CN108134463B - 一种自调磁调压式永磁同步发电机转子结构 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种自调磁调压式永磁同步发电机转子结构，用以解决永磁电机在负载变化时电压不稳定的问题；包括转子铁芯和转子自调磁结构，转子自调磁结构呈圆周方向固定在转子铁芯上；转子自调磁结构包括永磁体槽、永磁体、导磁性滚柱、弹性机构和压板，永磁体槽包括槽体，槽体内设有永磁体，槽体的两端设有压板槽，压板槽内设有嵌入在转子铁芯中的压板，压板的外侧设有气隙；永磁体两端均粘贴有弹性机构，弹性机构另一侧与压板相连接；槽体切向方向的两侧开设有若干个弧形槽，弧形槽内设有导磁性滚柱，导磁性滚柱与永磁体相接触。本发明当负载改变时通过电磁力对永磁体的作用改变气隙大小，从而改变定子绕组感应电动势实现了输出稳定的电压。

Description

一种自调磁调压式永磁同步发电机转子结构

技术领域

本发明涉及电机转子的技术领域，尤其涉及一种自调磁调压式永磁同步发电机转子结构，是一种具有自我调磁和调压功能的内置式永磁同步电机转子。

背景技术

发电机的负载通常都是不稳定的，而负载的变化也会影响到永磁发电机的输出电压，在负载较大时出现输出电压较低，而负载较小时输出电压又会回升，使发电机运行过程中出现不稳定的状况。改变转子的磁通量，使之随负载变化而相应变化，通过负载与感应电动势之间的联动变化达到一定的稳压效果为一个有效的办法，但永磁发电机内的永磁体通常为粘贴或镶嵌在转子表面或内部，永磁体所产生的电动势通常难以发生变化。而目前实现转子磁通变化的方法多为针对于永磁电机变速的弱磁调节转子结构，但这些结构（方法）都是通过利用转速不同时离心力的变化作用使永磁体实现调磁，无法根据负载的变化而使永磁体所产生的电动势做出相应的增大或减小的联动变化。

发明内容

针对永磁电机负载改变时的输出电压变化，使电机在不同的负载工况下运行不稳定的技术问题，本发明提出一种自调磁调压式永磁同步发电机转子结构，能够实现在转子旋转方向一定的情况下，当负载改变时通过电磁力对永磁体的作用改变气隙大小，从而改变转子电动势实现了输出稳定的电压。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种自调磁调压式永磁同步发电机转子结构，包括转子铁芯和转子自调磁结构，转子自调磁结构围绕转子铁芯的中心呈圆周方向固定在转子铁芯上；所述转子自调磁结构包括永磁体槽、永磁体、导磁性滚柱、弹性机构和压板，永磁体槽包括槽体，槽体内设有永磁体，槽体的两端设有压板槽，压板槽内设有嵌入在转子铁芯中的压板，压板的外侧设有气隙I；所述永磁体两端均粘贴有弹性机构，弹性机构另一侧与压板相连接；所述槽体切向方向的两侧开设有若干个弧形槽，弧形槽内设有导磁性滚柱，所述导磁性滚柱与导磁性滚柱之间的气隙II沿着电磁力方向逐渐减少。

所述导磁性滚柱的切面大部分位于弧形槽内、少部分进入槽体与永磁体相接触；当永磁体所受电磁力发生变化而产生位移时，永磁体与导磁性滚柱发生滑动摩擦，随着导磁性滚柱的大小、疏密的不同或是否倾斜，从而改变导磁性滚柱之间的气隙II或导磁性滚柱与永磁体之间的气隙III大小。

所述弹性机构的宽度不大于永磁体，弹性机构采用弹性橡胶或弹簧制成；压板由非铁磁性材料制成。

电磁力方向一侧弹性机构的体积大于另一侧的弹性机构。

其工作原理为：当电机负载发生变化时，由于弹性机构和压板固定永磁体的横向位置，永磁体的内外两侧均与导磁性滚柱相接触，永磁体的电磁力随之发生变化；当切向电磁力发生变化时，永磁体会朝向切向电磁力的方向挤压弹性机构，同时永磁体与导磁性滚柱发生一定的滑动后在槽体内产生切向方向的位移，使弹性机构发生与电磁力大小成比例的形变；在发生位移后，由于导磁性滚柱的排布在切向方向上规律性变化，永磁体与导磁性滚柱之间的接触面积和气隙发生相应改变，当负载变大时，永磁体在切向电磁力的作用下朝向导磁性滚柱更为密集或气隙II更小的方向移动，当负载变小时，永磁体朝向导磁性滚柱更为稀疏或气隙II更大的方向移动，以改变永磁体的位置和气隙II或气隙III的大小，实现改变永磁体漏磁和转子磁通量的目的，进而改变定子绕组的感应电动势，随电机负载变化定子绕组的感应电动势也随之发生联动改变，实现电压的稳定输出。

所述永磁体两侧的两排弧形槽均匀排列，弧形槽的大小在切向方向上逐渐减小，导磁性滚柱与弧形槽相匹配，导磁性滚柱插入弧形槽后伸入槽体内的深度保持一致；面积较大的弧形槽之间的间隙相对于面积较小弧形槽之间的间隙更大。

所述永磁体两侧的两排弧形槽大小相等，弧形槽的分布在电磁力方向上逐渐密集。

所述永磁体一侧的槽体沿着电磁力方向的弧形槽向中心靠拢，弧形槽所在直线与水平线的夹角不小于3度，导磁性滚柱镶嵌在弧形槽内且能够部分伸出弧形槽；所述永磁体另一侧的弧形槽大小相等、均匀排列。

所述永磁体一侧的槽体下方沿着电磁力方向设有半径逐渐增大的弧形槽，导磁性滚柱与弧形槽相匹配，导磁性滚柱的中心在同一水平线上；所述永磁体另一侧的弧形槽大小相等、均匀排列。

本发明的有益效果：利用负载改变时电磁力所产生的变化实现永磁体位置的变动，通过特殊设计的转子自调磁结构使永磁体在不同位置时的磁通量不同，由此改变定子绕组的感应电动势）达到维持电压稳定的效果，且转子磁路的主磁通大小与永磁体电磁力联动变化，具有自动调节的功能；通过改变导磁性滚柱的大小、排列方式以及倾斜与否，实现永磁体在不同位置时与导磁性滚柱的接触面积和永磁体与滚柱之间气隙大小的变化，以此达到控制永磁体的漏磁及所产生的感应电动势的作用，从而通过感应电动势与负载之间的联动变化，实现随负载变化而实现自动调压。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1所示永磁体槽的结构示意图。

图3为实施例一中永磁体槽的结构示意图。

图4为实施例二中永磁体槽的结构示意图。

图5为实施例三中永磁体槽的结构示意图。

图6为实施例四中永磁体槽的结构示意图。

图中，1为转子铁芯，2为永磁体槽，3为永磁体，4为导磁性滚柱，5为弹性机构，6为压板，7为气隙I，8为气隙II，9为气隙III。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种自调磁调压式永磁同步发电机转子结构，如图1和图2所示为整体结构示意图，包括转子铁芯1和转子自调磁结构，转子自调磁结构围绕转子铁芯1的中心呈圆周方向固定在转子铁芯1上；所述转子自调磁结构包括永磁体槽2、永磁体3、导磁性滚柱4、弹性机构5和压板6，永磁体槽2包括槽体21，槽体21内设有永磁体3，槽体21的两端设有压板槽23，压板槽23内设有嵌入在转子铁芯1中的压板6，压板6的外侧设有气隙I7。永磁体槽两端的气隙I7的形状为三角形，设置在永磁体槽2的两端。压板6和永磁体槽两端的气隙I7组成了隔磁机构，具有隔磁作用。由于隔磁需要，永磁体槽2的两端的形状不利于弹性机构5的安装和受力，故通过在转子铁心上开压板槽并放置压板来固定弹性机构并提供受力面。永磁体3两端均粘贴有弹性机构5，弹性机构5另一侧与压板6相连接。弹性机构5采用弹性橡胶或弹簧制成，弹性机构5随永磁体3对其的受力大小而发生形变。压板6由非铁磁性材料制成，电磁力通过弹性机构5传导到压板6上，压板6起到限制永磁体3移动空间的作用。所述槽体21切向方向的两侧开设有若干个弧形槽22，弧形槽22为弧状小槽，供导磁性滚柱插入。弧形槽22内设有导磁性滚柱4，导磁性滚柱4与导磁性滚柱4之间的气隙II8沿着电磁力方向逐渐减少。导磁性滚柱4可由多根组成，由于转子自调磁结构围绕转子铁芯1的中心呈圆周方向分布，导磁性滚柱4围绕转子铁芯1的中心贯穿整个转子。导磁性滚柱4具有良好的导磁性能。本发明在永磁体槽2的基础上增加了提供放置导磁性滚柱4的弧形槽22以及放置压板6的压板槽23；通过在弧形槽22中插入若干导磁性滚柱4，在永磁体所受电磁力发生改变时发生滑动辅助永磁体3产生位移，使永磁体3与导磁性滚柱4的接触面积及气隙II8大小的变化，从而控制永磁体的漏磁及所产生的感应电动势的作用。

弹性机构5的宽度不大于永磁体3，防止在永磁体滑动过程中由于弹性机构的挤压形变使永磁体与导磁性滚柱无法良好接触。电磁力方向一侧弹性机构5的体积大于另一侧的弹性机构5，有效缓冲永磁体3向电磁力方向移动时的压力。永磁体3两侧设有弧形槽22，导磁性滚柱4与弧形槽22相配合。导磁性滚柱4的切面大部分位于弧形槽22内、少部分进入槽体21与永磁体3相接触，当永磁体3所受电磁力发生变化而产生位移时，永磁体3与导磁性滚柱4发生滑动摩擦。随着导磁性滚柱4的大小、疏密的不同或是否倾斜，从而改变导磁性滚柱4之间的气隙II8或导磁性滚柱4与永磁体3之间的气隙III9大小。

其工作原理为：当电机负载发生变化时，由于弹性机构5和压板6固定永磁体3的横向位置，永磁体3的两侧均与导磁性滚柱4相接触；当切向电磁力发生变化时，永磁体3会朝向切向电磁力的方向挤压弹性机构5，同时永磁体3与导磁性滚柱4发生一定的滑动后在槽体21内产生切向方向的位移，使弹性机构5发生与电磁力大小成比例的形变。由于导磁性滚柱4的导磁性良好，且导磁性滚柱4伸入到弧形槽22内的部分也减少了永磁体槽2内的气隙空间，增大了可导磁空间，因此永磁体3与导磁性滚柱4的接触面积及永磁体3及导磁性滚柱4之间的气隙II8大小都决定了永磁体的漏磁大小。在发生位移后，由于导磁性滚柱4的排布在切向方向上规律性变化，永磁体3与导磁性滚柱4之间的接触面积和气隙II8发生相应改变。当负载变大时，永磁体3在增大的切向电磁力的作用下朝向电磁力方向同时也是导磁性滚柱4更为密集或气隙II8更小的方向移动，当负载变小时，永磁体3在电磁力与弹性机构5共同作用下朝向电磁力的反方向同时也是导磁性滚柱4更为稀疏或气隙II8更大的方向移动，以改变永磁体3的位置和永磁体槽2内气隙II8或气隙III9的大小，实现改变永磁体漏磁和转子磁通量的目的，进而改变定子绕组的感应电动势，随电机负载变化定子绕组的感应电动势也随之发生联动改变，实现电压的稳定输出。

实施例一

如图3所示，永磁体3两侧的两排弧形槽22大小相等，弧形槽22的分布在电磁力方向上逐渐密集，更为密集的导磁性滚柱4分布意味着导磁性滚柱4之间的气隙II8更小，与永磁体3的接触面积更大，导磁效果更为良好，使转子的电动势更大。当负载增大时，电磁力增大，永磁体3在电磁力作用下挤压弹性机构5，在永磁体3与导磁性滚柱4发生相对滑动后向电磁力方向同时也是导磁性滚柱更为密集的一侧移动，使导磁性滚柱4之间的气隙II8更小，且与导磁性滚柱4接触的面积更大，从而减小转子磁路中的磁阻，增加转子的主磁通，增强转子电动势，使电压更为稳定。当负载减小时，永磁体3向相反的方向运动。

实施例二

如图4所示，所述永磁体3两侧的两排弧形槽22均匀排列，弧形槽22的大小在切向方向上逐渐减小，导磁性滚柱4与弧形槽22相匹配，导磁性滚柱4插入弧形槽22后伸入槽体21内的深度保持一致。虽然弧形槽22之间的距离基本相等，但面积较大的弧形槽22之间的间隙相对于面积较小弧形槽22之间的间隙更大。当负载增大永磁体3所受电磁力增大时，永磁体3在电磁力作用下向电磁力方向同时也是导磁性滚柱4较小的一侧移动，使导磁性滚柱4之间的气隙II8更小，且永磁体与导磁性滚柱4接触的面积更大，从而减小转子磁路中的磁阻，增加转子的主磁通，增强转子电动势，使电压更为稳定。

实施例三

如图5所示，所述永磁体3一侧的槽体21沿着电磁力方向的弧形槽22向中心靠拢，永磁体和转轴之间的弧形槽22所在直线与水平线的夹角不小于3度，从而使永磁体3在电磁力方向墙上倾斜。导磁性滚柱4镶嵌在弧形槽22内且能够部分伸出弧形槽22，弧形槽22的大小相同。永磁体3另一侧的弧形槽22大小相等、均匀排列。当负载变大电磁力增强时，永磁体3挤压弹性机构5向电磁力方向位移，位移至弧形槽22处时，与弧形槽22上的导磁性滚柱4发生相对滑动后也随第一斜面8向上移动，使永磁体3与上部的导磁性滚柱4之间的气隙III9更小，即径向方向上的总气隙减小，从而减小转子磁路中的磁阻，增加转子的主磁通，增强转子电动势，使电压更为稳定。

实施例四

如图6所示，永磁体3一侧的槽体21下方沿着电磁力方向设有半径逐渐增大的弧形槽22，导磁性滚柱4与弧形槽22相匹配，导磁性滚柱4的中心在同一水平线上，从而使永磁体3在电磁力方向上向上或向下倾斜；所述永磁体3另一侧的弧形槽22大小相等、均匀排列。当负载变大电磁力也变大时，永磁体3在电磁力方向上挤压弹性机构5并在与导磁性滚柱4发生相对滑动后向电磁力方向位移，在位移的同时也随着导磁性滚柱4的半径的增加而逐渐抬高，使永磁体3与导磁性滚柱4更为紧凑，与上部的导磁性滚柱4之间的气隙III9更小，即径向方向上的总气隙减小，从而增加转子的磁通量，增强转子电动势，达到稳定电压的效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自调磁调压式永磁同步发电机转子结构，其特征在于，包括转子铁芯（1）和转子自调磁结构，转子自调磁结构围绕转子铁芯（1）的中心呈圆周方向固定在转子铁芯（1）上；所述转子自调磁结构包括永磁体槽（2）、永磁体（3）、导磁性滚柱（4）、弹性机构（5）和压板（6），永磁体槽（2）包括槽体（21），槽体（21）内设有永磁体（3），槽体（21）的两端设有压板槽（23），压板槽（23）内设有嵌入在转子铁芯（1）中的压板（6），压板（6）的外侧设有气隙I（7）；所述永磁体（3）两端均粘贴有弹性机构（5），弹性机构（5）另一侧与压板（6）相连接；所述槽体（21）切向方向的两侧开设有若干个弧形槽（22），弧形槽（22）内设有导磁性滚柱（4），所述导磁性滚柱（4）与导磁性滚柱（4）之间的气隙II（8）沿着电磁力方向逐渐减少。

2.根据权利要求1所述的自调磁调压式永磁同步发电机转子结构，其特征在于，所述导磁性滚柱（4）的切面大部分位于弧形槽（22）内、少部分进入槽体（21）与永磁体相接触；当永磁体（3）所受电磁力发生变化而产生位移时，永磁体（3）与导磁性滚柱（4）发生滑动摩擦，随着导磁性滚柱（4）的大小、疏密的不同或是否倾斜，从而改变导磁性滚柱（4）之间的气隙II（8）或导磁性滚柱（4）与永磁体（3）之间的气隙III（9）大小。

3.根据权利要求2所述的自调磁调压式永磁同步发电机转子结构，其特征在于，所述弹性机构（5）的宽度不大于永磁体（3），弹性机构（5）采用弹性橡胶或弹簧制成；压板（6）由非铁磁性材料制成。

4.根据权利要求3所述的自调磁调压式永磁同步发电机转子结构，其特征在于，电磁力方向一侧弹性机构（5）的体积大于另一侧的弹性机构（5）。

5.根据权利要求1或2所述的自调磁调压式永磁同步发电机转子结构，其特征在于，其工作原理为：当电机负载发生变化时，由于弹性机构（5）和压板（6）固定永磁体（3）的横向位置，永磁体（3）的内外两侧均与导磁性滚柱（4）相接触，永磁体（3）的电磁力随之发生变化；当切向电磁力发生变化时，永磁体（3）会朝向切向电磁力的方向挤压弹性机构（5），同时永磁体（3）与导磁性滚柱（4）发生一定的滑动后在槽体（21）内产生切向方向的位移，使弹性机构（5）发生与电磁力大小成比例的形变；在发生位移后，由于导磁性滚柱（4）的排布在切向方向上规律性变化，永磁体（3）与导磁性滚柱（4）之间的接触面积和气隙II（8）发生相应改变，当负载变大时，永磁体（3）在切向电磁力的作用下朝向导磁性滚柱（4）更为密集或气隙II（8））更小的方向移动，当负载变小时，永磁体（3）朝向导磁性滚柱（4）更为稀疏或气隙II（8）更大的方向移动，以改变永磁体（3）的位置和气隙II（8）或气隙III（9）的大小，实现改变永磁体漏磁和转子磁通量的目的，进而改变定子绕组的感应电动势，随电机负载变化定子绕组的感应电动势也随之发生联动改变，实现电压的稳定输出。

6.根据权利要求4所述的自调磁调压式永磁同步发电机转子结构，其特征在于，所述永磁体（3）两侧的两排弧形槽（22）均匀排列，弧形槽（22）的大小在切向方向上逐渐减小，导磁性滚柱（4）与弧形槽（22）相匹配，导磁性滚柱（4）插入弧形槽（22）后伸入槽体（21）内的深度保持一致；面积较大的弧形槽（22）之间的间隙相对于面积较小弧形槽（22）之间的间隙更大。

7.根据权利要求4所述的自调磁调压式永磁同步发电机转子结构，其特征在于，所述永磁体（3）两侧的两排弧形槽（22）大小相等，弧形槽（22）的分布在电磁力方向上逐渐密集。

8.根据权利要求4所述的自调磁调压式永磁同步发电机转子结构，其特征在于，所述永磁体（3）一侧的槽体（21）沿着电磁力方向的弧形槽（22）向中心靠拢，弧形槽（22）所在直线与水平线的夹角不小于3度，导磁性滚柱（4）镶嵌在弧形槽（22）内且能够部分伸出弧形槽（22）；所述永磁体（3）另一侧的弧形槽（22）大小相等、均匀排列。

9.根据权利要求4所述的自调磁调压式永磁同步发电机转子结构，其特征在于，所述永磁体（3）一侧的槽体（21）下方沿着电磁力方向设有半径逐渐增大的弧形槽（22），导磁性滚柱（4）与弧形槽（22）相匹配，导磁性滚柱（4）的中心在同一水平线上；所述永磁体（3）另一侧的弧形槽（22）大小相等、均匀排列。