專利名稱：渦輪發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有無(wú)電刷勵(lì)磁式勵(lì)磁裝置的渦輪發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
作為現(xiàn)有的具有無(wú)電刷勵(lì)磁式勵(lì)磁裝置的渦輪發(fā)電機(jī)的構(gòu)造，如專利文獻(xiàn)1-日本特表2003-515308號(hào)公報(bào)作為現(xiàn)有技術(shù)所表明的，公知的有在與渦輪相對(duì)一側(cè)的軸端部安裝了交流勵(lì)磁機(jī)和副勵(lì)磁機(jī)。
在上述現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)中，副勵(lì)磁機(jī)的安裝需要旋轉(zhuǎn)軸的外伸部，從而使軸的長(zhǎng)度加長(zhǎng)。該外伸部也成為軸振動(dòng)的原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于解決上述問(wèn)題。
本發(fā)明的渦輪發(fā)電機(jī)，具有配置了勵(lì)磁線圈的轉(zhuǎn)子，配置于轉(zhuǎn)子上的永磁及利用上述永磁的磁場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生電流的勵(lì)磁用發(fā)電機(jī)及利用上述勵(lì)磁用發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流對(duì)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁線圈供給電流的勵(lì)磁機(jī)，作為使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的原動(dòng)力的渦輪機(jī)，其特征是從定子看去上述交流勵(lì)磁機(jī)用發(fā)電機(jī)配置在靠近渦輪機(jī)一側(cè)。
本發(fā)明可縮短渦輪發(fā)電機(jī)的軸端部的外伸部，在實(shí)現(xiàn)渦輪發(fā)電機(jī)的小型化的同時(shí)也有助于抑制軸振動(dòng)。


圖1表示本發(fā)明的實(shí)施例1。
圖2表示本發(fā)明的實(shí)施例2。
圖3表示本發(fā)明的實(shí)施例3。
圖4表示本發(fā)明的實(shí)施例4。
圖5是從渦輪側(cè)的軸向見(jiàn)到的圖4的部位的圖。
圖6表了本發(fā)明的實(shí)施例5。
圖7表示本發(fā)明的實(shí)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(guān)系圖。
圖10是表示極靴和轉(zhuǎn)子軸的距離和氣隙的比與感應(yīng)電壓的關(guān)系圖。
圖11是表示磁鐵厚度和氣隙的比與感應(yīng)電壓的關(guān)系圖。
圖12是表示現(xiàn)有的具有無(wú)電刷勵(lì)磁式勵(lì)磁裝置的渦輪發(fā)電機(jī)圖。
圖13是表示無(wú)電刷勵(lì)磁方式的電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
圖12表示比較例的具有無(wú)電刷勵(lì)磁式勵(lì)磁裝置的渦輪發(fā)電機(jī)的例子以便說(shuō)明本發(fā)明的效果。上述渦輪發(fā)電機(jī)在渦輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸端的外伸部上具有交流勵(lì)磁機(jī)4和副勵(lì)磁機(jī)5。副勵(lì)磁機(jī)5在轉(zhuǎn)子磁極上具有永磁13，且永磁13產(chǎn)生了直達(dá)副勵(lì)磁機(jī)的電機(jī)子線圈8的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)隨旋轉(zhuǎn)軸1的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，并通過(guò)電磁感應(yīng)作用在上述電機(jī)子線圈8上感應(yīng)出交流電流Ia1。具有整流功能的自動(dòng)電壓調(diào)整裝置16檢測(cè)發(fā)電機(jī)電壓，并將該交流電流Ia1轉(zhuǎn)換成直流電流Ia2，以供給交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁線圈18。交流勵(lì)磁機(jī)的電機(jī)子線圈19安裝于交流勵(lì)磁機(jī)的轉(zhuǎn)子20上，由于旋轉(zhuǎn)軸1的旋轉(zhuǎn)可在上述電機(jī)子線圈19上感應(yīng)出交流電流Ia2。交流電流Ia2通過(guò)旋轉(zhuǎn)整流裝置17轉(zhuǎn)換為直流，以供給渦輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈21。由于旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)可在渦輪發(fā)電機(jī)電機(jī)子線圈22上感應(yīng)出交流電流，并可向外部供給電力。圖13表示比較例的無(wú)電刷勵(lì)磁方式的電路結(jié)構(gòu)圖的例子。
下面根據(jù)事實(shí)例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
實(shí)施例1圖1表示本發(fā)明的實(shí)施例1。轉(zhuǎn)子軸1通過(guò)聯(lián)軸器3與渦輪機(jī)連接。副勵(lì)磁機(jī)5與定子2相比安裝在靠近渦輪機(jī)一側(cè)，交流勵(lì)磁機(jī)4則安裝在與渦輪機(jī)相反的軸端部。
這樣，通過(guò)將副勵(lì)磁機(jī)安裝到渦輪機(jī)一側(cè)，可縮短設(shè)置永磁所需的外伸部。
實(shí)施例2圖2表示本發(fā)明的實(shí)施例2。通過(guò)將副勵(lì)磁機(jī)安裝在支撐旋轉(zhuǎn)軸1的渦輪機(jī)一側(cè)的軸承6和聯(lián)軸器3之間，可縮短安裝副勵(lì)磁機(jī)所需的外伸部。
實(shí)施例3圖3表示本發(fā)明的實(shí)施例3。在配備有由轉(zhuǎn)子軸一體化地加工出的聯(lián)軸器的渦輪發(fā)電機(jī)中，當(dāng)通過(guò)對(duì)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行軸熱壓配合將具有環(huán)狀轉(zhuǎn)子的副勵(lì)磁機(jī)安裝到渦輪機(jī)一側(cè)時(shí)，需要將副勵(lì)磁機(jī)的轉(zhuǎn)子內(nèi)徑作得大于聯(lián)軸器的外徑。因此如圖3所示，在旋轉(zhuǎn)軸上切削出直徑大于聯(lián)軸器3的底座部，便可進(jìn)行環(huán)狀轉(zhuǎn)子的熱壓配合。
實(shí)施例4圖4及圖5表示本發(fā)明的實(shí)施例4。由于副勵(lì)磁機(jī)的轉(zhuǎn)子設(shè)置于以高速旋轉(zhuǎn)的渦輪發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上，所以外徑尺寸的擴(kuò)大增加了離心力。
因此，如圖4及圖5所示，使配備有電機(jī)子線圈8的副勵(lì)磁機(jī)的定子7在圓周方向上可以分開(kāi)，如果將磁極23直接安裝到旋轉(zhuǎn)軸上，即使定子內(nèi)徑比聯(lián)軸器3的外徑小也可以安裝。圖4是從徑向見(jiàn)到的圖，圖5是從渦輪機(jī)一側(cè)軸向見(jiàn)到的圖。
實(shí)施例5圖6表示本發(fā)明的實(shí)施例5。圖6表示被分開(kāi)的定子的一半，副勵(lì)磁機(jī)的電機(jī)子線圈8a和8b被卷繞在副勵(lì)磁機(jī)的定子鐵芯9的一個(gè)T字極10上。容納于其它線槽內(nèi)的電機(jī)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(lì)磁機(jī)的定子9。
實(shí)施例6圖7及圖8表示本發(fā)明的實(shí)施例6。圖7表示本發(fā)明的渦輪發(fā)電機(jī)所具有的副勵(lì)磁機(jī)磁極的軸向剖面。在旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)軸1的磁通量的短路。
在圖7中，副勵(lì)磁機(jī)的定子7及其轉(zhuǎn)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(fā)熱。此外，極靴12與旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子軸1的泄漏。
圖9表示了對(duì)上述間隙Ga和永磁溫度T的關(guān)系的分析結(jié)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(jù)此，通過(guò)將上述間隙做成大于或等于5mm，則可使永磁不出現(xiàn)熱減磁地使用。
圖10中表示了對(duì)Gp/Ga與副勵(lì)磁機(jī)的感應(yīng)電壓V的關(guān)系的分析結(jié)果。據(jù)此，雖然當(dāng)Gp/Ga小于0.9時(shí)，由于從極靴到轉(zhuǎn)子軸的磁通泄漏引起了感應(yīng)電壓下降，但是如果Gp/Ga大于等于0.9，則可防止感應(yīng)電壓的下降。此外，圖11中表示了對(duì)Gm/Ga與副勵(lì)磁機(jī)的感應(yīng)電壓V的關(guān)系的分析結(jié)果。如該結(jié)果所示，通過(guò)使磁鐵的厚度滿足0.9＜Gm/Ga，則可在磁鐵周圍不產(chǎn)生磁隙，從而可防止感應(yīng)電壓的下降。
圖8表示本發(fā)明的渦輪發(fā)電機(jī)所具有的副勵(lì)磁機(jī)磁極的徑向剖面。極靴12比永磁13軸向較長(zhǎng)，且在該軸向延長(zhǎng)部分上設(shè)有螺栓孔，并用非磁性螺栓15緊固。通過(guò)將螺栓安裝用的孔的位置做成軸向延長(zhǎng)部分，可以在磁鐵上不設(shè)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(guò)使用非磁性螺栓，可防止從極靴到轉(zhuǎn)子軸的磁通短路。
將作為本發(fā)明的實(shí)施例可以考慮的結(jié)構(gòu)列舉如下(1)渦輪發(fā)電機(jī)，其在轉(zhuǎn)子軸上具備具有安裝了勵(lì)磁線圈的轉(zhuǎn)子，且與轉(zhuǎn)子軸一體地加工而成的聯(lián)軸器；通過(guò)旋轉(zhuǎn)整流裝置對(duì)上述勵(lì)磁線圈供給直流電流的交流勵(lì)磁機(jī)；及通過(guò)以永磁作為勵(lì)磁發(fā)生源且具有整流功能的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)裝置對(duì)上述交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁線圈供給直流電流的副勵(lì)磁機(jī)；其特征是，在與作為原動(dòng)機(jī)的蒸汽渦輪機(jī)或燃?xì)鉁u輪機(jī)以聯(lián)軸器相互連接的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的渦輪發(fā)電機(jī)中，使上述副勵(lì)磁機(jī)的安裝位置與渦輪發(fā)電機(jī)定子相比更靠近渦輪機(jī)一側(cè)。
(2)渦輪發(fā)電機(jī)的特征是在(1)的渦輪發(fā)電機(jī)中，上述副勵(lì)磁機(jī)的安裝位置在上述聯(lián)軸器和渦輪機(jī)側(cè)軸承之間。
(3)渦輪發(fā)電機(jī)的特征是在(1)或(2)的渦輪發(fā)電機(jī)中，上述副勵(lì)磁機(jī)的定子可在圓周方向上分開(kāi)，且上述副勵(lì)磁機(jī)的定子內(nèi)徑比上述聯(lián)軸器外徑更小。
(4)渦輪發(fā)電機(jī)的特征是在(1)或(2)的渦輪發(fā)電機(jī)中，將上述副勵(lì)磁機(jī)的電機(jī)子線圈做成集中線圈。
(5)渦輪發(fā)電機(jī)的特征是在(1)或(2)的渦輪發(fā)電機(jī)中，將作為上述副勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁發(fā)生源的永磁做成稀土類永磁。
(6)渦輪發(fā)電機(jī)的特征是在(1)或(2)的渦輪發(fā)電機(jī)中，將上述副勵(lì)磁機(jī)的永磁直接安裝在渦輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上。
(7)渦輪發(fā)電機(jī)的特征是在(6)的渦輪發(fā)電機(jī)中，將上述副勵(lì)磁機(jī)的永磁安裝于極靴和渦輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸之間。
(8)渦輪發(fā)電機(jī)的特征是在(6)的渦輪發(fā)電機(jī)中，將上述副勵(lì)磁機(jī)的永磁做成已充磁的永磁。
(9)渦輪發(fā)電機(jī)的特征是在(6)的渦輪發(fā)電機(jī)中，將使用了非磁性材料的外罩安裝在上述副勵(lì)磁機(jī)的永磁上。
(10)渦輪發(fā)電機(jī)的特征是在(7)的渦輪發(fā)電機(jī)中，用非磁性螺栓緊固安裝上述副勵(lì)磁機(jī)的極靴。
(11)渦輪發(fā)電機(jī)的特征是在(10)的渦輪發(fā)電機(jī)中，上述副勵(lì)磁機(jī)的極靴的軸向長(zhǎng)度大于永磁軸向長(zhǎng)度，并在該延長(zhǎng)部分上設(shè)有螺栓孔。
(12)渦輪發(fā)電機(jī)的特征是在(7)的渦輪發(fā)電機(jī)中，將上述副勵(lì)磁機(jī)定子和轉(zhuǎn)子間的最小間隙取為大于或等于5mm。
(13)渦輪發(fā)電機(jī)的特征是在(7)的渦輪發(fā)電機(jī)中，設(shè)上述副勵(lì)磁機(jī)定子和轉(zhuǎn)子之間的最小間隙為Ga(mm)、極靴與轉(zhuǎn)子軸之間的距離為Gp(mm)時(shí)，滿足0.9＜Gp/Ga的條件。
(14)渦輪發(fā)電機(jī)的特征是在(7)的渦輪發(fā)電機(jī)中，設(shè)上述副勵(lì)磁機(jī)定子和轉(zhuǎn)子之間的最小間隙為Ga(mm)、永磁的厚度為Gm(mm)時(shí)，滿足0.9＜Gm/Ga的條件。
權(quán)利要求
1.一種渦輪發(fā)電機(jī)，具有配置了勵(lì)磁線圈的轉(zhuǎn)子，配置于上述轉(zhuǎn)子上的永磁及利用上述永磁的磁場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生電流的勵(lì)磁用發(fā)電機(jī)及利用上述勵(lì)磁用發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流對(duì)上述轉(zhuǎn)子勵(lì)磁線圈供給電流的勵(lì)磁機(jī)，作為使上述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的原動(dòng)力的渦輪機(jī)，其特征是從上述定子看去上述交流勵(lì)磁機(jī)用發(fā)電機(jī)配置在靠近渦輪機(jī)一側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)電機(jī)，其特征是上述交流勵(lì)磁機(jī)用發(fā)電機(jī)配置于連接上述渦輪機(jī)和上述轉(zhuǎn)子的聯(lián)軸器與上述轉(zhuǎn)子的渦輪機(jī)一側(cè)的軸承之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)電機(jī)，其特征是可在圓周方向上分開(kāi)上述交流勵(lì)磁機(jī)用發(fā)電機(jī)的定子。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的渦輪發(fā)電機(jī)，其特征是上述交流勵(lì)磁機(jī)用發(fā)電機(jī)的定子內(nèi)徑小于上述聯(lián)軸器的外徑。
5.一種渦輪發(fā)電機(jī)，具有配置了勵(lì)磁線圈的轉(zhuǎn)子，配置于上述轉(zhuǎn)子上的永磁及利用上述永磁的磁場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生電流的勵(lì)磁用發(fā)電機(jī)及利用上述勵(lì)磁用發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流對(duì)上述轉(zhuǎn)子勵(lì)磁線圈供給電流的勵(lì)磁機(jī)，作為使上述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的原動(dòng)力的渦輪機(jī)，其特征是上述交流勵(lì)磁機(jī)用發(fā)電機(jī)的永磁配置于極靴和上述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的渦輪發(fā)電機(jī)，其特征是上述極靴具有比上述永磁軸向長(zhǎng)度更長(zhǎng)的延長(zhǎng)部分，并在上述延長(zhǎng)部分上設(shè)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(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的渦輪發(fā)電機(jī)，其特征是上述勵(lì)磁機(jī)用發(fā)電機(jī)的定子和上述轉(zhuǎn)子之間的最小間隙為大于或等于5mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的渦輪發(fā)電機(jī)，其特征是設(shè)上述勵(lì)磁機(jī)用發(fā)電機(jī)的定子和上述轉(zhuǎn)子之間的最小間隙為Ga(mm)、永磁的厚度為Gm(mm)時(shí)，滿足0.9＜Gm/Ga的條件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)電機(jī)，其特征是具有轉(zhuǎn)子的副勵(lì)磁機(jī)的部分的外徑大于轉(zhuǎn)子的其它部分的外徑。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有無(wú)電刷勵(lì)磁式勵(lì)磁裝置的渦輪發(fā)電機(jī)。本發(fā)明要解決的問(wèn)題是副勵(lì)磁機(jī)的安裝需要旋轉(zhuǎn)軸的外伸部，從而使軸的長(zhǎng)度加長(zhǎng)。該外伸部也成為軸振動(dòng)的原因。本發(fā)明的渦輪發(fā)電機(jī)，其在轉(zhuǎn)子軸上具備具有安裝了勵(lì)磁線圈的轉(zhuǎn)子，且與轉(zhuǎn)子軸一體地加工而成的聯(lián)軸器；通過(guò)整流裝置對(duì)上述勵(lì)磁線圈供給直流電流的交流勵(lì)磁機(jī)；及通過(guò)以永磁作為勵(lì)磁發(fā)生源的整流器對(duì)上述交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁線圈供給直流電流的副勵(lì)磁機(jī)；其特征是，在與作為原動(dòng)機(jī)的蒸汽渦輪機(jī)或燃?xì)鉁u輪機(jī)以聯(lián)軸器相互連接的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的渦輪發(fā)電機(jī)中，使上述副勵(lì)磁機(jī)的安裝位置與渦輪發(fā)電機(jī)定子相比更靠近渦輪機(jī)一側(cè)。
文檔編號(hào)H02K5/24GK1794541SQ20051008918
公開(kāi)日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2005年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月24日
發(fā)明者中原明仁, 高橋和彥, 井出一正, 木村守 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所