本発明は、タービン発電機に関するものである。

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。

この種の装置としては、例えば、図５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。

尚、図５に示されるような排熱を利用して発電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。

一方、図６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６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。

７は固定ボルト８によってその前端面７ａを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、前端部（図６の例では左側端部）の内側において前記一方の軸２に近づくよう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側の前端部（図６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１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。

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の前端面７ａ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が凹部１６ａに嵌合して配置されており、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。

１７は固定ボルト１８によって前記ステータハウジング７の後端面７ｂ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側の後端部（図６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の後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２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形成された開口である。

そして、前記軸受フランジ１７をステータハウジング７に固定ボルト１８で締め付け固定する際に、モータステータ１０のステータスリーブ１３に軸受フランジ１７が当接することで前記モータステータ１０の軸方向への移動を固定するようにしている。 このように、軸受フランジ１７をモータステータ１０に当接させてモータステータ１０の軸方向への移動を拘束するために、ステータハウジング７内に形成されるモータステータ収容部１０ａの軸方向の深さとステータスリーブ１３の軸方向の長さは同一になるように形成している。

２２は固定ボルト２３によって前記軸受フランジ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６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７Ｈ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。

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、このように構成されるタービン発電機１００は組み立てが容易でありしかもコンパクトな形状とすることができる。

図６に示したタービン発電機１００によれば、組み立て作業が容易であるため組み立てコストを低減することができる。

一方、このようなタービン発電機１００においては、開発段階での耐久試験、或いは、使用時での点検作業等の際に、タービン発電機１００を分解してモータステータ１０を取り出すことが必要になる場合があり、このために、モータステータ１０を容易に取り出せるようにする必要がある。

しかし、上記したタービン発電機１００においては、ロータ１の外周に配置されて発電機Ｍを構成するモータステータ１０は、ステータハウジング７のモータステータ収容部１０ａに一側から挿入され、シール材２５によって気密が保持されるように緊密に取り付けられている。

このため、モータステータ１０をステータハウジング７から抜き出す必要が生じた際には、従来は、前記軸受フランジ１７を取り外した後、該軸受フランジ１７の取り外しによって開放された後端面７ｂ側が下方を向くようにステータハウジング７を鉛直方向に支持した状態で、ステータハウジング７に振動を与えるか或いは衝撃を与えることによって、モータステータ１０を下方へ移動させて抜き出すようにしていた。

しかし、上記したように従来はステータハウジング７を鉛直に支持して下向きにモータステータ１０を抜き出すようにしているために、振動或いは衝撃を与えた際にモータステータ１０が床等に落下し、モータステータ１０に歪み等の変形を生じさせてしまう可能性を有していた。 そしてこのようにモータステータ１０が変形した場合には、再び組み立てを行っても発電機Ｍの発電性能が著しく低下してしまい、そのためにモータステータ１０の交換を余儀なくされるといった問題を有していた。

又、ステータハウジング７に気密に収容されたモータステータ１０は振動を与えても抜き出て来ない場合があり、このような場合にはハンマー等を用いてステータハウジング７に強い衝撃を与えるようにしているが、この場合にはステータハウジング７を傷付けたり変形させてしまうことが考えられ、ステータハウジング７が傷付いたり変形した場合には、シール性が悪化したり、更に、ステータハウジング７がモータステータ１０を良好な状態で支持できなくなることによって発電機Ｍの発電性能が低下するといった問題も有していた。

本発明は、斯かる実情に鑑みてなしたもので、タービン発電機に備えられるモータステータの取り出しを容易に行えるようにしたタービン発電機を提供することを目的とする。

本発明は、両側に軸を有し一方の軸にタービンが備えられたロータと、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、前記ロータの外周に形成されて反タービン側の後端が開放されたモータステータ収容部を有し且つ前記一方の軸との間に第１の軸受を備えて前端面が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２の軸受を備えて前記ステータハウジングの開放された後端面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、
前記ステータハウジングにおけるタービンハウジングが固定される前端面と前記モータステータが収容されるモータステータ収容部との間に、ステータハウジングの外部から押出ボルトを螺合させて前記モータステータを押し出すことができる複数のねじ付孔を備えたことを特徴とするタービン発電機、に係るものである。

上記タービン発電機において、前記ねじ付孔の前端側を密閉できる密閉蓋を備えていることは好ましい。

又、上記タービン発電機において、前記タービンハウジングとステータハウジングとの間に挾持された状態に配置されるベーンを固定するプレートが前記密閉蓋を兼ねていることは好ましい。

本発明のタービン発電機によれば、組み立て作業が容易であり、しかも、タービン発電機を分解してモータステータを取り出す必要が生じた際には、ステータハウジングから軸受フランジを取り外すと共にタービンハウジングを取り外した後、タービンハウジングの取り外しにより開放されたねじ付孔に押出ボルトを螺合させて捩じ込むことにより、タービンハウジングを横置きに保持した状態において、押出ボルトによりモータステータをステータハウジングの後端面側に容易且つ安全に押し出すことができる効果がある。

本発明を実施するタービン発電機の一例の全体を示す側断面図である。

ステータハウジングに設けたねじ付孔と押出ボルトの一例を示す側断面図である。

図２のステータハウジングをＩＩＩ方向から見たねじ付孔の配置例を示す正面図である。

ねじ付孔の前端側に備えた密閉蓋の一例を示す側断面図である。

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。

本発明者等が実施した初期のタービン発電機の一例の全体を示す側断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。

図１〜図４は、前記図６に示した初期のタービン発電機１００に適用した本発明の実施例であって、図中、図５、図６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５及び図６に示すものと同様であり、本実施例の特徴とするところは、図１〜４に示す如く、ステータハウジング７におけるタービンハウジング５が固定される前端面７ａと前記モータステータ１０が収容されるモータステータ収容部１０ａとの間に、押出ボルト２６が螺合できるように貫通した複数のねじ付孔２７を備えているタービン発電機２００とした点にある。 図３では４個のねじ付孔２７を周方向に等間隔に備えた場合を示しているが、ねじ付孔２７は３個以上を等間隔で備えていることが好ましい。

前記ねじ付孔２７がタービンハウジング５のスクロール通路６側と連通する位置に設けられている場合には、ねじ付孔２７に作動流体が流入する問題を防止するために密閉しておく必要があり、このため、図４では、前記ねじ付孔２７に螺合して前端面７ａ側を密閉するようにした密閉蓋２８を設けている。

一方、図１〜図３では、ステータハウジング７の前端面７ａにベーン１５を固定するプレート１６を嵌合配置するよう形成されている凹部１６ａにねじ付孔２７を設けた場合を示しており、この場合には、図１のように凹部１６ａに嵌合配置されるベーン１５を固定するプレート１６が密閉蓋２８を兼ねてねじ付孔２７を閉塞するようになっている。

次に、図１〜図４に示した装置の作動を説明する。

図１に示すタービン発電機２００の使用時には、図４に示すようにねじ付孔２７の前端側に螺合させた密閉蓋２８、或いは、図１に示すように凹部１６ａに嵌合配置したベーンを１５固定するプレート１６によって前記ねじ付孔２７は閉塞されている。 従って、スクロール通路６の作動流体が前記ねじ付孔２７に流入する問題を生じることはない。

一方、開発段階での耐久試験や使用段階における発電機Ｍの点検作業等のために、タービン発電機２００を分解してモータステータ１０を抜き出す必要が生じた場合には、先ず、タービンハウジング５とステータハウジング７の固定を解除してステータハウジング７の前端面７ａを開放し、又、ステータハウジング７と軸受フランジ１７の固定を解除してステータハウジング７の後端面７ｂを開放して図２の状態とする。

続いて、ステータハウジング７のねじ付孔２７に、前方から矢印で示すように押出ボルト２６を螺合させて捩じ込む。 すると、モータステータ１０は押出ボルト２６により押されて二点鎖線で示すようにステータハウジング７の後端面７ｂから押し出される。 ステータハウジング７の後端面７ｂからモータステータ１０が所要長さ押し出されると、以後はモータステータ１０を把持して引抜くことができる。

上記によれば、ステータハウジング７を水平に保持した状態で押出ボルト２６の作用によってモータステータ１０を横方向に容易に押し出して取り出すことができるので、従来のようにモータステータを落下させて変形させたり、或いはモータステータの取り出しのために、ステータハウジングに衝撃を与えることによってステータハウジングが変形するといった問題の発生を防止することができる。

上記したように、小型でしかも安定した回生性能を有するタービン発電機２００は、図５に示すように車両の内燃機関の排熱によって冷却用媒体を気化させて生じた作動流体により発電を行う場合に適用できる他、内燃機関からの排気ガスの圧力を利用して発電を行うような場合にも適用することができ、更には、車両以外の各種の装置機器からの排気ガス或いは排熱を利用して発電する場合にも適用することができる。

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、モータステータの形状には限定されないこと、ステータハウジングにモータステータを支持する支持方式には限定されないこと、ねじ付孔の設置位置、設置数は任意に選定し得ること、その他、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。

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 ７ａ 前端面 ７ｂ 後端面 １０ モータステータ １０' モータステータ収容部 １１ 第１の軸受 １７ 軸受フランジ ２０ 第２の軸受 ２６ 押出ボルト ２７ ねじ付溝 ２８ 密閉蓋２００ タービン発電機