一种基于全波感应励磁的混合励磁三相无刷同步发电机

摘要

本发明公开了一种基于全波感应励磁的混合励磁三相无刷同步发电机，加在定子励磁绕组上的电流方向和大小周期改变，使其建立的感应励磁磁场随转子磁极旋转而改变方向，从而在转子绕组上产生感应电流始终能够保持同一个方向，使转子感应绕组产生与永磁体同向或反向磁势，该磁势与永磁体磁势在气隙内为并联关系，通过调节该励磁磁势来双向调节气隙磁场，以实现并联混合励磁。本发明通过倍极感应原理在转子绕组中产生感应磁势，与转子中的永磁体共同产生气隙磁场，实现电机磁场的调节。通过感应励磁作用，取消了电刷—滑环系统，定子励磁调节器的使用使得转子感应电流为可控全波电流。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于全波感应励磁的混合励磁三相无刷同步发电机。

背景技术

随着永磁材料性能的不断提高和成本的下降，永磁同步电机以其结构简单，运行可靠，特别是具有其他电机所无法比拟的高效率而越来越受到人们的关注。但由于永磁体本身的性质，当负载引起电枢电流变化或者转速发生变化时，永磁发电机无法像普通电励磁发电机那样通过调节励磁电流对励磁磁动势进行调节，影响负载的正常工作。

如何实现气隙磁场的有效调节与控制一直是永磁电机研究的热点和难点。合理改变永磁电机结构，引入辅助电励磁绕组，实现气隙磁场灵活调节的“混合励磁”思想，得到国内外电机界学者的认可与关注，也是目前解决永磁发电机励磁调节难问题的主要方式。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于全波感应的混合励磁三相无刷同步发电机，本发明通过倍极感应原理在转子绕组中产生感应磁势，与转子中的永磁体共同产生气隙磁场，实现电机磁场的调节。通过感应励磁作用，取消了电刷—滑环系统，定子励磁调节器的使用使得转子感应电流为可控全波电流，使得发电机不但具有灵活的磁场双向调节能力，还能大大增加励磁感应系数，减小励磁损耗，同时因为无电刷-滑环结构而使得电机保持了结构简单，可靠性高的特点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于全波感应励磁的混合励磁三相无刷同步发电机，控制加在定子励磁绕组上的电流方向和大小周期改变，使其建立的感应励磁磁场随转子磁极旋转而改变方向，从而在转子绕组上产生感应电流始终能够保持同一个方向，使转子感应绕组产生与永磁体同向或反向磁势，该磁势与永磁体磁势在气隙内为并联关系，通过调节该励磁磁势来双向调节气隙磁场，以实现并联混合励磁。

所述同步发电机系统的定子与转子同轴安装。

所述定子的铁芯上嵌放三相分布式电枢绕组和单相励磁绕组，所述单相励磁绕组与直流励磁检测控制电路组成励磁调节器。

所述转子的铁芯内嵌有转子感应绕组和切向磁化的永磁体。

所述转子的铁芯上冲压闭口细长槽和开口大槽，在细长槽中放置永磁体，永磁体为切向充磁，在开口大槽中放置转子感应绕组。

所述转子感应绕组为集中绕组，自行短接，连接顺序要保证形成四极磁场，且在气隙中形成的磁势方向与永磁体的励磁方向相同。

所述转子感应绕组和永磁体极数都与电枢绕组极数相同。

所述单相励磁绕组的极数是电枢绕组极数的一半。

所述转子感应绕组的电流在整个转动周期始终存在且在同一方向，是全波感应。

所述转子感应绕组的磁势与永磁体磁势是同向或反向，可以实现气隙磁场的双向调节。

本发明的工作原理为：通过倍极感应原理在转子绕组中产生感应磁势，与转子中的永磁体共同产生气隙磁场，实现电机磁场的调节。具体就是：转子感应绕组通过倍极感应作用产生电流，而且通过电机位置检测和控制电路，使加在定子励磁绕组上的电流方向和大小周期改变，使其建立的感应励磁磁场随转子磁极旋转而改变方向，从而在转子绕组上产生的感应电流始终能够保持同一个方向，使转子感应绕组产生与永磁体同向或反向磁势，该磁势与永磁体磁势在气隙内为并联关系，可以通过调节该励磁磁势来双向调节气隙磁场，实现了并联混合励磁。

本发明的有益效果为：

(1)集中了永磁同步发电机和感应励磁发电机的优点，在定子中增加励磁调节器，通过倍极感应原理在转子感应绕组中获得可控全波电流，不需要在转子侧安装电刷-滑环系统，结构简单，可靠性强，励磁效率高；

(2)该电机通过倍极感应原理在转子绕组中产生感应磁势，与转子中的永磁体共同产生气隙磁场，实现电机磁场的双向调节；

(3)本发明通过感应励磁作用，取消了电刷—滑环系统，定子励磁调节器的使用使得转子感应电流为可控全波电流，提高了感应励磁系数和励磁效率，使得该电机既保留了永磁电机的高功率密度和结构简单，紧凑的特点，而且具有灵活的调磁能力，大大拓展了永磁电机的应用领域。

附图说明

图1为本发明基于全波感应励磁的混合励磁无刷发电机的二维结构示意图；

图2为本发明电机绕组间的连接关系示意图；

其中，1—定子铁芯，2—定子上层槽，3—永磁体(阴影部分)，4—定子下层槽，5— 转轴，6—转子铁芯，7—转子开口大槽，W_a：定子三相电枢绕组；W_e1，W_e2：定子励磁绕组线圈；W_f：转子感应绕组。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种基于全波感应励磁的混合励磁三相无刷发电机，包括机壳，其内同轴安装定子和转子。所述定子铁芯与普通永磁同步发电机基本相同，定子铁芯上嵌放三相分布式电枢绕组和单相励磁绕组，励磁绕组与直流励磁检测控制电路组成励磁调节器。转子感应绕组和切向磁化的永磁体都嵌放于转子铁心中，其中，永磁体嵌放在转子铁芯闭口细长槽中。转子感应绕组为集中绕组，嵌绕在转子铁芯开口大槽中，自行短接，该感应绕组和永磁体极数都与电枢绕组极数相同，励磁绕组的极数是电枢绕组极数的一半。

具体包括同轴安装的定子和转子，定子和转子之间形成气隙。

其中定子铁芯与普通永磁同步发电机基本相同，在定子上层槽中嵌放三相分布式电枢绕组，在定子下层槽中放置单相励磁绕组，励磁绕组的极数是电枢绕组极数的一半(图中电枢绕组为四极)。

其中转子铁芯上冲压闭口细长槽和开口大槽，在细长槽中放置永磁体，永磁体为切向充磁。在开口大槽中放置转子感应绕组，感应绕组的极数与电枢绕组极数相等。

如图2所示，转子四个感应绕组自行短接，连接顺序要保证形成四极磁场，且在气隙中形成的磁势方向与永磁体的励磁方向相同。定子励磁线圈接直流励磁检测电路。

其中，定子铁芯和转子铁芯均由硅钢片冲制而成。

当转子中只有永磁体励磁时，气隙磁场完全由永磁体产生，该电机可看成为普通三相永磁同步发电机。

当定子励磁绕组流过一定量的电流时，情况发生改变。转子感应绕组通过倍极感应作用产生电流，而且通过电机位置检测和控制电路，使加在定子励磁绕组上的电流方向和大小周期改变，使其建立的感应励磁磁场随转子磁极旋转而改变方向，从而在转子绕组上产生感应电流始终能够保持同一个方向，因而转子感应绕组产生与永磁体同向或反向磁势，该磁势与永磁体磁势在气隙内为并联关系，可以通过调节该励磁磁势来双向调节气隙磁场，实现了并联混合励磁。

定子上有两套绕组，一套是三相电枢绕组，另一套是单相励磁绕组，且这两套绕组的极数比为2:1。

定子单相励磁绕组接直流励磁检测电路，可根据转子位置和输出电压自动调节励磁绕组的电流周期和幅值。

转子铁芯上同时嵌放切向磁化的永磁体和转子感应绕组，且二者极数相等，都等于定子三相电枢绕组极数，且永磁体与转子感应绕组的磁路关系为“并联”。

本发明没有电刷-滑环结构，电机可靠性高。

转子感应绕组的电流在整个转动周期始终存在且在同一方向，是全波感应。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。