CN102594075A

CN102594075A - 一种无刷混合励磁式的爪极发电机

Info

Publication number: CN102594075A
Application number: CN2012100371178A
Authority: CN
Inventors: 吴朝智
Original assignee: HEFEI HUANYANG ELECTRIC CO Ltd
Current assignee: HEFEI HUANYANG ELECTRIC CO Ltd
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2012-07-18

Abstract

本发明提出了一种便于调节输出的高效的无刷混合励磁式的爪极发电机，该发电机包括壳体，壳体内安装有定子和转子，转子包括相对设置的左极爪、右极爪、无磁内衬圈、永久磁铁、外套圈，所述左极爪和右极爪内槽嵌入衬圈后两个爪极之间形成爪极间隔，隔一个或每个爪极间隔内嵌有一块永磁铁，所述嵌入各个永磁铁的磁性方向相同；左极爪、右极爪和永磁铁利用无磁内衬圈和无磁外套圈固定为一体，所述转子的一端与转轴固定。本发明采用无刷混合励磁的方式作为发电机的励磁，并根据发电机的输出来控制励磁电流的流向及大小，以保证其输出稳定，从而使本发明的无刷混合励磁发电机具有高效和控制简便的优点。

Description

一种无刷混合励磁式的爪极发电机

技术领域

本发明属于发电机技术领域，具体地说，涉及到一种无刷混合励磁式的爪极发电机。

背景技术

迄今为止，国内生产的有刷励磁式发电机都是有触点的，该种发电机存在下述缺点：1、漏磁大，漏磁系数高达1.4；2、效率低，平均效率只有30％左右；3、滑环与电刷是动态接触，难免产生电火花，这不仅增加了维护的工作量，而且干扰无线电通讯；4、发电效率与转速特性较差，不能在较大转速范围内保持较高的发电效率。近年来，国内外，也出现一些无刷励磁式的爪极发电机，效率也偏低，一般平均效率为30％左右。

国内外不少实验室及有关机构开始研发将永久磁铁作为励磁的爪极发电机，其克服了有刷爪极发电机的许多缺点，具有发电效率高、体积小、用材也少、噪声低、无干扰无线电信号的电火花、且寿命长、免保养维护等诸多优点，但是由于其采用永久磁铁作为爪极发电机的励磁，其输出功率及电压调节困难，难以实现在发电机大转速范围下的稳定输出，给后续的应用带来了许多麻烦。

发明内容

本发明的目的是提出一种便于调节输出的高效的无刷混合励磁式的爪极发电机。

本发明的无刷混合励磁式爪极发电机包括由前端盖、后端盖、本体组成的壳体，所述壳体通过轴承安装有发电机转轴，壳体内安装有定子和转子及控制单元，所述定子包括励磁线圈、定子铁芯和设于定子铁芯上的定子绕组，励磁线圈利用磁轭托架与后端盖固定连接，线圈伸入转子内，其特征在于所述转子包括相对设置的左极爪和右极爪，所述左极爪和右极爪相邻的两个爪极之间形成爪极间隔，隔一个或每个爪极间隔内嵌有一块永磁铁，所述所嵌各个永磁铁的磁性方向相同；左极爪、右极爪和永磁铁利用无磁内衬圈和无磁外套圈固定为一体，所述转子的一端与转轴固定。

相比于传统的单靠励磁线圈励磁的发电机，本发明的发电机新增了永久磁铁作为励磁，低转速时永久磁铁的磁场与线圈产生的磁场相加作为发电机的励磁运行。既可以有效地补偿原爪极发电机由于爪极之间漏磁所带来的负面影响，提高发电机的气隙磁密，又可以有效地提高主磁通，从而提高发电机的磁能积，明显改善发电机的低速输出特性，提高发电机的输出功率。另外，永磁铁可以利用无磁内衬圈、无磁外套圈与左、右极爪固定为一体，安装方便，同时保证了转子的可靠性。

所述混合励磁，永久磁铁作励磁的永久磁铁嵌在发电机转子周围的爪极间。线圈励磁是固定在发电机的定子上，通过磁性耦合来实现混合励磁。

进一步地，所述左极爪、右极爪的爪极的内圆侧均设置有爪槽，所述无磁内衬圈的外周设有与爪槽对应的凸块，所述无磁内衬圈的凸块卡入爪槽内。内衬圈的凸决与极爪的爪槽互相配合，可以防止左极爪、右极爪的爪极随意移动，同时利用无磁外套圈将左极爪、右极爪包住，即可将左极爪、右极爪连同永磁铁固定为一体，形成转子。

进一步地，所述永磁铁均匀分布于转子圆周的左右爪极间，以保证转子受力均匀及所产生的磁场分布均匀。

上述混合励磁式爪极发电机的控制方法包括如下步骤：采集发电机实时输出电压及实时转速，并将发电机实时输出电压与预设的标准输出电压，相减得到第一差值，将第一差值及实时转速输入至励磁控制单元，励磁控制单元根据第一差值、实时转速对励磁电流的大小和电流方向进行控制：当实时转速小于预定标准转速时，励磁电流使励磁线圈所产生磁场方向与永磁铁的磁场方向相同，随着发电机发电转速升高且第一差值的绝对值增大，则励磁电流随之减小，始终保持发电机输出控制在标准误差范围内；当实时转速等于预定标准转速时，励磁电流为零；控制单元改变励磁电流方向，使励磁线圈所产生磁场方向与永磁铁的磁场方向相反，当实时转速大于预定标准转速时，随着发电机转速逐渐升高，且差随之增大，为使发电机的输出，保持在标准误出的差范围之内，则励磁电流也随之增大。

本发明采用无刷混合励磁的方式，将永久磁铁的磁力与励磁线圈产生的磁力结合起来，作为发电机的励磁，并根据发电机的输出来控制励磁电流的流向及大小，以保证其输出稳定，从而使本发明的混合励磁发电机既有永磁发电机的高效，也有常规线圈励磁发电机输出的控制简便。

附图说明

图1是本发明的混合励磁式爪极发电机的剖视图。

图2是本发明的混合励磁式爪极发电机的内衬圈的结构示意图。

图3是本发明的混合励磁式爪极发电机的爪极的结构示意图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施实例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1～3所示，本实施例的无刷混合励磁式爪极发电机包括由前端盖1、后端盖2、本体3组成的壳体，壳体通过轴承安装有发电机转轴4，壳体内安装有定子和转子及控制单元，所述定子包括励磁线圈5、定子铁芯6和设于定子铁芯6上的定子绕组7，励磁线圈5利用磁轭托架8与后端盖2固定连接，励磁线圈5伸入转子内；转子包括相对设置的左极爪9和右极爪10，所述左极爪9和右极爪10相邻的两个爪极之间形成爪极间隔11，相隔的爪极间隔11内嵌有一块永磁铁12，各个永磁铁12的磁性方向相同；左极爪9、右极爪10和永磁铁12利用无磁内衬圈13和无磁外套圈14固定为一体，所述转子的一端与转轴4固定。

上述的无刷混合励磁式爪极发电机的控制方法包括如下步骤：采集发电机实时输出电压及实时转速，并将发电机实时输出电压与预设的标准输出电压相减得到第一差值，将第一差值及实时转速输入至励磁控制单元，励磁控制单元根据第一差值电压、实时转速对励磁电流的大小和流向进行控制：

1、当实时转速小于预定标准转速时，只依靠永磁铁所产生的励磁磁场所得到的发电机的输出小于标准输出电压，为使发电机的输出符合要求，在转速不变的情况下，必须加大励磁磁场，因此励磁线圈的励磁电流的大小和方向必须符合下述条件：励磁电流使励磁线圈所产生磁场方向与永磁铁的磁场方向相同，且第一差值的绝对值越大，励磁电流的电流值越小，这样励磁线圈所产生磁场方向与永磁铁的磁场相加，从而加大了发电机的励磁磁场；

2、当实时转速等于预定标准转速时，只需要永磁铁所产生的励磁磁场即可使发电机的输出符合要求，因此此时励磁线圈的励磁电流为零；

3、当实时转速大于预定标准转速时，只依靠永磁铁所产生的励磁磁场所得到的发电机的输出大于标准输出电压，为使发电机的输出符合要求，在转速不变的情况下，必须减小励磁磁场，因此励磁线圈的励磁电流的大小和方向符合下述条件：励磁电流使励磁线圈所产生磁场方向与永磁铁的磁场方向相反，随着发电机转速继续增加且第一差值的绝对值增大，为保持发电机输出电压控制在标准误差范围内必须减小发电机的励磁的磁场强度，在发电机高端启运行就是增大线圈励磁电流，励磁电流的电流值越大，由于这时励磁线圈所产生磁场方向与永磁铁的磁场相反，励磁线圈上的电流越大，从而减小了发电机励磁的磁场强度。

具体可以采用下述控制电路来对发电机进行控制：

该控制电路包括实时电压采集单元、第一电压比较单元、运算放大器、励磁控制单元、转速采集单元、频率电压转换器、第二电压比较单元、励磁线圈，其中：

第一电压比较单元接收实时电压采集单元所采集的实时输出电压信号，并将该实时输出电压与预设的标准输出电压相减得到第一差值，将第一差值通过运算放大器放大后再输入至励磁控制单元；

转速采集单元(可利用霍尔转速传感器来实现)采集发电机转子的转速，将转速信息以频率的形式发送给频率电压转换器，从而转换成电压信息，然后将该电压信息输入至第二电压比较单元，第二电压比较单元将该电压信息与预设的过零电压(所述过零电压为实时转速为预定标准转速时，频率电压转换器所转换而得到的电压值)进行比较，并将两者的差值输入给励磁控制单元，该差值就是实时转速与预定标准转速的比较值。

Claims

1.一种无刷混合励磁式爪极发电机，包括由前端盖、后端盖、本体组成的壳体，所述壳体通过轴承安装有发电机转轴，壳体内安装有定子和转子及控制单元，所述定子包括励磁线圈、定子铁芯和设于定子铁芯上的定子绕组，励磁线圈利用磁轭托架与后端盖固定连接，线圈伸入转子内，其特征在于所述转子包括相对设置的左极爪和右极爪，所述左极爪和右极爪相邻的两个爪极之间形成爪极间隔，隔一个或每个爪极间隔内嵌有一块永磁铁，所述所嵌各个永磁铁的磁性方向相同；左极爪、右极爪和永磁铁利用无磁内衬圈和无磁外套圈固定为一体，所述转子的一端与转轴固定。

2.根据权利要求1所述的无刷混合励磁式爪极发电机发电机，其待征在于所述混合励磁，永久磁铁作励磁的永久磁铁嵌在发电机转子周围的爪极间。线圈励磁是固定在发电机的定子上，通过磁性耦合来实现混合励磁。

3.根据权利要求1所述的无刷混合励磁式爪极发电机，其特征在于所述左极爪、右极爪的爪极的内圆侧均设置有爪槽，所述无磁内衬圈的外周设有与爪槽对应的凸块，所述无磁内衬圈的凸块卡入爪槽内。

4.根据权利要求1所述的无刷混合励磁式爪极发电机，其特征在于所述永磁铁均匀分布于转子圆周的左右爪极间。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的无刷混合励磁式的爪极发电机，其特征在于包括如下步骤：采集发电机实时输出电压及实时转速，并将发电机实时输出电压与预设的标准输出电压，相减得到第一差值，将第一差值及实时转速输入至励磁控制单元，励磁控制单元根据第一差值、实时转速对励磁电流的大小和电流方向进行控制：当实时转速小于预定标准转速时，励磁电流使励磁线圈所产生磁场方向与永磁铁的磁场方向相同，随着发电机发电转速升高且第一差值的绝对值增大，则励磁电流随之减小，始终保持发电机输出控制在标准误差范围内；当实时转速等于预定标准转速时，励磁电流为零；控制单元改变励磁电流方向，使励磁线圈所产生磁场方向与永磁铁的磁场方向相反，当实时转速大于预定标准转速时，随着发电机转速逐渐升高，且差随之增大，为使发电机的输出，保持在标准误出的差范围之内，则励磁电流也随之增大。