专利名称：涡轮发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有无电刷励磁式励磁装置的涡轮发电机。
背景技术：
作为现有的具有无电刷励磁式励磁装置的涡轮发电机的构造，如专利文献1-日本特表2003-515308号公报作为现有技术所表明的，公知的有在与涡轮相对一侧的轴端部安装了交流励磁机和副励磁机。
在上述现有技术的结构中，副励磁机的安装需要旋转轴的外伸部，从而使轴的长度加长。该外伸部也成为轴振动的原因。
发明内容
本发明的目的就在于解决上述问题。
本发明的涡轮发电机，具有配置了励磁线圈的转子，配置于转子上的永磁及利用上述永磁的磁场来产生电流的励磁用发电机及利用上述励磁用发电机产生的电流对转子的励磁线圈供给电流的励磁机，作为使转子旋转的原动力的涡轮机，其特征是从定子看去上述交流励磁机用发电机配置在靠近涡轮机一侧。
本发明可缩短涡轮发电机的轴端部的外伸部，在实现涡轮发电机的小型化的同时也有助于抑制轴振动。
图1表示本发明的实施例1。
图2表示本发明的实施例2。
图3表示本发明的实施例3。
图4表示本发明的实施例4。
图5是从涡轮侧的轴向见到的图4的部位的图。
图6表了本发明的实施例5。
图7表示本发明的实施例6。
图8是图7的径向剖视图。
图9是表示气隙和永磁温度的关系图。
图10是表示极靴和转子轴的距离和气隙的比与感应电压的关系图。
图11是表示磁铁厚度和气隙的比与感应电压的关系图。
图12是表示现有的具有无电刷励磁式励磁装置的涡轮发电机图。
图13是表示无电刷励磁方式的电路结构图。
具体实施例方式
图12表示比较例的具有无电刷励磁式励磁装置的涡轮发电机的例子以便说明本发明的效果。上述涡轮发电机在涡轮发电机转子轴端的外伸部上具有交流励磁机4和副励磁机5。副励磁机5在转子磁极上具有永磁13，且永磁13产生了直达副励磁机的电机子线圈8的磁场，该磁场随旋转轴1的旋转而旋转，并通过电磁感应作用在上述电机子线圈8上感应出交流电流Ia1。具有整流功能的自动电压调整装置16检测发电机电压，并将该交流电流Ia1转换成直流电流Ia2，以供给交流励磁机的励磁线圈18。交流励磁机的电机子线圈19安装于交流励磁机的转子20上，由于旋转轴1的旋转可在上述电机子线圈19上感应出交流电流Ia2。交流电流Ia2通过旋转整流装置17转换为直流，以供给涡轮发电机励磁线圈21。由于旋转轴的旋转可在涡轮发电机电机子线圈22上感应出交流电流，并可向外部供给电力。图13表示比较例的无电刷励磁方式的电路结构图的例子。
下面根据事实例来说明本发明的实施方式。
实施例1图1表示本发明的实施例1。转子轴1通过联轴器3与涡轮机连接。副励磁机5与定子2相比安装在靠近涡轮机一侧，交流励磁机4则安装在与涡轮机相反的轴端部。
这样，通过将副励磁机安装到涡轮机一侧，可缩短设置永磁所需的外伸部。
实施例2图2表示本发明的实施例2。通过将副励磁机安装在支撑旋转轴1的涡轮机一侧的轴承6和联轴器3之间，可缩短安装副励磁机所需的外伸部。
实施例3图3表示本发明的实施例3。在配备有由转子轴一体化地加工出的联轴器的涡轮发电机中，当通过对旋转进行轴热压配合将具有环状转子的副励磁机安装到涡轮机一侧时，需要将副励磁机的转子内径作得大于联轴器的外径。因此如图3所示，在旋转轴上切削出直径大于联轴器3的底座部，便可进行环状转子的热压配合。
实施例4图4及图5表示本发明的实施例4。由于副励磁机的转子设置于以高速旋转的涡轮发电机的旋转轴上，所以外径尺寸的扩大增加了离心力。
因此，如图4及图5所示，使配备有电机子线圈8的副励磁机的定子7在圆周方向上可以分开，如果将磁极23直接安装到旋转轴上，即使定子内径比联轴器3的外径小也可以安装。图4是从径向见到的图，图5是从涡轮机一侧轴向见到的图。
实施例5图6表示本发明的实施例5。图6表示被分开的定子的一半，副励磁机的电机子线圈8a和8b被卷绕在副励磁机的定子铁芯9的一个T字极10上。容纳于其它线槽内的电机子线圈也予以同样的集中卷绕。因此，可用任意的线槽11在圆周方向上分割副励磁机的定子9。
实施例6图7及图8表示本发明的实施例6。图7表示本发明的涡轮发电机所具有的副励磁机磁极的轴向剖面。在旋转轴1和极靴12之间安装有永磁13，永磁13为防止飞散，用了非磁性材料的磁铁外罩14覆盖。将磁铁外罩14做成非磁性，可防止从极靴12到旋转轴1的磁通量的短路。
在图7中，副励磁机的定子7及其转子间的最小间隙Ga(mm)为大于等于5mm，以防止因极靴12表面的涡流损失而引起的发热。此外，极靴12与旋转轴1之间的距离Gp(mm)及永磁13的厚度Gm(mm)皆满足0.9＜Gp/Ga及0.9＜Gm/Ga。因此，防止了磁通从极靴12到转子轴1的泄漏。
图9表示了对上述间隙Ga和永磁温度T的关系的分析结果。T0表示永磁的不可逆热退磁温度，例如钕磁铁中约为从90℃到220℃左右。据此，通过将上述间隙做成大于或等于5mm，则可使永磁不出现热减磁地使用。
图10中表示了对Gp/Ga与副励磁机的感应电压V的关系的分析结果。据此，虽然当Gp/Ga小于0.9时，由于从极靴到转子轴的磁通泄漏引起了感应电压下降，但是如果Gp/Ga大于等于0.9，则可防止感应电压的下降。此外，图11中表示了对Gm/Ga与副励磁机的感应电压V的关系的分析结果。如该结果所示，通过使磁铁的厚度满足0.9＜Gm/Ga，则可在磁铁周围不产生磁隙，从而可防止感应电压的下降。
图8表示本发明的涡轮发电机所具有的副励磁机磁极的径向剖面。极靴12比永磁13轴向较长，且在该轴向延长部分上设有螺栓孔，并用非磁性螺栓15紧固。通过将螺栓安装用的孔的位置做成轴向延长部分，可以在磁铁上不设置孔，此外，还可在不妨碍极靴的主磁通的情况下使用螺栓安装。此外，通过使用非磁性螺栓，可防止从极靴到转子轴的磁通短路。
将作为本发明的实施例可以考虑的结构列举如下(1)涡轮发电机，其在转子轴上具备具有安装了励磁线圈的转子，且与转子轴一体地加工而成的联轴器；通过旋转整流装置对上述励磁线圈供给直流电流的交流励磁机；及通过以永磁作为励磁发生源且具有整流功能的自动电压调节装置对上述交流励磁机的励磁线圈供给直流电流的副励磁机；其特征是，在与作为原动机的蒸汽涡轮机或燃气涡轮机以联轴器相互连接的转子旋转的涡轮发电机中，使上述副励磁机的安装位置与涡轮发电机定子相比更靠近涡轮机一侧。
(2)涡轮发电机的特征是在(1)的涡轮发电机中，上述副励磁机的安装位置在上述联轴器和涡轮机侧轴承之间。
(3)涡轮发电机的特征是在(1)或(2)的涡轮发电机中，上述副励磁机的定子可在圆周方向上分开，且上述副励磁机的定子内径比上述联轴器外径更小。
(4)涡轮发电机的特征是在(1)或(2)的涡轮发电机中，将上述副励磁机的电机子线圈做成集中线圈。
(5)涡轮发电机的特征是在(1)或(2)的涡轮发电机中，将作为上述副励磁机的励磁发生源的永磁做成稀土类永磁。
(6)涡轮发电机的特征是在(1)或(2)的涡轮发电机中，将上述副励磁机的永磁直接安装在涡轮发电机转子轴上。
(7)涡轮发电机的特征是在(6)的涡轮发电机中，将上述副励磁机的永磁安装于极靴和涡轮发电机转子轴之间。
(8)涡轮发电机的特征是在(6)的涡轮发电机中，将上述副励磁机的永磁做成已充磁的永磁。
(9)涡轮发电机的特征是在(6)的涡轮发电机中，将使用了非磁性材料的外罩安装在上述副励磁机的永磁上。
(10)涡轮发电机的特征是在(7)的涡轮发电机中，用非磁性螺栓紧固安装上述副励磁机的极靴。
(11)涡轮发电机的特征是在(10)的涡轮发电机中，上述副励磁机的极靴的轴向长度大于永磁轴向长度，并在该延长部分上设有螺栓孔。
(12)涡轮发电机的特征是在(7)的涡轮发电机中，将上述副励磁机定子和转子间的最小间隙取为大于或等于5mm。
(13)涡轮发电机的特征是在(7)的涡轮发电机中，设上述副励磁机定子和转子之间的最小间隙为Ga(mm)、极靴与转子轴之间的距离为Gp(mm)时，满足0.9＜Gp/Ga的条件。
(14)涡轮发电机的特征是在(7)的涡轮发电机中，设上述副励磁机定子和转子之间的最小间隙为Ga(mm)、永磁的厚度为Gm(mm)时，满足0.9＜Gm/Ga的条件。
权利要求
1.一种涡轮发电机，具有配置了励磁线圈的转子，配置于上述转子上的永磁及利用上述永磁的磁场来产生电流的励磁用发电机及利用上述励磁用发电机产生的电流对上述转子励磁线圈供给电流的励磁机，作为使上述转子旋转的原动力的涡轮机，其特征是从上述定子看去上述交流励磁机用发电机配置在靠近涡轮机一侧。
2.根据权利要求1所述的涡轮发电机，其特征是上述交流励磁机用发电机配置于连接上述涡轮机和上述转子的联轴器与上述转子的涡轮机一侧的轴承之间。
3.根据权利要求1所述的涡轮发电机，其特征是可在圆周方向上分开上述交流励磁机用发电机的定子。
4.根据权利要求3所述的涡轮发电机，其特征是上述交流励磁机用发电机的定子内径小于上述联轴器的外径。
5.一种涡轮发电机，具有配置了励磁线圈的转子，配置于上述转子上的永磁及利用上述永磁的磁场来产生电流的励磁用发电机及利用上述励磁用发电机产生的电流对上述转子励磁线圈供给电流的励磁机，作为使上述转子旋转的原动力的涡轮机，其特征是上述交流励磁机用发电机的永磁配置于极靴和上述转子的旋转轴之间。
6.根据权利要求5所述的涡轮发电机，其特征是上述极靴具有比上述永磁轴向长度更长的延长部分，并在上述延长部分上设有螺栓孔，利用插入上述螺栓孔的螺栓将上述极靴固定到上述转子的旋转轴上。
7.根据权利要求5所述的涡轮发电机，其特征是上述励磁机用发电机的定子和上述转子之间的最小间隙为大于或等于5mm。
8.根据权利要求5所述的涡轮发电机，其特征是设上述励磁机用发电机的定子和上述转子之间的最小间隙为Ga(mm)、永磁的厚度为Gm(mm)时，满足0.9＜Gm/Ga的条件。
9.根据权利要求1所述的涡轮发电机，其特征是具有转子的副励磁机的部分的外径大于转子的其它部分的外径。
全文摘要
本发明涉及具有无电刷励磁式励磁装置的涡轮发电机。本发明要解决的问题是副励磁机的安装需要旋转轴的外伸部，从而使轴的长度加长。该外伸部也成为轴振动的原因。本发明的涡轮发电机，其在转子轴上具备具有安装了励磁线圈的转子，且与转子轴一体地加工而成的联轴器；通过整流装置对上述励磁线圈供给直流电流的交流励磁机；及通过以永磁作为励磁发生源的整流器对上述交流励磁机的励磁线圈供给直流电流的副励磁机；其特征是，在与作为原动机的蒸汽涡轮机或燃气涡轮机以联轴器相互连接的转子旋转的涡轮发电机中，使上述副励磁机的安装位置与涡轮发电机定子相比更靠近涡轮机一侧。
文档编号H02K5/24GK1794541SQ20051008918
公开日2006年6月28日 申请日期2005年8月5日 优先权日2004年12月24日
发明者中原明仁, 高桥和彦, 井出一正, 木村守 申请人:株式会社日立制作所