變壓器、勵(lì)磁裝置、同步發(fā)電機(jī)以及同步電動的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種變壓器、勵(lì)磁裝置、同步發(fā)電機(jī)以及同步電動機(jī)。該變壓器的鐵芯的第一部分基本上垂直于第三部分，第一部分的一端連接到第二部分，第二部分連接到第三部分，第一部分的另一端與第三部分之間存在間隙，并且第三部分上設(shè)置有開孔。轉(zhuǎn)軸該開孔。筒狀支架具有筒狀部和筒底部，筒狀部套在第一部分上，筒底部位于間隙中，轉(zhuǎn)軸固定連接到筒底部的中心位置處。第一線圈纏繞在鐵芯上。第二線圈纏繞在筒狀支架的筒狀部上。使用根據(jù)本發(fā)明的變壓器來給同步發(fā)電機(jī)或同步電動機(jī)的勵(lì)磁裝置提供勵(lì)磁電流，不需要使用電刷，也不需要額外帶動較大質(zhì)量的鐵芯，而只需要帶動較輕的線圈和支架，消耗較少的機(jī)械能。
【專利說明】變壓器、勵(lì)磁裝置、同步發(fā)電機(jī)以及同步電動機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及變壓器、勵(lì)磁裝置、同步發(fā)電機(jī)以及同步電動機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]電學(xué)領(lǐng)域中，在很多場景下，需要向繞軸旋轉(zhuǎn)的電氣系統(tǒng)提供電能。例如同步發(fā)電機(jī)和同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子需要使用電能來進(jìn)行勵(lì)磁。
[0003]下面以同步發(fā)電機(jī)為例，來進(jìn)行說明。
[0004]目前，大功率同步發(fā)電機(jī)需要很強(qiáng)的勵(lì)磁電流。
[0005]傳統(tǒng)勵(lì)磁方式有直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁、交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁。兩種方式都需要使用電刷和集電環(huán)的接觸方式來將外界電流引入轉(zhuǎn)子。另外，這兩種勵(lì)磁機(jī)的制造也都受到功率的限制。
[0006]現(xiàn)在，大多采用靜止勵(lì)磁方式和旋轉(zhuǎn)無刷勵(lì)磁方式。然而這兩種方式也仍然各自存在一些問題。
[0007]在采用靜止勵(lì)磁方式的情況下，勵(lì)磁變壓器靜止。從勵(lì)磁變壓器副邊引出交流電流。該交流電流經(jīng)整流橋整流而產(chǎn)生直流電流。所產(chǎn)生的直流電流則需要經(jīng)過集電環(huán)電刷才能引入到轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組中。而使用電刷和集電環(huán)的接觸方式在大電流下容易出現(xiàn)各種問題，維護(hù)和保養(yǎng)繁復(fù)，工作量大。
[0008]在采用交流旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁方式的情況下，需要專門制造旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)作為主勵(lì)磁機(jī)，并需要副勵(lì)磁機(jī)為其提供勵(lì)磁電流。當(dāng)為大功率同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行勵(lì)磁時(shí)，需要多級勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)。將作為前一級勵(lì)磁機(jī)的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子線圈產(chǎn)生的交流電流作為勵(lì)磁電流提供給作為后一級勵(lì)磁機(jī)的發(fā)電機(jī)。(多級)勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)與作為最終勵(lì)磁對象的同步發(fā)電機(jī)同軸布置，從而避免了電刷和集電環(huán)的接觸方式。但是這種多級勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，動態(tài)性能不好，并且滅磁慢。
[0009]中國專利申請公開文檔CN103646757A中公開了一種具有旋轉(zhuǎn)鐵芯的變壓器，一個(gè)線圈纏繞在該旋轉(zhuǎn)鐵芯上。該旋轉(zhuǎn)鐵芯的轉(zhuǎn)軸可以與同步發(fā)電機(jī)或同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸對接，從而同步旋轉(zhuǎn)。這樣，纏繞在固定鐵芯上的線圈中的電能可以被轉(zhuǎn)換為纏繞在旋轉(zhuǎn)鐵芯上的線圈中的電能，從而可以直接提供給同步旋轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)子上的勵(lì)磁電路，而不需要利用電刷。
[0010]然而，鐵芯的質(zhì)量往往較大，帶動鐵芯轉(zhuǎn)動往往需要耗費(fèi)較多的機(jī)械能。這對于同步發(fā)電機(jī)和同步電動機(jī)都是不期望的。因此，期望能夠減輕附加在轉(zhuǎn)子上的結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種變壓器，其能夠在不需要額外帶動較大質(zhì)量的部件的情況下，以不需要電刷的方式向旋轉(zhuǎn)對象提供電能。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種變壓器，包括:鐵芯，具有第一部分、第二部分和第三部分，第一部分基本上垂直于第三部分，第一部分的一端連接到第二部分，第二部分連接到第三部分，第一部分的另一端與第三部分之間存在間隙，并且第三部分正對第一部分中心位置處具有開孔；轉(zhuǎn)軸，穿過第三部分的開孔；筒狀支架，具有筒狀部和筒底部，筒狀部套在第一部分上，筒底部位于間隙中，轉(zhuǎn)軸固定連接到筒底部的中心位置處；第一線圈，纏繞在鐵芯上；第二線圈，纏繞在筒狀支架的筒狀部上。
[0013]優(yōu)選地，鐵芯的第二部分具有底部和一個(gè)或多個(gè)從底部延伸的臂部，底部與第一部分連接，臂部與第三部分連接。
[0014]優(yōu)選地，鐵芯的第二部分具有底部和筒狀壁，底部和第三部分呈圓盤狀，底部與第一部分連接，筒狀壁與第三部分連接，第一部分從底部的中心位置處沿軸線方向延伸。
[0015]優(yōu)選地，還包括:旋轉(zhuǎn)軌道，設(shè)置在第一部分和筒狀部之間，用于支撐筒狀部，并且便于筒狀部旋轉(zhuǎn)。
[0016]優(yōu)選地，筒底部由軟磁性材料制成。
[0017]優(yōu)選地，筒狀部由非磁性耐磨材料制成。
[0018]優(yōu)選地，還包括:軸套，套在第三部分的開孔中，轉(zhuǎn)軸穿過軸套。
[0019]優(yōu)選地，轉(zhuǎn)軸外側(cè)設(shè)置有沿著軸線方向的槽，第二線圈的引線沿著槽穿過開孔；或者轉(zhuǎn)軸是中空的，第二線圈的引線從轉(zhuǎn)軸內(nèi)部穿過開孔。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種勵(lì)磁裝置，包括:勵(lì)磁電路；以及根據(jù)本發(fā)明的變壓器，第二線圈的引線連接到勵(lì)磁電路，用于向勵(lì)磁電路提供電流，變壓器的轉(zhuǎn)軸適于與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸對接。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種同步發(fā)電機(jī)或同步電動機(jī)，包括:轉(zhuǎn)子；根據(jù)本發(fā)明的勵(lì)磁裝置，其中勵(lì)磁電路設(shè)置在轉(zhuǎn)子上，變壓器的轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸對接，從而同步旋轉(zhuǎn)。
[0022]使用根據(jù)本發(fā)明的變壓器來給同步發(fā)電機(jī)或同步電動機(jī)的勵(lì)磁裝置提供勵(lì)磁電流，不需要使用電刷，也不需要額外帶動較大質(zhì)量的鐵芯，而只需要帶動較輕的線圈和支架，消耗較少的機(jī)械能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是根據(jù)本發(fā)明的變壓器的簡化示意圖；
[0024]圖2是根據(jù)本發(fā)明的變壓器的剖視圖；
[0025]圖3是根據(jù)本發(fā)明的變壓器的變化形式的簡化示意圖；
[0026]圖4是使用根據(jù)本發(fā)明的變壓器進(jìn)行勵(lì)磁的同步發(fā)電機(jī)或同步電動機(jī)的簡化系統(tǒng)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面參考附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的變壓器及使用該變壓器的勵(lì)磁裝置、同步發(fā)電機(jī)、同步電動機(jī)。
[0028]附圖是示意性的，并不是按比例繪制的。各部件之間可以有不同的大小比例關(guān)系。
[0029]為了避免本發(fā)明的核心思想被掩蔽，圖中沒有示出一些細(xì)節(jié)。例如，沒有示出用于固定變壓器的鐵芯的裝置。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，對于這些細(xì)節(jié)的各種選擇并不會影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。[0030]圖1是根據(jù)本發(fā)明的變壓器的簡化示意圖。圖2是圖1所示變壓器沿軸線160所在平面剖開的剖視圖。
[0031]如圖1和2所示，根據(jù)本發(fā)明的變壓器具有鐵芯、第一線圈130和第二線圈140。
[0032]鐵芯包括三部分，第一部分112、第二部分114和第三部分116。
[0033]第一部分112基本上垂直于第三部分116。
[0034]第一部分112的一端連接到第二部分114。第二部分114連接到第三部分116。
[0035]第一部分112的另一端與第三部分116之間存在間隙125。
[0036]第三部分116正對第一部分112中心位置處具有開孔。
[0037]轉(zhuǎn)軸150穿過第三部分116的開孔。如圖2所示，開孔處可以設(shè)置有軸套180，轉(zhuǎn)軸150穿過軸套180。
[0038]筒狀支架120具有筒狀部124和筒底部122 (見圖2)。筒狀部124套在第一部分112上。筒底部122位于間隙125中。
[0039]筒底部122是閉合磁路中的一部分，為了減小磁阻，優(yōu)選地，可以由軟磁性材料制成。鐵芯的第一部分112、第二部分114和第三部分116、間隙125以及間隙125中的筒底部122構(gòu)成閉合磁路。
[0040]筒狀部124不屬于閉合磁路，可以由非磁性耐磨材料制成。
[0041]轉(zhuǎn)軸150固定連接到筒底部122的中心位置處，從而可以帶動筒狀支架120旋轉(zhuǎn)。
[0042]第一線圈130纏繞在鐵芯上，可以纏繞在第一部分112上，也可以纏繞在第二部分114或第三部分116上。圖1和2示出了將第一線圈130纏繞在第三部分116上的情形。
[0043]第二線圈140纏繞在筒狀支架120的筒狀部124上。
[0044]第一部分112和筒狀部124之間可以設(shè)置旋轉(zhuǎn)軌道170。旋轉(zhuǎn)軌道170用于支撐筒狀部124，并且便于筒狀部124旋轉(zhuǎn)。
[0045]轉(zhuǎn)軸150的外側(cè)可以設(shè)置有沿著軸線160方向的槽(未示出)。第二線圈140的引線可以沿著槽穿過開孔。
[0046]或者，轉(zhuǎn)軸150可以是中空的，第二線圈140的引線從轉(zhuǎn)軸150內(nèi)部穿過開孔。
[0047]這樣，可以將電能提供給固定的第一線圈130上，在旋轉(zhuǎn)的第二線圈140上感應(yīng)出電能，提供給旋轉(zhuǎn)的對象，例如同步發(fā)電機(jī)或同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子上的勵(lì)磁電路。也可以將從例如發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上引出的電能提供給同步旋轉(zhuǎn)的第二線圈140，在固定的第一線圈130上感應(yīng)出電能，并向外提供。這樣實(shí)現(xiàn)了固定的電路與旋轉(zhuǎn)的電路之間的電能傳遞。
[0048]由于只需要額外帶動第二線圈140和支撐第二線圈140的筒狀支架120旋轉(zhuǎn)，而不需要帶動較為沉重的鐵芯(第一部分112)轉(zhuǎn)動，需要消耗的機(jī)械能較小。
[0049]圖1中示出了鐵芯的第一部分112、第二部分114和第三部分116構(gòu)成不封閉的“口”字形的情況，其中第二部分114由相互垂直的兩個(gè)子部分構(gòu)成。
[0050]然而本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，鐵芯的第一部分112、第二部分114和第三部分116還可以以其它方式布置。
[0051]例如，可以布置為“日”字形等。即，鐵芯的第二部分114具有底部和一個(gè)或多個(gè)從底部延伸的臂部。底部與第一部分112連接，臂部與第三部分116連接。在“日”字形的情況下，是具有兩個(gè)臂部。根據(jù)需要還可以有三個(gè)或更多個(gè)臂部。第一線圈130可以纏繞在第一部分112、第二部分114或第三部分116。[0052]圖3示出了鐵芯設(shè)置為“日”字形的情況。其中第一線圈130設(shè)置在第一部分112上。
[0053]另外，鐵芯的第二部分114還可以呈圓筒狀，具有底部和筒狀壁。底部呈圓盤狀，相應(yīng)地第三部分116也呈圓盤狀。筒狀壁將底部和第三部分116。底部與第一部分112連接。第一部分112從底部的中心位置處沿軸線方向延伸，直到接近第三部分116，并與第三部分116之間留有間隙125。這種情況下，當(dāng)將鐵芯沿過軸線160的平面切開，而不切開第一線圈130和第二線圈140時(shí)，所見到的視圖將與圖3類似。第一線圈130可以也設(shè)置在第一部分112上。
[0054]另外，在第二部分114呈圓筒狀的情況下，第一線圈130也可以設(shè)置在筒狀壁的內(nèi)偵U。只是優(yōu)選進(jìn)一步提供支撐件，來支撐第一線圈130。
[0055]至此，已詳細(xì)描述了根據(jù)本發(fā)明的變壓器。
[0056]下面描述使用根據(jù)本發(fā)明的變壓器進(jìn)行勵(lì)磁操作的勵(lì)磁電路、同步發(fā)電機(jī)或同步電動機(jī)。該勵(lì)磁裝置用于同步發(fā)電機(jī)或同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子。
[0057]圖4是使用根據(jù)本發(fā)明的變壓器進(jìn)行勵(lì)磁的同步發(fā)電機(jī)或同步電動機(jī)的簡化系統(tǒng)框圖。
[0058]同步發(fā)電機(jī)或同步電動機(jī)20包括定子21和轉(zhuǎn)子22。另外，還提供了根據(jù)本發(fā)明的變壓器10。
[0059]可以將轉(zhuǎn)子22的轉(zhuǎn)軸與變壓器10的轉(zhuǎn)軸150配置為能夠同步轉(zhuǎn)動。例如，可以將轉(zhuǎn)子22的轉(zhuǎn)軸與變壓器10的轉(zhuǎn)軸同軸連接。
[0060]在一種實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)子22的轉(zhuǎn)軸和變壓器10的轉(zhuǎn)軸可以通過聯(lián)軸器(未示出)固定聯(lián)接。
[0061]變壓器10與轉(zhuǎn)子22上設(shè)置的勵(lì)磁電路(未示出)構(gòu)成勵(lì)磁裝置。變壓器10的第二線圈140的引線連接到勵(lì)磁電路，并為勵(lì)磁電路提供電流。如上所述，第二線圈140的引線可以沿著轉(zhuǎn)軸150外側(cè)的槽穿過變壓器10的鐵芯的第三部分116的開孔，也可以沿著轉(zhuǎn)軸150中空的內(nèi)部穿過第三部分116的開孔，從而引出到變壓器之外，并進(jìn)一步進(jìn)入同步發(fā)電機(jī)和同步電動機(jī)20的內(nèi)部。
[0062]該電流經(jīng)勵(lì)磁電路中的整流裝置整流，轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娏?，并提供給同步發(fā)電機(jī)或同步電動機(jī)的勵(lì)磁繞組，從而實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁。
[0063]使用根據(jù)本發(fā)明的變壓器來給勵(lì)磁電路(勵(lì)磁裝置)提供電流，不需要使用電刷和集電環(huán)，并且不需要逐級勵(lì)磁，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。
[0064]根據(jù)本發(fā)明的勵(lì)磁裝置是一種無刷勵(lì)磁方式，相對現(xiàn)有勵(lì)磁方式，其結(jié)構(gòu)系統(tǒng)更簡單，更容易實(shí)現(xiàn)，并且損耗小效率高，電磁噪音低，不增加大軸的阻力矩，消耗極少的機(jī)械能。控制方便，維護(hù)方便。
[0065]至此，已參考附圖描述了根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的變壓器、勵(lì)磁裝置、同步發(fā)電機(jī)以及同步電動機(jī)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，還可以對這些實(shí)施例做出各種修改和變更，這些修改和變更同樣在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍不受說明書中描述的具體細(xì)節(jié)的限制，而是由所附權(quán)利要求書限定。
【權(quán)利要求】
1.一種變壓器，其特征在于，包括: 鐵芯，具有第一部分、第二部分和第三部分，第一部分基本上垂直于第三部分，第一部分的一端連接到第二部分，第二部分連接到第三部分，第一部分的另一端與第三部分之間存在間隙，并且第三部分正對第一部分中心位置處具有開孔； 轉(zhuǎn)軸，穿過所述第三部分的開孔； 筒狀支架，具有筒狀部和筒底部，所述筒狀部套在第一部分上，所述筒底部位于所述間隙中，所述轉(zhuǎn)軸固定連接到所述筒底部的中心位置處； 第一線圈，纏繞在所述鐵芯上； 第二線圈，纏繞在所述筒狀支架的筒狀部上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的變壓器，其特征在于， 所述鐵芯的第二部分具有底部和一個(gè)或多個(gè)從所述底部延伸的臂部， 所述底部與第一部分連接，所述臂部與第三部分連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的變壓器，其特征在于， 所述鐵芯的第二部分具有底部和筒狀壁， 所述底部和所述第三部分呈圓盤狀， 所述底部與第一部分連接，所述筒狀壁與第三部分連接， 所述第一部分從所述底部的中心位置處沿軸線方向延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的變壓器，其特征在于，還包括: 旋轉(zhuǎn)軌道，設(shè)置在所述第一部分和所述筒狀部之間，用于支撐所述筒狀部，并且便于所述筒狀部旋轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的變壓器，其特征在于， 所述筒底部由軟磁性材料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的變壓器，其特征在于， 所述筒狀部由非磁性耐磨材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的變壓器，其特征在于，還包括: 軸套，套在所述第三部分的開孔中，所述轉(zhuǎn)軸穿過所述軸套。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的變壓器，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)軸外側(cè)設(shè)置有沿著軸線方向的槽，所述第二線圈的引線沿著所述槽穿過所述開孔；或者 所述轉(zhuǎn)軸是中空的，所述第二線圈的引線從所述轉(zhuǎn)軸內(nèi)部穿過所述開孔。
9.一種用于同步發(fā)電機(jī)或同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁裝置，其特征在于，包括: 勵(lì)磁電路；以及 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任何一項(xiàng)所述的變壓器，所述第二線圈的引線連接到所述勵(lì)磁電路，用于向所述勵(lì)磁電路提供電流， 所述變壓器的轉(zhuǎn)軸適于與所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸對接。
10.一種同步發(fā)電機(jī)或同步電動機(jī)，其特征在于，包括: 轉(zhuǎn)子； 根據(jù)權(quán)利要求8或9的勵(lì)磁裝置，其中所述勵(lì)磁電路設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子上， 所述變壓器的轉(zhuǎn)軸與所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸對接，從而同步旋轉(zhuǎn)。
【文檔編號】H02K19/12GK104036935SQ201410308759
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】謝勝利, 謝琮玖, 張?zhí)炀? 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)冀北電力有限公司技能培訓(xùn)中心