具有公共电动机/发电机励磁机平台的同步机的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请总体上涉及同步机，更具体地，涉及具有公共电动机/发电机励磁机平台的同步机
【背景技术】
[0002]同步机是可以操作为或者同步电动机(同步电动机模式)或者同步发电机(同步发电机模式)的电机。传统地，同步机具有两个分开和独立的励磁机励磁绕组。另外，传统地，使用两个分开的和独立的控制单元，一个控制单元用于同步电动机模式的励磁机励磁绕组，以及另一个控制单元用于同步发电机模式的励磁机励磁绕组。两个励磁机励磁绕组和两个控制单元的使用使得同步机和使用同步机的系统更复杂、更重并且不可靠。传统同步机的双励磁部件可以占用同步机的总体积和重量的20%至30%。一些传统系统仅使用单个的、可重构的励磁绕组，但是依然使用两个分开和独立的控制单元，于是其使用将合适控制单元连接至励磁绕组的开关或接触器。双励磁绕组、双控制单元和/或开关和/或接触器增加了系统的成本、重量、体积和复杂性，并且对系统的总可靠性产生不利影响。Rosen等的美国专利5，770，909公开了使用变压器旋转变压器的同步电动机-发电机系统。
[0003]传统同步机还使用低频励磁电流，并且大的励磁绕组被用于避免能量损耗。这些大的励磁绕组显著增加了绕组中使用的昂贵铜的量和重量。此外，利用传统的低频励磁电流，励磁绕组中产生的反电动势受转子速度的影响显著，并且这会引起启动过程中的稳定性问题。
【发明内容】
[0004]公开了一种同步机，其可操作为同步电动机或者同步发电机。同步机具有框架、轴、主要部分和励磁机部分。主要部分具有安装在框架上的定子(固定绕组，可以是电枢绕组)和安装在轴上的转子(旋转绕组，可以是励磁绕组)，定子和转子彼此磁耦合。励磁机部分具有变压器和整流器。变压器具有固定至框架的初级绕组和固定至轴的次级绕组。初级绕组和次级绕组彼此隔开并且彼此磁耦合。整流器电连接至次级绕组；机械连接至转子；并且将次级绕组的输出整流以将整流输出提供给转子。变压器的初级绕组和次级绕组各自成圆盘(disk)形状。
[0005]控制单元将控制信号提供至初级绕组以控制同步机的操作。
[0006]在一个实施方式中，初级绕组具有外半径并且圆盘限定出垂直于轴的平面，并且次级绕组具有小于外半径的内半径，因此次级绕组放置在初级绕组内。
[0007]在另一个实施方式中，初级绕组在轴的端部安装至框架，初级绕组的圆盘限定出垂直于轴的第一平面，并且次级绕组在轴的端部附近固定至轴，次级绕组的圆盘限定出垂直于轴的第二平面，第二平面平行于第一平面并且与第一平面隔开，轴不穿过第一平面，并且轴具有电导线放置所在的通道以将整流器与次级绕组或转子中的至少一个连接。
[0008]还公开一种制造可操作为同步电动机或者同步发电机的同步机的方法，方法包括:提供框架；将定子安装在框架上；提供从框架的至少一个端部延伸的轴；将转子安装在轴上；将变压器的初级绕组安装在框架上；将变压器的次级绕组安装在轴上，次级绕组与初级绕组隔开但磁连接至初级绕组；将整流器固定至轴；并且将整流器的输入电连接至次级绕组并且将整流器的输出电连接至转子。将次级绕组安装在初级绕组内使得次级绕组和初级绕组在相同的平面中，或者将次级绕组安装为面向初级绕组，使得次级绕组和初级绕组在不同的平面中。在轴中设置通道使得电导线可以从整流器行进到次级绕组和/或转子。
【附图说明】
[0009]图1是示例性同步机的示图。
[0010]图2是示出同步机的一个示例性实施方式的示图。
[0011]图3是示出同步机的另一个示例性实施方式的示图。
【具体实施方式】
[0012]图1是示例性同步机100的示图。同步机100具有框架110、轴115、主要部分120和励磁机部分125。主要部分120具有安装在框架上的定子130 (固定绕组，可以是电枢绕组)和安装在轴115上的转子135 (旋转绕组，可以是励磁绕组)。框架110的部分或全部可以是封入同步机100的壳体的部分或者可以不同于封入同步机100的壳体。
[0013]励磁机部分125具有变压器140和整流器145。变压器140具有安装在框架110上的初级绕组140A和安装在轴115上的次级绕组140B。次级绕组140B与初级绕组140A隔开，并且磁耦合至初级绕组140A。整流器145通过多个电导线137电连接至次级绕组140B，通过多个电导线142电连接至转子135，并且整流次级绕组140B的输出以将整流输出提供至转子135。用于表达的方便和简洁，“电导线”和“多个电导线”在本文中有时简单地称为“导线”。整流器145通过安装在轴115上或者通过另一种期望和合适的技术(如包括整流器与变压器140的次级绕组)固定至轴115。如果需要的话，次级绕组140B和/或整流器145的输出可以在施加至转子135之前被过滤或平滑。
[0014]还可以认为同步机100具有固定部分150和旋转部分155，固定部分150包括框架110、初级绕组140A和定子130，并且旋转部分155包括轴115、转子135、次级绕组140B和整流器145。
[0015]连接至定子130的电线165用作输入线以便在操作处于同步电动机模式下时将电输入电压和功率提供至同步机100，并且用作输出线以便在操作处于同步发电机模式下时提供源自同步机100的电输出电压和功率。
[0016]控制单元170监测电线165的一个或多个参数并且通过导线180将输出控制信号提供至初级绕组140A。控制单元170可以监测以下参数，诸如但不限于，电线165的电压、电流、频率和/或相位。受监测的参数可以部分地取决于机器100被操作为电动机还是操作为发电机。如果需要的话，这些输入参数可以在提供至控制单元170之前被过滤以减少噪声。
[0017]控制信号是交流波形电压(AC电压)，诸如但不限于，脉冲宽度调制(PffM)AC信号。控制信号优选地具有矩形波形，如由脉冲宽度调制切换系统提供的，但是可以是正弦波形，或者另一种期望的波形。控制单元170控制控制信号的脉冲宽度、电压(可以是脉冲电压)或频率(可以是脉冲频率)中的至少一个。控制信号可以是AC信号的多个脉冲或多个周期、AC信号的单个脉冲或单个周期、AC信号的周期的一部分或者其组合。例如，取决于监测的输入参数，控制信号可以是AC信号的双脉冲或双周期、可以是AC信号的6-1/2脉冲或6-1/2周期或者可以小于AC信号的整个周期。脉冲可以成组，在不同组中具有不同长度以及不同数量和/或组间的不同间隔。如果需要的话，控制信号可以在提供至初级绕组140A之前被过滤。
[0018]控制信号是“高频率”控制信号；换言之，控制信号具有高于输入频率(即电线165上的输入信号的频率)的频率(电动机模式)，并且高于输出频率(发电机模式)，即电线165上的输出信号的频率。更优选地，控制信号的频率至少高于电线165上的电压频率几倍。更加优选地，控制信号的频率至少是电线165上的电压频率的10倍，以最小化由转子135的旋转速度所引起的励磁的影响。还可以使用更高的频率。还