[发明专利]变压器、励磁装置、同步发电机以及同步电动机

说明书

技术领域

本发明涉及变压器、励磁装置、同步发电机以及同步电动机。

背景技术

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。

下面以同步发电机为例，来进行说明。

目前，大功率同步发电机需要很强的励磁电流。

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。

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。

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。

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。

中国专利申请公开文档CN103646757A中公开了一种具有旋转铁芯的变压器，一个线圈缠绕在该旋转铁芯上。该旋转铁芯的转轴可以与同步发电机或同步电动机的转子的转轴对接，从而同步旋转。这样，缠绕在固定铁芯上的线圈中的电能可以被转换为缠绕在旋转铁芯上的线圈中的电能，从而可以直接提供给同步旋转中的转子上的励磁电路，而不需要利用电刷。

然而，铁芯的质量往往较大，带动铁芯转动往往需要耗费较多的机械能。这对于同步发电机和同步电动机都是不期望的。因此，期望能够减轻附加在转子上的结构的质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种变压器，其能够在不需要额外带动较大质量的部件的情况下，以不需要电刷的方式向旋转对象提供电能。

根据本发明的一个方面，提供了一种变压器，包括：铁芯，具有第一部分、第二部分和第三部分，第一部分基本上垂直于第三部分，第一部分的一端连接到第二部分，第二部分连接到第三部分，第一部分的另一端与第三部分之间存在间隙，并且第三部分正对第一部分中心位置处具有开孔；转轴，穿过第三部分的开孔；筒状支架，具有筒状部和筒底部，筒状部套在第一部分上，筒底部位于间隙中，转轴固定连接到筒底部的中心位置处；第一线圈，缠绕在铁芯上；第二线圈，缠绕在筒状支架的筒状部上。

优选地，铁芯的第二部分具有底部和一个或多个从底部延伸的臂部，底部与第一部分连接，臂部与第三部分连接。

优选地，铁芯的第二部分具有底部和筒状壁，底部和第三部分呈圆盘状，底部与第一部分连接，筒状壁与第三部分连接，第一部分从底部的中心位置处沿轴线方向延伸。

优选地，还包括：旋转轨道，设置在第一部分和筒状部之间，用于支撑筒状部，并且便于筒状部旋转。

优选地，筒底部由软磁性材料制成。

优选地，筒状部由非磁性耐磨材料制成。

优选地，还包括：轴套，套在第三部分的开孔中，转轴穿过轴套。

优选地，转轴外侧设置有沿着轴线方向的槽，第二线圈的引线沿着槽穿过开孔；或者转轴是中空的，第二线圈的引线从转轴内部穿过开孔。

根据本发明的另一个方面，提供了一种励磁装置，包括：励磁电路；以及根据本发明的变压器，第二线圈的引线连接到励磁电路，用于向励磁电路提供电流，变压器的转轴适于与转子的转轴对接。

根据本发明的另一个方面，提供了一种同步发电机或同步电动机，包括：转子；根据本发明的励磁装置，其中励磁电路设置在转子上，变压器的转轴与转子的转轴对接，从而同步旋转。

使用根据本发明的变压器来给同步发电机或同步电动机的励磁装置提供励磁电流，不需要使用电刷，也不需要额外带动较大质量的铁芯，而只需要带动较轻的线圈和支架，消耗较少的机械能。

附图说明

图1是根据本发明的变压器的简化示意图；

图2是根据本发明的变压器的剖视图；

图3是根据本发明的变压器的变化形式的简化示意图；

图4是使用根据本发明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。