CN102868276B - 一种v型径向磁场式定子斜槽混合励磁发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种V型径向磁场式定子斜槽混合励磁发电机，其包括机座，机座两端分别设有前、后盖；机座内设有由定子铁心、直流励磁绕组构成的定子，由永磁体、铁心极、转轴、转子冲片组成的转子；定子铁心固定在机座内，定子铁心内包括槽部和齿部，直流励磁绕组绕设在齿部；转子的转轴通过轴承与机座转动连接，转子冲片套设在转轴上；转子冲片的每四分之一的外圆弧面上均匀设有4个冲片槽，两极性相反的永磁体与铁心极交叉分布在4个冲片槽上，形成磁极面；4个磁极面以转轴对称分布，两相邻的磁极面呈“V”型。采用以上结构，减小了发电机电压调整率，提高发电机的性能指标，动态实时调节输出功率，使发电机适应负载范围宽，提高供电系统可靠性。

Description

一种V型径向磁场式定子斜槽混合励磁发电机

技术领域

本发明涉及一种永磁电机，具体指一种V型径向磁场式定子斜槽混合励磁发电机。

背景技术

国际国内对永磁发电机中加入电励磁绕组调节磁场的这类新型发电机的研究很少，混合励磁电机结构主要有以下几种：

如图1所示，一种有刷式混合励磁发电机，其电励磁绕组安放在转子永磁体的下面，不需要占用额外的空间，因此结构简单，体积较小。图1电机结构的转子励磁电流的引入采用有刷式，可靠性降低。此外电励磁的磁路经过永磁体，而永磁体的磁导率接近空气的磁导率，因此磁路的磁阻大，为了调节气隙磁通，必须通入很大的励磁电流，铜耗增加。同时，励磁绕组42电励磁磁动势直接作用于永磁体51，容易发生不可逆退磁；

如图2所示，一种混合励磁永磁同步发电机，分为永磁部分7和励磁部分8；其主要特点是永磁体磁路和电励磁磁路基本上是各自独立的，电励磁磁动势没有作用到永磁体上，一般不会产生不可逆退磁。由于励磁电流由集电环引入，使电机的可靠性降低，不适合在较恶劣的工况下运行，维护费用增加。同时，如果绕线转子长度与永磁体转子长度相等时，为了产生与永磁体相等大小的磁通，通入绕线转子的励磁电流必须较大，势必增加转子铜耗，电机的温升变大，由此导致效率下降、永磁体的工作点改变甚至导致退磁等问题。

图3所示，一种混合励磁发电机，其电励磁辅助发电部分与永磁发电部分共用一个定子铁心及定子绕组，磁通在气隙中合成。电励磁利用转轴作为磁路的一部分，永磁主发电部分的结构与普通永磁发电机相同。该电机能够较好地调整发电机的输出电压，运行可靠性较高，故障率比有刷结构和旋转整流器低。但发电机电励磁部分的水平磁极的两侧都为长度较小气隙，加工和装配精度要求非常高，这显然增加了装配工时和制造成本。同时水平磁极9和垂直磁极10为电励磁磁通提供通路，需要有较大的导磁面积，降低了电机的功率密度。由于存在两个附加气隙，使电机电励磁磁路磁阻显著增大，致使励磁电流较大，电机的效率不高。

发明内容

本发明的目的在于提高发电机的性能指标，实现全自动调压，动态实时调节输出功率，使发电机适应负载范围宽，过载能力强，节能效果明显，提高供电系统的可靠性。

本发明的目的可通过以下结构实现，机座两端分别设有前、后盖；所述机座内设有由定子铁心、直流励磁绕组构成的定子，由永磁体、铁心极、转轴、转子冲片组成的转子；所述定子铁心固定在机座内，定子铁心内包括槽部和齿部，所述直流励磁绕组绕设在齿部；所述转子的转轴通过轴承与机座转动连接，所述转子冲片套设在转轴上；其特征在于：所述的转子冲片的每四分之一的外圆弧面上均匀设有四个冲片槽，所述两极性相反的永磁体和两铁心极分别对角分布在四个冲片槽上，并形成一个磁极面；所述的两相邻的磁极面呈“V”型，两两磁极面呈中心对称。

所述定子铁心的齿部和槽部构成斜槽结构，所述齿部和槽部的斜距为齿距宽度的1.5倍。

所述定子铁心的槽部上设有扣合片。

所述的扣合片与定子铁心齿部处在同一个内圆面上。

采用以上结构，由于转子采用“V型”径向磁场式结构，一对极的两块永磁体是串联的，因此是一块永磁体截面对每极气隙提供磁通，两块永磁体的磁化方向长度对磁路提供磁势，故电机气隙磁感应强度近似等于永磁体工作点的磁感应强度。电机的直轴和交轴电枢反应电抗小，从而大大削弱了电枢反应的去磁作用。由于直轴和交轴磁阻大，所以感应电势波形的畸变率变小。同时，由于定子采用斜槽设计，定子绕组同一根导体的个各小段在磁场内的位置各不相同，即存在空间位置上的电角度差，因此导体各段感应电势在时间上存在相位差，导体的感应总电势为各段导体感应电势的矢量和，起到了分布效果，可以有效削弱定子绕组所感应的齿谐波电势，当定子齿部和槽部的斜距选择为齿距宽度的1.5倍时，具有更好的削弱齿谐波的效果，可以减少电枢反应对槽内绕组的影响，使得发电机的波形畸变率更小，气隙磁场更接近正弦波，从而减小对负载的影响。所以减小了发电机电压调整率，使之具有接近水平的外特性，提高发电机的性能指标，实现全自动调压，动态实时调节输出功率，使发电机适应负载范围宽，过载能力强，节能效果明显，提高供电系统的可靠性。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；

图1为现有技术一种有刷式混合励磁发电机的结构示意图；

图2为现有技术一种混合励磁永磁同步发电机的结构示意图；

图3为现有技术一种混合励磁发电机的结构示意图；

图4为本发明一种V型径向磁场式定子斜槽混合励磁发电机的结构示意图；

图5为本发明的转子俯视示意图；

图6为本发明的转子仰视示意图；

图7为本发明的定子结构示意图；

图8为本发明的定子斜槽示意图。

具体实施方式

如图4至图8所示，一种V型径向磁场式定子斜槽混合励磁发电机，其包括机座1，机座两端分别设有前盖2和后盖3；所述机座1内设有由定子铁心41、直流励磁绕组42构成的定子4，由永磁体51、铁心极52、转轴53、转子冲片54组成的转子5；所述定子铁心固定在机座1内，定子铁心内包括槽部43和齿部44，所述直流励磁绕组42绕设在齿部44，定子铁心被直流励磁绕组42分为定子铁心N极和定子铁心S极两部分；机座1把定子铁心N极和定子铁心S极在机械上和磁场上连接起来。所述转子5的转轴53通过轴承与机座1转动连接，所述转子冲片54套设在转轴53上，在转子5的磁极和转轴53之间由转子背轭把两个极在机械上和磁场上相互连接起来；

所述的转子冲片54的每四分之一的外圆弧面上均匀设有四个冲片槽，所述两极性相反的永磁体（既N极永磁体和S极永磁体）和两铁心极分别对角分布在四个冲片槽上，既N极永磁体511与S极永磁体512对角分布，N极永磁体511与一铁心极52交错分布，S极永磁体512与另一铁心极52交错分布；并形成一个磁极面；所述的两相邻的磁极面呈“V”型，两两磁极面呈中心对称。

所述定子铁心41的齿部43和槽部44构成斜槽结构，所述齿部43和槽部44的斜距L1为齿距宽度L2的1.5倍。所述定子铁心41的槽部44上设有扣合片45。所述的扣合片45与齿部43处在同一个内圆面上。

由于发电机内有励磁电流和永磁体两个磁源，因而就产生两个磁场，且两个磁场具有不同的磁路。如图4所示，励磁电流产生的磁场的路径为：由定子铁心N极依序经过机座1、定子铁心S极、气隙、转子铁心极52、转子背轭、另一侧转子铁心极52、气隙、定子铁心N极。永磁体产生的磁场的磁路为：由永磁体N极511依序经过气隙、定子铁心N极、机座1、定子铁心S极、气隙、永磁体S极512、转子背轭、永磁体N极511。因此，气隙磁场是两个磁源产生的合成磁场。

将转子5的磁极按平面展开，则直流励磁电流为=0。当=0时，只存在永磁体51的磁场，方向从N极到S极；当>0时，同一端的铁心极和永磁体的磁场方向相同，则轴向磁场增强，进行能量转换的气隙内有效的周向磁场减弱，起弱磁作用；当<0时，同一端的铁心极52与永磁体51的磁场方向相反，轴向磁场减弱，进行能量转换的气隙内有效的周向磁场增强，起增磁作用。由此可知，混合励磁永磁电机内的气隙磁场可以通过励磁电流来控制。

Claims (4)

1.一种V型径向磁场式定子斜槽混合励磁发电机，其包括机座，机座两端分别设有前、后盖；所述机座内设有由定子铁心、直流励磁绕组构成的定子，由永磁体、铁心极、转轴、转子冲片组成的转子；所述定子铁心固定在机座内，定子铁心内包括槽部和齿部，所述直流励磁绕组绕设在齿部；所述转子的转轴通过轴承与机座转动连接，所述转子冲片套设在转轴上；其特征在于：所述转子沿横截面均匀分成四个扇区，每个扇区的上端面和下端面上均设有两个冲片槽，上端面的两个冲片槽内分别设有N极永磁体与第一铁心极，下端面的两个冲片槽内分别设有S极永磁体与第二铁心极，同一端面上的永磁体与铁心极交错分布；位于同一扇区的上端面的N极永磁体与下端面的S极永磁体呈对角分布，并形成一个磁极面，相邻两个所述磁极面呈“V”型，两两磁极面呈中心对称。

2.根据权利要求1所述的一种V型径向磁场式定子斜槽混合励磁发电机，其特征在于：所述定子铁心的齿部和槽部构成斜槽结构，所述齿部和槽部的斜距为齿距宽度的1.5倍。

3.根据权利要求1所述的一种V型径向磁场式定子斜槽混合励磁发电机，其特征在于：所述定子铁心的槽部上设有扣合片。

4.根据权利要求1所述的一种V型径向磁场式定子斜槽混合励磁发电机，其特征在于：所述的扣合片与齿部处在同一个内圆面上。