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CN111446784B - 一种无刷交流发电机 - Google Patents

一种无刷交流发电机 Download PDF

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CN111446784B CN202010306936.2A CN202010306936A CN111446784B CN 111446784 B CN111446784 B CN 111446784B CN 202010306936 A CN202010306936 A CN 202010306936A CN 111446784 B CN111446784 B CN 111446784B
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Gao Chunjun
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Abstract

本发明提供了一种无刷交流发电机，其结构简单，且其输出的交流方波电压的谐波小，有效的提高电压输出。其包括至少一个发电单元，所述发电单元包括定子和转子，所述转子通过驱动机构驱动且能够相对于所述定子转动，其特征在于：所述定子包括两个定子铁心，在两定子铁心之间布置环形励磁绕组或分布式励磁磁极，使得两个定子铁心一个为N极，另一个为S极，所述定子铁心上分别布置有定子槽，电枢绕组的每相每组绕组由两部分组成，一半部分位于N极所述定子槽内，另一半部分位于S极所述定子槽内，两部分电枢绕组串联组成为一组绕组，此两部分电枢绕组对应于转子凸极分布，穿过该串联的绕组的磁通为方向相反的周期磁通，且其时间上相差半个周期。

Description

一种无刷交流发电机
技术领域
本发明涉及交流发电机结构设计的技术领域，具体为一种无刷交流发电机。
背景技术
现有的交流发电机，大多采用转子励磁方式，即励磁磁场产生于转子。即通过在转子上布置永磁体或者励磁绕组以产生励磁磁场形式，使转子形成一对磁极或多对磁极,外部动力设备带动转子转动，切割布于定子的电枢绕组，来发出正弦交流电。然而正弦交流电的谐波功率不能有效利用，输出功率有效值不高，同时结构复杂，成本高，不适合高转速应用。然而若输出电压波形为方波，则方波的功率有效值比正弦波的功率有效值要高。
现有的输出电压为方波的发电机为单相双凸极发电机，然而虽然其输出电压为方波，却需要定子与转子均采用凸极结构，且定子凸极与转子凸极的数量有严格的限制，同时电枢绕组采用集中式布置，则谐波成分较大，同时极间漏磁较大，有效磁通不能有效利用。
发明内容
针对现有的双凸极发电机，由于其结构上有严格的限制，即定子与转子必须为凸极结构，且定子凸极与转子凸极的数量有严格的限制，同时电枢绕组采用集中式布置，则谐波较大，且极间漏磁很大，磁通不能有效利用。本发明提供了一种无刷交流发电机，其结构简单，且其输出的交流方波电压的谐波小，有效的提高电压输出。
其技术方案是这样的：一种无刷交流发电机，其包括至少一个发电单元，所述发电单元包括定子和转子，所述转子通过驱动机构驱动且能够相对于所述定子转动，其特征在于：所述定子包括两个定子铁心，在两定子铁心之间布置环形励磁绕组或分布式励磁磁极，使得两个定子铁心一个为N极，另一个为S极，所述定子铁心上分别布置有定子槽，电枢绕组的每相每组绕组由两部分组成，一半部分位于N极所述定子槽内，另一半部分位于S极所述定子槽内，两部分电枢绕组串联组成为一组绕组，此两部分电枢绕组对应于转子凸极分布，穿过该串联的绕组的磁通为方向相反的周期磁通，且其时间上相差半个周期；
其进一步特征在于：所述定子铁心的外侧分别设有固定连接的端盖，所述端盖通过轴承套、轴承与所述转子的轴连接，其中所述轴承套为隔磁轴承套；
所述定子铁心为环形、且所述定子铁心的相向面上分别设有径向的定子槽；
所述环形励磁绕组包括励磁支架，所述励磁支架上布置有励磁绕组，所述励磁支架的两端分别与两侧的端盖的外周部固定连接；所述定子铁心分别与所述端盖固定连接；
所述定子铁心为圆柱形、且所述定子铁心的内壁上分别设有周向的定子槽；
所述环形励磁绕组包括励磁支架，所述励磁支架上布置有励磁绕组，所述励磁支架的两端分别与两个所述定子铁心的外壁固定连接；所述励磁支架的两端外端面分别与两侧的所述端盖固定连接。
采用上述结构，由于转子两侧分别设置定子铁心，且通过定子铁心之间布置的环形励磁绕组或分布式励磁绕组使得两个定子铁心一个为N极定子铁心、另一个为S极定子铁心，电枢绕组的每相每组绕组由两部分组成，一半部分位于N极定子铁心的定子槽内，另一半部分位于S极定子铁心的定子槽内，两部分电枢绕组串联组成为一组绕组，从而使得穿过该串联绕组的每半部分的磁通为方向相反的周期磁通，且时间上相差半个周期，从而输出的感应电压为方波电压，本发明结构简单，同时转子上无励磁、无电刷和无绕组，可以适合高转速应用，同时电枢绕组采用分布式布置，减小了谐波，有效提高电压输出。
附图说明
图1为本发明第一种实施方式的整体结构爆炸图；
图2为本发明第一种实施方式的侧视剖视图；
图3为本发明第二种实施方式的整体结构爆炸图；
图4为本发明第二种实施方式的侧视剖视图；
第一种实施方式和第二种实施方式的图中：1、端盖；2、定子铁心；3、定子槽；4、电枢绕组；5、转子；6、转子凸极；7、励磁支架；8、励磁绕组；9、轴；10、轴承；11、气隙；12、轴承套。
具体实施方式
如图1和图2为本发明的第一种实施方式，一种无刷交流发电机，包括至少一个发电单元，该发电单元包括定子和转子5，转子5通过轴9外接驱动机构驱动且能够相对于定子转动。转子5采用凸极结构且无任何励磁绕组或永磁体，但可根据性能布置阻尼绕组。定子包括两个定子铁心2，分别设于转子5的两侧，两个定子铁心2与转子5的转子凸极6之间分别设有气隙11，两个定子铁心2的外侧分别设置固定连接的端盖1，端盖1通过轴承10、轴承套12分别与转子5的轴9相对转动连接，其中轴承套12为隔磁轴承套。两个端盖1的周向外壁分别连接分布式励磁绕组的励磁支架7的两端，励磁支架7上布置有励磁绕组8，通过励磁绕组8使得两个定子铁心2分别为N极定子铁心和S极定子铁心，定子铁心2为环形，两个定子铁心2的相向面上分别设有径向的定子槽3，电枢绕组4的每相每组绕组一半位于N极定子铁心的定子槽内、另一半位于相对的S极定子铁心的定子槽内、且串联连接。本发明的两个定子铁心2为同极式设计，当励磁绕组8通电后，产生了磁通，使两个定子铁心2分别为N极定子铁心和S极定子铁心。如图2所示的磁通回路，其中一个磁通回路为：磁通从N极定子铁心出发，经过气隙11到转子凸极6，再通过气隙11到S极定子铁心，再通过励磁绕组8回到N极定子铁心。转子5转动时，气隙磁通随转子凸极6的旋转而旋转，切割转子凸极6对应的电枢绕组4，从而在电枢绕组4中感应出交流电。优选的，为了防止漏磁通，端盖1与转子5连接的轴承套12使用隔磁轴承套。
如图3和图4为本发明的第二种实施方式，一种无刷交流发电机，包括至少一个发电单元，发电单元包括定子和转子5。转子5通过轴9外接驱动机构驱动且能够相对于定子转动。转子5采用凸极结构且无任何励磁绕组或永磁体，但可根据性能布置阻尼绕组。定子包括两个定子铁心2，分别设于转子5的两侧，两个定子铁心2与转子5的转子凸极之间分别设有气隙11，两个定子铁心2的外侧分别设置端盖1，端盖1通过轴承10、轴承套12分别与转子5的轴9相对转动连接。两个定子铁心2之间布置有分布式励磁支架7，励磁支架7的两端分别与两个定子铁心2的外壁固定连接，励磁支架7的两端外端面分别与两侧端盖1固定连接，励磁支架7上布置有励磁绕组8，通过励磁绕组8使得两个定子铁心2分别为N极定子铁心和S极定子铁心。定子铁心2为环形，且两个定子铁心2的内壁上分别设有周向的定子槽，电枢绕组4的每相每组绕组一半位于N极定子铁心的定子槽内、另一半位于相对的S极定子铁心的定子槽内、且串联连接。本发明的两个定子铁心2为同极式设计，当励磁绕组8通电后，产生了磁通，使两个定子铁心2分别为N极定子铁心和S极定子铁心。如图4的虚线所示的磁通回路，其中一个磁通回路为：磁通从N极定子铁心出发，经过气隙11到转子凸极6，再通过气隙11到S极定子铁心，再通过励磁绕组8回到N极定子铁心。转子5转动时，气隙磁通随转子凸极6的旋转而旋转，切割转子凸极6对应的电枢绕组4，从而在电枢绕组4中感应出交流电。优选的，为了防止漏磁通，端盖1与转子5连接的轴承套12使用隔磁轴承套。
由于本发明的工作原理为：由于本发明的每相每组电枢绕组4由两部分串联组成，即在N极定子铁心中布置一半电枢绕组4，在S极定子铁心中布置另一半电枢绕组4。在N极定子铁心中的一半电枢绕组4，由于定子铁心2的极性不随转子的转动而变化，所以此电枢绕组4的磁通一直为一个方向，且记为正向，随着转子凸极6的周期性转动，在此部分电枢绕组4中形成正向的半正弦磁通周期变化，同理，在S极定子铁心中的另一半电枢绕组4，其磁通变化为负向的半正弦周期变化，由这两部分电枢绕组4串联所得的一组电枢绕组4，其磁通为这两部分磁通的叠加，即一个周期为正弦的正向半个波形与一个周期为正弦的负向半个波形的叠加，由于这两部分绕组中磁通时间上相差半个周期，所以叠加后的磁通变化为三角形周期变化磁通，其感应电压为方波电压。
本发明的无刷交流方波发电机，输出为方波电压，电枢绕组为分布式，输出电压谐波小，整流后电压脉动小，仅转子为凸极结构，极简漏磁小，功率有效值高，结构简单，可靠性好，同时转子上无励磁、无电刷和无绕组，转子速度不受限制，转速调节范围广。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种无刷交流发电机，其包括至少一个发电单元，所述发电单元包括定子和转子，所述转子通过驱动机构驱动且能够相对于所述定子转动，其特征在于：所述定子包括两个定子铁心，在两定子铁心之间布置环形励磁绕组或分布式励磁磁极，使得两个定子铁心一个为N极，另一个为S极，所述定子铁心上分别布置有定子槽，电枢绕组的每相每组绕组由两部分组成，一半部分位于N极所述定子槽内，另一半部分位于S极所述定子槽内，两部分电枢绕组串联组成为一组绕组，此两部分电枢绕组对应于转子凸极分布，穿过该串联的绕组的磁通为方向相反的周期磁通，且其时间上相差半个周期，所述定子铁心的外侧分别设有固定连接的端盖，所述端盖通过轴承套、轴承与所述转子的轴连接，其中所述轴承套为隔磁轴承套。
2.根据权利要求1所述的一种无刷交流发电机，其特征在于：所述定子铁心为环形、且所述定子铁心的相向面上分别设有径向的定子槽。
3.根据权利要求2所述的一种无刷交流发电机，其特征在于：所述环形励磁绕组包括励磁支架，所述励磁支架上布置有励磁绕组，所述励磁支架的两端分别与两侧的端盖的外周部固定连接；所述定子铁心分别与所述端盖固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种无刷交流发电机，其特征在于：所述定子铁心为圆柱形、且所述定子铁心的内壁上分别设有周向的定子槽。
5.根据权利要求4所述的一种无刷交流发电机，其特征在于：所述环形励磁绕组包括励磁支架，所述励磁支架上布置有励磁绕组，所述励磁支架的两端分别与两个所述定子铁心的外壁固定连接；所述励磁支架的两端外端面分别与两侧的所述端盖固定连接。
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Address before: 214000 508-803, gaolang East Road, Binhu Economic Development Zone, Wuxi City, Jiangsu Province

Patentee before: Wuxi Quandian Huiyuan electric partnership (limited partnership)