同步發電機的製作方法
2023-10-07 02:42:14
專利名稱：同步發電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及定子具有勵磁繞組的同步發電機。
背景技術：
現有的大型風車用發電機中，大多使用永磁體式的同步發電機。永磁體式的同步發電機一般在轉子上設有永磁體，在定子上具有電樞繞組。由該永磁體形成靜磁場。由於這種永磁體式的同步發電機使用大量價格昂貴的釹類永磁體，因此大多成本高昂。有時使用由定子激勵靜磁場的同步發電機來替代這種成本高昂的永磁體式的同步發電機。作為這種同步發電機，已知的有例如專利文獻1所公開的同步發電機。現有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本專利特開2008-48584號公報
發明內容
本發明要解決的技術問題有的激勵靜磁場的同步發電機的定子在環狀構件的內周面，形成有向徑向內側突出的突出部。在該突出部上，設有用於激勵靜磁場的勵磁繞組、或產生電動勢等的電樞繞組。另一方面，在轉子側，大多在包括磁性體的環的外周面上，具有沿徑向突出的磁極。在轉子旋轉時，定子的突出部及轉子的磁極相互交叉，此時往往會產生齒槽轉矩。 若該齒槽轉矩的值增大，則會產生噪音等振動。該振動成為降低發電效率等的主要原因。本發明是為了解決上述問題而完成的，其目的在於，使激勵靜磁場的同步發電機進行發電時產生的齒槽轉矩降低。用於解決技術問題的技術手段用於實現上述目的的本發明所涉及的同步發電機具有轉子，該轉子具有由磁性體構成的內側環構件，該內側環構件在周向上彼此相隔著間隔而排列多個突出磁極部，該多個突出磁極部形成為從外周面朝向徑向外側突出，該內側環狀構件構成為繞軸進行旋轉；定子，該定子具備定子鐵心和電樞繞組，該定子鐵心具有從徑向外側覆蓋所述轉子的外側環狀構件並形成靜磁場，該外側環狀構件在周向上彼此相隔著間隔而排列多個固定突出部，該多個固定突出部從內周面朝向徑向內側突出、且能與所述各突出磁極部分別相對，該電樞繞組在所述各固定突出部上分別繞徑向卷繞線圈而形成；以及外殼，該外殼形成為從徑向外側覆蓋所述定子且將所述定子進行固定，所述同步發電機的特徵在於，所述各突出磁極部各自的面向徑向外側的端面部的周向中央部形成為比周向兩端要更向徑向外側突出O另外，本發明所涉及的同步發電機具有轉子，該轉子具有由磁性體構成的內側環構件，該內側環構件在周向上彼此相隔著間隔而排列多個突出磁極部，該多個突出磁極部形成為從外周面朝向徑向外側突出，該內側環狀構件構成為繞軸進行旋轉；定子，該定子具備定子鐵心和電樞繞組，該定子鐵心具有從徑向外側覆蓋所述轉子的外側環狀構件並形成靜磁場，該外側環狀構件在周向上彼此相隔著間隔而排列多個固定突出部，該多個固定突出部從內周面朝向徑向內側突出、且能與所述各突出磁極部分別相對，該電樞繞組在所述各固定突出部上分別繞徑向卷繞線圈而形成；以及外殼，該外殼形成為從徑向外側覆蓋所述定子且將所述定子進行固定，所述同步發電機的特徵在於，所述各固定突出部各自的面向徑向內側的端面部的周向中央部形成為比周向兩端要更向徑向內側突出。發明效果若採用本發明，則能使激勵靜磁場的同步發電機進行發電時產生的齒槽轉矩降低。
圖1是從軸向觀察本發明的第一實施方式所涉及的同步發電機的定子及轉子的一部分並沿直線將周向展開來表示的示意性主視圖。圖2是表示圖1的同步發電機的定子及轉子等沿旋轉軸向展開的狀態的簡要立體圖，(a)表示轉子，(b)表示定子，(c)表示外殼，(d)表示同步發電機組裝後的狀態。圖3是將形成於圖2的定子的定子鐵心中所形成的一組電樞繞組及勵磁繞組等取出並示出的簡要立體圖。圖4是表示圖2的轉子的一部分的簡要立體圖。圖5是表示在圖2的同步發電機中產生3相電動勢的例子的主視圖。圖6是表示現有的轉子的一部分的簡要立體圖。圖7是表示使用圖5的轉子時、轉子進行旋轉時的時間與電樞電壓的關係的曲線圖。圖8是表示使用圖6的轉子時、轉子進行旋轉時的時間與電樞電壓的關係的曲線圖。圖9是從軸向觀察本發明的第二實施方式所涉及的同步發電機的定子及轉子的一部分並沿直線將周向展開來表示的示意性主視圖。圖10是從軸向觀察本發明的第三實施方式所涉及的同步發電機的定子及轉子的一部分並沿直線將周向展開來表示的示意性主視圖。圖11是表示本發明的第四實施方式所涉及的同步發電機的簡要立體圖。
具體實施例方式下面，參照附圖，對本發明所涉及的同步發電機的實施方式進行說明。[第一實施方式]採用圖1 圖8，對本發明所涉及的第一實施方式進行說明。圖1是從軸向觀察本實施方式所涉及的同步發電機的定子20及轉子10的一部分並沿直線將周向展開來表示的示意性主視圖。圖2是表示將圖1的同步發電機的定子20及轉子10等沿旋轉軸向展開的狀態的簡要立體圖。圖3是表示圖1的同步發電機的定子20及轉子10等沿旋轉軸向展開的狀態的簡要立體圖，(a)表示轉子10，(b)表示定子20，(c)表示外殼30，(d)表示同步發電機組裝後的狀態。圖4是表示圖2的轉子10的一部分的簡要立體圖。圖5是表示在圖2的同步發電機中產生3相電動勢的例子的主視圖。圖6是表示現有的轉子10的一部分的簡要立體圖。圖7是表示使用圖5的轉子 10時、轉子10進行旋轉時的時間與電樞電壓的關係的曲線圖。圖8是表示使用圖6的轉子 10時、轉子10進行旋轉時的時間與電樞電壓的關係的曲線圖。首先，對本實施方式的同步發電機的結構進行說明。如圖2所示，本實施方式的同步發電機包括轉子10，該轉子10具有可繞水平軸 70旋轉的環狀的轉子鐵心16 ；定子20，該定子20從徑向外側覆蓋該轉子10 ；以及外殼30， 該外殼30從徑向外側覆蓋該定子20並用於將該定子20固定。轉子鐵心16例如由矽鋼板等磁性體構成，是構成為可繞水平軸旋轉的環狀的構件。在該轉子鐵心16的外周面上，形成有朝著徑向外側突出的多個突出磁極部12。將這些突出磁極部12在周向上彼此相隔著間隔來排列。突出磁極部12彼此的各間隔構成為等間隔。關於突出磁極部12則在下面進行說明。此外，在轉子10的內側，配置有繞水平軸進行旋轉的旋轉軸(未圖示)。轉子10 固定於該旋轉軸，與該旋轉軸一同進行旋轉。定子20包括定子鐵心22、配置於該定子鐵心22的電樞繞組26、以及配置於該電樞繞組沈的附近的勵磁繞組25。該定子鐵心22是由矽鋼板等磁性體構成的環狀的構件，構成為從徑向外側覆蓋轉子10。在該定子鐵心22的內周面上，形成有朝著徑向內側突出的多個固定突出部24。將這些固定突出部對在周向上彼此相隔著間隔而排列，使得能與轉子10的各突出磁極部12 分別相對。此處，構成為相鄰的固定突出部M分別與軸70形成的中心角、與相鄰的突出磁極部12分別與軸70形成的中心角相等。該定子鐵心22構成為可針對每個固定突出部M進行分割。即，該定子鐵心22在周向上配置多個圖3所示的包含固定突出部24的構件，構成為1個環。在這些各固定突出部M中，分別設有繞突出方向(徑向)卷繞線圈而形成的勵磁繞組25。通過使直流電流流過該勵磁繞組25，在定子20中形成靜磁場。在本實施方式中， 形成磁通方向如圖1所示的箭頭A那樣的靜磁場。此外，在該固定突出部M中，在勵磁繞組25的徑向內側，設有電樞繞組26。該電樞繞組沈與勵磁繞組25相同，繞徑向卷繞線圈而形成。構成為由該電樞繞組沈產生電動勢等。這些各固定突出部M的面向徑向內側的內側前端面四配置成與各突出磁極部12 的面向徑向外側的外側前端面14在徑向上相互保持規定的間隔。此外，儘管省略了詳細的圖示，然而如上所述，利用外殼30將定子20進行固定。轉子10的各突出磁極部12各自的外側前端面14形成為周向中央部比周向兩端要更朝著徑向外側突出。如圖1及圖4所示，本實施方式的外側前端面14形成有周向中央比周向兩端在徑向上更突出的部分圓筒面。該部分圓筒面的曲率中心構成為處於轉子10 的旋轉中心即軸70的徑向外側。接著，對利用具有上述結構的轉子10及定子20等產生3相電動勢的結構進行說明。如圖5所示，在周向上相鄰排列的10個固定突出部M構成1個固定突出部M群。該例子具有3個固定突出部M群，即第一固定突出部群41、第二固定突出部群42及第三固定突出部群43。第一 第三固定突出部群41、42、43在周向上彼此相隔著間隔而排列。將第一 第三固定突出部群41、42、43配置成該周向間隔比相互相鄰的固定突出部M彼此間的間隔要大。第一 第三固定突出部群41、42、43分別產生1相電動勢，用第一 第三固定突出部群41、42、43產生3相電動勢。接著，對本實施方式的作用進行說明。若轉子10進行旋轉，即若轉子10沿圖1所示的箭頭R的方向移動，則各突出磁極部12各自的各外側前端面14與各固定突出部M各自的各內側前端面四相互交叉並移動。在此，對1個突出磁極部12的外側前端面14移動成與各固定突出部M分別在徑向上交叉的例子進行說明。在該情況下，突出磁極部12沿圖1的箭頭R的方向移動，沿箭頭R的方向與各固定突出部M交叉。首先，旋轉方向(圖1的箭頭R所示的方向)側的外側前端面14的端邊附近與內側前端面四的一端部在徑向上重合。此時，該外側前端面14的周向中央部並未與內側前端面四在徑向上重合。若外側前端面14從該狀態開始沿旋轉方向移動，則會成為外側前端面14的周向中央部與該內側前端面四在徑向上大致重合的狀態。此時，外側前端面14及內側前端面 29彼此相對。再進一步，若轉子10進行旋轉而外側前端面14沿旋轉方向移動，則該周向中央部的與外側前端面14的旋轉方向相反一側的端部附近，與內側前端面四重合。此後，外側前端面14相對於內側前端面四移動至周向位置彼此不同的位置。艮口， 成為該突出磁極部12位於相鄰的固定突出部M之間的狀態。此後，向著靠近下一個在徑向上重合的固定突出部M那樣移動。電樞電壓根據外側前端面14及內側前端面四彼此間的距離而變化。在本實施方式的部分圓筒面的突出磁極部12的情況下，電樞電壓的變化如圖7所示。該電樞電壓最大的時刻對應於突出磁極部12的外側前端面14與固定突出部M的內側前端面四在徑向上重合的時刻，最小的時刻對應於突出磁極部12位於相鄰的固定突出部M彼此之間的時刻。此處，將轉子10的突出磁極部12的外側前端面14是平坦的情形作為本實施方式的比較例，進行說明。如圖6所示，當外側前端面14是平坦面的情況下，電樞電壓的變化如圖8所示。在該情況下，外側前端面14的周向端部與內側前端面四開始重合時，外側前端面14及內側前端面四彼此的距離急劇減小。因此，電樞電壓的波形在零點附近的斜率很陡。與此不同的是，在本實施方式中，由於如圖5所示那樣外側前端面14的周向端部比外側前端面14的周向中央部要處於徑向內側，因此，當外側前端面14及內側前端面四彼此開始重合時，彼此間的距離相比於比較例，急劇減小的情況得到抑制。因此，圖7所示的波形與圖8所示的波形相比，電樞電壓在零點附近的斜率較平緩，圖7(本實施方式)的波形比圖8的例子要接近正弦波。通過這樣抑制電樞電壓的急劇變化，能抑制同步發電機的齒槽轉矩。從上述說明可知，若採用本實施方式，則通過使轉子10的突出磁極部12的外側前端面14成為部分圓筒面，使電樞電壓的波形接近正弦波。由此，可抑制同步發電機的齒槽轉矩。[第二實施方式]採用圖9，對本發明所涉及的同步發電機的第二實施方式進行說明。圖9是從軸向觀察本實施方式所涉及的同步發電機的定子20及轉子10的一部分並沿直線將周向展開來表示的示意性主視圖。另外，本實施方式是第一實施方式的變形例，對於與第一實施方式相同的部分或相似的部分，標註相同的標號，省略重複說明。 在本實施方式中，對於形成於定子20的固定突出部M的內側前端面四，與第一實施方式相同，形成有部分凸圓筒面。外側前端面14形成為大致平坦的面。若採用本實施方式，則與第一實施方式相同，能降低齒槽轉矩。[第三實施方式]採用圖10，對本發明所涉及的同步發電機的第三實施方式進行說明。圖10是從軸向觀察本實施方式所涉及的同步發電機的定子20及轉子10的一部分並沿直線將周向展開來表示的示意性主視圖。另外，本實施方式是第一實施方式的變形例，對於與第一實施方式相同的部分或相似的部分，標註相同的標號，省略重複說明。本實施方式將第一實施方式的特徵與第二實施方式的特徵相互組合。即，在外側前端面14及內側前端面四分別形成有部分凸圓筒面。由此，與第一及第二實施方式相同，能降低齒槽轉矩。[第四實施方式]採用圖11，對本發明所涉及的同步發電機的第四實施方式進行說明。圖11是從軸向觀察本實施方式所涉及的同步發電機的定子20及轉子10的一部分並沿直線將周向展開來表示的示意性主視圖。另外，本實施方式是第一實施方式的變形例，對於與第一實施方式相同的部分或相似的部分，標註相同的標號，省略重複說明。在本實施方式中，在軸向上排列3層第一實施方式中所說明的圖2所示的定子20 及轉子10的組合，構成具有第一發電機層51、第二發電機層52及第三發電機層53的同步發電機。構成為各層分別產生相當於1相的電動勢、而由第一 第三發電機層51、52、53產生3相電動勢。由此，除了第一實施方式的效果之外，還具有容易獲得更大電動勢的效果。[其它實施方式]上述實施方式的說明是用於說明本發明的示例，並非限定權利要求的範圍所記載的發明。此外，本發明的各部的結構不限於上述實施方式，在權利要求的範圍所記載的技術範圍內可進行種種變形。例如，也可將第四實施方式的特徵、與第二實施方式的特徵或第三實施方式的特徵相組合。此外，儘管通過在定子20設有勵磁繞組25來形成靜磁場，然而不限於此。例如， 若是較為小型的情況，則還可配置永磁體。此外，儘管在上述實施方式中，外側前端面14及內側前端面四是部分圓筒面，然而不限於此。例如，也可對周向兩端進行倒角。標號說明10...轉子、12...突出磁極部、14...外側前端面、16...轉子鐵心、20...定子、22...定子鐵心、24...固定突出部、25...勵磁繞組、26...電樞繞組、29...內側前端面、 30...外殼、41...第一固定突出部群、42...第二固定突出部群、43...第三固定突出部群、 51...第一發電機層、52...第二發電機層、53...第三發電機層
權利要求
1.一種同步發電機，具有轉子，該轉子具有由磁性體構成的內側環構件，該內側環構件在周向上彼此相隔著間隔而排列多個突出磁極部，該多個突出磁極部形成為從外周面朝向徑向外側突出，該內側環狀構件構成為繞軸進行旋轉；定子，該定子具備定子鐵心和電樞繞組，該定子鐵心具有從徑向外側覆蓋所述轉子的外側環狀構件並形成靜磁場，該外側環狀構件在周向上彼此相隔著間隔而排列多個固定突出部，該多個固定突出部從內周面朝向徑向內側突出、且能與所述各突出磁極部分別相對， 該電樞繞組在所述各固定突出部上分別繞徑向卷繞線圈而形成；以及外殼，該外殼形成為從徑向外側覆蓋所述定子且將所述定子進行固定， 所述同步發電機的特徵在於，所述各突出磁極部各自的面向徑向外側的端面部的周向中央部形成為比周向兩端要更向徑向外側突出。
2.如權利要求1所述的同步發電機，其特徵在於，所述各突出磁極部各自的端面部是形成為周向中央部比周向兩端要更突出的部分圓筒面，構成為該部分圓筒面的曲率中心處於所述轉子的旋轉中心的徑向外側。
3.如權利要求1所述的同步發電機，其特徵在於，所述各突出磁極部各自的端面部中， 對周向兩端進行倒角。
4.如權利要求1至3中任一項所述的同步發電機，其特徵在於， 所述轉子具有沿軸向層疊的多個所述內側環狀構件，所述定子具有與所述各內側環狀構件分別成為一對且能與所述各突出磁極部分別相對的多個外側環狀構件。
5.如權利要求1至4中任一項所述的同步發電機，其特徵在於， 利用在周向上相鄰的多個所述固定突出部形成1個固定突出部群，在所述外側環構件的內周面上彼此相隔著間隔而排列3個所述固定突出部群，在周向上相鄰的所述固定突出部群彼此間的間隔形成為比所述各固定突出部群內的相鄰的所述固定突出部彼此間的周向間隔要大，構成為3個所述各固定突出部群分別產生1相電動勢，由3個群產生3相電動勢。
6.如權利要求1至4中任一項所述的同步發電機，其特徵在於，沿軸向層疊3個由在徑向上彼此相對的一對所述內側環構件及外側環構件形成的環構件對，從而構成1組環構件群，構成為各環構件對產生1相電動勢，由1組環構件群產生3相電動勢。
7.如權利要求1至6中任一項所述的同步發電機，其特徵在於，所述固定突出部的面向徑向內側的端面部的周向中央部形成為比周向端部兩側要更向徑向內側突出。
8.一種同步發電機，具有轉子，該轉子具有由磁性體構成的內側環構件，該內側環構件在周向上彼此相隔著間隔而排列多個突出磁極部，該多個突出磁極部形成為從外周面朝向徑向外側突出，該內側環狀構件構成為繞軸進行旋轉；定子，該定子具備定子鐵心和電樞繞組，該定子鐵心具有從徑向外側覆蓋所述轉子的外側環狀構件並形成靜磁場，該外側環狀構件在周向上彼此相隔著間隔而排列多個固定突出部，該多個固定突出部從內周面朝向徑向內側突出、且能與所述各突出磁極部分別相對， 該電樞繞組在所述各固定突出部上分別繞徑向卷繞線圈而形成；以及外殼，該外殼形成為從徑向外側覆蓋所述定子且將所述定子進行固定， 所述同步發電機的特徵在於，所述各固定突出部各自的面向徑向內側的端面部的周向中央部形成為比周向兩端要更向徑向內側突出。
9.如權利要求1至8中任一項所述的同步發電機，其特徵在於，所述各固定突出部均在所述電樞繞組的徑向內側形成有勵磁繞組。
全文摘要
同步發電機具有由磁性體構成的轉子(10)，該轉子(10)在周向上彼此相隔著間隔而排列從外周面突出的多個突出磁極部(12)；以及定子(20)，該定子(20)從外側覆蓋轉子(10)。定子(20)具備定子鐵心(22)，該定子鐵心(22)在周向上彼此相隔著間隔而排列從內周面朝著內側突出的、與各突出磁極部(12)分別相對的多個固定突出部(24)並形成靜磁場；以及電樞繞組(26)，該電樞繞組(26)在各固定突出部(24)上分別繞徑向卷繞線圈而形成。各突出磁極部(12)各自的外側端面(14)的周向中央部比周向兩端要更向徑向外側突出。
文檔編號H02K19/24GK102577050SQ20098016167
公開日2012年7月11日 申請日期2009年9月25日 優先權日2009年9月25日
發明者多久徵吾 申請人:東芝三菱電機產業系統株式會社