CN1288826C - 单相稀土永磁发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种具有永久磁体转子铁芯的稀土永磁发电机，由定子和转子组成，定子包括有定子铁芯、定子绕组和机座，定子绕组为单层绕组，转子上均匀布置有偶数个由稀土永磁材料制成的瓦形磁极，定子绕组的每一极单层叠式绕组(主绕组)的中间两个空线槽内设置有一个辅助绕组，各极单层叠式绕组和辅助绕组的接线端按“主-辅-辅-主”的方式依次串接。本发明集中了单层绕组和双层绕组两种发电机的优点，输出电压的波形畸变率小于2%，电压调整率小于±3%，同时又有效地克服了两种发电机各自存在的如波形崎变率高、电压调整率大以及定子线槽利用不充分、单位体积输出功率小等缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有永久磁体转子铁芯的电机，具体地说是一种单相稀土永磁发电机。
背景技术
发电机一般是由定子和转子组成，定子包括有定子铁芯、定子绕组和机座。而稀土永磁发电机则是在转子上均布有偶数个由稀土永磁材料制成的瓦形磁极；其定子绕组则包括有单层同心式、单层叠式、单层链式等单层绕组，还有双层绕组和正弦绕组等多种形式。单层绕组的稀土永磁发电机生产工艺简单，成本较低。存在的问题是电参数较差，电压波形畸变率在15％以上，电压调整率在±10％以上。因此它的使用范围只是一般用电器，如照明、一般动力等。而具有双层绕组的稀土永磁发电机，则比较好地解决了电压波形问题，畸变率可小于3％。但存在的问题是双层绕组的用线量即用铜量大，占用定子空间大，使得发电机体积增大，成本提高；正弦绕组还具有不能充分利用定子铁芯空间的缺陷，因此这类发电机单位体积的功率较低。
发明内容
本发明的目的就是提供一种采用单层定子绕组的形式实现低电压波形畸变率和低电压调整率的单相稀土永磁发电机。
本发明是这样实现的：单相稀土永磁发电机由定子和转子组成，定子包括有定子铁芯、定子绕组和机座，定子绕组为单层绕组，转子上均匀布置有偶数个由稀土永磁材料制成的瓦形磁极，定子绕组的每一极单层叠式绕组(又称作“主绕组”)的中间两个空线槽内设置有一个辅助绕组，各极单层叠式绕组和辅助绕组的接线端按“主—辅—辅—主”的方式依次串接。
通过示波器观察可知，单层定子绕组的稀土永磁发电机，其输出电压波形的畸变主要出现在波峰及波谷处。其原因就在于发电机的转子在经其他发动机带动转动后，这种单层定子绕组结构在发电机输出正弦基波的同时，会产生二次、三次等高频谐波，这些高频谐波与基波合成之后，就使得输出电压的波形产生较大的畸变，相应地电压调整率也就随之增大。本发明通过在每极主绕组中间串接一个相对独立的辅助绕组，这就能够在定子绕组的输出电压波形上很好地抑制了高次谐波的产生，使得输出电压的波形畸变率小于2％，电压调整率也相应降低到小于±3％。这是在反复实验的基础上得到的两个实验数据，其理论上的道理还有待于进行深入的研究。但是在主绕组中另行设置辅助绕组，对高次谐波的产生的确有很好的抑制作用。这一点是确定无疑的，也是本发明的关键之所在。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详述。
附图说明
图1是本发明的二极式定子绕组的结构示意图。
图2是本发明的四极式定子绕组的结构示意图。
图3、图4是两种四磁极转子的结构示意图。
图5、图6是两种二磁极转子的结构示意图。
具体实施方式
如图1、2所示，本单相稀土永磁发电机的定子绕组采用单层叠式绕组(主绕组)与辅助绕组串接的结构。图1是具有两个主绕组的二极式定子绕组，两个主绕组分别占用了1-12和13-24的定子线槽。图2是具有四个主绕组的四极式定子绕组。在每一极主绕组1的中间，有两个线槽(图1是6、7两个线槽和18、19两个线槽，图2的如图示)空出，用于绕制辅助绕组2。各主、辅绕组的接线端按“主—辅—辅—主”的方式依次串接，即构成本单相稀土永磁发电机的定子绕组。各辅助绕组2的匝数不超过主绕组1单槽中的匝数。
本发明的转子结构是采用径向充磁和稀土永磁材料制成瓦形磁极3，以偶数个均匀布置在转子4上。图3、图4是两种四磁极形式的转子结构。在上述单相稀土永磁发电机定子绕组的结构形式下，转子上的磁极从瓦形磁极4的两个顶角起算，其圆心角β最好在55°-88°之间。图5、图6是两种二磁极形式的转子结构，其瓦形磁极4的外弧面的两个顶角对应的圆心角β最好在110-176°之间。
在上述的磁极β角取值范围之内，如果确定了磁极的某一个角度β之后，则对应有一个最佳的辅助绕组匝数，可使发电机输出电压波形最为接近或者成为正弦波形，即高次谐波的消除效果达到最佳。设主绕组的单槽匝数为N，在上述的β取值范围内，辅助绕组2的匝数在1-N之间变化，即匝数与磁极β角的取值基本成反比关系。
依上述方式制成的单相稀土永磁发电机，可使得输出电压波形达到最佳的正弦波形，并使得发电机效率达到最大，电压调整率小于±3％，远远优于传统发电机±10％的电压调整率。在同电压调整率的条件下，即与双层定子绕组的发电机相比，本发明电机单位体积的功率输出高出其他电机20％以上。本发明电机的主要特点就是集中了传统的单层绕组和双层绕组两种发电机的优点，同时又有效地克服了两种发电机各自存在的如波形畸变率高、电压调整率大以及定子线槽利用不充分、单位体积输出功率小等缺陷。
Claims (4)
1、一种单相稀土永磁发电机，由定子和转子组成，定子包括有定子铁芯、定子绕组和机座，定子绕组为单层绕组，转子上均匀布置有偶数个由稀土永磁材料制成的瓦形磁极，其特征在于定子绕组的每一极单层叠式绕组(1)的中间两个空线槽内设置有一个辅助绕组(2)，各极单层叠式绕组和辅助绕组的接线端按“主-辅-辅-主”的方式依次串接。
2、根据权利要求1所述的单相稀土永磁发电机，其特征在于辅助绕组(2)的匝数不超过主绕组(1)的单槽中的匝数。
3、根据权利要求2所述的单相稀土永磁发电机，其特征在于四极转子(3)上的瓦形磁极(4)的外弧面的两个顶角对应的圆心角β在55°-88°之间。
4、根据权利要求3所述的单相稀土永磁发电机，其特征在于二极转子(3)上的瓦形磁极(4)的外弧面的两个顶角对应的圆心角β在110°-176°之间。
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