(57)【要約】【課題】タービン翼車に流入する排ガスの圧力によってタービン軸をコンプレッサ翼車側に押圧するスラスト荷重による動力損失を低減し、スラスト軸受を小型化するとともに、過給機性能を高める。【解決手段】スラスト反力付与装置２４は、排ガスによって駆動されるタービン翼車１７と、このタービン翼車１７が一端部に接続されたタービン軸３と、タービン軸３の他端部の側に接続されたコンプレッサ翼車１８と、を含む過給機１において、タービン軸３の他端部に一端部が接続された励磁軸２８と、この励磁軸２８の周面を囲むように設けられた励磁コイル３２と、励磁軸２８の他端部の側に設けられ、励磁軸２８が発する磁力に反発する磁力を発生させる反発磁性体３４と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスによって駆動されるタービン翼車と、
前記タービン翼車が一端部に接続されたタービン軸と、
前記タービン軸の他端部の側に接続されたコンプレッサ翼車と、を含む過給機のスラスト反力付与装置であって、
前記タービン軸の他端部に一端部が接続された励磁軸と、
前記励磁軸の周面を囲むように設けられた励磁コイルと、
前記励磁軸の他端部の側に設けられ、前記励磁軸が発する磁力に反発する磁力を発生させる反発磁性体と、
を備える過給機のスラスト反力付与装置。
【請求項２】
前記励磁軸、前記励磁コイルおよび前記反発磁性体を収容する保持部材を備え、
前記保持部材の軸方向端部のうち、前記コンプレッサ翼車側とは反対側の端部を空力的に滑らかな形状にした過給機のスラスト反力付与装置。
【請求項３】
前記過給機の回転速度や排ガス圧力等の運転状況に応じて、電源部から前記励磁コイルに導入する電流または印加する電圧を制御する制御部をさらに有する請求項１または２に記載の過給機のスラスト反力付与装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の過給機のスラスト反力付与装置を備えたことを特徴とする過給機。
【請求項５】
排ガスによって駆動されるタービン翼車と、
前記タービン翼車が一端部に接続されたタービン軸と、
前記タービン軸の他端部の側に接続されたコンプレッサ翼車と、
を含む過給機のスラスト反力付与方法であって、
前記タービン軸の他端部に一端部が接続された励磁軸と、
前記励磁軸の周面を囲むように設けられた励磁コイルと、
前記励磁軸の他端部の側に設けられ、前記励磁軸が発する磁力に反発する磁力を発生させる反発磁性体と、
前記過給機の運転情報を検出する過給機運転情報検出器と、
制御部と、
を設け、
前記制御部は、前記過給機運転情報検出器からの入力情報に基づき、前記タービン軸に作用するスラスト荷重を打ち消す大きさのスラスト反力が発生するように、前記励磁コイルに導入する電流または印加する電圧を制御することを特徴とする過給機のスラスト反力付与方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機のスラスト反力付与装置、これを備えた過給機、および過給機のスラスト反力付与方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排ガスにより駆動されて吸入空気を過給する過給機においては、そのタービン翼車に流入する排ガスの圧力によってタービン軸をコンプレッサ翼車側に押圧しようとする強いスラスト荷重が発生する。このため、タービン軸は、一対のラジアル軸受によって回転自在に軸支されるとともに、スラスト軸受によって軸方向への移動を規制されている。
【０００３】
しかしながら、このようにタービン軸に加わる強いスラスト荷重をスラスト軸受によって受け止めているため、スラスト軸受における回転抵抗が増大し、動力損失が発生している。特に、低負荷運転時は、スラスト軸受における回転抵抗の動力損失の割合が増加するため、この損失低減が求められている。
【０００４】
この問題を解決するべく、例えば下記の特許文献１には、過給機において、コンプレッサ翼車の空気入口側の部位に、コンプレッサ翼車のハブの空気入口側の面と、コンプレッサ翼車の入口空気の整流を行うカップ状リテーナと、コンプレッサ翼車およびカップ状リテーナの間のシールを行うシール部材とにより区画形成される気密空間を形成し、この気密空間内に、コンプレッサ（コンプレッサ翼車）によって圧縮された圧縮空気の一部を抽気して導入するようにした技術が開示されている。
【０００５】
このように、コンプレッサ翼車のハブの空気入口側の面に設けた気密空間に圧縮空気を導入することにより、排ガスの圧力によるスラスト荷重を打ち消す逆方向のスラスト反力を発生させることができ、これによってスラスト軸受における動力損失を低減することができる。
【０００６】
また、下記の特許文献２には、ガスターボ機械において、回転軸（タービン軸）を軸支する一対のラジアル軸受とは別に、磁力によって回転軸の軸方向位置を変位させることのできるスラスト磁気軸受を設けた技術が開示されている。スラスト磁気軸受は、回転軸が軸支されているケーシングの内部に設けられている。
【０００７】
このガスターボ機械において、例えば回転軸が熱膨張し、ケーシング内における羽根車の軸方向位置が変位した場合には、スラスト磁気軸受における磁気吸引力が制御され、羽根車の軸方向位置が修正される。このため、羽根車はケーシング内における理想位置（高効率な位置）にて回転を続けることができ、これによってガスターボ機械の効率が低下することを防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３０７３３４８号公報
【特許文献２】特開平６−５０３３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１の過給機においては、排ガスの圧力によるスラスト荷重を打ち消す逆方向のスラスト反力を発生させるべく、コンプレッサにて圧縮した空気の一部を抽気して気密空間に供給しているため、スラスト軸受における動力損失を回避できる一方で、コンプレッサの効率を低下させてしまうという問題がある。
【００１０】
また、特許文献２のガスターボ機械では、回転軸の軸方向位置を変位させるスラスト磁気軸受が、回転軸が軸支されているケーシングの内部に設けられているため、スラスト磁気軸受の温度が上昇した際に磁力が低下するなどしてスラスト磁気軸受の性能や信頼性が低下するという問題がある。
【００１１】
本発明は、タービン翼車に流入する排ガスの圧力によってタービン軸をコンプレッサ翼車側に押圧するスラスト荷重による動力損失を低減し、スラスト軸受を小型化するとともに、過給機性能を高めることができる過給機のスラスト反力付与装置、これを備えた過給機、および過給機のスラスト反力付与方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の第一態様に係る過給機のスラスト反力付与装置は、排ガスによって駆動されるタービン翼車と、前記タービン翼車が一端部に接続されたタービン軸と、前記タービン軸の他端部の側に接続されたコンプレッサ翼車と、を含む過給機のスラスト反力付与装置であって、前記タービン軸の他端部に一端部が接続された励磁軸と、前記励磁軸の周面を囲むように設けられた励磁コイルと、前記励磁軸の他端部の側に設けられ、前記励磁軸が発する磁力に反発する磁力を発生させる反発磁性体と、を備える。
【００１３】
上記構成の過給機のスラスト反力付与装置によれば、励磁コイルに電流が供給されることによって励磁軸が励磁され、この励磁軸の磁力（磁束）と、反発磁性体の磁力（磁束）との間で反発力が発生する。反発磁性体はケーシング側に固定されているため、上記反発力によってスラスト反力が発生し、このスラスト反力によって励磁軸とタービン軸とが、排ガス通路内における排ガスの流動方向とは逆方向に、即ちタービン翼車側に押圧される。
【００１４】
このため、タービン翼車に流入する排ガスの圧力によってタービン軸をコンプレッサ翼車側に押圧するスラスト荷重と、スラスト反力付与装置において発生したスラスト反力とが相殺し合い、タービン軸に掛かるスラスト荷重が軽減される。したがって、タービン軸に設けられているスラスト軸受における回転抵抗の増大が防止され、動力損失が低減し、スラスト軸受を小型化するとともに過給機性能を高めることができる。
【００１５】
しかも、この過給機のスラスト反力付与装置は、前述の特許文献１のようにコンプレッサにて圧縮した空気を使用してコンプレッサ羽根車の入口側に圧縮空気を導入することによりスラスト反力を発生するものと異なり、磁力によってスラスト反力を発生させているため、コンプレッサの効率を低下させてしまうことがない。
【００１６】
さらに、この過給機のスラスト反力付与装置は、励磁コイルが、タービン軸のコンプレッサ翼車側の端部に同軸的に設けられた励磁軸を囲むように設けられているため、励磁コイルが吸気通路内に位置している。このため、励磁コイルおよび励磁軸が発熱を伴った場合においても、吸気通路内を高速で流れる吸入空気によって冷却され易くなるために温度上昇が抑制され、磁力が低下しないので、スラスト反力付与装置の耐久信頼性を高めることができる。
【００１７】
また、この過給機のスラスト反力付与装置は、タービン軸に短い励磁軸を同軸的に連結するとともに、この励磁軸を取り囲む励磁コイルと、励磁軸に対して反発する反発磁性体と、励磁コイルに電流を供給する電源部とを設けるだけの簡素な構成であるため、容易に設置することができる上に、既存の過給機への追加装着（改造）も容易である。
【００１８】
上記構成の過給機のスラスト反力付与装置においては、前記励磁軸、前記励磁コイルおよび前記反発磁性体を収容する保持部材をさらに設け、前記保持部材の軸方向端部のうち、前記コンプレッサ翼車側とは反対側の端部を空力的に滑らかな形状にするのが好ましい。
【００１９】
この構成によれば、過給機のスラスト反力付与装置が、コンプレッサ翼車の上流側に設けられた空力的に滑らかな形状の保持部材の内部に収容されるため、スラスト反力付与装置が吸気への抵抗になることを回避して過給機性能の低下を防止することができる。
しかも、発熱を伴う励磁コイルが収容されている保持部材が、コンプレッサ翼車の直上流部に位置するように配置されるため、吸入空気によって励磁コイルを効果的に冷却することができる。
【００２０】
上記構成の過給機のスラスト反力付与装置においては、過給機の回転速度や排ガス圧力等の運転状況に応じて、電源部から前記励磁コイルに導入する電流または印加する電圧を制御する制御部をさらに有するのが好ましい。
【００２１】
上記構成によれば、過給機のスラスト反力付与装置によって出力されるスラスト反力を、過給機の運転状況に応じて適宜調整することができる。このため、過給機の運転状態が変わっても、タービン軸に加わるスラスト荷重に追従してスラスト反力を増減させるので、スラスト軸受の負荷を常に軽減させてスラスト軸受を小型化するとともに過給機性能を高めることができる。
【００２２】
また、本発明の第二態様に係る過給機は、前記第一態様に係る過給機のスラスト反力付与装置を備えたことを特徴とする。
この過給機によれば、タービン翼車に流入する排ガスの圧力によってタービン軸をコンプレッサ翼車側に押圧するスラスト荷重と、励磁コイルによって励磁された励磁軸に対して反発磁性体が反発することによってタービン軸をタービン翼車側に押圧するスラスト反力とが相殺し合う。
このため、タービン軸に掛かるスラスト荷重が軽減もしくは消去され、これによってタービン軸に設けられているスラスト軸受における回転抵抗の増大を防止し、動力損失を低減させてスラスト軸受を小型化するとともに過給機性能を高めることができる。
【００２３】
また、本発明の第三態様に係る過給機のスラスト反力付与方法は、排ガスによって駆動されるタービン翼車と、前記タービン翼車が一端部に接続されたタービン軸と、前記タービン軸の他端部の側に接続されたコンプレッサ翼車と、を含む過給機のスラスト反力付与方法であって、前記タービン軸の他端部に一端部が接続された励磁軸と、前記励磁軸の周面を囲むように設けられた励磁コイルと、前記励磁軸の他端部の側に設けられ、前記励磁軸が発する磁力に反発する磁力を発生させる反発磁性体と、前記過給機の運転情報を検出する過給機運転情報検出器と、制御部と、を設け、前記制御部は、前記過給機運転情報検出器からの入力情報に基づき、前記タービン軸に作用するスラスト荷重を打ち消す大きさのスラスト反力が発生するように、前記励磁コイルに導入する電流または印加する電圧を制御する。
【００２４】
上記構成の過給機のスラスト反力付与方法によれば、過給機の運転状況に応じてスラスト反力付与装置によって出力されるスラスト反力を適宜調整することで、過給機の運転状態の変化があっても、タービン軸に加わるスラスト荷重に追従してスラスト反力を増減させ、スラスト軸受の負荷を常に軽減させてスラスト軸受を小型化するとともに過給機性能を高めることができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上のように、本発明に係る過給機のスラスト反力付与装置、これを備えた過給機、および過給機のスラスト反力付与方法によれば、タービン翼車に流入する排ガスの圧力によってタービン軸をコンプレッサ翼車側に押圧するスラスト荷重による動力損失を低減し、スラスト軸受を小型化するとともに、過給機性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るスラスト反力付与装置が適用された過給機の一例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明の複数の実施形態について、図１を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係るスラスト反力付与装置が適用された過給機の一例を示す縦断面図である。
【００２８】
この過給機１は、例えば図示しない舶用大型ディーゼル機関（内燃機関）に装備されて吸入空気を過給するためのものであり、後述するスラスト反力付与装置２４が装備されている点以外は一般的な構成を持つものである。
【００２９】
即ち、過給機１は、全体の外殻をなすケーシング２を備えており、このケーシング２は、中央部に位置してタービン軸３を軸支する軸受台５と、この軸受台５の一側に連結されて排気タービン６を構成する排ガス通路構成部材７と、軸受台５の他側に連結されてコンプレッサ８（圧縮機）を構成する吸気通路構成部材９とを備えて構成されている。なお、吸気通路構成部材９の外部開口側には吸気サイレンサ１１が接続されている。
【００３０】
タービン軸３は、軸受台５の内部に水平に軸支されており、一対のラジアル軸受１３，１４と、１つのスラスト軸受１５とによって回転自在に、且つ軸方向には移動不可能に支持されている。そして、タービン軸３の一端にタービン翼車１７が、他端にコンプレッサ翼車１８が、それぞれ同軸的に設けられてタービンローター２０が構成されている。タービン翼車１７は排気タービン６の内部で回転する軸流タービンであり、コンプレッサ翼車１８はコンプレッサ８の内部で回転する遠心タービンである。
【００３１】
排ガス通路構成部材７は、タービン軸３の軸方向に沿う排ガス通路７Ａを形成しており、この排ガス通路７Ａの内部にタービン翼車１７が突出している。また、吸気通路構成部材９によって吸気通路９Ａが形成されており、その内部にコンプレッサ翼車１８が収容されている。コンプレッサ翼車１８は、その中心部をなすハブ１８ａが、吸気上流側から下流側（軸受台５側）に向かって太くなる形状であり、その外周面に多数のフィン（羽根）１８ｂが突設されている。
【００３２】
排気タービン６側においては、排ガス通路７Ａ内を流動方向Ｇに流れる高温・高圧な舶用大型ディーゼル機関の排ガスによってタービン翼車１７が駆動されて回転する。これにより、タービン軸３およびコンプレッサ翼車１８が一体に回転し、コンプレッサ８側においては、コンプレッサ翼車１８が吸気通路９Ａの中心部から外気を吸気して圧縮し、遠心方向に吐出する。この時、吸気通路９Ａ内には高速な吸入空気流Ａが発生する。吐出された圧縮空気は、図示しない吐出口から舶用大型ディーゼル機関に過給される。なお、吸気サイレンサ１１において、コンプレッサ８の駆動により発される吸気騒音が消音される。
【００３３】
排気タービン６は軸流タービンであるため、排ガス通路７Ａを流れる排ガスのエネルギーを効率良く回収できる反面、タービン翼車１７に流入する排ガスの圧力により、タービン軸３を排ガスの流動方向Ｇ、即ちコンプレッサ翼車１８側（軸受台５側）に押圧しようとする強いスラスト荷重Ｗが発生する。このスラスト荷重Ｗはスラスト軸受１５によって受け止められるが、スラスト軸受１５における回転抵抗の増大による動力損失に繋がり、ひいては過給機性能の低下を招く。
【００３４】
このようなスラスト荷重Ｗによる過給機性能の低下を回避するべく、この過給機１にはスラスト反力付与装置２４が装備されている。このスラスト反力付与装置２４は、下記のように構成されている。
【００３５】
まず、吸気通路９Ａ内におけるコンプレッサ翼車１８よりも上流側、且つタービン軸３に対して同軸延長線上に保持部材２５が配置されている。この保持部材２５は、略円柱状をなし、その外径はコンプレッサ翼車１８のハブ１８ａの先端部の外径と略等しくされている。また、この保持部材２５の吸気上流側の端部形状は空力的に滑らかな形状（例えば流線形や半球形）になっている。
【００３６】
この保持部材２５は、例えば吸気サイレンサ１１に設けられている、吸気通路構成部材９との接続用の接続筒部１１ａの中心部に同心状に位置しており、吸気サイレンサ１１を介してケーシング２側に固定されている。具体的には、接続筒部１１ａの内周面と保持部材２５の外周面との間が複数（好ましくは３枚以上）の、等角度間隔で配置された支持板２６により連結されることによって同心位置を維持されている。なお、支持板２６の断面形状は、接続筒部１１ａ内における空気の流れを阻害せず、しかも薄くて剛性のある形状（例えば角部をＲ付とした断面や翼型断面）にするのが好ましい。
【００３７】
一方、タービン軸３の、コンプレッサ翼車１８側の先端部には、鋼鉄等の磁性材料によって円柱状に形成された励磁軸２８が同軸的に連結されている。具体的には、タービン軸３の先端付近にコンプレッサ翼車１８のハブ１８ａがロックナット２９により固定されており、このロックナット２９から突出しているタービン軸３の最先端部に、励磁軸２８の後端面から突出する雄ネジ部２８ａが螺合されている。そして、この螺合部付近が別体のカバー部材３０によって覆われている。励磁軸２８は保持部材２５の内部に収容されており、カバー部材３０の外周面は、ハブ１８ａの外周面と保持部材２５の外周面とに滑らかに続くように形成されている。
【００３８】
また、保持部材２５の内部には、励磁軸２８を囲むように励磁コイル３２が固定されている。この励磁コイル３２は、過給機１の外部の電源部３６から直流電力を供給されることによって励磁軸２８を励磁させる。励磁コイル３２の内周面と励磁軸２８の外周面とは接触しないように数ミリ程度まで近接しており、励磁軸２８は励磁コイル３２からの励磁力を受けながら回転することができる。
【００３９】
さらに、保持部材２５の内部には反発磁性体３４が収容されている。この反発磁性体３４は、例えば円板形状の永久磁石であり、その一面が励磁軸２８の吸気上流側の端面に僅かな間隔（数ミリ程度）を隔てて対峙するように保持部材２５に固定されており、反発磁性体３４の一面と、励磁軸２８の吸気上流側の端面とが接触しないように配置されている。即ち、この反発磁性体３４も、保持部材２５を介してケーシング２側に固定されている。
反発磁性体３４としては、例えば鉄―ネオジウム系材料永久磁石、サマリウム-コバルト系磁石等、強力な磁力を有するものが好ましい。
【００４０】
反発磁性体３４は、励磁コイル３２によって励磁された励磁軸２８が発する軸方向の磁力に反発する磁力を発生する。この反発力により、励磁軸２８およびタービン軸３を、排ガス通路７Ａ内における排ガスの流動方向Ｇとは逆方向に押圧するスラスト反力Ｔが発生する。なお、本実施形態においては、反発磁性体３４として永久磁石が用いられているが、これを電磁石に置き換えてもよい。
【００４１】
また、この過給機１には、過給機運転情報検出器３９が設けられている。過給機運転情報検出器３９は、タービン軸３に設けた図示しない回転数計からの回転速度情報や、排ガス通過部分に設けた圧力計等からの検出情報を取得して過給機１の運転状況を判断するものである。
さらに、この過給機１には、過給機運転情報検出器３９から入力される過給機１の回転速度や排ガス圧力等の運転状況に応じて、電源部３６から励磁コイル３２に導入する電流または印加する電圧を制御する制御部３８が設けられている。
【００４２】
以上のように構成されたスラスト反力付与装置２４が装備された過給機１において、排ガス通路７Ａ内を流れる排ガスのエネルギーによりタービンローター２０（タービン軸３）が回転している時に、スラスト反力付与装置２４の電源部３６から励磁コイル３２に電流が供給されると、励磁軸２８が励磁され、この励磁軸２８が発する軸方向の磁力（磁束）と、反発磁性体３４が発する軸方向の磁力（磁束）との間で反発が起こる。反発磁性体３４は保持部材２５を介してケーシング２側に固定されているため、上記反発力によってスラスト反力Ｔが発生し、このスラスト反力Ｔによって励磁軸２８とタービン軸３とが、排ガス通路７Ａ内における排ガスの流動方向Ｇとは逆方向に、即ちタービン翼車１７側（軸受台５側）に押圧される。
【００４３】
このため、タービン翼車１７に流入する排ガスの圧力によってタービン軸３をコンプレッサ翼車１８側に押圧するスラスト荷重Ｗは、スラスト反力付与装置２４において発生したスラスト反力Ｔにより減少、もしくは相殺され、タービン軸３に掛かるスラスト荷重Ｗが軽減もしくは消去される。したがって、タービン軸３に設けられているスラスト軸受１５における回転抵抗の増大が防止され、動力損失が低減し、これによってスラスト軸受１５を小型化するとともに、過給機１の性能を高めることができる。
【００４４】
しかも、このスラスト反力付与装置２４は、従来のように、コンプレッサ８にて圧縮した空気を抽気し、コンプレッサ翼車１８の入口側に圧縮空気を導入してスラスト反力を発生するものと異なり、磁力によってスラスト反力Ｔを発生させているため、コンプレッサ８の性能を低下させてしまうことがない。
【００４５】
さらに、このスラスト反力付与装置２４は、その励磁コイル３２が、タービン軸３のコンプレッサ翼車１８側の端部に同軸的に設けられた励磁軸２８を囲むように設けられているため、励磁コイル３２が吸気通路９Ａ内に位置している。
このため、励磁コイル３２にジュール熱や磁束密度変動による発熱が生じても、吸気通路９Ａ内を高速で流れる吸入空気流Ａによって冷却され易くなり、励磁コイル３２の温度が上昇し磁力が低下することがない。これによってスラスト反力付与装置２４の信頼性を高めることができる。
【００４６】
また、このスラスト反力付与装置２４は、タービン軸３に短い励磁軸２８を同軸的に連結するとともに、この励磁軸２８を取り囲む励磁コイル３２と、励磁コイル３２に電流を供給する電源部３６と、励磁軸２８に対して反発する反発磁性体３４とを設けるだけの簡素な構成であるため、容易に設置することができる上に、既存の過給機への追加装着（バージョンアップ）も容易である。既存の過給機にスラスト反力付与装置２４を追加装着することにより、その過給機性能を向上させるとともに、スラスト軸受の負荷を常に軽減させてスラスト軸受を小型化することができる。また、スラスト軸受の寿命を延命させ、整備性を高めることができる。
【００４７】
励磁軸２８と励磁コイル３２と反発磁性体３４とが収容されている保持部材２５は、コンプレッサ翼車１８の吸気上流側となる吸気通路９Ａ内、且つタービン軸３に対して同軸延長線上に位置するようにケーシング２側に固定されるとともに、コンプレッサ翼車１８のハブ１８ａの先端部外径と略等しい外径の円柱形状をなしており、且つその吸気上流側の端部形状が空力的に滑らかな形状である。
このため、スラスト反力付与装置２４を、タービン軸３の軸方向視で、コンプレッサ翼車１８のハブ１８ａ先端部外径の滑らかな輪郭内に収納することができ、これによってスラスト反力付与装置２４が吸気への抵抗になることを回避して過給機性能の低下を防止することができる。
【００４８】
しかも、発熱がある励磁コイル３２が収容されている保持部材２５の軸方向が吸気通路９Ａの通路方向に沿い、且つ、コンプレッサ翼車１８の直上流部に設けられるため、吸入空気流Ａによって励磁コイル３２を効果的に冷却することができる。なお、例えば保持部材２５の外周面に、吸入空気流Ａの気流方向に沿う放熱フィン等を更に形成してその表面積を増大させることにより、より効果的に励磁コイル３２を冷却させてもよい。
【００４９】
また、反発磁性体３４が、励磁軸２８の吸気上流側の端面に対峙するように保持部材２５に設けられているため、タービン軸３の軸方向視で、反発磁性体３４が、励磁軸２８および励磁コイル３２の外形輪郭よりも内側に収まる。これにより、スラスト反力付与装置２４をコンパクト化することができる。
【００５０】
さらに、制御部３８が、過給機１に設けた過給機運転情報検出器３９の検出情報（回転速度や排ガス圧力等）により推定される運転状況に応じて、電源部３６から励磁コイル３２に導入する電流または印加電圧を制御するため、スラスト反力付与装置２４によって出力されるスラスト反力Ｔを、過給機１の運転状況に応じて適宜調整することができる。このため、タービン軸３に加わるスラスト荷重Ｗをできるだけ相殺することができるような大きさのスラスト反力Ｔを出力するとともに、スラスト荷重Ｗを超えないよう制御することで、スラスト軸受１５の負荷を軽減させてスラスト軸受１５における回転抵抗の増大による動力損失を低減し、過給機性能を高めることができる。
【００５１】
また、過給機１の運転状況に応じてスラスト反力付与装置２４により出力されるスラスト反力Ｔを適宜調整することで、過給機１の運転状態が変化しても、タービン軸３に加わるスラスト荷重Ｗの変化に追従するようにスラスト反力Ｔを増減する制御を行い、スラスト軸受１５の負荷を常に所定の反力以内になるようにする。これにより、スラスト軸受１５を小型化するにあたり、スラスト軸受１５の信頼性を維持することができる。
ここで、スラスト軸受１５の所定の反力とは、例えば、過給機１の運用で、スラスト反力付与装置２４を用いてスラスト軸受１５に発生する設計反力（最も大きくなる運用状態での反力）である。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態に係るスラスト反力付与装置２４およびスラスト反力付与方法によれば、スラスト軸受１５に対して簡素で信頼性の高い構成により、タービン翼車１７に流入する排ガスの圧力によってタービン軸３をコンプレッサ翼車１８側に押圧するスラスト荷重Ｗによる動力損失を低減し、過給機性能を高めることができる。
【００５３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変更を加えることができる。
例えば、上記実施形態では、本発明に係るスラスト反力付与装置２４を、舶用大型ディーゼル機関に装備される過給機１に適用した例について説明したが、舶用エンジンの過給機に限らず、他種のエンジンの過給機、さらにはガスタービンやジェットエンジン等、他の形式や用途の軸流タービンにも幅広く適用することができる。
【００５４】
また、上記実施形態では、励磁軸２８がタービン軸３に対して一体に回転するようにタービン軸３に連結されているが、タービン軸３自体の端部を延長して励磁軸を一体に形成してもよい。さらに、励磁軸を回転しないものとし、励磁軸とタービン軸３との間に回転抵抗の小さいスラストベアリングを介在させ、励磁軸に加わる反発力を、スラストベアリングを介してタービン軸３に伝達することも考えられる。
【００５５】
さらに、タービン軸３のコンプレッサ翼車１８側の端部に補助モーターを設けてタービン軸３の回転を補助するように構成されたハイブリッド型のタービン装置において、補助モーターに隣接させる、もしくは補助モーターに内蔵させる形で、励磁軸２８と励磁コイル３２と反発磁性体３４とを設けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１  過給機
２  ケーシング
３  タービン軸
５  軸受台
６  排気タービン
７Ａ  排ガス通路
８  コンプレッサ
９Ａ  吸気通路
１３，１４  ラジアル軸受
１５  スラスト軸受
１７  タービン翼車
１８  コンプレッサ翼車
１８ａ  コンプレッサ翼車のハブ
２０  タービンローター
２４  スラスト反力付与装置
２５  保持部材
２８  励磁軸
３２  励磁コイル
３４  反発磁性体
３６  電源部
３８  制御部
３９  過給機運転情報検出器
Ｇ  排ガスの流動方向
Ｔ  スラスト反力
Ｗ  スラスト荷重
【図１】
2016017427.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成27年6月10日(2015.6.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスによって駆動されるタービン翼車と、
前記タービン翼車が一端部に接続されたタービン軸と、
前記タービン軸の他端部の側に接続されたコンプレッサ翼車と、を含む過給機のスラスト反力付与装置であって、
前記タービン軸の他端部に一端部が接続された励磁軸と、
前記励磁軸の周面を囲むように設けられた励磁コイルと、
前記励磁軸の他端部の側に設けられ、前記励磁軸が発する磁力に反発する磁力を発生させる反発磁性体と、
を備える過給機のスラスト反力付与装置。
【請求項２】
前記励磁軸、前記励磁コイルおよび前記反発磁性体を収容する保持部材を備え、
前記保持部材の軸方向端部のうち、前記コンプレッサ翼車側とは反対側の端部を空力的に滑らかな形状にした請求項１に記載の過給機のスラスト反力付与装置。
【請求項３】
前記過給機の回転速度や排ガス圧力等の運転状況に応じて、電源部から前記励磁コイルに導入する電流または印加する電圧を制御する制御部をさらに有する請求項１または２に記載の過給機のスラスト反力付与装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の過給機のスラスト反力付与装置を備えた過給機。
【請求項５】
排ガスによって駆動されるタービン翼車と、
前記タービン翼車が一端部に接続されたタービン軸と、
前記タービン軸の他端部の側に接続されたコンプレッサ翼車と、
を含む過給機のスラスト反力付与方法であって、
前記タービン軸の他端部に一端部が接続された励磁軸と、
前記励磁軸の周面を囲むように設けられた励磁コイルと、
前記励磁軸の他端部の側に設けられ、前記励磁軸が発する磁力に反発する磁力を発生させる反発磁性体と、
前記過給機の運転情報を検出する過給機運転情報検出器と、
制御部と、
を設け、
前記制御部は、前記過給機運転情報検出器からの入力情報に基づき、前記タービン軸に作用するスラスト荷重を打ち消す大きさのスラスト反力が発生するように、前記励磁コイルに導入する電流または印加する電圧を制御する過給機のスラスト反力付与方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
また、本発明の第二態様に係る過給機は、前記第一態様に係る過給機のスラスト反力付与装置を備えている。
この過給機によれば、タービン翼車に流入する排ガスの圧力によってタービン軸をコンプレッサ翼車側に押圧するスラスト荷重と、励磁コイルによって励磁された励磁軸に対して反発磁性体が反発することによってタービン軸をタービン翼車側に押圧するスラスト反力とが相殺し合う。
このため、タービン軸に掛かるスラスト荷重が軽減もしくは消去され、これによってタービン軸に設けられているスラスト軸受における回転抵抗の増大を防止し、動力損失を低減させてスラスト軸受を小型化するとともに過給機性能を高めることができる。