JP2011517744A - ターボ発電機 - Google Patents
ターボ発電機 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011517744A JP2011517744A JP2011502122A JP2011502122A JP2011517744A JP 2011517744 A JP2011517744 A JP 2011517744A JP 2011502122 A JP2011502122 A JP 2011502122A JP 2011502122 A JP2011502122 A JP 2011502122A JP 2011517744 A JP2011517744 A JP 2011517744A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- turbine
- housing
- turbo generator
- rotor
- turbo
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B63/00—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices
- F02B63/04—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices for electric generators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B41/00—Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
- F02B41/02—Engines with prolonged expansion
- F02B41/10—Engines with prolonged expansion in exhaust turbines
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
- H02K3/47—Air-gap windings, i.e. iron-free windings
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
- H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
- H02K5/22—Auxiliary parts of casings not covered by groups H02K5/06-H02K5/20, e.g. shaped to form connection boxes or terminal boxes
- H02K5/225—Terminal boxes or connection arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
- H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
- H02K7/1807—Rotary generators
- H02K7/1823—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
- Supercharger (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
Abstract
内燃エンジンからの排気ガスによって駆動されるように構成されたタービンと、前記タービンに連結されたロータ、及び前記ロータが前記タービンによって回転させられる時に、前記ロータと共に電力を発生するように構成された鉄なしコイルを含んだステータを有する発電機とを備えるターボ発電機。
Description
本願は、内燃エンジンからの排気ガスによって動力を供給されるターボ発電機に関する。
自動車用の電気系統は長年にわたって発達し続けている。現在、これらの電気系統は、増加する電気部品、例えば、サーボモータ、オンボードコンピュータ、ナビゲーションシステム、エンターテインメントシステム等を支持することをしばしば必要とする。さらに、機械部品、例えば、パワーステアリングポンプ、空調用コンプレッサ、ウォータポンプ、オイルポンプ、及びエンジンのクランクシャフトによって典型的に駆動される他の構成部品等は、次第に電動式になってきている。電力の需要の増加につれて、従来の電力発生手段の使用は、魅力のないものとなっている。この需要を満たすために必要なオルタネータの物理的サイズの観点だけでなく、化石燃料が不足する時代において内燃エンジンに設けられる付加的な燃料消費負荷の観点からも、エコロジー的影響は大きく、燃料消費を削減することが望まれている。
一つの実行可能な解決方法は、内燃エンジンの排気ガスのエネルギから電力を発生させることである。内燃エンジンおよび排気システムの間に取り付けられた高速タービンは、発電機を駆動するように用いられることができる。この解決法は多くの利点を提供し得る。例えば、乗り物の燃料の経済性が改善される。クランクシャフト駆動式オルタネータの寸法が縮小され、あるいはオルタネータが排除されて、エンジンの燃料消費が低減し、より小型で、より費用のかからない構成が提供される。ハイブリッド車においては、タービン駆動式発電機は電気駆動システム用の電力の供給を補足するために用いられ、内燃エンジンの稼働時間を短縮し、ひいては燃料消費を削減する。即ち、全てのターボ発電機によって生成された電力は、比例的に、エンジンの燃料消費を直接削減する。
これらの利点を有するが、効率的なタービン駆動式発電機を自動車に統合することは困難である。この事実は、従来の発電機が特定の速度範囲内で作動する時にのみ電力を供給可能であったためである。従来の発電機によって供給される電力は、内燃エンジンの排気ガスのエネルギによって生成される高回転タービン速度の場合と同様に、作動速度が特定の範囲を超える時に、急速に低下する。結果として、この技術は自動車に幅広く適用されなかった。現在存在する僅かな応用例は、発電機の作動速度を発電に必要な範囲まで低下させるために、タービンの出力に減速ギア機構を備えた大型の商用の乗り物(例えば、船や大型トラック)に限られている。この構成はエンジンルーム内に大きな空間を必要とし、一般的な乗用車には不適当である。
従って、一般的な乗用車への応用に適切な内燃エンジンによって生成された排気ガスのエネルギから電力を発生させるシステムが技術的に必要とされている。
本発明の一態様において、ターボ発電機は、内燃エンジンからの排気ガスによって駆動されるように構成されたタービンと、前記タービンに連結されたロータ、及び前記ロータが前記タービンによって回転させられる時に、前記ロータと共に電力を発生するように構成された鉄なしコイルを含んだステータを有する発電機とを備える。
本発明の別の態様において、ターボ発電機は、内燃エンジンからの排気ガスによって駆動されるように構成されたタービンと、前記タービンに連結されたロータ、及び前記ロータの周囲に鉄なしコイルを含んだステータを有する発電機とを備える。
本発明のさらなる態様において、ターボ発電機は内燃エンジンからの排気ガスによって駆動されるように構成されたタービンと、発電機とを備え、前記発電機は前記タービンに連結されたロータと、前記ロータの周囲のスロットレス積層体、並びに前記ロータ及び前記スロットレス積層体の間に配置されたコイルを有するステータとを備える。
本発明の別のさらなる態様において、ターボ発電機は内燃エンジンからの排気ガスのエネルギを回転力に変換する手段と、鉄なしコイルを用いて前記回転力を電力に変換する手段とを備える。
本発明のさらに別の態様において、乗り物は内燃エンジンと、ターボ発電機とを備える。前記ターボ発電機は、内燃エンジンからの排気ガスによって駆動されるように構成されたタービンと、前記タービンに連結されたロータ、及び前記ロータが前記タービンによって回転させられる時に、前記ロータと共に電力を発生するように構成された鉄なしコイルを含んだステータを有する発電機とを備える。
ターボ発電機の他の態様が以下の詳細な説明によって当業者にとって容易に明らかになる。以下の詳細な説明においては、ターボ発電機の例示的な構成が示されるに過ぎない。本発明は、ターボ発電機の他の態様および異なる態様を含み、本明細書を通して示される様々な細部が様々な他の事項において、本発明の精神や権利範囲を逸脱することなく、変更可能である。従って、図面および明細書は、当然説明を目的とするものであり、限定するものではない。図面において、本発明の様々な態様が例示的に示されるが、これらに限定されない。
以下、図面を参照して、本発明がより完全に記述され、ターボ発電機の様々な態様が示される。しかし、本発明は多くの異なる形態によって具現化可能であり、本明細書に示されるターボ発電機の様々な態様に限定されるべきではない。以下においてターボ発電機の詳細な説明がなされ、本開示は独立かつ完全で、当業者に本発明の権利範囲を完全に示唆する。
本明細書は、ターボ発電機の様々な態様を示す特定の詳細な説明を含む。しかし、本発明はこれらの特定の詳細な説明なしで実施可能であることが明らかになる。いくつかの例においては、本明細書を通して示される発明の概念が不明瞭になることを防ぐために、周知の要素はブロック図で示されるか、省略される。
ターボ発電機の様々な態様は、共に連結された構成部品を記載することによって説明され得る。本明細書に示す「連結された」という用語は、二つの構成部品の間の直接的な接続か、場合に応じて、介在的構成部品または中間構成部品を介した非直接的な接続かのどちらかを意味するように用いられる。対照的に、構成部品が「直接連結された」と言及される場合には、別の構成部品に「直接連結」され、介在する要素は存在しない。
ターボ発電機の様々な態様は、一つ以上の例示的実施形態を参照して説明される。本明細書において用いられる「実施形態」という用語は、「一例として提供される」ことを意味し、本明細書に示されるターボ発電機の他の実施形態よりも、必ずしも好適、または有利であることを意味しない。
さて、ターボ発電機の特定の例示的実施形態が示される。一つの例示的実施形態において、ターボ発電機は、電力を生成する発電機に連結されたタービンを備える。タービンはタービンシャフトに連結されたタービンホイールを備える。タービンホイールは、内燃エンジンからの排気ガスによって駆動される。タービンホイールは、発電機に連結されたタービンシャフトを回転させるように用いられる。発電機は、永久磁石を備えたロータシャフトを含んだロータを備える。ロータシャフトはタービンシャフトに連結されている。発電機は、永久磁石を包囲したスロットレス積層体を備えたステータも有する。ステータは、永久磁石とスロットレス積層体との間に鉄なしコイルも有する。スロットレス積層体は磁気帰路の一部として作用する。
本明細書を通して示されるターボ発電機の様々な態様は、一般的な乗用車(即ち、自動車)内への組込みに適当である。しかし、当業者が容易に理解されるように、これらの態様は他の応用例に拡張されることができ、例えば、内燃エンジンを備えた商用の乗り物、内燃エンジンを備えた航空機および船、固定された装置(例えば、ポンプ、発電機等)を駆動するように構成された内燃エンジン、または他の内燃エンジンを備えた他の適当なシステムに応用することができる。従って、自動車システムに対する言及は、ターボ発電機の様々な態様の説明のためにすぎず、これらの態様は幅広い応用例を有している。
図1は、ターボ発電機を備えた自動車システムの例示的実施形態を示した機能ブロック図である。自動車システム100は内燃エンジン102を備え、内燃エンジン102は、本実施形態において、車両を推進させるために駆動系(図示せず)に動力を供給するように用いられる。自動車システム100は、燃料システム104、点火システム106、排気システム108、冷却システム110、潤滑システム112、ターボ発電機116、レギュレータ118、電気的負荷120、及び図示されていない他のシステムも備えることができる。
上述の自動車システム100は、周知であり、従って、簡単に記載される。燃料システム104は、適切な空気燃料混合物を内燃エンジン102に供給するように用いられる。空気燃料混合物は、点火システム106によって点火される時に、内燃エンジン102によって燃焼されて、駆動系(図示せず)に動力を供給する。内燃エンジン102における空気燃料混合物の燃焼により発生した排気ガスは、排気システム108によって大気へ給送される。冷却システム110は、燃焼によって発生した熱を分散させるために内燃エンジン102に冷却液を供給するように用いられる。潤滑システム112は、内燃エンジン102内の可動部品に潤滑油を供給するように用いられる。
ターボ発電機116は、内燃エンジン102から排気システム108へ流動する排気ガスの経路内に配置される。上述したように、ターボ発電機116は、電力を生成するために発電機に連結されたタービンを備える。タービンは、以下においてより詳細に説明されるようなラジアルタービン、または他の特定の適当な構成である。一例として、タービンは、軸流タービンであって良い。発電機(図示せず)は、タービン(図示せず)によって直接動力を供給され、タービンは、2000rpmから200000rpmを超える範囲において常に変動する回転速度、および常に変動する出力を有した内燃エンジン102からの排気ガスによって駆動される。発電機は三相永久磁石同期機であり、5000rpmから200000rpmを超える回転速度で三相AC電力を生成する。この広範囲の回転速度および出力にわたる動作は、以下においてより詳細に説明される単一のステータの構成によって実現される。
ターボ発電機116によって生成される三相AC電力は、レギュレータ118に供給され、レギュレータ118は電気的負荷120に分配される前の電圧を整流し、かつ調整する。電気的負荷120は、電力を必要とする車両の部品(例えば、バッテリ、サーボモータ、ワイパ用モータ、ヘッドライト、室内灯、計器パネル、ファン、オンボードコンピュータ、ナビゲーションシステム、エンターテインメントシステム等)を表している。電気的負荷120は点火システム106も含むが、図1において点火システム106は、明瞭にするために分けて示されている。
潤滑システム112は、ターボ発電機116内の可動部品に潤滑油を供給するように用いられる。冷却システム110は、タービンを通って流動する排気ガスによって発生した熱から発電機116を保護するために、冷却液をターボ発電機116に供給するように用いられる。
図2は、ターボ発電機の例示的実施形態の側方から見た断面図である。ターボ発電機116は、複数の部分を有したハウジングを備える。前記複数の部分は、タービンハウジング部202および発電機ハウジング部を備える。発電機ハウジング部は、第一ハウジング部204と第二ハウジング部206とに、さらに分割されている。タービンハウジング部202は、挟持プレート205を通って延びたボルト203で発電機ハウジング部に連結されている。端部プレート208は、ネジ209によって第二ハウジング部206の遠位端に取り付けられている。複数の部分を有したハウジングは、ターボ発電機116の組立を容易にするが、当業者が容易に理解するように、該ハウジングは単一の部品を含んだ如何なる適切な方法で構成されることもできる。タービンハウジング部202は、高温耐熱鋳鉄、高温耐熱鋼鉄、または排気ガスによって発生した熱に耐えることが可能な他の適切な材料から製造される。発電機ハウジング部は、アルミニウム、鋼鉄、鋳鉄、又は他の適切な材料から製造される。
タービンハウジング部202は、内燃エンジンの排気管等の排気ガス源に取り付けられるための流入口210を備える。タービンハウジング部202は、排気ガスを排出する排気口212も備える。排気口212は、タービンハウジング部202から大気中に放出するための排気システムまで排出される排気ガスを給送するように構成された管(図示せず)、または他の部品に取り付けられている。
ターボ発電機116は、タービンホイール組立品を備える。タービンホイール組立品は、図3において斜視図で別々に示されている。タービンホイール組立品300は、高温耐熱鋼鉄、又は他の適切な材料から製造される。タービンホイール組立品300は、内燃エンジンから流動する排気ガスに応じて、タービンハウジング部202内で回転するように構成されたタービンホイール302を備える。タービンホイール組立品300は、タービンホイール302と回転するタービンシャフト304とをさらに備える。タービンシャフト304は、ピストンリング306と、スリンガ307と、第一軸受面308と、ネジ式継ぎ手310と、第二軸受面314を備えた長尺状遠位部312とを有する。
ターボ発電機116は、ステータおよびロータを備えた発電機も有する。ロータは、図4の側方から見た断面図において別々に示されている。ステータは、図5の側方から見た断面図において別々に示されている。ロータ400は、第一および第二フランジ406、408にそれぞれ固定された永久磁石404を支持する中空のロータシャフト402と共に示されている。ロータシャフト402は、鋼鉄、又は他の適切な材料から製造される。永久磁石404は、ロータシャフト402上の単一の磁石、又は配列された磁石である。
ロータシャフト402は、ロータシャフト402とタービンシャフト304とを連結するために、タービンシャフト304上のネジ式継ぎ手310に連結されたネジ式継ぎ手410を備えるが、二つのシャフトを共に連結するための他の手段が用いられてもよい。ロータシャフト402は、第一ピストンリング414を備えたヘッド412も有する。第二ピストンリング416は、第二フランジ408上に配置されている。ロータ400は、ロータシャフト402の両端において、それぞれ第一および第二スリンガ418、420を伴って示されている。
タービンホイール組立品300は、ネジ式継ぎ手が係合するまで、タービンシャフト304の遠位部312をロータ400のヘッド412の開口部内に挿入することによって、ロータ400に組み付けられ、係合位置においてタービンホイール組立品300はロータ400内に螺入可能である。この構成によって、タービンがロータに「直接動力を供給する」ことが可能となり、この事実は、タービンシャフト304と、ロータシャフト402とはほぼ同一の速度で回転することを意味する。即ち、タービンシャフト304と、ロータシャフト402との間には、減速ギア機構は存在しない。上述した例示的実施形態において、タービンシャフト304はロータシャフト402に直接連結されているが、タービンによって動力を供給されるロータは、タービンシャフト304と、ロータシャフト402とを直接連結しなくても良い。タービンシャフト304およびロータシャフト402がほぼ同一の速度で回転する場合、ロータを直接駆動するタービンの二つのシャフトの間に、中間構成部品または介在的構成部品が存在しても良い。タービンホイール302がタービンハウジング部202内を流動する排気ガスによって回転させられる時に、ネジ式継ぎ手が締め付けられるように、シャフト上のネジ式継ぎ手の配向が設定される。
タービンシャフト304は、第一および第二軸受214、216によって支持されている。第一軸受214は、第一ハウジング部204と、タービンシャフト304上の第一軸受面308との間に配置され、第二軸受216は、第二ハウジング部206と、タービンシャフト304上の第二軸受面314との間に配置されている。第一および第二軸受214、216は、タービンシャフト304の回転速度よりも遅い速度で発電機ハウジング部内を回転するフローティングジャーナル軸受であり得る。軸線方向軸受218が第二ハウジング部206および端部プレート208の間に配置され、タービンシャフト304の軸線方向に沿った移動を制限する。第一および第二スラストハブ220、222が軸線方向軸受218の両端に配置されている。ナット223が、シャフト304の直径が段階的に減少した環状面に対向した位置に、スラストハブ220、222を保持するように用いられる。端部キャップ224は、端部プレート208に連結されている。端部キャップ224は、ターボ発電機116から油が漏出することを防ぐ。
ステータ500は、ワッシャ形状の鋼鉄積層品と、円筒状コイル504とから組立てられた円筒状のスロットレス積層体502とを備える。スロットレス積層体502と、ロータシャフト402上の永久磁石404とは二つの円筒状の同心の構成部品として設けられ、スロットレス積層体502は磁気帰路の一部として作用する。コイル504は、スロットレス積層体502と、永久磁石404との間の円筒状の間隙内に配置され、コイル504は軸線に沿った両方向においてスロットレス積層体502および永久磁石404を越えて延びている。この間隙は永久磁石404と、スロットレス積層体502との間に高い磁束密度を提供し、コイル504に如何なる磁性部品(例えば、鉄)も必要としない。
コイル504は、様々な方法で構成されることができる。一つの例示的実施形態において、コイル504は、構造的に独立した三層巻線を備える独立した鉄なしコイルである。鉄なしコイルの相巻線は、磁気帰路上の溝内に巻き付けられたり、積層された鉄リングで挟持されたりする必要がない。相巻線は一連の導電性トレースを形成するようなパターンで切断された二枚の銅シート材プレートから構成される。二枚の銅シート材プレートは、次に、トレースが軸方向軸線に沿って延びた状態で、内側および外側の伸縮する円筒状巻線部として巻かれる。内側巻線部は、連続的な繊維ストランドを巻き付けられ、外側巻線部内に挿入される。次に、外側巻線部は連続的な繊維ストランドを巻き付けられる。内側および外側の巻線は、三相巻線を完全に形成するように接続され、封入材料を含浸される。この方法で構成された鉄なしコイルの一例が、ThinGap LLC社に付与された米国特許第6864613号明細書に開示されており、その内容が本明細書に組込まれる。
上述したステータの構成は、ロータシャフト402がタービンによって回転させられる時に、永久磁石404によって発生する変動磁場に応じて、コイル504内に三相AC電圧を発生させる。三相AC電圧は三つの電気コネクタ組立品を介してターボ発電機の出力を供給する。ターボ発電機の例示的実施形態用の電気コネクタ組立品が、図6の前方から見た断面図に示されている。各電気コネクタ組立品600は、コイル504の単相巻線から、第二ハウジング部204を通って延びている。電気コネクタ組立品の別の視点からの図が図7に示されている。
各電気コネクタ組立品600は、一端において端子606と、他端においてリップ608とを備えたスタッド604を有する。端子606とリップ608との間には、スタッド604がコイル504を第二ハウジング部204に短絡させることを防止するように構成された絶縁体610が存在する。各電気コネクタ組立品600は、スタッド602上のナット612を介して、第二ハウジング部204内に螺入される。ワッシャ613は、ナット612を絶縁体610から分離する。設置の際に、スタッド604は、絶縁体610に対して回転し、リップ608における孔614をコイル504の相巻線の一つから延びたリード616に整合させることができる。整合すると、ネジ618等の固定具がリップ608及びリード618の孔を通って挿入され、電気コネクタ組立品600をコイル504に連結することができる。
電気コネクタ組立品は、図1に示す電気的負荷120に分配される前に、レギュレータ118に接続されている。図8は、レギュレータの例示的実施形態を示す機能ブロック図である。レギュレータ118はターボ発電機116からの三相AC電圧出力をDC電圧に変換するためのダイオード整流器802を備える。整流器802によって生成されたDC電圧は、DC−DCコンバータ804に供給される。DC−DCコンバータ804は、整流器802からの常に変動する電圧出力を、変動する負荷条件下において、電気的負荷122が必要とする電圧に変換する。DC−DCコンバータ804は、降圧コンバータ、昇圧コンバータ、あるいは降圧/昇圧コンバータであり得る。コントローラ806は、DC−DCコンバータ804からの出力電圧を監視するとともに、フィードバック信号をDC−DCコンバータ804に供給して、電気的負荷122が必要とする範囲内の出力電圧に維持するように一つ以上のスイッチを備えた負荷サイクルを制御する。
レギュレータ118は、ターボ発電機116の部品であって良く、またターボ発電機116から遠くに離間していても良い。後者の例として、レギュレータ118は、一つ以上の分離した構成部品として、又は車両の電気系統の一つ以上の構成部品に統合されて、車両の電気系統に設置されることができる。例えば、整流器802およびDC−DCコンバータ804は一つ以上の分離した構成部品として設置されても良く、コントローラ806は車両のオンボードコンピュータ内に統合されても良い。特定の応用例と、全体のシステムの全体的な設計の制約とに応じて、当業者はレギュレータ118の適当な実施態様を決定することができる。
ターボ発電機116は、図2及び9を参照して説明される潤滑システムおよび冷却システムをさらに備えても良い。図9は、図2に示したターボ発電機の上方面から見た断面図である。
潤滑システムは、車両のエンジン潤滑システムから潤滑油を受け入れるための第一ハウジング部204における第一の潤滑油流入ポート228と、潤滑油を車両のエンジン潤滑システムに復帰させるための第一の潤滑油流出ポート232とを備える。第一潤滑油用通路230は、流入ポート228から第一軸受214までの通路と、第一軸受214から流出ポート232までの排出領域とを備える。タービンシャフト304上のスリンガ307と、ロータシャフト402上の第一スリンガ418とは、過剰な潤滑油を第一軸受214の領域から排出領域へ除去することを容易にするように用いられる。タービンシャフト304上の第一ピストンリング306は、潤滑油がタービンハウジング部202内に漏出することを防ぐ。
第一潤滑油用通路230は、ハウジングの長さを伸ばすことなく、第一軸受214に潤滑油を供給するように構成されている。このことは、ハウジング内に、加工後に、溝を有するヘッドレスネジ231、233で閉鎖されるように構成された補助的な加工孔を設けることと、通路が流入ポート228からタービンハウジング部202に向かって水平方向に延び、かつ次に軸方向軸線に対して垂直ではない角度で第一軸受214まで延びるように、流入ポート228から第一軸受214までの通路を掘削することとによって、実現される。
潤滑システムは、車両のエンジン潤滑システムからの潤滑油を受け入れるための第二ハウジング部206における第二の潤滑油流入ポート234と、潤滑油を車両のエンジン潤滑システムに復帰させるための第二潤滑油流出ポート236とをさらに備える。第二潤滑油用通路238は、流入ポート234から第二軸受216および軸線方向軸受218までの通路を備える。第二潤滑油用通路238は、第二軸受216および軸線方向軸受218から流出ポート236までの排出領域をさらに備える。ロータシャフト402の第二フランジ408上の第二スリンガ420は、過剰な潤滑油を第二軸受216の領域から排出領域まで除去することを容易にするように用いられる。第二フランジ408上の第二ピストンリング416は、潤滑油が発電機内に漏出することを防ぐ。第二ハウジング部206と端部プレート208との間の第二シール242は、潤滑油が外側に漏出すること、および外側から第二ハウジング部206と端部プレート208とによって画定される空間内に水が浸入することを防ぐ。第一シール240は外側からターボ発電機116内に水が浸入することを防ぐ。
冷却システムは、第一潤滑油流入ポートおよび流出ポート228、232からそれぞれ90度、放射方向に沿ってオフセットした一対の冷却液用ポート244、246を備える。冷却液用ポート244、246は、第一ハウジング部204内の冷却通路248を車両のエンジン冷却システムに接続するように設計されている。冷却通路248は、発電機と、第一ハウジング部204内の第一潤滑油用通路230と、タービンシャフト304および第一ハウジング部204の間の第一軸受214とを排気ガスによって生じた熱から保護するために用いられる。タービンハウジング部202と、第一ハウジング部204との間のヒートディフレクタ250によってさらに保護される。
冷却液用通路248は、第一ハウジング部204内のタービンシャフト304の近位部の周囲に延びている。軸線方向に沿った冷却液用通路の長さは、タービンハウジング部202からコイル504の端部を越えて、スロットレス積層体502まで、冷却液用ポート244、246と同一の放射方向面において延びている。潤滑システムに適合するために、第一潤滑油流入ポートおよび流出ポート228、232と同一の放射方向面において冷却液用通路248の軸線方向に沿った長さは短縮される。
本開示の様々な態様は、当業者が本発明を実施することを可能とするために提供される。本明細書を通して示されたターボ発電機の様々な態様に対する変更が当業者にとって容易に明らかになり、本明細書に開示された概念は、内燃エンジンの排気ガス源を備えた他の応用例に拡張され得る。従って、特許請求の範囲は本明細書を通して示されたターボ発電機の様々な態様に限定されるものではなく、特許請求の範囲の文言に一致する全権利範囲である。本明細書を通して示された様々な態様の要素に対する当業者に周囲の、もしくは以後知られる全ての構造的および機能的均等物は、参照によって本明細書に明らかに組込まれ、かつ請求項に包含される。さらに、本開示が特許請求の範囲において明示的に記述されているかに関わらず、本明細書で示された何れも、公衆に捧げられることは意図されていない。請求項の要素が、「〜する手段」(means for)という文言を用いて、方法請求項の場合には「〜する工程」(step for)という文言を用いて明示的に示されていないのであれば、いかなる請求項の要素も、米国特許法112条第6パラグラフの規定の下で解釈されるべきではない。
Claims (26)
- 内燃エンジンからの排気ガスによって駆動されるように構成されたタービンと、
前記タービンに連結されたロータ、および前記ロータが前記タービンによって回転させられる時に、前記ロータと共に電力を発生するように構成された鉄なしコイルを含んだステータを有する発電機とを備えるターボ発電機。 - 前記タービンは前記ロータに直接動力を供給するように構成される請求項1に記載のターボ発電機。
- 前記ロータは永久磁石をさらに備える請求項1に記載のターボ発電機。
- 前記ステータは前記ロータの周囲にスロットレス積層体をさらに備え、前記鉄なしコイルは前記ロータと前記スロットレス積層体との間に配置される請求項1に記載のターボ発電機。
- 前記鉄なしコイルは三相巻線を形成するように相互に連結された同心の内側および外側の巻線部を備え、前記外側および内側の巻線部は前記内側巻線部の周りに複数回巻き付けられた少なくとも一つの連続的な繊維ストランドによって分離され、かつ封入材料を含浸される請求項1に記載のターボ発電機。
- 前記タービンは、タービンホイールと、前記タービンホイールから延びるタービンシャフトとを備え、前記ロータは前記タービンシャフトに直接連結された中空のロータシャフトを備える請求項1に記載のターボ発電機。
- 前記中空のロータシャフトはネジ式接続によって前記タービンシャフトに直接連結される請求項6に記載のターボ発電機。
- 前記内燃エンジンの排気管に連結されるように構成されたハウジングをさらに備え、前記タービンは、前記ハウジング内に配置されたタービンホイールを備え、前記排気管からの排気ガスは前記タービンホイールを駆動する請求項1に記載のターボ発電機。
- 前記ハウジングは、前記タービンホイールを駆動するように用いられる前記排気ガスを出力するように構成された排気口をさらに備える請求項8に記載のターボ発電機。
- 前記ステータは前記鉄なしコイルと同心のスロットレス積層体をさらに備え、前記鉄なしコイルは軸線に沿った両方向において、前記スロットレス積層体を越えて延びる請求項1に記載のターボ発電機。
- 前記軸線に沿った方向の一方において前記スロットレス積層体を越えて延びる前記鉄なしコイルの一部の周囲に延びる一部を有する冷却液用通路を含んだハウジングをさらに備える請求項10に記載のターボ発電機。
- 冷却液および潤滑油用の通路を有するハウジングをさらに備える請求項1に記載のターボ発電機。
- タービンハウジング部と、前記タービンハウジング部に連結された発電機ハウジング部と、前記タービンハウジング部および前記発電機ハウジング部の間のヒートディフレクタとをさらに備える請求項1に記載のターボ発電機。
- 車両のエンジン冷却システムに連結されるように構成された冷却通路を含んだハウジングをさらに備える請求項1に記載のターボ発電機。
- 第二の円周状に延びる部分に接続された第一の円周状に延びる部分を含んだ冷却液用通路を有するハウジングをさらに備え、前記第一の円周状に延びる部分は前記第二の円周状に延びる部分の軸線方向の長さよりも長い軸線方向の長さを有する請求項1に記載のターボ発電機。
- 前記ハウジングは前記冷却液用通路の第一の円周状に延びる部分への冷却液用ポートをさらに備える請求項15に記載のターボ発電機。
- ターボ発電機は潤滑油用通路と、前記潤滑油用通路への潤滑油用ポートとをさらに備え、前記潤滑油用ポートは前記冷却液用ポートから放射方向に沿ってオフセットする請求項16に記載のターボ発電機。
- 前記潤滑油用ポートは前記冷却液用通路の第二の円周状に延びる部分から軸線方向に沿ってオフセットする請求項17に記載のターボ発電機。
- 車両のエンジン潤滑システムに連結されるように構成された潤滑油用通路を含んだハウジングをさらに備える請求項1に記載のターボ発電機。
- 加工後に閉鎖される一つ以上の補助的な孔を含んだ加工された潤滑油用通路を有するハウジングをさらに備える請求項1に記載のターボ発電機。
- 前記ターボ発電機は、潤滑油用通路を有するハウジングをさらに備え、前記潤滑油用通路は前記ハウジングの軸方向軸線に対して垂直ではない角度で前記ハウジング内を延びる請求項1に記載のターボ発電機。
- 前記ターボ発電機は、潤滑油用通路と、前記潤滑油用通路内の軸受と、前記潤滑油用通路に接続された潤滑油用ポートとを有するハウジングをさらに備え、前記タービンは前記軸受内で回転するように構成されたタービンシャフトをさらに備え、前記潤滑油用ポートは前記軸受から軸線方向に沿ってオフセットする請求項1に記載のターボ発電機。
- 前記軸受はフローティングジャーナル軸受を備える請求項22に記載のターボ発電機。
- タービンハウジング部と、相互に連結される第一および第二ハウジング部を有する発電機ハウジング部とをさらに備える請求項1に記載のターボ発電機。
- 前記ターボ発電機は、ハウジングと、前記鉄なしコイルから前記ハウジングを通って延びる少なくとも一つの電気コネクタ組立品とをさらに備え、前記少なくとも一つの電気コネクタ組立品の各々はスタッドと、前記スタッドおよび前記ハウジングの間に絶縁体とを備える請求項1に記載のターボ発電機。
- 前記少なくとも一つの電気コネクタ組立品の各々は、前記電気コネクタ組立品が前記鉄なしコイルに接続される前に、前記スタッドが前記絶縁体に対して回転可能となるように構成される請求項25に記載のターボ発電機。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US4043308P | 2008-03-28 | 2008-03-28 | |
US61/040,433 | 2008-03-28 | ||
PCT/US2009/038690 WO2009121035A1 (en) | 2008-03-28 | 2009-03-27 | Turbo generator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011517744A true JP2011517744A (ja) | 2011-06-16 |
Family
ID=41114353
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011502122A Pending JP2011517744A (ja) | 2008-03-28 | 2009-03-27 | ターボ発電機 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8174141B2 (ja) |
EP (1) | EP2260196A1 (ja) |
JP (1) | JP2011517744A (ja) |
KR (1) | KR20110014572A (ja) |
WO (1) | WO2009121035A1 (ja) |
Families Citing this family (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011014893A1 (de) * | 2009-08-04 | 2011-02-10 | Gerhard Walter Auer | Stromerzeugende einheit und elektrisches kraftfahrzeug |
ITCO20100067A1 (it) | 2010-12-23 | 2012-06-24 | Nuovo Pignone Spa | Connessione elettrica per turbomacchina e metodo |
US8813494B2 (en) | 2011-09-07 | 2014-08-26 | General Electric Company | Method and system for a turbocharged engine |
US8893499B2 (en) * | 2011-10-20 | 2014-11-25 | Dresser-Rand Company | Advanced super-critical CO2 expander-generator |
EP2677133B1 (en) * | 2012-06-22 | 2014-12-03 | Skf Magnetic Mechatronics | Turbocharger embedding an electrical machine with a dc coil |
EP2677640B1 (en) * | 2012-06-22 | 2014-10-01 | Skf Magnetic Mechatronics | Turbocharger embedding an electrical machine with permanent magnets |
JP6051875B2 (ja) | 2013-01-10 | 2016-12-27 | 株式会社Ihi | 電動過給機 |
DE112014000657T5 (de) | 2013-02-22 | 2015-10-15 | Ecomotors, Inc. | Passung eines elektrischen Rotors auf einer Turbomaschinenwelle |
CH707886A1 (de) * | 2013-04-12 | 2014-10-15 | Liebherr Machines Bulle Sa | Antriebssystem. |
WO2014209873A1 (en) | 2013-06-28 | 2014-12-31 | Borgwarner Inc. | Charging apparatus for a combustion engine |
US9664050B2 (en) * | 2013-10-25 | 2017-05-30 | Ecomotors, Inc. | Bearings for a turbomachine having an electric motor |
EP2949872A1 (en) * | 2014-05-27 | 2015-12-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Turbomachine with a seal for separating working fluid and coolant fluid of the turbomachine and use of the turbomachine |
US9166458B1 (en) * | 2015-03-09 | 2015-10-20 | Gordon Charles Burns, III | Pump/generator over-unity apparatus and method |
FR3033835B1 (fr) * | 2015-03-19 | 2019-01-25 | Henri Lescher | Dispositif de generation d'electricite pour moteur a combustion interne ou a air comprime, moteur equipe dudit dispositif et vehicule equipe dudit moteur |
FR3043967B1 (fr) * | 2015-11-25 | 2019-04-19 | Valeo Systemes D'essuyage | Plaque de fermeture et dispositif de motorisation d’entrainement d’essuie-glace de vehicule automobile |
US10060667B2 (en) * | 2016-05-26 | 2018-08-28 | Perry Lynn Martens | Waste air flow capture system |
GB201706438D0 (en) * | 2017-04-24 | 2017-06-07 | Rolls Royce Plc | Electrical machine apparatus |
KR101963534B1 (ko) * | 2018-07-06 | 2019-07-31 | 진정홍 | O.r.c용 동력발생장치 |
RU196409U1 (ru) * | 2018-12-25 | 2020-02-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" (Московский Политех) | Турбогенератор |
RU195576U1 (ru) * | 2019-10-03 | 2020-01-31 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" (Московский Политех) | Турбогенератор |
RU2733889C1 (ru) * | 2019-12-18 | 2020-10-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" (Московский Политех) | Система питания бортовой сети гибридного транспортного средства |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000130177A (ja) * | 1998-10-26 | 2000-05-09 | Isuzu Motors Ltd | 発電・電動機を備えたターボチャージャ |
JP2002300760A (ja) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 電動機・発電機、及び、その電力貯蔵・電圧制御方法 |
JP2002542749A (ja) * | 1999-03-29 | 2002-12-10 | グラハム,グレゴリー | 電動デバイス用の電機子 |
US20040088977A1 (en) * | 2002-11-12 | 2004-05-13 | Kuo-Lin Huang | Exhaust device with an electric generator |
JP2007074878A (ja) * | 2005-09-09 | 2007-03-22 | Toshiba Corp | 発電装置 |
JP2007309190A (ja) * | 2006-05-18 | 2007-11-29 | Ntn Corp | 熱発電タービンユニット |
Family Cites Families (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3134535A (en) * | 1960-11-09 | 1964-05-26 | Daimler Benz Ag | Construction and arrangement of compressor drive shafts in gas turbine propulsion units |
US3970881A (en) * | 1974-03-12 | 1976-07-20 | Nippondenso Co., Ltd. | Rectifier assembly |
DE2823261C2 (de) * | 1978-05-27 | 1985-05-23 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Elektrische Maschine |
US4394582A (en) * | 1980-04-28 | 1983-07-19 | M.A.N.-Dachauer | Method and apparatus for utilizing the waste heat energy of an internal combustion engine |
JPS58131304A (ja) * | 1982-01-29 | 1983-08-05 | Toyota Motor Corp | ターボチャージャ搭載車のオイル冷却装置 |
EP0141634A3 (en) * | 1983-10-29 | 1986-07-30 | Isuzu Motors Limited | Engine with exhaust energy recovery device and generator device for use with the engine |
US4644202A (en) * | 1985-04-15 | 1987-02-17 | Rockwell International Corporation | Sealed and balanced motor and fluid pump system |
US4864151A (en) * | 1988-05-31 | 1989-09-05 | General Motors Corporation | Exhaust gas turbine powered electric generating system |
US5313127A (en) * | 1993-02-05 | 1994-05-17 | Intersonics, Inc. | Moving magnet motor |
SE508318C2 (sv) * | 1993-05-26 | 1998-09-21 | Atlas Copco Tools Ab | Stator för en elektrisk maskin |
DE4414527C1 (de) * | 1994-04-26 | 1995-08-31 | Orto Holding Ag | Elektronisch kommutierte Gleichstrommaschine |
JP3342987B2 (ja) * | 1995-06-28 | 2002-11-11 | 三菱電機株式会社 | 車両用交流発電機 |
US5857332A (en) * | 1996-12-20 | 1999-01-12 | Turbodyne Systems, Inc. | Bearing systems for motor-assisted turbochargers for internal combustion engines |
US6064121A (en) * | 1998-02-27 | 2000-05-16 | Hamilton Sundstrand Corporation | Axially compact generator set and refrigeration system employing the same |
US6242840B1 (en) * | 1998-06-15 | 2001-06-05 | Alliedsignal Inc. | Electrical machine including toothless flux collector made from ferromagnetic wire |
US6873085B2 (en) * | 2001-05-16 | 2005-03-29 | G & G Technology, Inc. | Brushless motor |
US7230359B2 (en) * | 2002-03-22 | 2007-06-12 | Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg | Electric motor with poles shaped to minimize cogging torque |
CA2436369A1 (en) * | 2003-08-05 | 2005-02-05 | Tecobim Inc. | Alternator using permanent magnets |
JP4432927B2 (ja) * | 2006-04-04 | 2010-03-17 | 株式会社デンソー | 車両用交流発電機 |
-
2009
- 2009-03-27 JP JP2011502122A patent/JP2011517744A/ja active Pending
- 2009-03-27 US US12/413,453 patent/US8174141B2/en active Active
- 2009-03-27 WO PCT/US2009/038690 patent/WO2009121035A1/en active Application Filing
- 2009-03-27 KR KR1020107024118A patent/KR20110014572A/ko not_active Application Discontinuation
- 2009-03-27 EP EP09725500A patent/EP2260196A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000130177A (ja) * | 1998-10-26 | 2000-05-09 | Isuzu Motors Ltd | 発電・電動機を備えたターボチャージャ |
JP2002542749A (ja) * | 1999-03-29 | 2002-12-10 | グラハム,グレゴリー | 電動デバイス用の電機子 |
JP2002300760A (ja) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 電動機・発電機、及び、その電力貯蔵・電圧制御方法 |
US20040088977A1 (en) * | 2002-11-12 | 2004-05-13 | Kuo-Lin Huang | Exhaust device with an electric generator |
JP2007074878A (ja) * | 2005-09-09 | 2007-03-22 | Toshiba Corp | 発電装置 |
JP2007309190A (ja) * | 2006-05-18 | 2007-11-29 | Ntn Corp | 熱発電タービンユニット |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20110014572A (ko) | 2011-02-11 |
EP2260196A1 (en) | 2010-12-15 |
US8174141B2 (en) | 2012-05-08 |
WO2009121035A1 (en) | 2009-10-01 |
US20090250933A1 (en) | 2009-10-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2011517744A (ja) | ターボ発電機 | |
US9006942B2 (en) | Generator main stator back-iron cooling sleeve | |
US9291153B2 (en) | Fluid driven electric power generation system | |
JP5703501B2 (ja) | 電気制御ターボチャージャーにおける改良 | |
JP5722309B2 (ja) | 一体式ブラシレススタータ/発電機システム | |
US20200144894A1 (en) | Electric motor having a cooling device | |
US8456046B2 (en) | Gravity fed oil cooling for an electric machine | |
GB2354553A (en) | Electric motor driven turbocharger. | |
JP2005517373A (ja) | 電気モータおよびそれを動力源とする車両 | |
CA2710706A1 (en) | Hybrid electric power system with distributed segmented generator/motor | |
CA2899980A1 (en) | Electrical machine with direct stator cooling | |
US10027189B2 (en) | Electric rotating machine | |
CN103907270A (zh) | 用于电机的壳体结构 | |
JP7065920B2 (ja) | エンジンとモータのアセンブリ | |
US20230118102A1 (en) | An electric turbomachine | |
JP7416081B2 (ja) | 発電機及び当該発電機を備える航空機用多軸式ガスタービンエンジン | |
CN110571976A (zh) | 一种发动机和电机总成 | |
US20230076200A1 (en) | Rotor Arrangement, Electric Propulsion Motor Arrangement, Vehicle, Set of Rotors for Electric Motors | |
CN110912368B (zh) | 一种用于航空燃油***的油冷高压无刷直流电动机 | |
GB2505454A (en) | Turbine system, eg turbocharger or turbogenerator, with integrated electrical machine | |
US10819182B2 (en) | Stator support for an electric machine | |
JP2006242154A (ja) | 車両用エンジンユニット | |
JP7518793B2 (ja) | 複合動力システム | |
RU2265133C1 (ru) | Стартер-генератор автомобиля | |
JP2022157780A (ja) | 複合動力システム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20120112 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120326 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130507 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20131105 |