CN102754318A - 同步发电机 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种同步发电机。该同步发电机包括：转子对(10)，该转子对(10)在轴向上层叠有两个由磁性体构成的第一及第二转子铁心(16a，16b)；以及定子对(20)，该定子对(20)从径向外侧覆盖转子对(10)。第一及第二转子铁心(16a，16b)在周向上相互隔开间隔排列有第一及第二突出磁极部(12a，12b)，该第一及第二突出磁极部(12a，12b)从外周面朝向径向外侧突出。配置第一及第二转子铁心(16a，16b)，使得在轴向上相邻的突出磁极部(12a，12b)彼此之间在周向上的位置相互发生偏移。定子(20)包括：定子铁心(22a，22b)，该定子铁心(22a，22b)具有外侧环状构件，并形成静磁场，上述外侧环状构件从径向外侧覆盖转子(10)，排列有从内周面朝向径向内侧突出的多个固定突出部；以及电枢绕组，该电枢绕组在各固定突出部上分别绕径向卷绕线圈而形成。

Description

同步发电机

技术领域

本发明涉及定子具有励磁绕组的同步发电机。

背景技术

现有的大型风车用发电机中，大多使用永磁体式同步发电机。永磁体式的同步发电机一般在转子上设有永磁体，在定子上具有电枢绕组。由该永磁体形成静磁场。

由于这种永磁体式的同步发电机使用大量价格昂贵的钕类永磁体，因此多数的成本高昂。有时使用由定子激励静磁场的同步发电机来替代这种成本高昂的永磁体式的同步发电机。作为这种同步发电机，已知的有例如专利文献1所公开的同步发电机。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2008-48584号公报

发明内容

激励静磁场的同步发电机的定子，是在环状构件的内周面，形成有向径向内侧突出的突出部。在该突出部上，设有用于激励静磁场的励磁绕组或产生电动势等的电枢绕组。另一方面，在转子侧，大多在包括磁性体的环的外周面上，具有沿径向突出的磁极。

转子旋转时，定子的突出部与转子的磁极相互交叉，此时会产生齿槽转矩。若该齿槽转矩的值增大，则会产生噪音等振动。该振动成为降低发电机效率等的主要原因。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，使激励静磁场的同步发电机进行发电时产生的齿槽转矩降低。

用于达到上述目的的本发明所涉及的同步发电机包括：转子，该转子由内侧环构件组形成为一体并绕轴进行旋转而构成，上述内侧环构件组是在轴向上层叠多个内侧环构件而构成的，上述内侧环构件由磁性体构成，在周向上相互隔开间隔排列有多个突出磁极部，该多个突出磁极部以从外周面朝向径向外侧突出的方式形成；定子，该定子具备至少一个定子铁心和电枢绕组，上述至少一个定子铁心具有外侧环状构件，并形成静磁场，上述外侧环状构件从径向外侧覆盖上述转子，在周向上相互隔开间隔排列有多个固定突出部，该多个固定突出部从内周面朝向径向内侧突出，能与上述各突出磁极部分别相对，上述电枢绕组在上述各固定突出部上分别绕径向卷绕线圈而形成；以及外壳，该外壳以从径向外侧覆盖上述定子、并固定上述定子的方式形成，其特征在于，配置构成上述内侧环构件组的上述各内侧环构件，使得在轴向上相邻的上述突出磁极部彼此之间在周向上的位置发生偏移且在轴向上相互有部分重叠。

另外，本发明所涉及的同步发电机包括：定子，该定子包括定子铁心组及电枢绕组，上述定子铁心组是在轴向上层叠多个外侧环状构件而构成的，并形成静磁场，上述外侧环状构件在周向上相互隔开间隔排列有多个固定突出部，该多个固定突出部以从内周面朝向径向内侧突出的方式形成，上述电枢绕组在上述各固定突出部上分别绕径向卷绕线圈而形成；转子，该转子配置在上述外侧环状构件的径向内侧，由至少一个内侧环构件构成，并绕轴旋转，上述至少一个内侧环构件由磁性体构成，在周向上相互隔开间隔排列有多个突出磁极部，该多个突出磁极部从外周面朝向径向外侧突出，能分别与上述各固定突出部相对；以及外壳，该外壳以从径向外侧覆盖上述定子、并固定上述定子的方式形成，其特征在于，配置构成上述定子铁心组的上述各外侧环构件，使得在轴向上相邻的上述固定突出部彼此之间在轴向上相互有部分重叠，且上述固定突出部彼此之间在周向上的位置相互发生偏移。

若采用本发明，则能使激励静磁场的同步发电机进行发电时产生的齿槽转矩降低。

附图说明

图1是从轴向观察本发明的实施方式1所涉及的同步发电机的定子的一部分、及第一转子铁心侧的转子对的一部分并将周向沿直线展开来表示的示意性主视图。

图2是表示将图1的同步发电机的定子对及转子对等沿旋转轴向展开的状态的简要立体图，(a)表示转子对，(b)表示定子对，(c)表示外壳，(d)表示同步发电机组装后的状态。

图3是将形成于图2的第一定子的第一定子铁心中的一组电枢绕组及励磁绕组等取出并表示的简要立体图。

图4是表示图2的转子对的一部分的简要立体图。

图5是表示使用图4的转子对时的转子对进行旋转时的时间与电枢电压的关系的曲线图。

图6是表示在图2的同步发电机中产生三相电动势的例子的主视图。

图7是表示本发明的实施方式2所涉及的同步发电机的简要立体图。

图8是表示将实施方式3所涉及的同步发电机的定子对及转子对等沿旋转轴向展开的状态的简要立体图，(a)表示转子对，(b)表示定子对，(c)表示外壳，(d)表示同步发电机组装后的状态。

附图标记

10…转子对

12a第一突出磁极部

12b第二突出磁极部

14a第一外侧前端面

14b第二外侧前端面

16a第一转子铁心

16b第二转子铁心

20定子对

20a第一定子

20b第二定子

22a第一定子铁心

22b第二定子铁心

24a第一固定突出部

24b第二固定突出部

25励磁绕组

26电枢绕组

29…内侧前端面

30…外壳

41…第一固定突出部组

42…第二固定突出部组

43…第三固定突出部组

51…第一发电机层

52…第二发电机层

53…第三发电机层

具体实施方式

下面，将参照附图，对本发明所涉及的同步发电机的实施方式进行说明。

[实施方式1]

采用图1～图6，对本发明所涉及的实施方式1进行说明。图1是从轴向观察本实施方式所涉及的同步发电机的定子对20的一部分及第一转子铁心16a侧的转子对10的一部分并将周向沿直线展开来表示的示意性主视图。图2是表示将图1的同步发电机的定子对20及转子对10等沿旋转轴向展开的状态的简要立体图，(a)表示转子对10，(b)表示定子对20，(c)表示外壳30，(d)表示同步发电机组装后的状态。图3是表示在形成于图2的定子对20的定子铁心22中所形成的电枢绕组26、及励磁绕组25等的简要立体图。图4是表示图2的转子对10的一部分的简要立体图。图5是表示使用图4的转子对10时的转子对10进行旋转时的时间与电枢电压的关系的曲线图。图6是表示在图2的同步发电机中产生三相电动势的例子的主视图。

首先，对本实施方式的同步发电机的结构进行说明。

本实施方式的同步发电机包括：转子对10，该转子对10具有可绕水平轴70旋转的环状的两个转子铁心；定子对20，该定子对20从径向外侧覆盖该转子对10；以及外壳30，该外壳30从径向外侧覆盖该定子对20并用于将该定子对20固定。

转子对10具有可绕水平轴旋转的环状的两个转子铁心、即第一转子铁心16a及第二转子铁心16b，上述两个转子铁心沿轴向进行层叠。上述两个转子铁心由例如硅钢板等磁性体构成。构成第一转子铁心16a及第二转子铁心16b，使其形成为一体进行旋转。

在第一转子铁心16a的外周面上，形成有朝着径向外侧突出的多个第一突出磁极部12a。上述第一突出磁极部12a在周向上相互隔开间隔进行排列。第一突出磁极部12a彼此之间在周向上的间隔为等间隔。同样，在第二转子铁心16b的外周面上，形成有多个第二突出磁极部12b。上述第二突出磁极部12b在周向上相互隔开间隔进行排列，第二突出磁极部12彼此之间在周向上的间隔为等间隔。

此处，使得由相邻的第一突出磁极部12a分别和轴70形成的中心角、与由相邻的第二突出磁极部12b分别和轴70形成的中心角相等。配置第一及第二突出磁极部12a、12b，使得第一突出磁极部12a在周向上的位置与第二突出磁极部12b在周向上的位置不同，即在周向上发生偏移。

此外，在转子对10的内侧，配置有绕水平轴70进行旋转的旋转轴(未图示)。转子对10固定于该旋转轴，与该旋转轴一同进行旋转。

定子对20包括第一定子20a及第二定子20b。上述第一定子20a包括第一定子铁心22a、配置于该第一定子铁心22a的电枢绕组26、以及配置于该电枢绕组26的附近的励磁绕组25。第二定子20b包括第二定子铁心22b、配置于该第二定子铁心22b的电枢绕组26、以及配置于该电枢绕组26的附近的励磁绕组25。

上述第一及第二定子铁心22a、22b分别如图2所示那样是由磁性体构成的环状的构件，分别从径向外侧来覆盖第一及第二转子铁心16a、16b。

上述第一及第二定子铁心22a、22b的各自的内周面上，形成有朝向径向内侧突出的多个第一固定突出部24a及多个第二固定突出部24b。上述第一固定突出部24a分别在周向上相互隔开间隔进行排列，能够与形成于第一转子铁心16a的多个第一突出磁极部12a分别相对。另外，各第二固定突出部24b分别在周向上相互隔开间隔进行排列，能够与形成于第二转子铁心16b的多个第二突出磁极部12b分别相对。

此处，使得由相邻的第一固定突出部24a分别和轴70形成的中心角、与由相邻的第一突出磁极部12a分别和轴70形成的中心角相等。同样，使得由相邻的第二固定突出部24b分别和轴70形成的中心角、与由相邻的第二突出磁极部12b分别和轴70形成的中心角相等。

第一定子铁心22a例如由硅钢等形成，能对每个第一固定突出部24a进行分割。即，该第一定子铁心22a在周向上排列多个图3所示的包含固定突出部24a的构件，构成为一个环。在本例中，设置有励磁绕组25及电枢绕组26的硅钢块沿周向排列，来构成一个环。另外，该块也能在轴向上层叠硅钢板而形成。第二固定铁心22b采用与第一定子铁心22a相同的结构。

配置第一固定突出24a及第二固定突出部24b，使其在周向上的位置彼此之间相同。即，在沿轴向来观察定子对20时，观察到第一固定突出部24a与第二固定突出部24b重叠。

对这些各第一固定突出部24a和各第二固定突出部24b，分别设有绕突出方向(径向)卷绕线圈而形成的励磁绕组25。通过使直流电流流过这些励磁绕组25，在定子对20中形成静磁场。在本实施方式中，形成磁通方向如图1的箭头A那样的静磁场。

另外，对于各第一固定突出部24a及各第二固定突出部24b，分别在相比励磁绕组25更靠近径向内侧的位置上设置有电枢绕组26。上述电枢绕组26与励磁绕组25相同，绕径向卷绕线圈而形成。同步发电机采用由上述电枢绕组26产生电动势等结构。

将各第一固定突出部24a的分别面向径向内侧的第一内侧前端面29a按如下这样配置：即，使其与第一突出磁极部12a的面对径向外侧的第一外侧前端面14a在径向上相互保持规定的间隔。同样，将各第二固定突出部24b的分别面向径向内侧的第二内侧前端面29b按如下这样配置：即，使其与各第二突出磁极部12b的分别面对径向外侧的第二外侧前端面14b在径向上相互保持规定的间隔。

尽管省略了详细的图示，然而如上所述，利用外壳30将定子对20进行固定。

对于转子对10的各突出磁极部12a、12b的各自的外侧前端面14a、14b，如图1及图4所示那样，形成为近似平坦的面，但是，也可以是周向中央比周向两端而更向径向外侧稍许突出的部分圆筒面。

接着，对本实施方式的作用进行说明。

若转子对10进行旋转，即，向着图1的箭头R的方向，第一转子铁心16a及第二转子铁心16b形成为一体进行移动时，各第一突出磁极部12a的各第一外侧前端面14a与各第一内侧前端面29a相互在径向上相交。在第一外侧前端面14a与第一内侧前端部29a相交后，第二突出磁极部12b的第二外侧前端面14b一边在径向上与第二内侧前端面29b相交，一边进行移动。即，该同步发电机在转子对10进行旋转时，使第一外侧前端面14a与第一内侧前端面29a相互相交的定时、和第二外侧前端面14b与第二内侧前端面29b相互相交的定时交替出现。

电枢电压根据第一外侧前端面14a与第一内侧前端面29a之间的距离、及第二外侧前端面14b与第二内侧前端面29b之间的距离进行变化。如图5所示那样，在第一外侧前端面14a和第一内侧前端面29a相交时所获得的第一电枢电压是用虚线所示的波形。在该第一电枢电压成为最大时，对应于第一突出磁极部12a的第一外侧前端面14a与第一内侧前端面29a在径向上重叠的情况，该第一电枢电压成为最小时，对应于第一突出磁极部12a位于相邻的第一固定突出部24a彼此之间的情况。

另外，在第二外侧前端面14b与第二内侧前端面29b相交时获得的第二电枢电压是用双点划线所示的波形。在该第二电枢电压成为最大时，对应于第二外侧前端面14b与第二内侧前端面29b在径向上重叠的情况，该第二电枢电压成为最小时，对应于第二突出磁极部12b位于相邻的第二固定突出部24b彼此之间的情况。

在本实施方式中，由于第一转子铁心16a及第二转子铁心16b形成为一体进行旋转，因此，由第一电枢电压及第二电枢电压相互合成而得的合成电枢电压成为由本实施方式的同步发电机获得的电枢电压。

如上所述，由于本实施方式的转子对10采用第一突出磁极部12a及第二突出磁极部12b在周向上的位置不同的结构，因此，第一外侧前端面14a与第一内侧前端面29a相交的定时、和第二外侧前端面14b与第二内侧前端面29a相交的定时互不相同。由此，成为第二电枢电压比第一电枢电压延迟规定时间的状态。

对于通过相互合成上述第一电枢电压及第二电枢电压而得的合成电枢电压的波形，与第一电枢电压及第二电枢电压的各自的波形相比，电枢电压在零附近的倾斜变得平缓。因而，对于合成电枢电压的波形，相比第一电枢电压及第二电枢电压的各自的波形，成为更接近正弦波的波形。通过获得接近正弦波的波形，从而能抑制电枢电压的急剧变化。

接着，对利用具有上述结构的转子对10及定子对20等产生三相电动势的结构进行说明。

如图6所示，第一定子20a的在周向上相邻排列的10个第一固定突出部24构成一个固定突出部24组。该例子具有三个固定突出部组，即具有第一固定突出部组41、第二固定突出部组42及第三固定突出部组43。

第一～第三固定突出部组41、42、43在周向上相互隔着间隔而排列。将第一～第三固定突出部组41、42、43配置成该周向间隔比相互相邻的第一固定突出部24a彼此之间的间隔要大。对于第二定子20b，也采用相同的结构。

第一～第三固定突出部组41、42、43分别产生一相电动势，用第一～第三固定突出部组41、42、43产生三相电动势。

根据上述说明可知，在本实施方式中，采用使第一突出磁极部12a及第二突出磁极部12b在周向上的位置不同的结构，从而使得电枢电压的波形更接近正弦波。由此，可抑制同步发电机的齿槽转矩。

[实施方式2]

采用图7，对本发明所涉及的同步发电机的实施方式2进行说明。图7是表示本实施方式所涉及的同步发电机的简要立体图。另外，本实施方式是实施方式1的变形例，对于与实施方式一相同的部分或相似的部分，标注相同的标号，省略重复说明。

在本实施方式中，在轴向上排列3层实施方式1中所说明的图2所示的定子对20及转子对10的组合，构成具有第一发电机层51、第二发电机层52及第三发电机层53的同步发电机。构成为各层分别产生相当于一相的电动势，用第一～第三发电机层51、52、53产生三相电动势。

由此，除了实施方式1的效果之外，还具有容易获得较大电动势的效果。

[实施方式3]

采用图8，对本发明所涉及的同步发电机的实施方式3进行说明。图8是表示将本实施方式所涉及的同步发电机的定子对20及转子对10等沿旋转轴向展开的状态的简要立体图，(a)表示转子对10，(b)表示定子对20，(c)表示外壳30，(d)表示同步发电机组装后的状态。另外，本实施方式是实施方式1的变形例，对于与实施方式一相同的部分或相似的部分，标注相同的标号，省略重复说明。

在实施方式1中，配置转子对10的第一突出磁极部12a及第二突出磁极部12b，使其在周向上的位置互不相同，配置定子对20的第一固定突出部24a及第二固定突出部24b，使其在周向上的位置相同。

与此不同的是，在本实施方式中，配置定子对20的第一固定突出部24a及第二固定突出部24b，使其在周向上的位置互不相同，配置转子对10的第一突出磁极部12a及第二突出磁极部12b，使其在周向上的位置相同。

采用上述结构的同步发电机与实施方式一相同，在转子对10进行旋转时，使第一外侧前端面14a与第一内侧前端面29a相互相交的定时、和第二外侧前端面14b与第二内侧前端面29b相互相交的定时互不相同。

由此，能获得与实施方式一相同的效果。

[其它实施方式]

上述实施方式的说明是用于说明本发明的示例，并非限定权利要求的范围所记载的发明。此外，本发明的各部的结构不限于上述实施方式，在权利要求的范围所记载的技术范围内可进行种种变形。

在实施方式1及实施方式2中，通过对定子对20设置励磁绕组25来形成静磁场，但是并不限于此。例如，若是较为小型的情况，则还可配置永磁体。

也能使用将实施方式1的定子对20的第一定子20a及第二定子20b形成为一体的定子。在这种情况下，只要定子在轴向上的宽度形成得与转子对10在轴向上的宽度大致相同即可。

另外，也能使用将实施方式3的转子对10的第一转子铁心16a及第二转子铁心16b形成为一体的转子铁心。在这种情况下，只要转子铁心在轴向上的宽度形成得与定子对20在轴向上的宽度大致相同即可。

另外，实施方式1的同步发电机包括两个转子铁心16a及16b，但是并不限于此。也能在轴向上层叠三个以上的转子铁心，配置各转子铁心的突出磁极部，使其在周向上的位置互不相同。同样，实施方式3的同步发电机包括两个定子20a及20b，但是并不限于此。也能在轴向上层叠三个以上的定子，配置形成于各定子的固定突出部，使其在周向上的位置互不相同。

另外，也能将实施方式1的特征与实施方式3的特征相互组合。

Claims (6)

1.一种同步发电机，包括：

转子，该转子由内侧环构件组形成为一体并绕轴进行旋转而构成，所述内侧环构件组是在轴向上层叠多个内侧环构件而构成的，所述内侧环构件由磁性体构成，在周向上相互隔开间隔排列有多个突出磁极部，该多个突出磁极部以从外周面朝向径向外侧突出的方式形成；

定子，该定子具备至少一个定子铁心和电枢绕组，所述至少一个定子铁心具有外侧环状构件，并形成静磁场，所述外侧环状构件从径向外侧覆盖所述转子，在周向上相互隔开间隔排列有多个固定突出部，该多个固定突出部从内周面朝向径向内侧突出，能与所述各突出磁极部分别相对，所述电枢绕组在所述各固定突出部上分别绕径向卷绕线圈而形成；以及，

外壳，该外壳以从径向外侧覆盖所述定子、并固定所述定子的方式形成，其特征在于，

配置构成所述内侧环构件组的所述各内侧环构件，使得在轴向上相邻的所述突出磁极部彼此之间在周向上的位置发生偏移且在轴向上相互有部分重叠。

2.如权利要求1所述的同步发电机，其特征在于，

所述内侧环构件组包括第一内侧环构件组、第二内侧环构件组、及第三内侧环构件组，

所述定子包括：对应于所述第一内侧环构件组的第一定子；对应于所述第二内侧环构件组的第二定子；及对应于所述第三内侧环构件组的第三定子，

所述第一内侧环构件组与第一定子、所述第二内侧环构件组与第二定子、及所述第三内侧环构件组与第三定子分别构成三组环构件组，

所述各环构件组产生一相电动势，三组的所述环构件组产生三相电动势。

3.如权利要求1所述的同步发电机，其特征在于，

利用在周向上相邻的多个所述固定突出部形成一个固定突出部组，

在所述外侧环构件的内周面上在周向上相互隔开间隔排列有三个所述固定突出部组，在周向上相邻的所述固定突出部组彼此之间的间隔形成为比所述各固定突出部组内的相邻的所述固定突出部彼此之间的周向间隔要大，

三个所述各固定突出部组分别产生一相电动势，用三组所述固定突出部组产生三相电动势。

4.如权利要求1至3的任一项所述的同步发电机，其特征在于，

在所述各内侧环构件的各自的外侧分别配置有所述定子铁心，

配置多个所述定子铁心的各所述固定突出部，使其在周向上的位置相同。

5.如权利要求1至4的任一项所述的同步发电机，其特征在于，

所述各固定突出部分别在所述电枢绕组的径向内侧，形成有励磁绕组。

6.一种同步发电机，包括：

定子，该定子包括定子铁心组及电枢绕组，所述定子铁心组是在轴向上层叠多个外侧环状构件而构成的，并形成静磁场，所述外侧环状构件在周向上相互隔开间隔排列有多个固定突出部，该多个固定突出部以从内周面朝向径向内侧突出的方式形成，所述电枢绕组在所述各固定突出部上分别绕径向卷绕线圈而形成；

转子，该转子配置在所述外侧环状构件的径向内侧，由至少一个内侧环构件构成，并绕轴旋转，所述至少一个内侧环构件由磁性体构成，在周向上相互隔开间隔排列有多个突出磁极部，该多个突出磁极部从外周面朝向径向外侧突出，能分别与所述各固定突出部相对；以及，

外壳，该外壳以从径向外侧覆盖所述定子、并固定所述定子的方式形成，其特征在于，

配置构成所述定子铁心组的所述各外侧环构件，使得在轴向上相邻的所述固定突出部彼此之间在轴向上相互有部分重叠，且所述固定突出部彼此之间在周向上的位置相互发生偏移。

Images