CN106549544B - 一种四相强隔离无刷直流发电机 - Google Patents

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Abstract

一种四相强隔离无刷直流发电机，包括外壳、励磁绕组、转子铁心、定子铁心、A相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组、D相电枢绕组和轴；定子铁心固定在外壳上，由8个互相分割的子铁心组成，每个子铁心上有两个定子极；均布有14个凸极式极的转子铁心固定在轴上；每个子铁心上先与转子极啮合一个定子极上绕有励磁绕组，另一个定子极上绕有电枢绕组，励磁绕组和电枢绕组皆为集中式绕组；所有的励磁绕组绕向相同，电枢绕组绕向与励磁绕组相反，电枢绕组可分为四相，每相电枢绕组由同相位的电枢线圈组成。本发明的四相强隔离无刷直流发电机的定子子铁心相互独立，各绕组相互隔离，能够有效的防止故障传播，而且独立的定子子铁心使发电机具有较短的磁链长度，铁耗明显减小。

Description

一种四相强隔离无刷直流发电机
技术领域
本发明涉及一种四相强隔离无刷直流发电机，属于特种电机技术领域。
背景技术
目前直流电源系统应用广泛，在航空设备、汽车上常常使用直流电源系统为其用电设备提供电能，在这些直流电源系统中常采用有刷直流电机、无刷直流永磁电机和爪极电机。无刷直流永磁发电机的能量密度大，效率高，可以输出高质量的直流电压，但其内部有永磁体是其固有弱点。由于采用永磁材料，使得电机在运行时磁场难以调节，对外输出电压调节困难，不易实现弱磁控制。高速运行时，永磁体受电枢作用，甚至会发生不可逆退磁现象。
电励磁无刷直流发电机能够兼具无刷直流发电机可靠性好和电励磁发电机便于调节输出电压以及易实现弱磁控制的优点，因此电励磁无刷直流发电机就成为当前研究的重点。但在传统的电励磁无刷直流发电机中，往往由于电机中的一相绕组短路或断路就会影响到整个发电机的发电异常，甚至不能发电。本发明提出的一种新型定子结构能够有效的将发电机故障隔离在一相之内，使发电机在故障的情况下不至于损坏，保护了发电机及其它用电设备。
在目前公开的技术中，大多数无刷直流发电机都是无刷直流永磁发电机，因而其研究的重点在于如何方便的调节输出电压和弱磁控制。在相近的专利中，公开号为CN101030720的发明专利：一种永磁无刷直流发电机，包括永磁同步发电机和整流滤波器两部分，发电机由定子与转子组成，转子分为两段，一段为位置相对固定的发电机主转子，另一段为调节转子，它相对主转子可以径向调整位置；整流滤波器为零式整流结构，整流二极管共阳极连接，阳极公共点为输出直流电压的低电位点。该发明的发电机制成后输出电压易于调整，不需额外的电压调节装置，在应急电源、低压大电流等场合具有突出的应用优势。该发明的一种永磁无刷直流发电机与本发明的一种四相强隔离无刷直流发电机虽然都是无刷直流发电机，但在其结构、原理以及实现的效果都有本质的区别。
在电枢绕组为四相的发电机中，已有的相关专利主要有公开号为：CN103701286A的发明专利：一种高可靠性的四相交流起动发电机，该电机包括端盖、定子、轴承、磁轭、励磁绕组、位置传感器和由轴与爪极组成的转子。转子轴上固定有转子爪极，爪极内侧的励磁绕组通过磁轭固定在电机一端端盖上；定子极上安装有集中绕组，相近相位的n个定子线圈串联组成一相，四相定子绕组首尾依次环形连接，再分别接在四相桥臂的中点。该发明采用四相集中定子绕组，可靠性高；采用无刷电励磁结构，具有良好的电压调节性能，适合用于汽车怠速停机系统使用。上述一种高可靠性的四相交流起动发电机虽然在一定程度上能够实现发电机的容错功能，但其方法上与本发明有明显不同。
本发明提出了一种四相强隔离无刷直流发电机，其定子铁心由8个互相分割的子铁心组成，每个子铁心上有两个定子极，每个子铁心上先与转子极啮合一个定子极上绕有励磁绕组，另一个定子极上绕有电枢绕组。所有的励磁绕组绕向相同，电枢绕组绕向与励磁绕组相反，电枢绕组可分为四相，每相电枢线圈由同相位的电枢线圈组成。本发明的四相强隔离无刷直流发电机具有独立的定子子铁心，各绕组相互隔离，能够有效的防止故障传播，而且本发明采用电励磁绕组励磁，便于调节输出电压。
目前申请人经国内外检索，尚未检索到本发明所涉及一种四相强隔离无刷直流发电机的定子是由互相分割的子铁心组成的结构。同时应当指出的是，本发明所提出的极数组合并选是一个选取问题。以发明人获得的公开号为：CN103701286A的发明专利为例，四相电励磁双凸极电机定转子极数之比应为4：3，这与本发明的技术完全不同。
发明内容
本发明针对目前无刷直流发电机存在的输出电压不易调节、隔离性差等缺陷，提出了一种新型定子结构的四相强隔离无刷直流发电机。
本发明采用如下技术方案：
一种四相强隔离无刷直流发电机，其特征在于：包括外壳(1)、励磁绕组(2)、转子铁心(3)、定子铁心(4)、A相电枢绕组(5)、B相电枢绕组(6)、C相电枢绕组(7)、D相电枢绕组(8)和轴；
所述外壳(1)由不导磁材料制成，内部固定有定子铁心(4)；
转子铁心(3)位于定子铁心(4)内侧，可绕轴旋转；
转子铁心(3)具有14个均布的凸极式的极；
定子铁心(4)分为8个互相分割的子铁心，8个子铁心均匀的排成一圈；
每个子铁心都有两个定子极，两个定子极由定子轭部连接；
同一子铁心上的两个定子极的极距等于转子极的极距；
定子极和转子极等宽；
定子铁心上先与转子极啮合一个定子极上绕有励磁绕组(2)，另一个定子极上绕有电枢绕组，依据相位的不同，电枢绕组分为A相电枢绕组(5)、B相电枢绕组(6)、C相电枢绕组(7)和D相电枢绕组(8)；
励磁绕组(2)和电枢绕组皆为集中式绕组；
所有的励磁绕组绕向相同，电枢绕组绕向与同一个子铁心上的励磁绕组相反。
如上所述的一种四相强隔离无刷直流发电机，其特征在于：每相电枢绕组都外接一个单相全桥整流器，各个单相全桥整流器并联对外输出。
本发明的有益效果如下：
⑴ 本发明采用的转子上无励磁绕组，具有结构简单、可靠性高的特点，适合发电机高速旋转；
⑵ 在本发明中提供的四相强隔离无刷直流发电机的定子铁心是由8个子铁心组成，可以有效地缩小总的磁链长度，减小铁耗，达到强隔离的效果；
⑶ 本发明的无刷直流发电机采用励磁绕组绕与定子铁心的结构，便于调压和弱磁扩速；
⑷ 各绕组之间实现了电隔离、热隔离、磁隔离等物理隔离，故障绕组不会影响非故障绕组的运行。
附图说明
图1是本发明一种四相强隔离无刷直流发电机的横向剖视结构示意图。其中：1、外壳，2、励磁绕组，3、转子铁心，4、定子铁心，5、A相电枢绕组，6、B相电枢绕组，7、C相电枢绕组，8、D相电枢绕组。
图2是本发明一种四相强隔离无刷直流发电机前8个极的嵌线图。其中：1~8分别代表前8个极，F、A、B、C和D分别代表励磁绕组、A相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组和D相电枢绕组。
图3为本发明四相强隔离无刷直流发电机的整流桥电路图。
图4为本发明四相强隔离无刷直流发电机四相感应电动势图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。
图1是本发明一种四相强隔离无刷直流发电机的横向剖视结构示意图。所示的一种四相强隔离无刷直流发电机由外壳(1)、励磁绕组(2)、转子铁心(3)、定子铁心(4)、A相电枢绕组 (5)、B相电枢绕组(6)、C相电枢绕组(7)、D相电枢绕组(8)、隔磁套(9)和轴组成；外壳(1)是由不导磁材料制成，内部固定有定子铁心(4)；转子铁心(3)位于定子铁心(4)内侧，可绕轴旋转。
定子铁心(4)分为8个互相分割的子铁心，8个子铁心均匀的排成一圈；每个子铁心都有两个定子极，两个定子极由定子轭部连接；同一子铁心上的两个定子极的极距等于转子极的极距；转子铁心(3)具有均布的14个凸极式的极；定子极和转子极等宽。
每个子铁心上先与转子极啮合一个定子极上绕有励磁绕组(2)，另一个定子极上绕有电枢绕组，依据相位的不同，电枢绕组分为A相电枢绕组(5)、B相电枢绕组(6)、C相电枢绕组(7)和D相电枢绕组(8)；励磁绕组(2)和电枢绕组皆为集中式绕组；所有的励磁绕组绕向相同，电枢绕组绕向与励磁绕组相反。
图2是本发明一种四相强隔离无刷直流发电机前8个极的嵌线图。如图所示，在前8个定子极中，定子极1、定子极3、定子极5和定子极7上绕有励磁绕组，所有的励磁绕组绕向相同；在定子极2、定子极4、定子极6和定子极8上绕有电枢绕组，依据相位的不同，电枢绕组分为A相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组和D相电枢绕组，电枢绕组绕向与同一个子铁心上的励磁绕组相反；励磁绕组和电枢绕组皆为集中式绕组。
图3为本发明一种四相强隔离无刷直流发电机的整流桥电路图。一种四相强隔离无刷直流发电机的电枢绕组分为A相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组和D相电枢绕组，每相电枢绕组都外接一个单相全桥整流器，各个单相全桥整流器并联对外输出。该电路可以实现各相绕组的电隔离。
图4为本发明四相强隔离无刷直流发电机四相感应电动势图。可以看出四相绕组之间的电角度为90°。
下面对本发明提出的一种四相强隔离无刷直流发电机进行工作原理的说明。
本发明所述的一种四相强隔离无刷直流发电机通过轴的旋转带动转子转动，此时给定子铁心子铁心上的励磁绕组通电，使其产生径向磁场。定子铁心子铁心上的励磁绕组产生的磁场依次通过子铁心上的绕有励磁绕组的定子极、气隙、转子极、转子铁心、相邻的另一转子极、气隙、定子子铁心的另一定子极、定子轭部，最后回到绕有励磁绕组的定子极，形成闭合磁路。当转子转动时，凸起转子极的转动使磁链产生变化，在定子铁心子铁心上的一相电枢绕组中感应出电势。该相电势经过一个单相全桥整流器连接负载，对外输出直流电。本发明无刷直流发电机每相电枢绕组都外接一个单相全桥整流器，各个单相全桥整流器并联对外输出。通过调节励磁电流的大小，改变磁场大小，达到方便调压和弱磁扩速的效果。

Claims (2)

1.一种四相强隔离无刷直流发电机，其特征在于：
包括外壳(1)、励磁绕组(2)、转子铁心(3)、定子铁心(4)、A相电枢绕组(5)、B相电枢绕组(6)、C相电枢绕组(7)、D相电枢绕组(8)和轴；
所述外壳(1)由不导磁材料制成，内部固定有定子铁心(4)；转子铁心(3)位于定子铁心(4)内侧，可绕轴旋转；
转子铁心(3)具有14个均布的凸极式的极；
定子铁心(4)分为8个互相分割的子铁心，8个子铁心均匀的排成一圈；每个子铁心都有两个定子极，两个定子极由定子轭部连接；同一子铁心上的两个定子极的极距等于转子极的极距；定子极和转子极等宽；
子铁心先接近一个转子极的一个定子极上绕有励磁绕组(2)，另一个定子极上绕有电枢绕组，依据相位的不同，电枢绕组分为A相电枢绕组(5)、B相电枢绕组(6)、C相电枢绕组(7)和D相电枢绕组(8)；励磁绕组(2)和电枢绕组皆为集中式绕组；
所有的励磁绕组绕向相同，电枢绕组绕向与同一个子铁心上的励磁绕组相反。
2.如权利要求1所述的一种四相强隔离无刷直流发电机，其特征在于：每相电枢绕组都外接一个单相全桥整流器，各个单相全桥整流器并联对外输出。
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