專利名稱：帶有復(fù)合電樞繞組的永磁同步發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種永磁同步發(fā)電機(jī)，尤指一種帶有復(fù)合電樞繞組的、體積小、供電質(zhì)量好的永磁同步發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
對(duì)于傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)內(nèi)的勵(lì)磁磁場(chǎng)是由勵(lì)磁繞組和輔助勵(lì)磁繞組通以電流產(chǎn)生的，因此在勵(lì)磁過程中要消耗一定的能量，這些能量的消耗降低了發(fā)電機(jī)的效率。當(dāng)這些能量轉(zhuǎn)化為熱量時(shí)，又提高了發(fā)電機(jī)的溫升。另外，由于發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組通常設(shè)置在轉(zhuǎn)子上，為給旋轉(zhuǎn)的勵(lì)磁繞組供電，一般通過電刷和滑環(huán)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，又由于電刷的使用壽命比發(fā)電機(jī)的壽命要短的多，這就使發(fā)電機(jī)的運(yùn)行可靠性大大降低。而且，電刷和滑環(huán)在發(fā)電機(jī)運(yùn)行中隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生很大的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在通電的情況下，會(huì)產(chǎn)生電火花，對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生電磁干擾。
隨著高性能稀土永磁材料-----釹鐵硼的問世和制造技術(shù)的不斷完善，永磁材料在電機(jī)中的應(yīng)用已成為國(guó)際上研究的熱點(diǎn)。研制出了永磁同步發(fā)電機(jī)，利用釹鐵硼等高性能永磁材料取代常規(guī)發(fā)電機(jī)中的電勵(lì)磁系統(tǒng)。利用永磁材料的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度來建立發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁磁場(chǎng)，無需消耗任何能量，從而使發(fā)電機(jī)的效率提高，溫升降低，同時(shí)也省去了傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)中的勵(lì)磁繞組、電刷和滑環(huán)，使發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，體積減小，可靠性增加，對(duì)周圍環(huán)境的電磁污染降低。
盡管永磁發(fā)電機(jī)相對(duì)電勵(lì)磁發(fā)電機(jī)而言有上述諸多優(yōu)點(diǎn)，但是其本身又有難以克服的缺點(diǎn)1、由于永磁材料所產(chǎn)生的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁磁場(chǎng)不能調(diào)節(jié)，使得發(fā)電機(jī)輸出電壓難以控制。2、由于永磁材料和加工工藝的分散性，而且釹鐵硼的溫度系數(shù)較大，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)輸出電壓分散，偏離額定值。使永磁發(fā)電機(jī)的應(yīng)用受到很大的限制，特別是在對(duì)供電質(zhì)量要求較高的領(lǐng)域難以推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供了一種供電質(zhì)量好、輸出電壓穩(wěn)定、效率高、節(jié)能效果顯著、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的帶有復(fù)合電樞繞組的永磁同步發(fā)電機(jī)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計(jì)方案一種帶有復(fù)合電樞繞組的永磁同步發(fā)電機(jī)，它由發(fā)電機(jī)和自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)構(gòu)成；所述發(fā)電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、電樞繞組、永磁體、機(jī)殼組成；所述電樞繞組為復(fù)合電樞繞組，它由主繞組和一組或數(shù)組調(diào)壓繞組構(gòu)成；所述主繞組與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的電樞繞組相同，可以是單相或多相繞組；所述調(diào)壓繞組的相數(shù)與主繞組相數(shù)相同；所述自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述主繞組的端電壓，根據(jù)主繞組的端電壓控制所述調(diào)壓繞組與所述主繞組的串聯(lián)方式和串聯(lián)個(gè)數(shù)。
所述復(fù)合電樞繞組位于轉(zhuǎn)子上為復(fù)合轉(zhuǎn)子電樞繞組。
所述復(fù)合電樞繞組位于定子上為復(fù)合定子電樞繞組。
所述自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)主要由電壓取樣電路、電壓比較電路、功率驅(qū)動(dòng)電路、電壓電流取樣電路、電壓電流保護(hù)電路和繼電器組或大功率開關(guān)器件組等構(gòu)成；電壓取樣電路的信號(hào)輸入端與發(fā)電機(jī)復(fù)合電樞繞組的主繞組兩端相連，其信號(hào)輸出端與電壓比較電路的一端相連；電壓比較電路的信號(hào)輸出端通過功率驅(qū)動(dòng)電路與繼電器組或大功率開關(guān)器件組相連，繼電器組或大功率開關(guān)器件組的輸出觸點(diǎn)與調(diào)壓繞組相連；電壓電流取樣電路的信號(hào)輸入端與發(fā)電機(jī)額定電壓輸出端相連，其信號(hào)輸出端通過電壓電流保護(hù)電路、功率驅(qū)動(dòng)電路與繼電器組或大功率開關(guān)器件組相連。
由于本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，即在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子或定子電樞繞組上串聯(lián)一組或多組調(diào)壓繞組，使轉(zhuǎn)子或定子上的電樞繞組變?yōu)閺?fù)合電樞繞組；然后，通過自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)根據(jù)主繞組端電壓，控制與主繞組正向/反向串聯(lián)的調(diào)壓繞組個(gè)數(shù)，從而使發(fā)電機(jī)輸出電壓保持在允許的輸出電壓范圍內(nèi)，發(fā)電機(jī)輸出電壓更穩(wěn)定、供電品質(zhì)更好，而且結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單。本發(fā)明與傳統(tǒng)的電勵(lì)磁發(fā)電機(jī)相比，更具有以下優(yōu)點(diǎn)1、電機(jī)效率高，節(jié)能效果顯著。由于本發(fā)明采用永磁磁體產(chǎn)生磁場(chǎng)，在勵(lì)磁過程中無需消耗任何能量，而傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)電勵(lì)磁線圈和勵(lì)磁輔助線圈中的電阻將能量轉(zhuǎn)化為熱能，在勵(lì)磁過程中消耗大量的能量，因此，本發(fā)明節(jié)能效果顯著、電機(jī)效率高。2、電機(jī)溫升低，過載能力強(qiáng)，適合在惡劣環(huán)境下工作。3、輸出電壓穩(wěn)定、波形畸形率低、供電質(zhì)量好。4、本發(fā)明采用自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)控制、調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出電壓，故發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性好。5、由于本發(fā)明采用永磁體產(chǎn)生勵(lì)磁磁場(chǎng)，無需電刷、集電環(huán)等結(jié)構(gòu)，故結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠性高、使用壽命長(zhǎng)。6、本發(fā)明基本消除了齒諧波，噪聲小，電磁干擾極小。本發(fā)明通過磁場(chǎng)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，將發(fā)電機(jī)中齒諧波的影響降低到可忽略不計(jì)的程度，其輸出電壓中的齒諧波基本為零，其他各高次諧波分量也遠(yuǎn)小于常規(guī)電勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，使電機(jī)的電磁噪聲大幅下降，對(duì)通訊設(shè)備和電子儀器的干擾變得非常微小。


圖1為本發(fā)明復(fù)合電樞繞組及自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)原理框2、圖3、圖4為本發(fā)明復(fù)合電樞繞組及自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)具體電路圖
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
如圖1所示，本發(fā)明帶有復(fù)合電樞繞組的永磁同步發(fā)電機(jī)由發(fā)電機(jī)1和自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)2兩部分組成，發(fā)電機(jī)可通過機(jī)械傳動(dòng)裝置與柴油機(jī)或汽油機(jī)等相連構(gòu)成發(fā)電機(jī)組。發(fā)電機(jī)1與傳統(tǒng)永磁同步發(fā)電機(jī)的區(qū)別在于它的轉(zhuǎn)子或定子電樞繞組為復(fù)合電樞繞組。如圖1所示，復(fù)合轉(zhuǎn)子電樞繞組或復(fù)合定子電樞繞組是由一組主繞組和若干組調(diào)壓繞組構(gòu)成。主繞組與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的電樞繞組相同，可以是單相或多相繞組。調(diào)壓繞組的相數(shù)與主繞組相數(shù)相同，且其相繞組軸線的空間位置與主繞組的相繞組軸線的空間位置基本相同。
調(diào)壓繞組可以是一組也可以是多組，不同的調(diào)壓繞組的匝數(shù)和分布可以相同也可以不同，但是，調(diào)壓繞組的數(shù)目、匝數(shù)和分布要根據(jù)調(diào)壓和電壓輸出波形的要求而定，原則是通過部分或全部調(diào)壓繞組與主繞組的串聯(lián)即感應(yīng)電勢(shì)的矢量迭加，使發(fā)電機(jī)在不同負(fù)載情況下，輸出電壓變化范圍均保持在允許范圍內(nèi)，并適當(dāng)考慮調(diào)壓繞組的分布，使其與主繞組的合成電壓波形即發(fā)電機(jī)輸出電壓波形畸變率符合設(shè)計(jì)要求。
為了控制與主繞組串聯(lián)的調(diào)壓繞組的個(gè)數(shù)，本發(fā)明還設(shè)計(jì)了自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)2。如圖1所示，自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)2主要由電壓取樣電路、電壓比較電路、功率驅(qū)動(dòng)電路、電壓電流取樣電路、電壓電流保護(hù)電路和繼電器組或大功率開關(guān)器件組等構(gòu)成。電壓取樣電路的信號(hào)輸入端與發(fā)電機(jī)復(fù)合電樞繞組主繞組兩端相連，其信號(hào)輸出端與電壓比較電路的一端相連；電壓比較電路的信號(hào)輸出端通過功率驅(qū)動(dòng)電路與繼電器組或大功率開關(guān)器件組相連；繼電器組或大功率開關(guān)器件組的輸出觸點(diǎn)與調(diào)壓繞組相連，控制調(diào)壓繞組與主繞組串聯(lián)方式及串聯(lián)個(gè)數(shù)。同時(shí)，電壓電流取樣電路的信號(hào)輸入端又與發(fā)電機(jī)額定電壓輸出端相連，其信號(hào)輸出端通過電壓電流保護(hù)電路、功率驅(qū)動(dòng)電路與繼電器組或大功率開關(guān)器件組相連，當(dāng)發(fā)生電機(jī)過流、過壓情況，使電機(jī)停止工作。
由于現(xiàn)有的永磁發(fā)電機(jī)的永磁磁場(chǎng)的大小是不可調(diào)節(jié)的，當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)載或溫度變化時(shí)，它的輸出電壓也隨之變化，這一變化通常超出了用戶所允許的電壓變化范圍。本發(fā)明通過復(fù)合電樞繞組和與其配套的自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)，在不加裝可調(diào)節(jié)的電勵(lì)磁系統(tǒng)的情況下，使發(fā)電機(jī)輸出電壓保持在一個(gè)很小的范圍內(nèi)變化。本發(fā)明的工作原理是當(dāng)發(fā)電機(jī)在空載和負(fù)載運(yùn)行時(shí)，其勵(lì)磁磁場(chǎng)在復(fù)合電樞繞組的主繞組和調(diào)壓繞組內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)中的電壓取樣電路不斷地對(duì)復(fù)合電樞繞組的主繞組的端電壓進(jìn)行取樣，并與預(yù)先設(shè)定的允許電壓最大值和最小值進(jìn)行比較。如果大于允許電壓的最大值，功率驅(qū)動(dòng)電路將觸發(fā)繼電器組或大功率開關(guān)器件組動(dòng)作，將一組或多組調(diào)壓繞組與主繞組反向串聯(lián)，使發(fā)電機(jī)的輸出電壓即主繞組和調(diào)壓繞組的合成電壓保持在允許范圍之內(nèi)；如果主繞組的端電壓小于允許電壓的最小值，功率驅(qū)動(dòng)電路將觸發(fā)繼電器組或大功率開關(guān)器件組動(dòng)作，將一組或多組調(diào)壓繞組與主繞組正向串聯(lián)，使發(fā)電機(jī)的輸出電壓保持在允許范圍之內(nèi)。
圖2、圖3、圖4為本發(fā)明自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)具體電路圖。如圖所示，電壓取樣電路(變壓器TF1、D26～27、R7～R9、R36、R47等)的信號(hào)輸入端與復(fù)合電樞繞組的主繞組兩端IN1、IN2相連；其信號(hào)輸出端V與電壓比較電路(比較器U1A～U1D)的一端相連，電壓比較電路的信號(hào)輸出端通過功率驅(qū)動(dòng)電路(U4A、U4B)與繼電器線圈相連，繼電器組的RLY1、RLY2、RLY3、RLY4的觸點(diǎn)與調(diào)壓繞組V10、V20相連。正常情況下，繼電器組的觸點(diǎn)不動(dòng)作，調(diào)壓繞組與主繞組不串聯(lián)，復(fù)合電樞繞組只有主繞組工作；當(dāng)主繞組端電壓大于允許電壓的最大值時(shí)，功率驅(qū)動(dòng)電路將觸發(fā)繼電器組動(dòng)作，繼電器組的RLY1或RLY2或RLY1和RLY2的觸點(diǎn)動(dòng)作，將一組或兩組調(diào)壓繞組與主繞組反向串聯(lián)，使發(fā)電機(jī)的輸出電壓即主繞組和調(diào)壓繞組的合成電壓保持在允許范圍之內(nèi)；當(dāng)主繞組的端電壓小于允許電壓的最小值時(shí)，功率驅(qū)動(dòng)電路將觸發(fā)繼電器組動(dòng)作，繼電器組的RLY1或RLY2或RLY1和RLY2與RLY3和RLY4的觸點(diǎn)共同動(dòng)作，將一組或兩組調(diào)壓繞組與主繞組正向串聯(lián)，從而使發(fā)電機(jī)的輸出電壓保持在允許范圍之內(nèi)，使永磁發(fā)電機(jī)的輸出電壓穩(wěn)定、供電質(zhì)量好。同時(shí)，本發(fā)明電壓電流保護(hù)電路(變壓器TF3、整流橋D29、比較器U3A、U3B等)還對(duì)發(fā)電機(jī)的額定輸出電壓、電流進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)過壓、過流情況時(shí)，電壓電流保護(hù)電路通過功率驅(qū)動(dòng)電路(U4C)使繼電器組動(dòng)作，繼電器RLY5的常閉觸點(diǎn)動(dòng)作，使發(fā)電機(jī)停止工作。
本發(fā)明也可用于電勵(lì)磁發(fā)電機(jī)中，調(diào)節(jié)其輸出電壓，使發(fā)電機(jī)輸出電壓更穩(wěn)定，供電質(zhì)量更好。
本發(fā)明在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，采用IP23防護(hù)等級(jí)，其外形尺寸比同功率的傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)小很多，這樣不僅節(jié)省了空間，而且減小了整機(jī)的重量。另外，本發(fā)明采用高性能的稀土永磁體，不需要?jiǎng)?lì)磁繞組和直流勵(lì)磁電源，也就取消了容易出現(xiàn)問題的集電環(huán)和電刷裝置，成為無刷電機(jī)，因此，發(fā)電機(jī)效率高、耗能低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、運(yùn)行更可靠。
以上是對(duì)本發(fā)明較佳實(shí)施例的敘述，是為闡明本發(fā)明的發(fā)明目的，而無意限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，任何基于以上技術(shù)方案或?qū)嵤├男薷幕虻刃ё兓鶎儆诒景l(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種帶有復(fù)合電樞繞組的永磁同步發(fā)電機(jī)，其特征在于它由發(fā)電機(jī)和自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)構(gòu)成；所述發(fā)電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、電樞繞組、永磁體、機(jī)殼組成；所述電樞繞組為復(fù)合電樞繞組，它由主繞組和一組或數(shù)組調(diào)壓繞組構(gòu)成；所述主繞組與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的電樞繞組相同，可以是單相或多相繞組；所述調(diào)壓繞組的相數(shù)與主繞組相數(shù)相同；所述自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述主繞組的端電壓，根據(jù)主繞組的端電壓控制所述調(diào)壓繞組與所述主繞組的串聯(lián)方式和串聯(lián)個(gè)數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有復(fù)合電樞繞組的永磁同步發(fā)電機(jī)，其特征在于所述復(fù)合電樞繞組位于轉(zhuǎn)子上為復(fù)合轉(zhuǎn)子電樞繞組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有復(fù)合電樞繞組的永磁同步發(fā)電機(jī)，其特征在于所述復(fù)合電樞繞組位于定子上為復(fù)合定子電樞繞組。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的帶有復(fù)合電樞繞組的永磁同步發(fā)電機(jī)，其特征在于所述自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)主要由電壓取樣電路、電壓比較電路、功率驅(qū)動(dòng)電路、電壓電流取樣電路、電壓電流保護(hù)電路和繼電器組或大功率開關(guān)器件組等構(gòu)成；電壓取樣電路的信號(hào)輸入端與發(fā)電機(jī)復(fù)合電樞繞組的主繞組兩端相連，其信號(hào)輸出端與電壓比較電路的一端相連；電壓比較電路的信號(hào)輸出端通過功率驅(qū)動(dòng)電路與繼電器組或大功率開關(guān)器件組相連，繼電器組或大功率開關(guān)器件組的輸出觸點(diǎn)與調(diào)壓繞組相連；電壓電流取樣電路的信號(hào)輸入端與發(fā)電機(jī)額定電壓輸出端相連，其信號(hào)輸出端通過電壓電流保護(hù)電路、功率驅(qū)動(dòng)電路與繼電器組或大功率開關(guān)器件組相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶有復(fù)合電樞繞組的永磁同步發(fā)電機(jī)，它由發(fā)電機(jī)和自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)構(gòu)成；所述發(fā)電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、電樞繞組、永磁體、機(jī)殼組成。所述定子電樞繞組或轉(zhuǎn)子電樞繞組為復(fù)合電樞繞組，它由主繞組和一組或數(shù)組調(diào)壓繞組構(gòu)成；所述主繞組與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的電樞繞組相同，可以是單相或多相繞組；調(diào)壓繞組的相數(shù)與主繞組相數(shù)相同。所述自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述主繞組的端電壓，根據(jù)主繞組的端電壓控制調(diào)壓繞組與主繞組的串聯(lián)方式和串聯(lián)個(gè)數(shù)。本發(fā)明輸出電壓穩(wěn)定、供電質(zhì)量好、電機(jī)效率高、節(jié)能效果顯著、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)H02K21/00GK1464624SQ0212141
公開日2003年12月31日 申請(qǐng)日期2002年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月20日
發(fā)明者夏東 申請(qǐng)人:夏東