CN207021788U - 永磁发电机外转子及调整磁瓦形状的永磁发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种永磁发电机外转子及调整磁瓦形状的永磁发电机，属于永磁发电机技术领域。该永磁发电机外转子包括外壳体及固定于外壳体内表面的多个磁瓦。多个磁瓦沿外壳体的周向设置，多个磁瓦分为间隔分布的第一磁瓦和第二磁瓦，第一磁瓦的弧度大于第二磁瓦的弧度，第一磁瓦的弧度与第二磁瓦的弧度的比值为1.2～1.6。该调整磁瓦形状的永磁发电机包括内定子和永磁发电机外转子，相邻的两个磁瓦的弧度不同，每个磁瓦的横截面的宽度沿横截面的长度方向先减小后增大，使得磁瓦与内定子之间的气隙变为偏心气隙，有效改善了反电势电压波形的正弦性畸变率，改变了气隙磁密波形，有效抑制了反电势谐波，使得发电机电压输出波形趋近于正弦波。

Description

永磁发电机外转子及调整磁瓦形状的永磁发电机

技术领域

本实用新型涉及了永磁发电机技术领域，具体而言，涉及一种永磁发电机外转子及调整磁瓦形状的永磁发电机。

背景技术

传统小型永磁多级中频发电机一般采用外转子结构，外转子有利于多级磁瓦沿内圆周向分布。传统小型永磁多级中频发电机的特点：一是外转子上各个磁瓦弧度相等(磁瓦弧度比为1)，二是外转子与内定子之间的气隙相等。这种等宽磁瓦结构的永磁多级中频发电机的反电势中含有大量谐波，波形较差，会降低发电质量；均匀气隙的永磁多级中频发电机，其气隙磁密波形近似平顶波，谐波含量大，波形畸变率高。因此，需研究削弱反电势谐波的方法。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对上述问题，提供一种永磁发电机外转子及调整磁瓦形状的永磁发电机，使上述问题得到改善。

本实用新型的实施例是这样实现的：

本实用新型提供了一种永磁发电机外转子，包括外壳体及固定于外壳体内表面的多个磁瓦。多个磁瓦沿外壳体的周向设置，多个磁瓦分为第一磁瓦和第二磁瓦，第一磁瓦与第二磁瓦间隔分布，第一磁瓦的弧度大于第二磁瓦的弧度，第一磁瓦的弧度与第二磁瓦的弧度的比值为1.2～1.6。

在本实用新型可选的实施例中，磁瓦的垂直于外壳体的轴向的截面为横截面，横截面包括外圆弧段、内圆弧段和两个直线段，外圆弧段与内圆弧段通过两个直线段连接，外圆弧段贴合外壳体的内表面，内圆弧段的圆心相对于外圆弧段的圆心不同心。

在本实用新型可选的实施例中，横截面的宽度沿横截面的长度方向先减小后增大。

在本实用新型可选的实施例中，内圆弧段的圆心与外圆弧段的圆心之间的连线为偏心距，偏心距的值为30mm～70mm。

在本实用新型可选的实施例中，偏心距的值为50mm。

在本实用新型可选的实施例中，第一磁瓦的弧度与第二磁瓦的弧度的比值为1.3～1.5。

在本实用新型可选的实施例中，第一磁瓦的弧度与第二磁瓦的弧度的比值为1.4。

在本实用新型可选的实施例中，永磁发电机外转子包括磁瓦定位架，磁瓦定位架包括多个与磁瓦配合的定位块，定位块位于相邻的两个磁瓦之间。

在本实用新型可选的实施例中，磁瓦胶黏于外壳体的内表面。

本实用新型还提供了一种调整磁瓦形状的永磁发电机，包括内定子和上述的永磁发电机外转子，内定子位于永磁发电机外转子内。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

基于上述实施例，本实用新型提供了一种永磁发电机外转子及调整磁瓦形状的永磁发电机，多个磁瓦沿外壳体的周向分布，相邻的两个磁瓦的弧度比为1.2～1.6，每个磁瓦的横截面的宽度沿横截面的长度方向先减小后增大，使得磁瓦与内定子之间的气隙变为偏心气隙，有效改善了反电势电压波形的正弦性畸变率，改变了气隙磁密波形，有效抑制了反电势谐波，使得发电机电压输出波形趋近于正弦波。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型第一实施例的永磁发电机外转子的结构示意图；

图2为反电势的电压波形正弦性畸变率随K值的变化曲线图；

图3为图1的磁瓦的结构示意图；

图4为等宽磁瓦及均匀气隙的3kW永磁多级中频发电机电压输出波形图；

图5为磁瓦弧度比k＝1.4及偏心距h＝50mm的3kW永磁多级中频发电机电压输出波形图；

图6为本实用新型第二实施例的调整磁瓦形状的永磁发电机。

图标：100-永磁发电机外转子；200-调整磁瓦形状的永磁发电机；11-外壳体；12-磁瓦；121-第一磁瓦；122-第二磁瓦；123-外圆弧段；124-内圆弧段；125-直线段；13-磁瓦定位架；131-定位块；21-内定子。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

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定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，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实用新型中的具体含义。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供一种永磁发电机外转子100，包括外壳体11以及固定于外壳体11内表面的多个磁瓦12。

在本实施例中，多个磁瓦12沿外壳体11的周向设置，多个磁瓦12分为第一磁瓦121和第二磁瓦122，第一磁瓦121与第二磁瓦122间隔分布，第一磁瓦121的弧度大于第二磁瓦122的弧度，定义第一磁瓦121的弧度与第二磁瓦122的弧度的比值为K(K＝A/B，如图1所示，A为第一磁瓦121的弧度，B为第二磁瓦122的弧度)，K的取值范围为1.2～1.6。

需要指出的是，这里的第一磁瓦121与第二磁瓦122为两种不同磁极的磁瓦12，即多个磁瓦12具有两种磁极(N极和S极)，两种磁极间隔分布，所以，第一磁瓦121既可以为N极，也可以为S极，相应的，第二磁瓦122与第一磁瓦121相异。也就是说，第一磁瓦121与第二磁瓦122的磁极可以根据使用者的需求选取，只要相邻的两个磁瓦12的磁极相异即可。

在本实施例中，永磁发电机外转子100还包括磁瓦定位架13，磁瓦定位架13包括多个与磁瓦12配合的定位块131，定位块131位于相邻的两个磁瓦12之间。定位块131用于限制磁瓦12沿外壳体11的周向移动，起到限位的作用。

电动机在运转时会产生“反电动势”，反电动势是由于线圈受到磁场的影响而对原电动势产生的一个相对抗的电动势。常规的永磁发电机中，磁瓦12的结构采用扇环形式，磁瓦12作为定子的一部分，与转子之间形成空气气隙，由于磁瓦12的圆弧段与转子的外圆同心，电机的定子和转子之间形成等间距的空气气隙，其中存在着磁场(磁场的强弱叫磁感应强度，也称为磁密)。常规的均匀气隙的永磁多级中频发电机，其气磁密波形近似平顶波，空载反电势波形也近似平顶波，谐波含量大，波形畸变率高。

从严格的意义来讲，谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。谐波含量大，对于发电机的影响较为严重。

为了客服波形畸变率高的问题，本实施例中，第一磁瓦121与第二磁瓦122的弧度不同，也就是说，相邻的两个磁瓦12的弧度不同，具体为，第一磁瓦121的弧度大于第二磁瓦122的弧度，第一磁瓦121的弧度与第二磁瓦122的弧度的比值为K。由于反电势的谐波由气隙磁密的谐波引入，相邻的两个磁瓦12弧度比K值的变化对气隙磁密谐波影响较大，取不同K值，仿真永磁多级中频发电机反电势，利用傅里叶分解求出反电势的电压波形正弦性畸变率随K值的变化曲线，如图2所示。从图2中可看出，K＝1时(等宽磁瓦12)，波形畸变率最高，K＝1.2～1.6时，波形畸变率明显降低。因此，通过改变相邻的两个磁瓦12(N机和S极)的弧度比K，就能使反电势的电压波形正弦性畸变率大大降低，作为优选的K取值范围1.2～1.6。

进一步地，如图2所示，当第一磁瓦121的弧度与第二磁瓦122的弧度的比值为1.3～1.5时，波形畸变率呈下降的趋势，属于较好的弧度比值范围，使用者可以在K＝1.3～1.5之间选取合适的K值。

进一步地，图2中磁瓦弧度比K的取值大小直接影响反电势电压波形正弦性畸变率，综合考虑，作为本实施例的可选方式，第一磁瓦121的弧度与第二磁瓦122的弧度的比值K为1.4。

定义磁瓦12的垂直于外壳体11的轴向的截面为横截面，如图3所示，磁瓦12的横截面包括外圆弧段123、内圆弧段124和两个直线段125，外圆弧段123与内圆弧段124通过两个直线段125连接，两个直线段125分别位于外圆弧段123或者内圆弧段124的两端，外圆弧段123贴合外壳体11的内表面，内圆弧段124的圆心相对于外圆弧段123的圆心不同心，从而使得永磁发电机的气隙(内定子与磁瓦12之间的距离)不均匀。

也就是说，由于外圆弧段123与外壳体11的内表面贴合，相对于扇环的内圆弧段124，本实施例的磁瓦12的内圆弧段124朝向外圆弧段123弯曲，使得内圆弧段124的圆心与外圆弧段123的圆心偏离(不同心)。相当于，在外圆弧段123与内圆弧段124的同一直径方向上，外圆弧段123的圆心与内圆弧段124的圆心之间具有一定的距离。

进一步地，磁瓦12与外壳体11通过固定胶粘结于一体，也就是说，磁瓦12胶黏于外壳体11的内表面，便于磁瓦12的固定以及更换。磁瓦12与外壳体11的连接方式可以为不同的形式，不局限于本实施例提出的胶黏，使用者可以根据实际情况选取不同的连接方式，确保磁瓦12与外壳体11连接牢固。

进一步地，如图3所示，磁瓦12的横截面的宽度是不均匀的，横截面的宽度沿横截面的长度方向先减小后增大。这里的磁瓦12的横截面是指磁瓦12的厚度，即磁瓦12的厚度，沿外壳体11的周向由磁瓦12的一端向另一端，先减小后增大。磁瓦12的横截面的宽度的变化，使得永磁多级中频发电机的气隙变为不均匀气隙(偏心气隙)。定义内圆弧的圆心与外圆弧的圆心之间的连线为偏心距h。换句话说，偏心距h也可以理解为外圆弧的半径与内圆弧的半径的差值，或者永磁发电机的内定子的外圆弧的半径与磁瓦12的内圆弧的半径的差值。

因为均匀气隙的永磁多级中频发电机，其气隙磁密波形近似平顶波，空载反电势波形也近似平顶波，谐波含量大，波形畸变率高。所以，为了改变空载反电势波形，采用了偏心气隙，使气隙磁密波形趋近于正弦波，从而有效抑制空载反电势谐波，表1为不同偏心距h时反电势波形畸变率的对比。

表1不同偏心距h时，反电势波形畸变率的对比

偏心距	0	30mm	50mm	70mm
					波形畸变率	9.3％	4.3％	4.1％	4.9％

由表1得出，内圆弧段124的圆心与外圆弧段123的圆心的偏心距h的值为30mm～70mm时，波形畸变率相对于h＝0mm时影响较小，并且波形畸变率相差不大。

进一步地，根据表1的试验数据，偏心距h选取为50mm时，能够使得电压输出波形趋于正弦波，从而更好的抑制空载反电势谐波。如图4所示，为等宽磁瓦12及均匀气隙的3KW永磁多级中频发电机电压输出波形图；如图5所示，为磁瓦12弧度比K＝1.4及偏心距h＝50mm的3KW永磁多级中频发电机电压输出波形图。通过对比图4与图5，当磁瓦12采用不等宽磁瓦12(相邻的两个磁瓦12具有1.2～1.6比值的弧度比时)和偏心距时，能够使得反电势的电压波形正弦性畸变率大大降低，谐波含量降低，有效抑制反电势谐波。

本实用新型实施例的工作原理为：

通过永磁多级中频发电机的研究性试验发现：一是磁瓦12弧度比K值的变化对气隙磁密谐波影响较大，通过改变相邻的两个磁瓦12(第一磁瓦121和第二磁瓦122)的弧度比K(K取值范围1.2～1.6)，就能使反电势的电压波形正弦性畸变率大大降低。二是因为均匀气隙的永磁多级中频发电机，其气隙磁密波形近似平顶波，空载反电势波形也近似平顶波，谐波含量大，波形畸变率高，所以，当采用偏心气隙时，可改变气隙磁密波形，使之趋近于正弦波，从而有效抑制反电势谐波。

本实用新型实施例的有益效果为：

该永磁发电机包括两种不同弧度的磁瓦12，相邻的两个磁瓦12的弧度比取值为1.2～1.6，有效改善了反电势的电压输出波形的畸变率；磁瓦12的横截面的内圆弧与外圆弧为偏心设置，当该永磁发电机外转子100配合内定子使用时，使得发电机的气隙变为偏心气隙，改变了气隙磁密波形，有效抑制了反电势谐波，使得发电机电压输出波形趋近于正弦波。

第二实施例

请参照图6，本实施例提供了一种调整磁瓦形状的永磁发电机200，包括内定子21和第一实施例提供的永磁发电机外转子100，其余未提及部分参照第一实施例或现有技术。

在本实施例中，内定子21配合第一实施例提供的永磁发电机外转子100组成永磁发电机，由于永磁发电机为现有技术，本实施例主要改进点在于磁瓦12的结构方面的改进，其余未提及部分参照现有技术，本实施例中不作详细介绍。内定子21与永磁发电机外转子100配合使用，有效改善了反电势的电压输出波形的畸变率，同时，磁瓦12结构使得气隙变为偏心气隙，有效抑制了反电势谐波，发电机的电压输出波形趋近于正弦波。

综上所述，本实用新型提供了一种永磁发电机外转子100及调整磁瓦形状的永磁发电机200，多个磁瓦12沿外壳体11的周向分布，相邻的两个磁瓦12的弧度比为1.2～1.6，每个磁瓦12的横截面的宽度沿横截面的长度方向先减小后增大，使得磁瓦12与内定子21之间的气隙变为偏心气隙，有效改善了反电势电压波形的正弦性畸变率，改变了气隙磁密波形，有效抑制了反电势谐波，使得发电机电压输出波形趋近于正弦波。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种永磁发电机外转子，其特征在于，包括外壳体及固定于所述外壳体内表面的多个磁瓦；

多个所述磁瓦沿所述外壳体的周向设置，多个所述磁瓦分为第一磁瓦和第二磁瓦，所述第一磁瓦与所述第二磁瓦间隔分布，所述第一磁瓦的弧度大于所述第二磁瓦的弧度，所述第一磁瓦的弧度与所述第二磁瓦的弧度的比值为1.2～1.6。

2.根据权利要求1所述的永磁发电机外转子，其特征在于，所述磁瓦的垂直于所述外壳体的轴向的截面为横截面，所述横截面包括外圆弧段、内圆弧段和两个直线段，所述外圆弧段与所述内圆弧段通过两个所述直线段连接，所述外圆弧段贴合所述外壳体的内表面，所述内圆弧段的圆心相对于所述外圆弧段的圆心不同心。

3.根据权利要求2所述的永磁发电机外转子，其特征在于，所述横截面的宽度沿所述横截面的长度方向先减小后增大。

4.根据权利要求3所述的永磁发电机外转子，其特征在于，所述内圆弧段的圆心与所述外圆弧段的圆心之间的连线为偏心距，所述偏心距的值为30mm～70mm。

5.根据权利要求4所述的永磁发电机外转子，其特征在于，所述偏心距的值为50mm。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的永磁发电机外转子，其特征在于，所述第一磁瓦的弧度与所述第二磁瓦的弧度的比值为1.3～1.5。

7.根据权利要求6所述的永磁发电机外转子，其特征在于，所述第一磁瓦的弧度与所述第二磁瓦的弧度的比值为1.4。

8.根据权利要求1-5任意一项所述的永磁发电机外转子，其特征在于，所述永磁发电机外转子包括磁瓦定位架，所述磁瓦定位架包括多个与所述磁瓦配合的定位块，所述定位块位于相邻的两个所述磁瓦之间。

9.根据权利要求1所述的永磁发电机外转子，其特征在于，所述磁瓦胶黏于所述外壳体的内表面。

10.一种调整磁瓦形状的永磁发电机，其特征在于，包括内定子和权利要求1-9任意一项所述的永磁发电机外转子，所述内定子位于所述永磁发电机外转子内。