CN201504133U - 数码混磁发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种数码混磁发电机。本实用新型在转子铁芯上设置线圈绕组和/或导体条与整流组件构成的闭合回路，当转子工作时，闭合回路产生的电磁场与所述永磁体产生的永磁场方向相同，且混合叠加，共同励磁，实现从内部调节发电机的输出电压。本实用新型还设有一外调压系统，该外调压系统实时测量定子绕组的输出线路上的电压值，并计算测量的电压值与额定电压值之间的误差量，根据该误差量与设定的误差参考量之间的偏差，自动选择与定子绕组上的对应于不同输出电压的不同抽头相连，从外部调节发电机输出电压。本实用新型通过内外调压系统共同工作，能精确地调整发电机的输出电压，使发电机保持输出额定电压。

Description

数码混磁发电机

技术领域

本实用新型涉及发电机，更具体地，涉及一种电磁场和永磁场叠加励磁的同步发电机。

背景技术

发电机的工作原理是法拉第电磁感应定律的应用，即电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。

电机是以电磁场为媒介进行机械能和电能相互转换的电磁装置，为了在电机内建立进行机电能量转换所必需的气隙磁场。一种是在电机绕组内通以电流来产生磁场。另一种是由永磁体来产生磁场。

传统的发电机，由励磁绕组和辅助励磁绕组通以电流产生励磁磁场，在励磁过程中要消耗能量，降低了发电机效率，当变成热能时，又提高了发电机温升，而且由于有电刷、滑环等电子元件使发电机的可靠性降低，寿命变短，且会有电磁干扰。

稀土永磁发电机具有结构简单、运行可靠、体积小、质量轻，损耗小、效率高以及发电机的形状和尺寸可以灵活多样化等诸多优点。随着永磁材料性能的不断提高和完善，特别是钕铁硼永磁材料的热稳定性和耐腐蚀性的改善和价格的逐步降低以及电力电子器件的进一步发展，使永磁电机应用范围更加广泛。

永磁同步发电机不需要励磁绕组和直流励磁电源，也就取消了容易出问题的集电环和电刷装置，成为无刷发电机，因此，结构简单，运行更为可靠。采用稀土永磁后还可以增大气隙磁密，并把发电机转速提高到最佳值。这些都可以缩小发电机体积，减轻质量，提高功率质量比。

永磁同步发电机与感应发电机相比，不需要无功励磁电流，可以显著提高功率因数，减少了定子电流和定子电阻损耗，而且在稳定运行时没有转子电阻损耗，从而使其效率比同规格感应电动机高。而且，永磁同步发电机在25％～120％额定负载范围内均可保持较高的效率和功率因数，使轻载运行时节能效果更为显著。

但是，由于稀土永磁体的高内禀矫顽力，使得其磁场无法调节，这是永磁发电机难以克服的缺点。稀土永磁材料在充磁后，磁场不能调节，使发电机输出电压难以控制，特别是大功率发电机。当发电机的负载如突加、突卸或转速发生变化时，它的输出电压也随之变化，这一变化通常超出了用户所允许的电压变化范围，最大电压偏差可达25％，使得需求高品质电源的电器无法使用。

近期市场上出现一种数码变频发电机，其实质是利用发电机输出端的电力电子变换器及其控制系统来调节电压和频率，其中有两种方案：一种是交一直一交方案，另一种是交一交方案，尽管它的波形、电压及频率都比较理想，但在大功率发电机上无法实现上述方案，且存在着技术结构复杂、价格昂贵、无过载能力、使用寿命短等缺点。

由于永磁发电机制成后难以调节磁场以控制其输出电压和功率因数，从而限制了它的应用范围。解决稀土永磁同步发电机调压问题成为长期以来困扰本领域技术人员的技术难题。

发明内容

本实用新型针对上述现有技术中存在的缺点，所要解决的技术问题在于提供一种能够调节发电机的输出电压的数码混磁发电机，其能够保持发电机输出电压稳定、励磁强、效率高、节能效果好。

本实用新型的数码混磁发电机，包括转子组件、定子、外调压系统、风叶，其中，转子组件包括转轴和永磁体，定子包括定子铁芯、定子绕组及定子支架，在定子铁芯的内表面上设有槽，定子绕组嵌放在所述槽内，所述转子组件还包括转子铁芯、线圈绕组和/或导体条及整流组件；转子铁芯为不规则的柱体形状，固装在转轴上，由极身和位于极身两端的极靴构成，在两个极靴之间形成槽孔；线圈绕组和/或导体条沿平行于转子铁芯的交轴的方向设置在转子铁芯的极身上，并与整流组件串联成闭合回路，构成内调压系统；转子组件的永磁体由偶数个永磁单体组成，永磁单体以转子铁芯的交轴为中心对称地设置于转子铁芯的极靴表面，配对形成磁场极组；磁场极组位于转子铁芯的交轴一侧的永磁单体以N极面向气隙的方式设置，位于转子铁芯的交轴另一侧的永磁单体以S极面向气隙的方式设置；转子组件的永磁体产生的永磁场的方向与所述闭合回路所产生的电磁场的方向相同；定子绕组包括工作线圈绕组和为外调压系统供电的控制电源线圈绕组；工作线圈绕组为单个线圈绕组，其输出端设有多个抽头，对应于输出不同的电压；外调压系统与定子绕组相连，用于调节发电机的输出电压。

上述数码混磁发电机，外调压系统包括控制电源整流电路、发电机抽头选择继电器电路、继电器功率驱动电路、采样电路，A/D转换电路、微处理器及按键显示电路，其中：

控制电源整流电路，其输入端与控制电源线圈绕组的输出端相连，用于将控制线圈绕组输出的交流电转换成直流电，为外调压系统供电；

发电机抽头选择继电器电路，用于选择连接工作线圈绕组的两个抽头，输出发电机的输出电压；

继电器功率驱动电路，其输出端与发电机抽头选择继电器电路相连，用于驱动发电机抽头选择继电器电路；

采样电路，其输入端与所述发电机抽头选择继电器电路的输出端相连，用于采集所述工作线圈绕组输出线路上的电压有效值、电流有效值及频率；

A/D转换电路，其输入端与采样电路的输出端相连；

微处理器，分别与继电器功率驱动电路的输入端、A/D转换电路的输出端及按键显示电路连接。

上述数码混磁发电机，其中，永磁单体的横截面形状为瓦块形、扇形、矩形或梯形中的一种。

上述数码混磁发电机，其中，永磁单体为稀土永磁单体，该稀土永磁单体由钕铁硼制成，在稀土永磁单体的表面设有电镀防护层或树脂防护层。

上述数码混磁发电机，其中，定子铁芯内表面上的槽为斜槽；在定子铁芯的周向外缘上还开设有W形的通风槽；定子绕组的工作线圈绕组采用正弦绕组。

本实用新型还提供一种数码混磁发电机，包括转子组件、定子、外调压系统、风叶，其中，转子组件包括转轴和永磁体，定子包括定子铁芯、定子绕组及定子支架，在定子铁芯的内表面上设有槽，定子绕组嵌放在所述槽内，所述转子组件还包括转子铁芯，转子铁芯为不规则的柱体形状，固装在所述转轴上，沿转子铁芯的周向方向设有大于2的偶数个凸磁极；所述凸磁极沿周向等间隔设置，各凸磁极由极身和位于极身顶端的极靴构成；在各凸磁极的极身上绕设有线圈绕组和/或导体条，线圈绕组和/或导体条与整流组件串联成闭合回路，构成内调压系统；转子组件的永磁体包括若干个永磁单体，该若干个永磁单体分别固设于各凸磁极的极靴表面，各凸磁极上的永磁单体的数量相等，同一凸磁极上的永磁单体的极性布置相同；相邻两个凸磁极上的永磁单体的极性布置相反；并且，在各凸磁极上，永磁单体产生的永磁场的方向与上述闭合回路所产生的电磁场的方向相同；定子绕组包括工作线圈绕组和为外调压系统供电的控制电源线圈绕组；工作线圈绕组为单个线圈绕组，其输出端设有多个抽头，对应于输出不同的电压；外调压系统与定子绕组相连，用于调节发电机的输出电压。

本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型的线圈绕组和/或导体条与整流组件构成的闭合回路起到了内调压系统的作用，当发电机负载和转速发生变化，发电机负载电压下降时，内调压系统有复励功能，产生的磁场可升高发电机的负载电压，减少负载变化所引起的输出电压波动，提高电压调整率。而外调压系统在内调压系统的基础上通过电力电子电路再进行进一步的调压，外调压系统能够根据输出电压值，改变发电机定子上工作线圈绕组上的不同触点，接入不同的定子工作电枢线圈长度，从而实现对发电机输出电压的精确调整。另外，本实用新型的发电机外调压系统与原动力机械驱动系统是独立分开的，当机械的瞬间状态突然发生变化时，内外调压系统能够共同工作，更加精确地调整发电机的输出电压，使发电机保持输出标准的额定电压。

2.本实用新型数码混磁发电机的永磁体采用钕铁硼材料制造，保持了稀土永磁发电机强励磁、电压波形好、效率高的特点，且体积小、重量轻、免维护。稀土永磁材料有很强的磁场，发电机的体积小，重量轻，且转子上无众多电子元件，因而可实现免维护。本实用新型的发电机激励系统主要由永磁体组成，转子线圈和/或导体条仅作励磁调压线圈，无刷，也没有滑动环，比起传统的发电机结构简单，运行可靠，操作方便且无射频干扰。

3.本实用新型数码混磁发电机抗过载能力强，能在苛刻的环境中操作。永磁体在运行中不增加温度，所以发电机温升小，寿命长，突加、突卸负载能力很强，瞬态响应好，对空调、电动机、开关电源、UPS不间断电源等非线性负载产品的负载能力远大于传统发电机，可起动相当自身功率的电动机。

4.本实用新型数码混磁发电机效率高，节能效果显著，功率密度和功率因数高。因为本实用新型主要采用永磁体产生磁场，励磁不需要消耗能量。经实验，本实用新型的发电机比传统电磁感应发电机节省燃料25％，每发一度电比传统发电机节省燃油50克左右，比传统发电机提高发电量15％。

5.本实用新型数码混磁发电机噪音小，电磁干扰小，电磁兼容性好。本实用新型的发电机主要是稀土永磁体产生的磁场，所以电磁噪音很小，对无线电通讯以及电子设备的干扰很小。

6.本实用新型数码混磁发电机的成本低，便于大批量生产。因为本实用新型采用了混合励磁的方法，转子上的稀土永磁体有所减少，这样会节约昂贵的稀土材料，另外将定子冲片中的废料用于转子冲片，也节省了原材料，便于大批量生产，降低成本。

7.本实用新型数码混磁发电机的定子采用斜槽叠装结构，可有效地抑制齿谐波对发电机电压波形的干扰，减少发电机空载运转时磁拉力产生的阻力，解决了稀土永磁发电机磁阻力耗功大的技术难题。

8.本实用新型数码混磁发电机的定子铁芯的周向外缘上还开设有W形的通风槽，加强了散热效果，提高了发电机的工作效率。

9.本实用新型数码混磁发电机的稀土永磁单体采用电镀等防护层，可防止锈蚀和减少热辐射，延长稀土永磁体寿命，并具有降温作用。

10.本实用新型数码混磁发电机在转子铁芯上以转轴为中心上下对称设置通风孔，使转子的轴向风流加大，保证了转子的温升较低，增强了发电机的过载能力。

11.本实用新型数码混磁发电机的转子铁芯的槽孔的底部宽度大于槽孔的口部宽度，起到了提高电机性能的作用。

12.本实用新型数码混磁发电机结构简单，重量轻。

附图说明

图1为本实用新型数码混磁发电机的装配示意图；

图2A为本实用新型的转子组件的立体示意图；

图2B为沿图2A中的A-A线的横截面示意图；

图2C为图2A中的永磁单体的俯视图；

图2D为沿图2C的B-B线的剖视图；

图2E示出了本实用新型的另一种转子铁芯的横截面形状；

图3A为本实用新型转子组件的又一种实施方式的结构示意图；

图3B为图3A中的永磁单体的俯视图；

图3C为沿图3B的C-C线的剖视图；

图4A为本实用新型转子组件的再一种实施方式的结构示意图；

图4B为图4A中的永磁单体的俯视图；

图4C为沿图4B的D-D线的剖视图；

图5A为本实用新型的定子铁芯的结构示意图；

图5B为沿图5A的A向的示意图；

图6为本实用新型的外调压系统的原理框图；

图7为本实用新型的内调压系统的原理示意图；

图8为本实用新型的发电机抽头选择继电器电路和继电器功率驱动电路的电路图；

图9为本实用新型的采样电路和A/D转换电路的电路图；

图10为本实用新型的控制电源整流电路的电路图；

图11为本实用新型的按键显示电路的电路图；

图12为本实用新型的微处理器对测量的电压有效值与额定电压值之间的误差量进行分析的流程图；

图13为本实用新型数码混磁发电机的另一种实施方式的转子组件的结构示意图。

图中：1.转子组件；2.定子 3.轴承；7.接线盒；8.风叶；9.风罩；10.永磁体；11.永磁单体；12.通风孔；13.转轴；14.极靴缺口；15.极靴缺口；16.线圈绕组；17.二极管；18.转子铁芯；19.螺丝孔；21.定子铁芯；22.端盖；23.工作线圈绕组；24.控制电源线圈绕组；25.绝缘线绳；26.定子支架；28.斜槽；29.通风槽；31.轴承盖；51.控制电源整流电路；52.发电机抽头选择继电器电路；53.继电器功率驱动电路；54.采样电路；55.A/D转换电路；56.微处理器；57.按键显示电路；181.极身；183、184.极靴；185、186.槽孔；191.内六角螺丝；11a.永磁单体；16a.线圈绕组；17a.二极管；18a.转子铁芯；63a至66a.凸磁极

具体实施方式

通过下面结合附图对本实用新型具体实施方式的详细说明，可以更清楚了解本实用新型的构思及优点。

图1为本实用新型数码混磁发电机的装配示意图。如图所示，它主要是由固定部分、转动部分、外调压系统和接线盒7等构成。固定部分主要由定子铁芯21、端盖22、定子绕组、定子支架26、风罩9等组成。转动部分主要由永磁体10、转轴13、线圈绕组16，转子铁芯18、轴承3、风叶8等组成。其中，在定子铁芯21的内表面上设有槽，定子绕组嵌放在所述槽内。定子绕组包括工作线圈绕组23和控制电源线圈绕组24。工作线圈绕组23采用单个线圈绕组，其输出端设有多个抽头，用于输出发电机的输出电压。工作线圈绕组可采用正弦绕组结构，使发电机输出电压波形为正弦波。控制电源线圈绕组24为外调压系统供电。定子铁芯21是发电机磁场的一部分，为提高性能，降低铁损耗，采用0.5mm或0.35mm厚含硅高的硅钢片叠装后采用氩弧焊的方法，将硅钢片焊在一起。定子支架26支撑着定子铁芯21和发电机的端盖22，制成封闭式，定子绕组由外壳保护，可防腐蚀，防污染等。端盖22用于支撑发电机的转子，为了保证有良好的电性能，定、转子间的气隙是很小的，一般在0.1～0.3mm，所以端盖各个配合面均要求同心。风罩9可保护风叶8，起到通风、安全、降低温升的作用。转子铁芯18是整个发电机磁路的一部分，转子铁芯的材料可采用0.5mm或0.35mm厚含硅量高的硅钢片。较佳的是，本实用新型的永磁体10采用稀土钕铁硼NdFeB烧结，因为它具有磁能积大的优点，且在磁特性、可靠性、形状、各向异性(配向)、充磁等多个方面性能优越，并具有铁氧体磁铁10倍以上的磁能积的特点。发电机的转轴13与风叶8同轴安装，风叶与转子同轴转动产生轴向风向。外调压系统与定子绕组相连，用于调节发电机的输出电压。

图2A为本实用新型的转子组件的立体示意图，图2B为图2A沿A-A线的横截面图，图2C为图2A中的永磁单体的俯视图，图2D为沿图2C的B-B线的剖视图。如图所示，本实用新型的转子组件包括永磁体10、转轴13、线圈绕组16、转子铁芯18及整流组件。在本实施例中，整流组件采用二极管17。转子铁芯18由多块中间有孔的硅钢冲片叠加而成，为不规则的柱体形状，压装在转轴13上。硅钢冲片上的孔以转轴13为中心对称地设置，构成转子铁芯的通风孔12。通风孔12使转子的轴向风流加大，保证了转子的温升较低，增强了发电机的过载能力。转子铁芯18分为极身181和位于极身两端的两个极靴183和184，在两个极靴183，184之间形成有槽孔185和186。线圈绕组16沿平行于转子铁芯的交轴q的方向绕设于极身181上，并与二极管17串联成一个闭合回路，在槽孔中注入树脂漆封装。最好是，槽孔的底部宽度W2大于槽孔的口部宽度W1，试验证明这种结构有利于改善电机的性能。永磁体10由偶数个永磁单体11组成，这些永磁单体以转子铁芯18的交轴q为中心对称地设置于转子铁芯的极靴183和184的表面，充磁配对形成磁场极组；磁场极组位于转子铁芯的交轴q一侧的永磁单体以N极面向气隙的方式设置，位于转子铁芯的交轴q另一侧的永磁单体以S极面向气隙的方式设置；永磁体10产生的永磁场的方向，与线圈绕组16和二极管17构成的闭合回路所产生的电磁场的方向相同。在图2A和2B中仅示出了采用4块永磁单体的实例，如上所述，也可采用2块、6块永磁单体等。永磁单体的形状也不限于图中所示的瓦块形状，还可以是扇形等。在图2B中转子铁芯的左上角和右下角转子的极靴边缘，分别设有极靴缺口14和15，构成以直轴d为中心左右不对称性磁路。同理，也可在转子铁芯的右上角和左下角的极靴边缘设置极靴缺口。在图2A和2B中，永磁单体11与转子铁芯18的装配方法为外挂式，具体是在永磁单体11和转子铁芯18上开设螺丝孔19，用内六角螺丝191和粘合剂，将永磁单体11外挂固定在转子铁芯18上。并且，沿永磁单体11和转子铁芯18的周向方向上，永磁单体和转子铁芯通过由绝缘材料制成的绝缘线绳25捆绑固定在一起。图3A至图3C示出了永磁单体11与转子铁芯18的另一种连接固定方式。在图3A至图3C中，永磁单体11与转子铁芯18的装配方法为插入式，具体是在永磁单体11的两侧面上设有凹槽，在转子铁芯18的外圆周面上设有与永磁单体的凹槽的位置和形状相配合的凸起部，稀土永磁单体与转子铁芯通过所述的凹槽及凸起部相互嵌合。或者也可在永磁单体11的两侧面上设置凸起部，在转子铁芯18的外圆周面上设置与永磁单体的凸起部的位置和形状相配合的凹槽。此外，沿稀土永磁单体和转子铁芯的周向方向上，稀土永磁单体和转子铁芯通过绝缘线绳捆绑固定在一起。图4A至图4C还示出了永磁单体11与转子铁芯18的再一种连接方式。在图4A至图4C中，永磁单体11与转子铁芯18的装配方法为内嵌式，具体是将永磁单体内嵌于转子铁芯18中。永磁单体11的形状为矩形或梯形。优选地，在上述永磁单体11表面采用电镀防护层或树脂防护层，如镀镍或涂敷树脂等，可防止锈蚀和减少热辐射，延长稀土永磁体寿命，并具有降温作用。本实用新型的永磁体10和线圈绕组16产生的励磁磁场方向一致，线圈绕组16与二极管17构成的闭合回路起到了内调压系统的作用。在另一种实施方式中，也可采用导体条替代线圈绕组，或采用线圈绕组与导体条的混合形式。

上述技术方案中有关内容解释如下：

1.直轴和交轴是电机构造中的专业用语，在图2B中为转子的纵向中心轴和横向中心轴。

2.导体条：它主要用于大型发电机中。具体指裸铜棒导条或铝制导条。将导体条的两端与短路环、整流组件连接起来组成一个闭合回路，它等效于线圈绕组和整流组件两端串联起来形成的闭合回路。

3.所述在图2B中的转子铁芯的左上角和右下角转子极靴边缘，或右上角和左下角转子极靴边缘分别设有极靴缺口，构成以直轴为中心左右不对称性磁路，它等效于图2E以直轴d为中心，转子铁芯左上方与右下方截面积相等，右上方与左下方截面积相等，但是左上方和右上方截面积不等，左下方与右下方截面积不等，构成以直轴d为中心左右不对称的磁路，达到内调磁功能。

图5A和5B示出了本实用新型的定子铁芯的结构示意图。如图所示，在本实用新型的定子铁芯21的内表面上设有斜槽28，用于嵌放定子绕组。采用斜槽叠装结构，可有效地抑制齿谐波对发电机电压波形的干扰，减少发电机空载运转时磁拉力产生的阻力，解决了稀土永磁发电机磁阻力耗功大的技术难题。定子铁芯由多块硅钢片叠加而成，在硅钢片的周向外缘上开设有W形的通风槽29，加强了散热效果，提高了发电机的工作效率。

图6示出了本实用新型的外调压系统的原理框图。本实用新型的外调压系统包括控制电源整流电路51、发电机抽头选择继电器电路52、继电器功率驱动电路53、采样电路54、A/D转换电路55、微处理器56及按键显示电路57，其中：控制电源整流电路51的输入端与控制电源线圈绕组24的输出端相连，用于将控制线圈绕组输出的交流电转换成直流电，为整个外调压系统供电。发电机抽头选择继电器电路52用于选择连接工作线圈绕组23的两个抽头，输出发电机的输出电压。继电器功率驱动电路53的输出端与发电机抽头选择继电器电路52相连，用于驱动该发电机抽头选择继电器电路52。采样电路54的输入端与发电机抽头选择继电器电路52的输出端相连，用于采集工作线圈绕组输出线路上的电压有效值、电流有效值及频率。A/D转换电路55的输入端与采样电路54的输出端相连，用于对采集的模拟量进行模数转换。微处理器56通过总线与继电器功率驱动电路53的输入端、A/D转换电路55的输出端及按键显示电路57连接，用于设定额定电压值和误差参考量、以及接收采样电路54所测量的工作线圈绕组输出线路上的电压有效值、电流有效值以及频率，并计算测量的电压有效值与额定电压值之间的误差量。根据误差量与设定的误差参考量之间的偏差，微处理器56通过控制继电器功率驱动电路53，使发电机抽头选择继电器电路52选择与工作线圈绕组23上的不同的抽头相连，接入定子工作线圈绕组的不同长度，调整后的发电机输出电压从电机抽头选择继电器电路52输出，从而实现了自动外调压的目的。

下面再结合图7对本实用新型的内调压系统的调压原理做一描述。本实用新型的发电机转子上的永磁磁场为主磁场磁通量Φ主，转轴上的线圈绕组的励磁磁通量为Φ副。二者产生的磁场的方向一致，混合叠加共同励磁，形成一个磁通量为Φ合的合成磁场，即Φ合＝Φ主+Φ副。发电机从空载到满载工作时，由于电枢反应存在，Φ主会产生一ΔΦ主，而Φ副产生+ΔΦ副。满载时Φ合＝(Φ主-ΔΦ主)+(Φ副+ΔΦ副)＝(Φ主+Φ副)+(ΔΦ副-ΔΦ主)。这种混合励磁发电机从空载到满载，永磁体主磁场削弱，得到了线圈绕组副磁场的一定补偿，满载时的压降被减少了。达到了初级内调压的目的。

本实用新型将内、外调压系统有机结合，解决了稀土永磁发电机输出电压不可调节的难题。当发电机负载和转速发生变化，发电机负载电压下降时，内调压系统有复励功能，产生的磁场可升高发电机的负载电压，减少负载变化所引起的输出电压波动，提高电压调整率。内调压系统起到初级简单粗调压作用，是第一次调压，仅能使发电机的电压在一个范围内波动。而外调压系统是在内调压系统的基础上通过电力电子电路进行的第二次调压，起到高级精调压作用，内调压系统与外调压系统互相联系、相辅相成，有了初级调压才能有高级调压。如果仅采用外调压系统，在负载或转速发生较大的变化时，因为工作线圈绕组的线圈长度有限，增加的ΔV有可能不够用，达不到精确调压目的。如果仅采用内调压系统，发电机输出电压也达不到精确的调压目的。因为转子的永磁体是主磁场，线圈绕组是副磁场，如果过大增加线圈绕组的磁通量，则会失去永磁发电机的优点。所以只有将内外调压系统有机结合起来才能解决稀土永磁发电机调压难题。采用上述技术方案后，使本实用新型的发电机电压可以保持输出额定值，发电机输出电压更稳定，供电品质更好。根据试验，本实用新型的负载波形畸变率小于5％。

图8为本实用新型的发电机抽头选择继电器电路52和继电器功率驱动电路53的电路图。图中，左侧发电机的工作线圈绕组共输出四个抽头触点，用于与抽头选择继电器K3，K4相连，Q1、Q4三极管分别将CUT01、CUT02高低驱动信号放大功推继电器K3、K4，使继电器根据微处理的程序决定K3、K4继电器的状态，选择合适的工作线圈绕组的触点，从而实现调压目的。

图9为本实用新型的采样电路54和A/D转换电路55的电路图，图中A/D转换电路采用CS5460芯片，X1、X2与图8中的继电器电压输出相连接，P1、P2与负载直接连接。电阻R1、R2是输出电压的分压电阻，T1是电流互感器，它们的采样信号与U1直接连接完成A/D转换，得到负载线路上的电压、电流的有效值和频率值。

图10为本实用新型的控制电源整流电路51的电路图，图中D2、D3、D4、D5组成整流电桥，然后分别通过U5和U7，输出稳定的+12V和+5V直流电压供控制器工作。

图11为本实用新型的按键显示电路57的电路图，图中U8～U13为74HC164芯片，分别驱动6个数码管LED1～LED6，数码管可以显示电压有效值、电流有效值、功率值、频率、累计工作时间、开机次数等数据。由于本实用新型的显示器能够在微处理器的控制下显示通过采样电路所获得的发电机输出线路上的电压有效值、电流有效值及频率，因而工作人员可实时地获得上述信息。当发电机输出发生过压过流时，可通过发电机面板上的自动空气开关自动实现对过压过流的控制。

本实用新型的微处理器可采用型号为ATMEGA8的单片机。图12进一步示出了本实用新型微处理器对测量的电压有效值与额定电压值之间的误差量进行分析的流程图。该流程图是针对图8中发电机的工作线圈绕组共输出四个抽头触点的情况，在实际应用中，抽头触点的数量可根据电压调整的需要进行变化。在图12中，G_ST是继电器的状态变量，方括号[]表示取整，T表示误差参比数，T＝额定输出电压×误差百分比。在本实施例中，额定输出电压可分为110V和220V两种。误差百分比例如可设为3％，G_ST则对应发电机抽头选择继电器电路选择工作线圈绕组的抽头触点的4种不同情况。根据误差量与设定的误差参考量之间的偏差，微处理器使发电机抽头选择继电器电路与工作线圈绕组上的不同的抽头相连，接入定子工作线圈绕组的不同长度，从而实现了自动外调压的目的。此外，如图所示，本实用新型还对G_ST进行了0≤G_ST≤3的限值处理，当G_ST小于0时，按G_ST等于0的情况处理；当G_ST大于3时，按G_ST等于3的情况处理。

图13示出了本实用新型数码混磁发电机的另一种实施方式的转子组件的结构示意图。该实施方式的定子结构、外调压系统与上述实施方式相同，不同之处在于转子组件的结构。如图所示，转子铁芯18a为不规则的柱体形状，固装在转轴13上。沿转子铁芯18a的周向方向设有4个凸磁极63a，64a，65a，66a。各凸磁极相互间隔90°，由极身和位于极身顶端的极靴构成，极身的宽度小于极靴的宽度。在各凸磁极的极身上绕设有线圈绕组16a，线圈绕组16a与整流组件串联成闭合回路，构成内调压系统。在本实施例中，整流组件为二极管17a。在另一种实施方式中，也可采用导体条替代线圈绕组或采用线圈绕组和/或导体条混合的形式。在各个凸磁极的极靴表面固设有若干个永磁单体11a，各凸磁极上的永磁单体的数量相等，同一凸磁极上的永磁单体的极性布置相同；相邻两个凸磁极上的永磁单体的极性布置相反，即一个凸磁极上的永磁单体均为N极面向气隙设置，相邻一个凸磁极上的永磁单体均为S极面向气隙设置。相对的两个凸磁极上的永磁单体的极性布置相同，即都是N极面向气隙设置或S极面向气隙设置。并且，在各凸磁极上，永磁单体11a产生的永磁场方向，与线圈绕组16a和整流组件构成的闭合回路所产生的电磁场的方向相同。凸磁极的数量不限于上述的4个，可以是大于2的偶数个，如6个、8个、16个等，凸磁极在周向方向上等间隔设置。各凸磁极上的永磁单体的数量相等，同一凸磁极上的永磁单体的极性布置相同；相邻两个凸磁极上的永磁单体的极性布置相反，即一个凸磁极上的永磁单体均为N极面向气隙设置，相邻的另一个凸磁极上的永磁单体均为S极面向气隙设置。并且，在各凸磁极上的永磁单体11a产生的永磁场方向，与线圈绕组16a和整流组件构成的闭合回路所产生的电磁场的方向相同。

作为本实用新型的一种变化实施例，本实用新型的发电机可仅采用外调压系统的调压方法。此时，在转子上仅有永磁单体进行励磁，不再设置线圈绕组及整流组件。

作为本实用新型的另一种变化实施例，本实用新型的发电机也可仅采用内调压系统的调压方法。此时，外调压系统被取消，仅仅依靠转子上的线圈绕组进行内调压。

以上实施例仅用以说明而非限制本实用新型的技术方案，尽管参照上述实施例对本实用新型进行详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：对本实用新型的部件进行等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求当中。

Claims (10)

1.一种数码混磁发电机，包括转子组件、定子、外调压系统、风叶，其中，所述转子组件包括转轴和永磁体，所述定子包括定子铁芯、定子绕组及定子支架，在所述定子铁芯的内表面上设有槽，所述定子绕组嵌放在所述槽内，其特征在于：

所述转子组件还包括转子铁芯、线圈绕组和/或导体条、整流组件；所述转子铁芯为不规则的柱体形状，固装在所述转轴上，由极身和位于极身两端的极靴构成，在两个极靴之间形成槽孔；所述线圈绕组和/或导体条沿平行于转子铁芯的交轴的方向设置在转子铁芯的极身上，并与所述整流组件串联成闭合回路，构成内调压系统；

所述转子组件的永磁体由偶数个永磁单体组成，所述永磁单体以转子铁芯的交轴为中心对称地设置于所述转子铁芯的极靴表面，配对形成磁场极组；所述磁场极组位于转子铁芯的交轴一侧的永磁单体以N极面向气隙的方式设置，位于转子铁芯的交轴另一侧的永磁单体以S极面向气隙的方式设置；转子组件的永磁体产生的永磁场的方向与所述闭合回路所产生的电磁场的方向相同；

所述定子绕组包括工作线圈绕组和为所述外调压系统供电的控制电源线圈绕组；所述工作线圈绕组为单个线圈绕组，其输出端设有多个抽头，对应于输出不同的电压；

所述外调压系统与所述定子绕组相连，用于调节发电机的输出电压。

2.如权利要求1所述的发电机，其特征在于：所述外调压系统包括控制电源整流电路、发电机抽头选择继电器电路、继电器功率驱动电路、采样电路，A/D转换电路、微处理器及按键显示电路，其中：

控制电源整流电路，其输入端与所述控制电源线圈绕组的输出端相连，用于将控制线圈绕组输出的交流电转换成直流电，为所述外调压系统供电；

发电机抽头选择继电器电路，用于选择连接所述工作线圈绕组的两个抽头，输出发电机的输出电压；

继电器功率驱动电路，其输出端与所述发电机抽头选择继电器电路相连，用于驱动发电机抽头选择继电器电路；

采样电路，其输入端与所述发电机抽头选择继电器电路的输出端相连，用于采集所述工作线圈绕组输出线路上的电压有效值、电流有效值及频率；

A/D转换电路，其输入端与所述采样电路的输出端相连；

微处理器，分别与所述继电器功率驱动电路的输入端、所述A/D转换电路的输出端及按键显示电路连接。

3.如权利要求1所述的发电机，其特征在于：所述永磁单体的横截面形状为瓦块形、扇形、矩形或梯形中的一种。

4.如权利要求1所述的发电机，其特征在于：所述永磁单体为稀土永磁单体，所述稀土永磁单体由钕铁硼制成，在所述稀土永磁单体的表面设有电镀防护层或树脂防护层。

5.如权利要求4所述的发电机，其特征在于：在所述稀土永磁单体的两侧面上设有凹槽或凸起部，在转子铁芯的外圆周面上设有与稀土永磁单体的凹槽或凸起部的位置和形状相配合的凸起部或凹槽，稀土永磁单体与转子铁芯通过所述的凹槽及凸起部相互嵌合，并且，沿稀土永磁单体和转子铁芯的周向方向上，稀土永磁单体和转子铁芯通过绝缘线绳捆绑固定在一起。

6.如权利要求4所述的发电机，其特征在于：所述稀土永磁单体内嵌于所述转子铁芯中。

7.如权利要求4所述的发电机，其特征在于：所述稀土永磁单体通过螺丝及粘合剂与转子铁芯相连接；并且，沿稀土永磁单体和转子铁芯的周向方向上，稀土永磁单体和转子铁芯通过绝缘材料线绳捆绑固定在一起。

8.如权利要求1所述的发电机，其特征在于：所述定子铁芯内表面上的槽为斜槽；在定子铁芯的周向外缘上还开设有W形的通风槽；所述定子绕组的工作线圈绕组采用正弦绕组。

9.如权利要求1所述的发电机，其特征在于：所述整流组件为二极管。

10.一种数码混磁发电机，包括转子组件、定子、外调压系统、风叶，其中，所述转子组件包括转轴和永磁体，所述定子包括定子铁芯、定子绕组及定子支架，在所述定子铁芯的内表面上设有槽，所述定子绕组嵌放在所述槽内，其特征在于：

所述转子组件还包括转子铁芯，所述转子铁芯为不规则的柱体形状，固装在所述转轴上，沿转子铁芯的周向方向设有大于2的偶数个凸磁极；所述凸磁极沿周向等间隔设置，各凸磁极由极身和位于极身顶端的极靴构成；在各凸磁极的极身上绕设有线圈绕组和/或导体条，所述线圈绕组和/或导体条与整流组件串联成闭合回路，构成内调压系统；

所述转子组件的永磁体包括若干个永磁单体，所述若干个永磁单体分别固设于各所述凸磁极的极靴表面，各凸磁极上的永磁单体的数量相等，同一凸磁极上的永磁单体的极性布置相同；相邻两个凸磁极上的永磁单体的极性布置相反；并且，在各所述凸磁极上，永磁单体产生的永磁场的方向与所述闭合回路所产生的电磁场的方向相同；

所述定子绕组包括工作线圈绕组和为外调压系统供电的控制电源线圈绕组；所述工作线圈绕组为单个线圈绕组，其输出端设有多个抽头，对应于输出不同的电压；

所述外调压系统与所述定子绕组相连，用于调节发电机的输出电压。

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