專利名稱：稀土永磁自穩(wěn)壓?jiǎn)蜗嗤桨l(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于發(fā)電機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種稀土永磁單相同步發(fā)電機(jī)。這種發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行高度可靠，低成本，免維護(hù)，它可方便地與內(nèi)燃機(jī)或其他動(dòng)力機(jī)械組合構(gòu)成小型移動(dòng)電源，特別適合家庭、建筑作業(yè)、野外用電、通訊、軍事、車(chē)船、企事業(yè)單位等作為備用電源。
背景技術(shù)：
稀土永磁同步發(fā)電機(jī)是一種采用稀土永磁體勵(lì)磁的交流同步發(fā)電機(jī)。目前，這種發(fā)電機(jī)發(fā)展迅速，大有取代電勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的趨勢(shì)，尤其在當(dāng)前電能緊缺，用電受限的時(shí)期作為民用或小型獨(dú)立供電系統(tǒng)開(kāi)發(fā)具有廣闊前景。
稀土永磁同步發(fā)電機(jī)的電樞繞組常在定子上，稀土永磁體(釹鐵硼)以各種不同的結(jié)構(gòu)形式安放于轉(zhuǎn)子，因此這種發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要表現(xiàn)在轉(zhuǎn)子上。由于稀土永磁體的高磁能積和高矯頑力(特別是高內(nèi)稟矯頑力)，稀土永磁同步發(fā)電機(jī)與其它無(wú)刷和有刷同步發(fā)電機(jī)相比，具有體積小、重量輕、效率高、特性好等一系列突出的優(yōu)點(diǎn)。但是，這種發(fā)電機(jī)最致命的缺點(diǎn)是調(diào)壓能力差。其原因是由于稀土永磁體的高內(nèi)稟矯頑力，使得其磁場(chǎng)無(wú)法調(diào)節(jié)，所以當(dāng)負(fù)載或轉(zhuǎn)速變化時(shí)，這類(lèi)發(fā)電機(jī)保持恒壓是比較困難的。比如，發(fā)電機(jī)工作時(shí)，負(fù)載從空載到滿載過(guò)程中，由于負(fù)載電流而產(chǎn)生的電樞反應(yīng)具有去磁效應(yīng)，稀土永磁體所產(chǎn)生的磁場(chǎng)被削弱，從而使輸出電壓下降，這一部分電壓降在永磁發(fā)電機(jī)中無(wú)法補(bǔ)償。
為了克服上述固有缺陷，李鐘明、劉衛(wèi)國(guó)等著，由國(guó)防工業(yè)出版社1999年7月出版的《稀土永磁電機(jī)》一書(shū)，第五章第三節(jié)以“稀土永磁同步發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)”為標(biāo)題介紹了以下五種調(diào)壓方法(第285～289頁(yè))1、串聯(lián)電容調(diào)壓。這種方法是在發(fā)電機(jī)的輸出端串聯(lián)電容器，依靠容抗Xc補(bǔ)償發(fā)電機(jī)同步感抗Xs的作用來(lái)達(dá)到電壓調(diào)節(jié)的目的。
2、附加直流磁化繞組調(diào)壓。這種方法是在電樞鐵心的內(nèi)外表面均開(kāi)槽，安裝一套環(huán)形直流磁化繞阻。通過(guò)改變直流磁化繞組的磁勢(shì)的大小來(lái)改變每極磁通量，從而達(dá)到調(diào)壓的目的。
3、利用電力電子變換器調(diào)壓。這種方法靠發(fā)電機(jī)輸出端的電力電子變換器及其控制系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)電壓，其中有兩種方案，一種是交-直-交方案，另一種是交-交方案。
4、雙轉(zhuǎn)子或雙定子調(diào)壓。這種方法是利用兩個(gè)轉(zhuǎn)子或兩個(gè)定子相對(duì)角位移，然后通過(guò)電壓矢量之和的疊加來(lái)達(dá)到調(diào)壓目的的。
5、組合勵(lì)磁調(diào)壓。這種方法是將稀土永磁磁場(chǎng)與一個(gè)輔助電勵(lì)磁磁場(chǎng)進(jìn)行組合來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓的。
以上調(diào)壓措施，從形式有內(nèi)調(diào)壓和外調(diào)壓之分，多數(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本高；而效果方面除了電力電子變換器調(diào)壓外，其它方法均不理想。僅就電力電子變換器調(diào)壓來(lái)說(shuō)，盡管波形和電壓都比較理想，但如果將這種技術(shù)復(fù)雜、價(jià)格昂貴，又無(wú)過(guò)載能力的調(diào)壓技術(shù)應(yīng)用到一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)上，只用來(lái)穩(wěn)定電壓實(shí)踐中是不可行的。因此，就目前現(xiàn)有技術(shù)而言，要真正解決小型稀土永磁單相同步發(fā)電機(jī)調(diào)壓?jiǎn)栴}，是比較困難的。長(zhǎng)期以來(lái)，盡管這一問(wèn)題倍受本領(lǐng)域技術(shù)人員關(guān)注，但從技術(shù)角度均未有突破性進(jìn)展，因此一直制約著稀土永磁單相同步發(fā)電機(jī)發(fā)展和應(yīng)用，已成為本領(lǐng)域中的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型目的是提供一種具有內(nèi)調(diào)磁功能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效果顯著的稀土永磁自穩(wěn)壓?jiǎn)蜗嗤桨l(fā)電機(jī)。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種稀土永磁自穩(wěn)壓?jiǎn)蜗嗤桨l(fā)電機(jī)，由帶電樞繞組的定子和帶稀土永磁體的轉(zhuǎn)子構(gòu)成，轉(zhuǎn)子采用凸極式徑向磁化結(jié)構(gòu)，由硅鋼片疊加而成的轉(zhuǎn)子鐵芯上以交軸為中心上下對(duì)稱設(shè)置縱截面為“∧”形的通槽，該通槽中鑲嵌由稀土永磁材料制成的平板形轉(zhuǎn)子磁鋼，構(gòu)成轉(zhuǎn)子的兩個(gè)磁極，轉(zhuǎn)子鐵芯上以直軸為中心左右對(duì)稱設(shè)置隔磁槽，兩個(gè)隔磁槽分別位于上下兩個(gè)“∧”形通槽對(duì)應(yīng)端之間的中點(diǎn)位置，隔磁槽中鑲嵌由稀土永磁材料制成的隔磁磁鋼，隔磁磁鋼與轉(zhuǎn)子磁鋼磁力線方向一致；“∧”形通槽兩端分別設(shè)置“L”形隔磁溝，“L”形隔磁溝從“∧”形通槽端部延伸至隔磁槽；在轉(zhuǎn)子鐵芯的左上角和右下角轉(zhuǎn)子極靴邊緣或右上角和左下角轉(zhuǎn)子極靴邊緣分別設(shè)有極靴缺口，以此構(gòu)成磁路以直軸為中心左右的不對(duì)稱性。
上述技術(shù)方案中的有關(guān)內(nèi)容和變化解釋如下
1、上述方案中，所述“直軸”和“交軸”系電機(jī)構(gòu)造中的專業(yè)用語(yǔ)，分別指圖1轉(zhuǎn)子中的縱向中心軸和橫向中心軸。
2、上述方案中，為了增強(qiáng)磁阻，驅(qū)使隔磁磁鋼的磁通盡可能多的涌向連極橋，可以在兩個(gè)隔磁磁鋼內(nèi)側(cè)在轉(zhuǎn)子鐵芯上以直軸為中心左右對(duì)稱設(shè)置排磁孔。
3、上述方案中，為了使隔磁磁鋼具有較好的隔磁效果，可以將隔磁磁鋼在交軸上的投影長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為轉(zhuǎn)子磁鋼厚度的2/3～3/3。
4、上述方案中，為了竭制短路磁通量，設(shè)計(jì)時(shí)將“L”形隔磁溝的縱向槽寬度≥轉(zhuǎn)子磁鋼厚度在交軸上的投影，水平槽長(zhǎng)度≥隔磁磁鋼在交軸上的投影。
5、上述方案中，為了降低轉(zhuǎn)子的溫度，設(shè)計(jì)時(shí)可以將鐵芯的轉(zhuǎn)子軛部以交軸為中心上下對(duì)稱設(shè)置通風(fēng)孔。
本實(shí)用新型工作原理是通過(guò)轉(zhuǎn)子上的隔磁措施以及非對(duì)稱性磁路結(jié)構(gòu)，利用轉(zhuǎn)子內(nèi)調(diào)磁原理來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)壓功能。
由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)和效果1、由于本實(shí)用新型在轉(zhuǎn)子的兩個(gè)對(duì)稱的“∧”形磁極之間設(shè)置了隔磁磁鋼，利用同性相斥的原理，把轉(zhuǎn)子磁鋼沿連極橋涌入的磁力線阻斷，從而大大減少了轉(zhuǎn)子磁鋼之間的漏磁。
2、由于本實(shí)用新型在轉(zhuǎn)子上設(shè)置了“L”形隔磁溝，因此可以很好的竭制兩個(gè)對(duì)稱的“∧”形磁極之間的短路磁通量，大大減少了轉(zhuǎn)子磁鋼之間的漏磁。
3、由于極靴缺口的獨(dú)特作用，使磁極直軸左右的磁路構(gòu)成不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，從而大大增強(qiáng)了發(fā)電機(jī)抗電樞反應(yīng)的能力。
綜上所述，由于在轉(zhuǎn)子采用了以上技術(shù)措施，與現(xiàn)有技術(shù)相比其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效果顯著，利用轉(zhuǎn)子內(nèi)調(diào)磁巧妙地解決了長(zhǎng)期以來(lái)小型稀土永磁同步發(fā)電機(jī)調(diào)壓的技術(shù)難題。經(jīng)測(cè)試采用本實(shí)用新型特殊的技術(shù)措施，發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)電壓偏差在5％以內(nèi)，電壓波形正弦畸變率穩(wěn)定在3％。


附圖1為本實(shí)用新型稀土永磁自穩(wěn)壓?jiǎn)蜗嗤桨l(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2為圖1中轉(zhuǎn)子的A-A剖視圖。
附圖3為圖1中轉(zhuǎn)子的放大圖。
以上附圖中1、定子齒；2、定子槽；3、定子軛；4、鉚釘；5、轉(zhuǎn)子極靴；6、轉(zhuǎn)子磁鋼；7、轉(zhuǎn)軸；8、隔磁磁鋼；9、轉(zhuǎn)子軛；10、通風(fēng)孔；11、隔磁溝；12、連極橋；13、非磁性端板；14、極靴缺口；15、排磁孔；16、齒靴；17、槽口。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述實(shí)施例一種稀土永磁自穩(wěn)壓?jiǎn)蜗嗤桨l(fā)電機(jī)，由帶電樞繞組的定子和帶稀土永磁體的轉(zhuǎn)子構(gòu)成。
由圖1所示，定子由機(jī)座、定子鐵芯和繞組三部分組成，定子鐵芯固定在機(jī)座上，繞組鑲嵌在定子槽2中。定子鐵芯由多片硅鋼片疊加而成，硅鋼片為環(huán)形結(jié)構(gòu)，其內(nèi)圈上沿周向設(shè)有定子齒1，兩個(gè)相鄰定子齒1之間為定子槽2。定子齒1上設(shè)有齒靴16，定子槽2上設(shè)有槽口17。硅鋼片的外圈為定子軛3。
由圖1～圖3所示，轉(zhuǎn)子采用凸極式徑向磁化結(jié)構(gòu)，鐵芯由多片硅鋼片疊加并通過(guò)鉚釘4固定而成，鐵芯兩端設(shè)有非磁性端板13，中心設(shè)有轉(zhuǎn)軸7。轉(zhuǎn)子鐵芯上以交軸為中心上下對(duì)稱設(shè)置縱截面為“∧”形的通槽，該通槽中鑲嵌由稀土永磁材料制成的四個(gè)平板形轉(zhuǎn)子磁鋼6，構(gòu)成轉(zhuǎn)子的兩個(gè)磁極。
為了增加磁阻，竭制短路磁通量，采用了以下技術(shù)措施1、轉(zhuǎn)子鐵芯上以直軸為中心左右對(duì)稱設(shè)置隔磁槽，兩個(gè)隔磁槽分別位于上下兩個(gè)“∧”形通槽對(duì)應(yīng)端之間的中點(diǎn)位置，隔磁槽中鑲嵌由稀土永磁材料制成的隔磁磁鋼8，隔磁磁鋼8為一方條形，它與轉(zhuǎn)子磁鋼6磁力線方向一致，見(jiàn)圖3所示。隔磁磁鋼8在交軸上的投影長(zhǎng)度為轉(zhuǎn)子磁鋼厚度的2/3～3/3。這是利用同性相斥的原理，把轉(zhuǎn)子磁鋼6沿連極橋12涌入的磁力線阻斷。
2、“∧”形通槽兩端分別設(shè)置“L”形隔磁溝11，“L”形隔磁溝11從“∧”形通槽端部延伸至隔磁槽?！癓”形隔磁溝的縱向槽寬度≥轉(zhuǎn)子磁鋼厚度在交軸上的投影，水平槽長(zhǎng)度≥隔磁磁鋼在交軸上的投影(在不影響轉(zhuǎn)子軛部和轉(zhuǎn)子強(qiáng)度的情況下盡可能大)。連極橋12在旋轉(zhuǎn)離心力允許的情況下，盡可能窄而長(zhǎng)，以竭制短路磁通量。
3、在兩個(gè)隔磁磁鋼8內(nèi)側(cè)在轉(zhuǎn)子鐵芯上以直軸為中心左右對(duì)稱設(shè)置排磁孔15。排磁孔15的作用是為增強(qiáng)磁阻，驅(qū)使隔磁磁鋼8的磁通盡可能多的涌向連極橋12。
4、在轉(zhuǎn)子鐵芯的左上角和右下角轉(zhuǎn)子極靴5邊緣分別設(shè)有極靴缺口14，極靴缺口14的獨(dú)特作用，在于構(gòu)成磁極直軸左右磁路的不對(duì)稱性，以削弱交軸電樞反應(yīng)對(duì)直軸磁場(chǎng)的影響。設(shè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，在某一瞬間，如在圖1中的位置，上方磁極的右部因交軸反應(yīng)主磁場(chǎng)增強(qiáng)，上方磁極的左部則減弱。由于左上方缺口的存在，使增強(qiáng)的磁場(chǎng)大于減弱的磁場(chǎng)。這樣在交軸電樞反應(yīng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程中，轉(zhuǎn)子磁鋼的磁勢(shì)下降程度要小于無(wú)缺口的情況。下主磁極的情況因極性與上部相反，左部增磁大于右部減磁，合成起來(lái)與上方一致。
由于在轉(zhuǎn)子上采取了上述措施，磁鋼的漏磁減小，抗電樞反應(yīng)的能力增強(qiáng)，使輸出電壓的靜態(tài)調(diào)速率和動(dòng)態(tài)調(diào)態(tài)率都降至最小。
另外，為了降低轉(zhuǎn)子的溫度，設(shè)計(jì)時(shí)可以將鐵芯的轉(zhuǎn)子軛部以交軸為中心上下對(duì)稱設(shè)置通風(fēng)孔10，這是無(wú)刷和有刷發(fā)電機(jī)做不到的，它增強(qiáng)了轉(zhuǎn)子的軸向風(fēng)流，保持轉(zhuǎn)子的溫升永遠(yuǎn)低于定子的溫升，保證了定子繞組有高于電勵(lì)磁機(jī)的過(guò)載能力。
為獲得抗短路，免維護(hù)，長(zhǎng)壽命，在稀土釹鐵硼發(fā)電機(jī)的磁鋼選擇中，其厚度要求在5～6倍的氣隙磁勢(shì)折算值。
權(quán)利要求1.一種稀土永磁自穩(wěn)壓?jiǎn)蜗嗤桨l(fā)電機(jī)，由帶電樞繞組的定子和帶稀土永磁體的轉(zhuǎn)子構(gòu)成，轉(zhuǎn)子采用凸極式徑向磁化結(jié)構(gòu)，由硅鋼片疊加而成的轉(zhuǎn)子鐵芯上以交軸為中心上下對(duì)稱設(shè)置縱截面為“∧”形的通槽，該通槽中鑲嵌由稀土永磁材料制成的平板形轉(zhuǎn)子磁鋼，構(gòu)成轉(zhuǎn)子的兩個(gè)磁極，其特征在于轉(zhuǎn)子鐵芯上以直軸為中心左右對(duì)稱設(shè)置隔磁槽，兩個(gè)隔磁槽分別位于上下兩個(gè)“∧”形通槽對(duì)應(yīng)端之間的中點(diǎn)位置，隔磁槽中鑲嵌由稀土永磁材料制成的隔磁磁鋼，隔磁磁鋼與轉(zhuǎn)子磁鋼磁力線方向一致；“∧”形通槽兩端分別設(shè)置“L”形隔磁溝，“L”形隔磁溝從“∧”形通槽端部延伸至隔磁槽；在轉(zhuǎn)子鐵芯的左上角和右下角轉(zhuǎn)子極靴邊緣或右上角和左下角轉(zhuǎn)子極靴邊緣分別設(shè)有極靴缺口，以此構(gòu)成磁路以直軸為中心左右的不對(duì)稱性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土永磁自穩(wěn)壓?jiǎn)蜗嗤桨l(fā)電機(jī)，其特征在于所述兩個(gè)隔磁磁鋼內(nèi)側(cè)在轉(zhuǎn)子鐵芯上以直軸為中心左右對(duì)稱設(shè)置排磁孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土永磁自穩(wěn)壓?jiǎn)蜗嗤桨l(fā)電機(jī)，其特征在于所述隔磁磁鋼在交軸上的投影長(zhǎng)度為轉(zhuǎn)子磁鋼厚度的2/3～3/3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土永磁自穩(wěn)壓?jiǎn)蜗嗤桨l(fā)電機(jī)，其特征在于所述“L”形隔磁溝的縱向槽寬度≥轉(zhuǎn)子磁鋼厚度在交軸上的投影，水平槽長(zhǎng)度≥隔磁磁鋼在交軸上的投影。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土永磁自穩(wěn)壓?jiǎn)蜗嗤桨l(fā)電機(jī)，其特征在于所述鐵芯的轉(zhuǎn)子軛部以交軸為中心上下對(duì)稱設(shè)置通風(fēng)孔。
專利摘要一種稀土永磁自穩(wěn)壓?jiǎn)蜗嗤桨l(fā)電機(jī)，由帶電樞繞組的定子和帶稀土永磁體的轉(zhuǎn)子構(gòu)成，轉(zhuǎn)子采用凸極式徑向磁化結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子鐵芯上以交軸為中心上下對(duì)稱設(shè)置縱截面為“∧”形的通槽，該通槽中鑲嵌平板形轉(zhuǎn)子磁鋼，構(gòu)成轉(zhuǎn)子的兩個(gè)磁極，其特征在于轉(zhuǎn)子鐵芯上以直軸為中心左右對(duì)稱鑲嵌隔磁磁鋼；“∧”形通槽兩端分別設(shè)置“L”形隔磁溝；在轉(zhuǎn)子鐵芯的左上角和右下角極靴邊緣或右上角和左下角轉(zhuǎn)子極靴邊緣分別設(shè)有極靴缺口，以此構(gòu)成磁路以直軸為中心左右的不對(duì)稱性。本實(shí)用新型利用轉(zhuǎn)子內(nèi)調(diào)磁原理實(shí)現(xiàn)調(diào)壓功能，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效果顯著，巧妙地解決了長(zhǎng)期以來(lái)小型稀土永磁同步發(fā)電機(jī)調(diào)壓的技術(shù)難題。
文檔編號(hào)H02K21/12GK2726201SQ200420079590
公開(kāi)日2005年9月14日 申請(qǐng)日期2004年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月16日
發(fā)明者張紀(jì)益, 何石恩 申請(qǐng)人:蘇州百勝稀土動(dòng)力有限公司