CN107872134A - 一种表贴式混合励磁无刷同步发电机及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种表贴式混合励磁同步发电机及其运行方法，其中发电机机壳内定子和转子同轴安装，所述定子的定子槽分为上下两层，上层槽中嵌放三相分布式电枢绕组，下层槽中放置单相直流励磁绕组，所述转子的转子铁芯外表面设有凹槽，凹槽表面贴有永磁体，所述转子的转子槽中放置有转子感应绕组，所述永磁体处气隙长度大于感应绕组处气隙长度。本发明发电机运行时，既可以永磁体单独工作，也可以永磁体和感应绕组同时工作提供励磁，该结构设计解决了永磁同步发电机磁场难以调节和感应励磁电机发电容量有限的问题，同时本发明的表贴式磁极设计和气隙长度的不等设计，既可以充分利用永磁体获得较大的功率输出，又可以提升电机的磁场调节能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种发电机，具体的说，涉及到一种基于感应励磁的表贴式混合励磁发电机及其运行方法。
背景技术
感应励磁同步发电机是一种没有电刷滑环和励磁机的同步发电机，其利用感应原理产生磁动势作为励磁源，其结构简单，维护方便，特别是在恶劣环境中具有广泛的应用前景。但是由于磁动势感应系数较低，所需定子直流绕组安匝数较大，限制了其在大功率发电领域的应用。永磁同步电机因其具有其它电机无法比拟的高效率而越来越受到人们的关注，但是它存在电机磁场难以调节的问题。针对如何将感应励磁结构应用于大容量发电机这一难点，将永磁同步电机与感应励磁电机二者励磁功能相结合，通过合理的设计电机的结构，可以将这两种电机的优点合二为一，使电机既具有高效率大容量，又能对气隙磁场进行灵活的调节，这是解决感应励磁电机容量小的主要方法。
发明内容
针对感应励磁电机发电容量小的现状，本发明提出一种基于感应励磁原理的表贴式混合励磁无刷同步发电机及其运行方法，采用这种结构方式，发电机不但具有高功率密度和灵活的磁场调节能力，同时因为没有电刷滑环结构而使得电机具有结构简单，运行可靠性高的特点。本发明的发电机通过表贴式结构和不等气隙长度的设计，能最大限度地提升永磁体的利用率以及磁场调节的灵活度。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种表贴式混合励磁无刷同步发电机，机壳内定子和转子同轴安装，其中所述定子的定子槽分为上下两层，上层槽中嵌放三相分布式电枢绕组，下层槽中放置单相直流励磁绕组，所述转子的转子铁芯外表面设有凹槽，凹槽表面贴有永磁体，所述转子的转子槽中放置有转子感应绕组，所述永磁体处气隙长度大于感应绕组处气隙长度。
进一步的，所述定子的定子槽整体采用斜槽设计。
进一步的，所述永磁体为径向充磁方式。
进一步的，所述凹槽两边开有深槽以减少漏磁。
进一步的，所述转子感应绕组为集中绕组，转子感应绕组串联二极管后自行短接。
进一步的，所述转子感应绕组形成的磁场在气隙中产生的磁势方向与永磁体的励磁方向相同。
进一步的，所述转子感应绕组相邻绕组的两条线圈边放置于同一转子槽内。
进一步的，所述定子铁芯和转子铁芯由同型号硅钢片冲制而成。
一种表贴式混合励磁无刷同步发电机的运行方法，包括当转子中只有永磁体励磁时，气隙磁场完全由永磁体产生，此时电机为普通三相永磁同步发电机；当定子励磁绕组通入直流电时，转子感应绕组通过电磁感应作用产生感应电流，感应电流产生的励磁磁场随转子的旋转作用于定子三相电枢绕组，此时电机为混合励磁同步发电机。
进一步的，感应绕组磁动势与永磁体磁动势在电机气隙内并联，且感应励磁效果的强弱通过控制定子励磁绕组的电流大小进行调节。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所提出的一种新型表贴式混合励磁无刷发电机，集中了永磁同步发电机和感应励磁发电机的优点。通过永磁体的表贴式结构和电机气隙不等长度的设计，既可以充分利用永磁体获得更大的功率输出，又可以提升电机的磁场调节能力。定子励磁绕组通入直流电时，转子感应绕组可以通过电磁感应原理获得感应电流进行励磁。当负载引起电枢电流变化或者电机转速发生变化时，可以通过调节直流励磁电流对电机磁场进行调节，保持电机输出电压的稳定。同时不需要在转子侧安装电刷滑环系统，保证了电机的可靠性和维护的便捷性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是新型表贴式混合励磁无刷同步发电机的二维结构示意图；
图2(a)是电机定子三相分布式电枢绕组关系示意图；
图2(b)是电机定子单相直流励磁绕组关系示意图；
图2(c)是电机转子感应绕组关系示意图；
图3是本发明定子局部放大示意图。
其中：1-定子铁芯；2-定子上层槽；3-定子下层槽；4-永磁体；5-转子槽；6-转子铁芯；7-转轴；Wa-定子三相电枢绕组；We-定子直流励磁绕组；Wf1-转子感应绕组；Wf2-转子感应绕组；Wf3-转子感应绕组；Wf4-转子感应绕组；Vf1-二极管；Vf2-二极管；Vf3-二极管；Vf4-二极管。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本发明做进一步的说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在感应励磁电机发电容量小，永磁同步电机磁场难以调节的的问题，为了解决如上的技术问题，本申请提供了一种表贴式混合励磁无刷同步发电机，该电机集中了永磁同步发电机和感应励磁发电机的优点，通过永磁体的表贴式结构和电机气隙不等长度的设计，既可以充分利用永磁体获得更大的功率输出，又可以提升电机的磁场调节能力。
如图1和图3所示，一种表贴式混合励磁无刷同步发电机，机壳内定子和转子同轴安装，其中所述定子的定子槽分为上下两层，上层槽2中嵌放三相分布式电枢绕组Wa，下层槽3中放置单相直流励磁绕组We，所述转子的转子铁芯6外表面设有凹槽，凹槽表面贴有四块永磁体4，转子铁芯6上冲压有开口大槽5，在槽5中放置有转子感应绕组Wf1～Wf4，所述永磁体4处气隙长度与感应绕组Wf1～Wf4处气隙长度沿转子圆周表面不相等。
在具体实施中：
所述定子的定子槽整体采用斜槽设计，所述三相分布式电枢绕组Wa和单相直流励磁绕组We如图2(a)和图2(b)所示。
所述永磁体4为径向充磁方式。
所述凹槽两边开有深槽以减少漏磁。
所述转子感应绕组Wf1～Wf4为集中绕组，转子感应绕组Wf1～Wf4串联二极管Vf1～Vf4后自行短接，如图2(c)所示。
所述转子感应绕组Wf1～Wf4的连接顺序要保证形成的磁场在气隙中产生的磁势方向与永磁体4的励磁方向相同。
所述转子感应绕组Wf1～Wf4相邻绕组的两条线圈边放置于同一转子槽5内。
所述定子铁芯1和转子铁芯6由同型号硅钢片冲制而成。
本发明中开设凹槽，在凹槽中表贴永磁体的目的是为了使永磁体处气隙长度小于感应绕组处气隙长度，这种设计既能降低电机的齿槽转矩，又可以提升电机调磁时的灵敏性。
一种表贴式混合励磁无刷同步发电机的运行方法，包括当转子中只有永磁体4励磁时，气隙磁场完全由永磁体4产生，此时电机为普通三相永磁同步发电机；当定子励磁绕组We通入直流电时，转子感应绕组Wf1～Wf4通过电磁感应作用产生感应电流，感应电流产生的励磁磁场随转子的旋转作用于定子三相电枢绕组Wa，此时电机为混合励磁同步发电机。
感应绕组Wf1～Wf4磁动势与永磁体4磁动势在电机气隙内并联，且感应励磁效果的强弱通过控制定子励磁绕组We的电流大小进行调节。
具体实施中，在遇到变频、变速、变负载的工况时，为了维持输出电压的稳定，在定子直流绕组We中通入直流电流，气隙中就建立起两极的静止磁场。这一磁场在电机气隙中接近正弦分布，当转子旋转时，由于转子感应绕组切割磁场，在Wf1～Wf4中产生交变电势ef1～ef4。由于对称关系，ef1～ef4在相位上互差90°电角度。ef1～ef4经二极管Vf1～Vf4进行半波整流，在Wf1～Wf4中的电流if1～if4为脉动的直流电流。该电流在气隙中建立的磁场与永磁体产生的磁场叠加后在气隙中旋转，在定子三相分布式绕组中感应出电动势。接上负载后，发电机将输出电功率。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种表贴式混合励磁无刷同步发电机，机壳内定子和转子同轴安装，其特征在于：所述定子的定子槽分为上下两层，上层槽中嵌放三相分布式电枢绕组，下层槽中放置单相直流励磁绕组，所述转子的转子铁芯外表面设有凹槽，凹槽表面贴有永磁体，所述转子的转子槽中放置有转子感应绕组，所述永磁体处气隙长度大于感应绕组处气隙长度。
2.如权利要求1所述的一种表贴式混合励磁无刷同步发电机，其特征在于，所述定子的定子槽整体采用斜槽设计。
3.如权利要求1所述的一种表贴式混合励磁无刷同步发电机，其特征在于，所述永磁体采用径向充磁方式。
4.如权利要求1所述的一种表贴式混合励磁无刷同步发电机，其特征在于，所述凹槽两边开有深槽以减少漏磁。
5.如权利要求1所述的一种表贴式混合励磁无刷同步发电机，其特征在于，所述转子感应绕组为集中绕组，转子感应绕组串联二极管后自行短接。
6.如权利要求1所述的一种表贴式混合励磁无刷同步发电机，其特征在于，所述转子感应绕组形成的磁场在气隙中产生的磁势方向与永磁体的励磁方向相同。
7.如权利要求1所述的一种表贴式混合励磁无刷同步发电机，其特征在于，所述转子感应绕组相邻绕组的两条线圈边放置于同一转子槽内。
8.如权利要求1所述的一种表贴式混合励磁无刷同步发电机，其特征在于，所述定子的定子铁芯和所述转子的转子铁芯由同型号硅钢片冲制而成。
9.一种表贴式混合励磁无刷同步发电机的运行方法，其特征在于：当转子中只有永磁体励磁时，气隙磁场完全由永磁体产生，此时电机为普通三相永磁同步发电机；当定子励磁绕组通入直流电时，转子感应绕组通过电磁感应作用产生感应电流，感应电流产生的励磁磁场随转子的旋转作用于定子三相电枢绕组，此时电机为混合励磁同步发电机。
10.如权利要求9所述的一种表贴式混合励磁无刷同步发电机的运行方法，其特征在于，感应绕组磁动势与永磁体磁动势在电机气隙内并联，且感应励磁效果的强弱通过控制定子励磁绕组的电流大小进行调节。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20200221 |