CN115955020A - 一种低剩磁电压无刷励磁同步发电机的励磁定子结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低剩磁电压无刷励磁同步发电机的励磁定子结构，涉及无刷励磁发电机领域励磁定子结构采用凸极分体式结构，包括磁极、磁轭环、法兰盘及端盖，磁极设有多个且均布设置于磁轭环的内侧，每个磁极包括磁极铁心与磁极线圈，磁极线圈缠绕于磁极铁心外侧，磁极通过高强度磁极螺栓安装于磁轭环上，磁轭环与法兰盘止口连接并用螺栓Ⅱ轴向安装紧固，法兰盘通过螺栓Ⅲ安装于端盖上，使得整个励磁定子结构安装于端盖上；磁极铁心与磁轭环均采用无取向硅钢片叠压成一体，磁轭环与磁极正对的部分导磁，其余部分不导磁。本发明能在保证电机成本、可靠性、体积重量等指标且不改变励磁机电磁设计、磁路结构的情况下，达到降低剩磁电压的目的。

Description

一种低剩磁电压无刷励磁同步发电机的励磁定子结构

技术领域

本发明涉及无刷励磁发电机领域，具体为一种低剩磁电压无刷励磁同步发电机的励磁定子结构。

背景技术

铁路内燃机车车辆停车时，柴油发电机组处于低速惰转运行，此时发电机不输出功率，但发电机铁磁材料产生的剩磁会使发电机输出一定的剩磁电压。若剩磁电压过高，可能导致直流母线存在大于36VDC的不安全电压, 从而会对人身造成安全危害。

无刷励磁同步发电机因具有免维护的特点，开始逐步替代有刷励磁同步发电机并在内燃机车上推广应用，但其剩磁电压是有刷励磁发电机剩磁电压的（6~10）倍。

现有的无刷励磁同步发电机的励磁机定子的技术方案如图1所示：磁极由磁极铁心b与磁极线圈a组成，磁极通过高强度磁极螺栓c固定在磁轭d上；磁极铁心b由冲制的冷轧钢板叠压而成，再用铆钉铆紧；磁轭d用钢板加工而成，磁轭d与磁极铁心b相对的部分是导磁的，其余部分则不导磁；磁轭d沿径向在导磁部分与非导磁部分之间开有N个均布的窗口；励磁机定子整体用螺栓f固定在端盖e上。但是该方案存在如下缺陷：（1）磁极铁心、磁轭材料均为钢板，其矫顽力较大，导致剩磁电压较高；（2）励磁机磁轭整体加工，只能采用同种材料加工，限制了导磁部分选用低剩磁材料的可能性；（3）励磁机磁轭沿径向加工N个均布的窗口，增加了工艺成本。

因此，将无刷励磁同步发电机的剩磁电压降低至安全电压以内，对于解决机车检修时的人员安全隐患非常必要。

发明内容

本发明为了解决铁路内燃机车车辆停车时，发电机铁磁材料产生的剩磁电压过高，易造成人身安全危害的问题，提供了一种改进后的低剩磁电压无刷励磁同步发电机的励磁定子结构。

本发明是通过如下技术方案来实现的：一种低剩磁电压无刷励磁同步发电机的励磁定子结构，所述励磁定子结构采用凸极分体式结构，包括磁极、磁轭环、法兰盘及端盖，所述磁极设有多个且均布设置于磁轭环的内侧，每个磁极包括磁极铁心与磁极线圈，所述磁极线圈缠绕于磁极铁心外侧，所述磁极通过高强度磁极螺栓安装于磁轭环上，所述磁轭环与法兰盘止口连接并用螺栓Ⅱ轴向安装紧固，所述法兰盘通过螺栓Ⅲ安装于端盖上，使得整个励磁定子结构安装于端盖上；所述磁极铁心与磁轭环均采用无取向硅钢片叠压成一体，所述法兰盘采用中厚钢板加工而成，所述磁轭环与磁极正对的部分导磁，其余部分不导磁。

本发明所设计的一种低剩磁电压无刷励磁同步发电机的励磁定子结构，励磁定子结构采用凸极分体式结构，该分体式结构主要是将背景技术中的磁轭分离为磁轭环与法兰盘，分成两个部分后，则代表两个部分可以分为导磁部分与不导磁部分，可以选择不同的铁磁材料，为降低剩磁电压提供了更多的途径。该励磁定子结构包括磁极、磁轭环、法兰盘及端盖，磁极设有多个且均布设置于磁轭环的内侧，每个磁极包括磁极铁心与磁极线圈，磁极线圈缠绕于磁极铁心外侧，磁极通过高强度磁极螺栓安装于磁轭环上，种安装方式更加便于加工制造、拆卸和维护。由于磁轭环与法兰盘为分体结构，因此磁轭环与法兰盘止口连接并用螺栓Ⅱ轴向安装紧固，实现轴向和径向定位，便于现场组装；最后法兰盘通过螺栓Ⅲ安装于端盖上，使得整个励磁定子结构安装于端盖上；磁极铁心与磁轭环均采用无取向硅钢片叠压成一体，其矫顽力小，大大降低了铁磁材料剩磁电压。磁轭环的一体式结构有多种，只要可以将磁轭冲片连接为一体即可，法兰盘采用中厚钢板加工而成，磁轭环与磁极正对的部分导磁，其余部分不导磁，使其可以提供更多途径来降低剩磁电压。

优选的，所述磁轭环采用无取向硅钢片叠压成一体的其中一种方式为：所述磁轭环两侧均设置有压圈，所述磁轭环与压圈通过螺栓Ⅰ与螺母拉紧，所述法兰盘与螺栓Ⅰ及相应的压圈之间有相匹配的结构，以满足安装需求，这种叠压冲片与压圈的配合方式使得整体结构更紧凑、更可靠。

进一步的，所述法兰盘与螺栓Ⅰ及相应的压圈之间相匹配的结构也有两种，其中一种为：所述法兰盘上与螺栓Ⅰ的头部匹配的位置开有沉头孔，所述螺栓Ⅰ的头部卡于沉头孔内，所述压圈抵靠于沉头孔口的型面上。另一种为：所述法兰盘与螺栓Ⅰ及相应的压圈之间有相匹配的结构为：位于螺栓Ⅰ的头部一侧的压圈上开有沉头孔，所述螺栓Ⅰ的头部卡于沉头孔内，所述压圈抵靠于法兰盘相应的型面上。总的来说，就是变换了沉头孔的位置，避免螺栓Ⅰ的头部对止口配合面产生不良影响。

优选的，所述磁轭环采用无取向硅钢片叠压成一体的另一种方式为：在磁轭冲片内径边缘开有均布的半圆孔Ⅰ，在磁轭冲片外径边缘开有均布的半圆孔Ⅱ，所述半圆孔Ⅰ与半圆孔Ⅱ以单个磁极为间隔，交错分布；所述磁轭冲片叠压后用焊料将半圆孔Ⅰ与半圆孔Ⅱ填满使之焊接成为一体。

所述磁极铁心采用取向硅钢片叠压而成，取向方向与磁极磁场方向正交，这种方法利用材料各向异性，面向气隙剩余磁化强度小且磁化困难。

优选的，所述法兰盘采用低碳钢材料制成。

优选的，所述磁轭环与法兰盘采用不同的铁磁材料，为降低剩磁电压提供了更多的途径。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：本发明所提供的一种低剩磁电压无刷励磁同步发电机的励磁定子结构，能在保证电机成本、可靠性、体积重量等指标且不改变励磁机电磁设计、磁路结构的情况下，达到降低剩磁电压的目的；将剩磁电压降低至额定电压的3%-4%，为机车电传动系统取消剩磁电压放电电阻或减小放电电阻的电流值提供技术支持。

附图说明

图1为背景技术的结构示意图。

图2为本发明实施例一或二的结构正视示意图。

图3为图2中实施例一的A-A剖面结构示意图。

图4为图2为实施例一的B-B剖面结构示意图。

图5为本发明实施例二的B-B剖面结构示意图。

图6为本发明实施例三磁极铁心采用取向硅钢片的轧制方向示意图。

图7为本发明实施例四的结构正视示意图。

图8为本发明实施例四的剖视结构示意图。

图中标记如下：1-磁极铁心，2-磁极线圈，3-螺栓Ⅱ，4-磁轭环，5-高强度磁极螺栓，6-压圈，7-法兰盘，8-端盖，9-螺栓Ⅲ，10-螺栓Ⅰ，11-螺母，12-沉头孔，13-半圆孔Ⅱ，14-半圆孔Ⅰ。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例一

一种低剩磁电压无刷励磁同步发电机的励磁定子结构，如图2所示：所述励磁定子结构采用凸极分体式结构，包括磁极、磁轭环4、法兰盘7及端盖8，所述磁极设有多个且均布设置于磁轭环4的内侧，每个磁极包括磁极铁心1与磁极线圈2，所述磁极线圈2缠绕于磁极铁心1外侧，所述磁极通过高强度磁极螺栓5安装于磁轭环4上，所述磁轭环4与法兰盘7止口连接并用螺栓Ⅱ3轴向安装紧固，所述法兰盘7通过螺栓Ⅲ9安装于端盖8上，使得整个励磁定子结构安装于端盖8上；所述磁极铁心1与磁轭环4均采用无取向硅钢片叠压成一体，所述法兰盘7采用中厚钢板加工而成，所述磁轭环4与磁极正对的部分导磁，其余部分不导磁。

本实施例采用了以下优选方案：所述磁轭环4采用无取向硅钢片叠压成一体的方式为：所述磁轭环4两侧均设置有压圈6，所述磁轭环4与压圈6通过螺栓Ⅰ10与螺母11拉紧，所述法兰盘7与螺栓Ⅰ10及相应的压圈6之间有相匹配的结构：所述法兰盘7上与螺栓Ⅰ10的头部匹配的位置开有沉头孔12，所述螺栓Ⅰ10的头部卡于沉头孔12内，所述压圈6抵靠于沉头孔12口的型面上，如图3与图4所示；所述法兰盘7采用低碳钢材料制成；所述磁轭环4与法兰盘7采用不同的铁磁材料。

本实施例具体操作为：采用上述方式来制造磁轭环4与磁极铁心1，使在磁极铁心1与磁极线圈2装配完成后，再通过高强度磁极螺栓5安装于磁轭环4上，将磁轭环4与法兰盘7止口连接并用螺栓Ⅱ3轴向安装紧固，使螺栓Ⅰ10的头部卡于法兰盘7的沉头孔12内，使压圈6抵靠于沉头孔12口的型面上。该种励磁定子结构应用于无刷励磁同步发电机时，能够很好的起到降低剩磁电压的作用。

实施例二

一种低剩磁电压无刷励磁同步发电机的励磁定子结构，如图2所示：所述励磁定子结构采用凸极分体式结构，包括磁极、磁轭环4、法兰盘7及端盖8，所述磁极设有多个且均布设置于磁轭环4的内侧，每个磁极包括磁极铁心1与磁极线圈2，所述磁极线圈2缠绕于磁极铁心1外侧，所述磁极通过高强度磁极螺栓5安装于磁轭环4上，所述磁轭环4与法兰盘7止口连接并用螺栓Ⅱ3轴向安装紧固，所述法兰盘7通过螺栓Ⅲ9安装于端盖8上，使得整个励磁定子结构安装于端盖8上；所述磁极铁心1与磁轭环4均采用无取向硅钢片叠压成一体，所述法兰盘7采用中厚钢板加工而成，所述磁轭环4与磁极正对的部分导磁，其余部分不导磁。

本实施例采用了以下优选方案：所述磁轭环4采用无取向硅钢片叠压成一体的方式为：所述磁轭环4两侧均设置有压圈6，所述磁轭环4与压圈6通过螺栓Ⅰ10与螺母11拉紧，所述法兰盘7与螺栓Ⅰ10及相应的压圈6之间有相匹配的结构：所述法兰盘7与螺栓Ⅰ10及相应的压圈6之间有相匹配的结构为：位于螺栓Ⅰ10的头部一侧的压圈6上开有沉头孔12，所述螺栓Ⅰ10的头部卡于沉头孔12内，所述压圈6抵靠于法兰盘7相应的型面上，如图5所示；所述法兰盘7采用低碳钢材料制成；所述磁轭环4与法兰盘7采用不同的铁磁材料。

本实施例具体操作为：采用上述方式来制造磁轭环4与磁极铁心1，使在磁极铁心1与磁极线圈2装配完成后，再通过高强度磁极螺栓5安装于磁轭环4上，将磁轭环4与法兰盘7止口连接并用螺栓Ⅱ3轴向安装紧固，使螺栓Ⅰ10的头部卡于压圈6的沉头孔12内，使压圈6抵靠于法兰盘7相应的型面上。该种励磁定子结构应用于无刷励磁同步发电机时，能够很好的起到降低剩磁电压的作用。

实施例三

一种低剩磁电压无刷励磁同步发电机的励磁定子结构，如图2所示：所述励磁定子结构采用凸极分体式结构，包括磁极、磁轭环4、法兰盘7及端盖8，所述磁极设有多个且均布设置于磁轭环4的内侧，每个磁极包括磁极铁心1与磁极线圈2，所述磁极线圈2缠绕于磁极铁心1外侧，所述磁极通过高强度磁极螺栓5安装于磁轭环4上，所述磁轭环4与法兰盘7止口连接并用螺栓Ⅱ3轴向安装紧固，所述法兰盘7通过螺栓Ⅲ9安装于端盖8上，使得整个励磁定子结构安装于端盖8上；所述磁轭环4均采用无取向硅钢片叠压成一体，所述法兰盘7采用中厚钢板加工而成，所述磁轭环4与磁极正对的部分导磁，其余部分不导磁。

本实施例采用了以下优选方案：所述磁轭环4采用无取向硅钢片叠压成一体的方式为：所述磁轭环4两侧均设置有压圈6，所述磁轭环4与压圈6通过螺栓Ⅰ10与螺母11拉紧，所述法兰盘7与螺栓Ⅰ10及相应的压圈6之间有相匹配的结构：所述法兰盘7上与螺栓Ⅰ10的头部匹配的位置开有沉头孔12，所述螺栓Ⅰ10的头部卡于沉头孔12内，所述压圈6抵靠于沉头孔12口的型面上，如图3与图4所示；所述磁极铁心1采用取向硅钢片叠压而成，取向方向与磁极磁场方向正交，如图6所示；所述法兰盘7采用低碳钢材料制成；所述磁轭环4与法兰盘7采用不同的铁磁材料。

本实施例与实施例一的区别是就是：磁极铁心1采用取向硅钢片叠压而成，取向方向与磁极磁场方向正交，其余的操作是相同的。

实施例四

一种低剩磁电压无刷励磁同步发电机的励磁定子结构，如图2所示：所述励磁定子结构采用凸极分体式结构，包括磁极、磁轭环4、法兰盘7及端盖8，所述磁极设有多个且均布设置于磁轭环4的内侧，每个磁极包括磁极铁心1与磁极线圈2，所述磁极线圈2缠绕于磁极铁心1外侧，所述磁极通过高强度磁极螺栓5安装于磁轭环4上，所述磁轭环4与法兰盘7止口连接并用螺栓Ⅱ3轴向安装紧固，所述法兰盘7通过螺栓Ⅲ9安装于端盖8上，使得整个励磁定子结构安装于端盖8上；所述磁极铁心1与磁轭环4均采用无取向硅钢片叠压成一体，所述法兰盘7采用中厚钢板加工而成，所述磁轭环4与磁极正对的部分导磁，其余部分不导磁。

本实施例采用了以下优选方案：所述磁轭环4采用无取向硅钢片叠压成一体的方式为：在磁轭冲片内径边缘开有均布的半圆孔Ⅰ14，在磁轭冲片外径边缘开有均布的半圆孔Ⅱ13，所述半圆孔Ⅰ14与半圆孔Ⅱ13以单个磁极为间隔，交错分布；所述磁轭冲片叠压后用焊料将半圆孔Ⅰ14与半圆孔Ⅱ13填满使之焊接成为一体，如图7和图8所示；所述法兰盘7采用低碳钢材料制成；所述磁轭环4与法兰盘7采用不同的铁磁材料。

本实施例具体操作为：采用焊接的方式制造磁轭环4，首先采用无取向硅钢片叠压成一体，然后用焊料将所有的半圆孔Ⅰ14与半圆孔Ⅱ13填满焊接成为一体；再把磁极线圈2与磁极铁心1装配成一体，再通过高强度磁极螺栓5安装于磁轭环4上，再将磁轭环4通过螺栓Ⅱ3与法兰盘7止口连接并安装紧固，最后将法兰盘7通过螺栓Ⅲ9安装于端盖8上。

本发明要求保护的范围不限于以上具体实施方式，而且对于本领域技术人员而言，本发明可以有多种变形和更改，凡在本发明的构思与原则之内所作的任何修改、改进和等同替换都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低剩磁电压无刷励磁同步发电机的励磁定子结构，其特征在于：所述励磁定子结构采用凸极分体式结构，包括磁极、磁轭环（4）、法兰盘（7）及端盖（8），所述磁极设有多个且均布设置于磁轭环（4）的内侧，每个磁极包括磁极铁心（1）与磁极线圈（2），所述磁极线圈（2）缠绕于磁极铁心（1）外侧，所述磁极通过高强度磁极螺栓（5）安装于磁轭环（4）上，所述磁轭环（4）与法兰盘（7）止口连接并用螺栓Ⅱ（3）轴向安装紧固，所述法兰盘（7）通过螺栓Ⅲ（9）安装于端盖（8）上，使得整个励磁定子结构安装于端盖（8）上；

所述磁极铁心（1）与磁轭环（4）均采用无取向硅钢片叠压成一体，所述法兰盘（7）采用中厚钢板加工而成，所述磁轭环（4）与磁极正对的部分导磁，其余部分不导磁。

2.根据权利要求1所述的一种低剩磁电压无刷励磁同步发电机的励磁定子结构，其特征在于：所述磁轭环（4）采用无取向硅钢片叠压成一体的方式为：所述磁轭环（4）两侧均设置有压圈（6），所述磁轭环（4）与压圈（6）通过螺栓Ⅰ（10）与螺母（11）拉紧，所述法兰盘（7）与螺栓Ⅰ（10）及相应的压圈（6）之间有相匹配的结构，以满足安装需求。

3.根据权利要求2所述的一种低剩磁电压无刷励磁同步发电机的励磁定子结构，其特征在于：所述法兰盘（7）与螺栓Ⅰ（10）及相应的压圈（6）之间有相匹配的结构为：所述法兰盘（7）上与螺栓Ⅰ（10）的头部匹配的位置开有沉头孔（12），所述螺栓Ⅰ（10）的头部卡于沉头孔（12）内，所述压圈（6）抵靠于沉头孔（12）口的型面上。

4.根据权利要求2所述的一种低剩磁电压无刷励磁同步发电机的励磁定子结构，其特征在于：所述法兰盘（7）与螺栓Ⅰ（10）及相应的压圈（6）之间有相匹配的结构为：位于螺栓Ⅰ（10）的头部一侧的压圈（6）上开有沉头孔（12），所述螺栓Ⅰ（10）的头部卡于沉头孔（12）内，所述压圈（6）抵靠于法兰盘（7）相应的型面上。

5.根据权利要求1所述的一种低剩磁电压无刷励磁同步发电机的励磁定子结构，其特征在于：所述磁轭环（4）采用无取向硅钢片叠压成一体的方式为：在磁轭冲片内径边缘开有均布的半圆孔Ⅰ（14），在磁轭冲片外径边缘开有均布的半圆孔Ⅱ（13），所述半圆孔Ⅰ（14）与半圆孔Ⅱ（13）以单个磁极为间隔，交错分布；所述磁轭冲片叠压后用焊料将半圆孔Ⅰ（14）与半圆孔Ⅱ（13）填满使之焊接成为一体。

6.根据权利要求1~5任一所述的一种低剩磁电压无刷励磁同步发电机的励磁定子结构，其特征在于：所述磁极铁心（1）采用取向硅钢片叠压而成，取向方向与磁极磁场方向正交。

7.根据权利要求1所述的一种低剩磁电压无刷励磁同步发电机的励磁定子结构，其特征在于：所述法兰盘（7）采用低碳钢材料制成。

8.根据权利要求1所述的一种低剩磁电压无刷励磁同步发电机的励磁定子结构，其特征在于：所述磁轭环（4）与法兰盘（7）采用不同的铁磁材料。

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