勵磁裝置製造方法
2023-09-23 05:50:35 3
勵磁裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種勵磁裝置。該變壓器包括第一線圈、第二線圈、以及鐵芯。該鐵芯包括：固定鐵芯，第一線圈設置在固定鐵芯上；以及旋轉鐵芯，被配置為能夠在外力驅動下隨轉軸旋轉，第二線圈繞旋轉鐵芯的軸線纏繞在旋轉鐵芯上。其中，固定鐵芯和旋轉鐵芯被配置為在旋轉鐵芯隨轉軸旋轉的至少部分期間中，旋轉鐵芯在軸線方向上的兩個端面與固定鐵芯的相對面鄰近，從而使固定鐵芯和旋轉鐵芯構成閉合磁路，閉合磁路穿過第一線圈和第二線圈。當使用該變壓器來給旋轉電氣系統的轉動部分(例如同步發電機或同步電動機的勵磁裝置)提供電能時，不需要使用電刷和集電環，不必逐級勵磁，系統結構簡單。
【專利說明】勵磁裝置
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及一種用於同步發電機或同步電動機的勵磁裝置。
【背景技術】
[0002]電學領域中，在很多場景下，需要向繞軸旋轉的電氣系統提供電能。例如同步發電機和同步電動機的轉子需要使用電能來進行勵磁。
[0003]下面以同步發電機為例，來進行說明。
[0004]目前，大功率同步發電機需要很強的勵磁電流。
[0005]傳統勵磁方式有直流勵磁機勵磁、交流勵磁機勵磁。兩種方式都需要使用電刷和集電環的接觸方式來將外界電流引入轉子。另外，這兩種勵磁機的製造也都受到功率的限制。
[0006]現在，大多採用靜止勵磁方式和旋轉無刷勵磁方式。然而這兩種方式也仍然各自存在一些問題。
[0007]在採用靜止勵磁方式的情況下，勵磁變壓器靜止。從勵磁變壓器副邊引出交流電流。該交流電流經整流橋整流而產生直流電流。所產生的直流電流則需要經過集電環電刷才能引入到轉子勵磁繞組中。而使用電刷和集電環的接觸方式在大電流下容易出現各種問題，維護和保養繁複，工作量大。
[0008]在採用交流旋轉勵磁方式的情況下，需要專門製造旋轉電樞式交流發電機作為主勵磁機，並需要副勵磁機為其提供勵磁電流。當為大功率同步發電機進行勵磁時，需要多級勵磁機系統。將作為前一級勵磁機的發電機的轉子線圈產生的交流電流作為勵磁電流提供給作為後一級勵磁機的發電機。(多級)勵磁機系統與作為最終勵磁對象的同步發電機同軸布置，從而避免了電刷和集電環的接觸方式。但是這種多級勵磁機系統結構複雜，造價高，動態性能不好，並且滅磁慢。
[0009]綜上所述，目前還需要一種能夠向旋轉電氣系統(例如同步發電機或同步電動機)中的旋轉部分(例如固定到轉子的勵磁電路)提供電能的改進方案。
實用新型內容
[0010]本實用新型的一個目的是提供一種能夠向旋轉電氣系統中的旋轉部分(同步發電機或同步電動機中固定到轉子的勵磁電路)提供電能的改進方案。
[0011]根據本實用新型的一個方面，提供了一種用於同步發電機或同步電動機的轉子的勵磁裝置。該勵磁裝置包括:勵磁電路和變壓器，該變壓器用於向所述勵磁電路提供電流。該變壓器包括第一線圈、第二線圈、以及鐵芯。該鐵芯包括:固定鐵芯，第一線圈設置在固定鐵芯上；以及旋轉鐵芯，被配置為能夠在外力驅動下隨轉軸旋轉，第二線圈繞旋轉鐵芯的軸線纏繞在旋轉鐵芯上。其中，固定鐵芯和旋轉鐵芯被配置為在旋轉鐵芯隨轉軸旋轉的至少部分期間中，旋轉鐵芯在軸線方向上的兩個端面與固定鐵芯的相對面鄰近，從而使固定鐵芯和旋轉鐵芯構成閉合磁路，閉合磁路穿過第一線圈和第二線圈。[0012]可選地，旋轉鐵芯的軸線與轉軸的中心線重合，固定鐵芯包括兩個軸向端部和至少一個連接臂部，連接臂部連接兩個軸向端部，軸向端部的內側表面與旋轉鐵芯的端面相對，第一線圈纏繞在至少一個軸向端部內側的凸起部分上或者至少一個連接臂部上。
[0013]可選地，旋轉鐵芯的軸線與轉軸的中心線重合，固定鐵芯包括兩個軸向端部和筒狀部，筒狀部連接兩個軸向端部，並且圍繞旋轉鐵芯，軸向端部的內側表面與旋轉鐵芯的端面相對，第一線圈纏繞在至少一個軸向端部內側的凸起部分上，或者內嵌在筒狀部上。
[0014]可選地，該變壓器包括多個旋轉鐵芯和相同數量的固定鐵芯，每個固定鐵芯上設置有第一線圈，每個旋轉鐵芯上設置有第二線圈，多個旋轉鐵芯和相同數量的固定鐵芯被布置為關於轉軸的中心線旋轉對稱，每個固定鐵芯包括兩個軸向端部和至少一個連接臂部，連接臂部連接兩個軸向端部，固定鐵芯和旋轉鐵芯被設置為使得多個旋轉鐵芯能夠同步地隨轉軸旋轉，第一線圈纏繞在至少一個軸向端部內側的凸起部分上或者至少一個連接臂部上，當多個旋轉鐵芯繞轉軸旋轉時，每個旋轉鐵芯的端面依次與多個固定鐵芯中的一個的軸向端部的內側表面相對，從而在端面與內側表面相對期間，使旋轉鐵芯與對應的固定鐵芯構成閉合磁路。
[0015]可選地，該變壓器包括多個變壓單元，每個變壓單元分別包括上述第一線圈、上述第二線圈、上述固定鐵芯以及上述旋轉鐵芯。多個變壓單元依次串接在轉軸上，使得每個旋轉鐵芯的軸線都與轉軸的中心線重合。
[0016]可選地，三個第一線圈被星型連接或三角形連接。可選地，三個第二線圈被星型連接或三角形連接。
[0017]可選地，第二線圈的輸出引線沿著轉軸引出。
[0018]可選地，轉軸是中空的，第二線圈的輸出引線從轉軸內部引出。
[0019]根據本實用新型的另一個方面，提供了一種同步發電機或同步電動機。該同步發電機或同步電動機包括轉子和上述根據本發明的勵磁裝置。其中該轉子的轉軸與勵磁裝置的變壓器的轉軸同軸連接。
[0020]優選地，該同步發電機或同步電動機還可以包括聯軸器，用於聯接轉子的轉軸和變壓器的轉軸。聯軸器可以包括用於與轉子的轉軸聯接的第一部分和用於與變壓器的轉軸聯接的第二部分。第一部分和第二部分可以被固定聯接。
[0021]第二部分可以是由非磁性材料製成的。或者，也可以在第一部分和第二部分之間設置非磁性材料層。這樣，可以避免磁力線沿著轉軸方向延伸而導致磁力線損失。
[0022]當使用根據本實用新型的變壓器來給旋轉電氣系統的轉動部分提供電能時，不需要使用電刷和集電環，並且可以根據需要來設定第一線圈和第二線圈的匣數比，從而提供具有所需電壓的交流電流，而不必採用逐級勵磁的方式，系統結構簡單。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1是根據本實用新型第一實施例的變壓器的簡化示意圖；
[0024]圖2是根據本實用新型第二實施例的變壓器的簡化示意圖，其中固定鐵芯被沿著過轉軸中心線的平面打開；
[0025]圖3A是根據本實用新型第二實施例的變壓器的一種形式的簡化軸向視圖；
[0026]圖3B是根據本實用新型第二實施例的變壓器的另一種形式的簡化軸向視圖；[0027]圖4A是根據本實用新型第三實施例的變壓器的簡化示意圖，其中固定鐵芯被沿著過轉軸中心線的平面打開；
[0028]圖4B是根據本實用新型第三實施例的變壓器的簡化軸向視圖；
[0029]圖5A是根據本實用新型第四實施例的變壓器的旋轉鐵芯與固定鐵芯相對時的簡化軸向視圖；
[0030]圖5B是根據本實用新型第四實施例的變壓器的旋轉鐵芯與固定鐵芯相互錯開時的簡化軸向視圖；
[0031]圖6是根據本實用新型第五實施例的變壓器的簡化示意圖；
[0032]圖7是使用根據本實用新型的變壓器進行勵磁的同步發電機或同步電動機的簡化系統框圖；
[0033]圖8A和8B分別示出了兩種可適用於本實用新型的聯軸器的示意圖。
【具體實施方式】
[0034]下面參考附圖詳細描述根據本實用新型的變壓器及使用該變壓器的勵磁裝置、同步發電機、同步電動機。
[0035]附圖是示意性的，並不是按比例繪製的。各部件之間可以有不同的大小比例關係。
[0036]為了避免本實用新型的核心思想被掩蔽，圖中沒有示出一些細節。例如，沒有示出用於固定變壓器的固定鐵芯的裝置。本領域技術人員應該明白，對於這些細節的各種選擇並不會影響本實用新型的實質。
[0037]本實用新型的核心思想在於提供了一種具有旋轉鐵芯的變壓器，第二線圈(例如，次級線圈)纏繞在旋轉鐵芯上。第一線圈(例如，初級線圈)纏繞在固定鐵芯上。固定鐵芯與旋轉鐵芯相對設置，使得固定鐵芯和旋轉鐵芯共同構成閉合磁路。旋轉鐵芯可以與需要接收電能或向外輸出電能的旋轉系統的轉子同軸，並同步轉動，從而可以在不需要電刷和集電環的情況下，實現電力的輸送。
[0038]與普通變壓器一樣，根據本實用新型的變壓器包括第一線圈、第二線圈、以及鐵芯。區別之處在於，根據本實用新型的鐵芯包括:固定鐵芯和旋轉鐵芯。旋轉鐵芯被配置為能夠在外力驅動下隨轉軸旋轉。
[0039]第一線圈設置在固定鐵芯上。第二線圈繞旋轉鐵芯的軸線纏繞在所述旋轉鐵芯上。
[0040]在一種實施方案中，第一線圈可以是初級線圈，屬於高壓繞組，一般可以為幾千伏到幾十千伏。相應地，第二線圈可以是次級線圈，屬於低壓繞組，一般可以為幾百伏，但是次級線圈的電流將很大。第一線圈外接高壓電源，電能經變壓器變壓後，由第二線圈的引線提供給旋轉電氣系統的轉子上的電路。
[0041]在另一種實施方案中，第二線圈可以是初級線圈，而第一線圈可以是次級線圈。第二線圈從旋轉電氣系統的轉子接收電能。經變壓器變壓後，由第一線圈的引線向外輸出電會泛。
[0042]第一線圈和第二線圈所採用的繞線材料等可以根據具體的應用環境而做適應性選擇。
[0043]下文中主要以第一線圈為初級線圈而第二線圈為次級線圈為例加以描述。但是應當明白，相反的情形也是完全可行的。
[0044]由此，利用變壓器的電磁感應原理(普通變壓器的初級線圈和次級線圈圍繞同一鐵芯柱並保持靜止，利用匣數比不同實現變壓變流)，設計了一種具有變壓器功能的定轉子結構(定子包括固定鐵芯和第一線圈，轉子包括旋轉鐵芯和第二線圈)。
[0045]固定鐵芯和旋轉鐵芯被配置為，在旋轉鐵芯隨轉軸旋轉的至少部分期間中，旋轉鐵芯在軸線方向上的兩個端面與固定鐵芯的相對面鄰近，從而使固定鐵芯和旋轉鐵芯構成閉合磁路，閉合磁路穿過第一線圈和第二線圈。
[0046]固定鐵芯和旋轉鐵芯之間會有氣隙。如本領域技術人員所能夠理解，氣隙越窄越好。
[0047]旋轉鐵芯的轉軸可以與需要向其提供電力的旋轉電氣系統的轉子的轉軸是同一個轉軸，或者兩個轉軸可以同軸固定連接，總之被配置為以相同的轉速同步旋轉。作為一個示例，當該變壓器用於向發電機的勵磁電路提供電流時，旋轉鐵芯可以直接安裝到發電機轉子勵磁端上，與發電機同步轉動。
[0048]旋轉鐵芯的轉軸可以使用導磁材料。轉軸是否使用導磁材料可以取決於下述因素，即，相對於磁力線的通過，固定鐵芯和旋轉鐵芯的導磁面積是否足夠。
[0049]另外，要在技術上保證磁力線沿第一線圈和第二線圈的穿越磁路閉合，必須阻止其沿同步發電機或同步電動機的大軸長距離閉合，引起損耗。
[0050]為使變壓器的磁路系統更加合理，可以在變壓器軸向上的兩端設置磁性端蓋，從而使固定鐵芯和旋轉鐵芯在軸向上均有合理的磁路。
[0051]另外，還可以在連接到同步發電機的一端設置磁屏蔽結構，以減少軸向漏磁。
[0052]為避免漏磁，用具有高機械強度的非磁性材料製作軸承和端蓋將是有利的。
[0053]兩側端蓋可以設計為均不旋轉，也可以設計為均旋轉或某部分旋轉，端蓋的磁路與固定鐵芯、旋轉鐵芯內外部軸向磁路實現嚴密對接。
[0054]在端蓋不參與旋轉的情況下，端蓋上配置軸承。軸承支撐轉轉軸。針對大的軸承，可以採用軸瓦結構。
[0055]可以在端蓋之外附加聯軸器。或者，使用聯軸器替代端蓋。聯軸器的靠近變壓器的一側可以用非磁性材料製成。或者，可以在聯軸器軸向中間位置設置非磁性薄片。這樣可以阻止磁力線沿同步發電機或同步電動機的大軸延伸，發生損耗。
[0056]另外，也可以採用導磁材料製作端蓋，從而端蓋可以作為固定鐵芯的一部分來形成閉合磁路。端蓋可以作為固定鐵芯的與旋轉鐵芯相對的軸向端部，也可以是軸向端部之外附加提供的部分。
[0057]固定鐵芯可以採用底部穩定支架予以精確固定，保持與旋轉鐵芯的同軸和細小的氣隙，以減少空載損耗。
[0058]該裝置的直徑與長度可以根據其電磁容量等參數來相應設計。
[0059]通過在固定鐵芯上的第一線圈(初級線圈)加高壓交流電流，旋轉鐵芯上的第二線圈(次級線圈)可以在高速旋轉中得到低壓交流電流。作為一個示例，當用於向發電機的勵磁電路提供電流時，該交流電流在旋轉鐵芯上直接流入勵磁電路中的整流裝置而變換成直流電流，再直接進入同步發電機或同步電動機的勵磁繞組實現勵磁。
[0060]固定鐵芯可以是沿軸向分布的筒狀，內嵌沿軸向環繞的繞組；也可以是與軸向平行的「口」字型或「日」字型鐵芯柱，柱上套裝一個或多個一次繞組(第一線圈)。總之設計原則是，固定鐵芯和旋轉鐵芯的磁路形成閉合。優選地，固定鐵芯的導磁截面和導磁能力不小於旋轉鐵芯的截面和導磁能力，即保證磁通閉合。旋轉鐵芯和固定鐵芯之間只有很小的氣隙。
[0061]鐵芯材料可以是任何高導磁軟磁材料，不限於矽鋼片。
[0062]軸向的磁路可以為卷鐵芯結構，也可以採用其它能夠確保導磁效果的磁路設計。
[0063]旋轉鐵芯上的第一線圈繞組可以是箔繞組形式，也可以是由大截面的導線繞制的。
[0064]旋轉鐵芯上的第一線圈繞組可以有圍繞同一旋轉鐵芯的並聯支路；也可以是多個旋轉鐵芯上的第一線圈繞組圍繞各自的旋轉鐵芯，但是都處於定子內部並能適應高速旋轉的離心力。
[0065]固定鐵芯和旋轉鐵芯在運行中會發熱，冷卻方式與機械結構和電氣結構有關，(該裝置定子外殼是否封閉)可以採用與同步電機轉子相同的冷卻方式，也可以採用開放式強迫風冷。
[0066]旋轉鐵芯上的第二線圈的引線可以沿著轉軸引出，即從固定鐵芯的軸向端部引出。例如，可以貼附在轉軸上，可以嵌在轉軸表面上的溝槽中。另外，轉軸也可以是中空的，這樣引線可以穿入轉軸內部，從而從轉軸內部引出。
[0067]作為根據本實用新型的變壓器的應用的示例，可以在用於同步發電機或同步電動機轉子的勵磁裝置中使用根據本實用新型的變壓器來向勵磁裝置中的勵磁電路提供電流。該電流經勵磁電路中的整流裝置整流，轉變為直流電流，並提供給同步發電機或同步電動機的勵磁繞組，從而實現勵磁。
[0068]同步發電機或同步電動機包括轉子和上述勵磁裝置，並且轉子的轉軸與勵磁裝置的變壓器的轉軸同軸連接。
[0069]上面概括性地描述了根據本實用新型的變壓器、勵磁裝置、同步發電機和同步電動機。下面參考附圖1-6詳細描述根據本實用新型的變壓器的各個實施例。
[0070]圖1-6是示意性的附圖，用於表明在各個實施例中固定鐵芯、旋轉鐵芯、第一線圈、第二線圈以及轉軸之間的大致位置關係。因此圖1-6中沒有示出諸如支架、固定裝置等細節，沒有示出上面提到的端蓋和磁屏蔽結構，也沒有示出第一線圈和第二線圈的引線。本領域技術人員應當明白，在下面描述的各實施例中，可以添加上述相應的結構或者其它結構，以便使該變壓器更好地運行。
[0071]第一實施例
[0072]圖1是根據本實用新型第一實施例的變壓器的簡化示意圖。
[0073]如圖1所示，旋轉鐵芯120的軸線與轉軸150的中心線160重合，或者說，基本上重合。
[0074]固定鐵芯110包括兩個軸向端部114和連接臂部116。
[0075]連接臂部116連接兩個軸向端部114，
[0076]軸向端部114的內側表面115與旋轉鐵芯120的端面125相對。兩者相鄰近，之間可以有狹窄的氣隙。圖1及下面的各個附圖中，旋轉鐵芯120的端面125都具有與轉軸150的中心線160垂直的平坦表面。然而，本領域技術人員應當明白，端面125還可以為繞轉軸150的中心線160旋轉對稱的其它幾何形狀。固定鐵芯的軸向端部的內側表面則可以設計為相對應的幾何形狀，從而允許旋轉鐵芯120旋轉。
[0077]第一線圈130纏繞在固定鐵芯110上。在圖1中，第一線圈130纏繞在軸向端部114的不與旋轉鐵芯120的端面125相對的部分上。第一線圈130也可以纏繞在連接臂部116上。或者第一線圈130可以纏繞在軸向端部114的不與端面125相對的部分上以及連接臂部116上。第一線圈130的位置選擇可以根據變壓器的應用場景等來具體確定。不論第一線圈130設置在固定鐵芯110上哪個位置，只要固定鐵芯與旋轉鐵芯構成的閉合磁路穿過第一線圈，就是可行的。
[0078]第二線圈140纏繞在旋轉鐵芯120上。
[0079]由此，固定鐵芯110和旋轉鐵芯120構成閉合磁路。該閉合磁路穿過第一線圈130和第二線圈140，從而構成變壓器。當向第一線圈130提供高壓交流電流時，由於電磁感應，旋轉中的旋轉鐵芯120上纏繞的第二線圈140中產生低壓交流電流。從而可以在不需要電刷和集電環接觸方式的情況下，將需要的電流輸送到旋轉電氣系統中的轉子上的電路中。
[0080]第二實施例
[0081]圖2是根據本實用新型第二實施例的變壓器的簡化示意圖，其中為便於理解，固定鐵芯被沿著過轉軸中心線的平面打開。
[0082]如圖2所示，旋轉鐵芯120的軸線與轉軸150的中心線160重合，或者說，基本上重合。
[0083]固定鐵芯210包括兩個軸向端部214和至少一個連接臂部216。
[0084]連接臂部216連接兩個軸向端部214。
[0085]軸向端部214的內側表面215與旋轉鐵芯的端面125相對。
[0086]固定鐵芯210在其至少一個軸向端部214的內側具有凸起部分218。第一線圈230纏繞在凸起部分218上。圖2中示出在固定鐵芯210的一個軸向端部214的內側具有凸起部分218。根據需要，也可以在固定鐵芯210的兩個軸向端部214的內側都設置凸起部分218。
[0087]由此，固定鐵芯210 (經由凸起部分218)和旋轉鐵芯120構成閉合磁路。該閉合磁路穿過第一線圈230和第二線圈140，從而構成一個變壓器。當向第一線圈230提供高壓交流電流時，由於電磁感應，旋轉中的旋轉鐵芯120上纏繞的第二線圈140中產生低壓交流電流。從而可以在不需要電刷和集電環接觸方式的情況下，將需要的電流輸送到旋轉電氣系統中的轉子上的電路中。
[0088]固定鐵芯210的連接臂部216可以具有多種形式，只要將能夠將兩個軸向端部214連接起來，從而構成閉合磁路即可。例如，固定鐵芯210可以具有多個連接臂部216，例如如圖3A所示，具有四個連接臂部216，分別從軸向端部214伸出。或者也可以如圖3B所示，連接臂部可以是筒狀，將旋轉鐵芯120和第二線圈140完全封閉在筒內。固定鐵芯210也可以是其它形式，可以是封閉的，也可以是不封閉的。
[0089]圖3A是根據本實用新型第二實施例的變壓器的一種形式的簡化軸向視圖。四個連接臂部216分別從軸向端部214伸出。本領域技術人員應該明白，連接臂部216的數量不限於四個，而是可以為任意其它數量。而且形狀也可以是規則或不規則的。在採用圖3A所示方式形成變壓器的情況下，對應的圖2所示結構可以是沿圖3A中「A-A」線將固定鐵芯210剖開後顯示的圖。
[0090]如圖3A所示，沿著軸向看，凸起部分218和旋轉鐵芯120 (虛線表示)均被軸向端部214遮擋。轉軸150穿過軸向端部214而從變壓器內部向外伸出。
[0091]圖3B是根據本實用新型第二實施例的變壓器的另一種形式的簡化軸向視圖。實際上，圖3B所示變壓器的結構可以視為圖3A所示變壓器結構的一個變體。在採用圖3B所示方式形成變壓器的情況下，對應的圖2所示結構可以是沿圖3B中過轉軸150的中心線的平面將固定鐵芯310剖開後顯示的圖。
[0092]圖2中固定鐵芯210的多個連接臂部216變換為圖3中固定鐵芯310的整個的筒狀部316。虛線示出筒狀部316的內壁。固定鐵芯310的筒狀部316和軸向端部314完全包圍了旋轉鐵芯120。
[0093]沿著軸向看，凸起部分218和旋轉鐵芯120 (虛線表示)均被軸向端部214遮擋。轉軸150穿過軸向端部314而從變壓器內部向外伸出。
[0094]第三實施例
[0095]圖4A是根據本實用新型第三實施例的變壓器的簡化示意圖，其中固定鐵芯被沿著過轉軸中心線的平面打開。
[0096]圖4B是根據本實用新型第三實施例的變壓器的簡化軸向視圖。
[0097]第三實施例的變壓器在一定程度上與圖3B所示方案類似。
[0098]第三實施例的固定鐵芯410也包括兩個軸向端部414和筒狀部416。筒狀部連接兩個軸向端部，並且圍繞旋轉鐵芯120。旋轉鐵芯120的軸線與轉軸150的中心線160重合。第二線圈140纏繞在旋轉鐵芯120上。
[0099]與圖3B的方案的區別在於，軸向端部414不再需要提供凸起部分來纏繞第一線圈。第三實施例的第一線圈430內嵌在筒狀部416的內壁上，沿著筒狀部416的內壁繞轉軸的中心線纏繞。第一線圈430可以採用各種方式固定在筒狀部416的內壁上。例如，可以在內壁附加支撐筒(未示出)，第一線圈430纏繞在支撐筒上，從而將第一線圈430固定在筒狀部416的內壁和支撐筒之間。另外，也可以採用鎖扣等各種方式保持第一線圈430內嵌在筒狀部416的內壁上。
[0100]圖4A中只本出了第一線圈430的截面。而圖4B中沒有本出第一線圈430。
[0101]旋轉鐵芯120與固定鐵芯410的軸向端部414及筒狀部416 —起構成閉合磁路。其中該閉合磁路的位於旋轉鐵芯120上的部分穿過第一線圈430和第二線圈120。
[0102]由此，旋轉鐵芯120、固定鐵芯410、第一線圈430以及第二線圈140構成變壓器，在旋轉鐵芯120旋轉的過程中同樣能夠在第二鐵芯120中產生交流電流，以便沿著轉軸提供給旋轉電氣系統的轉子。
[0103]第四實施例
[0104]圖1至圖4B所示第一至第三實施例的變壓器中，都只示出了一個旋轉鐵芯和一個固定鐵芯。
[0105]當例如旋轉電氣系統的轉子需要多個相(例如三個相)的電源時，變壓器可以具有多個旋轉鐵芯和相應地多個固定鐵芯，從而提供多對第一線圈和第二線圈，以便提供多個相(例如三個相)的交流電流。
[0106]圖5A和圖5B以提供三個相的交流電流的變壓器為例，示出了根據本實用新型的第四實施例的示意性結構。其中三個旋轉鐵芯在一個平面內設置在轉軸周圍。
[0107]在以上圖1至圖4B所示各實施例中，旋轉鐵芯120的軸線均與轉軸150的中心線160重合。在根據本實用新型第四實施例的變壓器中，旋轉鐵芯520的軸線與轉軸550的中心線560不重合，而是相互錯開。圖5A和5B中示出了旋轉鐵芯520的軸線與轉軸550的中心線560平行的情況。但是本領域技術人員應該明白，旋轉鐵芯520的軸線與轉軸550的中心線560完全可以不平行。只要將多個旋轉鐵芯520和固定鐵芯510設置為使得旋轉鐵芯520能夠隨轉軸一起轉動，並且使得在轉動過程的至少部分期間中，旋轉鐵芯520的兩個端面與固定鐵芯510的相對面能夠鄰近從而構成閉合磁路，本實用新型的變壓器就能工作。
[0108]在本說明書的上下文中，術語「重合」是指兩者為同一條直線，術語「平行」則表明兩者不是同一條直線。換句話說，平行不包括重合。
[0109]圖5A是根據本實用新型第四實施例的變壓器的旋轉鐵芯與固定鐵芯相對時的簡化軸向視圖。
[0110]圖5B是根據本實用新型第四實施例的變壓器的旋轉鐵芯與固定鐵芯相互錯開時的簡化軸向視圖。
[0111]圖5A和5B所示的變壓器包括三個旋轉鐵芯520和三個固定鐵芯510。本領域技術人員應當明白，變壓器也可以根據需要而包括其它數量的旋轉鐵芯520和相應數量的固定鐵芯510。
[0112]每個固定鐵芯510上設置有第一線圈530。
[0113]每個旋轉鐵芯520上設置有第二線圈(圖中未示出)。
[0114]三個旋轉鐵芯520和三個固定鐵芯510被布置為關於轉軸550的中心線560旋轉對稱。在三個旋轉鐵芯520和三個固定鐵芯510的情況下，兩個旋轉鐵芯520之間以及兩個固定鐵芯510之間的夾角是120°。當有N個旋轉鐵芯520和N個固定鐵芯510時，相鄰兩個旋轉鐵芯520和相鄰兩個固定鐵芯510之間的夾角為360° /N，N為自然數，且N>1。
[0115]每個固定鐵芯510包括兩個軸向端部和至少一個連接臂部。連接臂部連接兩個軸向端部。軸向端部和連接臂部可以與例如圖1、2、3A所示任何一個實施例的軸向端部和連接臂部相同。
[0116]固定鐵芯510和旋轉鐵芯520被設置為使得三個旋轉鐵芯520能夠同步地隨轉軸550旋轉。
[0117]三個旋轉鐵芯520通過連接杆525固定到轉軸550上，從而使得旋轉鐵芯520能夠與轉軸同步地旋轉。
[0118]第一線圈纏繞在至少一個軸向端部內側的凸起部分上(例如如圖2和3A所示)或者至少一個連接臂部上(例如如圖1所示)。
[0119]當三個旋轉鐵芯520繞轉軸550旋轉時，每個旋轉鐵芯520的端面依次與三個固定鐵芯中的一個的軸向端部的內側表面相對，從而在端面與內側表面相對期間，使旋轉鐵芯520與對應的固定鐵芯510構成閉合磁路。
[0120]轉軸550每旋轉三分之一圈，旋轉鐵芯520就從一個固定鐵芯510的位置旋轉到另一個固定鐵芯510的位置，從而與另一個固定鐵芯510構成閉合磁路。在轉軸旋轉過程中，旋轉鐵芯520不斷地與不同的固定鐵芯510相面對從而構成閉合磁路。即，在旋轉鐵芯520隨轉軸550旋轉的部分期間中，旋轉鐵芯520的兩個端面與固定鐵芯510的相對面鄰近，從而使固定鐵芯510和旋轉鐵芯520構成閉合磁路。當在固定鐵芯510上的第一線圈530中提供交流電流時，旋轉鐵芯520上的第二線圈與第一線圈530之間發生電磁感應。從而使得第二線圈上可以感生出交流電流。
[0121]三個第一線圈530可以分別連接到不同的外接電源，也可以被星型連接或三角形連接，然後連接到一個外接電源。
[0122]同樣地，三個第二線圈也可以分別引出並提供到旋轉電氣系統的轉子電路上，也可以被星型連接或三角形連接，然後再提供到旋轉電氣系統的轉子電路上。
[0123]第五實施例
[0124]圖6是根據本實用新型第五實施例的變壓器的簡化示意圖。
[0125]如圖6所示，根據本實用新型第五實施例的變壓器包括多個變壓單元(圖6中作為示例示出了包括三個變壓單元的情況)。每個變壓單元分別包括第一線圈130、第二線圈140、固定鐵芯110以及旋轉鐵芯120。
[0126]圖6中，每個變壓單元基本上與圖1所示第一實施例的變壓器相同。本領域技術人員應該明白，圖6中的變壓單元可以用第二至第四實施例的變壓器來替換。並且，每個變壓單元可以具有相同的結構，也可以具有不同的結構。
[0127]三個變壓單元依次串接在轉軸150上，使得每個旋轉鐵芯120的軸線都與轉軸150的中心線160重合。
[0128]與第四實施例相同，三個第一線圈130可以分別連接到不同的外接電源，也可以
被星型連接或三角形連接。
[0129]同樣地，三個第二線圈140也可以分別引出並提供到旋轉電氣系統的轉子電路上，也可以被星型連接或三角形連接。
[0130]第六實施例
[0131]第六實施例作為示例，描述了使用上述根據本實用新型的變壓器進行勵磁的同步發電機或同步電動機。
[0132]圖7是使用根據本實用新型的變壓器進行勵磁的同步發電機或同步電動機的簡化系統框圖。
[0133]同步發電機或同步電動機20包括定子21和轉子22。另外，還提供了根據本實用新型的變壓器10。
[0134]可以將轉子22的轉軸與變壓器10的轉軸配置為能夠同步轉動。例如，可以將轉子22與變壓器10的旋轉鐵芯固定在同一個轉軸上。或者說，兩者的轉軸同軸連接。
[0135]在一種實施方式中，轉子22的轉軸和變壓器10的轉軸可以通過聯軸器固定聯接。
[0136]圖8A和8B分別示出了兩種可適用於本實用新型的聯軸器的示意圖。
[0137]圖8A的聯軸器具有第一部分31和第二部分32。第一部分31和第二部分32可以採用任何方式固定聯接。
[0138]第一部分31聯接到轉子22的轉軸25，而第二部分32則聯接到變壓器10的轉軸15。
[0139]為了避免磁力線沿著轉軸15和轉軸25延伸導致磁力線損失，第一部分31和/或第二部分32可以採用非磁性材料製成。優選地，第二部分32由非磁性材料製成。[0140]圖8B所示的聯軸器具有第一部分31、第二部分32、以及夾在第一部分31和第二部分32之間的非磁性材料層33。第一部分31和第二部分32 (以及兩者之間的非磁性材料層33)可以採用任何方式固定聯接。
[0141]第一部分31聯接到轉子22的轉軸25，而第二部分32則聯接到變壓器10的轉軸15。
[0142]由於非磁性材料層33的存在，阻止了磁力線沿著轉軸15和轉軸25的延伸，從而可以避免了磁力線的損失。
[0143]返回圖7，變壓器10與轉子22上的勵磁電路(未示出)構成勵磁裝置。變壓器為勵磁電路提供電流。該電流經勵磁電路中的整流裝置整流，轉變為直流電流，並提供給同步發電機或同步電動機的勵磁繞組，從而實現勵磁。
[0144]使用根據本實用新型的變壓器來給勵磁電路(勵磁裝置)提供電流，不需要使用電刷和集電環，並且不需要逐級勵磁，系統結構簡單。
[0145]根據本實用新型的勵磁裝置是一種無刷勵磁方式，相對現有勵磁方式，其結構系統更簡單，更容易實現，並且損耗小效率高，電磁噪音低，不增加大軸的阻力矩，消耗極少的機械能。控制方便，維護方便。
[0146]至此，已參考附圖描述了根據本實用新型的各個實施例的變壓器、勵磁裝置、同步發電機以及同步電動機。然而，本領域技術人員應該明白，還可以對這些實施例做出各種修改和變更，這些修改和變更同樣在本實用新型的保護範圍之內。本實用新型的保護範圍不受說明書中描述的具體細節的限制，而是由所附權利要求書限定。
【權利要求】
1.一種用於同步發電機或同步電動機的轉子的勵磁裝置，其特徵在於，該勵磁裝置包括: 勵磁電路；以及 變壓器，用於向所述勵磁電路提供電流，所述變壓器包括第一線圈、第二線圈、以及鐵芯， 所述鐵芯包括: 固定鐵芯，所述第一線圈設置在所述固定鐵芯上；以及 旋轉鐵芯，被配置為能夠在外力驅動下隨轉軸旋轉，所述第二線圈繞所述旋轉鐵芯的軸線纏繞在所述旋轉鐵芯上， 其中，所述固定鐵芯和所述旋轉鐵芯被配置為在所述旋轉鐵芯隨所述轉軸旋轉的至少部分期間中，所述旋轉鐵芯在所述軸線方向上的兩個端面與所述固定鐵芯的相對面鄰近，從而使所述固定鐵芯和所述旋轉鐵芯構成閉合磁路，所述閉合磁路穿過所述第一線圈和所述第二線圈。
2.根據權利要求1的勵磁裝置，其特徵在於， 所述旋轉鐵芯的所述軸線與所述轉軸的中心線重合， 所述固定鐵芯包括兩個軸向端部和至少一個連接臂部， 所述連接臂部連接 所述兩個軸向端部， 所述軸向端部的內側表面與所述旋轉鐵芯的所述端面相對， 所述第一線圈纏繞在至少一個所述軸向端部內側的凸起部分上或者至少一個所述連接臂部上。
3.根據權利要求1的勵磁裝置，其特徵在於， 所述旋轉鐵芯的所述軸線與所述轉軸的中心線重合， 所述固定鐵芯包括兩個軸向端部和筒狀部， 所述筒狀部連接所述兩個軸向端部，並且圍繞所述旋轉鐵芯， 所述軸向端部的內側表面與所述旋轉鐵芯的所述端面相對， 所述第一線圈纏繞在至少一個所述軸向端部內側的凸起部分上，或者內嵌在所述筒狀部上。
4.根據權利要求1的勵磁裝置，其特徵在於， 所述變壓器包括多個旋轉鐵芯和相同數量的固定鐵芯，每個所述固定鐵芯上設置有所述第一線圈，每個所述旋轉鐵芯上設置有所述第二線圈， 所述多個旋轉鐵芯和相同數量的固定鐵芯被布置為關於所述轉軸的中心線旋轉對稱， 每個所述固定鐵芯包括兩個軸向端部和至少一個連接臂部， 所述連接臂部連接所述兩個軸向端部， 所述固定鐵芯和所述旋轉鐵芯被設置為使得所述多個旋轉鐵芯能夠同步地隨所述轉軸旋轉， 所述第一線圈纏繞在至少一個所述軸向端部內側的凸起部分上或者至少一個所述連接臂部上， 當所述多個旋轉鐵芯繞所述轉軸旋轉時，每個所述旋轉鐵芯的所述端面依次與所述多個固定鐵芯中的一個的軸向端部的內側表面相對，從而在所述端面與所述內側表面相對期間，使所述旋轉鐵芯與對應的所述固定鐵芯構成閉合磁路。
5.根據權利要求1的勵磁裝置，其特徵在於， 所述變壓器包括多個變壓單元，每個所述變壓單元分別包括所述第一線圈、所述第二線圈、所述固定鐵芯以及所述旋轉鐵芯， 所述多個變壓單元依次串接在所述轉軸上，使得每個所述旋轉鐵芯的軸線都與所述轉軸的中心線重合。
6.根據權利要求4或5的勵磁裝置，其特徵在於， 三個所述第一線圈被星型連接或三角形連接，並且 三個所述第二線圈被星型連接或三角形連接。
7.根據權利要求1-5中任何一項的勵磁裝置，其特徵在於， 所述第二線圈的輸出引線沿著所述轉軸引出。
8.根據權利要求7的勵磁裝置，其特徵在於， 所述轉軸是中空的 ，所述第二線圈的輸出引線從所述轉軸內部引出。
【文檔編號】H01F29/10GK203608056SQ201320851611
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年12月20日 優先權日:2013年12月20日
【發明者】謝勝利, 王俊偉, 房靜, 武文平, 張曉東, 屠長環 申請人:謝勝利