專利名稱：旋轉(zhuǎn)電機(jī)及其圓柱形轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)，更確切地說，涉及這樣一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)及其圓柱形轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子中設(shè)有多個槽，在每個槽中繞有磁場繞組，適于降低在旋轉(zhuǎn)電機(jī)和其圓柱形轉(zhuǎn)子的電壓變化率。
旋轉(zhuǎn)電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子組成。同步電機(jī)分為兩種類型，即旋轉(zhuǎn)電樞型電機(jī)，其中的磁場磁極是固定的，電樞(繞組)是旋轉(zhuǎn)的；以及旋轉(zhuǎn)磁場型電機(jī)，其中電樞(繞組)為定子，磁場磁極是轉(zhuǎn)子。此外，旋轉(zhuǎn)磁場型轉(zhuǎn)子分為凸極型轉(zhuǎn)子和圓柱型旋轉(zhuǎn)磁場型轉(zhuǎn)子。通常，由于凸極型轉(zhuǎn)子可以在磁場繞組中產(chǎn)生強(qiáng)的磁動勢以及易于提高極對數(shù)，將凸極型轉(zhuǎn)子用于發(fā)電機(jī)，例如水輪發(fā)電機(jī)。另一方面，由于圓柱形旋轉(zhuǎn)磁場型轉(zhuǎn)子具有高的機(jī)械強(qiáng)度和形成很小的風(fēng)摩損耗，用于由汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動的透平發(fā)電機(jī)。
在用于透平發(fā)電機(jī)的圓柱形旋轉(zhuǎn)磁場型轉(zhuǎn)子中，磁場繞組以分布繞制方式繞在形成在圓柱形鐵芯中的多個槽內(nèi)。為了壓住每一磁場繞組，將槽楔嵌入每個槽的上部。為什么磁場繞組要按分布繞制方式繞制，其原因在于，在氣隙中的磁通密度分布幾乎呈正弦波波形，以及磁動勢的波形也為正弦波形。此外，為了在空載運(yùn)行時使電動勢的波形也幾乎為正弦波，已經(jīng)設(shè)計這樣一種結(jié)構(gòu)，即最接近每個磁場磁極的槽的深度比其它的槽要淺。然而，在上述結(jié)構(gòu)中，由于在帶載運(yùn)行時的電樞反應(yīng)產(chǎn)生的磁動勢使磁通密度分布畸變。因此，在JP-A-45307/1974或公開了在磁通密度分布畸變時的降低諧波分量的方法，其中在最高磁通(密度)的位置處形成的一或多個槽的寬度和深度比其它的槽小。
雖然，按照上面的設(shè)計技術(shù)形成的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)使壓電樞線圖中感應(yīng)的電壓形成的波形幾乎為正弦波，下面解釋這樣形成的結(jié)構(gòu)引起的問題，即為了得到所需的短路比，該結(jié)構(gòu)需使旋轉(zhuǎn)電機(jī)尺寸加大。
用一條稱為無載飽和曲線的曲線表示在發(fā)電機(jī)無載運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速的運(yùn)行狀態(tài)下的端電壓和磁場電流之間的相互關(guān)系。此外，用一被稱為短路曲線的一條曲線來表示在處于額定轉(zhuǎn)速下的發(fā)電機(jī)輸出端被短路的運(yùn)行狀態(tài)下的短路電流和磁場電流之間的關(guān)系。短路比由磁場電流If0與磁場電流Ifa之比來表示，即a＝If0/Ifa，磁場電流If0為運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速下的無載發(fā)電機(jī)產(chǎn)生額定電壓所需的磁場電流，磁場電流Ifa為產(chǎn)生等于發(fā)電機(jī)額定電流的三相短路電流所需的磁場電流。
具有大的短路比的電機(jī)從構(gòu)成材料的觀點來看包括比較多的鐵和較少的銅。因此被稱為“鐵”電機(jī)。因此，這種電機(jī)的制造成本恒定損耗，例如鐵損、機(jī)械損耗等等變高，因而這種電機(jī)的效率也是低的。另一方面，這種電機(jī)具有的優(yōu)點是，小的電壓調(diào)整率以及高的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，大的線路負(fù)荷容量等等。
具有小的短路比的電機(jī)與標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)比較，在電樞繞組中具有更大數(shù)量的線圖導(dǎo)線，并且它的尺寸小。這樣一種電機(jī)稱為“銅”電機(jī)，其中使用了比較多的銅，“銅”電機(jī)的電樞反應(yīng)和電樞漏電抗通常是大的。
由于對于發(fā)電機(jī)，希望電壓調(diào)節(jié)率降低得盡可能小，以及將電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和線路負(fù)載能量提高得盡可能大，通常通過增加定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙或降低在電樞繞組中的線圈導(dǎo)線的量，來增加發(fā)電機(jī)的短路比。然而，如果增加定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙，發(fā)電機(jī)的尺寸和發(fā)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時的電流會變大。此外，為了降低在電樞繞組的線圈導(dǎo)線的數(shù)量和提高磁場的磁通，需要大力增加磁場電流。為了增加磁聲電流，需要加大用于對磁場繞組激磁的激磁電源，這樣就增加了發(fā)電機(jī)的成本。
在JP-A-4530/1974中公開的槽的結(jié)構(gòu)和形狀對于提高短路比幾乎是無效的。此外，由于更形成幾種類型的槽，槽的加工工藝變得復(fù)雜，槽的形狀還應(yīng)隨槽的不同類型變化，這也增加了發(fā)電機(jī)的成本。
本發(fā)明的目的是提供一種用于具有大的短路比的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的圓柱形轉(zhuǎn)子，其限制制造成本的增加，并具有小的電壓調(diào)整率即高的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種圓柱形轉(zhuǎn)子，其中橫軸q位于在兩個磁場磁極之間的方向上，直軸d位于在與位于在兩個磁場磁極的中心線處的橫軸q相垂直延伸的方向上，對于磁磁場磁通，具有分成兩組的多個槽，兩組槽相對于直軸d對稱配置，在多個槽中的每一槽中設(shè)置磁場繞組，該圓柱形轉(zhuǎn)子具有這樣一種結(jié)構(gòu)，即在所述兩組槽中的兩含雙槽的對槽中的每一對槽中，這樣的成對的兩個槽之間的距離與這樣一種圓柱形轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)即其中成對的兩個槽的深度與多個槽中的其它槽的深度相同的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相比較短，該成對的兩個槽位于兩組槽的最外側(cè)且分別對稱地位于直軸d的最接近的右側(cè)和左側(cè)。
此外，本發(fā)明提供一種圓柱形轉(zhuǎn)子，其中的橫軸q位于在兩個磁場磁極之間的方向上，直軸d位于在與在兩個磁場磁極的中心線處的橫軸q垂直延伸的方向上，對于磁場磁通，具有分成兩組的多個槽，兩組槽相對于直軸d對稱配置，在多個槽中的每一個槽中設(shè)置磁場繞組，該圓柱形轉(zhuǎn)子具有這樣一種結(jié)構(gòu)，即在兩組槽中的兩含雙槽的對槽中的每一對槽中，這樣成對的兩個槽的寬度形成得等于或大于其它槽的寬度，即該成對的兩個槽位于兩組槽的最外側(cè)且分別對稱地位于直軸d最接近的右側(cè)和左側(cè)，以及在該兩含雙槽的對槽中的一對槽中的槽的深度深于多個槽中的其它槽。
此外，本發(fā)明提供一種圓柱形轉(zhuǎn)子，其中的橫軸q位于在兩個磁場磁極之間的方向上，直軸d位于在與在兩上磁場磁極的中心線處的橫軸q垂直延伸的方向上，對于磁場磁通，具有分成兩組的多個槽，兩組槽相對于直軸d對稱配置，在多個槽中的每一個槽中設(shè)置磁場繞組，該圓柱形轉(zhuǎn)子具有這樣一種結(jié)構(gòu)，即在兩組槽中的兩含雙槽的對槽中的每一對槽中，這樣的成對的兩個槽的寬度設(shè)計得等于或大于其它槽的寬度，該成對的兩個槽位于兩組槽的最外側(cè)且分別對稱地位于直軸d的最接近的右側(cè)和左側(cè)，以及在該兩含雙槽的對槽中的每一個槽的底部處形成一附加的槽。
此外，本發(fā)明提供一種圓柱形轉(zhuǎn)子，其中的橫軸q位于在兩個磁場磁極之間的方向上，直軸d位于在與在兩個磁場磁極的中心線處的橫軸q垂直延伸的方向上，對于磁場磁通，具有分成兩組的多個槽，兩組槽相對于直軸d對稱地配置，在多個槽中的每一個槽中設(shè)置磁場繞組，該圓柱形轉(zhuǎn)子具有這樣一種結(jié)構(gòu)，即在該兩組槽中的兩含雙槽的對槽中的每一對槽中，這樣的成對的兩個槽的寬度設(shè)計得等于或大于其它槽的寬度，該成對的兩個槽位于兩組槽的最外側(cè)且分別對稱地位于直軸d的最接近的右側(cè)和左側(cè)，以及在該兩含雙槽的對槽中的每一對槽中，在該成對的兩個槽中的至少一個槽的一外側(cè)和較接近直軸d的一位置處形成一附加的槽，其深度深于兩含雙槽的對槽的深度。
此外，本發(fā)明提供一種圓柱形轉(zhuǎn)子，其中的橫軸q位于在兩個磁場磁極之間的方向上，直軸d位于在與在兩個磁場磁極的中心線處的橫軸q垂直延伸的方向上，對于磁碭磁通，具有分成兩組的多個槽，兩組槽相對于直軸d對稱地配置，在多個槽中的每一個槽中設(shè)置磁場繞組，該圓柱形轉(zhuǎn)子具有這樣一種結(jié)構(gòu)，即在該兩組槽中的兩含雙槽的對槽中的每一對槽中，這樣的成對的兩個槽的寬度形成得等于或大于其它槽的寬度，該成對的兩個槽位于兩組槽的最外側(cè)且分別對稱地位于直軸d的最接近的右側(cè)和左側(cè)，以及位置在該兩含雙槽的對槽中的每一對槽中，成對的兩個槽中的沿旋轉(zhuǎn)方向趨前前軸d的一位置處的一個槽的寬度形成得深于在分成兩組的多個槽中的每組中的其它槽的深度。
此外，在本發(fā)明提供一種圓柱形轉(zhuǎn)子，其中的橫軸q位于在兩個磁場磁極之間的方向上，直軸d位于在與在兩個磁場磁極的中心線處的橫軸q垂直延伸的方向上，對于磁場磁通，具有分面兩組的多個槽，兩組槽相對于直軸d對稱地配置，在多個槽中的每一個槽中設(shè)置磁場繞組，該圓柱形轉(zhuǎn)子具有這樣一種結(jié)構(gòu)，即在所述兩組槽中的兩含雙槽的對槽中的每一對槽中，這樣的成對的兩個槽之間的距離，與其中的成對的兩個槽的深度與多個槽中的其它槽的深度相同的圓柱形轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相比較短，該成對的兩個槽位于兩組槽的最外側(cè)且分別對稱地位于直軸d最接近的右側(cè)和左側(cè)，以及多個槽中的每一個槽由上部和下部構(gòu)成，上部位于圓柱形轉(zhuǎn)子的圓周表面?zhèn)?，具有均勻的寬度，下部位于所述槽的底部?cè)，具有沿至槽底部方向帶錐度的逐漸降低的寬度，以及兩含雙槽的對槽的寬度設(shè)計得等于或大于多個槽中的其它槽的寬度。
此外，本發(fā)明提供一種圓柱形轉(zhuǎn)子，其中的橫軸q位于在兩磁場磁極之間的方向上，直軸d位于在與在兩磁場磁極的中心線處的橫軸垂直延伸的方向上。對于磁場磁通，具有分成兩組的多個槽，兩組槽相對于直軸d對稱地配置，在多個槽中的每一槽中設(shè)置磁場繞組，該圓柱形轉(zhuǎn)子具有這樣一種結(jié)構(gòu)，即在所述兩組槽中的兩含雙槽的對槽中的每一對槽中，這樣的成對的兩個槽之間的距離，與在其中的成對的兩個槽的深度與多個槽中的其它槽的深度相同的圓柱形轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)相比較短，該成對的兩個槽位于該兩組槽的最外側(cè)且分別對稱地位于直軸d的最近的右側(cè)和左側(cè)；以及多個槽中的每一個槽由上部和下部構(gòu)成，上部位于圓柱形轉(zhuǎn)子的圓周表面?zhèn)龋哂芯鶆虻膶挾?，下部位于所述槽的底?cè)，具有沿至該槽底部的方向帶錐度的逐漸降低的寬度；以及兩含雙槽的對槽的寬度設(shè)計得等于或大于多個槽中的其它槽的寬度，其中在兩含雙槽的對槽中每對槽中的成對的兩個槽中的，沿旋轉(zhuǎn)方向在超前于直軸d的一位置處的一個槽的上部深度設(shè)計得深于在分成兩組的多個槽中的每一組中的其它槽的上部的深度。
此外，本發(fā)明提供一種圓柱形轉(zhuǎn)子，其中的橫軸q位于在兩個磁場磁極之間的方向上，直軸d位于在與在兩個磁場磁極的中心線處的橫軸q垂直延伸的方向上，對于磁場磁通，具有分成兩組的多個槽，兩組槽相對于直軸d對稱地配置，在多個槽中的每一個槽中設(shè)置有磁場線圈，該圓柱形轉(zhuǎn)子具有這樣一結(jié)構(gòu)，即一個槽位于在兩組槽中的每一組中的最外側(cè)且在沿旋轉(zhuǎn)方向位于超前直軸d的一位置處，使得各磁場磁極槽之間的間距被縮短。


圖1是在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的圓柱形轉(zhuǎn)子的橫斷面圖。
圖2是表示該實施例電機(jī)處于無載運(yùn)行狀態(tài)時的磁通密度分布圖。
圖3是表示該實施例電機(jī)處于負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)時的磁通密度分布圖。
圖4是表示該實施例中的磁動勢矢量的示意圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例中的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的圓柱形轉(zhuǎn)子的橫斷面圖。
圖6是在根據(jù)本發(fā)明的另一實施例中的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的圓柱形轉(zhuǎn)子的放大及沿圓周方向展開的橫斷面圖。
圖7是在根據(jù)本發(fā)明的另一實施例中的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的電樞線圈的放大及沿圓周方向展開的橫斷面圖。
圖8是在根據(jù)本發(fā)明的另一實施例中的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的圓柱形轉(zhuǎn)子的橫斷面圖。
圖9是在根據(jù)本發(fā)明的另一實施例中的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的圓柱形轉(zhuǎn)子的橫斷面圖。
圖10是在根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的圓柱形轉(zhuǎn)子的放大及沿圓周方向展開的橫斷面圖。
圖11是在根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的圓柱形轉(zhuǎn)子的橫斷面圖。
圖12是在根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的圓柱形轉(zhuǎn)子的橫斷面圖。
圖13是在常規(guī)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的圓柱形轉(zhuǎn)子的橫斷面圖。
下面參照附圖針對各實施例解釋本發(fā)明的詳細(xì)情況。
圖1是在根據(jù)本發(fā)明的一實施例的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的圓柱形轉(zhuǎn)子的橫斷面圖。圖2是表示處于無載運(yùn)行狀態(tài)時的磁通密度分布的示意圖。圖13是表示處于負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)時的磁通密度分布的示意圖。圖4是表示磁動勢矢量的示意圖。
旋轉(zhuǎn)電機(jī)的圓柱形轉(zhuǎn)子1通常是通過將主軸、磁場磁極，鐵芯等部分組裝成為一個實體結(jié)構(gòu)形成的，由鐵磁性的高強(qiáng)度鐵合金制成。如在圖1中所示，槽2、槽3、槽4和槽5形成沿在沿徑向的鐵芯部分中，磁場繞組6繞在槽2、槽3、槽4和槽5中的每一個槽內(nèi)，利用槽楔壓緊和固定，以便不會彈出。在槽2、槽3、槽4和槽5中的每兩個彼此相鄰的槽之間的間距是不變的。此外，地于磁場磁通，沿在兩個磁極之間的方向的軸線稱為槽軸q，與兩個磁極的中心線處的上述軸線相垂直方向延伸的軸線稱為直軸d。
在圖13中所示的常規(guī)的圓柱形轉(zhuǎn)子1中，為了使產(chǎn)生的電動勢的波形接近正弦波，即磁通密度分布接近正弦波，最接近該對兩個磁極中的每個對應(yīng)的磁極形成的槽2和槽3的深度淺于槽4和槽5的深度。
在圖2中表示處于無載運(yùn)行狀態(tài)時的在氣隙處的磁通密度分布，實線14和虛線15分別表示當(dāng)在常規(guī)的和本發(fā)明的實施例的兩個轉(zhuǎn)子中流過相同的電流If02時，在兩個轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生的兩種磁通分布波形。如在圖2中所示，在圖1所示的本發(fā)明的轉(zhuǎn)子的磁極部分11處的磁通密度分布的波形方面存在著波形畸變，與在圖13中所示的常規(guī)轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生的磁通密度分布波形相比波形中的諧波分量變大，這是由于其中的槽2和槽3的深度比槽4和槽5要深。因此，在本發(fā)明的轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生的磁通密度分布波形是一種畸變的正弦波。
參照圖4解釋上述現(xiàn)象。由于電樞(繞組)(在圖中未表示)在無載運(yùn)行狀態(tài)處于開路狀態(tài)，在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中產(chǎn)生的磁動勢僅為磁場磁動勢Ff。該磁場磁動勢Ff是沿與d軸的方向相同的方向產(chǎn)生的，利用一沿d軸取向的矢量來表示。由于圓柱形轉(zhuǎn)子1包含的磁場繞組6和槽楔7是由非磁性材料制成的，由磁場磁動勢Ff產(chǎn)生的磁通其路徑通過沿d軸的磁極部分11。即使在常規(guī)的轉(zhuǎn)子和本發(fā)明的轉(zhuǎn)子中兩個磁極之間的角度相同，如果槽2和槽3的深度深于槽4和槽5的深度，位置對稱于d軸的成對的兩個槽即槽2和槽3之間的距離，即極間的相應(yīng)距離10變短。因而，僅在成對的兩個極2和3之間的磁通密度變高。如在圖13中所示，用If02表示在常規(guī)的轉(zhuǎn)子中在額定轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生額定電壓所需的磁場電流時，因為其中的槽2和槽3的深度比槽4和槽5要淺，當(dāng)相同的電流If02流過圖1中所示的轉(zhuǎn)子中時，不能產(chǎn)生額定電壓，這是由于與在圖13中所示的常規(guī)轉(zhuǎn)子中感應(yīng)的電壓相比，在電樞線圈中感應(yīng)的電壓中產(chǎn)生較大的諧波分量。即，如圖1所示，在本發(fā)明的轉(zhuǎn)子中，其中槽2和槽3的深度比槽4和槽5的深度要深，在額定轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生額定電壓所需的磁場電流用If01表示，兩個電流之間的關(guān)系表示為If01＞If02。
另一方面，在3相短路狀態(tài)下，由于產(chǎn)生電樞反應(yīng)磁動勢Fa，對磁場磁動勢Ff抵消，使旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的磁通幾乎變?yōu)榱恪．a(chǎn)生等于額定電流的三相短路電流所需的磁場電流Ifa與槽2、槽3、槽4和槽5的形狀無關(guān)。
圖3是表示在相同的電流Ifind流過具有圖1所示橫斷面的轉(zhuǎn)子中的磁場繞組6和具有圖13所示橫斷面的轉(zhuǎn)子中的磁場繞組6的兩種情況下，負(fù)載運(yùn)行時的磁通密度分布的示意圖。如在圖4中所示，在負(fù)載狀態(tài)下，除了磁場磁動勢Ff之外產(chǎn)生電樞反應(yīng)磁動勢Fa，在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中產(chǎn)生的合磁動勢由沿旋轉(zhuǎn)方向滯后d軸角度為θ的矢量F表示。因此，槽2和3的深度僅對在負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)下的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的合磁動勢F產(chǎn)生很小的影響。因此，在圖3中利用曲線16和17表示的磁通密度分布，其中在如圖1所示的槽2和槽3的深度比槽4和槽5要深的情況下僅在鄰近槽3的部分的曲線17的幅值，稍小于在如圖13所示的槽2和槽3的深度比槽4和槽5更淺的情況下的曲線16的相應(yīng)幅值。因此，雖然，磁通的飽和值，以及圖1中所示的結(jié)構(gòu)中的磁場電流稍高于在圖13中所示的結(jié)構(gòu)中的相應(yīng)值，如果在圖1和圖3中所示的轉(zhuǎn)子中在槽2和槽3中形成的磁場繞組的繞組匝數(shù)是相同的，這種磁場電流的小的差別對本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)實際上不會產(chǎn)生缺欠。
如上所述，如果槽2和槽3比槽4和槽5要深，無載運(yùn)行狀態(tài)下的磁場電流If0變得很大，但在具有圖1所示轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中在三相短路時的磁場電流Ifa與在具有圖13中所示的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的電流Ifa并無不同。因此，由于短路比a(＝If0/Ifa)變大以及負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)下的磁場電流幾乎相同，雖然具有圖1中所示轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)的效率幾乎與具有圖13所示轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)電機(jī)相同，由于具有圖1所示轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)電機(jī)具有較大的短路比，改進(jìn)了電壓調(diào)節(jié)率和提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子中，槽2和槽3的寬度等于或大于槽4和槽5的寬度。其理由解釋如下。如果槽2和槽3的寬度比槽4和槽5的寬度窄，由于在d軸的右側(cè)和左側(cè)具有的成對的兩個槽之間的即槽2和槽3的距離，即對應(yīng)于各磁極間的間距的距離變寬，將槽2和槽3的深度加深的效果被減弱。此外，形成在槽2和槽3之中的磁場繞組6的寬度在該結(jié)構(gòu)中變得更窄。因而，需要形成與設(shè)在槽4和槽5中的磁場繞組6的形狀不同的磁場繞組，這樣會增加轉(zhuǎn)子的產(chǎn)品成本。
即使槽2和槽3的寬度大于槽4和槽5的寬度，由于可以采取措施使在槽2和槽3中的內(nèi)壁或各線圈層間的絕緣層加深，轉(zhuǎn)子的產(chǎn)品成本不會變化。
此外，如前所述，與具有圖13所示轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的常規(guī)旋轉(zhuǎn)電機(jī)比較，具有圖1所示轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的實施例的旋轉(zhuǎn)電機(jī)提高了短路比。因此，如果該實施例的旋轉(zhuǎn)電機(jī)其構(gòu)成具有與具有圖13所示轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的常規(guī)旋轉(zhuǎn)電機(jī)相同的短路比，由于氣隙設(shè)計得比與降低的短路比的量相對應(yīng)量更窄，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的尺寸可降低。
參閱圖5，解釋本發(fā)明的另一實施例。圖5表示這一實施例的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子的橫斷面圖。
如前所述，在轉(zhuǎn)子1的鐵芯部分沿徑向形成槽2、槽3、槽4和槽5，在齒底部處的每個齒部的應(yīng)力最大，而沿井口部的方向則降低。因此，如果在槽2、3、4和5的槽距8(兩個相鄰槽的兩中心線之間的間距)形成得使最大承受與槽4和槽5的深度相對應(yīng)的施加到齒部的最大應(yīng)力，以及槽2和槽3的深度形成得大于槽4和槽5，而槽2和槽3每個相鄰的齒部不能承受施加到齒部上的最大應(yīng)力。在這種情況下，需要使槽2和槽3中的每一個與每個槽4之間的槽距9長于槽距8。通過構(gòu)成上述的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，可以解決施加在槽2和槽3中的每個相鄰的齒部的最大應(yīng)力超過承受應(yīng)力極限的問題，這一實施例的效果與在圖1中所示實施例的效果相同。
參閱圖6，解釋本發(fā)明的另一實施例。圖6表示在這一實施例中的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子沿轉(zhuǎn)子的圓周方向展開的橫斷面圖。
如在轉(zhuǎn)子1的鐵芯部分沿徑向形成槽2、槽3、槽4和槽5(由于槽5的形狀與槽4相同，在圖中未表示槽5)，并且由開口部分到底部每個槽的寬度是均勻的，在齒的底部處的齒部應(yīng)力最大，如上所述，沿開口部分方向的應(yīng)力則降低。因此，通過這樣形成每個槽，使得形成接近開口的上部和接近底部的下部這兩部分，上部(稱為直通部分)具有均勻的寬度，下部(稱為帶錐度部分)具有沿至底部的方向帶錐度的逐漸降低的寬度，作用在每個齒的底部上的應(yīng)力被降低。
在轉(zhuǎn)子1的鐵芯部分形成有帶錐度的部分的槽的情況下，槽2、3和4中帶錐度的部分23、24和25的形狀相同，僅在槽2和槽3中的直通部分20和21的深度深于其它槽的直通部分。因為通過按照相同的形狀使所有的槽的帶錐度的部分成形，僅準(zhǔn)備一種銑刀，限制了產(chǎn)品成本的增加。通過形成上述每種槽的形狀，僅槽2和槽3的深度大于槽4和5，這一實施例的效果與圖1所示實施例相同。
參閱圖7，解釋本發(fā)明的另一實施例。圖7表示在這一實施例的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子沿轉(zhuǎn)子的圓周方向展開的橫斷面圖。
如前所述，如果槽2和和槽3的深度深于其它的槽，負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)下磁場電流僅增加很少。因此，形成在槽2和槽3中的磁場繞組的繞組匝數(shù)所增加的數(shù)量對應(yīng)于與槽4和槽5相比在槽2和槽3中增加的深度。例如，這樣構(gòu)成轉(zhuǎn)子1中的各槽，使得5匝的磁場繞組(在圖中6A-6E所示)形成在槽4和槽5中，6匝的磁場繞組(在圖中6A-6F所示)形成在槽2和槽3中。由于在這一實施例中在轉(zhuǎn)子1的各槽中總共增加4匝，與在槽2和槽3中形成5匝的磁場繞組相比，通過將在磁場繞組中流過的電流下降與增加繞組匝數(shù)相對應(yīng)的數(shù)量，也可以得到所需的相同的安匝數(shù)。即，如果在槽2和槽3中形成的磁場繞組的繞組匝數(shù)增加，以及槽2和槽3的深度變深，在磁場繞組中流過的電流可以等于或小于圖13中所示轉(zhuǎn)子的磁場電流。因此，在這一實施例中，可以增加短路比而不增加磁場電流。
此外，如果每個槽具有如圖7所示的帶有稍度的部分，為了在繞線部分6A-6F中的電流密度保持不變，使繞線部分6A和6B的厚度(深度)大于繞線部分6C-5F的厚度。因此，如圖7中所示，在每個槽4中形成4種繞線部分(6A、6B、6C和6D(＝6E))。
因此，為了使槽2和槽3的深度更深，僅槽2和槽3中的每一直通部分的長度長于繞線部分6F的厚度與繞線部分6E和繞線部分6F之間的絕緣層的厚度之和。在上述結(jié)構(gòu)中，為了構(gòu)成槽2和槽3中的磁場繞組，僅需要4種繞線部分，在槽2和槽3中采用的繞線部分的種類數(shù)與在槽4和槽5中采用的繞線部分的種類數(shù)相同。
雖然，在圖7中表示的是槽2和槽3的深度比槽4和槽5的深度深一個繞線部分的厚度，槽2和槽3的深度可以深出2個以上的繞線部分的厚度，除非增加槽2和槽3的深度會帶來這樣的問題，即施加在齒部的最大應(yīng)力超過相應(yīng)齒部的承受應(yīng)力的極限，并且無需說，相應(yīng)于進(jìn)一步增加繞線部分的數(shù)量以改進(jìn)短路比，可以降低磁場繞組需流過的電流。
參閱圖8，解釋本發(fā)明的另一實施例。圖8表示在這一實施例的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子的橫斷面圖。
如前所述，如果槽2和槽3的深度大于其它槽的深度，負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)下的磁場電流增加少許。由于在負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)下的磁動勢F沿相對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向延遲角度θ的方向最大，在這一實施例中，槽3的深度不必更深，僅槽2的深度比槽4和槽5更深。此外，在這一實施例中，如前所述，槽2的寬度等于或大于槽3-5的寬度。
在這一實施例的轉(zhuǎn)子中的上述各槽的構(gòu)成中，由于每個槽2和相應(yīng)槽3之間的間隔10比在圖13中所示的轉(zhuǎn)子中各槽構(gòu)成的間距10要短，短路比增加，雖然在無載運(yùn)行狀態(tài)下的磁通密度分布會變大。此外，在無載狀態(tài)下，磁通密度分布和磁場電流幾乎與在圖13所示的轉(zhuǎn)子中的分布和磁場電流相同。因此，可以增加短路比，同時保持旋轉(zhuǎn)電機(jī)的尺寸和負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)下的效率。因而，可以減少電壓調(diào)整率，還可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
參閱圖9，解釋本發(fā)明的另一實施例。圖9表示在這一實施例的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子的橫斷面圖。
如果按槽距8形成槽2、3、4和5，使得最大承受與槽4和槽5的深度相對應(yīng)的施加在齒部的最大應(yīng)力，以及使槽2的深度大于槽3、槽4和槽5的深度，鄰近槽2的齒部可能不能承受施加到齒部的最大應(yīng)力。在這種情況下，需要使槽距9大于槽距8。由于槽3、槽4、槽5具有相同的形狀，無需使槽距13大于或等于槽距9。在上述構(gòu)成中，解決了施加在齒部的過應(yīng)力問題，這一實施例的效果與在圖8所示的實施例相同。
參閱圖10，解釋本發(fā)明的另一實施例。圖10表示在這一實施例的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子沿轉(zhuǎn)子的圓周方向展開的橫斷面圖。
如在圖10中所示，如果每個槽2-5(在圖中未表示槽5)由直通部分和帶錐度的部分構(gòu)成，為使槽2的深度比槽3-5深，如前所述，每個槽2的帶錐度的部分23的形狀與槽3-5的形狀相同，僅每個槽2的直通部分長于槽3-5的直通部分。在上述構(gòu)成中，由于同一銑刀可以共用于使槽2的帶錐度的部分23和槽2-3的帶錐度的部分成形，轉(zhuǎn)子的生產(chǎn)成本不會增加。此外，這一實施例的效果與在圖9所示實施例相同。
參閱圖11，解釋本發(fā)明的另一實施例。圖11表示在這一實施例的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子的橫斷面圖。
在圖11所示的實施例中，所有的槽2、槽3、槽4和槽5的深度都相同。由于僅需要縮短磁場磁極的間距10，為了使短路比更大，在每個槽2和槽3的底部形成一附加的窄槽26。由于極間的間距10縮短了附加的窄槽的距離，這一實施例的效果與在圖1所示的實施例相同。
在圖11所示的實施例中，雖然，槽2和槽3的深度與槽4和槽5的深度相同，即使槽2和3的深度淺于槽4和5的深度，通過進(jìn)一步延長附加的窄槽使得每個包含附加的窄槽26的槽2和3的總深度超過槽3和4的深度，可以得到相同的效果。此外，在圖11所示的實施例的另一種改進(jìn)的結(jié)構(gòu)可能是有效的，即，即使僅在每個槽2的底部形成附加的窄槽26，這樣結(jié)構(gòu)的效果也與圖1所示的實施例相同。
參閱圖12，解釋本發(fā)明的另一實施例。圖12表示在這一實施例的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子的橫斷面圖。
如在圖12中所示，在這一實施例中，在每個槽2的外側(cè)及接近d軸的位置處形成附加的窄槽26。由于形成上述結(jié)構(gòu)使磁場磁極之間的間距10被縮短，這一實施例具有的效果與在圖7中所示實施例效果相同。
正如上面解釋的，本發(fā)明可以使旋轉(zhuǎn)電機(jī)尺寸縮小，或提高旋轉(zhuǎn)電機(jī)的短路比，而不是提高產(chǎn)品成本。因此，通過利用本發(fā)明，能夠提供具有小的電壓調(diào)整率和高的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種圓柱形轉(zhuǎn)子，其中的橫軸q位于在兩個磁場磁極之間的方向上，直軸d位于與在兩個磁場磁極中心線處的所述橫軸q垂直延伸的方向上，對于磁場磁通具有兩組的多個槽，所述兩組相對于所述直軸d對稱配置，在所述多個槽中的每個槽內(nèi)設(shè)置磁場繞組，所述圓柱形轉(zhuǎn)子具有這樣一種結(jié)構(gòu)，即與其中所述成對的兩個槽的深度與所述多個槽中的其它槽的深度相同的圓柱形轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相比，在所述兩組中的兩含雙槽的對中的每一對中，成對的兩個槽之間的距離較短，所述成對的兩個槽位于所述兩組的最外側(cè)并分別對稱地位于所述直軸d的最接近的右側(cè)和左側(cè)。
2.一種圓柱形轉(zhuǎn)子，其中的橫軸q位于兩個磁場磁極之間的方向上，直軸d位于與在所述兩個磁場磁極的中心線處的所述橫軸q垂直延伸的方向上，對于磁場磁通，具有兩組多個槽，所述兩組相對于所述直軸d對稱配置，在所述多個槽中的每一個槽中設(shè)置磁場繞組，所述圓柱形轉(zhuǎn)子具有這樣一種結(jié)構(gòu)，即在所述兩組中的兩含雙槽的對中每一對中，成對的兩個槽的寬度設(shè)計得等于或大于其它槽的寬度，所述成對的兩個槽位于該兩組的最外側(cè)且分別對稱地位于直軸d的最接近的右側(cè)和左側(cè)，在所述兩含雙槽的對中的各槽的深度深于所述多個槽中其它槽的深度。
3.一種圓柱形轉(zhuǎn)子，其中的橫軸q位于在兩個磁場磁極之間的方向上，直軸d位于在與在所述兩個磁場磁極的中心線處的所述橫軸q垂直延伸的方向上，對于磁場磁通，具有兩組多個槽，所述兩組相對于所述直軸對稱配置，在所述多個槽中的每一個槽中設(shè)置磁場繞組，所述圓柱形轉(zhuǎn)子具有這樣一種結(jié)構(gòu)，即在兩組中的兩含雙槽的對中的每一對中，成對的兩個槽的寬度設(shè)計得等于或大于其它槽的寬度，所述成對的兩個槽位于所述兩組的最外側(cè)且分別對稱地位于直軸d最接近的右側(cè)和左側(cè)，以及在所述兩含雙槽的對中的每一槽的底部形成一附加的槽。
4.一種圓柱形轉(zhuǎn)子，其中的橫軸q位于在兩個磁場磁極之間的方向上，直軸d位于在與在所述兩個磁場磁極的中心線處的所述橫軸q垂直延伸的方向上，對于磁場磁通，具有兩組多個槽，所述兩組相對于所述直軸d對稱地配置，在所述多個槽中的每一個槽中設(shè)置磁場繞組，所述圓柱形轉(zhuǎn)子具有這樣一種結(jié)構(gòu)，即在所述兩組中的兩含雙槽的對中的每一對中，成對的兩個槽的寬度形成得等于或大于其它槽的寬度，所述成對的兩個槽位于所述兩組的最外側(cè)且分別對稱地位于所述直軸d最接近的右側(cè)和左側(cè)，以及在所述兩含雙槽的對槽中的每一個對槽中，在所述成對的兩個槽中的至少一個槽的一個外側(cè)及比較接近所述直軸d的位置處，形成一附加槽，其深度深于所述兩含雙槽的對槽的深度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3其中之一所述的圓柱形轉(zhuǎn)子，其中在所述成對的兩個槽中的每一個與鄰近所述成對的兩個槽中的每一槽的槽之間的間距設(shè)計得長于在所述多個槽中的其它槽中，所有成對的彼此鄰近的兩個槽之間的間距。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3及5其中之一所述的圓柱形轉(zhuǎn)子，其中所述多個槽中的每一個由上部和下部構(gòu)成，所述上部位于所述圓柱形轉(zhuǎn)子的圓周表面?zhèn)?，具有均勻的寬度，所述下部位于所述槽的底?cè)，沿至所述槽的所述底部的方向具有帶錐度的逐漸降低的寬度，以及所有所述多個槽具有相同形狀的帶錐度的所述下部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3和5其中之一所述的圓柱形轉(zhuǎn)子，其中所述多個槽中的每一個槽由上部和下部構(gòu)成，所述上部位于所述圓柱形轉(zhuǎn)子的圓周表面?zhèn)?，具有均勻的寬度，所述下部位于所述槽的底部?cè)，具有沿至所述槽的所述底部帶錐度的逐漸降低的寬度，以及在所述兩含雙槽的對槽中的每一對槽中，在所述成對的兩個槽中的每一個槽中具有均勻?qū)挾鹊乃錾喜康拈L度設(shè)計得短于在所述多個槽中的其它槽中的所述上部的長度。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圓柱形轉(zhuǎn)子，其中在所述兩含雙槽的對槽中的每一對槽中，在所述成對的兩個槽中的每一個槽中具有均勻?qū)挾鹊乃錾喜康拈L度設(shè)計得短于在所述多個槽中的其它槽的所述上部的長度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-3其中之一所述的圓柱形轉(zhuǎn)子，其中在所述兩含雙槽的對槽中的每一對槽中，在所述成對的兩個槽中的每一槽中設(shè)置的磁場繞組的繞組匝數(shù)大于在所述多個槽中的其它槽中設(shè)置的磁場繞組的繞組匝數(shù)。
10.一種圓柱形轉(zhuǎn)子，其中的橫軸9位于在兩個磁場磁板之間的方向上，直軸d位于在與所述兩個磁場磁極的中心線處的所述橫軸q垂直延伸的方向上，對于磁場磁通，具有分成兩組的多個槽，所述兩組槽相對于所述直軸d對稱配置，在所述多個槽中的每一槽中設(shè)置磁場繞組，所述圓柱形轉(zhuǎn)子具有這樣一種結(jié)構(gòu)，即在所述兩組中的兩含雙槽的對槽中的每一對槽中，這樣的成對的兩個槽的寬度設(shè)計得等于或大于其它槽的寬度，所述成對的兩個槽位于所述兩組槽的最外側(cè)且分別對稱地位于所述直軸d的最接近的右側(cè)和左側(cè)，以及在所述兩含雙槽的對槽中的每一對槽中的所述成對的兩個槽中，在沿旋轉(zhuǎn)方向超前直軸d的位置處的一個槽的深度設(shè)計得深于在所述多個槽中的其它槽的深度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圓柱形轉(zhuǎn)子，其中在位于在超前直軸d的所述位置處的所述成對的兩個槽中的所述一個槽與鄰近所述一個槽的槽之間的間距設(shè)計得長于在所述多個槽中的其它槽的，所有彼此鄰近的成對的兩個槽之間的間距。
12.一種圓柱形轉(zhuǎn)子，其中的橫軸q位于在兩個磁場磁極之間的方向上，直軸d位于在與在所述兩個磁場磁極的中心線處的所述橫軸q垂直延伸的方向上，對于磁場磁通，具有兩組多個槽，所述兩組槽相對于所述直軸對稱配置，在所述多個槽中的每一個槽中設(shè)置磁場繞組，所述圓柱形轉(zhuǎn)子具有這樣一種結(jié)構(gòu)，即在所述兩組槽中的兩含雙槽的對槽中的每一對槽中，這樣的成對的兩個槽的寬度設(shè)計得等于或大于其它槽的寬度，所述成對的兩個槽位于所述兩組槽的最外側(cè)且分別對稱地位于所述直軸d的最接近的右側(cè)和左側(cè)，以及所述多個槽中的每一個槽由上部和下部構(gòu)成，所述上部位于所述圓柱形轉(zhuǎn)子的圓周表面?zhèn)龋哂芯鶆虻膶挾?，所述下部位于在所述槽的底部，具有沿至所述槽的所述底部的方向帶錐度的逐漸降低的寬度，以及在所述兩含雙槽的對槽中的每一對槽中的所述成對的兩個槽的，沿旋轉(zhuǎn)方向位于超前直軸d的一位置上的一個具有均勻?qū)挾鹊牟鄣乃錾喜康纳疃仍O(shè)計得深于在所述多個槽中的其它槽的所述上部的深度、
13.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圓柱形轉(zhuǎn)子，其中的在所述兩含雙槽的對槽中的每一個槽的底部處形成的所述附加槽的寬度窄于在所述兩含雙槽的對槽中的槽的寬度。
14.一種圓柱形轉(zhuǎn)子，其中的橫軸q位于在兩個磁場磁極之間的方向上，直軸d位于在與在所述兩個磁場磁極的中心線處的所述橫軸q垂直延伸的方向上，對于磁場磁通，具有兩組多個磁極，所述兩組槽相對于所述直軸d對稱配置，在所述多個槽中的每一槽中設(shè)置磁場繞組，所述圓柱形轉(zhuǎn)子具有在兩組槽中的每一組的最外側(cè)及在沿旋轉(zhuǎn)方向超前所述直軸d的一位置處有一個槽，具有這樣一種結(jié)構(gòu)，即在所述各磁場磁極槽之間的間距被縮短。
15.一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)，包括根據(jù)權(quán)利要求1-14其中之一所述的圓柱形轉(zhuǎn)子；在所述圓柱形轉(zhuǎn)子的軸處設(shè)置的軸承裝置，用于支承所述圓柱形轉(zhuǎn)子；以及設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子外側(cè)的定子。
全文摘要
在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的圓柱形轉(zhuǎn)子中,其中的直軸d和橫軸q相對于磁場磁通定位,多個槽沿周圍形成在轉(zhuǎn)子上,分成兩組的多個槽相對于圓柱形轉(zhuǎn)子中的直軸d對稱配置,在兩組槽中的每一組中的兩槽中至少一個位置最接近d軸的槽的深度形成得深于其它槽的深度,因此,旋轉(zhuǎn)電機(jī)可以降低尺寸,或者可以提高旋轉(zhuǎn)電機(jī)的短路比,而不會增加生產(chǎn)成本,另外可以提供具有小的電壓調(diào)整率和高的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
文檔編號H02K3/04GK1174442SQ9711407
公開日1998年2月25日 申請日期1997年7月4日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月5日
發(fā)明者涌井真一, 井出一正, 高橋和彥, 高橋身佳, 伊藤元哉, 宮川家導(dǎo), 石原篤, 八木恭臣, 鹽原亮一 申請人:株式會社日立制作所