專(zhuān)利名稱(chēng)：一種永磁無(wú)刷恒壓發(fā)電機(jī)及其穩(wěn)壓方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)電機(jī)，尤其涉及一種永磁無(wú)刷恒壓發(fā)電機(jī)。另外，本發(fā)明還涉及
該發(fā)電機(jī)的穩(wěn)壓方法。
背景技術(shù)：
并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)是將風(fēng)輪捕獲的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能并輸送到恒壓、恒頻電網(wǎng)中 去。在大功率電力電子技術(shù)不夠成熟時(shí)，改變發(fā)電機(jī)發(fā)出風(fēng)電的頻率、電壓是非常困難的。 為了能把風(fēng)電直接輸送到電網(wǎng)中，只有選用與電網(wǎng)同頻率的交流異步發(fā)電機(jī)或交流同步發(fā) 電機(jī)。異步發(fā)電機(jī)只能運(yùn)行在同步轉(zhuǎn)速以上1% 4%左右轉(zhuǎn)速差范圍內(nèi)，同步發(fā)電機(jī)只能 運(yùn)行在同步轉(zhuǎn)速。為了使發(fā)電機(jī)頻率適合電網(wǎng)，必須用大變速比的齒輪箱與恒速風(fēng)輪連接， 使風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、風(fēng)電與電網(wǎng)的頻率都相匹配。這兩種電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是不經(jīng)逆變而直 接并網(wǎng)，但存在諸多不足l、電機(jī)的功率-轉(zhuǎn)速特性較硬，不易與風(fēng)輪的輸出特性曲線(xiàn)很好 地匹配，也很難提高捕獲風(fēng)能效率以最大限度地吸收風(fēng)能；2、在并網(wǎng)時(shí)易對(duì)機(jī)組及電網(wǎng)造 成沖擊；3、由于風(fēng)速的不穩(wěn)定性，易對(duì)齒輪箱產(chǎn)生沖擊而使齒輪箱損壞，維護(hù)成本高；4、發(fā) 電機(jī)要經(jīng)常處于停機(jī)、低速發(fā)電、高速發(fā)電的頻繁投入、切出狀態(tài)，控制復(fù)雜，易出故障；5、 發(fā)電機(jī)在低負(fù)載時(shí)空載損耗較大，難以提高輕載時(shí)效率，高效率區(qū)不大，而且只能由平均捕 捉風(fēng)能效率較低的恒速風(fēng)輪驅(qū)動(dòng)。對(duì)于同步發(fā)電機(jī)而言，還需有一套勵(lì)磁電源及其控制系 統(tǒng)。因此這種發(fā)電方案既效率不夠高，極不經(jīng)濟(jì)；又結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加了生產(chǎn)成本。
為了提高風(fēng)輪捕捉風(fēng)能的效率，從空氣動(dòng)力學(xué)角度考慮，通過(guò)優(yōu)化，可以設(shè)計(jì)出 幾乎在所有的風(fēng)況下都具有較高能量轉(zhuǎn)換效率的變速風(fēng)輪。試驗(yàn)表明，在平均風(fēng)速6. 7m/ s時(shí)，變速風(fēng)輪要比恒速風(fēng)輪多捕捉15%的風(fēng)能。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，大功率交流 變頻技術(shù)已得到推廣應(yīng)用，大功率風(fēng)電的穩(wěn)壓和變頻并網(wǎng)已可以實(shí)現(xiàn)，因此風(fēng)輪轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn) 速變化與電網(wǎng)的頻率沒(méi)有必然的直接關(guān)系。為此，世界上各生產(chǎn)廠(chǎng)家又開(kāi)發(fā)出新型的由變 速風(fēng)輪驅(qū)動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，但該類(lèi)發(fā)電機(jī)仍存在穩(wěn)壓輸出的問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)永磁發(fā)電機(jī)的穩(wěn) 壓輸出，現(xiàn)有技術(shù)中也已提出一些解決辦法，如國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局1996年10月30日公開(kāi)的 95111026. 8號(hào)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)，公開(kāi)了一種穩(wěn)壓永磁發(fā)電機(jī)及其穩(wěn)壓方法。所述發(fā)電機(jī)包括 定子、轉(zhuǎn)子、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)、執(zhí)行電機(jī)和取樣控制電路，轉(zhuǎn)子與發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸相連接，取樣 控制電路與發(fā)電機(jī)電壓輸出端相連接，執(zhí)行電機(jī)與取樣控制電路相連接，執(zhí)行電機(jī)通過(guò)蝸 輪蝸桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)一根絲杠作軸向運(yùn)動(dòng)，該絲杠的一端與定子相固定。其穩(wěn)壓方法是通過(guò)控 制電路和調(diào)壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)負(fù)載變化來(lái)調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、定子的相對(duì)位置，從而改變定、轉(zhuǎn) 子間的磁場(chǎng)耦合狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。這種方法的缺點(diǎn)是1、由于需增設(shè)取樣控制電路和 調(diào)壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)、執(zhí)行電機(jī)等諸多設(shè)備，控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)都較為復(fù)雜，大大提高了生產(chǎn)成 本；2、由于其具有復(fù)雜的調(diào)壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，很難在大型發(fā)電機(jī)(例如麗級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī))上應(yīng) 用(因?yàn)槿绻笮桶l(fā)電機(jī)采用這種方法調(diào)壓，調(diào)壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)將非常龐大、結(jié)構(gòu)異常笨重，難 于實(shí)現(xiàn))。此外，1999年9月11日授權(quán)公告95239710. 2實(shí)用新型專(zhuān)利也公開(kāi)了一種穩(wěn)壓 永磁發(fā)電機(jī)，所述發(fā)電機(jī)具有與前述專(zhuān)利類(lèi)似的結(jié)構(gòu)，采用同樣的方法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓；2000年8
4月9日公開(kāi)的CN1262547號(hào)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)，公開(kāi)了一種永磁發(fā)電機(jī)輸出電壓穩(wěn)定方法及穩(wěn) 壓永磁發(fā)電機(jī)，其通過(guò)設(shè)置在同一軸線(xiàn)上的復(fù)位彈簧、平衡彈簧及彈簧調(diào)節(jié)螺母的共同作 用，來(lái)調(diào)節(jié)定子與轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)位移量從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，其穩(wěn)壓方法的本質(zhì)與前述專(zhuān)利相 同。因此這些專(zhuān)利所公開(kāi)的穩(wěn)壓方法皆存在上述諸多不足。 上述該類(lèi)發(fā)電機(jī)中，電樞鐵芯中的磁軛還沿用傳統(tǒng)技術(shù)即采用多層硅鋼片疊加
而成。該傳統(tǒng)技術(shù)方案存在諸多的缺點(diǎn)，如生產(chǎn)成本高、制作工藝復(fù)雜、整體磁軛的重量大，
重量過(guò)大會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的大型化，給安裝使用帶來(lái)不便且無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)備
的小型化發(fā)展。另外還存在一個(gè)因其自身結(jié)構(gòu)而無(wú)法實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案，即在磁軛上無(wú)法軸
向排列磁極，也就無(wú)法進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)軸向排列的磁極之間周向偏移、錯(cuò)開(kāi)。 另外，在現(xiàn)有永磁直流發(fā)電機(jī)中，磁極產(chǎn)生的方波會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，致使電機(jī)鐵
損較大，發(fā)電效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、有效、可靠的永磁 無(wú)刷恒壓發(fā)電機(jī)的穩(wěn)壓方法。 本發(fā)明要解決的另一技術(shù)問(wèn)題是，根據(jù)給定條件，提供一種只需對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行優(yōu) 化電磁設(shè)計(jì)，確定特定的電樞繞組漏電感值，無(wú)需增加任何附加設(shè)備或控制電路即能由電 機(jī)自然特性實(shí)現(xiàn)恒壓輸出的永磁直流無(wú)刷變速恒壓發(fā)電機(jī)。 按照本發(fā)明提供的一種永磁無(wú)刷恒壓發(fā)電機(jī)的穩(wěn)壓方法采用的主要技術(shù)方案為， 該發(fā)電機(jī)由變速原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，發(fā)出的恒壓直流電經(jīng)逆變器變頻后輸向恒壓負(fù)載，該發(fā)電機(jī) 在最大工作轉(zhuǎn)速時(shí)繞組漏感電抗的標(biāo)幺值等于發(fā)電機(jī)最大、最小工作轉(zhuǎn)速差與最小工作轉(zhuǎn) 速之比，其值范圍為l至1.8，該方法是根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出電壓的計(jì)算公式U二f(n) =E_X*I， 設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)的電樞鐵芯時(shí)使其用于容置電樞繞組的容置槽的深度與寬度之比在3:l至
6 : i之間，從而選取調(diào)整發(fā)電機(jī)工作時(shí)的電樞繞組的漏感電抗，使得當(dāng)該發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速在
其工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變化時(shí)，發(fā)電機(jī)的電勢(shì)E與電樞繞組的漏電抗壓降X I等量、同步變化， 從而實(shí)現(xiàn)恒壓輸出。 按照本發(fā)明提供的一種永磁無(wú)刷恒壓發(fā)電機(jī)的穩(wěn)壓方法還采用如下附屬技術(shù)方 案設(shè)計(jì)該發(fā)電機(jī)的所述電樞鐵芯時(shí)使所述容置槽的深度與寬度之比為4 : l或5 : 1;
選用導(dǎo)磁體作為封閉所述電樞繞組的槽楔，以進(jìn)一步增加所述電樞繞組的漏電感 值，從而獲得所需的漏感電抗； 按照本發(fā)明提供的永磁無(wú)刷恒壓發(fā)電機(jī)采用的主要技術(shù)方案為該發(fā)電機(jī)由變速 原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，發(fā)出的恒壓直流電經(jīng)逆變器變頻后輸向恒壓負(fù)載，所述發(fā)電機(jī)包括一定子， 包括電樞鐵芯、安裝于所述電樞鐵芯內(nèi)的繞組及用于安裝所述電樞鐵芯的鐵芯安裝架一 轉(zhuǎn)子，可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝于所述定子上，由所述變速原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，其包括永磁磁極和用于安
裝所述永磁磁極的磁極固定架；一多相全波整流器，接所述繞組的輸出端，其將電流整流后 再輸出至所述逆變器；所述電樞鐵芯上成形有多道容置槽，所述繞組安裝于所述容置槽內(nèi)，
所述容置槽的深度與寬度的之比在3:l至6:i之間。 按照本發(fā)明提供的永磁無(wú)刷恒壓發(fā)電機(jī)還采用如下附屬技術(shù)方案所述容置槽內(nèi) 安裝有槽楔，所述槽楔為導(dǎo)磁體，其將所述繞組封閉于所述容置槽內(nèi)；
所述容置槽的深度與寬度之比為4 : l或5 : i; 所述電樞鐵芯包括磁軛，所述磁軛為中空的圓筒結(jié)構(gòu)； 所述永磁磁極粘接于所述圓筒結(jié)構(gòu)的磁軛的內(nèi)表面或外表面上；所述圓筒的磁軛的截面壁厚的最大厚度小于永磁磁極寬度的六分之一； 所述永磁磁極的側(cè)壁與頂壁之間具有一楔形面，所述楔形面與側(cè)壁的夾角以及與頂壁的夾角在90度至180度之間；所述楔形面的長(zhǎng)度為永磁磁極厚度的二分之一 ；
在所述磁軛的內(nèi)表面或外表面上粘接有多組磁極組，每組磁極組由多塊永磁磁極依次沿軸向拼接而成、且依次沿周向偏移、錯(cuò)開(kāi)，每組磁極組中的首塊永磁磁極與尾塊永磁磁極之間的最大周向偏移量為永磁磁極自身寬度的1/6至1/8 ; 所述磁軛的內(nèi)表面或外表面上固定有采用非導(dǎo)磁材料或?qū)Т挪牧现瞥傻亩鄠€(gè)周向偏移定位件，所述周向偏移定位件之間形成有多個(gè)彼此周向偏移、錯(cuò)開(kāi)的定位槽，所述每組磁極組中的永磁磁極位于所述定位槽中。 采用本發(fā)明提供的一種永磁無(wú)刷恒壓發(fā)電機(jī)的穩(wěn)壓方法帶來(lái)的有益效果為(l)由于僅通過(guò)增大電樞鐵心上繞組容置槽的深、寬比來(lái)增加繞組的漏感電抗，并合理利用了電樞反應(yīng)的去磁特性，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，且保證了其穩(wěn)壓效果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，一方面，這種完全靠?jī)?yōu)化電磁設(shè)計(jì)確定的電機(jī)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的發(fā)電機(jī)，不需要增加任何檢測(cè)、控制環(huán)節(jié)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，不僅結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，成本大大降低，效率和可靠性大大提高，而且非常適用于類(lèi)似于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的這種大型發(fā)電機(jī)上；另一方面，克服了現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)偏見(jiàn)?，F(xiàn)有技術(shù)中，設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)時(shí)，為了提高發(fā)電機(jī)的效率和功率因數(shù)，提高發(fā)電機(jī)在負(fù)載變化時(shí)輸出電壓的穩(wěn)定性，一般都要努力減小繞組的漏感電抗。而本發(fā)明的發(fā)明思路剛好與其相反——通過(guò)增大漏感電抗來(lái)實(shí)現(xiàn)永磁變速恒壓發(fā)電機(jī)的恒壓輸出。因此不僅在大功率永磁直流無(wú)刷發(fā)電機(jī)變速恒壓輸出方面實(shí)現(xiàn)了飛躍性的技術(shù)突破，用電機(jī)自然輸出特性達(dá)到了永磁變速恒壓輸出的目的；而且這種新穎獨(dú)特的設(shè)計(jì)思想也給本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對(duì)永磁發(fā)電機(jī)的穩(wěn)壓研發(fā)提供了更廣闊的思路。(2)該方法在設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)的電樞鐵芯時(shí)使其用于容置電樞繞組的容置槽的深度與寬度之比在3 : l至6 : l之間，在實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出的同時(shí)，使整個(gè)電樞鐵芯的工藝性更好、且在制造的過(guò)程中更節(jié)省原材料、降低生產(chǎn)成本。整個(gè)電樞鐵芯體積更小，更易實(shí)現(xiàn)設(shè)備的小型化。 采用本發(fā)明提供的一種永磁無(wú)刷恒壓發(fā)電機(jī)帶來(lái)的有益效果為(1)發(fā)電機(jī)可與變速風(fēng)輪的輸出特性實(shí)現(xiàn)直接耦合匹配，運(yùn)行轉(zhuǎn)速變化范圍寬，最大、最小工作轉(zhuǎn)速的變化范圍可達(dá)到最大工作轉(zhuǎn)速的70%。既保持了永磁發(fā)電機(jī)的高效率、輕便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，又能在變速變負(fù)載情況下自動(dòng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，其發(fā)出的恒壓直流電只需經(jīng)逆變即可并網(wǎng)。系統(tǒng)中減少了大量的機(jī)電檢測(cè)及調(diào)控設(shè)備，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，降低造價(jià)，也提高了運(yùn)行可靠性。(2)
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)容置槽的深度與寬度之比在3 : l至6 : i之間，在實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出的基礎(chǔ)
上，制作的工藝性更好、也更節(jié)省材料、減小體積。(3)電樞鐵芯中的磁軛為中空的圓筒結(jié)
構(gòu)，取代了現(xiàn)有磁軛采用多層硅鋼片疊加而成的技術(shù)方案，生產(chǎn)制作工藝簡(jiǎn)單、安裝方便，并且重量大大減輕，有利于實(shí)現(xiàn)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的小型化發(fā)展，而且圓筒結(jié)構(gòu)只需具有一定的壁厚即可，其內(nèi)均為中空結(jié)構(gòu)，大大節(jié)省原材料，降低生產(chǎn)成本。另外，圓筒結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)
多個(gè)磁極的軸向拼接，并且可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)磁極之間可以周向偏移、錯(cuò)開(kāi)。(4)本發(fā)明在磁軛上設(shè)置多個(gè)軸向拼接的磁極，并且磁極之間在周向上偏移、錯(cuò)開(kāi)。能夠有效改善磁場(chǎng)波
6形、減小阻力矩，且實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。(5)本發(fā)明的磁極在側(cè)壁與頂壁之間具有一楔形面，該楔形面為與側(cè)壁和頂壁之間具有一定夾角的傾斜面。具有該傾斜面的磁極，形成的氣隙磁場(chǎng)更接近于正弦波，而不具有楔形面的磁極，其形成的氣隙磁場(chǎng)近似于梯形波，磁場(chǎng)的諧波分量大。與之相比，本發(fā)明提供的磁極最大限度的避免、減小諧波分量，使鐵損大大減
小，提高發(fā)電效率，延長(zhǎng)發(fā)電機(jī)的使用壽命。(6)本發(fā)明的發(fā)電機(jī)每極每項(xiàng)槽數(shù)設(shè)計(jì)為l ± e
或魯±￡ (￡《))。當(dāng)q二(士 ￡或|± ￡ (￡ <<|)時(shí)，每極接近一個(gè)槽或兩個(gè)
槽，該設(shè)計(jì)可以使電樞端部尺寸減小，減少用銅量；電樞下線(xiàn)操作簡(jiǎn)單；Q=|± ￡三相繞組
互不相疊，不需要相間絕緣，不會(huì)發(fā)生相間擊穿現(xiàn)象；(4)9二^±￡ ( e <<|)只是每?jī)上嗬@組間相互交疊，相間絕緣用量少，與q > 1相比發(fā)生相間擊穿現(xiàn)象概率低?？煽啃蕴岣?。


圖1為本發(fā)明提供的永磁無(wú)刷恒壓發(fā)電機(jī)的應(yīng)用原理示意圖； 圖2為按照本發(fā)明提供的內(nèi)轉(zhuǎn)式永磁無(wú)刷恒壓發(fā)電機(jī)的側(cè)面剖示圖； 圖3為本發(fā)明提供的永磁無(wú)刷恒壓發(fā)電機(jī)電樞繞組的平面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為電樞鐵芯磁軛、磁極的軸向剖視圖；示出磁極位于圓筒結(jié)構(gòu)的磁軛的內(nèi)表
面； 圖5為電樞鐵芯磁軛、磁極的軸向剖視圖；示出磁極位于圓筒結(jié)構(gòu)的磁軛的外表面； 圖6為磁極的側(cè)面剖視圖，示出磁極上的楔形面的結(jié)構(gòu)； 圖7為現(xiàn)有發(fā)電機(jī)采用的不具有楔形面磁極所形成的方波波形； 圖8為采用具有楔形面的磁極所產(chǎn)生的近似于正弦波的波形； 圖9為磁極在磁軛上沿周向錯(cuò)開(kāi)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖10為周向偏移定位件的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖11為圖10的A-A剖視圖； 圖12為從圓周方向看的轉(zhuǎn)子展開(kāi)圖，示出磁極周向偏移、錯(cuò)開(kāi)的結(jié)構(gòu)；
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳述 本發(fā)明提供了一種永磁無(wú)刷恒壓發(fā)電機(jī)的穩(wěn)壓方法，該發(fā)電機(jī)由變速原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，發(fā)出的恒壓直流電經(jīng)逆變器變頻后輸向恒壓負(fù)載，該發(fā)電機(jī)在最大工作轉(zhuǎn)速時(shí)繞組漏感電抗的標(biāo)幺值等于發(fā)電機(jī)最大、最小工作轉(zhuǎn)速差與最小工作轉(zhuǎn)速之比，其值范圍為1至1. 8，該方法是根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出電壓的計(jì)算公式U = f (n) = E-X *1，設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)的電樞鐵芯時(shí)使其用于容置電樞繞組的容置槽的深度與寬度之比在3 : l至6 : l之間，該比例范圍
包括3 : l和6 : i的兩個(gè)端點(diǎn)。從而選取調(diào)整發(fā)電機(jī)工作時(shí)的電樞繞組的漏感電抗，使
得當(dāng)該發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速在其工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變化時(shí)，發(fā)電機(jī)的電勢(shì)E與電樞繞組的漏電抗壓降X I等量、同步變化，從而實(shí)現(xiàn)恒壓輸出。
根據(jù)電機(jī)學(xué)理論，永磁無(wú)刷恒壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，在忽略電樞內(nèi)阻的情況下，可以等效成一個(gè)正比于轉(zhuǎn)速n變化的電勢(shì)E與一個(gè)等效電抗壓降X"組成的電源，其表達(dá)式為U = f(n) "E-X* I，其中U為發(fā)電機(jī)輸出電壓，X為電樞等效漏電抗，I為等效電流，等效漏電抗X二2JifL，L為等效漏電感。本發(fā)明的方法是根據(jù)上述表達(dá)式，通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行電磁設(shè)計(jì)，確定合適的電抗X，靠電抗壓降XI與發(fā)電機(jī)電勢(shì)E的同步變化來(lái)實(shí)現(xiàn)變速下輸出電壓U的恒定，具體措施為通過(guò)增大電樞鐵芯內(nèi)用于容置繞組的容置槽的深度、寬度比或采用適當(dāng)厚度的磁性槽楔來(lái)獲得電樞繞組合適的漏電感L值，使電樞繞組漏電抗XX = 2 fL能夠滿(mǎn)足漏抗壓降X I與電勢(shì)E等量、同步變化，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。
作為上述方法的一種具體實(shí)施方案，設(shè)計(jì)該發(fā)電機(jī)的電樞鐵芯時(shí)使容置槽111的深度與寬度之比為4 : 1。除該方案中的比例外，容置槽的深度與寬度之比也可為5 : 1。
作為上述方法的更進(jìn)一步措施，同時(shí)選用導(dǎo)磁體作為封閉電樞繞組的槽楔，以進(jìn)一步增加電樞繞組的漏電感值，從而獲得所需的漏感電抗。
用于實(shí)施上述穩(wěn)壓方法的發(fā)電機(jī)的具體實(shí)施方案，詳見(jiàn)下述。 如圖1、圖2所示， 一種永磁無(wú)刷恒壓發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)10由變速原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，發(fā)出的恒壓直流電經(jīng)逆變器20變頻后輸向恒壓負(fù)載30，發(fā)電機(jī)10包括一定子l，包括電樞鐵芯11、安裝于電樞鐵芯11內(nèi)的繞組12及用于安裝電樞鐵芯11的鐵芯安裝架13。 一轉(zhuǎn)子2，可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝于定子1上，由變速原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，其包括永磁磁極21和用于安裝永磁磁極21的磁極固定架22。 一多相全波整流器3，接繞組12的輸出端，其將電流整流后再輸出至逆變器20。如圖3所示，電樞鐵芯11上成形有多道容置槽lll，繞組12安裝于容置槽111內(nèi)，容置槽lll的深度H與寬度B的之比在3 : l至6 : l之間。 容置槽111內(nèi)安裝有槽楔14，槽楔14為導(dǎo)磁體，其將繞組12封閉于容置槽111內(nèi)。以進(jìn)一步增加電樞繞組的漏電感值，從而獲得所需的漏感電抗。 本實(shí)施例中，容置槽lll的深度H與寬度B之比為4 : 1。除此之外，也可采用容置槽lll的深度H與寬度B之比為5 : l的方案。 如圖3、圖4、圖5中所示，電樞鐵芯11包括磁軛112，磁軛112為中空的圓筒結(jié)構(gòu)。永磁磁極21粘接于圓筒結(jié)構(gòu)的磁軛112的內(nèi)表面或外表面上，以形成外轉(zhuǎn)式發(fā)電機(jī)或內(nèi)轉(zhuǎn)式發(fā)電機(jī)。如圖4所示，圓筒結(jié)構(gòu)的磁軛112的截面壁厚L的最大厚度小于永磁磁極21寬度K的六分之一。 電樞鐵芯11中的磁軛112設(shè)計(jì)為中空的圓筒結(jié)構(gòu)，取代了現(xiàn)有磁軛采用多層硅鋼片疊加而成的技術(shù)方案，生產(chǎn)制作工藝簡(jiǎn)單、安裝方便，并且重量大大減輕，有利于實(shí)現(xiàn)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的小型化發(fā)展，而且圓筒結(jié)構(gòu)只需具有一定的壁厚即可，其內(nèi)均為中空結(jié)構(gòu)，大大節(jié)省原材料，降低生產(chǎn)成本。另外，圓筒結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)磁極21的軸向拼接，并且磁極21之間可以周向偏移、錯(cuò)開(kāi)。 另外，在電樞機(jī)殼的外表面設(shè)有用于散熱的散熱片15。 如圖6所示，永磁磁極21的側(cè)壁211與頂壁212之間具有一楔形面213，該楔形面213為與側(cè)壁211和頂壁212之間具有一定夾角的傾斜面。楔形面213與側(cè)壁211的夾角c以及與頂壁212的夾角a在90度至180度之間。楔形面213的長(zhǎng)度S為永磁磁極21厚度J的二分之一。 如圖8所示，本發(fā)明采用的具有該楔形面212的磁極21，形成的氣隙磁場(chǎng)更接近于正弦波，而不具有楔形面的磁極，其形成的氣隙磁場(chǎng)近似于梯形波，磁場(chǎng)的諧波分量大，如圖7中所示。與之相比，本發(fā)明提供的磁極21的結(jié)構(gòu)，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)最大限度的避免、減小諧波分量，使鐵損大大減小，提高發(fā)電效率，延長(zhǎng)發(fā)電機(jī)的使用壽命。 如圖9至圖12所示，在磁軛112的內(nèi)表面或外表面上粘接有多組磁極組，每組磁極組由多塊永磁磁極21依次沿軸向拼接而成、且依次沿周向偏移、錯(cuò)開(kāi)，每組磁極組中的首塊永磁磁極21與尾塊永磁磁極21之間的最大周向偏移量為永磁磁極21自身寬度K的六分之一至八分之一。 如圖9所示，磁軛112的內(nèi)表面或外表面上固定有采用非導(dǎo)磁材料或?qū)Т挪牧现瞥傻亩鄠€(gè)周向偏移定位件113，周向偏移定位件113之間成形有多個(gè)彼此周向偏移、錯(cuò)開(kāi)的定位槽115，每組磁極組中的永磁磁極21位于定位槽115中。 如圖5所示，永磁磁極21外表面利用浸有樹(shù)脂的無(wú)堿玻璃絲布帶114或無(wú)諱帶114綁扎固定。 本發(fā)明提供的發(fā)電機(jī)的每極每相槽數(shù)q可以為l士 ￡或|± e (e 〈"^^)。當(dāng)
q=|± ￡或|± e ( ￡<<|)時(shí)，每極接近一個(gè)槽或兩個(gè)槽。該結(jié)構(gòu)的電樞鐵芯ll端
部尺寸小，減少用銅量；電樞鐵芯下線(xiàn)操作簡(jiǎn)單；q=| ± e三相繞組互不相疊，不需要相間
絕緣，不會(huì)發(fā)生相間擊穿現(xiàn)象；9=|± e ( ￡ <<|)只是每?jī)上嗬@組間相互交疊，相間絕緣用量少，與q > 1相比發(fā)生相間擊穿現(xiàn)象概率低，可靠性提高。
權(quán)利要求
一種永磁無(wú)刷恒壓發(fā)電機(jī)的穩(wěn)壓方法，該發(fā)電機(jī)由變速原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，發(fā)出的恒壓直流電經(jīng)逆變器變頻后輸向恒壓負(fù)載，該發(fā)電機(jī)在最大工作轉(zhuǎn)速時(shí)繞組漏感電抗的標(biāo)幺值等于發(fā)電機(jī)最大、最小工作轉(zhuǎn)速差與最小工作轉(zhuǎn)速之比，其值范圍為1至1.8，其特征在于該方法是根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出電壓的計(jì)算公式U＝f(n)＝E-X·I，設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)的電樞鐵芯時(shí)使其用于容置電樞繞組的容置槽的深度與寬度之比在3∶1至6∶1之間，從而選取調(diào)整發(fā)電機(jī)工作時(shí)的電樞繞組的漏感電抗，使得當(dāng)該發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速在其工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變化時(shí)，發(fā)電機(jī)的電勢(shì)E與電樞繞組的漏電抗壓降X·I等量、同步變化，從而實(shí)現(xiàn)恒壓輸出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁無(wú)刷恒壓發(fā)電機(jī)的穩(wěn)壓方法，其特征在于設(shè)計(jì)該發(fā)電機(jī)的所述電樞鐵芯時(shí)使所述容置槽的深度與寬度之比為4 : l或5 : i。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁無(wú)刷恒壓發(fā)電機(jī)的穩(wěn)壓方法，其特征在于選用導(dǎo)磁體作為封閉所述電樞繞組的槽楔，以進(jìn)一步增加所述電樞繞組的漏電感值，從而獲得所需的漏感電抗。
4. 一種永磁無(wú)刷恒壓發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)(10)由變速原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，發(fā)出的恒壓直流電經(jīng) 逆變器(20)變頻后輸向恒壓負(fù)載(30)，所述發(fā)電機(jī)(10)包括一定子(l)，包括電樞鐵芯(11)、安裝于所述電樞鐵芯(11)內(nèi)的繞組(12)及用于安裝 所述電樞鐵芯(11)的鐵芯安裝架(13):一轉(zhuǎn)子(2)，可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝于所述定子(1)上，由所述變速原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，其包括永 磁磁極(21)和用于安裝所述永磁磁極(21)的磁極固定架(22);一多相全波整流器(3)，接所述繞組(12)的輸出端，其將電流整流后再輸出至所述逆 變器(20);其特征在于所述電樞鐵芯(11)上成形有多道容置槽(lll)，所述繞組(12)安裝于所述容置槽(lll)內(nèi)，所述容置槽(lll)的深度與寬度的之比在3 : l至6 : l之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種永磁無(wú)刷恒壓發(fā)電機(jī)，其特征在于所述容置槽(111) 內(nèi)安裝有槽楔(14)，所述槽楔(14)為導(dǎo)磁體，其將所述繞組(12)封閉于所述容置槽(111) 內(nèi)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種永磁無(wú)刷恒壓發(fā)電機(jī)，其特征在于所述容置槽 (111)的深度與寬度之比為4 : l或5 : 1。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種永磁無(wú)刷恒壓發(fā)電機(jī)，其特征在于所述電樞鐵芯(11) 包括磁軛(112)，所述磁軛(112)為中空的圓筒結(jié)構(gòu)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種永磁無(wú)刷恒壓發(fā)電機(jī)，其特征在于所述永磁磁極(21) 粘接于所述圓筒結(jié)構(gòu)的磁軛(112)的內(nèi)表面或外表面上；所述圓筒結(jié)構(gòu)的磁軛(112)的截 面壁厚的最小厚度大于永磁磁極(21)寬度的六分之一。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種永磁無(wú)刷恒壓發(fā)電機(jī)，其特征在于所述永磁磁極(21) 的側(cè)壁(211)與頂壁(212)之間具有一楔形面(213)，所述楔形面(213)與側(cè)壁(211)的夾 角以及與頂壁的夾角在90度至180度之間，所述楔形面(213)的長(zhǎng)度為永磁磁極(21)厚 度的二分之一。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種永磁無(wú)刷恒壓發(fā)電機(jī)，其特征在于在所述磁軛(112) 的內(nèi)表面或外表面上粘接有多組磁極組，每組磁極組由多塊永磁磁極(21)依次沿軸向拼 接而成、且依次沿周向偏移、錯(cuò)開(kāi)，每組磁極組中的首塊永磁磁極(21)與尾塊永磁磁極(21)之間的最大周向偏移量為永磁磁極(21)自身寬度的六分之一至八分之一。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種永磁無(wú)刷恒壓發(fā)電機(jī)，其特征在于所述磁軛(112)的 內(nèi)表面或外表面上固定有采用非導(dǎo)磁材料或?qū)Т挪牧现瞥傻亩鄠€(gè)周向偏移定位件(113)， 所述周向偏移定位件(113)之間形成有多個(gè)彼此周向偏移、錯(cuò)開(kāi)的定位槽(115)，所述每組 磁極組中的永磁磁極(21)位于所述定位槽(115)中。
12. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種永磁無(wú)刷恒壓發(fā)電機(jī)，其特征在于所述發(fā)電機(jī)的每極每相槽數(shù)q為)土 ￡或^± e ，其中，所述￡小于4。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種永磁無(wú)刷恒壓發(fā)電機(jī)及其穩(wěn)壓方法，該發(fā)電機(jī)由變速風(fēng)輪驅(qū)動(dòng)，發(fā)出的恒壓直流電經(jīng)逆變器變頻后輸向電網(wǎng)，該發(fā)電機(jī)在最大工作轉(zhuǎn)速時(shí)電樞繞組漏電抗標(biāo)幺值X*等于發(fā)電機(jī)最大、最小工作轉(zhuǎn)速之差與最小工作轉(zhuǎn)速之比，其值范圍為1至1.8，該方法是通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)本身進(jìn)行優(yōu)化電磁設(shè)計(jì)，來(lái)增大該發(fā)電機(jī)的電樞繞組的漏電感值，從而增大發(fā)電機(jī)工作時(shí)的電樞繞組的漏感電抗，使得當(dāng)該發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速在其工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變化時(shí)，發(fā)電機(jī)的電勢(shì)E與電樞繞組的漏電抗壓降X·I等量、同步變化，從而實(shí)現(xiàn)恒壓輸出。該發(fā)電機(jī)不需要增加任何檢測(cè)、控制環(huán)節(jié)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等即能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，成本大大降低，簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、有效、可靠。
文檔編號(hào)H02P9/44GK101783643SQ20091000556
公開(kāi)日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2009年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月20日
發(fā)明者劉慧博, 劉長(zhǎng)安, 張繼鵬, 徐英振 申請(qǐng)人:包頭長(zhǎng)安永磁電機(jī)研發(fā)有限公司