一種基于全波感應(yīng)勵(lì)磁的混合勵(lì)磁三相無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于全波感應(yīng)勵(lì)磁的混合勵(lì)磁三相無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)，加在定子勵(lì)磁繞組上的電流方向和大小周期改變，使其建立的感應(yīng)勵(lì)磁磁場(chǎng)隨轉(zhuǎn)子磁極旋轉(zhuǎn)而改變方向，從而在轉(zhuǎn)子繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電流始終能夠保持同一個(gè)方向，使轉(zhuǎn)子感應(yīng)繞組產(chǎn)生與永磁體同向或反向磁勢(shì)，該磁勢(shì)與永磁體磁勢(shì)在氣隙內(nèi)為并聯(lián)關(guān)系，通過(guò)調(diào)節(jié)該勵(lì)磁磁勢(shì)來(lái)雙向調(diào)節(jié)氣隙磁場(chǎng)，以實(shí)現(xiàn)并聯(lián)混合勵(lì)磁。本發(fā)明通過(guò)倍極感應(yīng)原理在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)磁勢(shì)，與轉(zhuǎn)子中的永磁體共同產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)磁場(chǎng)的調(diào)節(jié)。通過(guò)感應(yīng)勵(lì)磁作用，取消了電刷—滑環(huán)系統(tǒng)，定子勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的使用使得轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流為可控全波電流。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種基于全波感應(yīng)勵(lì)磁的混合勵(lì)磁三相無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種基于全波感應(yīng)勵(lì)磁的混合勵(lì)磁三相無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[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(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，特別是具有其他電機(jī)所無(wú)法比擬的高效率而越來(lái)越受到人們的關(guān)注。但由于永磁體本身的性質(zhì)，當(dāng)負(fù)載引起電樞電流變化或者轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)，永磁發(fā)電機(jī)無(wú)法像普通電勵(lì)磁發(fā)電機(jī)那樣通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流對(duì)勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，影響負(fù)載的正常工作。
[0003]如何實(shí)現(xiàn)氣隙磁場(chǎng)的有效調(diào)節(jié)與控制一直是永磁電機(jī)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。合理改變永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)，引入輔助電勵(lì)磁繞組，實(shí)現(xiàn)氣隙磁場(chǎng)靈活調(diào)節(jié)的“混合勵(lì)磁”思想，得到國(guó)內(nèi)外電機(jī)界學(xué)者的認(rèn)可與關(guān)注，也是目前解決永磁發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)難問(wèn)題的主要方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題，提出了一種基于全波感應(yīng)的混合勵(lì)磁三相無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)，本發(fā)明通過(guò)倍極感應(yīng)原理在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)磁勢(shì)，與轉(zhuǎn)子中的永磁體共同產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)磁場(chǎng)的調(diào)節(jié)。通過(guò)感應(yīng)勵(lì)磁作用，取消了電刷一滑環(huán)系統(tǒng)，定子勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的使用使得轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流為可控全波電流，使得發(fā)電機(jī)不但具有靈活的磁場(chǎng)雙向調(diào)節(jié)能力，還能大大增加勵(lì)磁感應(yīng)系數(shù)，減小勵(lì)磁損耗，同時(shí)因?yàn)闊o(wú)電刷-滑環(huán)結(jié)構(gòu)而使得電機(jī)保持了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高的特點(diǎn)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種基于全波感應(yīng)勵(lì)磁的混合勵(lì)磁三相無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)，控制加在定子勵(lì)磁繞組上的電流方向和大小周期改變，使其建立的感應(yīng)勵(lì)磁磁場(chǎng)隨轉(zhuǎn)子磁極旋轉(zhuǎn)而改變方向，從而在轉(zhuǎn)子繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電流始終能夠保持同一個(gè)方向，使轉(zhuǎn)子感應(yīng)繞組產(chǎn)生與永磁體同向或反向磁勢(shì)，該磁勢(shì)與永磁體磁勢(shì)在氣隙內(nèi)為并聯(lián)關(guān)系，通過(guò)調(diào)節(jié)該勵(lì)磁磁勢(shì)來(lái)雙向調(diào)節(jié)氣隙磁場(chǎng)，以實(shí)現(xiàn)并聯(lián)混合勵(lì)磁。
[0007]所述同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的定子與轉(zhuǎn)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(lì)磁繞組，所述單相勵(lì)磁繞組與直流勵(lì)磁檢測(cè)控制電路組成勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。
[0009 ]所述轉(zhuǎn)子的鐵芯內(nèi)嵌有轉(zhuǎn)子感應(yīng)繞組和切向磁化的永磁體。
[0010]所述轉(zhuǎn)子的鐵芯上沖壓閉口細(xì)長(zhǎng)槽和開(kāi)口大槽，在細(xì)長(zhǎng)槽中放置永磁體，永磁體為切向充磁，在開(kāi)口大槽中放置轉(zhuǎn)子感應(yīng)繞組。
[0011 ]所述轉(zhuǎn)子感應(yīng)繞組為集中繞組，自行短接，連接順序要保證形成四極磁場(chǎng)，且在氣隙中形成的磁勢(shì)方向與永磁體的勵(lì)磁方向相同。
[0012]所述轉(zhuǎn)子感應(yīng)繞組和永磁體極數(shù)都與電樞繞組極數(shù)相同。
[0013]所述單相勵(lì)磁繞組的極數(shù)是電樞繞組極數(shù)的一半。
[0014]所述轉(zhuǎn)子感應(yīng)繞組的電流在整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期始終存在且在同一方向，是全波感應(yīng)。
[0015]所述轉(zhuǎn)子感應(yīng)繞組的磁勢(shì)與永磁體磁勢(shì)是同向或反向，可以實(shí)現(xiàn)氣隙磁場(chǎng)的雙向調(diào)節(jié)。
[0016]本發(fā)明的工作原理為:通過(guò)倍極感應(yīng)原理在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)磁勢(shì)，與轉(zhuǎn)子中的永磁體共同產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)磁場(chǎng)的調(diào)節(jié)。具體就是:轉(zhuǎn)子感應(yīng)繞組通過(guò)倍極感應(yīng)作用產(chǎn)生電流，而且通過(guò)電機(jī)位置檢測(cè)和控制電路，使加在定子勵(lì)磁繞組上的電流方向和大小周期改變，使其建立的感應(yīng)勵(lì)磁磁場(chǎng)隨轉(zhuǎn)子磁極旋轉(zhuǎn)而改變方向，從而在轉(zhuǎn)子繞組上產(chǎn)生的感應(yīng)電流始終能夠保持同一個(gè)方向，使轉(zhuǎn)子感應(yīng)繞組產(chǎn)生與永磁體同向或反向磁勢(shì)，該磁勢(shì)與永磁體磁勢(shì)在氣隙內(nèi)為并聯(lián)關(guān)系，可以通過(guò)調(diào)節(jié)該勵(lì)磁磁勢(shì)來(lái)雙向調(diào)節(jié)氣隙磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了并聯(lián)混合勵(lì)磁。
[0017]本發(fā)明的有益效果為:
[0018](I)集中了永磁同步發(fā)電機(jī)和感應(yīng)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，在定子中增加勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，通過(guò)倍極感應(yīng)原理在轉(zhuǎn)子感應(yīng)繞組中獲得可控全波電流，不需要在轉(zhuǎn)子側(cè)安裝電刷-滑環(huán)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)，勵(lì)磁效率高；
[0019](2)該電機(jī)通過(guò)倍極感應(yīng)原理在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)磁勢(shì)，與轉(zhuǎn)子中的永磁體共同產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)磁場(chǎng)的雙向調(diào)節(jié)；
[0020](3)本發(fā)明通過(guò)感應(yīng)勵(lì)磁作用，取消了電刷一滑環(huán)系統(tǒng)，定子勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的使用使得轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流為可控全波電流，提高了感應(yīng)勵(lì)磁系數(shù)和勵(lì)磁效率，使得該電機(jī)既保留了永磁電機(jī)的高功率密度和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊的特點(diǎn)，而且具有靈活的調(diào)磁能力，大大拓展了永磁電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明基于全波感應(yīng)勵(lì)磁的混合勵(lì)磁無(wú)刷發(fā)電機(jī)的二維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明電機(jī)繞組間的連接關(guān)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(zhuǎn)軸，6—轉(zhuǎn)子鐵芯，7—轉(zhuǎn)子開(kāi)口大槽，Wa:定子三相電樞繞組;Wel，We2:定子勵(lì)磁繞組線(xiàn)圈；Wf:轉(zhuǎn)子感應(yīng)繞組。
【具體實(shí)施方式】
:
[0024]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0025]如圖1所示，一種基于全波感應(yīng)勵(lì)磁的混合勵(lì)磁三相無(wú)刷發(fā)電機(jī)，包括機(jī)殼，其內(nèi)同軸安裝定子和轉(zhuǎn)子。所述定子鐵芯與普通永磁同步發(fā)電機(jī)基本相同，定子鐵芯上嵌放三相分布式電樞繞組和單相勵(lì)磁繞組，勵(lì)磁繞組與直流勵(lì)磁檢測(cè)控制電路組成勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。轉(zhuǎn)子感應(yīng)繞組和切向磁化的永磁體都嵌放于轉(zhuǎn)子鐵心中，其中，永磁體嵌放在轉(zhuǎn)子鐵芯閉口細(xì)長(zhǎng)槽中。轉(zhuǎn)子感應(yīng)繞組為集中繞組，嵌繞在轉(zhuǎn)子鐵芯開(kāi)口大槽中，自行短接，該感應(yīng)繞組和永磁體極數(shù)都與電樞繞組極數(shù)相同，勵(lì)磁繞組的極數(shù)是電樞繞組極數(shù)的一半。
[0026]具體包括同軸安裝的定子和轉(zhuǎn)子，定子和轉(zhuǎn)子之間形成氣隙。
[0027]其中定子鐵芯與普通永磁同步發(fā)電機(jī)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(lì)磁繞組，勵(lì)磁繞組的極數(shù)是電樞繞組極數(shù)的一半(圖中電樞繞組為四極)。
[0028]其中轉(zhuǎn)子鐵芯上沖壓閉口細(xì)長(zhǎng)槽和開(kāi)口大槽，在細(xì)長(zhǎng)槽中放置永磁體，永磁體為切向充磁。在開(kāi)口大槽中放置轉(zhuǎn)子感應(yīng)繞組，感應(yīng)繞組的極數(shù)與電樞繞組極數(shù)相等。
[0029]如圖2所示，轉(zhuǎn)子四個(gè)感應(yīng)繞組自行短接，連接順序要保證形成四極磁場(chǎng)，且在氣隙中形成的磁勢(shì)方向與永磁體的勵(lì)磁方向相同。定子勵(lì)磁線(xiàn)圈接直流勵(lì)磁檢測(cè)電路。
[0030]其中，定子鐵芯和轉(zhuǎn)子鐵芯均由硅鋼片沖制而成。
[0031 ]當(dāng)轉(zhuǎn)子中只有永磁體勵(lì)磁時(shí)，氣隙磁場(chǎng)完全由永磁體產(chǎn)生，該電機(jī)可看成為普通三相永磁同步發(fā)電機(jī)。
[0032]當(dāng)定子勵(lì)磁繞組流過(guò)一定量的電流時(shí)，情況發(fā)生改變。轉(zhuǎn)子感應(yīng)繞組通過(guò)倍極感應(yīng)作用產(chǎn)生電流，而且通過(guò)電機(jī)位置檢測(cè)和控制電路，使加在定子勵(lì)磁繞組上的電流方向和大小周期改變，使其建立的感應(yīng)勵(lì)磁磁場(chǎng)隨轉(zhuǎn)子磁極旋轉(zhuǎn)而改變方向，從而在轉(zhuǎn)子繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電流始終能夠保持同一個(gè)方向，因而轉(zhuǎn)子感應(yīng)繞組產(chǎn)生與永磁體同向或反向磁勢(shì)，該磁勢(shì)與永磁體磁勢(shì)在氣隙內(nèi)為并聯(lián)關(guān)系，可以通過(guò)調(diào)節(jié)該勵(lì)磁磁勢(shì)來(lái)雙向調(diào)節(jié)氣隙磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了并聯(lián)混合勵(lì)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(lì)磁繞組，且這兩套繞組的極數(shù)比為2:1。
[0034]定子單相勵(lì)磁繞組接直流勵(lì)磁檢測(cè)電路，可根據(jù)轉(zhuǎn)子位置和輸出電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁繞組的電流周期和幅值。
[0035]轉(zhuǎn)子鐵芯上同時(shí)嵌放切向磁化的永磁體和轉(zhuǎn)子感應(yīng)繞組，且二者極數(shù)相等，都等于定子三相電樞繞組極數(shù)，且永磁體與轉(zhuǎn)子感應(yīng)繞組的磁路關(guān)系為“并聯(lián)”。
[0036]本發(fā)明沒(méi)有電刷-滑環(huán)結(jié)構(gòu)，電機(jī)可靠性高。
[0037]轉(zhuǎn)子感應(yīng)繞組的電流在整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期始終存在且在同一方向，是全波感應(yīng)。
[0038]上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以?xún)?nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于全波感應(yīng)勵(lì)磁的混合勵(lì)磁三相無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)，其特征是:控制加在定子勵(lì)磁繞組上的電流方向和大小周期改變，使其建立的感應(yīng)勵(lì)磁磁場(chǎng)隨轉(zhuǎn)子磁極旋轉(zhuǎn)而改變方向，從而在轉(zhuǎn)子繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電流始終能夠保持同一方向，使轉(zhuǎn)子感應(yīng)繞組產(chǎn)生與永磁體同向或反向磁勢(shì)，該磁勢(shì)與永磁體磁勢(shì)在氣隙內(nèi)為并聯(lián)關(guān)系，通過(guò)調(diào)節(jié)該勵(lì)磁磁勢(shì)來(lái)雙向調(diào)節(jié)氣隙磁場(chǎng)，以實(shí)現(xiàn)并聯(lián)混合勵(lì)磁。2.如權(quán)利要求1所述的一種基于全波感應(yīng)勵(lì)磁的混合勵(lì)磁三相無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)，其特征是:所述同步發(fā)電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子同軸安裝。3.如權(quán)利要求1所述的一種基于全波感應(yīng)勵(lì)磁的混合勵(lì)磁三相無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)，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(lì)磁繞組，所述單相勵(lì)磁繞組與直流勵(lì)磁檢測(cè)控制電路組成勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。4.如權(quán)利要求1所述的一種基于全波感應(yīng)勵(lì)磁的混合勵(lì)磁三相無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)，其特征是:所述轉(zhuǎn)子的鐵芯內(nèi)嵌有轉(zhuǎn)子感應(yīng)繞組和切向磁化的永磁體。5.如權(quán)利要求1所述的一種基于全波感應(yīng)勵(lì)磁的混合勵(lì)磁三相無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)，其特征是:所述轉(zhuǎn)子的鐵芯上沖壓閉口細(xì)長(zhǎng)槽和開(kāi)口大槽，在細(xì)長(zhǎng)槽中放置永磁體，永磁體為切向充磁，在開(kāi)口槽中放置轉(zhuǎn)子感應(yīng)繞組。6.如權(quán)利要求1所述的一種基于全波感應(yīng)勵(lì)磁的混合勵(lì)磁三相無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)，其特征是:所述轉(zhuǎn)子感應(yīng)繞組為集中繞組，自行短接，連接順序要保證形成四極磁場(chǎng)，且在氣隙中形成的磁勢(shì)方向與永磁體的勵(lì)磁方向相同。7.如權(quán)利要求1所述的一種基于全波感應(yīng)勵(lì)磁的混合勵(lì)磁三相無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)，其特征是:所述轉(zhuǎn)子感應(yīng)繞組和永磁體極數(shù)都與電樞繞組極數(shù)相同。8.如權(quán)利要求1所述的一種基于全波感應(yīng)勵(lì)磁的混合勵(lì)磁三相無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)，其特征是:所述單相勵(lì)磁繞組的極數(shù)是電樞繞組極數(shù)的一半。9.如權(quán)利要求1所述的一種基于全波感應(yīng)勵(lì)磁的混合勵(lì)磁三相無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)，其特征是:所述轉(zhuǎn)子感應(yīng)繞組的電流在整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期始終存在且在同一方向，是全波感應(yīng)。10.如權(quán)利要求1所述的一種基于全波感應(yīng)勵(lì)磁的混合勵(lì)磁三相無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)，其特征是:所述轉(zhuǎn)子感應(yīng)繞組的磁勢(shì)與永磁體磁勢(shì)是同向或反向，實(shí)現(xiàn)氣隙磁場(chǎng)的雙向調(diào)節(jié)。
【文檔編號(hào)】H02K11/30GK105896833SQ201610495350
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年6月29日
【發(fā)明人】朱常青, 王秀和, 魏蓓, 李國(guó)建
【申請(qǐng)人】山東大學(xué)