CN100362732C - 永磁补偿式脉冲交流发电机 - Google Patents

Abstract

永磁补偿式脉冲交流发电机，属于电动机，针对目前补偿式脉冲交流发电机的缺点，增加可靠性，提高效率，减小体积，减少电磁干扰。本发明定子由硅钢片叠加而成，内部为圆形空腔，电枢线圈固定在定子内表面、通过伸出定子铁心外部的端接部分连接；转子放置在定子内部，通过原动机带动旋转，转子本体由铁磁物质构成；永磁体采用稀土永磁材料，紧密间隔排列在转子本体外表面；隔磁材料放置于永磁体之间；屏蔽筒套在永磁体和隔磁材料外面，固定永磁体和隔磁材料；由于采用永磁体作为激励源，省去励磁电路，有效避免了电刷滑环带来的电刷烧蚀、电磁场干扰等问题，同时提高系统的工作效率，降低复杂性，并有可能进一步提高发电机工作转速。

Description

永磁补偿式脉冲交流发电机

技术领域

本发明属于一种电动机，具体涉及补偿式脉冲交流发电机。

背景技术

现有的补偿式脉冲交流发电机，其用于励磁的磁场一般采用施加电流激励的办法产生，激励源可以是外加的，也可以由电枢电流产生。然而，由于转子旋转的原因，无论是采用旋转电枢，还是旋转励磁磁场，均存在转动部分与静止部分的电气连接问题。尤其是功率越大，其电气连接问题越困难。根据汪国梁所著《电机学》(1987)所述，目前一般采用的连接方案主要是滑环和电刷配合，从而带来很多问题：1)电刷磨损和烧蚀。2)电刷和滑环接触性能由于弹性下降带来的接触电阻增大。3)电流通过电刷和电枢产生电火花，带来的电磁场干扰问题。4)降低了整机的工作效率。5)限制了发电机工作转速的进一步提升。另外，对于他励方式工作的电机，还需要一套励磁电源装置，增加了系统的复杂性和体积。

发明内容

针对目前补偿式脉冲交流发电机的缺点，本发明提供一种永磁补偿式脉冲交流发电机，从而解决滑环和电刷带来的种种问题，以达到增加可靠性，提高整机工作效率，减小系统体积，同时减少电磁干扰的目的。

本发明所提出的一种永磁补偿式脉冲交流发电机，包含一个定子、一套固定在定子上用于产生和引出电流的电枢线圈、一个转子和用于支撑转子旋转用的轴承，其特征是：

(1)所述的定子，由硅钢片叠加而成，内部为圆形空腔，用来放置转子，电枢线圈导体的工作部分固定在定子内表面、通过伸出定子铁心外部的端接部分连接；

(2)所述的转子，由转子本体、转轴、屏蔽筒、永磁体和不导磁的隔磁材料构成，转子本体由铁磁物质构成，并与转轴紧密结合；永磁体采用高矫顽力的稀土永磁材料，紧密间隔排列在转子本体的外表面；隔磁材料放置于永磁体之间；屏蔽筒套在永磁体和隔磁材料外面，同时起到固定永磁体和隔磁材料的目的；转子放置在定子内部，由轴承固定位置，通过原动机带动旋转。

上述永磁补偿式脉冲交流发电机，其进一步的特征是电枢线圈导体通过伸出定子铁心外部的端接部分连接；根据其在定子内部的排列和连接方式，所述的电枢线圈绕组，可以构成单相、两相或多相形式，每相电势根据其位置有不同的电压相位。

上述永磁补偿式脉冲交流发电机，所述的永磁体横截面可以为扇形；所述的隔磁材料，横截面亦可以为扇形，放置于永磁体之间；所述的屏蔽筒由良导电性材料加工成圆筒形。

定子的外部形状可以有多种，以适应不同场合及安装需要。电枢线圈导体的工作部分利用高强度粘合剂粘贴在定子内表面，通过伸出定子铁心外部的端接部分连接，其连接方式可以有多种。本装置的工作原理如下：

由永磁体提供磁激励，其产生的磁场经过的路径为永磁体1-屏蔽筒-气隙-电枢绕组-定子铁心-电枢绕组-气隙-屏蔽筒-永磁体2-转子铁心-永磁体1。之所以直接将电枢绕组直接粘贴在定子内表面而不是像一般电机那样放置在槽中，主要是为了克服齿槽可能带来的齿部磁路饱和以及齿槽造成的电枢绕组漏电感的增大。当转子由原动机带动进行高速旋转的时候，由于磁场跟随转子旋转，使电枢绕组产生切割电势，从而在电枢绕组引出端产生电压。由于磁场为旋转的，因此在电枢绕组引出端产生的也是交变的电压。当需要脉冲发电机输出功率时，利用外部开关将电枢绕组与负载相连接，就可以达到向负载输出功率的目的。装置中屏蔽筒的作用在于当脉冲发电机向负载放电时，由于屏蔽筒的涡流效应，电枢绕组产生的电枢反应不会进入转子，从而大大减小了电枢绕组的等效电感，提高了脉冲发电机输出功率的能力。

由于采用永磁体作为磁场的激励源，因此省去了一般补偿式脉冲发电机的励磁电路，从而有效的避免了电刷滑环带来的诸如电刷烧蚀、电磁场干扰等问题。同时提高了发电机系统的工作效率，而且由于省去了励磁装置，降低了系统的复杂性，并有可能进一步提高发电机工作转速。

附图说明

图1是本发明的定子部分示意图，图1a为定子结构的截面图，图1b为定子结构的侧视图。

图2是本发明的转子部分示意图，图2a为转子结构截面图，图2b为转子结构侧视图。

图3是电枢绕组接线示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。

实施例一：

由图1所示的定子和图2所示的转子构成一个永磁补偿式脉冲交流发电机。图中所示的是一个具体的四极脉冲交流发电机。四极电机可以看作是一个基本的两级电机的简单重复，在每一对极面下电势波形完全一致。图1a为定子结构的截面图，图1b为定子结构的侧视图。图中定子上安装的电枢绕组1，利用高强度胶粘贴在定子内表面。定子体2，由硅钢片叠合构成。图2a为转子结构截面图，图2b为转子结构侧视图。图中的转子由转轴4、转子本体5、永磁体7、隔磁材料6以及屏蔽筒3构成。安装的永磁体7为稀土永磁体(钕铁硼)，具有剩余磁感应强度高，高矫顽力和高磁能积的特性，其横截面加工成扇形，整体的形状构成瓦片形，并紧密排列在转子本体5表面，构成4个磁极。隔磁材料6使用铝材料加工而成，并固定在转子本体。

本实施例中，电枢绕组采用两相绕组，这两相在空间位置相互正交。电枢绕组的连接图见图3，图中a1为a相的一套绕组，a2是同相位的另外一套绕组。b1是与a相正交的b相的一套绕组，同理b2是b相的另外一套绕组。a相和b相的两套绕组在对外连接中可以根据负载的需要进行并联或串联使用。图中每根直线代表8匝导体。电机每极每相的导体数为16。也就是每个极面下有16匝线圈。由永磁体提供磁激励而产生的磁场经过的路径为图2中的永磁体1-屏蔽筒-气隙-电枢绕组-定子铁心-电枢绕组-气隙-屏蔽筒-永磁体2-转子铁心-永磁体1。另外一对极面下磁场路径完全相同。当转子旋转，永磁体随之旋转，在电枢绕组中产生感应电势，这1 6匝线圈电势串联后在端口引出。总共在端口引出四组电压，不同相位的电压其相位差为90度。根据交流电机绕组的一般理论，产生的感应电势有效值为E＝4.44fwφk。其中f为感应电势的频率，并且有f＝np/60(p：电机极对数，n：电机转速)，w为每相串连匝数。φ为每极磁通。k为绕组系数。而不同极面同一相位的线圈可以串联，也可以并联，根据负载工作情况而定。

当电机转速达到一定值后，电枢绕组的输出电势达到预定值，此时可以通过外接的放电回路和控制回路控制发电机输出需要的功率和电流波形。

需要说明的是，本发明所描述的补偿电机结构及工作方式，可能有一些变形。例如根据加工工艺要求对绕组不同的连接方式；隔磁材料使用的不同等等。所有这些显而易见的变型均应视为本发明所公开的内容和本发明的保护范围。

实施例二：

定子结构与实施例一完全一致。不同之处在于电枢绕组端部连接方式采用同心式连接。连接方式简单，不再绘图示意。当然，绕组也可以采用叠绕组的方式连接。转子结构也与实施例一一致，只是将隔磁材料更换为环氧树脂。

Claims (3)

1.一种永磁补偿式脉冲交流发电机，包含一个定子、一套固定在定子上用于产生和引出电流的电枢线圈、一个转子和用于支撑转子旋转用的轴承，其特征是：

所述的定子，由硅钢片叠加而成，内部为圆形空腔，用来放置转子，电枢线圈导体的工作部分固定在定子内表面、通过伸出定子铁心外部的端接部分连接；

所述的转子，由转子本体、转轴、屏蔽筒、永磁体和不导磁的隔磁材料构成，转子本体由铁磁物质构成，并与转轴紧密结合；永磁体采用高矫顽力的稀土永磁材料，紧密间隔排列在转子本体的外表面；隔磁材料放置于永磁体之间；屏蔽筒由良导电性材料加工成圆筒形，套在永磁体和隔磁材料外面，同时起到固定永磁体和隔磁材料的目的；转子放置在定子内部，由轴承固定位置，通过原动机带动旋转。

2.如权利要求1所述的永磁补偿式脉冲交流发电机，其特征是电枢线圈导体通过伸出定子铁心外部的端接部分连接；根据其在定子内部的排列和连接方式，所述的电枢线圈绕组，构成单相、两相或多相形式，每相电势根据其位置有不同的电压相位。

3.如权利要求1或2所述的永磁补偿式脉冲交流发电机，其特征是所述的永磁体横截面为扇形；所述的隔磁材料，横截面亦为扇形，放置于永磁体之间。

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