励磁装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种励磁装置。该变压器包括第一线圈、第二线圈、以及铁芯。该铁芯包括：固定铁芯，第一线圈设置在固定铁芯上；以及旋转铁芯，被配置为能够在外力驱动下随转轴旋转，第二线圈绕旋转铁芯的轴线缠绕在旋转铁芯上。其中，固定铁芯和旋转铁芯被配置为在旋转铁芯随转轴旋转的至少部分期间中，旋转铁芯在轴线方向上的两个端面与固定铁芯的相对面邻近，从而使固定铁芯和旋转铁芯构成闭合磁路，闭合磁路穿过第一线圈和第二线圈。当使用该变压器来给旋转电气系统的转动部分(例如同步发电机或同步电动机的励磁装置)提供电能时，不需要使用电刷和集电环，不必逐级励磁，系统结构简单。
【专利说明】励磁装置
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种用于同步发电机或同步电动机的励磁装置。
【背景技术】
[0002]电学领域中，在很多场景下，需要向绕轴旋转的电气系统提供电能。例如同步发电机和同步电动机的转子需要使用电能来进行励磁。
[0003]下面以同步发电机为例，来进行说明。
[0004]目前，大功率同步发电机需要很强的励磁电流。
[0005]传统励磁方式有直流励磁机励磁、交流励磁机励磁。两种方式都需要使用电刷和集电环的接触方式来将外界电流引入转子。另外，这两种励磁机的制造也都受到功率的限制。
[0006]现在，大多采用静止励磁方式和旋转无刷励磁方式。然而这两种方式也仍然各自存在一些问题。
[0007]在采用静止励磁方式的情况下，励磁变压器静止。从励磁变压器副边引出交流电流。该交流电流经整流桥整流而产生直流电流。所产生的直流电流则需要经过集电环电刷才能引入到转子励磁绕组中。而使用电刷和集电环的接触方式在大电流下容易出现各种问题，维护和保养繁复，工作量大。
[0008]在采用交流旋转励磁方式的情况下，需要专门制造旋转电枢式交流发电机作为主励磁机，并需要副励磁机为其提供励磁电流。当为大功率同步发电机进行励磁时，需要多级励磁机系统。将作为前一级励磁机的发电机的转子线圈产生的交流电流作为励磁电流提供给作为后一级励磁机的发电机。(多级)励磁机系统与作为最终励磁对象的同步发电机同轴布置，从而避免了电刷和集电环的接触方式。但是这种多级励磁机系统结构复杂，造价高，动态性能不好，并且灭磁慢。
[0009]综上所述，目前还需要一种能够向旋转电气系统(例如同步发电机或同步电动机)中的旋转部分(例如固定到转子的励磁电路)提供电能的改进方案。
实用新型内容
[0010]本实用新型的一个目的是提供一种能够向旋转电气系统中的旋转部分(同步发电机或同步电动机中固定到转子的励磁电路)提供电能的改进方案。
[0011]根据本实用新型的一个方面，提供了一种用于同步发电机或同步电动机的转子的励磁装置。该励磁装置包括:励磁电路和变压器，该变压器用于向所述励磁电路提供电流。该变压器包括第一线圈、第二线圈、以及铁芯。该铁芯包括:固定铁芯，第一线圈设置在固定铁芯上；以及旋转铁芯，被配置为能够在外力驱动下随转轴旋转，第二线圈绕旋转铁芯的轴线缠绕在旋转铁芯上。其中，固定铁芯和旋转铁芯被配置为在旋转铁芯随转轴旋转的至少部分期间中，旋转铁芯在轴线方向上的两个端面与固定铁芯的相对面邻近，从而使固定铁芯和旋转铁芯构成闭合磁路，闭合磁路穿过第一线圈和第二线圈。[0012]可选地，旋转铁芯的轴线与转轴的中心线重合，固定铁芯包括两个轴向端部和至少一个连接臂部，连接臂部连接两个轴向端部，轴向端部的内侧表面与旋转铁芯的端面相对，第一线圈缠绕在至少一个轴向端部内侧的凸起部分上或者至少一个连接臂部上。
[0013]可选地，旋转铁芯的轴线与转轴的中心线重合，固定铁芯包括两个轴向端部和筒状部，筒状部连接两个轴向端部，并且围绕旋转铁芯，轴向端部的内侧表面与旋转铁芯的端面相对，第一线圈缠绕在至少一个轴向端部内侧的凸起部分上，或者内嵌在筒状部上。
[0014]可选地，该变压器包括多个旋转铁芯和相同数量的固定铁芯，每个固定铁芯上设置有第一线圈，每个旋转铁芯上设置有第二线圈，多个旋转铁芯和相同数量的固定铁芯被布置为关于转轴的中心线旋转对称，每个固定铁芯包括两个轴向端部和至少一个连接臂部，连接臂部连接两个轴向端部，固定铁芯和旋转铁芯被设置为使得多个旋转铁芯能够同步地随转轴旋转，第一线圈缠绕在至少一个轴向端部内侧的凸起部分上或者至少一个连接臂部上，当多个旋转铁芯绕转轴旋转时，每个旋转铁芯的端面依次与多个固定铁芯中的一个的轴向端部的内侧表面相对，从而在端面与内侧表面相对期间，使旋转铁芯与对应的固定铁芯构成闭合磁路。
[0015]可选地，该变压器包括多个变压单元，每个变压单元分别包括上述第一线圈、上述第二线圈、上述固定铁芯以及上述旋转铁芯。多个变压单元依次串接在转轴上，使得每个旋转铁芯的轴线都与转轴的中心线重合。
[0016]可选地，三个第一线圈被星型连接或三角形连接。可选地，三个第二线圈被星型连接或三角形连接。
[0017]可选地，第二线圈的输出引线沿着转轴引出。
[0018]可选地，转轴是中空的，第二线圈的输出引线从转轴内部引出。
[0019]根据本实用新型的另一个方面，提供了一种同步发电机或同步电动机。该同步发电机或同步电动机包括转子和上述根据本发明的励磁装置。其中该转子的转轴与励磁装置的变压器的转轴同轴连接。
[0020]优选地，该同步发电机或同步电动机还可以包括联轴器，用于联接转子的转轴和变压器的转轴。联轴器可以包括用于与转子的转轴联接的第一部分和用于与变压器的转轴联接的第二部分。第一部分和第二部分可以被固定联接。
[0021]第二部分可以是由非磁性材料制成的。或者，也可以在第一部分和第二部分之间设置非磁性材料层。这样，可以避免磁力线沿着转轴方向延伸而导致磁力线损失。
[0022]当使用根据本实用新型的变压器来给旋转电气系统的转动部分提供电能时，不需要使用电刷和集电环，并且可以根据需要来设定第一线圈和第二线圈的匣数比，从而提供具有所需电压的交流电流，而不必采用逐级励磁的方式，系统结构简单。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是根据本实用新型第一实施例的变压器的简化示意图；
[0024]图2是根据本实用新型第二实施例的变压器的简化示意图，其中固定铁芯被沿着过转轴中心线的平面打开；
[0025]图3A是根据本实用新型第二实施例的变压器的一种形式的简化轴向视图；
[0026]图3B是根据本实用新型第二实施例的变压器的另一种形式的简化轴向视图；[0027]图4A是根据本实用新型第三实施例的变压器的简化示意图，其中固定铁芯被沿着过转轴中心线的平面打开；
[0028]图4B是根据本实用新型第三实施例的变压器的简化轴向视图；
[0029]图5A是根据本实用新型第四实施例的变压器的旋转铁芯与固定铁芯相对时的简化轴向视图；
[0030]图5B是根据本实用新型第四实施例的变压器的旋转铁芯与固定铁芯相互错开时的简化轴向视图；
[0031]图6是根据本实用新型第五实施例的变压器的简化示意图；
[0032]图7是使用根据本实用新型的变压器进行励磁的同步发电机或同步电动机的简化系统框图；
[0033]图8A和8B分别示出了两种可适用于本实用新型的联轴器的示意图。
【具体实施方式】
[0034]下面参考附图详细描述根据本实用新型的变压器及使用该变压器的励磁装置、同步发电机、同步电动机。
[0035]附图是示意性的，并不是按比例绘制的。各部件之间可以有不同的大小比例关系。
[0036]为了避免本实用新型的核心思想被掩蔽，图中没有示出一些细节。例如，没有示出用于固定变压器的固定铁芯的装置。本领域技术人员应该明白，对于这些细节的各种选择并不会影响本实用新型的实质。
[0037]本实用新型的核心思想在于提供了一种具有旋转铁芯的变压器，第二线圈(例如，次级线圈)缠绕在旋转铁芯上。第一线圈(例如，初级线圈)缠绕在固定铁芯上。固定铁芯与旋转铁芯相对设置，使得固定铁芯和旋转铁芯共同构成闭合磁路。旋转铁芯可以与需要接收电能或向外输出电能的旋转系统的转子同轴，并同步转动，从而可以在不需要电刷和集电环的情况下，实现电力的输送。
[0038]与普通变压器一样，根据本实用新型的变压器包括第一线圈、第二线圈、以及铁芯。区别之处在于，根据本实用新型的铁芯包括:固定铁芯和旋转铁芯。旋转铁芯被配置为能够在外力驱动下随转轴旋转。
[0039]第一线圈设置在固定铁芯上。第二线圈绕旋转铁芯的轴线缠绕在所述旋转铁芯上。
[0040]在一种实施方案中，第一线圈可以是初级线圈，属于高压绕组，一般可以为几千伏到几十千伏。相应地，第二线圈可以是次级线圈，属于低压绕组，一般可以为几百伏，但是次级线圈的电流将很大。第一线圈外接高压电源，电能经变压器变压后，由第二线圈的引线提供给旋转电气系统的转子上的电路。
[0041]在另一种实施方案中，第二线圈可以是初级线圈，而第一线圈可以是次级线圈。第二线圈从旋转电气系统的转子接收电能。经变压器变压后，由第一线圈的引线向外输出电會泛。
[0042]第一线圈和第二线圈所采用的绕线材料等可以根据具体的应用环境而做适应性选择。
[0043]下文中主要以第一线圈为初级线圈而第二线圈为次级线圈为例加以描述。但是应当明白，相反的情形也是完全可行的。
[0044]由此，利用变压器的电磁感应原理(普通变压器的初级线圈和次级线圈围绕同一铁芯柱并保持静止，利用匣数比不同实现变压变流)，设计了一种具有变压器功能的定转子结构(定子包括固定铁芯和第一线圈，转子包括旋转铁芯和第二线圈)。
[0045]固定铁芯和旋转铁芯被配置为，在旋转铁芯随转轴旋转的至少部分期间中，旋转铁芯在轴线方向上的两个端面与固定铁芯的相对面邻近，从而使固定铁芯和旋转铁芯构成闭合磁路，闭合磁路穿过第一线圈和第二线圈。
[0046]固定铁芯和旋转铁芯之间会有气隙。如本领域技术人员所能够理解，气隙越窄越好。
[0047]旋转铁芯的转轴可以与需要向其提供电力的旋转电气系统的转子的转轴是同一个转轴，或者两个转轴可以同轴固定连接，总之被配置为以相同的转速同步旋转。作为一个示例，当该变压器用于向发电机的励磁电路提供电流时，旋转铁芯可以直接安装到发电机转子励磁端上，与发电机同步转动。
[0048]旋转铁芯的转轴可以使用导磁材料。转轴是否使用导磁材料可以取决于下述因素，即，相对于磁力线的通过，固定铁芯和旋转铁芯的导磁面积是否足够。
[0049]另外，要在技术上保证磁力线沿第一线圈和第二线圈的穿越磁路闭合，必须阻止其沿同步发电机或同步电动机的大轴长距离闭合，引起损耗。
[0050]为使变压器的磁路系统更加合理，可以在变压器轴向上的两端设置磁性端盖，从而使固定铁芯和旋转铁芯在轴向上均有合理的磁路。
[0051]另外，还可以在连接到同步发电机的一端设置磁屏蔽结构，以减少轴向漏磁。
[0052]为避免漏磁，用具有高机械强度的非磁性材料制作轴承和端盖将是有利的。
[0053]两侧端盖可以设计为均不旋转，也可以设计为均旋转或某部分旋转，端盖的磁路与固定铁芯、旋转铁芯内外部轴向磁路实现严密对接。
[0054]在端盖不参与旋转的情况下，端盖上配置轴承。轴承支撑转转轴。针对大的轴承，可以采用轴瓦结构。
[0055]可以在端盖之外附加联轴器。或者，使用联轴器替代端盖。联轴器的靠近变压器的一侧可以用非磁性材料制成。或者，可以在联轴器轴向中间位置设置非磁性薄片。这样可以阻止磁力线沿同步发电机或同步电动机的大轴延伸，发生损耗。
[0056]另外，也可以采用导磁材料制作端盖，从而端盖可以作为固定铁芯的一部分来形成闭合磁路。端盖可以作为固定铁芯的与旋转铁芯相对的轴向端部，也可以是轴向端部之外附加提供的部分。
[0057]固定铁芯可以采用底部稳定支架予以精确固定，保持与旋转铁芯的同轴和细小的气隙，以减少空载损耗。
[0058]该装置的直径与长度可以根据其电磁容量等参数来相应设计。
[0059]通过在固定铁芯上的第一线圈(初级线圈)加高压交流电流，旋转铁芯上的第二线圈(次级线圈)可以在高速旋转中得到低压交流电流。作为一个示例，当用于向发电机的励磁电路提供电流时，该交流电流在旋转铁芯上直接流入励磁电路中的整流装置而变换成直流电流，再直接进入同步发电机或同步电动机的励磁绕组实现励磁。
[0060]固定铁芯可以是沿轴向分布的筒状，内嵌沿轴向环绕的绕组；也可以是与轴向平行的“口”字型或“日”字型铁芯柱，柱上套装一个或多个一次绕组(第一线圈)。总之设计原则是，固定铁芯和旋转铁芯的磁路形成闭合。优选地，固定铁芯的导磁截面和导磁能力不小于旋转铁芯的截面和导磁能力，即保证磁通闭合。旋转铁芯和固定铁芯之间只有很小的气隙。
[0061]铁芯材料可以是任何高导磁软磁材料，不限于硅钢片。
[0062]轴向的磁路可以为卷铁芯结构，也可以采用其它能够确保导磁效果的磁路设计。
[0063]旋转铁芯上的第一线圈绕组可以是箔绕组形式，也可以是由大截面的导线绕制的。
[0064]旋转铁芯上的第一线圈绕组可以有围绕同一旋转铁芯的并联支路；也可以是多个旋转铁芯上的第一线圈绕组围绕各自的旋转铁芯，但是都处于定子内部并能适应高速旋转的离心力。
[0065]固定铁芯和旋转铁芯在运行中会发热，冷却方式与机械结构和电气结构有关，(该装置定子外壳是否封闭)可以采用与同步电机转子相同的冷却方式，也可以采用开放式强迫风冷。
[0066]旋转铁芯上的第二线圈的引线可以沿着转轴引出，即从固定铁芯的轴向端部引出。例如，可以贴附在转轴上，可以嵌在转轴表面上的沟槽中。另外，转轴也可以是中空的，这样引线可以穿入转轴内部，从而从转轴内部引出。
[0067]作为根据本实用新型的变压器的应用的示例，可以在用于同步发电机或同步电动机转子的励磁装置中使用根据本实用新型的变压器来向励磁装置中的励磁电路提供电流。该电流经励磁电路中的整流装置整流，转变为直流电流，并提供给同步发电机或同步电动机的励磁绕组，从而实现励磁。
[0068]同步发电机或同步电动机包括转子和上述励磁装置，并且转子的转轴与励磁装置的变压器的转轴同轴连接。
[0069]上面概括性地描述了根据本实用新型的变压器、励磁装置、同步发电机和同步电动机。下面参考附图1-6详细描述根据本实用新型的变压器的各个实施例。
[0070]图1-6是示意性的附图，用于表明在各个实施例中固定铁芯、旋转铁芯、第一线圈、第二线圈以及转轴之间的大致位置关系。因此图1-6中没有示出诸如支架、固定装置等细节，没有示出上面提到的端盖和磁屏蔽结构，也没有示出第一线圈和第二线圈的引线。本领域技术人员应当明白，在下面描述的各实施例中，可以添加上述相应的结构或者其它结构，以便使该变压器更好地运行。
[0071]第一实施例
[0072]图1是根据本实用新型第一实施例的变压器的简化示意图。
[0073]如图1所示，旋转铁芯120的轴线与转轴150的中心线160重合，或者说，基本上重合。
[0074]固定铁芯110包括两个轴向端部114和连接臂部116。
[0075]连接臂部116连接两个轴向端部114，
[0076]轴向端部114的内侧表面115与旋转铁芯120的端面125相对。两者相邻近，之间可以有狭窄的气隙。图1及下面的各个附图中，旋转铁芯120的端面125都具有与转轴150的中心线160垂直的平坦表面。然而，本领域技术人员应当明白，端面125还可以为绕转轴150的中心线160旋转对称的其它几何形状。固定铁芯的轴向端部的内侧表面则可以设计为相对应的几何形状，从而允许旋转铁芯120旋转。
[0077]第一线圈130缠绕在固定铁芯110上。在图1中，第一线圈130缠绕在轴向端部114的不与旋转铁芯120的端面125相对的部分上。第一线圈130也可以缠绕在连接臂部116上。或者第一线圈130可以缠绕在轴向端部114的不与端面125相对的部分上以及连接臂部116上。第一线圈130的位置选择可以根据变压器的应用场景等来具体确定。不论第一线圈130设置在固定铁芯110上哪个位置，只要固定铁芯与旋转铁芯构成的闭合磁路穿过第一线圈，就是可行的。
[0078]第二线圈140缠绕在旋转铁芯120上。
[0079]由此，固定铁芯110和旋转铁芯120构成闭合磁路。该闭合磁路穿过第一线圈130和第二线圈140，从而构成变压器。当向第一线圈130提供高压交流电流时，由于电磁感应，旋转中的旋转铁芯120上缠绕的第二线圈140中产生低压交流电流。从而可以在不需要电刷和集电环接触方式的情况下，将需要的电流输送到旋转电气系统中的转子上的电路中。
[0080]第二实施例
[0081]图2是根据本实用新型第二实施例的变压器的简化示意图，其中为便于理解，固定铁芯被沿着过转轴中心线的平面打开。
[0082]如图2所示，旋转铁芯120的轴线与转轴150的中心线160重合，或者说，基本上重合。
[0083]固定铁芯210包括两个轴向端部214和至少一个连接臂部216。
[0084]连接臂部216连接两个轴向端部214。
[0085]轴向端部214的内侧表面215与旋转铁芯的端面125相对。
[0086]固定铁芯210在其至少一个轴向端部214的内侧具有凸起部分218。第一线圈230缠绕在凸起部分218上。图2中示出在固定铁芯210的一个轴向端部214的内侧具有凸起部分218。根据需要，也可以在固定铁芯210的两个轴向端部214的内侧都设置凸起部分218。
[0087]由此，固定铁芯210 (经由凸起部分218)和旋转铁芯120构成闭合磁路。该闭合磁路穿过第一线圈230和第二线圈140，从而构成一个变压器。当向第一线圈230提供高压交流电流时，由于电磁感应，旋转中的旋转铁芯120上缠绕的第二线圈140中产生低压交流电流。从而可以在不需要电刷和集电环接触方式的情况下，将需要的电流输送到旋转电气系统中的转子上的电路中。
[0088]固定铁芯210的连接臂部216可以具有多种形式，只要将能够将两个轴向端部214连接起来，从而构成闭合磁路即可。例如，固定铁芯210可以具有多个连接臂部216，例如如图3A所示，具有四个连接臂部216，分别从轴向端部214伸出。或者也可以如图3B所示，连接臂部可以是筒状，将旋转铁芯120和第二线圈140完全封闭在筒内。固定铁芯210也可以是其它形式，可以是封闭的，也可以是不封闭的。
[0089]图3A是根据本实用新型第二实施例的变压器的一种形式的简化轴向视图。四个连接臂部216分别从轴向端部214伸出。本领域技术人员应该明白，连接臂部216的数量不限于四个，而是可以为任意其它数量。而且形状也可以是规则或不规则的。在采用图3A所示方式形成变压器的情况下，对应的图2所示结构可以是沿图3A中“A-A”线将固定铁芯210剖开后显示的图。
[0090]如图3A所示，沿着轴向看，凸起部分218和旋转铁芯120 (虚线表示)均被轴向端部214遮挡。转轴150穿过轴向端部214而从变压器内部向外伸出。
[0091]图3B是根据本实用新型第二实施例的变压器的另一种形式的简化轴向视图。实际上，图3B所示变压器的结构可以视为图3A所示变压器结构的一个变体。在采用图3B所示方式形成变压器的情况下，对应的图2所示结构可以是沿图3B中过转轴150的中心线的平面将固定铁芯310剖开后显示的图。
[0092]图2中固定铁芯210的多个连接臂部216变换为图3中固定铁芯310的整个的筒状部316。虚线示出筒状部316的内壁。固定铁芯310的筒状部316和轴向端部314完全包围了旋转铁芯120。
[0093]沿着轴向看，凸起部分218和旋转铁芯120 (虚线表示)均被轴向端部214遮挡。转轴150穿过轴向端部314而从变压器内部向外伸出。
[0094]第三实施例
[0095]图4A是根据本实用新型第三实施例的变压器的简化示意图，其中固定铁芯被沿着过转轴中心线的平面打开。
[0096]图4B是根据本实用新型第三实施例的变压器的简化轴向视图。
[0097]第三实施例的变压器在一定程度上与图3B所示方案类似。
[0098]第三实施例的固定铁芯410也包括两个轴向端部414和筒状部416。筒状部连接两个轴向端部，并且围绕旋转铁芯120。旋转铁芯120的轴线与转轴150的中心线160重合。第二线圈140缠绕在旋转铁芯120上。
[0099]与图3B的方案的区别在于，轴向端部414不再需要提供凸起部分来缠绕第一线圈。第三实施例的第一线圈430内嵌在筒状部416的内壁上，沿着筒状部416的内壁绕转轴的中心线缠绕。第一线圈430可以采用各种方式固定在筒状部416的内壁上。例如，可以在内壁附加支撑筒(未示出)，第一线圈430缠绕在支撑筒上，从而将第一线圈430固定在筒状部416的内壁和支撑筒之间。另外，也可以采用锁扣等各种方式保持第一线圈430内嵌在筒状部416的内壁上。
[0100]图4A中只本出了第一线圈430的截面。而图4B中没有本出第一线圈430。
[0101]旋转铁芯120与固定铁芯410的轴向端部414及筒状部416 —起构成闭合磁路。其中该闭合磁路的位于旋转铁芯120上的部分穿过第一线圈430和第二线圈120。
[0102]由此，旋转铁芯120、固定铁芯410、第一线圈430以及第二线圈140构成变压器，在旋转铁芯120旋转的过程中同样能够在第二铁芯120中产生交流电流，以便沿着转轴提供给旋转电气系统的转子。
[0103]第四实施例
[0104]图1至图4B所示第一至第三实施例的变压器中，都只示出了一个旋转铁芯和一个固定铁芯。
[0105]当例如旋转电气系统的转子需要多个相(例如三个相)的电源时，变压器可以具有多个旋转铁芯和相应地多个固定铁芯，从而提供多对第一线圈和第二线圈，以便提供多个相(例如三个相)的交流电流。
[0106]图5A和图5B以提供三个相的交流电流的变压器为例，示出了根据本实用新型的第四实施例的示意性结构。其中三个旋转铁芯在一个平面内设置在转轴周围。
[0107]在以上图1至图4B所示各实施例中，旋转铁芯120的轴线均与转轴150的中心线160重合。在根据本实用新型第四实施例的变压器中，旋转铁芯520的轴线与转轴550的中心线560不重合，而是相互错开。图5A和5B中示出了旋转铁芯520的轴线与转轴550的中心线560平行的情况。但是本领域技术人员应该明白，旋转铁芯520的轴线与转轴550的中心线560完全可以不平行。只要将多个旋转铁芯520和固定铁芯510设置为使得旋转铁芯520能够随转轴一起转动，并且使得在转动过程的至少部分期间中，旋转铁芯520的两个端面与固定铁芯510的相对面能够邻近从而构成闭合磁路，本实用新型的变压器就能工作。
[0108]在本说明书的上下文中，术语“重合”是指两者为同一条直线，术语“平行”则表明两者不是同一条直线。换句话说，平行不包括重合。
[0109]图5A是根据本实用新型第四实施例的变压器的旋转铁芯与固定铁芯相对时的简化轴向视图。
[0110]图5B是根据本实用新型第四实施例的变压器的旋转铁芯与固定铁芯相互错开时的简化轴向视图。
[0111]图5A和5B所示的变压器包括三个旋转铁芯520和三个固定铁芯510。本领域技术人员应当明白，变压器也可以根据需要而包括其它数量的旋转铁芯520和相应数量的固定铁芯510。
[0112]每个固定铁芯510上设置有第一线圈530。
[0113]每个旋转铁芯520上设置有第二线圈(图中未示出)。
[0114]三个旋转铁芯520和三个固定铁芯510被布置为关于转轴550的中心线560旋转对称。在三个旋转铁芯520和三个固定铁芯510的情况下，两个旋转铁芯520之间以及两个固定铁芯510之间的夹角是120°。当有N个旋转铁芯520和N个固定铁芯510时，相邻两个旋转铁芯520和相邻两个固定铁芯510之间的夹角为360° /N，N为自然数，且N>1。
[0115]每个固定铁芯510包括两个轴向端部和至少一个连接臂部。连接臂部连接两个轴向端部。轴向端部和连接臂部可以与例如图1、2、3A所示任何一个实施例的轴向端部和连接臂部相同。
[0116]固定铁芯510和旋转铁芯520被设置为使得三个旋转铁芯520能够同步地随转轴550旋转。
[0117]三个旋转铁芯520通过连接杆525固定到转轴550上，从而使得旋转铁芯520能够与转轴同步地旋转。
[0118]第一线圈缠绕在至少一个轴向端部内侧的凸起部分上(例如如图2和3A所示)或者至少一个连接臂部上(例如如图1所示)。
[0119]当三个旋转铁芯520绕转轴550旋转时，每个旋转铁芯520的端面依次与三个固定铁芯中的一个的轴向端部的内侧表面相对，从而在端面与内侧表面相对期间，使旋转铁芯520与对应的固定铁芯510构成闭合磁路。
[0120]转轴550每旋转三分之一圈，旋转铁芯520就从一个固定铁芯510的位置旋转到另一个固定铁芯510的位置，从而与另一个固定铁芯510构成闭合磁路。在转轴旋转过程中，旋转铁芯520不断地与不同的固定铁芯510相面对从而构成闭合磁路。即，在旋转铁芯520随转轴550旋转的部分期间中，旋转铁芯520的两个端面与固定铁芯510的相对面邻近，从而使固定铁芯510和旋转铁芯520构成闭合磁路。当在固定铁芯510上的第一线圈530中提供交流电流时，旋转铁芯520上的第二线圈与第一线圈530之间发生电磁感应。从而使得第二线圈上可以感生出交流电流。
[0121]三个第一线圈530可以分别连接到不同的外接电源，也可以被星型连接或三角形连接，然后连接到一个外接电源。
[0122]同样地，三个第二线圈也可以分别引出并提供到旋转电气系统的转子电路上，也可以被星型连接或三角形连接，然后再提供到旋转电气系统的转子电路上。
[0123]第五实施例
[0124]图6是根据本实用新型第五实施例的变压器的简化示意图。
[0125]如图6所示，根据本实用新型第五实施例的变压器包括多个变压单元(图6中作为示例示出了包括三个变压单元的情况)。每个变压单元分别包括第一线圈130、第二线圈140、固定铁芯110以及旋转铁芯120。
[0126]图6中，每个变压单元基本上与图1所示第一实施例的变压器相同。本领域技术人员应该明白，图6中的变压单元可以用第二至第四实施例的变压器来替换。并且，每个变压单元可以具有相同的结构，也可以具有不同的结构。
[0127]三个变压单元依次串接在转轴150上，使得每个旋转铁芯120的轴线都与转轴150的中心线160重合。
[0128]与第四实施例相同，三个第一线圈130可以分别连接到不同的外接电源，也可以
被星型连接或三角形连接。
[0129]同样地，三个第二线圈140也可以分别引出并提供到旋转电气系统的转子电路上，也可以被星型连接或三角形连接。
[0130]第六实施例
[0131]第六实施例作为示例，描述了使用上述根据本实用新型的变压器进行励磁的同步发电机或同步电动机。
[0132]图7是使用根据本实用新型的变压器进行励磁的同步发电机或同步电动机的简化系统框图。
[0133]同步发电机或同步电动机20包括定子21和转子22。另外，还提供了根据本实用新型的变压器10。
[0134]可以将转子22的转轴与变压器10的转轴配置为能够同步转动。例如，可以将转子22与变压器10的旋转铁芯固定在同一个转轴上。或者说，两者的转轴同轴连接。
[0135]在一种实施方式中，转子22的转轴和变压器10的转轴可以通过联轴器固定联接。
[0136]图8A和8B分别示出了两种可适用于本实用新型的联轴器的示意图。
[0137]图8A的联轴器具有第一部分31和第二部分32。第一部分31和第二部分32可以采用任何方式固定联接。
[0138]第一部分31联接到转子22的转轴25，而第二部分32则联接到变压器10的转轴15。
[0139]为了避免磁力线沿着转轴15和转轴25延伸导致磁力线损失，第一部分31和/或第二部分32可以采用非磁性材料制成。优选地，第二部分32由非磁性材料制成。[0140]图8B所示的联轴器具有第一部分31、第二部分32、以及夹在第一部分31和第二部分32之间的非磁性材料层33。第一部分31和第二部分32 (以及两者之间的非磁性材料层33)可以采用任何方式固定联接。
[0141]第一部分31联接到转子22的转轴25，而第二部分32则联接到变压器10的转轴15。
[0142]由于非磁性材料层33的存在，阻止了磁力线沿着转轴15和转轴25的延伸，从而可以避免了磁力线的损失。
[0143]返回图7，变压器10与转子22上的励磁电路(未示出)构成励磁装置。变压器为励磁电路提供电流。该电流经励磁电路中的整流装置整流，转变为直流电流，并提供给同步发电机或同步电动机的励磁绕组，从而实现励磁。
[0144]使用根据本实用新型的变压器来给励磁电路(励磁装置)提供电流，不需要使用电刷和集电环，并且不需要逐级励磁，系统结构简单。
[0145]根据本实用新型的励磁装置是一种无刷励磁方式，相对现有励磁方式，其结构系统更简单，更容易实现，并且损耗小效率高，电磁噪音低，不增加大轴的阻力矩，消耗极少的机械能。控制方便，维护方便。
[0146]至此，已参考附图描述了根据本实用新型的各个实施例的变压器、励磁装置、同步发电机以及同步电动机。然而，本领域技术人员应该明白，还可以对这些实施例做出各种修改和变更，这些修改和变更同样在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围不受说明书中描述的具体细节的限制，而是由所附权利要求书限定。
【权利要求】
1.一种用于同步发电机或同步电动机的转子的励磁装置，其特征在于，该励磁装置包括: 励磁电路；以及 变压器，用于向所述励磁电路提供电流，所述变压器包括第一线圈、第二线圈、以及铁芯， 所述铁芯包括: 固定铁芯，所述第一线圈设置在所述固定铁芯上；以及 旋转铁芯，被配置为能够在外力驱动下随转轴旋转，所述第二线圈绕所述旋转铁芯的轴线缠绕在所述旋转铁芯上， 其中，所述固定铁芯和所述旋转铁芯被配置为在所述旋转铁芯随所述转轴旋转的至少部分期间中，所述旋转铁芯在所述轴线方向上的两个端面与所述固定铁芯的相对面邻近，从而使所述固定铁芯和所述旋转铁芯构成闭合磁路，所述闭合磁路穿过所述第一线圈和所述第二线圈。
2.根据权利要求1的励磁装置，其特征在于， 所述旋转铁芯的所述轴线与所述转轴的中心线重合， 所述固定铁芯包括两个轴向端部和至少一个连接臂部， 所述连接臂部连接 所述两个轴向端部， 所述轴向端部的内侧表面与所述旋转铁芯的所述端面相对， 所述第一线圈缠绕在至少一个所述轴向端部内侧的凸起部分上或者至少一个所述连接臂部上。
3.根据权利要求1的励磁装置，其特征在于， 所述旋转铁芯的所述轴线与所述转轴的中心线重合， 所述固定铁芯包括两个轴向端部和筒状部， 所述筒状部连接所述两个轴向端部，并且围绕所述旋转铁芯， 所述轴向端部的内侧表面与所述旋转铁芯的所述端面相对， 所述第一线圈缠绕在至少一个所述轴向端部内侧的凸起部分上，或者内嵌在所述筒状部上。
4.根据权利要求1的励磁装置，其特征在于， 所述变压器包括多个旋转铁芯和相同数量的固定铁芯，每个所述固定铁芯上设置有所述第一线圈，每个所述旋转铁芯上设置有所述第二线圈， 所述多个旋转铁芯和相同数量的固定铁芯被布置为关于所述转轴的中心线旋转对称， 每个所述固定铁芯包括两个轴向端部和至少一个连接臂部， 所述连接臂部连接所述两个轴向端部， 所述固定铁芯和所述旋转铁芯被设置为使得所述多个旋转铁芯能够同步地随所述转轴旋转， 所述第一线圈缠绕在至少一个所述轴向端部内侧的凸起部分上或者至少一个所述连接臂部上， 当所述多个旋转铁芯绕所述转轴旋转时，每个所述旋转铁芯的所述端面依次与所述多个固定铁芯中的一个的轴向端部的内侧表面相对，从而在所述端面与所述内侧表面相对期间，使所述旋转铁芯与对应的所述固定铁芯构成闭合磁路。
5.根据权利要求1的励磁装置，其特征在于， 所述变压器包括多个变压单元，每个所述变压单元分别包括所述第一线圈、所述第二线圈、所述固定铁芯以及所述旋转铁芯， 所述多个变压单元依次串接在所述转轴上，使得每个所述旋转铁芯的轴线都与所述转轴的中心线重合。
6.根据权利要求4或5的励磁装置，其特征在于， 三个所述第一线圈被星型连接或三角形连接，并且 三个所述第二线圈被星型连接或三角形连接。
7.根据权利要求1-5中任何一项的励磁装置，其特征在于， 所述第二线圈的输出引线沿着所述转轴引出。
8.根据权利要求7的励磁装置，其特征在于， 所述转轴是中空的 ，所述第二线圈的输出引线从所述转轴内部引出。
【文档编号】H01F29/10GK203608056SQ201320851611
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】谢胜利, 王俊伟, 房静, 武文平, 张晓东, 屠长环 申请人:谢胜利