專利名稱：變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變壓器，特別是涉及將電能供給轉(zhuǎn)換器、負(fù)載電路或類似電路等中的變壓器。
背景技術(shù)：
下述發(fā)電機(jī)中的變壓器具有上述類型。
(a)利用高處蓄水的落差能量，來產(chǎn)生電能的水力發(fā)電裝置。
(b)利用煤炭，燃油，可燃?xì)怏w等燃料的熱能產(chǎn)生電能的火力發(fā)電裝置。
(c)利用原子核裂變過程的反應(yīng)放出的能量產(chǎn)生電能的原子能發(fā)電機(jī)。
(d)利用太陽的熱能或陽光的光能的太陽能來產(chǎn)生電能的太陽能發(fā)電機(jī)。
(e)利用風(fēng)能來產(chǎn)生電能的風(fēng)力發(fā)電裝置。
(f)利用產(chǎn)生低能量產(chǎn)品所引起的化學(xué)反應(yīng)，以產(chǎn)生電能的化學(xué)發(fā)電裝置(即電池)。
然而，就上述各種發(fā)電裝置而言，還有如下各問題存在。即就水力發(fā)電裝置而言，建筑水壩而引起的自然環(huán)境的破壞；再就火力發(fā)電裝置而言，則有如排出二氧化碳、Nox、SOx等氣體，將增加空氣污染；再者，就原子能發(fā)電裝置而言，不僅核廢料，而且發(fā)生核事故的危險(xiǎn)是公眾關(guān)注的問題；就電池而言，由于使用水銀，鎳，鎘等重金屬的化學(xué)反應(yīng)，會(huì)帶來嚴(yán)重的環(huán)境問題。
一方面，以太陽能發(fā)電裝置及風(fēng)力發(fā)電裝置而言，雖然，對(duì)環(huán)境并無不良影響，但是，它們不能保證恒定的能量供給。因?yàn)?，太陽能發(fā)電裝置在一年之間可利用的天數(shù)受到限制，再者，以風(fēng)力發(fā)電裝置而言，因?yàn)轱L(fēng)力能量有間歇的變換。
發(fā)明公開本發(fā)明的目的是要解決這些問題而加以研究完成，其目的是提供用于不僅不會(huì)破壞環(huán)境、而且能夠提供穩(wěn)定的電能、還可以小型化的發(fā)電裝置中的變壓器。
為了達(dá)到上述和其他目的，根據(jù)本發(fā)明的變壓器包括除了產(chǎn)生一個(gè)交變磁場外，還產(chǎn)生一個(gè)運(yùn)動(dòng)磁場的一次繞組，設(shè)置一個(gè)能夠與該一次繞組所產(chǎn)生的交變磁場和運(yùn)動(dòng)磁場交鏈的二次繞組。
以這種結(jié)構(gòu)，通過流過一次繞組的勵(lì)磁電流而產(chǎn)生的交變磁通所建立的交變磁場及運(yùn)動(dòng)磁場，在二次繞組就感應(yīng)出因?yàn)榻蛔兇艌龆鸬碾妱?dòng)勢，和因其運(yùn)動(dòng)磁場所引起的電動(dòng)勢。而且由交變磁場在二次繞組所感應(yīng)的電動(dòng)勢大體等于為了使勵(lì)磁電流流過一次繞組所供給的電力減去銅損，鐵損等一些損耗，因此，本發(fā)明的變壓器不僅不會(huì)破壞自然環(huán)境，而且又能供給穩(wěn)定的電能，還可以使裝備達(dá)到小型化。
再者，由上述一次繞組產(chǎn)生的交變磁場，及運(yùn)動(dòng)磁場(包括旋轉(zhuǎn)磁場)可以由包括直流，單相交流，二相交流，或包括三相交流的多相交流所產(chǎn)生。
所以，假定用上述運(yùn)動(dòng)磁場來作為旋轉(zhuǎn)磁場，通過增加交變頭緒場的交變數(shù)和旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)數(shù)，在二次繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢也增加，該交變磁場和旋轉(zhuǎn)磁場可以由直流，單相交流，兩相交流，或包括三相交流的多相交流產(chǎn)生。直流的時(shí)候，通過斷續(xù)的直流周期變短，再者，在單相交流，二相交流或多相交流(包括三相交流)的時(shí)候，則令交流的周期變短，使交變數(shù)和旋轉(zhuǎn)數(shù)可以增加。再者，如果上述一次繞組為多相(包括三相交流)對(duì)稱繞組，而且為多極(包括四極)繞組的話，由于多相繞組的相數(shù)及多極繞組的極數(shù)的增加，隨之上述二次繞組所感應(yīng)的電動(dòng)勢也增加。再者，在此情況下，上述二次繞組最好是與上述一次繞組相同相數(shù)的對(duì)稱繞組。再者，若運(yùn)動(dòng)磁場不是旋轉(zhuǎn)磁場也可以應(yīng)用。
再者，在上述二次繞組所感應(yīng)的電動(dòng)勢的電壓和電流最好是通過調(diào)節(jié)上述一次繞組及二次繞組的匝數(shù)比來控制的。
再者，最好是使上述一次繞組及二次繞組都被設(shè)置在同一個(gè)磁路內(nèi)，尤其是上述一次繞組二次繞組的各對(duì)應(yīng)繞組部分，配設(shè)在構(gòu)成上述相同的磁路的鐵芯附近。
本發(fā)明的變壓器也可以用作具有下列結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電機(jī)，其第一結(jié)構(gòu)為具有轉(zhuǎn)軸在旋轉(zhuǎn)磁場的軸線上的轉(zhuǎn)子，一次繞組和二次繞組作為定子，使轉(zhuǎn)子由旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)出的電流所轉(zhuǎn)動(dòng)。第二種結(jié)構(gòu)為一次繞組和二次繞組作為轉(zhuǎn)子，其轉(zhuǎn)軸位于旋轉(zhuǎn)磁場軸線上并且設(shè)置一個(gè)定子用于使轉(zhuǎn)子(i.e.，一次繞組和二次繞組)由旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)出的電流所轉(zhuǎn)動(dòng)。另外，通過將一次繞組和二次繞組作為一次側(cè)，設(shè)置由運(yùn)動(dòng)磁場感應(yīng)出的電流使其相對(duì)一次側(cè)運(yùn)動(dòng)的二次側(cè)，變壓器可以用作線性馬達(dá)。
因此，本發(fā)明的變壓器可以用在常規(guī)發(fā)電機(jī)，例如水力發(fā)電機(jī)，火力發(fā)電機(jī)，原子能發(fā)電機(jī)，太陽能發(fā)電機(jī)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)和電池的地方來提供電能。本發(fā)明的變壓器對(duì)所有類型電能的應(yīng)用是有用的，特別可以應(yīng)用于馬達(dá)由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能所驅(qū)動(dòng)耗電的場合。
本發(fā)明的其他目的將通過后面給出的詳細(xì)描述而變得顯而易見。然而，表示本發(fā)明最佳實(shí)施例的詳細(xì)描述和具體例子僅僅是說明性地給出。在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)各種變化和修改，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員從詳細(xì)描述中就可明白。


圖1至圖7是說明本發(fā)明的發(fā)電裝置的第一實(shí)施例的圖；圖1是表示其橫截面立體圖；圖2是表示其橫截面圖；圖3(a)是電路圖，3(b)、3(c)是繞線圖；圖4是表示其旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生圖；圖5(a)、5(b)、5(c)是表示其第一實(shí)施例的第一種變形形式，對(duì)應(yīng)圖2的橫截面圖及對(duì)應(yīng)圖3的繞線圖；圖6是表示第一變形形式的旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生圖。
圖7(a)、7(b)、7(c)表示其第一實(shí)施例的第二種變形形式，對(duì)應(yīng)圖2的橫截面圖和對(duì)應(yīng)圖3(b)和3(c)的繞線圖；圖8至圖11表示將第一實(shí)施例的發(fā)電裝置作為感應(yīng)電機(jī)使用時(shí)的變形圖；圖8及圖9表示第一變形例的縱截面圖及橫截面圖；
圖10及圖11表示第二變形例的縱截面圖及橫截面圖；圖12及圖13表示用以說明本發(fā)明的發(fā)電裝置的第二實(shí)施例圖；圖12(a)、(b)、(c)分別表示對(duì)應(yīng)圖2的橫截面圖及對(duì)應(yīng)圖3(b)、(c)的繞線圖；圖13表示電路圖；圖14至圖17表示本發(fā)明第三實(shí)施例的變壓器；圖15是電路圖；圖16是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的第一變形形式的變壓器的外平面圖；圖17是根據(jù)第三實(shí)施例的第二變形形式的電路圖；圖18是表示將第三實(shí)施例的變壓器裝置作為感應(yīng)電機(jī)使用的對(duì)應(yīng)第三實(shí)施例的第一變形形式的外平面圖；圖19至圖22表示用于說明本發(fā)明的發(fā)電裝置的第四實(shí)施例的圖；圖19是表示變壓器縱截面圖；圖20是表示其鐵芯的立體圖；圖21是表示其電路圖；圖22是表示繞線配置圖；圖23及圖24表示說明將第四實(shí)施例的發(fā)電裝置作為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)使用的變形例的圖；圖23是表示其縱截面；圖24是表示圖23的A-A線的橫截面圖；圖25及圖26(a)、(b)是表示本發(fā)明的發(fā)電裝置的第五實(shí)施例的圖；圖26(a)、(b)分別表示對(duì)應(yīng)圖3(b)、3(c)的繞線圖；圖27表示將第五實(shí)施例的發(fā)電裝置作為線性馬達(dá)使用時(shí)的縱載面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的變壓器的各實(shí)施例，依照附圖進(jìn)行說明。
(第一實(shí)施例三相交流二極集中全節(jié)距繞組)在第一圖及第二圖中，鐵芯10由圓柱芯部分(實(shí)心)，與圓環(huán)筒狀鐵芯部分10B所構(gòu)成，而該圓環(huán)筒狀鐵芯部分10B的中空部分則嵌合有圓柱狀鐵芯部分10A，而互相結(jié)合為磁耦合狀態(tài)。其中該圓柱狀鐵芯部分10A，用圓形鋼簿板重疊而成并在其外圓周上具有六個(gè)槽11，沿鐵芯軸線方向延伸的每個(gè)槽11在鐵芯的圓周方向等間距隔開。再者，關(guān)于圓環(huán)筒狀鐵芯10B，也同樣以圓環(huán)狀鋼板重疊而成，同時(shí)于內(nèi)周面上具有六個(gè)切槽13。切槽13沿著鐵芯部分10b的軸線延伸，并等距離隔開，將在圓柱鐵芯部分10A的槽11之間的突出部分12的前端側(cè)嵌進(jìn)溝槽13中。以此，將圓柱狀鐵部分10A的突出部分12插入鐵芯10B的切入槽13，把圓柱狀鐵芯部分10A嵌入圓環(huán)筒狀鐵芯部分10B的中空部分，以便把鐵芯10裝配起來。
在上述圓柱狀鐵芯部分10A的溝槽11中的內(nèi)側(cè)，如第3圖(a)所示，嵌設(shè)有連接三相交流電源14的一次繞組15的U1相繞組15A，V1相繞組15B及W1相繞組15C所形成呈Y形接法的三相對(duì)稱繞組，而其三個(gè)相對(duì)稱繞組則如第3圖(B)所示。再者在溝槽11的外側(cè)，嵌設(shè)有二次繞組16的U2相繞組16A，V2相繞組16B及W2相繞組16C所形成呈Y連接的三相對(duì)繞組，第3圖(a)所示，而其三相對(duì)稱繞組則如第3圖(C)所示。再者，在圖3(b)，(3c)所示的符號(hào)①-⑥表示溝槽號(hào)碼。
當(dāng)平衡三相交流電流ia1，ib1，ic1作為激磁電流從三相交流電源14流向一次繞組15(即，U1相繞組15A，V1相繞組15B，W1相繞組15C)，由這些平衡三相交流電流ia1，ib1，ic1產(chǎn)生的交變磁通建立一個(gè)交變磁場17和一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場18，如圖4所示。旋轉(zhuǎn)磁場18是一種運(yùn)動(dòng)磁場且在平衡三相交流電流ia1，ib1，ic1的一周期間順時(shí)針轉(zhuǎn)一周。二次繞組(即，U2相繞組16A，V2相繞組16B和W2相繞組16C)和交變磁場17和旋轉(zhuǎn)磁場18交鏈。在交變磁場17和旋轉(zhuǎn)磁場18所產(chǎn)生的電動(dòng)勢在U2，V2，W2相繞組16A，16B，16C中感應(yīng)出來，從而平衡三相交流電流ia2，ib2，ic2如圖3(a)和3(c)所示流動(dòng)。
如前所述，由交變磁場17產(chǎn)生的電動(dòng)勢加到由旋轉(zhuǎn)磁場18產(chǎn)生的電動(dòng)勢上，且該電動(dòng)勢感應(yīng)到二次繞組16。此外，由交變磁場17產(chǎn)生的和在二次繞組16感應(yīng)的電動(dòng)勢基本等于流過一次繞組15的平衡電流ia1，ib1，ic1的電力減去一些損耗，例如銅損和鐵損。
雖然，第一實(shí)施例是就雙極集中式全距繞組進(jìn)行的說明，但是它同樣可以應(yīng)用到四極集中式全距繞組，在這種四極全距繞組中采用溝槽數(shù)是溝槽11的二倍的溝槽11’并且設(shè)置疊繞一次繞組15’(包括U1相繞組15A’，V1相繞組15B’和W1相繞組15C’)和設(shè)置疊繞二次繞組16’(包括U2相繞組16A’，V2相繞組16B’和W2相繞組16C’)，如圖5(a)，5(b)和5(c)所示。在這種繞組中，如圖6所示，產(chǎn)生一個(gè)四極旋轉(zhuǎn)磁場18’，它在平衡三相電流ia1，ib1，ic1的四周期間順時(shí)針旋轉(zhuǎn)一周。以類似方式，可以建立六極或更高極的旋轉(zhuǎn)磁場。由于旋轉(zhuǎn)磁場中磁極數(shù)增加，在二次繞組16(16’)感應(yīng)的電動(dòng)勢也增加。
在第一實(shí)施例中介紹了集中全距繞組，但是分布全距繞組也可以使用。例如，在使用四極分布(全距)繞組時(shí)(采用疊繞式繞組)，構(gòu)成一次繞組15”的U1相繞組15A”，V1繞組15B”和W1繞組15C”和構(gòu)成二次繞組16”的U2相繞組16A”，V2繞組16B”和W2繞組16C”設(shè)置在三十六個(gè)槽11”中，如圖7(a)，7(b)，7(c)所示。其他結(jié)構(gòu)如前面所述。
應(yīng)該注意標(biāo)號(hào)圖5(a)到5(c)中的①-12和圖7(a)到7(c)中①-36表示構(gòu)槽號(hào)。
(變形實(shí)施例)下面將就包括上面所述的三相交流，四極分布全距繞組作為一種感應(yīng)電機(jī)為例進(jìn)行說明。
參見圖8和圖9，設(shè)置一種具有上壁和下壁的圓柱形定子框架20(中空)。其中一個(gè)環(huán)形鐵芯21固定到定子框架20中并且和定子芯框架20同軸。在環(huán)形鐵芯21的內(nèi)圓周形成36個(gè)槽22。這些槽22在鐵芯21的圓周方向均勻地間隔開并且沿著鐵芯21的軸向延伸。一次繞組23設(shè)置在槽22的內(nèi)側(cè)，二次繞組24設(shè)置在槽22的外側(cè)。這些繞組23，24是以三相交流電流，四極分布全距繞組有及三相對(duì)稱繞組的形式疊繞成的。
有一個(gè)圓柱形導(dǎo)體30(實(shí)心)設(shè)置在環(huán)形鐵芯21的中空區(qū)域。圓柱形導(dǎo)體30包括位于旋轉(zhuǎn)磁場的軸線上的旋旋軸29，并且該轉(zhuǎn)軸通過軸承27，28旋轉(zhuǎn)地支撐在由定子框架20的上壁和下壁所限定的孔25，26。以環(huán)形鐵芯21作為定子和圓柱形導(dǎo)體30作為轉(zhuǎn)子，由一次繞組23建立一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場。旋轉(zhuǎn)磁場在圓柱形導(dǎo)體30的表面感應(yīng)一個(gè)電流并且這個(gè)電流引起一個(gè)感應(yīng)磁場。由旋轉(zhuǎn)磁場和感應(yīng)磁場所產(chǎn)生的電磁力使作為轉(zhuǎn)子的圓柱形導(dǎo)體30轉(zhuǎn)動(dòng)。
上述變壓器可以進(jìn)行變形，從而如圖10和圖11所示，一個(gè)固定到定子框架20’的下壁的環(huán)形鐵芯21’設(shè)置在圓柱形定子框架20(中空)中并同軸設(shè)置，一個(gè)環(huán)形導(dǎo)體30’裝配到環(huán)形鐵芯21’的外表面和定子框架20’的內(nèi)圓周表面之間的環(huán)形空間中。在這個(gè)情況下，環(huán)形導(dǎo)體30’的旋轉(zhuǎn)軸29’同樣裝在環(huán)形鐵芯21’的中空區(qū)域中的旋轉(zhuǎn)磁場的軸線上，除了槽22’在環(huán)形鐵芯21’的外圓周上形成外，其他特征與前面所述相同。
雖然這里使用的是三相交流，四極分布全距繞組，但是也可以使用三相交流，兩極或四極集中全距繞組。在前面的實(shí)施例中，環(huán)形鐵芯21(21’)作為定子和圓柱形導(dǎo)體30(環(huán)形導(dǎo)體30’)作為轉(zhuǎn)子，但是也有可能使環(huán)形鐵芯21(21’)配有轉(zhuǎn)軸并作為轉(zhuǎn)子，而圓柱形導(dǎo)體30(圓柱形導(dǎo)體30’)作為定子。
在本實(shí)施例中，一次繞組15(15’，15”，23)設(shè)置在槽11(11’，11”，22，22’)的內(nèi)側(cè)，而二次繞組16(16’，16”，24)設(shè)置在槽的外側(cè)。但是一次繞組15(15’，15”，23)可以設(shè)置在外側(cè)，二次繞組16(16’，16”，24)設(shè)置在內(nèi)側(cè)，也有可能不考慮一次繞組和二次繞組將它們?nèi)我庠O(shè)置在內(nèi)側(cè)和外側(cè)。雖然，在本實(shí)施例中采用的是星形三相對(duì)稱接法，也可以采用三角形對(duì)稱接法。在本實(shí)施例中可以采用波式繞組或鏈形繞組而不是疊形繞組。另外，可以由短距繞組代替全距繞組，總之，第一實(shí)施例可以應(yīng)用到所有類型的繞線方式。
當(dāng)在本實(shí)施例中鐵芯10(10’，10”，21，21’)由鋼板疊成，它也可以由鋼塊或煅燒，硬化的鐵氧體構(gòu)成。總之，任何材料只要它們是磁性材料都可以使用。
(第二實(shí)施例單相交流分相電容器型四極分布式全距繞組)參照?qǐng)D12(a)，12(b)和12(c)，鐵芯40由圓柱鐵芯部40A(實(shí)心)，與圓環(huán)筒狀部40B所構(gòu)成，與第一實(shí)施例相同，圓環(huán)筒狀部分40B的中空部分則嵌合有圓柱狀鐵芯部分40A，且相互磁耦合。
十六個(gè)槽41(每一個(gè)都沿圓柱筒狀部分40A的軸線方向延伸)在鐵芯部分40A的外圓周上在圓周方向等距離間隔。設(shè)置一個(gè)一次繞組43并且嵌入槽41的內(nèi)側(cè)。如圖13所示，一次繞組43連接到單相AC電源42上并且包括一個(gè)主繞組(單相繞組)43A和一個(gè)具有一個(gè)電容器的輔助繞組43B以形成兩相對(duì)稱疊繞全距繞組。主繞組43A和輔助繞組43B如此布置以使它們?cè)谙辔簧喜?0度電角度。二次繞組45如圖13所示嵌入槽41的外側(cè)。同樣，二次繞組45包括一個(gè)主繞組(單相繞組)45A和具有一個(gè)電容器46的輔助繞組45B以形成兩相對(duì)稱疊形全距繞組，這些繞組45A和45B如此設(shè)置以使它們?cè)谙辔簧喜?0度電角度。
當(dāng)單相交流電流i1作為激磁電流從單相AC電源42流到一次繞組43，由在主繞組43A和輔助繞組43B中流動(dòng)的電流i1a，i1b產(chǎn)生交變磁通建立交變磁場，且由于交變磁場和流過主繞組43A和輔助繞組43B的電流i1a，i1b之間的相位差，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。該旋轉(zhuǎn)磁場在單相電流i1的一周期間旋轉(zhuǎn)一圈。交變磁場和旋轉(zhuǎn)磁場使主繞組(單相繞組)45A和二次繞組45的輔助繞組45B互相交鏈，感應(yīng)出電動(dòng)勢和有單相交流電流i2流過。
在第二實(shí)施例中，一次繞組43可以設(shè)置在槽41的外側(cè)而二次繞組45可以設(shè)置在槽41的內(nèi)側(cè)，這些繞組43，45也可以不考慮一次或二次繞組任意設(shè)置在槽的外側(cè)和內(nèi)側(cè)。正如第一實(shí)施例的情況。雖然，在本實(shí)施例中采用了疊繞組，但是波狀繞組或鏈形繞組也可以使用。另外，可以使用矩距繞組代替全距繞組?？傊?，第二實(shí)施例可以應(yīng)用于所有類型的繞組方法。另外，和第一實(shí)施例相同，鐵芯40可以由重疊鋼板或繞制而成，或由鋼塊或煅燒，硬化的鐵氧體制成?？傊?，只要是磁性材料的任何材料都可以作為鐵芯40。
通過采用和第一實(shí)施例的變形形式中描述結(jié)構(gòu)，分相電容器型的單相變壓器可以用作一種感應(yīng)電機(jī)。
可以理解，在沒有電容器的變壓器的情況下，一種交變磁場和旋轉(zhuǎn)磁場可以建立，正如分相電容器型單相交流變壓器的情況相同，提供一次繞組和二次繞組間的電抗差或流過具有90度相角差的兩相交流。而且，用這種結(jié)構(gòu)，沒有電容器的變壓器也可以作為感應(yīng)電機(jī)。
(第三實(shí)施例屏蔽線圈式單相雙極交流繞組)參照?qǐng)D14，鐵芯50由U形鐵芯部分50A和X形鐵芯部分50B所構(gòu)成。X形的鐵芯部分50B安裝在由U形鐵芯部分50A的兩臂所限定的中空部分中且和其磁耦合。鐵芯部分50A和50B由U形和X形的鋼板疊加成。U形鐵芯部分50A在每個(gè)臂的內(nèi)部具有兩個(gè)切槽51用于容納X形鐵芯部分50B的前端。鐵芯50是如此制造通過將鐵芯部分50B的前端嵌入鐵芯部分51A的切槽51中而使X形鐵芯部分50B插入U(xiǎn)形鐵芯部分50A的臂之間的中空部分。
一次繞組53的導(dǎo)線圍繞著U形鐵芯部分50A的中間部分繞成繞組并且一次繞組53連接到單相AC電源52上，如圖15所示。
二次繞組54包括第一繞組54A和第二繞組54B，如圖15所示并且這些繞組54A和54B圍繞X形鐵芯50B繞制，從而相互交叉。如圖14所示，X形鐵芯部分50B具有一對(duì)由銅制成的屏蔽線圈55，56，從而能夠在X形鐵芯部分50B中建立反時(shí)鐘旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(圖15)。
當(dāng)單相交流電流i1從單相交流電源52向一次繞組53流動(dòng)，由電流i1產(chǎn)生的交變磁通建立一個(gè)交變磁場并且由于這個(gè)交變磁場和屏蔽線圈55，56對(duì)磁通的延遲作用，建立了一種在單相交流i1的一周期間旋轉(zhuǎn)一周的旋轉(zhuǎn)磁場。交變磁場和旋轉(zhuǎn)磁場使二次繞組54的第一繞組和第二繞組54A和54B相互交鏈，從而感應(yīng)出電動(dòng)勢并且有單相交流i2a，i2b流動(dòng)。
雖然，第三實(shí)施例描述的是包括U形鐵芯部分50A和X形鐵芯部分50B的鐵芯50的情況，但有可能采用如圖16所示的包括一個(gè)變形的U形鐵芯部分50A’和環(huán)形(圓柱)鐵芯部分50B’(實(shí)心)的鐵芯50’。環(huán)狀(圓柱)鐵芯50B’插入到由變形的U形鐵芯部分50A’的臂所限定的中空部分。這些鐵芯部分50A’和50B’分別由以變形的U形和環(huán)形鋼板疊加成。與第三實(shí)施例相同，一次繞組53’圍繞著變形的U形鐵芯部分50A’的中間部分繞成繞組。二次繞組54’包括一個(gè)第一繞組54A’和第二繞組54B’，該二次繞組以第一繞組和第二繞組54A’和54B’相互交叉的方式圍繞著環(huán)狀(圓柱)鐵芯部分50B’繞成繞組。標(biāo)號(hào)57表示空隙和標(biāo)號(hào)58和59表示屏蔽線圈。
二次繞組54(54’)可以如圖17所示進(jìn)行變形，它包括第一到第三繞組54C”，54A”和54B”。第一繞組54C”在一次繞組53(53’)的上面或下面繞成繞組，該一次繞組在U形鐵芯部分50A(變形的U形繞組50A’)的中部繞成繞組。第二和第三繞組54A”和54B”圍繞著X形鐵芯部分50B(環(huán)狀(圓柱狀)鐵芯部分50B’)繞制成繞組，從而相互交叉，正如第一和第二繞組54A(54A’)，54B(54B’)。這種布置可以使它有效地在第一繞組54C”中感應(yīng)出電動(dòng)勢，由交變磁場感應(yīng)出的電動(dòng)勢由一次繞組53(53’)建立。
(變形)下面，將描述在具有變形的U形鐵芯50A’和環(huán)狀鐵芯部分50B’的鐵芯50’的變壓器用于感應(yīng)電機(jī)的情況。
參照?qǐng)D18，鐵芯60由變形的U形鋼板疊加成，如上所述，代替上述環(huán)狀(圓柱)鐵芯部分50B’，圓柱形導(dǎo)體62(實(shí)心)插入由變形的U形鐵芯60的兩臂限定的中空部分。圓柱導(dǎo)體62包括一個(gè)轉(zhuǎn)軸61，并和該軸同軸，轉(zhuǎn)軸61沿著和圖面垂直的方向延伸，由軸承(未示)在其兩端轉(zhuǎn)動(dòng)地支承。一次繞組63圍繞變形U形鐵芯60的中部繞成繞組，而包括第一和第二繞組64A，64B的第二繞組64圍繞圓柱導(dǎo)體62繞成繞組，從而使繞組64A，64B相互交叉并且導(dǎo)體62可以圍繞樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。這個(gè)變形和前面所述的變形形式相同，其中旋轉(zhuǎn)磁場由一次繞組63建立，在導(dǎo)體62的表面感應(yīng)一個(gè)電流以建立一個(gè)感應(yīng)磁場并且其中圓柱導(dǎo)體62由旋轉(zhuǎn)磁場和感應(yīng)磁場所產(chǎn)生的電動(dòng)勢使其作為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，鐵芯60作為定子。也有可能如圖17所示，二次繞組64包括第一到第三繞組且第一繞組在一次繞組的63的上面或下面繞制而第二和第三繞組圍繞著圓柱導(dǎo)體62繞制以和其相交叉，正如第一和第二繞組64A和64B的情況。采用這種結(jié)構(gòu)，由一次繞組63建立的交變磁場所產(chǎn)生的電動(dòng)勢可以有效地感應(yīng)到第一繞組。該結(jié)構(gòu)的其他特征和前面所述相同。
雖然鐵芯50(50’，60)由鋼板疊加形成，它也可以由鋼塊，煅燒，硬化的鐵氧體構(gòu)成，或任何只要是磁性材料的其他材料構(gòu)成，如第一和第二實(shí)施例所述。
(第四實(shí)施例直流雙極集中式全距繞組)參照?qǐng)D19，鐵芯70由兩個(gè)盤形鐵芯部分70A，70B組成，由例如煅燒和硬化鐵氧化制成。如圖20所示，每個(gè)盤形鐵芯部分70A，70B具有一個(gè)環(huán)形溝槽71A(71B)和在其一個(gè)面上一個(gè)通孔72A(72B)。環(huán)形構(gòu)槽71A(71B)和鐵芯部分70A(70B)同軸并且通孔72A(72B)限定在鐵芯部分70A(70B)的軸線上。包括三個(gè)繞組75A，75B，75C的一次繞組75在盤形鐵芯部分70A的環(huán)形溝槽71A中以疊式全距繞組的形式形成，如圖22所示。一次繞組75通過由六個(gè)SCR1-6組成的開關(guān)電路73連接到一個(gè)直流電源74上，如圖21所示并且由樹脂或類似材料牢固地粘結(jié)到環(huán)形溝槽74上，在其他盤形鐵芯部分70B的環(huán)形溝槽71B中，包括三個(gè)繞組76A，76B，76C(見圖21)的二次繞組76以疊式全距繞組的形式設(shè)置，如圖22所示。二次繞組76也由樹脂或類似材料牢固地粘結(jié)到環(huán)形構(gòu)槽71B。盤形鐵芯部分70A，70B相對(duì)布置從而使一次繞組和二次繞組75，76夾在鐵芯70A，70B的中間，繞組75A，75B，75C分別疊加在繞組76A，76B，76C。螺栓77插入到通孔72A，72B，由螺母78擰緊，這樣鐵芯70就制成。
當(dāng)直流電流ia1，ib1，ic1作為一個(gè)激磁電流通過在開關(guān)電路73中的SCR1-6的通和斷依序斷續(xù)地從直流電源74流到一次繞組75的三個(gè)繞組75A，75B，75C。這些直流電流ia1，ib1，ic1產(chǎn)生交變磁通，從而建立一個(gè)交變磁場和依序流過的直流電流ia1，ib1，ic1的一周期間轉(zhuǎn)動(dòng)一周的旋轉(zhuǎn)磁場。二次繞組76的繞組76A，76B，76C和這些交變磁場和旋轉(zhuǎn)磁場相交鏈從而相位上不同且由交變磁場和旋轉(zhuǎn)磁場所產(chǎn)生的電動(dòng)勢的繞組76A，76B，76C中感應(yīng)出來，并且直流電流ia2，ia2，ic2斷續(xù)流動(dòng)。
(變形)下面，對(duì)于包括上述直流雙極集中式全距繞組作為一個(gè)感應(yīng)電機(jī)的情況進(jìn)行描述。
參照?qǐng)D23和24，一個(gè)環(huán)形下壁部分83嵌入具有一個(gè)上壁的圓柱形定子框架80(中空)的下端。該環(huán)形下壁部分83作為一個(gè)鐵芯并且由煅燒，硬化的鐵氧體制成。一次繞組81和二次繞組82固定到環(huán)形下壁部分83的上表面，該一次繞組81和二次繞組82以前面所述的環(huán)形形式并且垂直上下疊加地布置。一次繞組81和二次繞組82分別包括三個(gè)繞組和以上述直流雙極集中繞組的形式設(shè)置。
孔84限定在定子框架80的上壁中和孔85限定在環(huán)形下壁部分83中。在定子框架80的上壁和一次繞組81之間具有一個(gè)盤形導(dǎo)體89，該盤形導(dǎo)體89在旋轉(zhuǎn)磁場軸線上具有一個(gè)轉(zhuǎn)軸88。轉(zhuǎn)軸88位于由一次繞組81和二次繞組82限定的中空區(qū)域，該一次繞組和二次繞組環(huán)形設(shè)置，并且由軸承86，87轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐在孔84，85中。一次繞組81建立一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，導(dǎo)致在盤形導(dǎo)體89的表面流過一個(gè)電流。因此，盤形導(dǎo)體89由這個(gè)電流使其作為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，一次和二次繞組81，82作為定子。
雖然，在本實(shí)施例中，一次繞組81和二次繞組82作為定子而盤形導(dǎo)體89作為轉(zhuǎn)子，但是也可以使一次繞組81和二次繞組82作為轉(zhuǎn)子而盤形導(dǎo)體89作為定子。
雖然，在本實(shí)施例中，一次繞組75(81)設(shè)置在二次繞組76(82)的上面，也可以將二次繞組76(82)設(shè)置在一次繞組75(81)上面，用于本實(shí)施例的疊式繞組可以由波狀繞組或鏈形繞組所取代，并且可以使用短距繞組來代替全距繞組?？傊?，第四實(shí)施例可以應(yīng)用于所有類型的包括分布繞組的繞線方式。
鐵芯70和環(huán)形下壁部分83可以由煅燒，硬化鐵氧體形成，只要是磁性材料的任何材料都可使用。
(第五實(shí)施例三相交流單相全距繞組)參照?qǐng)D25，鐵芯90包括一個(gè)在其上側(cè)的第一鐵芯部分90A和在其下側(cè)的第二鐵芯部分90B。這些部分90A，90B相互磁耦合。第一鐵芯部分90A具有溝槽91，溝槽在橫向方向均勻間隔開，每個(gè)在其下側(cè)和圓面垂直的方向延伸。第二鐵芯部分90B具有切槽93用于容納突出物92的前端，每個(gè)前端位于第一鐵芯部分90A的溝槽91之間。切槽93在橫向方向均勻間隔開，每個(gè)在其上側(cè)和圖面垂直的方向延伸。第一和第二鐵芯部分90A，90B由例如重疊的鋼板或煅燒，硬化鐵氧化形成。第一鐵芯部分90A的突出物92插入第二鐵芯部分90B的切槽93，從而形成鐵芯90。
第一繞組94包括一個(gè)U1繞組94A，V1相繞組94B和W1相繞組94C和這些繞組94A，94B，94C順序插入第一鐵芯部分90A的槽91的內(nèi)側(cè)，如圖26(a)所示。一次繞組94連接到三相交流電源(未示)。二次繞組95包括一個(gè)U2相繞組95A，V2相繞組95B，W2相繞組95C并且這些繞組95A，95B，95C同樣順序插入槽91的外側(cè)，如圖26(b)所示。這里圖25，26(a)，26(b)中的標(biāo)號(hào)①-⑩表示槽號(hào)。
當(dāng)平衡三相電流ia1，ib1，ic1作為激磁電流從三相交流電源(未示)流到一次繞組94的U1相繞組94A，V1繞組94B，W1繞組94C。這些平衡三相電流ia1，ib1，ic1產(chǎn)生一個(gè)交變磁通，從而建立一個(gè)交變磁場96(見圖25)和一個(gè)以圖25所示箭頭表示的運(yùn)動(dòng)磁場97。應(yīng)該注意，當(dāng)電流ia1大于ib1，ic1時(shí)，交變磁場96在圖25中示出。因此三相交流電流ia2，ib2，ic2如圖26(b)所示流動(dòng)。
(變形)下面，對(duì)于包括上述三相交流單相式全距繞組作為一個(gè)感應(yīng)電機(jī)或線性馬達(dá)的情況進(jìn)行描述。
參照?qǐng)D27，由鋼板重疊或煅燒，硬化鐵氧體制成的鐵芯100作為一次側(cè)。鐵芯100在其下側(cè)具有有沿橫向均勻隔開的槽101，一次繞組102包括一個(gè)U1繞組102A，V1相繞組102B和W1相繞組102C并且這些繞組102A，102B，102C順序插入槽101的內(nèi)側(cè)。同樣二次繞組103包括一個(gè)U2相繞組103A，V2相繞組103B和W2相繞組103C并且這些繞組103A，103B，103C順序插入槽101的外側(cè)。
在鐵芯100的下面設(shè)置一種導(dǎo)電板104，該導(dǎo)電板沿鐵芯100延伸并起二次側(cè)的作用。
鐵芯100作為一個(gè)固定部件而導(dǎo)電板104作為一個(gè)移動(dòng)部件，從而運(yùn)動(dòng)磁場由一次繞組102建立并沿圖27所指方向移動(dòng)，使在導(dǎo)電板104的表面感應(yīng)出電流。該電流產(chǎn)生感應(yīng)磁場。這些磁場產(chǎn)生使導(dǎo)電板104沿箭頭方向運(yùn)動(dòng)的電磁力。
雖然，鐵芯100作為一個(gè)固定部件而導(dǎo)電板104作為一個(gè)移動(dòng)部件，也有可能設(shè)計(jì)成鐵芯100作為一個(gè)移動(dòng)部件而導(dǎo)電板104作為一個(gè)固定部件。
很明顯第五實(shí)施例并不限制到三相交流單相全距繞組，但也可以應(yīng)用到包括兩相繞組，疊式繞組，波狀繞組和鏈形繞組和矩距繞組的所有繞組方法。
在本實(shí)施例中，一次繞組94(102)設(shè)置在槽91(101)的內(nèi)側(cè)，而二次繞組95(103)設(shè)置在槽的外側(cè)。然而，一次繞組94(102)也可設(shè)置在槽91(101)的外側(cè)，而二次繞組95(103)設(shè)置在槽的內(nèi)側(cè)。其他無論是一次或二次任何一個(gè)設(shè)置在槽的內(nèi)側(cè)或外側(cè)均是可以的。
在本實(shí)施例中鐵芯90可以由鋼板重疊或煅燒，硬化鐵氧體形成，它不可以由只要是磁體材料的任何材料形成。
在前面的實(shí)施例和變形中的變壓器，可以應(yīng)用到在這些實(shí)施例中作為感應(yīng)電機(jī)或線性電機(jī)。另外，通過縮短流過一次繞組的電流周期或增加多相繞組的相數(shù)，可以增加交變磁場的交變數(shù)和旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)數(shù)，在二次繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢也增加，應(yīng)該注意除了上面所述的旋轉(zhuǎn)磁場外也可以使用向前或向后移動(dòng)的磁場作為運(yùn)動(dòng)磁場。
另外，在二次繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢的電壓和電流可通過調(diào)節(jié)一次繞組和二次繞組的匝數(shù)比來控制。
很明顯，這里描述的本發(fā)明可以進(jìn)行多種變化。這種變換將被認(rèn)為是不脫離本發(fā)明的精神，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是明顯的變形也將包括在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種變壓器，包括除了產(chǎn)生一個(gè)交變磁場外還產(chǎn)生一個(gè)運(yùn)動(dòng)磁場的一次繞組；和一個(gè)與由一次繞組所建立的交變磁場和運(yùn)動(dòng)磁場相交鏈的二次繞組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器，其特征在于二次繞組中感應(yīng)的至少一部分電動(dòng)勢提供給一次繞組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變壓器，其特征在于由一次繞組建立的交變磁場和運(yùn)動(dòng)磁場由一個(gè)直流單相交變電流，兩相交變電流或包括三相的多相交變電流產(chǎn)生。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變壓器，其特征在于一次繞組和二次繞組布置在同一磁路中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變壓器，其特征在于二次繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢的電壓和電流通過調(diào)節(jié)一次繞組和二次繞組間的匝數(shù)比來控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變壓器，其特征在于一次繞組和二次繞組作為一次側(cè)，設(shè)置一個(gè)二次側(cè)，該二次側(cè)由運(yùn)動(dòng)磁場所感應(yīng)的電流使其相對(duì)一次側(cè)運(yùn)動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器，其特征在于運(yùn)動(dòng)磁場是旋轉(zhuǎn)磁場。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的變壓器，其特征在于由一次繞組建立的交變磁場和運(yùn)動(dòng)磁場由一個(gè)直流單相交變電流，兩相交變電流或包括三相交流的多相交變電流產(chǎn)生。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的變壓器，其特征在于一次繞組是包括三相對(duì)稱繞組的多相繞組和包括四極繞組的多極繞組。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的變壓器，其特征在于在交變磁場中產(chǎn)生一個(gè)大的交變數(shù)和在旋轉(zhuǎn)磁場中產(chǎn)生一個(gè)大的旋轉(zhuǎn)數(shù)，交變磁場和旋轉(zhuǎn)磁場由一個(gè)直流電流，單相交流，兩相交流，或包括三相交流的多相交流電流產(chǎn)生。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的變壓器，其特征在于二次繞組是具有和一次繞組相同的相數(shù)的對(duì)稱繞組。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的變壓器，其特征在于通過縮短多相交流電流的周期使交變磁場的交變數(shù)和旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)數(shù)增加。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的變壓器，其特征在于一次繞組和二次繞組布置在同一磁中種。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的變壓器，其特征在于構(gòu)成一次繞組的線圈和構(gòu)成二次繞組的線圈在構(gòu)成同一磁路的鐵芯上相鄰。
15.根據(jù)權(quán)利要求7-14之一所述的變壓器，其特征在于一次繞組和二次繞組作為一個(gè)定子，設(shè)置一個(gè)其轉(zhuǎn)軸設(shè)置在旋轉(zhuǎn)磁場的軸線上轉(zhuǎn)子，它由旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)出的電流所驅(qū)動(dòng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求7-14之一所述的變壓器，其特征在于一次繞組和二次繞組作為轉(zhuǎn)子，其轉(zhuǎn)軸在旋轉(zhuǎn)磁場的軸線上并且設(shè)置一個(gè)定子用于通過旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)出的電流來轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子。
全文摘要
一種可以提供恒定電能而不破壞自然環(huán)境的變壓器。該變壓器可以緊湊地構(gòu)成并且包括除了產(chǎn)生一個(gè)交變磁場外還產(chǎn)生一個(gè)運(yùn)動(dòng)磁場的一次繞組和與一次繞組建立交變磁場和運(yùn)動(dòng)磁場相交鏈的二次繞組。
文檔編號(hào)H02K57/00GK101017731SQ200610156290
公開日2007年8月15日 申請(qǐng)日期1995年1月5日 優(yōu)先權(quán)日1994年1月6日
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