一種基于全波感應勵磁的混合勵磁三相無刷同步發電機的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于全波感應勵磁的混合勵磁三相無刷同步發電機，加在定子勵磁繞組上的電流方向和大小周期改變，使其建立的感應勵磁磁場隨轉子磁極旋轉而改變方向，從而在轉子繞組上產生感應電流始終能夠保持同一個方向，使轉子感應繞組產生與永磁體同向或反向磁勢，該磁勢與永磁體磁勢在氣隙內為并聯關系，通過調節該勵磁磁勢來雙向調節氣隙磁場，以實現并聯混合勵磁。本實用新型通過倍極感應原理在轉子繞組中產生感應磁勢，與轉子中的永磁體共同產生氣隙磁場，實現電機磁場的調節。通過感應勵磁作用，取消了電刷—滑環系統，定子勵磁調節器的使用使得轉子感應電流為可控全波電流。
【專利說明】
一種基于全波感應勵磁的混合勵磁三相無刷同步發電機
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種基于全波感應勵磁的混合勵磁三相無刷同步發電機。
【背景技術】
[0002]隨著永磁材料性能的不斷提高和成本的下降，永磁同步電機以其結構簡單，運行可靠，特別是具有其他電機所無法比擬的高效率而越來越受到人們的關注。但由于永磁體本身的性質，當負載引起電樞電流變化或者轉速發生變化時，永磁發電機無法像普通電勵磁發電機那樣通過調節勵磁電流對勵磁磁動勢進行調節，影響負載的正常工作。
[0003]如何實現氣隙磁場的有效調節與控制一直是永磁電機研究的熱點和難點。合理改變永磁電機結構，引入輔助電勵磁繞組，實現氣隙磁場靈活調節的“混合勵磁”思想，得到國內外電機界學者的認可與關注，也是目前解決永磁發電機勵磁調節難問題的主要方式。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型為了解決上述問題，提出了一種基于全波感應的混合勵磁三相無刷同步發電機，本實用新型通過倍極感應原理在轉子繞組中產生感應磁勢，與轉子中的永磁體共同產生氣隙磁場，實現電機磁場的調節。通過感應勵磁作用，取消了電刷一滑環系統，定子勵磁調節器的使用使得轉子感應電流為可控全波電流，使得發電機不但具有靈活的磁場雙向調節能力，還能大大增加勵磁感應系數，減小勵磁損耗，同時因為無電刷-滑環結構而使得電機保持了結構簡單，可靠性高的特點。
[0005]為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案:
[0006]一種基于全波感應勵磁的混合勵磁三相無刷同步發電機，控制加在定子勵磁繞組上的電流方向和大小周期改變，使其建立的感應勵磁磁場隨轉子磁極旋轉而改變方向，從而在轉子繞組上產生感應電流始終能夠保持同一個方向，使轉子感應繞組產生與永磁體同向或反向磁勢，該磁勢與永磁體磁勢在氣隙內為并聯關系，通過調節該勵磁磁勢來雙向調節氣隙磁場，以實現并聯混合勵磁。
[0007]所述同步發電機系統的定子與轉子同軸安裝。
[0008]所述定子的鐵芯上嵌放三相分布式電樞繞組和單相勵磁繞組，所述單相勵磁繞組與直流勵磁檢測控制電路組成勵磁調節器。
[0009 ]所述轉子的鐵芯內嵌有轉子感應繞組和切向磁化的永磁體。
[0010]所述轉子的鐵芯上沖壓閉口細長槽和開口大槽，在細長槽中放置永磁體，永磁體為切向充磁，在開口大槽中放置轉子感應繞組。
[0011 ]所述轉子感應繞組為集中繞組，自行短接，連接順序要保證形成四極磁場，且在氣隙中形成的磁勢方向與永磁體的勵磁方向相同。
[0012]所述轉子感應繞組和永磁體極數都與電樞繞組極數相同。
[0013]所述單相勵磁繞組的極數是電樞繞組極數的一半。
[0014]所述轉子感應繞組的電流在整個轉動周期始終存在且在同一方向，是全波感應。
[0015]所述轉子感應繞組的磁勢與永磁體磁勢是同向或反向，可以實現氣隙磁場的雙向調節。
[0016]本實用新型的工作原理為:通過倍極感應原理在轉子繞組中產生感應磁勢，與轉子中的永磁體共同產生氣隙磁場，實現電機磁場的調節。具體就是:轉子感應繞組通過倍極感應作用產生電流，而且通過電機位置檢測和控制電路，使加在定子勵磁繞組上的電流方向和大小周期改變，使其建立的感應勵磁磁場隨轉子磁極旋轉而改變方向，從而在轉子繞組上產生的感應電流始終能夠保持同一個方向，使轉子感應繞組產生與永磁體同向或反向磁勢，該磁勢與永磁體磁勢在氣隙內為并聯關系，可以通過調節該勵磁磁勢來雙向調節氣隙磁場，實現了并聯混合勵磁。
[0017]本實用新型的有益效果為:
[0018](I)集中了永磁同步發電機和感應勵磁發電機的優點，在定子中增加勵磁調節器，通過倍極感應原理在轉子感應繞組中獲得可控全波電流，不需要在轉子側安裝電刷-滑環系統，結構簡單，可靠性強，勵磁效率高；
[0019](2)該電機通過倍極感應原理在轉子繞組中產生感應磁勢，與轉子中的永磁體共同產生氣隙磁場，實現電機磁場的雙向調節；
[0020](3)本實用新型通過感應勵磁作用，取消了電刷一滑環系統，定子勵磁調節器的使用使得轉子感應電流為可控全波電流，提高了感應勵磁系數和勵磁效率，使得該電機既保留了永磁電機的高功率密度和結構簡單，緊湊的特點，而且具有靈活的調磁能力，大大拓展了永磁電機的應用領域。
【附圖說明】

[0021]圖1為本實用新型基于全波感應勵磁的混合勵磁無刷發電機的二維結構示意圖；
[0022]圖2為本實用新型電機繞組間的連接關系示意圖；
[0023]其中，1一定子鐵芯，2—定子上層槽，3—永磁體(陰影部分)，4一定子下層槽，5—轉軸，6—轉子鐵芯，7—轉子開口大槽，Wa:定子三相電樞繞組;Wel，We2:定子勵磁繞組線圈；Wf:轉子感應繞組。
【具體實施方式】
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[0024]下面結合附圖與實施例對本實用新型作進一步說明。
[0025]如圖1所示，一種基于全波感應勵磁的混合勵磁三相無刷發電機，包括機殼，其內同軸安裝定子和轉子。所述定子鐵芯與普通永磁同步發電機基本相同，定子鐵芯上嵌放三相分布式電樞繞組和單相勵磁繞組，勵磁繞組與直流勵磁檢測控制電路組成勵磁調節器。轉子感應繞組和切向磁化的永磁體都嵌放于轉子鐵心中，其中，永磁體嵌放在轉子鐵芯閉口細長槽中。轉子感應繞組為集中繞組，嵌繞在轉子鐵芯開口大槽中，自行短接，該感應繞組和永磁體極數都與電樞繞組極數相同，勵磁繞組的極數是電樞繞組極數的一半。
[0026]具體包括同軸安裝的定子和轉子，定子和轉子之間形成氣隙。
[0027]其中定子鐵芯與普通永磁同步發電機基本相同，在定子上層槽中嵌放三相分布式電樞繞組，在定子下層槽中放置單相勵磁繞組，勵磁繞組的極數是電樞繞組極數的一半(圖中電樞繞組為四極)。
[0028]其中轉子鐵芯上沖壓閉口細長槽和開口大槽，在細長槽中放置永磁體，永磁體為切向充磁。在開口大槽中放置轉子感應繞組，感應繞組的極數與電樞繞組極數相等。
[0029]如圖2所示，轉子四個感應繞組自行短接，連接順序要保證形成四極磁場，且在氣隙中形成的磁勢方向與永磁體的勵磁方向相同。定子勵磁線圈接直流勵磁檢測電路。
[0030]其中，定子鐵芯和轉子鐵芯均由硅鋼片沖制而成。
[0031 ]當轉子中只有永磁體勵磁時，氣隙磁場完全由永磁體產生，該電機可看成為普通三相永磁同步發電機。
[0032]當定子勵磁繞組流過一定量的電流時，情況發生改變。轉子感應繞組通過倍極感應作用產生電流，而且通過電機位置檢測和控制電路，使加在定子勵磁繞組上的電流方向和大小周期改變，使其建立的感應勵磁磁場隨轉子磁極旋轉而改變方向，從而在轉子繞組上產生感應電流始終能夠保持同一個方向，因而轉子感應繞組產生與永磁體同向或反向磁勢，該磁勢與永磁體磁勢在氣隙內為并聯關系，可以通過調節該勵磁磁勢來雙向調節氣隙磁場，實現了并聯混合勵磁。
[0033]定子上有兩套繞組，一套是三相電樞繞組，另一套是單相勵磁繞組，且這兩套繞組的極數比為2:1。
[0034]定子單相勵磁繞組接直流勵磁檢測電路，可根據轉子位置和輸出電壓自動調節勵磁繞組的電流周期和幅值。
[0035]轉子鐵芯上同時嵌放切向磁化的永磁體和轉子感應繞組，且二者極數相等，都等于定子三相電樞繞組極數，且永磁體與轉子感應繞組的磁路關系為“并聯”。
[0036]本實用新型沒有電刷-滑環結構，電機可靠性高。
[0037]轉子感應繞組的電流在整個轉動周期始終存在且在同一方向，是全波感應。
[0038]上述雖然結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本實用新型保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本實用新型的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范圍以內。
【主權項】
1.一種基于全波感應勵磁的混合勵磁三相無刷同步發電機，其特征是:控制加在定子勵磁繞組上的電流方向和大小周期改變，使其建立的感應勵磁磁場隨轉子磁極旋轉而改變方向，從而在轉子繞組上產生感應電流始終能夠保持同一方向，使轉子感應繞組產生與永磁體同向或反向磁勢，該磁勢與永磁體磁勢在氣隙內為并聯關系，通過調節該勵磁磁勢來雙向調節氣隙磁場，以實現并聯混合勵磁。2.如權利要求1所述的一種基于全波感應勵磁的混合勵磁三相無刷同步發電機，其特征是:所述同步發電機的定子與轉子同軸安裝。3.如權利要求1所述的一種基于全波感應勵磁的混合勵磁三相無刷同步發電機，其特征是:所述定子的鐵芯上嵌放三相分布式電樞繞組和單相勵磁繞組，所述單相勵磁繞組與直流勵磁檢測控制電路組成勵磁調節器。4.如權利要求1所述的一種基于全波感應勵磁的混合勵磁三相無刷同步發電機，其特征是:所述轉子的鐵芯內嵌有轉子感應繞組和切向磁化的永磁體。5.如權利要求1所述的一種基于全波感應勵磁的混合勵磁三相無刷同步發電機，其特征是:所述轉子的鐵芯上沖壓閉口細長槽和開口大槽，在細長槽中放置永磁體，永磁體為切向充磁，在開口槽中放置轉子感應繞組。6.如權利要求1所述的一種基于全波感應勵磁的混合勵磁三相無刷同步發電機，其特征是:所述轉子感應繞組為集中繞組，自行短接，連接順序要保證形成四極磁場，且在氣隙中形成的磁勢方向與永磁體的勵磁方向相同。7.如權利要求1所述的一種基于全波感應勵磁的混合勵磁三相無刷同步發電機，其特征是:所述轉子感應繞組和永磁體極數都與電樞繞組極數相同。8.如權利要求1所述的一種基于全波感應勵磁的混合勵磁三相無刷同步發電機，其特征是:所述單相勵磁繞組的極數是電樞繞組極數的一半。9.如權利要求1所述的一種基于全波感應勵磁的混合勵磁三相無刷同步發電機，其特征是:所述轉子感應繞組的電流在整個轉動周期始終存在且在同一方向，是全波感應。10.如權利要求1所述的一種基于全波感應勵磁的混合勵磁三相無刷同步發電機，其特征是:所述轉子感應繞組的磁勢與永磁體磁勢是同向或反向，實現氣隙磁場的雙向調節。
【文檔編號】H02K19/26GK205693539SQ201620668936
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月29日 公開號201620668936.6, CN 201620668936, CN 205693539 U, CN 205693539U, CN-U-205693539, CN201620668936, CN201620668936.6, CN205693539 U, CN205693539U
【發明人】朱常青, 王秀和, 魏蓓, 李國建
【申請人】山東大學