米国特許情報 | 欧州特許情報 | 国際公開(PCT)情報 | Google の米国特許検索
 
     特許分類
A 農業
B 衣類
C 家具
D 医学
E スポ−ツ;娯楽
F 加工処理操作
G 机上付属具
H 装飾
I 車両
J 包装;運搬
L 化学;冶金
M 繊維;紙;印刷
N 固定構造物
O 機械工学
P 武器
Q 照明
R 測定; 光学
S 写真;映画
T 計算機;電気通信
U 核技術
V 電気素子
W 発電
X 楽器;音響


  ホーム -> 発電 -> 株式会社東芝

発明の名称 永久磁石発電機の自動磁心合わせ装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平11−69742
公開日 平成11年(1999)3月9日
出願番号 特願平9−230509
出願日 平成9年(1997)8月13日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】紋田 誠
発明者 生澤 猛
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 回転電機の励磁用として前記回転電機軸系の軸端に設けられた前記永久磁石発電機の回転子の軸方向に設けられたレールと、前記永久磁石発電機の固定子に取り付けられ前記回転子の永久磁石と前記固定子鉄心との磁気吸引力により前記レールに案内されて前記回転子と前記固定子との磁心が一致するように前記固定子を移動させる軸受とを備えた永久磁石発電機の自動磁心合わせ装置。
【請求項2】 回転電機の励磁用として前記回転電機軸系の軸端に設けられた永久磁石発電機の支持台に取り付けられ前記永久磁石発電機の回転子の軸方向に設けられたレールと、前記永久磁石発電機の固定子に取り付けられ前記レールに案内されて前記固定子を移動させる軸受と、前記回転子の位置を検出する位置検出器と、前記回転子の位置に基づいて前記回転子の磁心と前記固定子の磁心とのずれ量を算出する演算手段と、前記演算手段で演算されたずれ量に基づいて前記回転子と前記固定子との磁心が一致するように前記軸受を前記レールに沿って移動させる駆動装置とを備えたことを特徴とする永久磁石発電機の自動磁心合わせ装置。
【請求項3】 前記位置検出器は、非接触で前記回転子の位置を検出する光センサ、またはサーチコイルによる磁気センサであることを特徴とする請求項2に記載の永久磁石発電機の自動磁心合わせ装置。
【請求項4】 前記駆動装置は、前記演算手段からの指令に基づいて動作する位置決めモータと、前記位置決めモータの回転力を直線方向の力に変換し前記レールに沿って前記軸受を駆動する軸受駆動シャフトとからなることを特徴とする請求項2に記載の永久磁石発電機の自動磁心合わせ装置。
【請求項5】 前記駆動装置は、前記演算手段からの指令に基づいて歯車を回転させる位置決めモータと、前記歯車と係合し前記歯車の回転力を直線方向の力に変換し前記レールに沿って前記軸受を駆動する軸受駆動シャフトとからなることを特徴とする請求項2に記載の永久磁石発電機の自動磁心合わせ装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転電機の励磁用として用いられる永久磁石発電機の回転子と固定子との磁心を自動的に合わせるための永久磁石発電機の自動磁心合わせ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、ブラシレスタービン発電機のような大型の回転電機の励磁装置には永久磁石発電機が用いられる。すなわち、回転電機の回転軸の軸端に永久磁石発電機を取り付け、その永久磁石発電機で発電された電流を整流して回転電機の界磁巻線に供給するようにしている。
【0003】この永久磁石発電機の回転子には永久磁石が取り付けられており、その回転子は回転電機の軸端に取り付けられる。そして、永久磁石発電機の固定子巻線に生じた電流を調節して、その電流を励磁機の界磁巻線に導き励磁機電機子に電流を生ぜしめ、整流のして回転電機本体の回転子の界磁電流としている。
【0004】このようなブラシレスタービン発電機等の回転電機においては、回転軸の回転遠心力による軸縮みや軸温度上昇による軸伸びが発生する。回転電機の運転時においては、通常、後者の影響の方が大きい。つまり、起動時には一時的な軸縮みが発生し運転時には軸伸びが発生する。このため、軸端に取り付けられた永久磁石発電機の回転子は、軸方向に対して数mm〜20mm程度移動し、固定子との磁心のずれが生じる。
【0005】そこで、この回転子と固定子との磁心のずれを吸収するために、図3に示すように、永久磁石発電機の固定子鉄心3の長さを回転子1の永久磁石2の軸方向長さよりも長くして、回転子1の移動によっても永久磁石2が固定子鉄心3の範囲から飛び出さない様にしている。なお、固定子鉄心3には固定子巻線4が取り付けられている。
【0006】また、図4に示すように、回転子と固定子との磁心のずれを吸収するために、逆に回転子1の永久磁石2の軸方向長さを永久磁石発電機の固定子鉄心3の長さ長よりも長くして回転子1が移動しても固定子鉄心3が永久磁石2の範囲内にあるようにしていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図3に示すような固定子鉄心3の長さに余裕を持たせる設計では、固定子巻線4も長くなり抵抗が増大する。また、図4に示すような回転子1の永久磁石2の軸方向長さに余裕を持たせる設計では、端部漏れ磁束が増大するので、固定子鉄心3の端部温度が高くなるという欠点が有り性能設計上の制約となっていた。
【0008】また、上記の様な設計上の寸法関係により軸伸び差を吸収しきれない場合の対策として、永久磁石発電機の固定子の位置を定格運転時の回転子1の磁心位置近くに合わせておき、ユニット起動時には発電機本体に直結されたタービンの温度上昇による軸伸びを待って励磁するなどの運用上の対策をとっていた。この場合には励磁するタイミングの制約が生ずることになる。
【0009】そこで、本発明の目的は、回転電機の励磁用として用いられる永久磁石発電機の回転子と固定子との磁心を自動的に合わせることができる永久磁石発電機の自動磁心合わせ装置を得ることである。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係わる永久磁石発電機の自動磁心合わせ装置は、回転電機の励磁用として回転電機軸系の軸端に設けられた永久磁石発電機の回転子の軸方向に設けられたレールと、永久磁石発電機の固定子に取り付けられ回転子の永久磁石と固定子鉄心との磁気吸引力によりレールに案内されて回転子と固定子との磁心が一致するように固定子を移動させる軸受とを備えたものである。
【0011】請求項1の発明に係わる永久磁石発電機の自動磁心合わせ装置では、回転電機の運転時に生ずる回転子軸の伸び縮みにより回転電機軸系の軸端に設けられた永久磁石発電機の回転子が軸方向に伸びた場合、回転子の永久磁石と固定子鉄心との磁気吸引力により固定子の軸受がレールに沿って軸方向に移動する。これにより、永久磁石発電機の固定子が追従して軸方向に移動し、永久磁石発電機の回転子及び固定子の磁心が一致する。
【0012】請求項2の発明に係わる永久磁石発電機の自動磁心合わせ装置は、回転電機の励磁用として回転電機軸系の軸端に設けられた永久磁石発電機の支持台に取り付けられ永久磁石発電機の回転子の軸方向に設けられたレールと、永久磁石発電機の固定子に取り付けられレールに案内されて固定子を移動させる軸受と、回転子の位置を検出する位置検出器と、回転子の位置に基づいて回転子の磁心と固定子の磁心とのずれ量を算出する演算手段と、演算手段で演算されたずれ量に基づいて回転子と固定子との磁心が一致するように軸受をレールに沿って移動させる駆動装置とを備えたものである。
【0013】請求項2の発明に係わる永久磁石発電機の自動磁心合わせ装置は、回転子の位置検出器の出力に従って、演算手段は駆動装置を駆動して軸受をレールに沿って動かし、回転子と固定子との磁心が一致するように永久磁石発電機の固定子の軸方向位置を調整する。
【0014】請求項3の発明に係わる永久磁石発電機の自動磁心合わせ装置は、請求項2の発明において、位置検出器としては、非接触で回転子の位置を検出する光センサ、またはサーチコイルによる磁気センサを用いたものである。
【0015】請求項3の発明に係わる永久磁石発電機の自動磁心合わせ装置では、請求項2の発明の作用に加え、光センサまたはサーチコイルによる磁気センサにて、非接触で回転子の位置を検出する。
【0016】請求項4の発明に係わる永久磁石発電機の自動磁心合わせ装置は、請求項2の発明において、駆動装置は、演算手段からの指令に基づいて動作する位置決めモータと、位置決めモータの回転力を直線方向の力に変換しレールに沿って軸受を駆動する軸受駆動シャフトとから構成される。
【0017】請求項4の発明に係わる永久磁石発電機の自動磁心合わせ装置では、請求項2の発明の作用に加え、演算手段からの指令に基づいて回転子と固定子との磁心のずれ量が無くなるように位置決めモータを回転させ、軸受駆動シャフトは位置決めモータの回転力を直線方向の力に変換しレールに沿って軸受を駆動する。これにより、固定子を移動させ回転子と固定子との磁心を一致させる。
【0018】請求項5の発明に係わる永久磁石発電機は、請求項2の発明において、駆動装置は、演算手段からの指令に基づいて歯車を回転させる位置決めモータと、歯車と係合し歯車の回転力を直線方向の力に変換しレールに沿って軸受を駆動する軸受駆動シャフトとから構成されている。
【0019】請求項5の発明に係わる永久磁石発電機の自動磁心合わせ装置は、請求項2の発明の作用に加え、演算手段からの指令に基づいて回転子と固定子との磁心のずれ量が無くなるように位置決めモータを回転させ、位置決めモータにより回転した歯車は軸受駆動シャフトと係合し、歯車の回転力を直線方向の力に変換しレールに沿って軸受を駆動する。これにより、固定子を移動させ回転子と固定子との磁心を一致させる。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の第1の実施の形態を示す構成図である。回転電機がブラシレスタービン発電機の場合には、タービン、発電機、励磁機、永久磁石発電機の順に直結され、タービン側の軸端に回転子軸系全体の軸方向位置を決めるスラスト軸受が設けられている。そして、回転電機軸系の軸端には、回転電機の励磁用として永久磁石発電機が設けられている。
【0021】永久磁石発電機の回転子1には永久磁石2が取り付けられており、回転子1が回転することにより回転磁界を発生させる。つまり、回転子1に取り付けられた永久磁石2により回転磁界が発生し、その磁束変化を固定子鉄心3が受け固定子巻線4に電流を発生させる。これにより、回転電機の界磁電流を発生させるようにしている。
【0022】また、永久磁石発電機の回転子1の軸方向にはレール5が設けられており、固定子を軸受6で支持している。すなわち、この軸受6は永久磁石発電機の固定子に取り付けられ、回転子1の永久磁石2と固定子鉄心3との磁気吸引力により、レール5に案内されて回転子と固定子との磁心が一致するように固定子を移動させる。
【0023】すなわち、回転電機の回転軸系においては、回転軸の回転遠心力による軸縮みや軸温度上昇による軸伸びが発生する。一般に、この軸方向の回転子1のずれ量は数mm〜20mm程度である。いま、永久磁石発電機の回転子1が軸方向に伸びたとした場合には、回転子1の永久磁石2と固定子鉄心3との磁気吸引力により、固定子の軸受6がレール5に沿って軸方向に移動する。従って、永久磁石発電機の固定子が回転子1の動きに追従して軸方向に移動し、永久磁石発電機の回転子及び固定子の磁心が一致するようになる。
【0024】この場合、レール5と軸受6との間の摩擦抵抗が充分小さいことが条件となるので、摩擦抵抗が所定値より小さくなるようにする。例えば、固定子鉄心3の重量の一部ないし全部を磁気浮上装置により支えてレール5と軸受6との摩擦抵抗を減少させたり、レール5及び軸受6に磁気浮上式のものを採用して、レール5と軸受6との摩擦抵抗を減少させる。これにより、確実に永久磁石2と固定子鉄心3との磁気吸引力により、固定子鉄心3は永久磁石2の軸方向位置変化に自動追従できる。
【0025】このように、第1の実施の形態では、永久磁石発電機の固定子の移動方法として、回転子の軸方向のみに移動可能な1自由度を持つ転がり軸受6とレール5を設け、回転子1の永久磁石2と固定子鉄心3との磁気吸引力により、固定子の軸受6がレール5に沿って軸方向に移動するようにしているので、回転子1が移動したとしても永久磁石発電機の回転子及び固定子の磁心を一致させることができる。
【0026】次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。図2は本発明の第2の実施の形態を示す構成図である。この第2の実施の形態は、図1に示した第1の実施の形態に対し、回転子1の位置を検出する位置検出器7と、回転子1の位置に基づいて回転子1の磁心と固定子の磁心とのずれ量を算出する演算手段10と、演算手段10で演算されたずれ量に基づいて回転子1と固定子との磁心が一致するように軸受6をレール5に沿って移動させる駆動装置11とを備えたものである。
【0027】図2では、駆動装置11は、演算手段10からの指令に基づいて歯車8を回転させる位置決めモータ12と、歯車12と係合し歯車12の回転力を直線方向の力に変換しレール5に沿って軸受6を駆動する軸受駆動シャフト9とから構成されたものを示している。
【0028】第1の実施の形態では、レール5と軸受6との間の摩擦抵抗が充分小さいことが条件となっているが、その摩擦抵抗に関係なく永久磁石発電機の回転子と固定子との磁心を一致できるようにすべく、駆動装置11にて軸受6を駆動し固定子を移動させる。すなわち、固定子鉄心3をレール5及び軸方向に可動な軸受6により、回転軸方向のみに可動であるように支持する。
【0029】そして、回転子1の位置を位置検出器7によって非接触で検出し、演算手段10は検出された回転子1の位置に基づいて回転子と固定子との磁心のずれ量を演算する。そして、そのずれ量を補正するように位置決めモータ12を駆動する。これによって、歯車8が回転しその回転力は軸受駆動シャフト9に対する直線力に変換され軸受6を駆動する。これにより、固定子鉄心3の軸方向位置を回転子1の永久磁石2に合うように調整する。
【0030】ここで、位置検出器7としては、非接触で回転子1の位置が検出できるものを用いる。例えば、サーチコイルを使用した磁気センサによるギャップ計を用いることもできるし、光学センサを用いてもよい。
【0031】また、駆動装置11としては、上述の歯車8に代えて、位置決めモータ12からの回転力をベルトにより軸受駆動シャフト9に伝達し、その回転量に応じた直線移動量を得られるようにしても良い。また、軸受駆動シャフト9として油圧シリンダを用いても良い。この場合、油圧シリンダは位置決めモータ12からの回転量を直線移動量に変換することになる。
【0032】このように、駆動装置11は、演算手段20からの指令に基づいて動作する位置決めモータ12と、位置決めモータ12の回転力を直線方向の力に変換しレール5に沿って軸受を駆動する軸受駆動シャフト9とから構成される。
【0033】第2の実施の形態では、永久磁石発電機の固定子の軸方向位置が回転子の位置に追従して動くような構成とし、回転子の位置を位置検出器で検出し、その位置検出器の出力に応じて演算手段10は固定子の位置を駆動装置11で移動させるようにしている。従って、永久磁石発電機の固定子は、レール5と軸受6との間の摩擦抵抗の大きさに関係なく、回転子1に自動追従して軸方向に移動し、固定子鉄心3の軸方向位置を回転子1の永久磁石2の磁心に合うように調整できる。
【0034】
【発明の効果】以上述べたように、永久磁石発電機の固定子鉄心は回転子の永久磁石の軸方向位置変化に追従して軸方向位置を自動調整できるので、回転子の永久磁石又は固定子鉄心の軸方向長さに冗長性を持たせる必要も無く、最適設計の永久磁石発電機を採用できる。また、回転電機を起動する際に励磁開始時期の制約も必要なくなる。




 

 


     NEWS
会社検索順位 特許の出願数の順位が発表

URL変更
平成6年
平成7年
平成8年
平成9年
平成10年
平成11年
平成12年
平成13年


 
   お問い合わせ info@patentjp.com patentjp.com   Copyright 2007-2013