CN102315739B - 一种混合励磁发电机 - Google Patents

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一种混合励磁发电机，由定子端盖、直流励磁绕组、定子铁心、定子交流绕组、转子铁磁极、永磁体、转子铁心、转子导磁环、轴组成，混合励磁发电机的轴端安装有定子端盖，为直流励磁绕组提供机械支承和磁通路径，定子端盖内侧置有环形的直流励磁绕组，定子铁心位于两个定子端盖内部并与定子端盖直接相连，定子铁心槽中嵌放定子交流绕组，定子铁心内部为转子，转子与定子铁心之间留有气隙，转子由转子铁磁极、永磁体、转子铁心、轴、转子导磁环组成，永磁体与转子铁磁极沿轴向并排放置在转子表面，永磁体与转子铁磁极的内部是转子铁心，转子铁心内部是轴，转子导磁环安装在转子铁心两侧、轴的外侧，转子导磁环与端盖之间留有一定的气隙。

Description

一种混合励磁发电机
技术领域
本发明涉及一种混合励磁发电机，适合在中小功率的独立电源发电机中使用，如汽油发电机、柴油发电机、车船发电机、中频发电机、水力发电机及风力发电机等处。
背景技术
在恒频交流电源系统中，电励磁同步发电机以其良好的调节磁场能力有利于负载电压的调节，并且调节磁场所需的直流励磁容量较小，但它安装有电刷集电环，可靠性低，限制了其在恶劣情况下的应用。
稀土永磁电机由永磁体励磁，因而没有励磁损耗，效率高于电励磁电机，并具有结构简单、可靠性高等一系列优点，从而在许多工业领域中得到了应用。但是在发电机运行中为了保持发电机端电压不变，因而需要进行电压调节，对于永磁发电机来说，转速的变化或负载的变化会造成输出电压的变化，由于永磁发电机的气隙磁场是由永磁体和磁路磁导决定的，永磁电机的气隙磁场调节困难而导致端电压调节困难，当负载变化时很难保证端电压的恒定，从而阻碍了永磁发电机的发展和应用。
混合励磁发电机在电机内部同时存在永磁磁场和电励磁磁场，混合励磁发电机与常规永磁发电机的区别在于其气隙磁场可以调节，因而在发电机负荷变化时通过调节发电机的气隙磁场使发电机的端电压保持恒定。目前的混合励磁发电机电励磁绕组多安放在转子永磁体下面，转子励磁电流由电刷引入，可靠性较低，并且电励磁磁路经过永磁体，而永磁体的磁导率接近空气的磁导率，磁路的磁阻较大，为了调节气隙磁通，必须引入较大的励磁电流，铜耗增加，电励磁磁动势直接作用于永磁体，容易发生不可逆退磁。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种电压调节简单、高效、直流励磁绕组易于散热的混合励磁发电机。
本发明的技术解决方案为：混合励磁发电机，由定子端盖、直流励磁绕组、定子铁心、定子交流绕组、转子铁磁极、永磁体、转子铁心、转子导磁环、轴组成，混合励磁发电机在轴端各有1个定子端盖(共两个端盖)，为直流励磁绕组提供机械支承和磁通路径，每个定子端盖内侧置有圆环形的直流励磁绕组，直流励磁绕组为圆环形线圈，定子铁心位于两个定子端盖内部并与定子端盖直接相连，定子铁心槽中嵌放定子交流绕组，定子铁心内部为转子，转子与定子铁心之间留有磁气隙，转子由转子铁磁极、永磁体、转子铁心、轴、转子导磁环组成，永磁体与转子铁磁极沿轴向并排交错布置在转子表面，以永磁体和铁磁极在圆周上所占机械角度的比例为永磁体和铁磁极的极弧系数，永磁体与铁磁极的极弧系数一般取0.85～0.9，永磁体与转子铁磁极的内部是转子铁心，转子铁心内部是轴，转子导磁环安装在转子铁心两侧、轴的外侧，转子导磁环为圆环形，转子导磁环与端盖之间留有一定的气隙，转子导磁环、轴、端盖为直流励磁绕组产生的磁通提供路径。在本发明中，直流励磁绕组位于端盖内侧，散热条件较好。
上述方案的原理为：永磁体6通过定子铁心3、磁气隙10、转子铁心7构成磁路，产生永磁磁通，如图2所示，以两对极混合励磁发电机为例，永磁磁通是混合励磁发电机的主磁通，可以在电机定子交流绕组中产生较大的反电动势；直流励磁绕组2可由直流电源供电，也可由混合励磁发电机经整流后供电，在轴向上分布的两个直流励磁绕组2中要通入相同方向的电流。直流励磁绕组2中电流的调节方式为：负载变化时，发电机的输出电压也将发生变化，这时就需要直流励磁绕组进行调节，当负载变大时，发电机输出电压将下降，直流励磁绕组2产生一定量的磁通与永磁磁通叠加，发电机输出电压即可得到提高，直流励磁磁通的路径如图4所示，路径为：直流励磁磁通从端盖1出发，经过端盖1与转子导磁环8之间的气隙11、转子导磁环8、轴9、转子铁心7、转子铁磁极5、定子铁心3与转子铁磁极5之间的磁气隙10、定子铁心3，并回到端盖1；当负载变小时，发电机输出电压将升高，改变励磁绕组中电流方向以减少气隙磁通量，可以使电机的输出电压下降。直流励磁磁通的路径如图5所示，其路径为：直流励磁磁通从端盖1出发，经定子铁心3、铁磁极5与定子铁心3之间的气隙10、转子铁磁极5、转子铁心7、轴9、转子导磁环8、端盖1与转子导磁环8之间的气隙9回到端盖1。
本发明的优点在于：通过直流励磁绕组可以方便的调节气隙磁场，从而达到调节发电机输出电压的目的；由于本发明中直流励磁绕组位于端盖内侧，所以散热条件较好。本发明的另一个优点为：当混合励磁发电机用作电动机运行时，由于直流励磁绕组的存在，使得该电机具有较宽的速度调节范围，可以很容易的实现更宽广速度范围内的运行。
附图说明
图1为本发明技术混合励磁发电机轴向剖面图；
图2为本发明技术混合励磁发电机轴向端面图；
图3为本发明技术混合励磁发电机转子结构图；
图4为本发明技术混合励磁发电机直流励磁绕组增磁磁通路径图；
图5为本发明技术混合励磁发电机直流励磁绕组去磁磁通路径图。
具体实施方式
如图1所示，为本发明的混合励磁发电机，它由定子端盖1、直流励磁绕组2、定子铁心3、定子交流绕组4、转子铁磁极5、永磁体6、转子铁心7、转子导磁环8、轴9组成，混合励磁发电机在轴端分别有1个定子端盖1，定子端盖1内侧置有环形的直流励磁绕组2，直流励磁绕组2为圆环形，定子铁心3位于两个定子端盖1内部并与定子端盖1直接相连，定子铁心3槽中嵌放定子交流绕组4，定子铁心3内部为转子，转子与定子铁心3之间留有磁气隙10，磁气隙10的长度取为0.2mm～1mm，本实施例取为0.5mm，转子由转子铁磁极5、永磁体6、转子铁心7、轴9、转子导磁环8组成，永磁体6与转子铁磁极5沿轴向并排粘结在转子表面，本实施转子为两对极，并且相邻转子极下的永磁体6和转子铁磁极5沿圆周交错布置，永磁体6与转子铁磁极5的内部是转子铁心7，转子铁心7内部是轴9，转子导磁环8安装在转子铁心7两侧、轴9的外侧，转子导磁环8为圆环形，转子导磁环8与端盖1之间留有一定的气隙11，气隙11的长度取为0.2mm～1mm，本实例为0.5mm，转子导磁环8、轴9、端盖1为直流励磁绕组2产生的磁通提供路径。
图3为本发明的混合励磁发电机转子结构图，混合励磁发电机转子由转子铁磁极5、永磁体6、转子铁心7、转子导磁环8、轴9组成，其中转子导磁环8在转子轴端各有一个，并且为圆环形，永磁体6与转子铁磁极5沿轴向并排布置，永磁体6与转子铁磁极5在圆周上的极弧系数一般为0.85～0.9。在本实施例所述的两对极电机中，永磁体与铁磁极的极弧系数为0.85，即永磁体和铁磁极在圆周上各有4块，每块在圆周上的角度为76.5度，同一极下的永磁体6与转子铁磁极5并排安放，并且相邻转子极下的永磁体6和转子铁磁极5在圆周上沿轴向交错布置。
上述本发明方案所用的定子端盖1、转子铁磁极5、转子导磁环8、轴9均用导磁性能良好的材料制成，如电工纯铁、各种碳钢、铸铁、铸钢、合金钢、1J50和1J79等磁性材料等。定子铁心3、转子铁心7可用导磁性能良好的电工薄钢板如电工纯铁、电工硅钢板DR510、DR470、DW350、1J50和1J79等磁性材料冲压迭制而成。永磁体6的材料为磁性能良好的稀土永磁体。直流励磁绕组2和定子交流绕组4用导电良好的电磁线绕制后浸漆烘干而成。

Claims (1)

1.一种混合励磁发电机，由定子端盖（1）、直流励磁绕组（2）、定子铁心（3）、定子交流绕组（4）、转子铁磁极（5）、永磁体（6）、转子铁心（7）、转子导磁环（8）、轴（9）组成，其中混合励磁发电机的轴端安装有两个定子端盖（1），定子端盖（1）内侧置有直流励磁绕组（2），定子铁心（3）位于两个定子端盖（1）内部并与定子端盖（1）直接相连，定子铁心（3）槽中嵌放定子交流绕组（4），定子铁心（3）内部为转子，转子与定子铁心（3）之间留有磁气隙（10），转子由转子铁磁极（5）、永磁体（6）、转子铁心（7）、轴（9）、转子导磁环（8）组成，转子的外表面安装有永磁体（6）与转子铁磁极（5），永磁体（6）与转子铁磁极（5）的内部是转子铁心（7），转子铁心（7）内部是轴（9），转子导磁环（8）安装在转子铁心（7）轴向两侧以及轴（9）的外侧，转子导磁环（8）与端盖（1）之间留有气隙（11），所述的永磁体（6）与转子铁磁极（5）沿轴向并排安放，并且相邻的永磁体（6）和转子铁磁极（5）在圆周上沿轴向交错布置，所述的永磁体（6）与转子铁磁极（5）在圆周上的极弧系数为0.85～0.9，转子导磁环（8）、轴（9）、端盖（1）为直流励磁绕组（2）产生的磁通提供路径，当负载变大时，发电机输出电压将下降，直流励磁绕组（2）产生的磁通与永磁磁通叠加，直流励磁磁通的路径为：直流励磁磁通从端盖（1）出发，经过端盖（1）与转子导磁环（8）之间的气隙（11）、转子导磁环（8）、轴（9）、转子铁心（7）、转子铁磁极（5）、定子铁心（3）与转子铁磁极（5）之间的磁气隙（10）、定子铁心（3），并回到端盖（1）；当负载变小时，发电机输出电压将升高，改变励磁绕组中电流方向以减少气隙磁通量，可以使电机的输出电压下降，直流励磁磁通的路径为：直流励磁磁通从端盖（1）出发，经定子铁心（3）、铁磁极（5）与定子铁心（3）之间的气隙（10）、转子铁磁极（5）、转子铁心（7）、轴（9）、转子导磁环（8）、端盖（1）与转子导磁环（8）之间的气隙（9）回到端盖（1）。
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