CN101694982A

CN101694982A - 一种双凸极混合励磁发电机

Info

Publication number: CN101694982A
Application number: CN200910229474A
Authority: CN
Inventors: 柳小伟
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-10-27
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2010-04-14

Abstract

本发明公开了一种双凸极混合励磁发电机，包括有转子、定子、电子控制装置，定子上有集中电枢绕组、永磁体和励磁绕组，定、转子均为凸极齿槽结构，发电机工作时，通过调节单向励磁电流的大小来实现发电机输出电压的稳定。由于励磁电流为单方向的，实现永磁体、励磁绕组的能力均得到充分利用，发电机在宽转速内输出可控、稳定的电压，成本更低、输出功率更高，减少永磁体去磁风险，控制电路简单可靠，可广泛应用于汽车、风力发电、航空、航海等领域。

Description

一种双凸极混合励磁发电机

技术领域

本发明涉及一种双凸极混合励磁发电机，属于发电机领域。

背景技术

中国稀土资源丰富，稀土永磁材料被越来越多的应用于国民生产的各个领域，如电动机、发电机等，产生了巨大的经济效益。但是随之面临的问题是，永磁材料提供的磁场恒定，使磁场、输出电压难以调节；混合励磁发电机采用永磁与励磁相结合、通过调节励磁磁场来对混合磁场进行调节，从而实现了输出电压可控与稳定。

现在，很多混合励磁电机通过对通入励磁绕组的励磁电流的大小和方向进行调节来实现磁场调节。如，专利号为ZL200510038147.0的混合励磁双凸极永磁同步电机，调节励磁电流的大小和方向，电机的相电势可得到调节；专利号为ZL200510112091.9的双馈电混合励磁轴向磁场永磁电机通过改变磁场控制绕组中的电流幅值和方向来调节电机气隙总磁通大小，达到改变感应电势大小的目的。

这些技术通过对通入励磁绕组的励磁电流的大小和方向进行调节来实现磁场调节，其存在的问题在于：向励磁绕组内通入反向励磁电流，产生的磁场对总磁场进行消弱，由此导致永磁体的能力没有得到充分的利用，造成了浪费；反向励磁电流产生的反向磁场使得永磁铁去磁的风险增加；永磁体提供的磁场有限，当需要提输出大功率时则需要增加永磁体的用量，而随着国家队稀土资源的重视，稀土永磁体的价格越来越高，从而增加很多成本；对励磁电流方向和大小进行控制相比于只是控制励磁电流的大小，电路更加复杂和不可靠。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够解决上述问题，实现永磁体、励磁绕组的能力均得到充分利用，发电机在宽转速内输出可控、稳定的电压，成本更低、输出功率更高，减少永磁体去磁风险，电子控制装置简单可靠的双凸极混合励磁发电机。具体技术内容如下：

包括有转子、定子、电子控制装置，定子上有集中电枢绕组、永磁体和励磁绕组，定、转子均为凸极齿槽结构，发电机工作时，由电子控制装置控制，向励磁绕组内通入单向的励磁电流；通过调节励磁电流的大小来实现发电机输出电压的稳定；当发电机正常工作、转子转速达到最高时，仅由永磁体提供磁场不能使发电机输出电压达到目标稳压值；当发电机非正常工作、转子转速太高、输出电压高于目标稳压值时，发电机不向外输出电流，以保护电子控制装置及用电设备。

当发电机转子转速很低时、励磁电流由蓄电池提供，当转速达到设定值时、励磁电流由发电机自身提供，或由发电机自身提供，或由蓄电池提供；励磁电流大小的调节，通过对励磁电流通断时间长短的调节来实现。

本发明所述一种双凸极混合励磁发电机，因为永磁体提供的磁场不变，所以，当转子转速很低时、向励磁绕组输入一个大电流，转速升高时、输入一个稍低的励磁电流，转速继续升高时，输入的励磁电流更小一些，如此搭配，从而实现了对励磁绕组、永磁体产生的磁场的调节，实现了对输出电压的调节，把输出电压稳定在目标稳压值。

本发明所述励磁电流大小的调节可以通过调节励磁电流的通断时间的长短来实现，即，当输出电压高于目标稳压值时，励磁绕组断路，发电机无励磁电流，输出电压下降；励磁绕组断开一段时间后，输出电压降至某一值时，励磁回路导通，输出电压又升高；如此转子转速高、励磁绕组断开的时间长一些、平均励磁电流小一些，当转子转速低时、励磁绕组导通时间长一些、平均励磁电流大一些；这些可以通过简单的电子控制装置轻易地来实现，实现输出电压的稳定。励磁电流大小的调节还可以通过变化电阻等方法来实现。

本发明相对于现有技术具有以下优点：

1、本发明所述一种双凸极混合励磁发电机，向励磁绕组内输入单向的大小变化的励磁电流来实现对磁场的调节、实现输出电压的稳定，而没有反向的励磁电流产生磁场来消弱永磁体产生的磁场，如此，永磁体的能力得到了充分的利用；励磁绕组也提供了更多的磁场来发电，而不只是对永磁磁场进行调节，从而充分利用了励磁绕组的能力，既然已经安装了一套励磁绕组，成本已经上去了一些，为什么不充分利用呢，多消耗的励磁能量相比于由此产生的电能还是不多的。

2、由于采用永磁与励磁相结合的方式，使得发电机可以在更宽转速内工作，而且输出电压可控、稳定。

3、励磁电流为大小变化的单相电流，控制电路简单、可靠、成本低；所有的励磁电流都用来发电，因为没有反向励磁电流做负功，从而使输出功率更高；无反向励磁电流产生磁场对永磁体产生的磁场进行消弱，从而使永磁体去磁的风险降低。

4、随着产业的发展，要求发电机的输出功率越来越大，如果仅采用增加永磁的方法来实现，不但成本增加很多，而且发电机体积会变大；而充分利用励磁绕组，使其提供的励磁磁场增加，能在不增加成本的情况下，只需改变相关参数，即可增加输出功率。

正因为本发明所述一种双凸极混合励磁发电机所具有的优点，本发明可广泛应用于汽车、风力发电、航空、航海等领域。

附图说明

附图1为本发明用作一款双凸极混合励磁发电机的基本工作原理电路。

具体实施例

实施例中：1、电子控制装置2、双凸极混合励磁发电机3、蓄电池4、负载

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本实施例是本发明所述一种双凸极混合励磁发电机用作车用的一款双凸极混合励磁发电机。本实施例中所述双凸极混合励磁发电机2，永磁体和励磁绕组均位于发电机定子上；当转子转速小于1150转/分时、由蓄电池3提供励磁电流，大于1150转/分时、由发电机自身提供励磁电流；励磁电流大小的调节，通过电子控制装置1对励磁电流通断时间长短调节来实现；该发电机正常发电转速范围是800转/分-4500转/分；转子转速为4500转/分时，仅由永磁体提供磁场不能使发电机输出电压达到目标稳压值；当发电机非正常工作(如非正常加速)、转子转速过大、超过4500转/分时，发电机停止向外供电，以保护电子控制装置及用电设备。

具体工作原理如下：

当发电机转子转速很低时，仅由永磁体提供磁场、输出电压远低于目标稳压值，R1的分压低于VS的导通电压，VS不导通，V1也不导通；V1截止时V2的基极电位很低，使V2有足够高的正向偏压而饱和导通，发电机励磁回路导通。当发电机输出电压上升至目标稳压值时，R1的分压使VS导通，V1同时饱和导通；V1饱和导通后，V2失去偏压而截止，励磁回路断路。发电机无励磁电流时，只有永磁体提供磁场，其电动势及端电压下降，当降到R1上的分压不足以维持VS导通时，VS又截止，V1也截止，又使V2导通，发电机励磁回路又导通。如此反复，使发电机的输出电压维持在设定的目标稳压值U。

当发电机转速升高时，集中电枢绕组感应发电量增加，发电机输出电压升高，短暂的略高于目标稳压值，R1的分压使VS导通，V1同时饱和导通；V1饱和导通后，V2失去偏压而截止，发电机励磁回路断路。发电机无励磁电流时，只有永磁体提供磁场，其电动势及端电压下降，当降到R1上的分压不足以维持VS导通时，VS又截止，V1也截止，又使V2导通，发电机励磁回路又导通。如此反复，使发电机的输出电压维持在设定的目标稳压值U。

当发电机转速降低时，集中电枢绕组感应发电量减少，发电机输出电压降低，在输出电压达到目标稳压值以前，R1的分压低于VS的导通电压，VS不导通，V1也不导通；V1截止时V2的基极电位很低，使V2有足够高的正向偏压而饱和导通，发电机励磁回路导通。当发电机输出电压上升至目标稳压值时，R1的分压使VS导通，V1同时饱和导通；V1饱和导通后，V2失去偏压而截止，励磁回路断路。发电机无励磁电流时，只有永磁体提供磁场，其电动势及端电压下降，当降到R1上的分压不足以维持VS导通时，VS又截止，V1也截止，又使V2导通，发电机励磁回路又导通。如此反复，使发电机的输出电压维持在设定的目标稳压值U。

如此，使得发电机在转速变化时，通过电子控制装置1自动调节励磁回路的通断时间来实现稳压。在一定时间内，发电机转速很低时、励磁回路导通的时间总和为t1，转速中等时、励磁回路导通的时间总和为t2，转速很高时、励磁回路导通的时间总和为t3，显然t1、t2、t3依次减小。相当于，转速低时，向励磁绕组内通入一个大电流(励磁回路导通与断开的平均电流)；转速中等时，向励磁绕组内通入一个稍小的电流；高转速时，向励磁绕组内通入一个小电流。从而实现了通过调节励磁电流的大小对双凸极混合励磁发电机稳压的目的。

本实施例仅是本发明所述一种双凸极混合励磁发电机用作一款车用双凸极混合励磁发电机的情况，不能说本发明就这一种实施方式，本发明还可用于权利要求书所述的各种双凸极混合励磁发电机中。

Claims

1.一种双凸极混合励磁发电机，包括有转子、定子、电子控制装置，定子上有集中电枢绕组、永磁体和励磁绕组，定、转子均为凸极齿槽结构，其特征在于：发电机工作时，由电子控制装置控制，向励磁绕组内通入单向的励磁电流；通过调节励磁电流的大小来实现发电机输出电压的稳定；当发电机正常工作、转子转速达到最高时，仅由永磁体提供磁场不能使发电机输出电压达到目标稳压值；当发电机非正常工作、转子转速太高、输出电压高于目标稳压值时，发电机不向外输出电流，以保护电子控制装置及用电设备。

2.根据权利要求1所述的一种混合励磁发电机，其特征在于：当发电机转子转速很低时，励磁电流由蓄电池提供；当转速达到设定值时，励磁电流由发电机自身提供。

3.根据权利要求1所述的一种混合励磁发电机，其特征在于：发电机励磁电流由发电机自身提供。

4.根据权利要求1所述的一种混合励磁发电机，其特征在于：发电机励磁电流由蓄电池提供。

5.根据权利要求1所述的一种混合励磁发电机，其特征在于：励磁电流大小的调节，通过对励磁电流通断时间长短的调节来实现。