專利名稱：一種并列式混合勵(lì)磁交流發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種并列式混合勵(lì)磁電機(jī)，特別涉及一種并列式混合勵(lì)磁交流發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
在電機(jī)領(lǐng)域中，永磁電機(jī)特別是稀土永磁電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、功率密度高、效率高等顯著優(yōu)點(diǎn)，但是永磁電機(jī)由于采用單一永磁體勵(lì)磁，氣隙磁場(chǎng)調(diào)節(jié)困難，在發(fā)電運(yùn)行下，負(fù)載變化或轉(zhuǎn)速變化，輸出電壓隨之變化。近年來(lái)，永磁磁通切換電機(jī)受到了學(xué)者們的關(guān)注，同時(shí)電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)也被相應(yīng)提出，初步研究表明，電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本相對(duì)永磁電機(jī)較低，同時(shí)具有氣隙磁場(chǎng)可調(diào)、反電勢(shì)波形正弦度高等優(yōu)點(diǎn)?；旌蟿?lì)磁電機(jī)是目前電機(jī)本體研究的ー個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域；并列式混合勵(lì)磁電機(jī)結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單，易于 實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁電流的雙向調(diào)節(jié)，是混合勵(lì)磁電機(jī)技術(shù)研究的ー個(gè)重要方向。作為發(fā)電機(jī)，混合勵(lì)磁電機(jī)兼具永磁電機(jī)功率密度高和輸出電壓可調(diào)兩大優(yōu)點(diǎn)，因此并列式混合勵(lì)磁交流發(fā)電機(jī)的新型結(jié)構(gòu)拓?fù)涞难芯渴潜匾囊彩强尚械?；同時(shí)，一般的并列式混合勵(lì)磁電機(jī)永磁磁路和電勵(lì)磁磁路相互獨(dú)立，電勵(lì)磁磁路一般沒有附加氣隙，因此勵(lì)磁功率小，這也是并列式混合勵(lì)磁電機(jī)的ー個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)。中國(guó)發(fā)明專利CN2018602176U提出了一種并列結(jié)構(gòu)的無(wú)刷無(wú)附加氣隙混合勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)，由永磁同步電機(jī)部分和電勵(lì)磁同步電機(jī)并列而成。雖然該電機(jī)勵(lì)磁繞組安裝在定子上，能夠增加電機(jī)運(yùn)行的可靠性，但由于采用交流勵(lì)磁，所以勵(lì)磁控制復(fù)雜，制約了其應(yīng)用范圍。中國(guó)發(fā)明專利CN1545189A提出了一種并列式混合勵(lì)磁雙凸極電機(jī)，由永磁雙凸極電機(jī)和電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)并列組合而成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠。由于雙凸極電機(jī)磁鏈?zhǔn)菃螛O性脈動(dòng)的，非傳統(tǒng)交流電機(jī)磁鏈?zhǔn)请p極性交變的，因此其功率密度偏低，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大。另外例如中國(guó)發(fā)明專利CN101262160A提出了ー種混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)，其結(jié)構(gòu)原理也屬于并列式。永磁磁通切換電機(jī)相對(duì)于永磁同步電機(jī)，功率密度偏低。發(fā)明專利CN 0386853C采用傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)部分和電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)部分組合構(gòu)成混合勵(lì)磁電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了勵(lì)磁電流雙向調(diào)節(jié)以及整個(gè)電機(jī)的無(wú)刷化，但該并列式混合勵(lì)磁電機(jī)采用兩種無(wú)刷電機(jī)直接組合，兩部分電機(jī)結(jié)構(gòu)均為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，由于兩種類型電機(jī)感應(yīng)電勢(shì)波形的差異，使得兩類電機(jī)組合效率較低，影響其功率密度；另外，兩部分電樞繞組內(nèi)部相互獨(dú)立，外部串聯(lián)連接，盡管勵(lì)磁電流可以雙向調(diào)節(jié)，仍然無(wú)法解決永磁電機(jī)部分電樞繞組內(nèi)部短路時(shí)故障滅磁的問(wèn)題，這使得該電機(jī)在高可靠要求條件下如航空電源系統(tǒng)中的應(yīng)用受到限制。另ー個(gè)比較重要的一點(diǎn)是雙凸極電機(jī)磁鏈?zhǔn)菃螛O性的，所以對(duì)永磁部分的磁鏈的調(diào)節(jié)也是受到相應(yīng)制約的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于提供一種并列式混合勵(lì)磁交流發(fā)電機(jī)，其將永磁同步電機(jī)和電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)有機(jī)組合，在實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)輸出電壓可調(diào)的基礎(chǔ)上提高功率密度。
為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種并列式混合勵(lì)磁交流發(fā)電機(jī)，包括機(jī)殼及設(shè)于機(jī)殼內(nèi)的24槽/20極永磁同步電機(jī)和12/10極電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)，其中，電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)和永磁同步電機(jī)分別安裝在機(jī)殼內(nèi)部左右兩側(cè)，二者轉(zhuǎn)子同軸旋轉(zhuǎn)；永磁同步電機(jī)和電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)具有相同繞組分布形式，兩部分每槽導(dǎo)體元件直接串聯(lián)，共用ー套電樞繞組。上述24槽/20極永磁同步電機(jī)的定子鐵心為不等齒寬結(jié)構(gòu)，寬齒和窄齒交替分布，寬齒上嵌繞電樞繞組，窄齒上不繞電樞繞組，轉(zhuǎn)子采用表貼式磁鋼結(jié)構(gòu)或內(nèi)置式磁鋼結(jié)構(gòu)；12/10極電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)的定子為磁通切換電機(jī)的凸極定子，勵(lì)磁繞組和電樞繞組都安裝在定子上，轉(zhuǎn)子也是凸極結(jié)構(gòu)。上述并列式混合勵(lì)磁交流發(fā)電機(jī)每相電樞繞組同時(shí)穿過(guò)永磁同步電機(jī)的定子和電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)定子，兩部分嵌繞電樞繞組的定子齒/極空間位置和相序一一對(duì)應(yīng)。采用上述方案后，本發(fā)明與現(xiàn)有混合勵(lì)磁電機(jī)結(jié)構(gòu)相比具有如下有益特點(diǎn)·
Cl)電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)電樞繞組感應(yīng)電勢(shì)波形正弦度高,與永磁同步電機(jī)電樞繞組正弦波感應(yīng)電勢(shì)實(shí)現(xiàn)電勢(shì)波形的高效疊加和調(diào)節(jié)，有利于作為交流發(fā)電機(jī)；
(2)實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)部分和電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)部分的電樞繞組兩部分繞組的直接串聯(lián)，不僅大大減小了電樞繞組的端接長(zhǎng)度，而且繞組內(nèi)部短路可以通過(guò)電勵(lì)磁電機(jī)部分勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)抵消永磁勵(lì)磁產(chǎn)生的磁場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)繞組短路故障時(shí)高效滅磁；
(3)兩部分電機(jī)磁路相互獨(dú)立，而且不存在軸向磁路和附加氣隙，因此電勵(lì)磁效率高；
(4)根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同，合理設(shè)計(jì)永磁同步電機(jī)部分和電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)部分兩部分的鐵心長(zhǎng)度比例，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)發(fā)電運(yùn)行的寬電壓調(diào)節(jié)范圍。


圖I是本發(fā)明的軸向剖面示意 圖2 Ca)是本發(fā)明實(shí)施例24槽/20極永磁同步電機(jī)部分的截面示意 圖2 (b)是本發(fā)明實(shí)施例12/10極電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)部分的截面不意 圖3 (a)是本發(fā)明實(shí)施例兩部分電樞繞組機(jī)械角位置分布 圖3 (b)是本發(fā)明實(shí)施例兩部分電樞繞組電勢(shì)星形分布 圖3 (c)是本發(fā)明實(shí)施例兩部分三相繞組組合電勢(shì)星形分布圖。 圖中兀件符號(hào)說(shuō)明
1_轉(zhuǎn)軸，2-軸承,3-機(jī)殼,4-電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心,5-電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)的定子鐵心，6-永磁同步電機(jī)的定子鐵心,7-永磁體,8-永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心,9-電樞繞組，10-勵(lì)磁繞組，Wl Wl2-12個(gè)集中電樞繞組線圈。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖I所示，本發(fā)明提供一種并列式混合勵(lì)磁交流發(fā)電機(jī)，包括機(jī)殼及安裝于機(jī)殼內(nèi)的12/10極電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)和24槽/20極永磁同步電機(jī)，電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)和永磁同步電機(jī)分別安裝在同一機(jī)殼3內(nèi)的左右兩側(cè)，其中，電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心4和永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心8均固定在轉(zhuǎn)軸I上，并分別借助軸承2支撐轉(zhuǎn)軸，永磁體7安裝在永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子表面；電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)和永磁同步電機(jī)的定子分別安裝在機(jī)殼內(nèi)部的左右兩側(cè)，勵(lì)磁繞組10安裝在電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)的定子上，電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)的定子鐵心5和永磁同步電機(jī)的定子鐵心6共用ー套電樞繞組9，兩部分每槽導(dǎo)體元件直接串聯(lián)。在本發(fā)明中，24槽/20極永磁同步電機(jī)采用表貼式磁鋼轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)或內(nèi)置磁鋼轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，定子鐵心為不等齒寬結(jié)構(gòu)，寬齒和窄齒交替分布，寬齒上嵌繞電樞繞組，窄齒上不繞電樞繞組；其轉(zhuǎn)子采用內(nèi)置切向磁鋼轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)或表貼式磁鋼轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，定子鉄心由硅鋼片疊壓而成，如圖2 (a)所示。12/10極電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)定子為傳統(tǒng)的磁通切換電機(jī)的凸極定子，其中定子有24個(gè)齒，轉(zhuǎn)子齒數(shù)為10，電樞繞組和勵(lì)磁繞組同時(shí)嵌繞在定子齒的不同位置上，如圖2 (b)所示。所述永磁同步電機(jī)的電樞繞組相序及相繞組分布與電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)的電樞繞組相同，本發(fā)明交流發(fā)電機(jī)每相繞組同時(shí)嵌繞在永磁同步電機(jī)定子齒和電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)的對(duì)應(yīng)定子極上，經(jīng)過(guò)兩部分的定子鐵心后閉合。 為了實(shí)現(xiàn)兩部分繞組的直接串聯(lián)，需要說(shuō)明兩部分電機(jī)的繞組電勢(shì)星形圖，如圖3(a)所示，為24槽/20極永磁同步電機(jī)和12/10極電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)12個(gè)定子電樞繞組機(jī)械角位置；同理,如圖3 (b)所示為24槽/20極永磁同步電機(jī)和12/10極電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)12個(gè)定子電樞繞組電勢(shì)星形分布圖，圖3 (c)給出了電機(jī)的三相電樞繞組組合電勢(shì)星形分布圖。以上實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種并列式混合勵(lì)磁交流發(fā)電機(jī)，其特征在于包括機(jī)殼及設(shè)于機(jī)殼內(nèi)的24槽/20極永磁同步電機(jī)和12/10極電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)，其中，電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)和永磁同步電機(jī)分別安裝在機(jī)殼內(nèi)部左右兩側(cè)，二者轉(zhuǎn)子同軸旋轉(zhuǎn)；永磁同步電機(jī)和電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)具有相同繞組分布形式，兩部分每槽導(dǎo)體元件直接串聯(lián)，共用一套電樞繞組。
2.如權(quán)利要求I所述的ー種并列式混合勵(lì)磁交流發(fā)電機(jī)，其特征在于所述24槽/20極永磁同步電機(jī)的定子鐵心為不等齒寬結(jié)構(gòu)，寬齒和窄齒交替分布，寬齒上嵌繞電樞繞組，窄齒上不繞電樞繞組，轉(zhuǎn)子采用表貼式磁鋼結(jié)構(gòu)或內(nèi)置式磁鋼結(jié)構(gòu)；12/10極電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)的定子為磁通切換電機(jī)的凸極定子，勵(lì)磁繞組和電樞繞組都安裝在定子上，轉(zhuǎn)子也是凸極結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求I所述的ー種并列式混合勵(lì)磁交流發(fā)電機(jī),其特征在于所述并列式混合勵(lì)磁交流發(fā)電機(jī)每相電樞繞組同時(shí)穿過(guò)永磁同步電機(jī)和電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)，兩部分嵌繞電樞繞組的定子齒/極空間位置和相序一一對(duì)應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種并列式混合勵(lì)磁交流發(fā)電機(jī)，包括機(jī)殼及設(shè)于機(jī)殼內(nèi)的24槽/20極永磁同步電機(jī)和12/10極電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)，其中，電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)和永磁同步電機(jī)分別安裝在機(jī)殼內(nèi)部左右兩側(cè)，二者轉(zhuǎn)子同軸旋轉(zhuǎn)；永磁同步電機(jī)和電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)具有相同繞組分布形式，兩部分每槽導(dǎo)體元件直接串聯(lián)，共用一套電樞繞組。此種發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)將永磁同步電機(jī)和電勵(lì)磁磁通切換電機(jī)有機(jī)組合，實(shí)現(xiàn)了永磁交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓可調(diào)，在交流電源系統(tǒng)中有重要應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)H02K1/14GK102843008SQ20121033004
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月7日
發(fā)明者耿偉偉, 張卓然, 嚴(yán)仰光, 王振洲 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué), 英泰集團(tuán)有限公司