CN2701147Y - 永磁发电机 - Google Patents

Abstract

一种永磁发电机，属于电机领域。其特征是转子由齿轮状硅钢片叠装构成；圆环状定子由至少两节定子硅钢片和至少两节位于定子硅钢片之间的永磁体构成；其中每节定子硅钢片上设置两个定子齿，两齿之间设置一个定子线槽，相邻两节定子硅钢片上的定子线槽中嵌入一个电枢线圈，每个电枢线圈所环绕的两个定子齿之间有一个永磁体；其所述转子的齿数为定子齿数的二分之一；其所述转子齿端的宽度等于或小于转子槽口的宽度。本实用新型在高、中、低转速下均可提供较稳定的输出电压，电机的动态强度、动平衡性能和谐波状况好，整机结构简单，体积小、重量轻、比功率大，制造工艺简便，运行可靠。可广泛用于风能发电、自备电源机组、车船照明等领域。

Description

永磁发电机

技术领域

本实用新型属于电机领域，尤其涉及一种定子铁芯设置有永久磁体的发电机。

背景技术

目前，常用于车辆船舶照明、风能发电、自备电源机组等场合的发电机，其输出电压与其转子的转速相关，为了维持一个稳定的输出电压，对其转子转速的稳定性有较高要求。在实际使用中，发电机转子中、低速运转的运行概率较大(如机动车辆的发动机处于怠速运行状态时)，往往导致发电量不足，电压不稳定；而偶尔发生超速运转时又会因输出电压过高而烧毁负载。

公告日为1998年4月8日，公告号为CN 2278305Y的中国专利中公开了一种电子稳压永磁发电机，它是将电子稳压器装入永磁发电机内部，使之在发电机有效转速范围内保证发出的电压稳定。但是当电子稳压器损坏后，整个发电机将无法输出稳定的工作电压。

公告日为1999年10月27日，公告号为CN 1046063C的中国专利中公开了一种稳压永磁发电机及其稳压方法，其采用取样控制电路直接从发电机取样与基准电压比较后反馈到由执行电机、蜗轮蜗杆、丝杠组成的调压执行机构，推动定子作轴向运动，改变定子、转子的相对位置，从而调节转子切割磁力线的密度，并以此动态反馈调节过程保证发电机输出电压的稳定。其存在着结构复杂、反应滞后、制造成本高、工艺复杂、机加工量大等不足。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能在不同转速下对同一负载提供比较稳定的电压，而且结构简单、制造工艺简便、动态强度高的永磁发电机。

本实用新型的技术方案是：提供一种永磁发电机，包括同心且具有径向气隙的定子和转子，其特征是转子由带有齿和槽的齿轮状硅钢片叠装构成；圆环状定子由至少两节定子硅钢片和至少两节位于定子硅钢片之间的永磁体构成；其中，每节定子硅钢片上设置两个定子齿，两齿之间设置一个定子线槽，相邻两节定子硅钢片上的定子线槽中嵌入一个电枢线圈，每个电枢线圈所环绕的两个定子齿之间有一个永磁体。

其中，所述转子的齿数为定子齿数的二分之一。

其所述转子齿端的宽度等于或小于转子槽口的宽度。

其所述各相邻电枢线圈的绕向相反，各相邻电枢线圈依次串接、并联或分组连接，组成电枢绕组。

与现有技术比较，本实用新型的优点是：

1.中、低转速发电性能明显提高，在低速运转时已能输出所需的电功率，高速运转时也不会烧毁负载；

2.定子和转子之间的磁回路路径短，路径截面大，因而回路磁阻小，铁损小，永磁利用率、能量转换率和比功率高；

3.转子上既无磁体，也无绕组，因而其机械强度高，几何对称性好，有助于提高电机的动态强度和动平衡性能；

4.通过微调转子齿端宽度和定子齿端宽度之比值，可以改善电机的谐波状况。

5.整机结构简单，体积小、重量轻，制造工艺简便，运行可靠。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型在低转速下的电磁相量图；

图3是本实用新型在高转速下的电磁相量图。

图中1为定子硅钢片，2为永磁体，3为定子线槽，4为电枢线圈，5为输出端子，6为转子，7、8为转子齿，9、10为定子齿，11为磁通回路，12为转子槽；Φ_m为永磁磁通，Φ_I为输出电流的磁通，Φ为合磁通，U为输出电压，I为输出电流，U_L为电枢感抗上的压降，E为感应电势。

具体实施方式

图1中，转子6由齿轮状硅钢片叠装构成，圆环状定子由数节定子硅钢片1和位于两定子硅钢片之间的永磁体2构成；每节定子硅钢片上设置两个定子齿(如图中所示的9或10)，两齿之间设置定子线槽3，两相邻的定子线槽中嵌入一个电枢线圈4，每个电枢线圈所环绕的两个定子齿之间恰好夹持一个永磁体2。

转子的齿数为定子齿数的二分之一，转子齿7或8的齿端宽度接近于定子齿9或10的齿端宽度，转子齿7或8的齿端宽度等于或小于转子槽12的槽口宽度。

各相邻电枢线圈4的绕向相反，各相邻电枢线圈依次串接，构成一个完整的电枢绕组，其输出端5与负载连接；各相邻电枢线圈亦可采用并联或分组连接方式。

在图1所示时刻，转子齿7、8分别与定子齿9、10对齐，形成如图中虚线所示的磁通回路11。随着转子的不断转动，磁通回路不断变化，在电枢绕组中便产生感应电势。

永磁体可以选用钕铁硼、钐钴合金或铈钴铜铁等永磁材料。

对本实用新型而言，由于利用定子作为电枢，定子齿数从现有电机的几十个减少到十几个或几个，简化了定子和定子绕组的构造和制造工艺。

其次，采用硅钢片—永磁体—硅钢片交替联接的方式构成环状定子，使得定子和转子之间的磁回路、电回路的路径尽可能地短，路径截面尽量大，有限的体积内可以安放尽量多且长径比合理的永磁体和绕组导体，减少硅钢片的使用量，以获得最好的永磁利用率、能量转换率、比功率和最低的铁损铜损。且定子硅钢片的几何尺寸小，形状规则紧凑，除了可以充分利用边角料之外，还可以降低冲压模具的制造成本，延长其使用寿命。

此外，转子采用齿轮状硅钢片叠置而成，其上既无磁体，也无绕组，其机械强度高，几何对称性好，有助于提高电机的动态强度和动平衡性能。同时，转子齿端宽度和定子齿端宽度接近等宽，通过微调两者之比值，可以改善电机的谐波状况。

图2、图3中，设电机已向负载R输出电流I；对于定子转子磁路而言，电流I流经电枢绕组时便在磁通回路11中产生磁通Φ_I，Φ_I与磁通回路中原有的永磁磁通Φ_m叠加，成为合磁通Φ；设Φ的幅值为Φ₀，有

          Φ＝Φ₀sinωt                   (1)

感应电势E比合磁通Φ滞后π/2相角，E的大小为

$E=-N\frac{\mathrm{d\Φ}}{\mathrm{dt}}=-\mathrm{N\ω}{\mathrm{\Φ}}_0\cos \mathrm{\ωt}---\left(2\right)$

式中N为电枢绕组的匝数。

对于电路而言，电机输出的电流I在负载R上产生压降U，在电枢绕组的感抗ωL上产生压降U_L，

           U＝IR                            (3)

           U_L＝IωL                        (4)

U、U_L和E构成相量三角形如图2、图3所示。

由(2)式可知，|E|∝ω，因此低转速时E小，高转速时E大；

由(4)式可知，|U_L|∝ω，因此当E随转速增大时，分压值U_L也随之增大，使负载上的电压U基本不变，仅相位角变化而已，从而实现了稳压的目的。

由于电枢感抗上的功率U_LI是无功功率，因此本实用新型实现稳压不需要以耗能发热为代价。

本实用新型可广泛用于风能发电、自备电源机组、车辆船舶等各种交通工具的照明等领域。

Claims (5)

1.一种永磁发电机，包括同心且具有径向气隙的定子和转子，其特征是：

转子由带有齿和槽的齿轮状硅钢片叠装构成；

圆环状定子由至少两节定子硅钢片和至少两节位于定子硅钢片之间的永磁体构成；

其中，每节定子硅钢片上设置两个定子齿，两齿之间设置一个定子线槽，相邻两节定子硅钢片上的定子线槽中嵌入一个电枢线圈，每个电枢线圈所环绕的两个定子齿之间有一个永磁体。

2.按照权利要求1所述的永磁发电机，其特征是所述转子的齿数为定子齿数的二分之一。

3.按照权利要求1所述的永磁发电机，其特征是所述转子齿端的宽度与转子槽口的宽度相等。

4.按照权利要求1所述的永磁发电机，其特征是所述转子齿端的宽度小于转子槽口的宽度。

5.按照权利要求1所述的永磁发电机，其特征是所述各相邻电枢线圈的绕向相反，各相邻电枢线圈依次串接、并联或分组连接，组成电枢绕组。

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