專利名稱：單植磁場復合勵磁直流發電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種直流發電機，特別是涉及一種單植磁場復合勵磁直流發電機，屬于特種電機技術領域，其主要應用于輸出電壓可調且可靠性要求高的車載電源裝置。
背景技術：
普通電勵磁直流發電機具有電壓可調的優點，也配合勵磁調節器可以提供比較穩定的輸出電壓，但是，當勵磁電源故障時，則難以建立電壓。例如軍用車輛當蓄電池損壞時(例如被炸毀)，發電機將無法發電造成火控系統和通信系統癱瘓而喪失戰斗力。永磁直流發電機可以不受勵磁電源的限制，但是發電機電壓無法調節，也做不到在不同轉速狀態輸出穩定的電壓。

發明內容
本發明的目的就在于解決現有技術存在的上述問題，提出了一種單植磁場復合勵磁直流發電機。本發明給出的這種單植磁場復合勵磁直流發電機，系采用永磁和電勵磁混合勵磁的方法，且永磁磁極和電勵磁磁極都是單植磁場的結構，便于分別設計和優化各個部件結構、尺寸和功能，使得發電機性能最佳，確保發電機供電穩定性、可靠性和安全性。本發明給出的技術方案是:這種單植磁場復合勵磁直流發電機，其特征在于:發電機內磁場是由兩個勵磁源共同建立的，一個勵磁源是通電流線圈，一個勵磁源是永磁體，構成復合勵磁結構。為了增強上述方案的合理性，本發明還包括以下附加技術特征。所述的發電機定子擁有兩組勵磁磁極，一組磁極外繞有勵磁線圈構成電勵磁極，一組磁極帶有永磁體構成永磁勵磁極。所述發電機的兩組勵磁磁極即電勵磁極與永磁勵磁極在機殼內沿圓周是交替排列的，以構成單植磁場結構。所述發電機勵磁線圈勵磁電流方向是可以通過改變所施加的勵磁電壓的極性而改變的，起到改變電勵磁極產生氣隙磁場極性的作用，進而對永磁勵磁極磁場進行增磁或者去磁。所述發電機勵磁線圈勵磁電流的大小通過改變施加在勵磁線圈的電壓大小是可調節的，以控制氣隙磁場增加或者減小的幅度，進而調整發電電壓的大小和穩定性。所述發電機中，增磁性質的勵磁電流的調節是有限制的，以避免磁路過飽和和勵磁電阻損耗過大而燒毀勵磁線圈。所述發電機中，去磁性質的勵磁電流的調節是有限制的，以避免永磁體退磁到工作點低于去磁曲線的拐點而造成不可恢復性去磁。與現有技術相比，本發明的有益效果是:單植磁場復合勵磁直流發電機的兩組勵磁磁極可以單獨建立氣隙磁場，確保在一種勵磁方式出現故障是仍能發電運行，堅持為最關鍵的電氣負荷供電，提升了直流發電機的供電可靠性。
本發明有益效果還體現在:單植磁場復合勵磁直流發電機的兩組勵磁磁極構成復合勵磁工作方式，可以調節氣隙磁場的大小，確保發電機輸出電壓穩定，有降低輸出電壓調整率作用，可以改善發電機供電質量。


圖1為本發明的實施例-車載發電機基本結構示意圖。圖2為本發明的實施例-車載發電機截面結構示意圖。圖3為本發明的實施例-車載發電機電勵磁極單獨勵磁時的磁場分布圖。圖4為本發明的實施例-車載發電機永磁勵磁極單獨勵磁時的磁場分布圖。圖5為本發明的實施例-車載發電機復合勵磁時的磁場分布圖(增磁狀態)。圖6為本發明的實施例-車載發電機復合勵磁時的磁場分布圖(去磁狀態)。圖7為本發明的實施例-車載發電機復合勵磁時磁路特性曲線。圖中標號說明如下。I風扇罩,2外風扇，3軸承,4電刷,5接線柱,6電樞,7電樞繞組,8轉軸,9換向器，10電刷架，11勵磁極,12機殼,13內風扇，14端蓋,15電樞鐵芯，16槽內電樞繞組，17電勵磁極繞組，18電勵磁極極身，19電勵磁極極靴，20永磁體，21永磁勵磁極極身，22永磁勵磁極極靴。
具體實施例方式下面結合說明書附圖和實施例進一步敘述本發明的內容。
本發明的一個實施例為一種車載直流發電機，其基本結構如圖1所不，主要由風扇罩
1、外風扇2、軸承3、電刷4、接線柱5、電樞6、電樞繞組7、轉軸8、換向器9、電刷架10、勵磁極11、機殼12、內風扇13、端蓋14構成。本發明的一個實施例為一種車載直流發電機，其截面結構如圖2所不,實施例發電機為6極，其中，定子3個磁極為電勵磁極lld，另3個磁極為永磁勵磁極lly，3個電勵磁極Ild與3個永磁勵磁極Ily沿圓周交替排列；電勵磁極Ild由電勵磁極繞組17、電勵磁極極身18和電勵磁極極靴19三部分組成，永磁勵磁極I Iy由永磁體20、永磁勵磁極極身21和永磁勵磁極極靴22三部分組成。電勵磁極繞組17按照設計匝數由漆包線繞制成型，外包絕緣后套裝在電勵磁極極身18上，并由電勵磁極極靴19對電勵磁極繞組17壓緊由螺釘固定到機殼12內側；電勵磁極極身18和電勵磁極極靴19由l-2mm厚度的電工純鐵沖壓后疊壓成整體，永磁勵磁極極身21和永磁勵磁極極靴22由l_2mm厚度的電工純鐵分別沖壓后疊壓成各自的整體構件，永磁體20由釹鐵硼、稀土鈷或鐵氧體硬磁材料制成，充磁后由永磁勵磁極極靴22壓緊由螺釘固定到機殼12內側，筒狀機殼12由電工純鐵或者矽鋼片制成。定子電勵磁極Ild和為永磁勵磁極Ily安裝后浸漆烘干處理。電樞6由電樞鐵芯15、槽內電樞繞組16、換向器9和轉軸8構成，電樞鐵芯由厚度為0.5mm的矽鋼片沖出齒槽后疊壓成電磁設計所確定的長度尺寸，槽內墊絕緣紙進行絕緣處理，槽內嵌入由漆包線繞制成的電樞繞組16并經非換向器端電樞繞組7連接成回路，按照電磁設計匝數和線規繞制后連接到換向器9的升高片上并焊接牢固，電樞繞組嵌線后浸漆烘干。
在3個電勵磁極Ild單獨勵磁時，相對于永磁勵磁極Ily失磁的故障狀態,發電機內磁場分布如圖3所示，可見，可以建立6極特征的磁場，即可以發電，只是磁場強度可能達不到電勵磁極Ild和永磁勵磁極Ily聯合勵磁時的合成磁場，但是發電量可以用來維持車載系統最基本的供電需求，與磁場全部由永磁體勵磁的發電機相比，具有較高的供電可靠性。在3個永磁勵磁極IIy單獨勵磁時，相對于電勵磁極Ild無法勵磁的故障狀態，發電機內磁場分布如圖4所示，可見，可以建立6極特征的磁場，即可以發電，只是磁場強度可能達不到電勵磁極Ild和永磁勵磁極Ily聯合勵磁時的合成磁場，但是發電量可以用來維持車載系統最基本的供電需求，與磁場全部由電勵磁的發電機相比，具有較高的供電可靠性。在3個電勵磁極Ild與3個永磁勵磁極Ily聯合勵磁時，即復合勵磁狀態，調節3個電勵磁極Ild的勵磁電流方向可以使得復合勵磁的磁場疊加即增磁狀態，增磁狀態發電機內的磁場分布如圖5所示，磁力線較3個電勵磁極Ild單獨勵磁時的圖3和3個永磁勵磁極Ily單獨勵磁時的圖4都稠密，說明發電機內磁場較高。調節3個電勵磁極Ild的勵磁電流的大小可以調節復合勵磁增加的幅度，進而調整發電電壓的大小。增磁性質的勵磁電流的增加是有限制的，以避免磁路過飽和和勵磁電阻損耗過大而燒毀勵磁線圈；根據定子極身、極靴、機殼和轉子鐵心所適用材質的不同，控制這些部位的磁密比超過1.8T較為合適，視冷卻條件和散熱情況，電勵磁繞組的電密不宜超過8A/mm2。在3個電勵磁極Ild與3個永磁勵磁極Ily聯合勵磁時，即復合勵磁狀態，調節3個電勵磁極Ild的勵磁電流方向可以使得復合勵磁的磁場削弱即去磁狀態，去磁磁狀態發電機內的磁場分布如圖6所示，磁力線較3個電勵磁極Ild單獨勵磁時的圖3和3個永磁勵磁極Ily單獨勵磁時的圖4都稀疏，說明發電機內磁場較低。調節3個電勵磁極Ild的勵磁電流的大小可以調節復合勵磁削弱的幅度，進而調整發電電壓的大小。去磁性質的勵磁電流的調節是有限制的，以避免永磁體退磁到工作點低于去磁曲線的拐點而造成不可恢復性去磁。圖7為反映發電機內永磁體工作點的磁路特性曲線，實施例發電機永磁勵磁極Ily中永磁體20的材質為N30H1型釹鐵硼。永磁材料退磁曲線與外磁路B-H曲線的交點為永磁體的工作點，(H0, B0)為空載工作點，(He, Be)為負載工作點，由于永磁體各個部位退磁是不均勻的，為避免局部失磁而導致整體退磁，為此，計及電樞反應和電勵磁極共同去磁作用時的負載工作點不能太低，要滿足扎< 0.8HC,HC為永磁體磁感矯頑力。
權利要求
1.一種單植磁場復合勵磁直流發電機,其特征在于發電機內磁場由兩個勵磁源共同建立，其中的一個勵磁源為通電流線圈，另一個勵磁源為永磁體，構成復合勵磁結構。
2.根據權利要求1所述的單植磁場復合勵磁直流發電機，其特征在于定子擁有兩組勵磁磁極，其中的一組磁極繞有勵磁線圈構成電勵磁極，另一組磁極帶有永磁體構成永磁勵磁極。
3.根據權利要求2所述單植磁場復合勵磁直流發電機，其特征在于所述的兩組勵磁磁極，即電勵磁極與永磁勵磁極，在機殼內沿圓周為交替排列，構成單植磁場結構。
4.根據權利要求2所述單植磁場復合勵磁直流發電機，其特征在于通過改變施加在勵磁線圈的電壓極性以改變勵磁線圈勵磁電流的方向，對永磁勵磁極磁場進行增磁或者去磁。
5.根據權利要求3所述單植磁場復合勵磁直流發電機，其特征在于通過改變施加在勵磁線圈的電壓大小以調節勵磁線圈勵磁電流的大小，來調節對永磁勵磁極磁場增磁或者去磁的幅度。
6.根據權利要求5所述單植磁場復合勵磁直流發電機，其特征在于增磁性質的勵磁電流的調節是有限制的，以避免磁路過飽和和勵磁電阻損耗過大而燒毀勵磁線圈。
7.根據權利要求5所述單植磁場復合勵磁直流發電機，其特征在于去磁性質的勵磁電流的調節是有限制的，以避免永磁體退磁到工作點低于去磁曲線的拐點而造成不可恢復性去磁。
全文摘要
一種單植磁場復合勵磁直流發電機，主要應用于對可靠性要求高且輸出電壓可調的直流發電機，其特征在于發電機內磁場由兩個勵磁源共同建立，其中的一個勵磁源為通電流線圈，另一個勵磁源為永磁體，構成復合勵磁結構。本發明單植磁場復合勵磁直流發電機的兩組勵磁磁極可以單獨建立氣隙磁場，確保在一種勵磁方式出現故障是仍能發電運行，堅持為最關鍵的電氣負荷供電，提升了直流發電機的供電可靠性。本發明單植磁場復合勵磁直流發電機的兩組勵磁磁極構成復合勵磁結構，可以調節氣隙磁場的大小，確保發電機輸出電壓穩定，有降低輸出電壓調整率作用，可以改善發電機供電質量。
文檔編號H02K23/14GK103117635SQ20111036406
公開日2013年5月22日 申請日期2011年11月17日 優先權日2011年11月17日
發明者安躍軍, 安輝, 孫丹, 薛麗萍, 李勇, 周利民, 李文瑞 申請人:沈陽工業大學