し、且つ該各ベーン15を固定するプレート16が嵌合凹部に配置されており、該プレート16は前記タービンハウジング5とステータハウジング7の組み付けによってその相互間に挾持されるようになっている。
【0008】
17は固定ボルト18によって前記ステータハウジング7に一体に組み付けるようにした軸受フランジであり、該軸受フランジ17は、前記モータステータ10の反タービンハウジング5側の他端部(図3の例では右側端部)の内側において軸方向へ突出して該モータステータ10の他端部を保持するようにした筒状突出部19を有しており、更に、該筒状突出部19の内周部と前記ロータ1の他方の軸3との間には第二の軸受20が配置されて他方の軸3を回転可能に支持するようになっている。21は、前記軸受フランジ17における他方の軸3が対応する位置に貫通するように形成された開口である。
【0009】
22は固定ボルト23により前記軸受フランジ17に一体に組み付けるようにした蓋部材であり、該蓋部材22は、前記軸受フランジ17に備えた開口21を塞ぐように突出して該開口21に嵌合される凸部24を有している。尚、図3中、25は、タービンハウジング5とステータハウジング7との間、モータステータ10の外周とステータハウジング7との間、及び、軸受フランジ17と蓋部材22との間に設けたシールリング等からなるシール材であり、前記モータステータ10の外周とステータハウジング7との間に設けたシール材25は、ステータハウジング7に形成されたモータステータ10用の冷却水路7aに対し給排口(図示せず)を介して流通される冷却水のシールを行うようになっている。
【0010】
そして、前記ロータ1とモータステータ10とにより発電機Mが形成され、該発電機Mの同軸上に前記タービン4が備えられることによってタービン発電機100が構成され、このように構成したタービン発電機100によれば、組み立てが容易でしかもコンパクトな形状とすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】特開2008−8224号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
ところで、図3に示されるようなタービン発電機100においては、運転時、軸2,3の各部温度は常温以上の温度で平衡状態になるが、停止時には、軸2,3の基端側(ロータ1側)は体積が大きいため、冷えにくく高温を維持する反面、軸2,3の先端側(反ロータ1側)は体積が小さいため、冷えやすく先に低温となり、この温度差に伴う熱収縮量の差により前記軸2,3の先端側の径が基端側よりそれぞれ相対的に小さくなり、しかも、第一の軸受11と第二の軸受20の内輪はそれぞれ軸2,3に対し単に圧入されているだけであるため、前記タービン発電機100の運転・停止による軸2,3の熱膨張・収縮の繰り返しにより、第一の軸受11と第二の軸受20の内輪が軸2,3から抜ける方向へずれてしまい、該第一の軸受11と第二の軸受20が円滑に機能しなくなる虞があった。
【0013】
本発明は、斯かる実情に鑑み、軸受の内輪が軸から抜ける方向へずれてしまうことを確実に防止でき、運転を円滑に行い得るタービン発電機を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明は、両側に軸を有し一方の軸にタービンが設けられたロータと、前記タービンを包囲して収容するタービンハウジングと、前記ロータを包囲するモータステータを収容し且つ前記一方の軸との間に第一の軸受を備えて前記タービンハウジングに固定されるステータハウジングと、前記ロータの他方の軸との間に第二の軸受を備えて前記ステータハウジングに固定される軸受フランジとを有するタービン発電機であって、
前記一方の軸に、前記第一の軸受の内輪を固定するナットを螺着すると共に、前記他方の軸に、前記第二の軸受の内輪を固定するナットを螺着したことを特徴とするタービン発電機にかかるものである。
【0015】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【0016】
運転時、前記一方の軸と他方の軸の各部温度は常温以上の温度で平衡状態になり、停止時には、各軸の基端側(ロータ側)は体積が大きいため、冷えにくく高温を維持する反面、各軸の先端側(反ロータ側)は体積が小さいため、冷えやすく先に低温となり、この温度差に伴う熱収縮量の差により前記各軸の先端側の径が基端側よりそれぞれ相対的に小さくなるが、本発明のタービン発電機においては、一方の軸に、第一の軸受の内輪を固定するナットを螺着すると共に、他方の軸に、第二の軸受の内輪を固定するナットを螺着してあるため、前述のようなタービン発電機の運転・停止による各軸の熱膨張・収縮の繰り返しが生じても、第一の軸受と第二の軸受の内輪が各軸から抜ける方向へずれてしまうことはナットにより阻止することが可能となり、該第一の軸受と第二の軸受が円滑に機能する。
【0017】
又、前記一方の軸には、ナットの代わりに円筒状のカラーを第一の軸受の内輪とタービンとの間に介装させることも可能ではあるが、この場合、該タービンに接触する部材が一つ増えることとなり、これは、前記カラーの軸線方向における寸法公差が一方の軸に対するタービンの取り付けに影響を及ぼすことを意味し、タービンハウジングの排出通路内周面に対するタービンのチップクリアランスを精度良く保持する上で支障を来たすこととなって、好ましくないが、前記タービン発電機において、前記一方の軸に螺着されるナットとタービンとの間にクリアランスを確保するよう構成すると、該ナットの軸線方向における寸法公差が一方の軸に対するタービンの取り付けに影響を及ぼす心配がなく、タービンハウジングの排出通路内周面に対するタービンのチップクリアランスを精度良く保持する上でも有効となる。
【発明の効果】
【0018】
本発明のタービン発電機によれば、軸受の内輪が軸から抜ける方向へずれてしまうことを確実に防止でき、運転を円滑に行い得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の実施例を示す側断面図である。
【図2】内燃機関にタービン発電機を搭載した場合の一例を示す全体概要構成図である。
【図3】本発明者等が開発した初期のタービン発電機の一例を示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【0021】
図1は本発明の実施例であって、図中、図2及び図3と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図2及び図3に示すものと同様であるが、本実施例の特徴とするところは、図1に示す如く、一方の軸2に、第一の軸受11の内輪を固定するナット40を螺着すると共に、他方の軸3に、第二の軸受20の内輪を固定するナット50を螺着した点にある。
【0022】
本実施例の場合、前記一方の軸2に螺着されるナット40とタービン4との間には、クリアランスcを確保するよう構成してある。
【0023】
次に、上記実施例の作用を説明する。
【0024】
運転時、軸2,3の各部温度は常温以上の温度で平衡状態になり、停止時には、軸2,3の基端側(ロータ1側)は体積が大きいため、冷えにくく高温を維持する反面、軸2,3の先端側(反ロータ1側)は体積が小さいため、冷えやすく先に低温となり、この温度差に伴う熱収縮量の差により前記軸2,3の先端側の径が基端側よりそれぞれ相対的に小さくなるが、図1に示すタービン発電機100においては、一方の軸2に、第一の軸受11の内輪を固定するナット40を螺着すると共に、他方の軸3に、第二の軸受20の内輪を固定するナット50を螺着してあるため、前述のようなタービン発電機100の運転・停止による軸2,3の熱膨張・収縮の繰り返しが生じても、第一の軸受11と第二の軸受20の内輪が軸2,3から抜ける方向へずれてしまうことはナット40,50により阻止することが可能となり、該第一の軸受11と第二の軸受20が円滑に機能する。
【0025】
又、前記一方の軸2には、ナット40の代わりに円筒状のカラーを第一の軸受11の内輪とタービン4との間に介装させることも可能ではあるが、この場合、該タービン4に接触する部材が一つ増えることとなり、これは、前記カラーの軸線方向における寸法公差が一方の軸2に対するタービン4の取り付けに影響を及ぼすことを意味し、タービンハウジング5の排出通路6a内周面に対するタービン4のチップクリアランスを精度良く保持する上で支障を来たすこととなって、好ましくない。
【0026】
しかし、本実施例の場合、前記一方の軸2に螺着されるナット40とタービン4との間には、クリアランスcを確保するよう構成してあるため、該ナット40の軸線方向における寸法公差が一方の軸2に対するタービン4の取り付けに影響を及ぼす心配がなく、タービンハウジング5の排出通路6a内周面に対するタービン4のチップクリアランスを精度良く保持する上でも有効となる。
【0027】
こうして、第一の軸受11並びに第二の軸受20の内輪が軸2,3から抜ける方向へずれてしまうことを確実に防止でき、運転を円滑に行い得る。
【0028】
尚、本発明のタービン発電機は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【0029】
1 ロータ
2 一方の軸
3 他方の軸
4 タービン
5 タービンハウジング
7 ステータハウジング
10 モータステータ
10a モータステータ収容部
11 第一の軸受
12 ステータ
13 ステータスリーブ
17 軸受フランジ
20 第二の軸受
22 蓋部材
31 熱交換器
32 ポンプ
33 凝縮器
40 ナット
50 ナット
60 エンジン
61 ラジエータ
62 ポンプ
100 タービン発電機
M 発電機
c クリアランス

【特許請求の範囲】
【請求項1】
両側に軸を有し一方の軸にタービンが設けられたロータと、前記タービンを包囲して収容するタービンハウジングと、前記ロータを包囲するモータステータを収容し且つ前記一方の軸との間に第一の軸受を備えて前記タービンハウジングに固定されるステータハウジングと、前記ロータの他方の軸との間に第二の軸受を備えて前記ステータハウジングに固定される軸受フランジとを有するタービン発電機であって、
前記一方の軸に、前記第一の軸受の内輪を固定するナットを螺着すると共に、前記他方の軸に、前記第二の軸受の内輪を固定するナットを螺着したことを特徴とするタービン発電機。
【請求項2】
前記一方の軸に螺着されるナットとタービンとの間にクリアランスを確保するよう構成した請求項1記載のタービン発電機。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2010−242552(P2010−242552A)
【公開日】平成22年10月28日(2010.10.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−90235(P2009−90235)
【出願日】平成21年4月2日(2009.4.2)
【出願人】(000000099)株式会社IHI (5,014)