CN103208876B - 一种环绕式发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种环绕式发电机，包括机壳、端盖、定子及转子，机壳的轴向设有与外部动力机同轴安装或连接的转动轴，转动轴上装配同步转动的转子，所述定子是由圆筒形铁芯及间隔绕制在圆筒形铁芯上的四组以上绕组构成，定子在机壳内沿机壳内壁周向固定设置，每组绕组沿圆筒形铁芯的内、外壁轴向及其两端连续环绕设置；本发明通过取消传统定子铁芯的齿槽结构和改变绕组的绕制方向，彻底消除齿槽效应及减小反电动势磁场对转子运转时所造成的磁阻力，每个绕组产生的反电动势在环形定子铁芯内都形成新的脉冲磁场，转子在原磁场和脉冲磁场共同电磁感应下，发电效率得到显著提高。

Description

一种环绕式发电机

技术领域

本发明涉及发电机领域，特别是一种能耗低，发电效率高的环绕式发电机。

背景技术

发电机是一种将其他形式的能源转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。

发电机的工作原理是基于电磁感应定律和电磁力定律，其构造的原则是用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成，定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定构件组成，由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。发电机从原理上分为同步发电机、异步发电机、单相发电机、三相发电机。发电机与动力机曲轴同轴安装，利用动力机的旋转带动发电机的转子，利用电磁感应原理，发电机输出感应电动势，经闭合的负载回路产生电流。

表征同步发电机性能的主要是空载特性和负载运行特性。空载特性是指发电机不接负载时，电枢电流为零，称为空载运行。此时电机定子的三相绕组只有励磁电流感生出的空载电动势（三相对称），其大小随励磁电流的增大而增加。但是，由于电机磁路铁心有饱和现象，所以两者不成正比。反映空载电动势与励磁电流关系的曲线称为同步发电机的空载特性。当发电机接上对称负载后，电枢绕组中的三相电流会产生另一个旋转磁场，称电枢反应磁场。其转速正好与转子的转速相等，两者同步旋转。同步发电机的电枢反应磁场与转子励磁磁场均可近似地认为都按正弦规律分布，它们之间的空间相位差取决于空载电动势与电枢电流之间的时间相位差，电枢反应磁场还与负载情况有关，当发电机的负载为电感性时，电枢反应磁场起去磁作用，会导致发电机的电压降低；当负载呈电容性时，电枢反应磁场起助磁作用，会使发电机的输出电压升高。负载运行特性是指外特性和调整特性，外特性是当转速为额定值、励磁电流和负载功率因数为常数时，发电机端电压与负载电流之间的关系。调整特性是转速和端电压为额定值、负载功率因数为常数时，励磁电流与负载电流之间的关系。同步发电机的电压变化率约为20～40%。一般工业和家用负载都要求电压保持基本不变；为此，随着负载电流的增大，必须相应地调整励磁电流，虽然调整特性的变化趋势与外特性正好相反，对于感性和纯电阻性负载，它是上升的，而在容性负载下，一般是下降的。

发电机的主要能源消耗是转子转动和负载时所产生反电动势带来的磁阻力，现有发电机定子铁芯都是采用齿槽结构，齿用来引导磁力线，槽用来镶嵌绕组，并与齿中的磁力线交链，齿与槽的不同导磁性使转子在不同位置有着数量不等的磁力线，在磁极对准定子齿的位置，铁磁相吸，以至阻碍发电机转子的转动，称为“齿槽效应”；转子转动切割磁力线产生电磁功率时会形成反电动势，这个反电动势磁场方向与发电机转子所在磁场方向相反，负载越大磁阻力就越大，发电机的转子旋转阻力也就越大，需要提高发电机的输入动力，造成发电机能耗增加。

发明内容

针对现有发电机存在运转阻力大、能耗高、发电效率低的不足，本发明的目的在于提供一种磁阻小，发电效率高的环绕式发电机。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现的，一种环绕式发电机，包括机壳、端盖、定子及转子，所述定子是由圆筒形铁芯及间隔绕制在圆筒形铁芯上的四组以上绕组构成，定子在机壳内沿机壳内壁周向固定设置，机壳的轴向设有与外部动力机同轴安装或连接的转动轴，转动轴上装配同步转动的转子，其特征在于，每组绕组沿圆筒形铁芯的内、外壁轴向及其两端连续环绕设置。

进一步地，所述绕组通过非金属线圈骨架固定绕制在圆筒形铁芯上。

进一步地，所述线圈骨架包括两个分别设置于圆筒形铁芯两端面的 “工”字形限位片和用于固定“工”字形限位片的“U”形卡组成，“工”字形限位片是由两条平行设置的边框与连接该边框的一根横梁组成，“U”形卡沿“工”字形限位片的边框内壁插装固定。

进一步地，所述非金属线圈骨架为胶木板或环氧树脂板线圈骨架，所述定子是由若干环形硅钢片叠加组成。

有益效果：（1）通过改变传统发电机定子绕组的绕制方向，使发电机接负载工作时产生的反电动势所形成的磁场方向发生改变，反电动势磁场对转子运转造成的磁阻力明显减小，降低能源消耗；（2）每个绕组产生的反电动势在环形定子铁芯内都形成新的脉冲磁场，脉冲磁场的频率与转子所在磁场的频率相同，转子在原磁场和脉冲磁场共同电磁感应下，所产生的电动势得到显著提高；（3）取消传统定子铁芯的齿槽结构，通过非金属线圈骨架将绕组直接绕制并固定在定子铁芯的内、外表面及端面，彻底消除了齿槽效应对转子转动造成的阻碍，降低能耗，提高发电效率。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为图1的A—A剖视图；

图3为线圈骨架零件结构示意图：

图4为线圈骨架与定子铁芯装配示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明所提供的一种环绕式发电机，包括机壳1、端盖10、转子4和定子，沿机壳1内壁周向固定设置支撑板2，定子与支撑板2固定连接（多采用活动式插接配合，便于拆卸定子，为公知技术，不再赘述），机壳1的轴向设有与外部动力机同轴安装或连接的转动轴8，转动轴8通过轴承9与端盖10转动配合，转子11装配在转动轴8上，定子是由圆筒形铁芯3及沿圆筒形铁芯内、外壁轴向及其两端连续环绕设置的绕组6构成，圆筒形铁芯3由若干圆环硅钢片叠加而成，绕组6通过非金属线圈骨架固定绕制在圆筒形铁芯3上，非金属线圈骨架选择胶木板或环氧树脂板线圈骨架，参见图3、图4所示，线圈骨架包括两个分别设置于圆筒形铁芯两端面的 “工”字形限位片5和用于固定“工”字形限位片5的“U”形卡7组成，“工”字形限位片5是由两条平行设置的边框与连接该边框的一根横梁组成，“U”形卡7沿“工”字形限位片5的边框内壁插装固定。

工作原理：绕组沿圆筒形铁芯的内、外壁轴向及其两端面连续环绕设置，接负载工作时产生的反电动势所形成的磁场方向与转子所在磁场方向一致，反电动势磁场对转子运转造成磁阻力明显降低，减小能源消耗；绕组产生的反电动势在环形定子的铁芯内形成一个新的脉冲磁场，脉冲磁场的频率与转子所在磁场的频率相同，转子在原磁场和脉冲磁场共同电磁感应下，所产生的电动势得到明显提高；改变传统定子铁芯的齿槽结构，通过非金属线圈骨架将绕组直接绕制并固定在定子铁芯的内、外表面及端面，彻底消除了齿槽效应，减小发电阻力，提高发电效率。

上述实施例作为本发明的较佳实施方式，详细说明了本发明的技术构思和实施要点，并非是对本发明的保护范围进行限制，凡根据本发明精神实质所作的任何简单修改及等效结构变换或修饰，均应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种环绕式发电机，包括机壳、端盖、定子及转子，所述定子是由圆筒形铁芯及间隔绕制在圆筒形铁芯上的四组以上绕组构成，定子在机壳内沿机壳内壁周向固定设置，机壳的轴向设有与外部动力机同轴安装或连接的转动轴，转动轴上装配同步转动的转子，其特征在于，每组绕组沿圆筒形铁芯的内、外壁轴向及其两端连续环绕设置，所述绕组通过非金属线圈骨架固定绕制在圆筒形铁芯上，所述线圈骨架包括两个分别设置于圆筒形铁芯两端面的 “工”字形限位片和用于固定“工”字形限位片的“U”形卡，“工”字形限位片是由两条平行设置的边框与连接该边框的一根横梁组成，“U”形卡沿“工”字形限位片的边框内壁插装固定，所述定子是由若干环形硅钢片叠加组成。

2.根据权利要求1所述的一种环绕式发电机，其特征在于所述非金属线圈骨架为胶木板或环氧树脂板线圈骨架。

3.根据权利要求1所述的一种环绕式发电机，其特征在于，所述转子外壁间隔设置4个以上钕铁硼强磁铁。