CN114785078B - 电压恒定的复合电励磁永磁同步工频水冷发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电压恒定的复合电励磁永磁同步工频水冷发电机，包括：转轴，转轴上连接有永磁转子和电励磁转子；盘式励磁机副定子的励磁电流由电压调节器产生，盘式励磁机副转子旋转时，在绕线的盘式励磁机转子线圈中产生交流电，所产生的交流电经过旋转整流模块整流输出直流，再给电励磁转子组件的主励磁绕组励磁，产生电励磁磁场；盘式励磁机副转子提供给电励磁转子组件的励磁电流大小，通过电压调节器以发电机的端电压作为反馈信号来确定，当端电压下降时，加大励磁电流，当端电压升高时，减小励磁电流；本发明在同一转轴上增加一电励磁转子组件，产生电励磁磁场，以弥补永磁磁场随负载增加而使电压降低的去磁磁场，以保持发电机电压恒定。

Description

电压恒定的复合电励磁永磁同步工频水冷发电机

技术领域

本发明涉及军用发电机，高端民用发电机，可替代传统无刷发电机，对用电品要求较高应用场合和领域如数据库备用电源、机站备用电源等技术领域，尤其涉及一种电压恒定的复合电励磁永磁同步工频水冷发电机。

背景技术

传统无刷发电机体积较大，发电机整体尺寸较长，噪音较大，效率较低，过载能力较差，环境适应性较弱，不适合户外使用，可靠性差。

发明内容

（一）要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种电压恒定的复合电励磁永磁同步工频水冷发电机。

（二）技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

电压恒定的复合电励磁永磁同步工频水冷发电机，其包括：转轴，所述转轴的前端和后端分别通过前轴承和后轴承连接有前端盖和后端盖，所述前端盖和后端盖之间连接有水冷散热壳体；所述转轴上固定连接有永磁转子组件和电励磁转子组件；所述水冷散热壳体的内壁固定连接有发电机定子组件，环形的发电机定子组件将永磁转子组件和电励磁转子组件均罩设于内；所述发电机定子组件的引出线与设于水冷散热壳体上的出线盒接线板上的接线柱电连接；所述电励磁转子组件的引出线与设于转轴上的旋转整流模块电连接；所述转轴上固定连接有盘式励磁机副转子，所述盘式励磁机副转子的交流电流引出线与旋转整流模块电连接；所述后端盖或水冷散热壳体上固定连接有电压调节器；所述电压调节器与航空插座电连接；航空插座接有给电压调节器供电的24V直流电源和发电机定子组件端部埋置的温度传感器；所述后端盖上固定连接有盘式励磁机副定子，所述盘式励磁机副定子与电压调节器通过励磁电流引出线电连接；

盘式励磁机副定子的励磁电流由电压调节器产生，盘式励磁机副转子旋转时，在绕线的盘式励磁机转子线圈中产生交流电，所产生的交流电经过固定在转轴上的旋转整流模块整流输出直流，再给电励磁转子组件的主励磁绕组励磁，产生电励磁磁场；盘式励磁机副转子提供给电励磁转子组件的励磁电流大小，通过电压调节器以发电机的端电压作为反馈信号来确定，当端电压下降时，加大励磁电流，当端电压升高时，减小励磁电流；具体为，在励磁电流为0时，完全由永磁磁场产生空载电压。

进一步地，所述盘式励磁机副转子上均布有18个绕组槽；所述盘式励磁机副定子上均布有16个绕组槽。

进一步地，所述发电机定子组件为2/3节距的双层叠绕组。

进一步地，所述永磁转子组件包括永磁转子铁芯，所述永磁转子铁芯上按环形阵列设有若干永磁转子磁钢槽，所述永磁转子磁钢槽为四组，每组永磁转子磁钢槽分为左永磁转子磁钢槽和右永磁转子磁钢槽；每个永磁转子磁钢槽内连接有永磁转子磁钢，四组永磁转子磁钢呈两两对极设置，具体为：两组N极永磁转子磁钢呈对极设置，两组S极永磁转子磁钢呈对极设置；每个永磁转子磁钢槽的两端向外延伸形成空气槽。

进一步地，所述永磁转子铁芯上设有若干阻尼槽，所述阻尼槽上连接有阻尼杆。

进一步地，所述电励磁转子组件包括电励磁转子铁芯，所述电励磁转子铁芯上按环形阵型设有若干电励磁转子绕线槽，所述电励磁转子绕线槽为四组，每组电励磁转子绕线槽分为上电励磁转子绕线槽和下电励磁转子绕线槽；每个电励磁转子绕线槽内缠绕有励磁转子绕线组；四组励磁转子绕线组呈两两对极设置，具体为：两组正极励磁转子绕线组呈对极设置，两组负极励磁转子绕线组呈对极设置；电励磁转子铁芯上设有若干阻尼杆，在电励磁转子铁芯二端设有阻尼板，阻尼板与阻尼杆采用激光焊接，形成阻尼绕组回路。

进一步地，每组电励磁转子绕线槽内设有极间撑块，极间撑块用于励磁转子绕线组的分区固定。

进一步地，所述电励磁转子铁芯上设有支撑杆。

进一步地，所述电励磁转子组件位于永磁转子组件的右侧。

（三）有益效果

本发明的有益效果是：1、在同一转轴上增加一电励磁转子组件，产生电励磁磁场，以弥补永磁磁场随负载增加而使电压降低的去磁磁场，以保持发电机电压恒定；

2、由永磁磁场和电励磁磁场共同作用产生正弦波气隙磁场，永磁磁场和电励磁磁场均设计成2对极，在1500RPM下 产生50Hz正弦波交流电压。

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发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明一个实施例的结构剖视图；

图2为本发明一个实施例的电励磁转子组件结构示意图；

图3为本发明一个实施例的电励磁转子组件结构剖视图；

图4为本发明一个实施例的电励磁转子组件接线图；

图5为本发明一个实施例的永磁转子组件结构示意图；

图6为本发明一个实施例的航空插座的接线板结构示意图；

图7为本发明一个实施例的阻尼板结构示意图；

图8为本发明一个实施例的盘式励磁机副转子结构示意图；

图9为本发明一个实施例的盘式励磁机副转子绕组接线图；

图10为本发明一个实施例的盘式励磁机副转子铁芯结构示意图；

图11为图10中A-A剖视图；

图12为本发明一个实施例的盘式励磁机副定子结构示意图；

图13为本发明一个实施例的盘式励磁机副定子绕组接线图；

图14为本发明一个实施例的盘式励磁机副定子铁芯结构示意图；

图15为图14中B-B剖视图；

图16为本发明一个实施例1的电压趋势图一；

图17为本发明一个实施例1的电压趋势图二；

图18为本发明一个实施例1的电压趋势图三；

图19为本发明一个实施例1的电压趋势图四。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

本发明一个实施例的一种电压恒定的复合电励磁永磁同步工频水冷发电机，如图1所示，其包括：转轴54，所述转轴54的前端和后端分别通过前轴承和后轴承连接有前端盖7和后端盖15，所述前端盖7和后端盖15之间连接有水冷散热壳体55；所述转轴54上固定连接有永磁转子组件56和电励磁转子组件57，电励磁转子组件57位于永磁转子组件56的右侧；所述水冷散热壳体55的内壁固定连接有发电机定子组件11，环形的发电机定子组件11将永磁转子组件56和电励磁转子组件57均罩设于内；所述发电机定子组件11的引出线与设于水冷散热壳体55上的出线盒接线板上的接线柱电连接；所述电励磁转子组件57的引出线与设于转轴54上的旋转整流模块58电连接，旋转整流模块58为市场采购件，其具体结构不再赘述；所述转轴54上固定连接有盘式励磁机副转子59，所述盘式励磁机副转子59的交流电流引出线60与旋转整流模块58电连接；所述后端盖15或水冷散热壳体55上固定连接有电压调节器61，所述电压调节器61为市场采购件，其具体结构不再赘述；所述电压调节器61与航空插座30电连接；航空插座30接有给电压调节器61供电的24V直流电源和发电机定子组件11端部埋置的温度传感器；所述后端盖15上固定连接有盘式励磁机副定子62，所述盘式励磁机副定子62与电压调节器61通过励磁电流引出线63电连接；应当说明，盘式励磁机副转子59和盘式励磁机副定子62为现有盘式励磁机的现有技术，其具体结构不再赘述；盘式励磁机副定子62的励磁电流由电压调节器61产生，盘式励磁机副转子59旋转时，在绕线的盘式励磁机转子线圈中产生交流电，所产生的交流电经过固定在转轴54上的旋转整流模块58整流输出直流，再给电励磁转子组件57的主励磁绕组励磁，产生电励磁磁场；盘式励磁机副转子59提供给电励磁转子组件57的励磁电流大小，通过电压调节器61以发电机的端电压作为反馈信号来确定，当端电压下降时，加大励磁电流，当端电压升高时，减小励磁电流；具体为，在励磁电流为0时，完全由永磁磁场产生空载电压。

具体地，在本实施例中，如图2-图15所示，所述盘式励磁机副转子59上均布有18个绕组槽；所述盘式励磁机副定子62上均布有16个绕组槽；副励机为盘式轴向磁场电机，盘式励磁机副定子62为多极集中绕组，绕组端部短，盘式励磁机副转子59为三相集中绕组，绕组端部短；可节省铜材，电阻小，损耗小，励磁机效率；高电励磁转子磁极设计成凸极式，可实现自动绕线，绕组端部短，节省铜材，直流电阻小，损耗小，效率高。

具体地，在本实施例中，所述发电机定子组件11为2/3节距的双层叠绕组，可有效消除三次谐波。

具体地，在本实施例中，如图1和图5所示，所述永磁转子组件56包括永磁转子铁芯561，所述永磁转子铁芯561上按环形阵列设有若干永磁转子磁钢槽562，所述永磁转子磁钢槽562为四组，每组永磁转子磁钢槽562分为左永磁转子磁钢槽和右永磁转子磁钢槽；每个永磁转子磁钢槽562内连接有永磁转子磁钢，四组永磁转子磁钢呈两两对极设置，具体为：两组N极永磁转子磁钢呈对极设置，两组S极永磁转子磁钢呈对极设置；每个永磁转子磁钢槽562的两端向外延伸形成空气槽564，增大磁阻；所述永磁转子铁芯561上设有若干阻尼槽，所述阻尼槽上连接有阻尼杆563。

具体地，在本实施例中，如图1-图3所示，所述电励磁转子组件57包括电励磁转子铁芯571，所述电励磁转子铁芯571上按环形阵型设有若干电励磁转子绕线槽572，所述电励磁转子绕线槽572为四组，每组电励磁转子绕线槽572分为上电励磁转子绕线槽和下电励磁转子绕线槽；每个电励磁转子绕线槽内缠绕有励磁转子绕线组573；四组励磁转子绕线组573呈两两对极设置，具体为：两组正极励磁转子绕线组呈对极设置，两组负极励磁转子绕线组呈对极设置；每组电励磁转子绕线槽572内设有极间撑块574，极间撑块574用于励磁转子绕线组573的分区固定；所述电励磁转子铁芯571上设有支撑杆575，以防止电励磁转子绕线的线圈因高速旋转而甩开，确保电励磁转子铁芯571的安装和运行可靠。

如图2、图3和图5所示，在永磁转子铁芯561和电励磁转子铁芯571上设有若干阻尼杆563，在永磁转子铁芯561和电励磁转子铁芯571二端面分别设有阻尼板565，阻尼板与阻尼杆采用激光焊接，形成阻尼绕组回路；在永磁转子铁芯561二端的阻尼板，同时起到磁钢档板作用。通过在磁钢转子V形磁路的极弧包角内增加阻尼杆（铝杆）和阻尼板（磁钢档板）、电励磁转子凸极极靴上同样增加阻尼杆和阻尼板，可有效的抑制了在缺相、不平衡负载运行时电压的突变和电枢反应的影响。此技术，详见专利号为ZL202020780778.X一种高效高承受不平衡负载永磁同步发电机装置，是常用公开技术，本实施例与其的区别在于：阻尼杆（铝杆）与阻尼板（磁钢挡板）的焊接采用激光焊接，设计成紧贴转子铁芯端面，以往是采用气体保护亚弧焊接，为防止亚弧焊时的焊接电流受强磁场影响需要采用特殊结构拉开一定的距离，阻尼杆需要伸出铁心较长，以防止亚弧焊时的电流飞溅。

本实施例由永磁磁场和电励磁磁场共同作用产生正弦波气隙磁场，永磁磁场和电励磁磁场均设计成两对对极，在1500RPM下产生50Hz正弦波交流电压。

本实施例在同一转轴上增加一电励磁转子组件57，产生电励磁磁场，以弥补永磁磁场随负载增加而使电压降低的去磁磁场，以保持发电机电压恒定，同时结构简单，占用空间小，结构为扁平式，可充分利用复合电励磁永磁同步工频水冷发电机的端盖侧面空间，使整个工频水冷发电机结构紧凑，整机体积小，重量轻，整机的效率也有所提高。

实施例1

本发明中的永磁磁场和电励磁磁场所需要的铁芯长度，通过建立仿真模型，优化仿真出具体应用的铁芯长度。本案例 120KW 1500rpm 400V 发电机，永磁磁场部分的转子铁芯长为210长，电励部分的转子铁芯长为40长，由于永磁转子铁芯端部需要加上隔磁挡板及电励磁线圈绕部端部仍然要有，因此，定子铁芯长度比永磁转子铁芯加上电励磁铁芯的长度还要长些。二个磁场共用一个定子铁芯及一套定子线圈绕组，即发电机定子组件。

实施例1理论仿真模型建立和仿真结果：

单独由永磁磁钢磁场产生的空压反电势如图16所示，额定转速1500rpm时线电压400.9VAC。

额定负载时单独由永磁磁钢磁场产生的负载电压，如图 17所示，额定转速1500rpm时线电压343VAC；由于主绕组产生的电枢反应，在感性负载下，去磁作用，产生了电压下降所至。

额定负载时单独由电励磁磁场产生的负载电压，如图18所示，额定转速1500rpm时线电压58VAC。

额定负载时由永磁磁钢磁场和电励磁磁场共同作用产生的负载电压，如图19所示，额定转速1500rpm时线电压408VAC。

以上可得知：仿真双磁场共同作用时电压略高，是由于电励磁磁场增加后，去磁作用并非为线性减少，而是略为减弱，至使发电机电压在二磁场共同作用下（408V），比二个磁场单独作用产生的负载电压(343V+58V=401V)叠加要略高些；可以通过调整电励磁的励磁电流，保证发电机端电压恒定在额定电压（本实施例中额定电压为400V）。

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。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.电压恒定的复合电励磁永磁同步工频水冷发电机，其特征在于，其包括：转轴（54），所述转轴（54）的前端和后端分别通过前轴承和后轴承连接有前端盖（7）和后端盖（15），所述前端盖（7）和后端盖（15）之间连接有水冷散热壳体（55）；所述转轴（54）上固定连接有永磁转子组件（56）和电励磁转子组件（57）；所述水冷散热壳体（55）的内壁固定连接有发电机定子组件（11），环形的发电机定子组件（11）将永磁转子组件（56）和电励磁转子组件（57）均罩设于内；所述发电机定子组件（11）的引出线与设于水冷散热壳体（55）上的出线盒接线板上的接线柱电连接；所述电励磁转子组件（57）的引出线与设于转轴（54）上的旋转整流模块（58）电连接；所述转轴（54）上固定连接有盘式励磁机副转子（59），所述盘式励磁机副转子（59）的交流电流引出线（60）与旋转整流模块（58）电连接；所述后端盖（15）或水冷散热壳体（55）上固定连接有电压调节器（61）；所述电压调节器（61）与航空插座（30）电连接；航空插座（30）接有给电压调节器（61）供电的24V直流电源和发电机定子组件（11）端部埋置的温度传感器；所述后端盖（15）上固定连接有盘式励磁机副定子（62），所述盘式励磁机副定子（62）与电压调节器（61）通过励磁电流引出线（63）电连接；

盘式励磁机副定子（62）的励磁电流由电压调节器（61）产生，盘式励磁机副转子（59）旋转时，在绕线的盘式励磁机转子线圈中产生交流电，所产生的交流电经过固定在转轴（54）上的旋转整流模块（58）整流输出直流，再给电励磁转子组件（57）的主励磁绕组励磁，产生电励磁磁场；盘式励磁机副转子（59）提供给电励磁转子组件（57）的励磁电流大小，通过电压调节器（61）以发电机的端电压作为反馈信号来确定，当端电压下降时，加大励磁电流，当端电压升高时，减小励磁电流；具体为，在励磁电流为0时，完全由永磁磁场产生空载电压；

所述永磁转子组件（56）包括永磁转子铁芯（561），所述永磁转子铁芯（561）上按环形阵列设有若干永磁转子磁钢槽（562），所述永磁转子磁钢槽（562）为四组，每组永磁转子磁钢槽（562）分为左永磁转子磁钢槽和右永磁转子磁钢槽；每个永磁转子磁钢槽（562）内连接有永磁转子磁钢，四组永磁转子磁钢呈两两对极设置，具体为：两组N极永磁转子磁钢呈对极设置，两组S极永磁转子磁钢呈对极设置；每个永磁转子磁钢槽（562）的两端向外延伸形成空气槽（564）；

所述电励磁转子组件（57）包括电励磁转子铁芯（571），所述电励磁转子铁芯（571）上按环形阵型设有若干电励磁转子绕线槽（572），所述电励磁转子绕线槽（572）为四组，每组电励磁转子绕线槽（572）分为上电励磁转子绕线槽和下电励磁转子绕线槽；每个电励磁转子绕线槽内缠绕有励磁转子绕线组（573）；四组励磁转子绕线组（573）呈两两对极设置，具体为：两组正极励磁转子绕线组呈对极设置，两组负极励磁转子绕线组呈对极设置。

2.如权利要求1所述的电压恒定的复合电励磁永磁同步工频水冷发电机，其特征在于：所述盘式励磁机副转子（59）上均布有18个绕组槽；所述盘式励磁机副定子（62）上均布有16个绕组槽。

3.如权利要求1所述的电压恒定的复合电励磁永磁同步工频水冷发电机，其特征在于：所述发电机定子组件（11）为2/3节距的双层叠绕组。

4.如权利要求1所述的电压恒定的复合电励磁永磁同步工频水冷发电机，其特征在于：所述永磁转子铁芯（561）上设有若干阻尼槽，所述阻尼槽上连接有阻尼杆（563）。

5.如权利要求1所述的电压恒定的复合电励磁永磁同步工频水冷发电机，其特征在于：每组电励磁转子绕线槽（572）内设有极间撑块（574），极间撑块（574）用于励磁转子绕线组（573）的分区固定。

6.如权利要求1所述的电压恒定的复合电励磁永磁同步工频水冷发电机，其特征在于：所述电励磁转子铁芯（571）上设有支撑杆（575）。

7.如权利要求1所述的电压恒定的复合电励磁永磁同步工频水冷发电机，其特征在于：所述电励磁转子组件（57）位于永磁转子组件（56）的右侧。

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