專利名稱：無電勵(lì)磁轉(zhuǎn)子的并列結(jié)構(gòu)混合勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種混合勵(lì)磁同步電機(jī)，特別是一種無電勵(lì)磁轉(zhuǎn)子的并列結(jié)構(gòu)混 合勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
相對于傳統(tǒng)的電勵(lì)磁同步電機(jī)，永磁同步電機(jī)具有可靠性高、效率高以及體積小 等優(yōu)點(diǎn)。但是永磁電機(jī)由于轉(zhuǎn)子采用永磁磁鋼勵(lì)磁，氣隙磁場不容易調(diào)節(jié)，作為發(fā)電機(jī)運(yùn) 行，當(dāng)溫度升高時(shí)，永磁磁鋼會(huì)產(chǎn)生可逆退磁，使發(fā)電機(jī)輸出電壓降低，另外，當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)載 改變時(shí)，尤其是當(dāng)感性負(fù)載增大時(shí)，輸出電壓進(jìn)一步降低。通常永磁發(fā)電機(jī)的電壓變化率在 士 10%左右，對負(fù)載設(shè)備的可靠運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。于是混合勵(lì)磁同步電機(jī)被提出并進(jìn)行 了大量的研究，出現(xiàn)了多種結(jié)構(gòu)的混合勵(lì)磁電機(jī)，按電勵(lì)磁磁場與永磁磁場的疊加方式可 分為串勵(lì)式、并勵(lì)式和混勵(lì)式三種結(jié)構(gòu)，它們的主要思想是永磁磁場依然作為電機(jī)的主磁 場，電勵(lì)磁部分調(diào)節(jié)電動(dòng)勢需要調(diào)節(jié)的部分，從而保證了發(fā)電機(jī)輸出電壓的穩(wěn)定。發(fā)明專利200310106346. 1提出了一種雙凸極結(jié)構(gòu)的混合勵(lì)磁電機(jī)，它由永磁雙 凸極電機(jī)和電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)兩部分構(gòu)成，兩部分的定子繞組相串連。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)磁路磁 阻發(fā)生變化，通過改變電勵(lì)磁部分定子上勵(lì)磁繞組電流大小，可以調(diào)節(jié)電勵(lì)磁部分電樞繞 組的電動(dòng)勢。但該結(jié)構(gòu)利用磁阻式工作原理，輸出電壓正弦性不是很好，作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí) 需要變流設(shè)備才能得到高質(zhì)量的電壓。發(fā)明專利200310106347. 6提出了一種兩段結(jié)構(gòu)的混合勵(lì)磁同步電機(jī)，電機(jī)分為 永磁同步電機(jī)和電勵(lì)磁同步電機(jī)兩部分，兩部分在磁路上互相獨(dú)立，共用一套定子電樞繞 組。調(diào)節(jié)電勵(lì)磁電流，即可調(diào)節(jié)電機(jī)電動(dòng)勢的大小。但是由于勵(lì)磁電流是通過電刷和滑環(huán) 弓丨入到轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組的，降低了電機(jī)的可靠性以及環(huán)境適應(yīng)性。專利申請200810024775. 7公布了一種并列結(jié)構(gòu)的混合勵(lì)磁同步電機(jī)，電機(jī)為兩 段結(jié)構(gòu)，一段為永磁同步電機(jī)，另一段為無刷電勵(lì)磁同步電機(jī)，兩段電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸旋轉(zhuǎn)。兩 段電機(jī)在磁路上互相獨(dú)立，定子共用一套電樞繞組，兩段電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢在電樞繞組中 進(jìn)行疊加。通過改變勵(lì)磁繞組電流的大小和方向可以調(diào)節(jié)電樞繞組中電勵(lì)磁電動(dòng)勢的大小 和相位，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)電樞繞組電動(dòng)勢的調(diào)節(jié)。但是電勵(lì)磁部分采用爪極電機(jī)結(jié)構(gòu)，電勵(lì)磁 磁路上除了工作氣隙外，還存在兩段附加氣隙，需要消耗更多的電勵(lì)磁磁動(dòng)勢，降低了電勵(lì) 磁效率。

實(shí)用新型內(nèi)容為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種無電勵(lì)磁轉(zhuǎn)子的并列結(jié)構(gòu)混合勵(lì)磁 同步發(fā)電機(jī)。本實(shí)用新型的無電勵(lì)磁轉(zhuǎn)子的并列結(jié)構(gòu)混合勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)，其主要結(jié)構(gòu)件包括 端蓋、機(jī)殼、由轉(zhuǎn)軸、永磁轉(zhuǎn)子鐵心、永磁磁鋼、永磁部分定子鐵心和電樞繞組構(gòu)成的永磁電 機(jī)部分、以及由電勵(lì)磁部分內(nèi)導(dǎo)磁圓環(huán)、電勵(lì)磁定子鐵心、電勵(lì)磁繞組和電樞繞組構(gòu)成的電勵(lì)磁部分。該發(fā)電機(jī)在同一機(jī)殼內(nèi)分為永磁電機(jī)和電勵(lì)磁結(jié)構(gòu)兩部分，兩部分在軸向并 列布置，兩部分在磁路上彼此獨(dú)立，兩部分共用一套定子電樞繞組，具有相同的繞組分布形 式，通過電樞繞組將兩部分在電路上聯(lián)系起來；兩部分的感應(yīng)電動(dòng)勢在電樞繞組中進(jìn)行疊 加。在電勵(lì)磁部分定子鐵心中除了上述電樞繞組外還嵌放另外一套交流勵(lì)磁繞組，在 電勵(lì)磁部分定子內(nèi)圓上增加一導(dǎo)磁圓環(huán)作為內(nèi)磁軛，為電勵(lì)磁磁場和電樞磁場提供通路， 電勵(lì)磁繞組和電樞繞組之間是類似于變壓器原、副邊繞組之間的強(qiáng)耦合，電勵(lì)磁需要的磁 動(dòng)勢少，電勵(lì)磁效率高；另勵(lì)磁電流直接加在勵(lì)磁部分定子的勵(lì)磁繞組上，電勵(lì)磁采用無刷 結(jié)構(gòu)，環(huán)境適應(yīng)性好。永磁同步電機(jī)部分為傳統(tǒng)的表面磁鋼或內(nèi)置式永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)，定子鐵心由硅鋼片 疊壓而成，定子極/槽配合采用傳統(tǒng)的分布繞組甚至分?jǐn)?shù)槽的極/槽比，以降低電樞繞組電 動(dòng)勢中的諧波含量。永磁轉(zhuǎn)子通過選擇合適的極弧系數(shù)或磁極形狀優(yōu)化進(jìn)一步減小電樞繞 組電動(dòng)勢中的諧波含量。電勵(lì)磁定子鐵心與永磁部分定子鐵心具有相同的齒槽數(shù)，但是齒 槽深度比永磁電機(jī)定子的齒槽深，便于嵌放勵(lì)磁繞組。電勵(lì)磁部分和永磁電機(jī)共用一套三 相電樞繞組，具有相同的繞組分布形式。在電勵(lì)磁電機(jī)的定子槽中嵌放另外一套和電樞繞 組具有相同極對數(shù)的三相(或多相)勵(lì)磁繞組，通過勵(lì)磁繞組分布形式的設(shè)計(jì)，保證勵(lì)磁電 流產(chǎn)生的合成磁場諧波盡可能的小，基波磁場盡可能的大。如果勵(lì)磁繞組是三相，勵(lì)磁繞組 軸線和電樞繞組軸線重合，如果是多相勵(lì)磁繞組，則多相繞組其中一相的軸線和三相電樞 繞組其中一相的軸線重合。在電勵(lì)磁部分定子內(nèi)圓上增加一導(dǎo)磁圓環(huán)，導(dǎo)磁圓環(huán)作為內(nèi)磁軛為電勵(lì)磁磁場和 電樞磁場提供通路，為了減小電勵(lì)磁部分旋轉(zhuǎn)磁場在導(dǎo)磁環(huán)上產(chǎn)生渦流損耗，導(dǎo)磁環(huán)采用 圓環(huán)形硅鋼片疊壓而成。導(dǎo)磁圓環(huán)和電勵(lì)磁定子之間沒有工作氣隙和附加氣隙。本實(shí)用新型的無電勵(lì)磁轉(zhuǎn)子的并列結(jié)構(gòu)混合勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具 有以下特點(diǎn)1.發(fā)電機(jī)采用交流勵(lì)磁調(diào)節(jié)輸出電壓，通過控制三相(或多相)對稱勵(lì)磁電流的 大小和相位實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)輸出電壓的調(diào)節(jié)。2.電勵(lì)磁部分沒有轉(zhuǎn)子，勵(lì)磁繞組位于定子部分，實(shí)現(xiàn)了勵(lì)磁的無刷化，增加了電 機(jī)的可靠性及環(huán)境適應(yīng)性。3.電勵(lì)磁部分定子內(nèi)圈有一導(dǎo)磁環(huán)，電勵(lì)磁磁路不存在工作氣隙和附加氣隙，勵(lì) 磁繞組和電樞繞組之間的磁路耦合強(qiáng)，電勵(lì)磁所需的磁動(dòng)勢少，電勵(lì)磁效率高。4.由于永磁電機(jī)部分和電勵(lì)磁部分在磁路上彼此獨(dú)立，調(diào)節(jié)電勵(lì)磁電流，不會(huì)引 起永磁體的不可逆退磁，電機(jī)的可靠性高。5.在電勵(lì)磁電機(jī)最大飽和程度一定的情況下，通過設(shè)計(jì)電勵(lì)磁與永磁部分鐵心的 長度，可以改變發(fā)電機(jī)輸出電壓的可調(diào)整范圍。6.通過定子電樞繞組、勵(lì)磁繞組分布形式以及永磁轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以得 到高質(zhì)量的發(fā)電機(jī)輸出電壓。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作詳細(xì)說明[0019]

圖1為無電勵(lì)磁轉(zhuǎn)子的并列結(jié)構(gòu)混合勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)軸向剖面示意圖；圖2為無電勵(lì)磁轉(zhuǎn)子的并列結(jié)構(gòu)混合勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)電勵(lì)磁部分截面示意圖；圖3為無電勵(lì)磁轉(zhuǎn)子的并列結(jié)構(gòu)混合勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子截面示意圖。附圖標(biāo)記1-轉(zhuǎn)軸，2-軸承，3-端蓋，4-永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心，5-電樞繞組，6_永磁磁鋼，7_永 磁電機(jī)氣隙，8-非導(dǎo)磁不銹鋼螺釘，9-永磁電機(jī)定子鐵心，10-電勵(lì)磁繞組，11-電勵(lì)磁部分 內(nèi)導(dǎo)磁圓環(huán)，12-電勵(lì)磁部分定子鐵心，13-機(jī)殼，14-0型密封墊圈，15-風(fēng)扇，16-風(fēng)扇罩， 17-永磁同步發(fā)電機(jī)部分，18-電勵(lì)磁部分。
具體實(shí)施方式
由圖1可知，本實(shí)用新型的無電勵(lì)磁轉(zhuǎn)子的并列結(jié)構(gòu)混合勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)由左邊 的永磁同步發(fā)電機(jī)部分17和右邊的電勵(lì)磁部分18組成，同軸并列裝在同一個(gè)機(jī)殼13內(nèi)。 永磁部分定子鐵心9和電勵(lì)磁部分定子鐵心12均由硅鋼片疊壓而成，具有同樣的齒槽數(shù)， 本實(shí)施例為36槽，電勵(lì)磁部分定子齒槽比永磁部分的深，兩部分定子共用一套三相電樞繞 組5。在電勵(lì)磁定子鐵心12中還嵌放有另外一套對稱三相電勵(lì)磁繞組10。如圖2所示，在電勵(lì)磁部分定子12內(nèi)圓增加一導(dǎo)磁圓環(huán)11，導(dǎo)磁圓環(huán)11作為內(nèi) 磁軛為電勵(lì)磁磁場和電樞電流磁場提供通路，為了減小電勵(lì)磁部分旋轉(zhuǎn)磁場在導(dǎo)磁圓環(huán)11 上產(chǎn)生渦流損耗，導(dǎo)磁圓環(huán)11采用圓環(huán)形硅鋼片疊壓而成。導(dǎo)磁圓環(huán)11和電勵(lì)磁定子鐵 心12之間沒有附加氣隙和工作氣隙。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸1和導(dǎo)磁圓環(huán)11圓環(huán)之間有足夠大的縫 隙，便于裝配。如圖3所示，永磁轉(zhuǎn)子采用表面磁鋼結(jié)構(gòu)，永磁磁鋼6采用非導(dǎo)磁不銹鋼螺釘8固 定在轉(zhuǎn)子鐵心4上，轉(zhuǎn)子鐵心4為二十號(hào)鋼加工而成。為了保證發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行，如圖1所示，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸1靠兩端的兩個(gè)軸承2支 撐，軸承2安裝在兩端端蓋3的軸承座內(nèi)。為了便于永磁轉(zhuǎn)子的裝配，永磁發(fā)電機(jī)部分的氣 隙7可以設(shè)計(jì)的稍大一些，(當(dāng)然對于小功率的發(fā)電機(jī)可以設(shè)計(jì)的稍小一些)。在發(fā)電機(jī)機(jī) 殼13和兩端端蓋3的結(jié)合面處，用0型密封墊圈14進(jìn)行密封，以提高發(fā)電機(jī)對潮濕甚至雨 水環(huán)境的適應(yīng)性。為了提高發(fā)電機(jī)的散熱能力，在發(fā)電機(jī)的非軸伸端設(shè)計(jì)了風(fēng)扇15及風(fēng)扇 罩16，風(fēng)扇15安裝在轉(zhuǎn)軸1的非機(jī)械功率輸入端，對發(fā)電機(jī)進(jìn)行風(fēng)冷散熱。三相(或多相)勵(lì)磁繞組中通入對稱交流勵(lì)磁電流時(shí)，在電勵(lì)磁部分的空間上形 成旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁磁場，旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁磁場的大小與勵(lì)磁電流有關(guān)，勵(lì)磁電流越大，磁場越強(qiáng)；旋轉(zhuǎn)磁 場的空間相位與勵(lì)磁電流的相位有關(guān)。調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流大小和相位，即可調(diào)節(jié)電樞繞組中電 勵(lì)磁感應(yīng)電動(dòng)勢的大小和相位。當(dāng)發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行或較輕負(fù)載運(yùn)行時(shí)，輸出電壓通常高于額定電壓，此時(shí)在三相 (或多相)電勵(lì)磁繞組中通入交流勵(lì)磁電流，控制勵(lì)磁電流的大小和相位，使勵(lì)磁電流合成 磁場在空間上和永磁磁場相位相反，即勵(lì)磁電流合成磁場在永磁磁極軸線的平行線上，但 方向和永磁磁場相反，從而在電樞繞組的電勵(lì)磁部分中產(chǎn)生的電勵(lì)磁電動(dòng)勢與永磁部分的 電動(dòng)勢反相位，由于永磁電機(jī)部分電動(dòng)勢和電勵(lì)磁部分感應(yīng)電動(dòng)勢在電樞繞組中相疊加， 于是電樞繞組中總電動(dòng)勢降低，輸出電壓維持在額定電壓附近，此時(shí)的勵(lì)磁電流相當(dāng)于起 去磁作用。[0030]當(dāng)發(fā)電機(jī)所帶負(fù)載繼續(xù)增大，即電樞電流增大到某一數(shù)值時(shí)，永磁部分產(chǎn)生的電 動(dòng)勢剛好和額定電壓以及發(fā)電機(jī)阻抗壓降相平衡，此時(shí)不需要提供電勵(lì)磁電流，即勵(lì)磁電 流為零，輸出電壓維持在額定電壓附近。當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)載繼續(xù)增大時(shí)，電樞電流變大，電機(jī)阻抗壓降進(jìn)一步增大，另外發(fā)電機(jī) 溫升也會(huì)使永磁感應(yīng)電動(dòng)勢降低，使輸出電壓低于額定電壓，此時(shí)需要調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流大小 和相位，使勵(lì)磁電流合成的磁場和永磁電機(jī)部分的磁場在空間上同相位，即勵(lì)磁電流合成 磁場在永磁磁極軸線平行線上，并且方向和永磁磁場相同，從而電勵(lì)磁磁場在電樞繞組中 感應(yīng)的電動(dòng)勢和永磁磁場感應(yīng)的電動(dòng)勢同相位，電樞繞組中的合成電動(dòng)勢大于永磁電動(dòng) 勢，勵(lì)磁電流相當(dāng)于起增磁作用，輸出電壓繼續(xù)維持在額定電壓附近。
權(quán)利要求1.無電勵(lì)磁轉(zhuǎn)子的并列結(jié)構(gòu)混合勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)，其主要結(jié)構(gòu)件包括端蓋(3)、機(jī)殼 (13)、由轉(zhuǎn)軸(1)、永磁轉(zhuǎn)子鐵心(4)、永磁磁鋼(6)、永磁部分定子鐵心(9)和電樞繞組(5) 構(gòu)成的永磁電機(jī)部分(17)、以及由電勵(lì)磁部分內(nèi)導(dǎo)磁圓環(huán)(11)、電勵(lì)磁定子鐵心(12)、電 勵(lì)磁繞組(10)和電樞繞組( 構(gòu)成的電勵(lì)磁部分(18)，其特征在于，-所述永磁電機(jī)部分(17)和所述電勵(lì)磁部分(18)沿著軸向依次并列布置，安裝在同一 機(jī)殼(1 內(nèi)，兩部分磁路彼此獨(dú)立；-所述兩部分電機(jī)共用一套電樞繞組( ，具有相同的繞組分布形式，通過電樞繞組 (5)將兩部分在電路上聯(lián)系起來；-永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子采用表面磁鋼結(jié)構(gòu)或內(nèi)置式磁鋼結(jié)構(gòu)；-所述永磁部分定子鐵心(9)和所述電勵(lì)磁部分定子鐵心(1 具有相同的齒槽數(shù)，并 且定子極/槽配合采用傳統(tǒng)的分布繞組甚至分?jǐn)?shù)槽的極/槽比。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述電勵(lì)磁定子鐵心(12)的槽比所述永 磁部分定子鐵心(9)的槽深，除了放置所述電樞繞組( 之外，還嵌放一套三相或多相電勵(lì) 磁繞組(10)。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述電勵(lì)磁部分定子內(nèi)圓上有一導(dǎo)磁圓 環(huán)(11)作為內(nèi)磁軛，電勵(lì)磁部分沒有任何氣隙。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種無電勵(lì)磁轉(zhuǎn)子的并列結(jié)構(gòu)混合勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)。它由永磁電機(jī)(17)和電勵(lì)磁部分(18)組成，同軸并列置于機(jī)殼(13)內(nèi)，兩部分磁路彼此獨(dú)立，電樞繞組(5)放置在兩部分定子鐵心內(nèi)。在電勵(lì)磁定子鐵心(12)中還放置另外一套三相或多相勵(lì)磁繞組(10)，電勵(lì)磁定子(12)內(nèi)圓有一導(dǎo)磁圓環(huán)(11)，為電勵(lì)磁磁場和電樞磁場提供通路。通過變頻器改變勵(lì)磁繞組(10)中電流的大小和相位來調(diào)節(jié)電樞繞組(5)中電勵(lì)磁電動(dòng)勢大小和相位，達(dá)到改變輸出電壓大小的目的。由于電勵(lì)磁部分沒有氣隙，電勵(lì)磁所需的磁動(dòng)勢少，磁場調(diào)節(jié)效率高。電勵(lì)磁磁動(dòng)勢不會(huì)對永磁體造成不可逆退磁，且采用無刷交流勵(lì)磁，電機(jī)的可靠性高。
文檔編號(hào)H02K1/14GK201860232SQ20102060101
公開日2011年6月8日 申請日期2010年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月8日
發(fā)明者劉明基, 宋中陽, 羅應(yīng)立, 蔡中勤 申請人:華北電力大學(xué)