專利名稱：一種混合勵磁發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混合勵磁發(fā)電機(jī)，適合在中小功率的獨(dú)立電源發(fā)電機(jī)中使用，如汽油發(fā)電機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)、車船發(fā)電機(jī)、中頻發(fā)電機(jī)、水力發(fā)電機(jī)及風(fēng)力發(fā)電機(jī)等處。
背景技術(shù)：
在恒頻交流電源系統(tǒng)中，電勵磁同步發(fā)電機(jī)以其良好的調(diào)節(jié)磁場能力有利于負(fù)載電壓的調(diào)節(jié)，并且調(diào)節(jié)磁場所需的直流勵磁容量較小，但它安裝有電刷集電環(huán)，可靠性低， 限制了其在惡劣情況下的應(yīng)用。稀土永磁電機(jī)由永磁體勵磁，因而沒有勵磁損耗，效率高于電勵磁電機(jī)，并具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高等一系列優(yōu)點(diǎn)，從而在許多工業(yè)領(lǐng)域中得到了應(yīng)用。但是在發(fā)電機(jī)運(yùn)行中為了保持發(fā)電機(jī)端電壓不變，因而需要進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，對于永磁發(fā)電機(jī)來說，轉(zhuǎn)速的變化或負(fù)載的變化會造成輸出電壓的變化，由于永磁發(fā)電機(jī)的氣隙磁場是由永磁體和磁路磁導(dǎo)決定的，永磁電機(jī)的氣隙磁場調(diào)節(jié)困難而導(dǎo)致端電壓調(diào)節(jié)困難，當(dāng)負(fù)載變化時很難保證端電壓的恒定，從而阻礙了永磁發(fā)電機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用。混合勵磁發(fā)電機(jī)在電機(jī)內(nèi)部同時存在永磁磁場和電勵磁磁場，混合勵磁發(fā)電機(jī)與常規(guī)永磁發(fā)電機(jī)的區(qū)別在于其氣隙磁場可以調(diào)節(jié)，因而在發(fā)電機(jī)負(fù)荷變化時通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的氣隙磁場使發(fā)電機(jī)的端電壓保持恒定。目前的混合勵磁發(fā)電機(jī)電勵磁繞組多安放在轉(zhuǎn)子永磁體下面，轉(zhuǎn)子勵磁電流由電刷引入，可靠性較低，并且電勵磁磁路經(jīng)過永磁體，而永磁體的磁導(dǎo)率接近空氣的磁導(dǎo)率，磁路的磁阻較大，為了調(diào)節(jié)氣隙磁通，必須引入較大的勵磁電流，銅耗增加，電勵磁磁動勢直接作用于永磁體，容易發(fā)生不可逆退磁。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電壓調(diào)節(jié)簡單、高效、 直流勵磁繞組易于散熱的混合勵磁發(fā)電機(jī)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案為混合勵磁發(fā)電機(jī)，由定子端蓋、直流勵磁繞組、定子鐵心、定子交流繞組、轉(zhuǎn)子鐵磁極、永磁體、轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)、軸組成，混合勵磁發(fā)電機(jī)在軸端各有1個定子端蓋(共兩個端蓋)，為直流勵磁繞組提供機(jī)械支承和磁通路徑，每個定子端蓋內(nèi)側(cè)置有圓環(huán)形的直流勵磁繞組，直流勵磁繞組為圓環(huán)形線圈，定子鐵心位于兩個定子端蓋內(nèi)部并與定子端蓋直接相連，定子鐵心槽中嵌放定子交流繞組，定子鐵心內(nèi)部為轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子與定子鐵心之間留有磁氣隙，轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵磁極、永磁體、轉(zhuǎn)子鐵心、軸、轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)組成，永磁體與轉(zhuǎn)子鐵磁極沿軸向并排交錯布置在轉(zhuǎn)子表面，以永磁體和鐵磁極在圓周上所占機(jī)械角度的比例為永磁體和鐵磁極的極弧系數(shù)，永磁體與鐵磁極的極弧系數(shù)一般取0. 85 0. 9，永磁體與轉(zhuǎn)子鐵磁極的內(nèi)部是轉(zhuǎn)子鐵心，轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)部是軸，轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)安裝在轉(zhuǎn)子鐵心兩側(cè)、軸的外側(cè)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)為圓環(huán)形，轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)與端蓋之間留有一定的氣隙，轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)、軸、端蓋為直流勵磁繞組產(chǎn)生的磁通提供路徑。在本發(fā)明中，直流勵磁繞組位于端蓋內(nèi)側(cè)，散熱條件較好。
上述方案的原理為永磁體6通過定子鐵心3、磁氣隙10、轉(zhuǎn)子鐵心7構(gòu)成磁路，產(chǎn)生永磁磁通，如圖2所示，以兩對極混合勵磁發(fā)電機(jī)為例，永磁磁通是混合勵磁發(fā)電機(jī)的主磁通，可以在電機(jī)定子交流繞組中產(chǎn)生較大的反電動勢；直流勵磁繞組2可由直流電源供電，也可由混合勵磁發(fā)電機(jī)經(jīng)整流后供電，在軸向上分布的兩個直流勵磁繞組2中要通入相同方向的電流。直流勵磁繞組2中電流的調(diào)節(jié)方式為負(fù)載變化時，發(fā)電機(jī)的輸出電壓也將發(fā)生變化，這時就需要直流勵磁繞組進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)負(fù)載變大時，發(fā)電機(jī)輸出電壓將下降， 直流勵磁繞組2產(chǎn)生一定量的磁通與永磁磁通疊加，發(fā)電機(jī)輸出電壓即可得到提高，直流勵磁磁通的路徑如圖4所示，路徑為直流勵磁磁通從端蓋1出發(fā)，經(jīng)過端蓋1與轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)8之間的氣隙11、轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)8、軸9、轉(zhuǎn)子鐵心7、轉(zhuǎn)子鐵磁極5、定子鐵心3與轉(zhuǎn)子鐵磁極5之間的磁氣隙10、定子鐵心3，并回到端蓋1 ；當(dāng)負(fù)載變小時，發(fā)電機(jī)輸出電壓將升高， 改變勵磁繞組中電流方向以減少氣隙磁通量，可以使電機(jī)的輸出電壓下降。直流勵磁磁通的路徑如圖5所示，其路徑為直流勵磁磁通從端蓋1出發(fā)，經(jīng)定子鐵心3、鐵磁極5與定子鐵心3之間的氣隙10、轉(zhuǎn)子鐵磁極5、轉(zhuǎn)子鐵心7、軸9、轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)8、端蓋1與轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán) 8之間的氣隙9回到端蓋1。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過直流勵磁繞組可以方便的調(diào)節(jié)氣隙磁場，從而達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出電壓的目的；由于本發(fā)明中直流勵磁繞組位于端蓋內(nèi)側(cè)，所以散熱條件較好。本發(fā)明的另一個優(yōu)點(diǎn)為當(dāng)混合勵磁發(fā)電機(jī)用作電動機(jī)運(yùn)行時，由于直流勵磁繞組的存在，使得該電機(jī)具有較寬的速度調(diào)節(jié)范圍，可以很容易的實(shí)現(xiàn)更寬廣速度范圍內(nèi)的運(yùn)行。


圖1為本發(fā)明技術(shù)混合勵磁發(fā)電機(jī)軸向剖面圖；圖2為本發(fā)明技術(shù)混合勵磁發(fā)電機(jī)軸向端面圖；圖3為本發(fā)明技術(shù)混合勵磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明技術(shù)混合勵磁發(fā)電機(jī)直流勵磁繞組增磁磁通路徑圖；圖5為本發(fā)明技術(shù)混合勵磁發(fā)電機(jī)直流勵磁繞組去磁磁通路徑圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，為本發(fā)明的混合勵磁發(fā)電機(jī)，它由定子端蓋1、直流勵磁繞組2、定子鐵心3、定子交流繞組4、轉(zhuǎn)子鐵磁極5、永磁體6、轉(zhuǎn)子鐵心7、轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)8、軸9組成，混合勵磁發(fā)電機(jī)在軸端分別有1個定子端蓋1，定子端蓋1內(nèi)側(cè)置有環(huán)形的直流勵磁繞組2，直流勵磁繞組2為圓環(huán)形，定子鐵心3位于兩個定子端蓋1內(nèi)部并與定子端蓋1直接相連，定子鐵心3槽中嵌放定子交流繞組4，定子鐵心3內(nèi)部為轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子與定子鐵心3之間留有磁氣隙10，磁氣隙10的長度取為0. 2mm 1mm，本實(shí)施例取為0. 5mm，轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵磁極5、永磁體6、轉(zhuǎn)子鐵心7、軸9、轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)8組成，永磁體6與轉(zhuǎn)子鐵磁極5沿軸向并排粘結(jié)在轉(zhuǎn)子表面，本實(shí)施轉(zhuǎn)子為兩對極，并且相鄰轉(zhuǎn)子極下的永磁體6和轉(zhuǎn)子鐵磁極5沿圓周交錯布置，永磁體6與轉(zhuǎn)子鐵磁極5的內(nèi)部是轉(zhuǎn)子鐵心7，轉(zhuǎn)子鐵心7內(nèi)部是軸9，轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)8安裝在轉(zhuǎn)子鐵心7兩側(cè)、軸9的外側(cè)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)8為圓環(huán)形，轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)8與端蓋1之間留有一定的氣隙11，氣隙11的長度取為0. 2mm 1mm，本實(shí)例為0. 5mm，轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)8、軸9、端蓋1為直流勵磁繞組2產(chǎn)生的磁通提供路徑。
圖3為本發(fā)明的混合勵磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖，混合勵磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵磁極 5、永磁體6、轉(zhuǎn)子鐵心7、轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)8、軸9組成，其中轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)8在轉(zhuǎn)子軸端各有一個， 并且為圓環(huán)形，永磁體6與轉(zhuǎn)子鐵磁極5沿軸向并排布置，永磁體6與轉(zhuǎn)子鐵磁極5在圓周上的極弧系數(shù)一般為0. 85 0. 9。在本實(shí)施例所述的兩對極電機(jī)中，永磁體與鐵磁極的極弧系數(shù)為0. 85，即永磁體和鐵磁極在圓周上各有4塊，每塊在圓周上的角度為76. 5度，同一極下的永磁體6與轉(zhuǎn)子鐵磁極5并排安放，并且相鄰轉(zhuǎn)子極下的永磁體6和轉(zhuǎn)子鐵磁極 5在圓周上沿軸向交錯布置。上述本發(fā)明方案所用的定子端蓋1、轉(zhuǎn)子鐵磁極5、轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)8、軸9均用導(dǎo)磁性能良好的材料制成，如電工純鐵、各種碳鋼、鑄鐵、鑄鋼、合金鋼、1J50和1J79等磁性材料等。定子鐵心3、轉(zhuǎn)子鐵心7可用導(dǎo)磁性能良好的電工薄鋼板如電工純鐵、電工硅鋼板 DR510、DR470、DW350、1J50和1J79等磁性材料沖壓迭制而成。永磁體6的材料為磁性能良好的稀土永磁體。直流勵磁繞組2和定子交流繞組4用導(dǎo)電良好的電磁線繞制后浸漆烘干而成。
權(quán)利要求
1.一種混合勵磁發(fā)電機(jī)，由定子端蓋(1)、直流勵磁繞組O)、定子鐵心(3)、定子交流繞組G)、轉(zhuǎn)子鐵磁極(5)、永磁體(6)、轉(zhuǎn)子鐵心(7)、轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)(8)、軸(9)組成，其中混合勵磁發(fā)電機(jī)的軸端安裝有兩個定子端蓋(1)，定子端蓋(1)內(nèi)側(cè)置有直流勵磁繞組0)， 定子鐵心C3)位于兩個定子端蓋(1)內(nèi)部并與定子端蓋(1)直接相連，定子鐵心C3)槽中嵌放定子交流繞組G)，定子鐵心(3)內(nèi)部為轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子與定子鐵心C3)之間留有磁氣隙 (10)，轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵磁極(5)、永磁體(6)、轉(zhuǎn)子鐵心(7)、軸(9)、轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)(8)組成，轉(zhuǎn)子的外表面安裝有永磁體(6)與轉(zhuǎn)子鐵磁極(5)，永磁體(6)與轉(zhuǎn)子鐵磁極( 的內(nèi)部是轉(zhuǎn)子鐵心(7)，轉(zhuǎn)子鐵心(7)內(nèi)部是軸(9)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)(8)安裝在轉(zhuǎn)子鐵心(7)軸向兩側(cè)以及軸(9)的外側(cè)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)(8)與端蓋(1)之間留有氣隙(11)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)(8)、軸(9)、端蓋(1)為直流勵磁繞組( 產(chǎn)生的磁通提供路徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合勵磁發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的直流勵磁繞組(2)為環(huán)形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合勵磁發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的永磁體(6)與轉(zhuǎn)子鐵磁極(5)沿軸向并排安放，并且相鄰的永磁體(6)和轉(zhuǎn)子鐵磁極(5)在圓周上沿軸向交錯布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合勵磁發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的永磁體(6)與轉(zhuǎn)子鐵磁極(5)在圓周上的極弧系數(shù)為0. 85 0. 9。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合勵磁發(fā)電機(jī)，其特征在于所述的轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)(8)為圓環(huán)形。
全文摘要
一種混合勵磁發(fā)電機(jī)，由定子端蓋、直流勵磁繞組、定子鐵心、定子交流繞組、轉(zhuǎn)子鐵磁極、永磁體、轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)、軸組成，混合勵磁發(fā)電機(jī)的軸端安裝有定子端蓋，為直流勵磁繞組提供機(jī)械支承和磁通路徑，定子端蓋內(nèi)側(cè)置有環(huán)形的直流勵磁繞組，定子鐵心位于兩個定子端蓋內(nèi)部并與定子端蓋直接相連，定子鐵心槽中嵌放定子交流繞組，定子鐵心內(nèi)部為轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子與定子鐵心之間留有氣隙，轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵磁極、永磁體、轉(zhuǎn)子鐵心、軸、轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)組成，永磁體與轉(zhuǎn)子鐵磁極沿軸向并排放置在轉(zhuǎn)子表面，永磁體與轉(zhuǎn)子鐵磁極的內(nèi)部是轉(zhuǎn)子鐵心，轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)部是軸，轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)安裝在轉(zhuǎn)子鐵心兩側(cè)、軸的外側(cè)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)與端蓋之間留有一定的氣隙。
文檔編號H02K1/27GK102315739SQ201110246900
公開日2012年1月11日 申請日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者劉西全, 王云燕, 王惠軍, 王靜雅, 高鵬飛 申請人:北京航空航天大學(xué)