專利名稱：渦輪發電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及具有無電刷勵磁式勵磁裝置的渦輪發電機。
背景技術：
作為現有的具有無電刷勵磁式勵磁裝置的渦輪發電機的構造，如專利文獻1-日本特表2003-515308號公報作為現有技術所表明的，公知的有在與渦輪相對一側的軸端部安裝了交流勵磁機和副勵磁機。
在上述現有技術的結構中，副勵磁機的安裝需要旋轉軸的外伸部，從而使軸的長度加長。該外伸部也成為軸振動的原因。
發明內容
本發明的目的就在于解決上述問題。
本發明的渦輪發電機，具有配置了勵磁線圈的轉子，配置于轉子上的永磁及利用上述永磁的磁場來產生電流的勵磁用發電機及利用上述勵磁用發電機產生的電流對轉子的勵磁線圈供給電流的勵磁機，作為使轉子旋轉的原動力的渦輪機，其特征是從定子看去上述交流勵磁機用發電機配置在靠近渦輪機一側。
本發明可縮短渦輪發電機的軸端部的外伸部，在實現渦輪發電機的小型化的同時也有助于抑制軸振動。
圖1表示本發明的實施例1。
圖2表示本發明的實施例2。
圖3表示本發明的實施例3。
圖4表示本發明的實施例4。
圖5是從渦輪側的軸向見到的圖4的部位的圖。
圖6表了本發明的實施例5。
圖7表示本發明的實施例6。
圖8是圖7的徑向剖視圖。
圖9是表示氣隙和永磁溫度的關系圖。
圖10是表示極靴和轉子軸的距離和氣隙的比與感應電壓的關系圖。
圖11是表示磁鐵厚度和氣隙的比與感應電壓的關系圖。
圖12是表示現有的具有無電刷勵磁式勵磁裝置的渦輪發電機圖。
圖13是表示無電刷勵磁方式的電路結構圖。
具體實施例方式
圖12表示比較例的具有無電刷勵磁式勵磁裝置的渦輪發電機的例子以便說明本發明的效果。上述渦輪發電機在渦輪發電機轉子軸端的外伸部上具有交流勵磁機4和副勵磁機5。副勵磁機5在轉子磁極上具有永磁13，且永磁13產生了直達副勵磁機的電機子線圈8的磁場，該磁場隨旋轉軸1的旋轉而旋轉，并通過電磁感應作用在上述電機子線圈8上感應出交流電流Ia1。具有整流功能的自動電壓調整裝置16檢測發電機電壓，并將該交流電流Ia1轉換成直流電流Ia2，以供給交流勵磁機的勵磁線圈18。交流勵磁機的電機子線圈19安裝于交流勵磁機的轉子20上，由于旋轉軸1的旋轉可在上述電機子線圈19上感應出交流電流Ia2。交流電流Ia2通過旋轉整流裝置17轉換為直流，以供給渦輪發電機勵磁線圈21。由于旋轉軸的旋轉可在渦輪發電機電機子線圈22上感應出交流電流，并可向外部供給電力。圖13表示比較例的無電刷勵磁方式的電路結構圖的例子。
下面根據事實例來說明本發明的實施方式。
實施例1圖1表示本發明的實施例1。轉子軸1通過聯軸器3與渦輪機連接。副勵磁機5與定子2相比安裝在靠近渦輪機一側，交流勵磁機4則安裝在與渦輪機相反的軸端部。
這樣，通過將副勵磁機安裝到渦輪機一側，可縮短設置永磁所需的外伸部。
實施例2圖2表示本發明的實施例2。通過將副勵磁機安裝在支撐旋轉軸1的渦輪機一側的軸承6和聯軸器3之間，可縮短安裝副勵磁機所需的外伸部。
實施例3圖3表示本發明的實施例3。在配備有由轉子軸一體化地加工出的聯軸器的渦輪發電機中，當通過對旋轉進行軸熱壓配合將具有環狀轉子的副勵磁機安裝到渦輪機一側時，需要將副勵磁機的轉子內徑作得大于聯軸器的外徑。因此如圖3所示，在旋轉軸上切削出直徑大于聯軸器3的底座部，便可進行環狀轉子的熱壓配合。
實施例4圖4及圖5表示本發明的實施例4。由于副勵磁機的轉子設置于以高速旋轉的渦輪發電機的旋轉軸上，所以外徑尺寸的擴大增加了離心力。
因此，如圖4及圖5所示，使配備有電機子線圈8的副勵磁機的定子7在圓周方向上可以分開，如果將磁極23直接安裝到旋轉軸上，即使定子內徑比聯軸器3的外徑小也可以安裝。圖4是從徑向見到的圖，圖5是從渦輪機一側軸向見到的圖。
實施例5圖6表示本發明的實施例5。圖6表示被分開的定子的一半，副勵磁機的電機子線圈8a和8b被卷繞在副勵磁機的定子鐵芯9的一個T字極10上。容納于其它線槽內的電機子線圈也予以同樣的集中卷繞。因此，可用任意的線槽11在圓周方向上分割副勵磁機的定子9。
實施例6圖7及圖8表示本發明的實施例6。圖7表示本發明的渦輪發電機所具有的副勵磁機磁極的軸向剖面。在旋轉軸1和極靴12之間安裝有永磁13，永磁13為防止飛散，用了非磁性材料的磁鐵外罩14覆蓋。將磁鐵外罩14做成非磁性，可防止從極靴12到旋轉軸1的磁通量的短路。
在圖7中，副勵磁機的定子7及其轉子間的最小間隙Ga(mm)為大于等于5mm，以防止因極靴12表面的渦流損失而引起的發熱。此外，極靴12與旋轉軸1之間的距離Gp(mm)及永磁13的厚度Gm(mm)皆滿足0.9＜Gp/Ga及0.9＜Gm/Ga。因此，防止了磁通從極靴12到轉子軸1的泄漏。
圖9表示了對上述間隙Ga和永磁溫度T的關系的分析結果。T0表示永磁的不可逆熱退磁溫度，例如釹磁鐵中約為從90℃到220℃左右。據此，通過將上述間隙做成大于或等于5mm，則可使永磁不出現熱減磁地使用。
圖10中表示了對Gp/Ga與副勵磁機的感應電壓V的關系的分析結果。據此，雖然當Gp/Ga小于0.9時，由于從極靴到轉子軸的磁通泄漏引起了感應電壓下降，但是如果Gp/Ga大于等于0.9，則可防止感應電壓的下降。此外，圖11中表示了對Gm/Ga與副勵磁機的感應電壓V的關系的分析結果。如該結果所示，通過使磁鐵的厚度滿足0.9＜Gm/Ga，則可在磁鐵周圍不產生磁隙，從而可防止感應電壓的下降。
圖8表示本發明的渦輪發電機所具有的副勵磁機磁極的徑向剖面。極靴12比永磁13軸向較長，且在該軸向延長部分上設有螺栓孔，并用非磁性螺栓15緊固。通過將螺栓安裝用的孔的位置做成軸向延長部分，可以在磁鐵上不設置孔，此外，還可在不妨礙極靴的主磁通的情況下使用螺栓安裝。此外，通過使用非磁性螺栓，可防止從極靴到轉子軸的磁通短路。
將作為本發明的實施例可以考慮的結構列舉如下(1)渦輪發電機，其在轉子軸上具備具有安裝了勵磁線圈的轉子，且與轉子軸一體地加工而成的聯軸器；通過旋轉整流裝置對上述勵磁線圈供給直流電流的交流勵磁機；及通過以永磁作為勵磁發生源且具有整流功能的自動電壓調節裝置對上述交流勵磁機的勵磁線圈供給直流電流的副勵磁機；其特征是，在與作為原動機的蒸汽渦輪機或燃氣渦輪機以聯軸器相互連接的轉子旋轉的渦輪發電機中，使上述副勵磁機的安裝位置與渦輪發電機定子相比更靠近渦輪機一側。
(2)渦輪發電機的特征是在(1)的渦輪發電機中，上述副勵磁機的安裝位置在上述聯軸器和渦輪機側軸承之間。
(3)渦輪發電機的特征是在(1)或(2)的渦輪發電機中，上述副勵磁機的定子可在圓周方向上分開，且上述副勵磁機的定子內徑比上述聯軸器外徑更小。
(4)渦輪發電機的特征是在(1)或(2)的渦輪發電機中，將上述副勵磁機的電機子線圈做成集中線圈。
(5)渦輪發電機的特征是在(1)或(2)的渦輪發電機中，將作為上述副勵磁機的勵磁發生源的永磁做成稀土類永磁。
(6)渦輪發電機的特征是在(1)或(2)的渦輪發電機中，將上述副勵磁機的永磁直接安裝在渦輪發電機轉子軸上。
(7)渦輪發電機的特征是在(6)的渦輪發電機中，將上述副勵磁機的永磁安裝于極靴和渦輪發電機轉子軸之間。
(8)渦輪發電機的特征是在(6)的渦輪發電機中，將上述副勵磁機的永磁做成已充磁的永磁。
(9)渦輪發電機的特征是在(6)的渦輪發電機中，將使用了非磁性材料的外罩安裝在上述副勵磁機的永磁上。
(10)渦輪發電機的特征是在(7)的渦輪發電機中，用非磁性螺栓緊固安裝上述副勵磁機的極靴。
(11)渦輪發電機的特征是在(10)的渦輪發電機中，上述副勵磁機的極靴的軸向長度大于永磁軸向長度，并在該延長部分上設有螺栓孔。
(12)渦輪發電機的特征是在(7)的渦輪發電機中，將上述副勵磁機定子和轉子間的最小間隙取為大于或等于5mm。
(13)渦輪發電機的特征是在(7)的渦輪發電機中，設上述副勵磁機定子和轉子之間的最小間隙為Ga(mm)、極靴與轉子軸之間的距離為Gp(mm)時，滿足0.9＜Gp/Ga的條件。
(14)渦輪發電機的特征是在(7)的渦輪發電機中，設上述副勵磁機定子和轉子之間的最小間隙為Ga(mm)、永磁的厚度為Gm(mm)時，滿足0.9＜Gm/Ga的條件。
權利要求
1.一種渦輪發電機，具有配置了勵磁線圈的轉子，配置于上述轉子上的永磁及利用上述永磁的磁場來產生電流的勵磁用發電機及利用上述勵磁用發電機產生的電流對上述轉子勵磁線圈供給電流的勵磁機，作為使上述轉子旋轉的原動力的渦輪機，其特征是從上述定子看去上述交流勵磁機用發電機配置在靠近渦輪機一側。
2.根據權利要求1所述的渦輪發電機，其特征是上述交流勵磁機用發電機配置于連接上述渦輪機和上述轉子的聯軸器與上述轉子的渦輪機一側的軸承之間。
3.根據權利要求1所述的渦輪發電機，其特征是可在圓周方向上分開上述交流勵磁機用發電機的定子。
4.根據權利要求3所述的渦輪發電機，其特征是上述交流勵磁機用發電機的定子內徑小于上述聯軸器的外徑。
5.一種渦輪發電機，具有配置了勵磁線圈的轉子，配置于上述轉子上的永磁及利用上述永磁的磁場來產生電流的勵磁用發電機及利用上述勵磁用發電機產生的電流對上述轉子勵磁線圈供給電流的勵磁機，作為使上述轉子旋轉的原動力的渦輪機，其特征是上述交流勵磁機用發電機的永磁配置于極靴和上述轉子的旋轉軸之間。
6.根據權利要求5所述的渦輪發電機，其特征是上述極靴具有比上述永磁軸向長度更長的延長部分，并在上述延長部分上設有螺栓孔，利用插入上述螺栓孔的螺栓將上述極靴固定到上述轉子的旋轉軸上。
7.根據權利要求5所述的渦輪發電機，其特征是上述勵磁機用發電機的定子和上述轉子之間的最小間隙為大于或等于5mm。
8.根據權利要求5所述的渦輪發電機，其特征是設上述勵磁機用發電機的定子和上述轉子之間的最小間隙為Ga(mm)、永磁的厚度為Gm(mm)時，滿足0.9＜Gm/Ga的條件。
9.根據權利要求1所述的渦輪發電機，其特征是具有轉子的副勵磁機的部分的外徑大于轉子的其它部分的外徑。
全文摘要
本發明涉及具有無電刷勵磁式勵磁裝置的渦輪發電機。本發明要解決的問題是副勵磁機的安裝需要旋轉軸的外伸部，從而使軸的長度加長。該外伸部也成為軸振動的原因。本發明的渦輪發電機，其在轉子軸上具備具有安裝了勵磁線圈的轉子，且與轉子軸一體地加工而成的聯軸器；通過整流裝置對上述勵磁線圈供給直流電流的交流勵磁機；及通過以永磁作為勵磁發生源的整流器對上述交流勵磁機的勵磁線圈供給直流電流的副勵磁機；其特征是，在與作為原動機的蒸汽渦輪機或燃氣渦輪機以聯軸器相互連接的轉子旋轉的渦輪發電機中，使上述副勵磁機的安裝位置與渦輪發電機定子相比更靠近渦輪機一側。
文檔編號H02K5/24GK1794541SQ20051008918
公開日2006年6月28日 申請日期2005年8月5日 優先權日2004年12月24日
發明者中原明仁, 高橋和彥, 井出一正, 木村守 申請人:株式會社日立制作所