一種高功率密度的混合勵磁同步發(fā)電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種混合勵磁同步發(fā)電機，沿軸向分為全永磁部分和輔助電勵磁部分，主要由定子鐵心、定子導磁套筒、定子電樞繞組、直流勵磁繞組、轉子鐵心極、永磁體N極、永磁體S極，轉子背軛和轉軸組成。全永磁部分位于電機中部，輔助電勵磁部分位于電機兩側，轉子鐵心極和永磁極交錯排列，在定子內(nèi)布置兩組環(huán)形直流勵磁繞組，將定子鐵心分成三段，定子鐵心外部由導磁套筒實現(xiàn)磁路上的連接。兩側直流勵磁繞組產(chǎn)生的磁場對中間全永磁部分的作用相互抵消，調(diào)節(jié)勵磁電流對全永磁部分基本沒有影響，電機整體具有較好的對稱性。所述電機轉子無繞組、結構簡單、可高速運行、無附加氣隙并具有高功率密度，特別適用于大功率高速永磁發(fā)電系統(tǒng)。
【專利說明】一種高功率密度的混合勵磁同步發(fā)電機【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電機【技術領域】，更具體地，涉及一種高功率密度的混合勵磁同步發(fā)電機。
【背景技術】 [0002]與傳統(tǒng)的電勵磁發(fā)電機相比，永磁發(fā)電機取消了勵磁繞組，具有結構簡單、功率密度高、效率高等顯著優(yōu)點。但由于永磁發(fā)電機的氣隙磁場基本恒定，調(diào)節(jié)氣隙磁場困難從而導致電壓調(diào)節(jié)的困難，在發(fā)電機運行下，轉速變化或負載變化會造成輸出電壓的變動，對負載設備的可靠運行產(chǎn)生不利影響，阻礙了永磁發(fā)電機的發(fā)展和應用。
[0003]電勵磁發(fā)電機可以調(diào)節(jié)直流或交流勵磁電流，從而能夠方便地調(diào)節(jié)氣隙磁場，保持輸出電壓恒定。但其功率密度較低，結構復雜，特別是勵磁繞組在轉子上時需要電刷滑環(huán)或旋轉整流器，因此難以實現(xiàn)電機的高速運行。
[0004]混合勵磁發(fā)電機綜合了上述兩種電機的優(yōu)點又能克服其缺陷，在永磁發(fā)電機的基礎上引入輔助電勵磁繞組，達到改善永磁發(fā)電機調(diào)壓性能的目的。近年來，國內(nèi)外學者對混合勵磁發(fā)電機結構進行了深入的研究，但現(xiàn)有結構都存在不同的缺陷。電勵磁繞組位于轉子上的混合勵磁發(fā)電機結構復雜，且勵磁磁勢只能單向調(diào)節(jié)，勵磁功率損耗較大；電勵磁繞組位于定子上的結構雖然適合高速運行，但是大多數(shù)存在附加氣隙，降低了電機的功率密度和材料利用率，不適合用作大功率高速永磁發(fā)電系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有結構存在的缺陷，提供一種轉子無繞組、結構簡單、可高速運行、無附加氣隙并具有高功率密度的混合勵磁同步發(fā)電機。
[0006]本發(fā)明提供了一種混合勵磁同步發(fā)電機，所述發(fā)電機包括定子和轉子，定子由定子鐵心、環(huán)形直流勵磁繞組、定子電樞繞組和導磁套筒組成，在所述定子鐵心內(nèi)布置有兩組環(huán)形直流勵磁繞組，將所述定子鐵心分成三段，在所述定子鐵心上沿徑向分布有定子電樞繞組，定子鐵心的外部套有導磁套筒實現(xiàn)磁路連接；定子鐵心內(nèi)部為轉子，轉子與定子鐵心之間留有磁氣隙，轉子由轉軸、轉子背軛、轉子永磁極和轉子鐵心極和組成，轉子的表面裝有轉子永磁極和轉子鐵心極，轉子永磁極和轉子鐵心極的內(nèi)部是轉子背軛，轉子背軛的內(nèi)部是轉軸，在所述轉子表面與定子鐵心中間段對應的位置裝有轉子永磁極，在所述轉子表面與定子鐵心側邊兩段對應的位置裝有轉子永磁極和轉子鐵心極；發(fā)電機與定子鐵心對應的中間段形成全永磁部分，發(fā)電機與定子鐵心對應的側邊兩段形成輔助電勵磁部分，全永磁部分位于電機中部，輔助電勵磁部分位于電機兩側。
[0007]優(yōu)選地，在全永磁部分對應的轉子中間段，永磁體N極與永磁體S極沿圓周依次排列，在輔助電勵磁部分對應的轉子側邊兩段，永磁體與轉子鐵心極交錯布置。
[0008]優(yōu)選地，轉子部分的永磁體為內(nèi)置式或表貼式結構，充磁方式采用徑向充磁、平行充磁或海爾貝克充磁方式。[0009]優(yōu)選地，定子部分利用水冷機套散熱，并對環(huán)形直流勵磁繞組進行灌膠處理，從而提高定子整體的散熱性能。
[0010]優(yōu)選地，定子鐵心由硅鋼片疊壓而成。
[0011]具體地，定子電樞繞組為三相或多相。
[0012]本發(fā)明的工作原理是:由永磁體提供發(fā)電機的主磁場，由輔助的電勵磁繞組來實現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)所需要的磁場變化。永磁體的磁通路徑為永磁體N極一氣隙一定子鐵心一定子導磁套筒一定子鐵心一氣隙一永磁體S極一轉子背軛一永磁體N極。直流勵磁繞組產(chǎn)生的電勵磁磁通路徑為轉子鐵心極一氣隙一定子鐵心一定子導磁套筒一定子鐵心一氣隙一轉子鐵心極一轉子背軛一轉子鐵心極。永磁體和直流勵磁繞組產(chǎn)生的磁場在氣隙中疊加，共同作用在定子電樞繞組上感應出電動勢。
[0013]所述定子內(nèi)的兩組直流勵磁繞組的電流方向相同，可以雙向調(diào)節(jié)，當直流勵磁電流為正時，沿轉子軸向分布的鐵心極和永磁極磁場方向相同，疊加后氣隙磁場增強，輸出電壓增大；當直流勵磁電流為負時，沿轉子軸向分布的鐵心極和永磁極磁場方向相反，從而使氣隙磁場減弱，輸出電壓減小。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有混合勵磁電機相比，具有以下特點:
[0015](I)兩側直流勵磁繞組產(chǎn)生的磁場對中間全永磁部分的作用相互抵消，調(diào)節(jié)勵磁電流對全永磁部分基本沒有影響，電機整體具有較好的對稱性。
[0016](2)直流勵磁繞組位于定子上，實現(xiàn)了無刷化勵磁，轉子上沒有繞組，增加了電機的可靠性，有利于電機的高速運行。
[0017](3)電勵磁磁路不經(jīng)過永磁體，不存在附加氣隙，所需電勵磁磁動勢小，電勵磁效率高，調(diào)節(jié)勵磁電流不會引起永磁體的不可逆失磁。
[0018](4)全永磁部分作為電機的主發(fā)電部分，使電機具有較高的功率密度，合理設計全永磁部分和輔助電勵磁部分的比例，可以滿足不同應用場合的調(diào)壓要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明實施例的結構示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明實施例的轉子結構圖；
[0021]圖3為本發(fā)明實施例的全永磁部分的截面圖；
[0022]圖4為本發(fā)明實施例的輔助電勵磁部分的截面圖；
[0023]在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中:
[0024]1-定子鐵心2-定子導磁套筒3-定子電樞繞組4-直流勵磁繞組5-轉子鐵心極6-永磁體N極7-永磁體S極8-轉子背軛9-轉軸
【具體實施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0026]如圖1所示，為本發(fā)明的混合勵磁同步發(fā)電機結構示意圖，由定子鐵心1、定子導磁套筒2、定子電樞繞組3、直流勵磁繞組4、轉子鐵心極5、永磁體N極6、永磁體S極7，轉子背軛8和轉軸9組成。全永磁部分位于電機中部，輔助電勵磁部分位于電機兩側，在定子內(nèi)布置兩組環(huán)形直流勵磁繞組4，將定子鐵心I分成三段，定子鐵心外部由導磁套筒2實現(xiàn)磁路上的連接。
[0027]在本實施例中，轉子采用徑向充磁的表貼式磁鋼結構，如圖2所示，轉子為兩對極，轉子中部的永磁體N極6與永磁體S極7沿圓周依次排列,轉子兩側的永磁體與鐵心極5交錯布置。由于環(huán)形勵磁繞組4對兩側的鐵心極5作用相反，交錯布置的鐵心極5可以使兩組勵磁繞組4產(chǎn)生的電勵磁磁勢對氣隙磁場的作用相同，即同時增磁或同時去磁。兩組環(huán)形勵磁繞組4的電流大小相等，方向相同，產(chǎn)生的電勵磁磁勢對轉子中部永磁體的作用相互抵消，調(diào)節(jié)勵磁電流對全永磁部分基本沒有影響，電機整體具有較好的對稱性。高速運行時，需要在永磁體外加護套，護套材料可選用碳纖維或不銹鋼。
[0028]本發(fā)明的定子鐵心I由硅鋼片疊壓而成，定子電樞繞組3可以為三相或多相。本實施例的定子為48槽，全永磁部分的截面圖如圖3所示，設計方法與傳統(tǒng)的永磁電機相同，此處不再贅述，通過永磁體的削極可以改善氣隙磁場。輔助電勵磁部分的截面圖如圖4所示，永磁體的磁場基本恒定，調(diào)節(jié)直流勵磁電流的大小和方向，可以改變鐵心極5磁場的大小和方向。當直流勵磁電流為正時，沿轉子軸向分布的鐵心極和永磁極磁場方向相同，疊加后氣隙磁場增強；當直流勵磁電流為負時，沿轉子軸向分布的鐵心極和永磁極磁場方向相反，使氣隙磁場減弱。由于永磁磁勢和電勵磁磁勢共同作用于電樞繞組2,從而可以有效地調(diào)節(jié)電機的輸出電壓。合理設計全永磁部分和輔助電勵磁部分的比例，可以滿足不同應用場合的調(diào)壓要求。
[0029]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種混合勵磁同步發(fā)電機，其特征在于，所述發(fā)電機包括定子和轉子，定子由定子鐵心(I)、環(huán)形直流勵磁繞組(4)、定子電樞繞組(3)和導磁套筒(2)組成，在所述定子鐵心(I)內(nèi)布置有兩組環(huán)形直流勵磁繞組(4)，將所述定子鐵心(I)分成三段，在所述定子鐵心(I)上沿徑向分布有定子電樞繞組(3)，定子鐵心(I)的外部套有導磁套筒(2)實現(xiàn)磁路連接；定子鐵心(I)內(nèi)部為轉子，轉子與定子鐵心(I)之間留有磁氣隙(10)，轉子由轉軸(9)、轉子背軛(8)、轉子永磁極和轉子鐵心極(5)和組成，轉子的表面裝有轉子永磁極和轉子鐵心極(5)，轉子永磁極和轉子鐵心極(5)的內(nèi)部是轉子背軛(8)，轉子背軛(8)的內(nèi)部是轉軸(9)，在所述轉子表面與定子鐵心(I)中間段對應的位置裝有轉子永磁極，在所述轉子表面與定子鐵心(I)側邊兩段對應的位置裝有轉子永磁極和轉子鐵心極(5);發(fā)電機與定子鐵心(I)對應的中間段形成全永磁部分，發(fā)電機與定子鐵心(I)對應的側邊兩段形成輔助電勵磁部分，全永磁部分位于電機中部，輔助電勵磁部分位于電機兩側。
2.如權利要求1所述的混合勵磁同步發(fā)電機，其特征在于，在全永磁部分對應的轉子中間段，永磁體N極(6)與永磁體S極(7)沿圓周依次排列，在輔助電勵磁部分對應的轉子側邊兩段，永磁體與轉子鐵心極(5)交錯布置。
3.如權利要求1或2所述的混合勵磁同步發(fā)電機，其特征在于，轉子部分的永磁體為內(nèi)置式或表貼式結構，充磁方式采用徑向充磁、平行充磁或海爾貝克充磁方式。
4.如權利要求1至3任一項所述的混合勵磁同步發(fā)電機，其特征在于:定子部分利用水冷機套散熱，并對環(huán)形直流勵磁繞組(4)進行灌膠處理。
5.如權利要求1至4任一項所述的混合勵磁同步發(fā)電機，其特征在于，定子鐵心(I)由硅鋼片疊壓而成。
6.如權利要求1至5任一項所述的混合勵磁同步發(fā)電機，其特征在于，定子電樞繞組(3)為三相或多相。
【文檔編號】H02K1/12GK103560637SQ201310588768
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權日:2013年11月20日
【發(fā)明者】林楠, 王東, 魏錕, 陳俊全, 林黃達 申請人:中國人民解放軍海軍工程大學