專利名稱：波形繞組的有相位移的多相電動發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是與美國海軍簽訂合同在政府支持下制成的。政府對本發(fā)明擁有一定的權(quán)利。
本發(fā)明涉及電動發(fā)動機(jī)，更具體地說，涉及具有許多個彼此有相位移的多相繞組的大型交流(AC)電動發(fā)電機(jī)。就發(fā)電機(jī)來說，在整流時由于相數(shù)多，故能產(chǎn)生紋波系數(shù)低的直流。
通常的多相發(fā)電機(jī)使用一個具有圍繞其圓周按相帶間隔開的若干組疊繞組的電樞。疊繞組可以看作具有軸向段的、設(shè)置在面對旋轉(zhuǎn)磁場構(gòu)件即轉(zhuǎn)子的電樞內(nèi)圓周槽中的線圈的導(dǎo)線線圈。各疊繞組借助于端匝連接到一起，按需要構(gòu)成電樞的閉合繞組。每相一個的若干連接滑環(huán)排列在發(fā)電機(jī)的一端，以便把所有疊繞組連向外部設(shè)備。在Y型連接電樞中，還有零線即另外一個或三個附加的連接滑環(huán)、把它的中線連接到外部裝備。
通常，這些連接滑環(huán)是用重型銅條制的幾乎全整的圓。在一臺三相電機(jī)中，舉例來說，在電樞的所述端間隔開三個、四個或六個連接滑環(huán)，用來把電樞中產(chǎn)生的AC功率連接到外部電路。這些連接滑環(huán)需要在發(fā)電機(jī)的所述端占有相當(dāng)?shù)目臻g。這樣的間隔要求增大電機(jī)的整體尺寸，從而，與通?？裳b入有限空間的緊湊機(jī)械的要求相抵觸。
波形繞組和疊繞組正相反。疊繞組主要是設(shè)置在電機(jī)周邊比較小區(qū)域中的一種閉合線圈。波形繞組則是一種展開的繞組，它沿著安裝于其上的另件的軸構(gòu)成行波式布置。將各段布置的終端按循序方式連接在一起，使得該波形繞組能夠圍繞它安裝于其上的另件的整個周邊制成一個或多個不間斷的通路。波形繞組已被應(yīng)用于，例如，DC發(fā)電機(jī)和電動機(jī)的繞線式轉(zhuǎn)子上，以及應(yīng)用于AC感應(yīng)電動機(jī)的繞線式轉(zhuǎn)子上，例如，用作風(fēng)洞的驅(qū)動電動機(jī)。在CLDawes所著，McgrawHill1937年出版的教科書“電力工程”(EleclricalEngineering”)第三版第一卷-直流電流部分中已給出這種類型波形繞組應(yīng)用的一般說明。在它們的轉(zhuǎn)子中應(yīng)用波形繞組的DC發(fā)電機(jī)比它們應(yīng)用疊繞組的對應(yīng)物產(chǎn)生更高的電壓和較低的電流。這正是一般DC機(jī)械裝置所要求考慮到的。
波形繞組已應(yīng)用于繞線式轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子，以避免在疊繞組情況下必需的極間跨接線連接。這種應(yīng)用構(gòu)成易于平衡和易于支撐的增強(qiáng)的轉(zhuǎn)子繞組。在MacMillanCompany1924年出版的、LAHazeltine所著的“電力工程”(“ELecTricalEnglneering”)一書中對這種應(yīng)用已進(jìn)行過研討。
一臺AC發(fā)電機(jī)，其輸出準(zhǔn)備進(jìn)行整流或其輸出準(zhǔn)備進(jìn)行頻率變換用的，例如，一臺循環(huán)換流器，面臨各種特定的要求。對于這種應(yīng)用來說，要求在經(jīng)整流或頻率變換的輸出中降低脈沖諧波的振幅。
如上所提出的，波形繞組已應(yīng)用于電動機(jī)和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子中。本發(fā)明者們知道波形繞組在某些水力發(fā)電機(jī)的電樞中的應(yīng)用，但通常人們并不鼓勵應(yīng)用波形繞組。因為這種波形繞組的缺點蓋過了它們可能得到的任何優(yōu)點。
本發(fā)明的一個目的是提供一種AC發(fā)電機(jī)，它使容納具有許多個相互間有相位移的多相繞組的電動發(fā)電機(jī)的繞組相的連接滑環(huán)和中線連接滑環(huán)所需要的空間減小到最低限度。
本發(fā)明的另外目的是提供一種具有包含若干組多相繞組的電樞的AC電動發(fā)電機(jī)，其中，各組多相繞組相互之間是有相位移的。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種具有若干組多相繞組的多相AC電動發(fā)電機(jī)，其中，每組多相繞組包含許多個波形繞組。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種具有若干多相繞組的多相AC電動發(fā)電機(jī)，其中，用于所有各組多相繞組的連接滑環(huán)是弧形滑接器，它們所占有的位置顯著小于一個全圓，借此，將所有連接環(huán)設(shè)置在一個公共的平面中。
簡要地說，本發(fā)明提供一種包含許多多相繞組的AC電動機(jī)的電樞。每個多相繞組都是一個基本上環(huán)繞通過電樞整個圓周的波形繞組。在一個實施例中，四組三相Y連接繞組波式纏繞在電樞中。該四個三相繞組彼此相隔15電角度，與24相脈沖整流器配合使用。通過設(shè)置在四個平行平面上中的四個扇形連接器構(gòu)成通向每個相位和每三相繞組的中線的外部連接。通過與所述首次提及的扇形連接器分享相應(yīng)平面的另外扇形連接器構(gòu)成通向其余九相和三條中線的連接。
按照本發(fā)明的一個實施例，提供了一種AC電動發(fā)電機(jī)用的電樞，它包括在電樞中的一個第一多相繞組，該第一多相繞組采用波形繞法，在電樞中的至少一個第二多相繞組，該至少一個第二多相繞組也采用波形繞法，該第一和至少一個第二多相繞組就相互之間而論是有相位移的，第一組多個扇形體連接器支承在最靠近電樞的第一平行平面上，至少有一個第二組多個扇形體連接器支承在鄰近電樞的第二平行平面上，第一平行平面的每一個與第二平行平面之一共面，第一多相繞組的至少某些相被連接到第一組多個扇形體連接器的一個扇形體上，并且，至少第二多相繞組中至少所有其余各相被連接到第二組多個扇形體連接器上。
按照本發(fā)明的一個特證，提供了一種AC電動發(fā)電機(jī)用的電樞，它包括在電樞中的第一、第二、第三和第四三相繞組，該第一、第二、第三和第四三相繞組采用波形繞法，該第一、第二、第三和第四三相繞組就相互之間而論是有相位移的，支架在鄰近電樞的第一平行平面中的第一、第二、第三和第四若干扇形連接器中，該第一、第二、第三和第四疊扇形連接器各自包含在第一公共平面中的第一扇形體，該第一、第二、第三和第四疊扇形連接器各自包含在第二公共平面中的第二扇形體，該第一、第二、第三和第四疊扇形連接器各自包含在第三公共平面中的至少一個第三扇形體，以及至少該第一、第二、第三和第四三相繞組的某些相被分別連接到該第一、第二、第三和第四疊扇形連接器中獨(dú)立的一個扇形體上。
本發(fā)明的上述的以及其他的目的、特征和優(yōu)點通過下面的說明連同參考附圖將一清二楚;附圖中相同標(biāo)號指明同樣的元件。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的三相發(fā)電機(jī)重要部件的簡化分解示意圖，圖上對理解本發(fā)明所必需的元件的位置參照作出標(biāo)志。
圖2A-2D是按照本發(fā)明的發(fā)電機(jī)的四個三相繞組的相量圖。
圖3是顯示三相發(fā)電機(jī)一波形繞組的一相繞組的展開電樞圖。
圖4是按照本發(fā)明實施例采用扇形連接器的發(fā)電機(jī)一個端頭部分的特寫近攝圖。
圖5-8是本發(fā)明發(fā)電機(jī)四個三相繞組的連接圖，圖中包含三相繞組與它們相應(yīng)扇形連接器的連接。
本發(fā)明可應(yīng)用于具有任何要求相數(shù)的多相電機(jī)。但為具體起見，以下說明均指三相電機(jī)，尤指三相發(fā)電機(jī)。然而不應(yīng)認(rèn)為本發(fā)明僅局限于圖示實施例的這種選擇。
參照圖1，圖上示出的現(xiàn)有技術(shù)三相發(fā)電機(jī)適當(dāng)?shù)牟糠挚傮w上以10表示。對于說明本發(fā)明不必要的三相發(fā)電機(jī)10的通用零件圖上已予以省略。
圓柱形的轉(zhuǎn)子12借助于軸承(未示出)用軸16和18可旋轉(zhuǎn)地支承在環(huán)形電樞14的里面。電樞14內(nèi)部有許多槽20，槽內(nèi)包含一根或多根按平行于電樞14縱軸的方向直線布置的導(dǎo)體條(未示出)。每根導(dǎo)體條的每一端頭利用一端匝連接到選定的另一根導(dǎo)體條的端頭上，以一種模式，即以集合體形式連接的電路組成電樞14的繞組。
根據(jù)慣例，各繞組連接構(gòu)成閉合線圈，如以上做出標(biāo)記為疊繞組。疊式繞法的三相發(fā)電機(jī)10每相的功率輸出建立在環(huán)繞電樞14圓周間隔開的幾個位置處。若干連接滑環(huán)22同軸地層迭在三相發(fā)電機(jī)10的一端，用作從三相發(fā)電機(jī)10的繞組到外部電路(未示出)之間、三相發(fā)電機(jī)10的三相輸出的連接。在三相發(fā)電機(jī)10的Y連接型式中，用四個連接滑環(huán)22a、22b、22c和22n把三相功率加上所有相的中線連接到外部設(shè)備上。
因為在那里構(gòu)成連接的各點是圍繞槽20的周邊而間隔開的，所以要求每個連接滑環(huán)都是全圓。
四個連接滑環(huán)22a、22b、22c和22n同軸地被層迭在三相發(fā)電機(jī)10的端頭，通常通過和定子框架中支撐條連結(jié)而加以支撐(未示出)。
在整流時，三相發(fā)電機(jī)10的DC輸出包含一顯著的紋波分量，它包括較高的電噪聲分量。在要求紋波系數(shù)非常低，或噪聲非常低的應(yīng)用中，必須配備降低紋波系數(shù)的裝置。在小功率設(shè)備中，濾波用電容器和/或電感器可提供令人滿意的輸出紋波系數(shù)。在大功率設(shè)備中，濾波器組件的尺寸、重量和成本就使得它們的應(yīng)用不具吸引力了。
由本發(fā)明者們從事的另一種形式包括提供多于一組的環(huán)繞電樞14圓周相位移的三相繞組。也就是說，在槽20中設(shè)置兩組或更多組三相繞組，并將其連接供外部入口之用。
暫時先參照圖2A-2D，四組分開的三相繞組24(圖2A)26(圖2B)，28(圖2C)和30(圖2D)設(shè)置在槽20中，彼此間具有相位移。在圖中示出的三相繞組中，相位移是15電角度?，F(xiàn)隨意地把三相繞組24的相對相位標(biāo)為電角度零，三相繞組26的相對相位是15電角度，三相繞組28的相對相位是30電角度，而三相繞組30的相對相位是45電角度。當(dāng)對四個三相繞組24-30的輸出進(jìn)行整流并求總和時，在整流后的DC輸出中紋波的特性諧波，與圖1的三相發(fā)電機(jī)10單個三相繞組的情況相比，頻率要高得多而振幅則低得多。
現(xiàn)返回到圖1，應(yīng)用四組三相疊繞組會產(chǎn)生一個問題。即，每組三相繞組需要四個連接滑環(huán)。在四組三相繞組的情況下，則必須在十六個平面中設(shè)置總數(shù)為十六個的連接滑環(huán)。必須支承如此眾多的連接滑環(huán)，而且必須加以相互絕緣。占據(jù)約24軸向英寸的大型懸臂體不能如三相電機(jī)的四個連接滑環(huán)22那樣支撐在各端匝上。這樣，必須設(shè)計和建立附加的支架裝備。此外，顯著的超長度將使三相發(fā)電機(jī)10的總長度顯著增大。
下面參照圖3，為了便于說明起見，圖中電樞14以展開的形式即平面展開形式展示。波形繞組32由安置在各槽20中的各導(dǎo)體條34并借助于各端匝將它們連接在一起而組成。如在圖中見到的，相繼導(dǎo)體條34的連接是循序的，由此，基本上電樞14的整個圓周中的槽20都接納導(dǎo)體條34。在本發(fā)明的一個實施例中，同一個繞組環(huán)繞電樞14的圓周兩整圈。
圖3中只畫出四組三相繞組之中一組的一個相繞組。其他相繞組圖上均未示出，將導(dǎo)體條34埋入其余各槽20中，以便用波形繞組32形成一組三相繞組的其余兩個相繞組。此外，該其余的兩相繞組與圖上說明的相繞組，加上另外三組三相繞組的九個相繞組，波形纏繞在環(huán)繞電樞14的圓周上它們有關(guān)相位置的槽20中。
在本申請書中的波形繞法的優(yōu)點在于，既然它們包圍了電樞的整個圓周，那么幾乎在圓周上的任何一點都能連接到任何一個波繞組上，而不象疊繞組那樣只能在有限的特定幾點連接，因而不必采用整圓的連接滑環(huán)就能連接到每一相和中線上。
下面參照圖4，圖中示出按照本發(fā)明的一個實施例的總的以標(biāo)號36表示的波形繞法四繞組三相發(fā)電機(jī)。如以上現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備一樣、圖中對于公開本發(fā)明不必要的繞組和其他零件亦予以省略。第一疊扇形連接器38a、38b、38c和38d設(shè)置于各平行平面中，以便與電樞14中四組三相繞組之中一組的三條相線和1條中線連接。同樣地，第二疊扇形連接器40a、40b、40c和40d與第一疊中具有相同后綴對應(yīng)物設(shè)置于公共平面中，以便與四組三相繞組中另一組的三條相線和1條中線連接。另外，第三和第四疊扇形連接器42和44占有其余的象限位置。由于每一疊扇形連接器占有小于全象限的位置，所以每一平面允許連接波形繞組三相發(fā)電機(jī)36的所有四個三相繞組的相應(yīng)相。因此，在如圖1應(yīng)用通用連接滑環(huán)22連接三條相線和一條中線所需要的相同空間中，可提供十二條相線和四條中線的連接。
以后會看出，不需要全象限用于一組或多組三相繞組的三條相線和一條中線的連接。這樣，扇形連接器可以更準(zhǔn)確地被稱之為連接器扇形體。在某些情況下，各扇形連接器可越出環(huán)形部分形狀之外。例如，一片帶角度的導(dǎo)電金屬片就足以提供至少某些相的連接?？梢韵嘈牛黄山嵌鹊钠梢钥醋魇且粋€扇形連接器，并且，這種關(guān)系應(yīng)當(dāng)列入本說明和權(quán)利要求書。
圖5示出，對于三相繞組之一，導(dǎo)體條34經(jīng)由96槽的電樞14的路徑選擇，以及各相線及中線連接到相應(yīng)扇形連接器的情況。類似地，圖6-8表示其余三組三相繞組的路徑選擇和接法。
熟悉本行技術(shù)的人會明白，本發(fā)明并不局限于包含四組三相繞組的設(shè)備。在本發(fā)明的一個實施例中，采用兩組有相位移的三相繞組。該兩繞組設(shè)備雖然在整流輸出中也減少紋波，但卻需要使整流輸出進(jìn)一步平滑化的裝置，例如，需應(yīng)用一個大感應(yīng)線圈以便達(dá)到很低的紋波系數(shù)。這種大感應(yīng)線圈的尺寸、重量和成本使所述兩繞組實施例的吸引力小于另一種四繞組的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員參照本發(fā)明公開的技術(shù)也可畫出采用三繞組、五繞組以及其他數(shù)目的三相繞組。此外，本發(fā)明確定了一種多相系統(tǒng)，其中，三相設(shè)備只是用來舉例說明的。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可在每個繞組中采用兩相和四相或更多相。
參照各附圖對本發(fā)明的最佳實施例進(jìn)行了描述之后就會明白，本發(fā)明并不局限于那些明確的實施例，在不違背如附帶的權(quán)利要求書中所定義的本發(fā)明的范圍或精神的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以實現(xiàn)各種變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種AC發(fā)電機(jī)用的電樞，其特征在于包括在該電樞中的一個第一多相繞組，該第一多相繞組采用波形繞法，在該電樞中的至少一個第二多相繞組，至少一個的該第二多相繞組采用波形繞法，該第一和至少一個第二多相繞組相互之間有相位移，一個第一疊扇形連接器支架在鄰近該電樞的第一組平行平面中，至少一個第二疊扇形連接器支架在鄰近該電樞的第二組平行平面中，該第一組平行平面的每一個與該第二組平行平面之一是共面的，該第一多相繞組的至少某些相被連接到該第一疊扇形連接器的各扇形體上，以及至少一個的該第二多相繞組的至少所有其余各相被連接到該第二疊扇形連接器上。
2.按照權(quán)利要求1的電樞，其特征在于所述第一和第二疊扇形連接器是第一和第二疊扇形體連接器。
3.一種AC發(fā)電機(jī)用的電樞，其特征在于它包括該電樞中的第一、第二、第三和第四三相繞組，該第一、第二、第三和第四三相繞組采用波形繞法，該第一、第二、第三和第四三相繞組相互之間有相位移，第一、第二、第三和第四疊扇形連接器支架在鄰近該電樞的第一組平行平面中，所述第一、第二、第三和第四疊扇形連接器各自包含在第一公共平面中的一個第一扇形體，所述第一、第二、第三和第四疊扇形連接器各自包含在第二公平平面中的一個第二扇形體，所述第一、第二、第三和第四疊連接器各自包含在第三公共平面中的至少一個第三扇形體，以及所述第一、第二、第三和第四三相繞組的至少某些相被分別連接到所述第一、第二、第三和第四疊扇形連接器的一個扇形體上。
全文摘要
一種AC發(fā)電機(jī)用的電樞包含若干多相繞組。多相繞相的每相繞組是基本上環(huán)繞通過電樞整個周邊的波形繞組。在一個實施例中，四組三相繞組在電樞中采用波形繞法。通過設(shè)置在四個平行平面中的四個扇形連接器構(gòu)成每相和每組三相繞組的中線的外部連接。通過另外的與首先提及的扇形連接器分享相應(yīng)平面的扇形連接器構(gòu)成到其余九條相線和三條中線的連接。
文檔編號H02K3/28GK1043046SQ89106148
公開日1990年6月13日 申請日期1989年7月22日 優(yōu)先權(quán)日1988年11月23日
發(fā)明者馬爾科姆·達(dá)德利·霍頓, 曼諾·蘭普拉沙德沙, 查爾斯·約瑟夫·捷克 申請人:通用電氣公司