CN102005884B

CN102005884B - 宽转速范围输出永磁变速发电机系统

Info

Publication number: CN102005884B
Application number: CN2010105403829A
Authority: CN
Inventors: 寇宝泉; 白崟儒; 曹海川
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2010-11-11
Filing date: 2010-11-11
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2030-11-11
Also published as: CN102005884A

Abstract

宽转速范围输出永磁变速发电机系统，它涉及电机领域，它解决了现有电机不能最大能量捕获的问题。槽数和齿数均为6n，且每隔一个齿绕一个线圈，n为正整数，且n≥2；绕组是由3n个线圈构成的集中绕组，沿圆周方向每相邻的3n/j个线圈构成一套三相绕组，即为3n个线圈形成j套三相绕组，其中n为j的整数倍，且j≠1，j套三相绕组中的每套三相绕组中的每个线圈匝数相同，j套三相绕组之间的线圈匝数不同；j套三相绕组输出端分别与j个三相整流器的交流输入端相连，三相整流器的直流输出端并联为总输出端；转子的转子极数为6n±kn极，其中k＝1或2，n与k不能同时取奇数。所述的发电机系统能够应用于车辆发电、风力发电、小水力发电等变速发电领域。

Description

宽转速范围输出永磁变速发电机系统

技术领域

本发明涉及一种宽转速范围输出永磁变速发电机系统，属于电机领域。

背景技术

永磁电机作为发电机具有很多优点由于省去励磁绕组和容易出现故障的集电环和电刷，结构较为简单，加工和装配费用减小，运行更为可靠。稀土永磁发电机具有体积小、质量轻、效率高、电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点；同时，由于处于直轴磁路中的永磁体的磁导率很小，直轴电枢反应电抗较电励磁同步发电机小得多，因而固有电压调整率比电励磁同步发电机小。(图6所示)

目前变速发电系统存在的主要问题是不能进行最大能量捕获。现有发电机存在转速过高或过低的情况下不能采集能量情况，无法实现最大功率控制，低速时发电机不能进行电能输出；即使能够实现最大功率控制，也存在控制复杂、技术难度大、成本高、可靠性低等问题。

发明内容

本发明为了解决不能进行最大能量捕获，无法实现最大功率控制，低速时发电机不能进行电能输出；即使能够实现最大功率控制，也存在控制复杂、技术难度大、成本高、可靠性低等问题，而提出一种宽转速范围输出永磁变速发电机系统。

本发明的宽转速范围输出永磁变速发电机系统永磁同步发电机和三相整流器构成，所述永磁同步发电机由定子、转子和气隙构成，所述定子由电枢铁心和绕组构成，所述电枢铁心的槽数和齿数均为6n，并且每隔一个齿绕一个线圈，其中n为正整数，且n≥2；所述绕组是由3n个线圈构成的集中绕组，沿圆周方向每相邻的3n/j个线圈构成一套三相绕组，即为所述3n个线圈形成j套三相绕组，其中n为j的整数倍，且j≠1，所述j套三相绕组中的每套三相绕组中的每个线圈匝数相同，所述j套三相绕组之间的线圈匝数不同；所述的j套三相绕组输出端分别与j个三相整流器的交流输入端相连，三相整流器的直流输出端并联为总输出端；转子的转子极数为6n±kn极，其中k＝1或2，n与k不能同时取奇数。

因此，本发明提出一种宽转速范围输出永磁变速发电机系统，在继承普通永磁同步发电机的结构简单、成本低、效率高、过载能力强、可靠性高等优点的基础上，实现发电系统的最大风能自动跟踪控制，大大提高变化条件下能量转换为电能的能力。本发明的宽转速范围输出永磁变速发电机系统在变速条件下，可有效提高发电机系统的输出功率。

附图说明

图1和图3本发明宽转速范围输出永磁变速发电机系统中的永磁同步发电机的结构示意图，其中图1的转子2的转子极数为10极，图3的转子2的转子极数为8极，图1和图3中_._._._将12个线圈121分为2组；图2是图1的a部放大图；图4是本发明宽转速范围输出永磁变速发电机系统的结构示意图；图5是本发明宽转速范围输出永磁变速发电机系统的输出特性曲线图；图6是现有发电机系统结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述永磁同步发电机由定子1、转子2和气隙构成，所述定子1由电枢铁心11和绕组12构成，所述电枢铁心11的槽数和齿数均为6n，并且每隔一个齿绕一个线圈121，其中n为正整数，且n≥2；所述绕组12是由3n个线圈121构成的集中绕组，沿圆周方向每相邻的3n/j个线圈121构成一套三相绕组，即为所述3n个线圈121形成j套三相绕组，其中n为j的整数倍，且j≠1，所述j套三相绕组中的每套三相绕组中的每个线圈121匝数相同，所述j套三相绕组之间的线圈121匝数不同；所述的j套三相绕组输出端分别与j个三相整流器的交流输入端相连，三相整流器的直流输出端并联为总输出端；转子2的转子极数为6n±kn极，其中k＝1或2，n与k不能同时取奇数。其中，每套三相绕组中的输出端串联后与一个三相整流器的交流输入端相连，或每套三相绕组中的输出端并联后与一个三相整流器的交流输入端相连。线圈的匝数不同，匝数多的线圈线径小，匝数少的线圈线径大；各相绕组所在槽的槽口尺寸不同，绕在齿上线圈的匝数越多，其线圈边所在槽的槽口宽度就越小、槽口深度越长。绕有线圈的齿的宽度与没有绕线圈的齿的宽度不同。其中衍生为各套绕组既可以为三相绕组，也可以为其它相数的绕组，整流器既可以为三相整流器，也可以为其它相数的整流器。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点在于匝数多线圈所在槽的槽口宽度是匝数少线圈所在槽的槽口宽度的0.2～1.0倍，匝数多线圈所在槽的槽口深度是匝数少线圈所在槽的槽口深度的1.0～5.0倍。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同点在于绕有线圈的齿的宽度与没有绕线圈的齿的宽度不同。其它组成和连接方式与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一或二不同点在于转子2为内嵌永磁体结构、外插永磁体结构或表面永磁体结构。其它组成和连接方式与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一或二不同点在于三相整流器为不可控整流器或可控整流器。其它组成和连接方式与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式六：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式的电机系统由三相永磁同步发电机和二极管整流器构成，三相永磁同步发电机的定子上有两套三相绕组，每套绕组的输出端各接一个二极管整流器，两个二极管整流器的直流输出母线并联在一起，给一个共同的蓄电池充电。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式七：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于电枢铁心11的槽数和齿数均为12，由6个线圈构成，每个线圈都绕在电枢铁心齿上，每隔一个齿绕一个线圈，保证每个槽中只有一个线圈边。每相邻的3个线圈构成一套三相绕组，两套三相绕组单独输出，各接一个三相整流器。两套三相绕组的线圈匝数不同，匝数多的线圈线径小，匝数少的线圈线径大。两套三相绕组所在槽的槽口尺寸不同，绕在齿上匝数多的线圈边所在槽的槽口宽度小、槽口高度长。转子由永磁体、转子轭和转轴构成，转子极数为10极。

具体实施方式八：结合图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式五不同点在于转子极数为8极。

本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。

宽转速范围输出永磁变速发电机系统的工作原理：

如图1至图3所示，对于由双绕组发电机和两个整流器构成的宽转速范围输出永磁变速发电机系统，由于发电机第二绕组的匝数多于第一绕组的匝数，因此第二绕组的反电势高于第一绕组的反电势。发电机的转速较低时，第二绕组就会有功率输出，随着发电机转速的升高，第二绕组输出功率和电流也会增大，但是由于第二绕组线圈边所在槽的槽口宽度小、槽口深度深，因此，第二绕组的漏抗大，抑制了高速时的输出电压增大，从而限制了高速时的输出功率，保证其不会因电流超过限制值而损坏。第一绕组只有发电机高速时才会有输出，并且由于第一绕组的漏抗小，因此第一绕组可以输出大电流、高功率。

图5是发电机系统的功率输出特性。从图中可以看出，系统总的输出功率曲线与风力机的最大输出功率曲线相接近，因此该发电系统能够与风力机的特性相适应，能够实现最大风能的自动跟踪，可以有效地提高发电机速度变化时的机电能量转换能力。本发明可广泛应用于车辆发电、风力发电、小水力发电等变速发电领域。

另外，系统的结构简单、成本低、效率高、过载能力强。由于发电机采用单层绕组，绕组的绝缘性能好；通过采用特定的极、槽数配合，使得两套绕组电磁耦合小，相互影响小，实现了两套绕组的相互独立、解耦，可有效提高发电机的输出功率和可靠性。

Claims

1.宽转速范围输出永磁变速发电机系统，它由永磁同步发电机和三相整流器构成，所述永磁同步发电机由定子(1)、转子(2)和气隙构成，所述定子(1)由电枢铁心(11)和绕组(12)构成，其特征在于所述电枢铁心(11)的槽数和齿数均为6n，并且每隔一个齿绕一个线圈(121)，其中n为正整数，且n≥2；所述绕组(12)是由3n个线圈(121)构成的集中绕组，沿圆周方向每相邻的3n/j个线圈(121)构成一套三相绕组，即为所述3n个线圈(121)形成j套三相绕组，其中n为j的整数倍，且j≠1，所述j套三相绕组中的每套三相绕组中的每个线圈(121)匝数相同，所述j套三相绕组之间的线圈(121)匝数不同；所述的j套三相绕组输出端分别与j个三相整流器的交流输入端相连，三相整流器的直流输出端并联为总输出端；转子(2)的转子极数为6n±kn极，其中k＝1或2，n与k不能同时取奇数，其中，每套三相绕组中的输出端串联后与一个三相整流器的交流输入端相连，或每套三相绕组中的输出端并联后与一个三相整流器的交流输入端相连，线圈的匝数不同，匝数多的线圈线径小，匝数少的线圈线径大；各相绕组所在槽的槽口尺寸不同，绕在齿上线圈的匝数越多，其线圈边所在槽的槽口宽度就越小、槽口深度越长。

2.根据权利要求1所述的宽转速范围输出永磁变速发电机系统，其特征在于匝数多线圈所在槽的槽口宽度是匝数少线圈所在槽的槽口宽度的0.2～1.0倍，匝数多线圈所在槽的槽口深度是匝数少线圈所在槽的槽口深度的1.0～5.0倍。

3.根据权利要求1或2所述的宽转速范围输出永磁变速发电机系统，其特征在于绕有线圈的齿的宽度与没有绕线圈的齿的宽度不同。

4.根据权利要求3所述的宽转速范围输出永磁变速发电机系统，其特征在于转子(2)为内嵌永磁体结构、外插永磁体结构或表面永磁体结构。

5.根据权利要求1或4所述的宽转速范围输出永磁变速发电机系统，其特征在于三相整流器为不可控整流器或可控整流器。