CN102437667B - 一种借助于线圈抽头的高效能发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种借助于线圈抽头的高效能发电机，包括定子和转子，定子铁芯沿圆周方向均匀分布有若干个线圈槽，线圈槽中嵌有三相线圈绕组，每相线圈绕组由至少四匝头尾相连的单匝线圈组成，每匝线圈设有头、中、尾部抽头；A相线圈绕组的第1至4匝线圈依次跨绕在第1、4线圈槽，第9、12线圈槽，第14、17线圈槽，第19、22线圈槽上；B相线圈绕组的第11至4匝线圈依次跨绕在第2、5线圈槽，第7、10线圈槽，第15、18线圈槽，第20、23线圈槽上；C相线圈绕组的第1至4匝线圈依次跨绕在第3、6线圈槽，第8、11线圈槽，第13、16线圈槽，第21、24线圈槽上。本发明的发电机具有阻转矩小、发电效率高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种发电机，尤其涉及一种借助于线圈抽头的高效能发电机。
背景技术
发电机作为动力源在各行各业中具有广泛的应用，然而，现有技术的发电机的不足之处在于阻转矩大，发电效率低，以风力发电机组或水力发电机组为例，当来流速度较小时，由于发电机阻转矩较大，机组很难进入启动状态，更谈不上对外输出电能，也就是说，这种情况下的风能和水能不能有效地转化为电能，从而造成能量的浪费。为最大限度地利用风能或水能，除了需要优化风力发电机组或水力发电机组的叶轮的流体动力学外形以提高其能量吸收效率外，还必须尽可能地降低发电机的阻转矩，同提高发电机的发电效率。现有技术的发电机受其定子线圈绕组的绕线方式的限制，启动时所需的力矩较大，这显然不能满足上述要求，现有技术的发电机的上述缺点也限制了其应用范围，因而亟需对现有发电机的绕线方式进行改进。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点和不足，本发明旨在提供一种借助于线圈抽头的高效能发电机，该发电机可以有效克服现有技术的发电机阻转矩大、发电效率低的缺点，通过借助于一种新颖的发电机定子线圈绕组的抽头方式，有效地提高了发电机的效率，极大地降低了发电机的能耗。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种借助于线圈抽头的高效能发电机，包括定子和转子，定子铁芯沿圆周方向均匀分布有若干个线圈槽，线圈槽中嵌有A相、B相、C相三相线圈绕组，其特征在于，
每相线圈绕组由至少四匝头尾相连的单匝线圈组成，每个单匝线圈设有头部抽头、中间抽头和尾部抽头，头部抽头设置在单匝线圈的起始位置，中间抽头设置在单匝线圈的中间位置，尾部抽头设置在单匝线圈的结束位置；
A相线圈绕组的第1单匝线圈跨绕在定子铁芯的第1、4线圈槽上，第2单匝线圈跨绕在定子铁芯的第9、12线圈槽上，第3单匝线圈跨绕在定子铁芯的第14、17线圈槽上，第4单匝线圈跨绕在定子铁芯的第19、22线圈槽；
B相线圈绕组的第1单匝线圈跨绕在定子铁芯的第2、5线圈槽上，第2单匝线圈跨绕在定子铁芯的第7、10线圈槽上，第3单匝线圈跨绕在定子铁芯的第15、18线圈槽上，第4单匝线圈跨绕在定子铁芯的第20、23线圈槽上；
C相线圈绕组的第1单匝线圈跨绕在定子铁芯的第3、6线圈槽上，第2单匝线圈跨绕在定子铁芯的第8、11线圈槽上，第3单匝线圈跨绕在定子铁芯的第13、16线圈槽上，第4单匝线圈跨绕在定子铁芯的第21、24线圈槽上。
通过以上技术方案，本发明对现有技术发电机的绕组方式进行了改进，改进的具体方式是通过对绕组进行单匝线圈进行头、中、尾抽头的方式同时结合对各相线圈绕组的跨绕方式进行改进，从而达到了最大程度地减小电机阻转矩的目的，进行极大地提高了发电机的发电效率，降低了能耗。
优选地，定子铁芯沿圆周方向均匀分布有30个线圈槽，A相线圈绕组的第5单匝线圈跨绕在定子铁芯的第25、28线圈槽上，B相线圈绕组的第5单匝线圈跨绕在定子铁芯的第26、29线圈槽上，C相线圈绕组的第5单匝线圈跨绕在定子铁芯的第27、30线圈槽上。
优选地，定子铁芯沿圆周方向均匀分布有36个线圈槽，A相线圈绕组的第5至6单匝线圈依次跨绕在定子铁芯的第25、28线圈槽，第31、34线圈槽上；B相线圈绕组的第5至6单匝线圈依次跨绕在定子铁芯的第26、29线圈槽，第32、35线圈槽上；C相线圈绕组的第5至6单匝线圈依次跨绕在定子铁芯的第27、30线圈槽，第33、36线圈槽上。
优选地，定子铁芯沿圆周方向均匀分布有42个线圈槽，A相线圈绕组的第5至7单匝线圈依次跨绕在定子铁芯的第25、28线圈槽，第31、34线圈槽，第37、40线圈槽上；B相线圈绕组的第5至7单匝线圈依次跨绕在定子铁芯的第26、29线圈槽，第32、35线圈槽，第38、41线圈槽上；C相线圈绕组的第5至7单匝线圈依次跨绕在定子铁芯的第27、30线圈槽，第33、36线圈槽，第39、42线圈槽上。
以上三个优选实施例中介绍了当定子铁芯沿圆周方向均匀分布有30、36、42个线圈槽时，按照本发明的技术方案进行绕组布置时，各相绕组中线圈的跨绕方式，需要指出的是，按照上述方式进行线圈的跨绕时，每匝线圈的抽头方式不变，即每匝线圈的头、中、尾位置需要进行3次抽头。
优选地，定子铁芯沿圆周方向均匀分布有39个线圈槽，A相线圈绕组的第5至7单匝线圈依次跨绕在定子铁芯的第25、28线圈槽，第31、34线圈槽，第37、39线圈槽上；B相线圈绕组的第5至6单匝线圈依次跨绕在定子铁芯的第26、29线圈槽，第32、35线圈槽上；C相线圈绕组的第5至6单匝线圈依次跨绕在定子铁芯的第27、30线圈槽，第33、36线圈槽上。本实施例所列举的情况是当定子铁芯的线圈槽数不是6的倍数时，比如发电机领域中所常见的39槽定子铁芯，按照本发明的精神所进行的线圈绕组的布置方式。
优选地，定子铁芯沿圆周方向均匀的线圈槽的槽数不少于24槽，且是6的整数倍。
优选地，每相线圈绕组各自通过桥式整流电路将交流电整合为直流电。
优选地，为进一步降低发电机的阻转矩、提高发电效率，转子材料采用高磁永磁体材料，例如转子材料可采用高磁铷铁硼材料。
由以上技术方案可知，本发明具有如下优点：本发明对现有技术发电机的绕组方式进行了改进，改进的具体方式是通过对绕组进行单匝线圈进行头、中、尾抽头的方式同时结合对各相线圈绕组的跨绕方式进行改进，从而达到了最大程度地减小电机阻转矩的目的，进行极大地提高了发电机的发电效率，降低了能耗。
附图说明
图1为具有39个线圈槽的定子铁芯示意图。
图2为A、B、C相线圈绕组的绕线及抽头示意图。
图中：1～39表示第1～39线圈槽。
图2中：粗实线表示A、B、C相线圈绕组单匝线圈，细实线表示单匝线圈与单匝线圈之间的跨接线、以及抽头线；An°表示A相线圈绕组第n匝线圈的头部抽头、An中表示第n匝线圈的中间抽头、An表示第n匝线圈的尾部抽头；Bn°表示B相线圈绕组第n匝线圈的头部抽头、Bn中表示第n匝线圈的中间抽头、Bn表示第n匝线圈的尾部抽头；Cn°表示B相线圈绕组第n匝线圈的头部抽头、Cn中表示第n匝线圈的中间抽头、Cn表示第n匝线圈的尾部抽头。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
图1示出了一个现有技术中额定功率为500W、定子铁芯为39个线圈槽的发电机铁芯，图2示出了根据本发明的技术方案对上述发电机的线圈绕组进改进，所设计的一种定子铁芯为39个线圈槽时的三相线圈绕组方式的发电机，包括定子和转子，线圈槽中嵌有A相、B相、C相三相线圈绕组，每相线圈绕组由若干匝头尾相连的单匝线圈组成，每个单匝线圈设有头部抽头、中间抽头和尾部抽头，头部抽头设置在单匝线圈的起始位置，中间抽头设置在单匝线圈的中间位置，尾部抽头设置在单匝线圈的结束位置；A相线圈绕组的第1单匝线圈跨绕在定子铁芯的第1、4线圈槽上，第2单匝线圈跨绕在定子铁芯的第9、12线圈槽上，第3单匝线圈跨绕在定子铁芯的第14、17线圈槽上，第4至7单匝线圈依次跨绕在定子铁芯的第19、22线圈槽，第25、28线圈槽，第31、34线圈槽，第37、39线圈槽上；B相线圈绕组的第1单匝线圈跨绕在定子铁芯的第2、5线圈槽上，第2单匝线圈跨绕在定子铁芯的第7、10线圈槽上，第3单匝线圈跨绕在定子铁芯的第15、18线圈槽上，第4至6单匝线圈依次跨绕在定子铁芯的第20、23线圈槽，第26、29线圈槽，第32、35线圈槽上；C相线圈绕组的第1单匝线圈跨绕在定子铁芯的第3、6线圈槽上，第2单匝线圈跨绕在定子铁芯的第8、11线圈槽上，第3单匝线圈跨绕在定子铁芯的第13、16线圈槽上，第4至6单匝线圈跨绕在定子铁芯的第21、24线圈槽，第27、30线圈槽，第33、36线圈槽上。实际使用时，可以对A、B、C三相线圈绕组的分别使用桥式整流电路进行交流变直流的整流。
下面对上述39槽发电机在改进前后的实验数据进行对比，在进行对比实验时，改进前后的发电机都使用60V电瓶驱动直流电动机，然后用电动机带动发电机运转：
不改进绕组前，现有技术的发电机的输出电流20A，电压36V；而此时电瓶的供电电流为55A，电压60V。
使用本发明的技术方案改进绕组后，本发明的发电机A相绕组输出电流12A，电压12V；B相绕组输出电流35A，电压24V；C相绕组输出电流37A，电压12V；而此时电瓶的供电电流为43A，电压60V。
从上面的实验数据对比中可以明显地看出，使用本发明的技术方案对现有技术的发电机进行改进后，发电机的性能得到了明显的提升。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (8)
1.一种借助于线圈抽头的高效能发电机，包括定子和转子，定子铁芯沿圆周方向均匀分布有若干个线圈槽，线圈槽中嵌有A相、B相、C相三相线圈绕组，其特征在于，
每相线圈绕组由至少四匝头尾相连的单匝线圈组成，每个单匝线圈设有头部抽头、中间抽头和尾部抽头，头部抽头设置在单匝线圈的起始位置，中间抽头设置在单匝线圈的中间位置，尾部抽头设置在单匝线圈的结束位置；
A相线圈绕组的第1单匝线圈跨绕在定子铁芯的第1、4线圈槽上，第2单匝线圈跨绕在定子铁芯的第9、12线圈槽上，第3单匝线圈跨绕在定子铁芯的第14、17线圈槽上，第4单匝线圈跨绕在定子铁芯的第19、22线圈槽；
B相线圈绕组的第1单匝线圈跨绕在定子铁芯的第2、5线圈槽上，第2单匝线圈跨绕在定子铁芯的第7、10线圈槽上，第3单匝线圈跨绕在定子铁芯的第15、18线圈槽上，第4单匝线圈跨绕在定子铁芯的第20、23线圈槽上；
C相线圈绕组的第1单匝线圈跨绕在定子铁芯的第3、6线圈槽上，第2单匝线圈跨绕在定子铁芯的第8、11线圈槽上，第3单匝线圈跨绕在定子铁芯的第13、16线圈槽上，第4单匝线圈跨绕在定子铁芯的第21、24线圈槽上。
2.根据权利要求1所述的借助于线圈抽头的高效能发电机，其特征在于，定子铁芯沿圆周方向均匀分布有30个线圈槽，A相线圈绕组的第5单匝线圈跨绕在定子铁芯的第25、28线圈槽上，B相线圈绕组的第5单匝线圈跨绕在定子铁芯的第26、29线圈槽上，C相线圈绕组的第5单匝线圈跨绕在定子铁芯的第27、30线圈槽上。
3.根据权利要求1所述的借助于线圈抽头的高效能发电机，其特征在于，定子铁芯沿圆周方向均匀分布有36个线圈槽，A相线圈绕组的第5至6单匝线圈依次跨绕在定子铁芯的第25、28线圈槽，第31、34线圈槽上；B相线圈绕组的第5至6单匝线圈依次跨绕在定子铁芯的第26、29线圈槽，第32、35线圈槽上；C相线圈绕组的第5至6单匝线圈依次跨绕在定子铁芯的第27、30线圈槽，第33、36线圈槽上。
4.根据权利要求1所述的借助于线圈抽头的高效能发电机，其特征在于，定子铁芯沿圆周方向均匀分布有42个线圈槽，A相线圈绕组的第5至7单匝线圈依次跨绕在定子铁芯的第25、28线圈槽，第31、34线圈槽，第37、40线圈槽上；B相线圈绕组的第5至7单匝线圈依次跨绕在定子铁芯的第26、29线圈槽，第32、35线圈槽，第38、41线圈槽上；C相线圈绕组的第5至7单匝线圈依次跨绕在定子铁芯的第27、30线圈槽，第33、36线圈槽，第39、42线圈槽上。
5.根据权利要求1所述的借助于线圈抽头的高效能发电机，其特征在于，定子铁芯沿圆周方向均匀分布有39个线圈槽，A相线圈绕组的第5至7单匝线圈依次跨绕在定子铁芯的第25、28线圈槽，第31、34线圈槽，第37、39线圈槽上；B相线圈绕组的第5至6单匝线圈依次跨绕在定子铁芯的第26、29线圈槽，第32、35线圈槽上；C相线圈绕组的第5至6单匝线圈依次跨绕在定子铁芯的第27、30线圈槽，第33、36线圈槽上。
6.根据权利要求1所述的借助于线圈抽头的高效能发电机，其特征在于，定子铁芯沿圆周方向均匀的线圈槽的槽数不少于24槽，且是6的整数倍。
7.根据权利要求1至6任一项所述的借助于线圈抽头的高效能发电机，其特征在于，每相线圈绕组各自通过桥式整流电路将交流电整合为直流电。
8.根据权利要求1至6任一项所述的借助于线圈抽头的高效能发电机，其特征在于，转子材料可采用高磁铷铁硼材料。
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