CN109302030A - 一种单相单绕组永磁同步发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单相单绕组永磁同步发电机，机壳、定子和转子，定子包括定子铁芯和单相绕组，单相绕组由两个对称的线圈组反向串联构成；转子包括永磁体、转子铁芯和转轴，定子铁芯的槽数为极数的4的整数倍，单向绕组采用双层分布绕组，单相绕组的两个反向串联的线圈组做线径和匝数相等的对称设计，输出相位相反的电动势；永磁体嵌入转子铁芯或贴设于转子铁芯的表面；转子铁芯安装于转轴上。本发明制造简单、成本低、运行效率高的优点，直接应用于民用或特定场所需求的单相发电机，替换现有的单相双绕组发电机。
Description
技术领域
本发明涉及小型发电机领域，特别涉及到一种民用发电装置的单相单绕组永磁同步发电机。
背景技术
民用电器如照明、小型电动工具、生活电器等需要单相交流电供电，在电网还没到达的边远山区、海岛、边防哨所，通常用三相发电机发电后，经过整流逆变转化为单相交流电供用电器具使用。
单相电机目前主要是指内部为两个正交绕组的小功率双绕组异步电动机，两个正交绕组一相为主绕组，一相为辅助绕组，辅助绕组与电容串联后与主绕组并联接到单相电源上，电容起启动或高效率运行的作用。
然而，两个正交绕组的电机采用电容移相后绕组中的电流存在相位差(理想相位差为90°)，这无疑降低了发电机的输出功率，两个绕组之间存在环流，使电机的输出效率下降。单相双绕组电机绕组内部电流相位不同，存在环流效率下降。如果采用通常的正弦绕组，每槽绕组的匝数、线径不同，制造费工时，成本高，如果不采用正弦绕组，3次谐波比较严重，效率会进一步下降。两相绕组中有一相绕组要采用电容移相，效果不够理想。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种单相单绕组永磁同步发电机，以解决上述问题。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种单相单绕组永磁同步发电机，机壳以及设于机壳内的定子和转子，定子包括定子铁芯和单相绕组，单相绕组由两个对称的线圈组反向串联构成；转子包括永磁体、转子铁芯和转轴，定子铁芯设于转子铁芯的外侧，单向绕组安装于设于定子铁芯的槽内，定子铁芯的槽数为极数的4的整数倍，单向绕组采用双层分布绕组并且节距为2/3极距，单相绕组的两个反向串联的线圈组做线径和匝数相等的对称设计，输出相位相反的电动势；永磁体嵌入转子铁芯或贴设于转子铁芯的表面；转子铁芯安装于转轴上。
进一步的，所述单相单绕组包括两个反向串联的线圈组AA和线圈组BB，线圈组AA包括两个极性相反的出线端A和出线端-A；线圈组BB包括两个极性相反的出线端B和出线端-B；出线端A与出线端-B的极性相同，出线端-A与出线端B的极性相同。
进一步的，所述两个线圈组沿圆周方向对称排列，线圈组采用双层分布绕组；出线端A和出线端-A为极性相反的两个线圈边，线圈顺向串联形成AA线圈组；出线端B和出线端-B为极性相反的两个线圈边，线圈顺向串联形成BB线圈组。
进一步的，所述永磁体为圆弧形且贴设于转子铁芯的表面，转子旋转时在永磁体产生的磁场旋转，单相绕组产生交流感应电动势，可向外接的负载提供单相交流电能。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明由两个对称的线圈组反向串联构成的单相绕组，充分利用了气隙能量，采用单相单绕组双层对称的分布绕组，无需外接电容，具有结构简单、便于制造的优点；单相单绕组内部电流相位相同，不存在绕组内部的环流，具有效率高的优势；绕组的节距接近2/3极距，削弱了3次谐波，进一步提升了效率；转子采用永磁体励磁，功率密度高。
本发明具有制造简单、成本低、运行效率高、功率因数高的优点，可应用于边远山区、海岛、边防哨所等场所的单相发电，是一种急需的发电装置，具有潜在的应用价值。
附图说明
图1为本发明所述的单相单绕组永磁同步发电机的径向主截面图。
图2为本发明所述的单相绕组的线圈组连接电路图。
图3为本发明所述的绕组线圈组的排列图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参见图1～图3，本发明所述的一种单相单绕组永磁同步发电机，机壳10以及设于机壳10内的定子和转子，机壳10对整个装置起支撑和保护作用。定子包括定子铁芯21和定子绕组22，定子绕组22为单相绕组，单相绕组由两个对称的线圈组反向串联构成。转子包括永磁体31、转子铁芯32和转轴33。定子铁芯21设于转子铁芯32的外侧，单向绕组安装于设于定子铁芯21的槽内，定子铁芯21的槽数为极数的4的整数倍。单向绕组采用双层分布绕组，绕组的节距约为2/3倍的极距。单相绕组的两个反向串联的线圈组做线径和匝数相等的对称设计，输出相位相反的电动势。转子上的永磁体31的设计要求在气隙尽可能产生正弦磁场，永磁体31可以嵌入转子铁芯32或贴设于转子铁芯32的表面。转子铁芯32安装于转轴33上。
本发明以4及32槽的单相单绕组永磁同步发电机为例说明所采用的技术方案。如图2所示，L1、L2为单相单绕组的引出线端。单相单绕组包括两个反向串联的线圈组AA和线圈组BB，线圈组AA包括两个极性相反的出线端A和出线端-A。线圈组BB包括两个极性相反的出线端B和出线端-B。出线端A与出线端-B的极性相同，出线端-A与出线端B的极性相同。
如图3所示，两个线圈组沿圆周方向对称排列，线圈组采用双层分布绕组且绕组节距为2/3极距，图中绕组节距为5，可以削弱3次谐波。出线端A和出线端-A为极性相反的两个线圈边，线圈顺向串联形成AA线圈组。出线端B和出线端-B为极性相反的两个线圈边，线圈顺向串联形成BB线圈组。
如图1所示，永磁体31为圆弧形且贴设于转子铁芯32的表面，根据电机学原理转子旋转时在永磁体31产生的磁场旋转，单相绕组产生交流感应电动势，如外接负载可向外接的负载提供单相交流电能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种单相单绕组永磁同步发电机，机壳以及设于机壳内的定子和转子，其特征在于：定子包括定子铁芯和单相绕组，单相绕组由两个对称的线圈组反向串联构成；转子包括永磁体、转子铁芯和转轴，定子铁芯设于转子铁芯的外侧，单向绕组安装于设于定子铁芯的槽内，定子铁芯的槽数为极数的4的整数倍，单向绕组采用双层分布绕组，单相绕组的两个反向串联的线圈组做线径和匝数相等的对称设计，输出相位相反的电动势；永磁体嵌入转子铁芯或贴设于转子铁芯的表面；转子铁芯安装于转轴上。
2.根据权利要求1所述的单相单绕组永磁同步发电机，其特征在于：所述单相单绕组包括两个反向串联的线圈组AA和线圈组BB，线圈组AA包括两个极性相反的出线端A和出线端-A；线圈组BB包括两个极性相反的出线端B和出线端-B；出线端A与出线端-B的极性相同，出线端-A与出线端B的极性相同。
3.根据权利要求1所述的单相单绕组永磁同步发电机，其特征在于：所述两个线圈组沿圆周方向对称排列，线圈组采用双层分布绕组并且节距为2/3极距；出线端A和出线端-A为极性相反的两个线圈边，线圈顺向串联形成AA线圈组；出线端B和出线端-B为极性相反的两个线圈边，线圈顺向串联形成BB线圈组。
4.根据权利要求1所述的单相单绕组永磁同步发电机，其特征在于：所述永磁体为圆弧形且贴设于转子铁芯的表面，转子旋转时在永磁体产生的磁场旋转，单相绕组产生交流感应电动势，可向外接的负载提供单相交流电能。
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