CN101951105A - 模块化永磁同步发电机 - Google Patents

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黄允凯
董剑宁
彭飞
金龙
肖鹰
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Abstract

本发明公开了一种模块化永磁同步发电机，包括转子轭、稀土永磁体、三相定子绕组和定子铁芯，其中永磁体均匀地贴装在转子轭的内表面，定子铁芯的定子齿数比永磁体的片数多二；定子齿上包覆有槽绝缘层，三相定子绕组绕在槽绝缘层外；所述定子铁芯的定子齿均匀分为六部分，每相绕组占据其中相对的两部分，绕在对应的槽上，仅相邻两个部分之间的六个槽内绕有异相绕组，其余槽内均绕制同相绕组。本发明能够解决传统永磁同步发电机齿槽转矩大等缺点。同时，由于采用特殊的集中式绕组，该种发电机能够大大提高输出电压波形的正弦程度，减小发电机铜耗，提高发电机的功率密度。

Description

模块化永磁同步发电机
技术领域
本发明涉及一种发电机，具体地说是模块化永磁同步发电机。
背景技术
汽柴油发电机组已有很长的发展历史，历经了皮带传动、自动电压调节器调节励磁、和数码变频三个重大阶段。目前由于采用高功率密度的永磁发电机和数字控制器，汽柴油发电机组的重量体积大大减小，甚至实现了便携化，输出电能的质量也较之前有了大幅提高。永磁发电机是整个汽柴油发电机组的重要组成部分，其体积、重量、效率、转矩波动等直接关系到整个机组***的便携性、效率和噪声水平。因此改善机组中的永磁发电机的性能，尤其是增加其功率密度以减小体积、重量，提高其效率，减小其转矩波动以降低***的振动和噪声水平是进一步改善汽柴油发电机组性能的关键点。
汽柴油发电机组中的永磁同步发电机的绕组结构大都采用普通的集中式绕组或常规分布绕组。普通集中式绕组的端部较短，因此绕组的电阻较小，发电机的铜耗较小；而且绕制方便，可采用自动绕线机绕线，易于量产。但普通集中式绕组的电动势基波绕组因数较低(一般只有0.866)，这从一定程度上限制了发电机的功率密度。普通的集中绕组也无法削弱电动势中5次和7次谐波带来的不良影响(5、7次谐波的绕组因数较高)，会引起较大的齿槽转矩和附加转矩脉动。如果采用分布绕组，辅以适当的短距可以在保持基波绕组因数很高的同时极大地减小高次，尤其是5、7次谐波的绕组因数，从而提高发电机输出电压的正弦程度，并减小转矩脉动。但是，这种绕组的端部很长，电阻较大，从而导致发电机的铜耗高、效率低。在不采用斜极或斜槽等加工方式的情况下，使用这种绕组的发电机的齿槽转矩也很高。这种绕组由于跨越数个齿，不便于机械化嵌线，不易量产，加工成本较高。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种模块化永磁同步发电机，该电机能够解决传统永磁同步发电机齿槽转矩大等缺点。同时，由于采用特殊的集中式绕组，该种发电机能够大大提高输出电压波形的正弦程度，减小发电机铜耗，提高发电机的功率密度。
技术方案：为达到上述目的，本发明的技术方案为一种模块化永磁同步发电机，包括转子轭、永磁体、三相定子绕组和定子铁芯，其中永磁体均匀地贴装在转子轭的内表面，定子铁芯的定子齿数比永磁体的片数多二，可用的组合有10极12槽、16极18槽、22极24槽……以此类推；所述定子齿上包覆有槽绝缘层，三相定子绕组绕在槽绝缘层外；所述定子铁芯的定子齿均匀分为六部分，每相绕组占据其中相对的两部分，绕在对应的槽上，仅相邻两个部分之间的六个槽内绕有异相绕组，其余槽内均绕制同相绕组。
转子轭的结构为外转子结构，贴装永磁体的顺序为N-S相互交替。
三相定子绕组均为集中式，每相绕组的一端连接在一起，另一端引出作为发电机的电气输出接口。
该模块化永磁同步发电机还包括开有键槽的转子轴套，发电机转子通过此键槽与汽柴油机的转轴相连，并通过键槽固定。
有益效果：本发明具有以下有益效果：首先，采用外转子结构，永磁体贴装在转子铁芯的内表面上，可以利用转子高速旋转时的离心力，防止永磁体飞逸损坏。与其它固定永磁体的方式(如深埋、内转子上开燕尾槽等)相比，此种方法成本具有成本低、易加工的优点。同时，外转子结构的永磁发电机的定子开口朝外，更便于绕线机下线，同时也利于转子永磁体散热。其次，由于采用了特殊的齿数槽数配合方式和绕组形式，该种发电机与传统集中式绕组永磁同步发电机相比，具有基波绕组因数高、电/磁势谐波含量低、发出电压正弦程度高等优点；与分布式绕组永磁同步发电机相比，具有绕组端部短、电阻小、铜耗低等优点。同时，特殊的齿数槽数配合，也大大减小了发电机的齿槽转矩，可提高发电机组运行的平稳性。最后，该种发电机可以分模块加工，这在制造大容量发电机时具有重要意义。
附图说明
图1是本发明16极18槽模块化永磁发电机实施例的结构示意图；
图2是本发明转子的剖视图；
图3是本发明绕组展开图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1和图2所示，一种模块化永磁同步发电机，包括外置式集的转子轭1、贴装在转子内表面的稀土永磁体2、定子铁芯4和三相绕组3以及转子轴套5组成。稀土永磁体2均匀地分布在转子轭内表面，每个极面下有一片永磁体。定子齿数比转子极数，也即转子永磁体片数多二。定子齿上包有槽绝缘层，定子绕组绕在槽绝缘层外。绕制完毕后线圈由槽锲固定。图1以正负号的形式示意了定子绕组的绕制方式。若正号表示该半槽中绕组绕向为垂直纸面向内，则负号表示对应半槽中绕组绕向为垂直纸面向外。图3则为详细的绕组展开图，可见每副绕组均为集中式。每相绕组的一端(x、y、z)连接在一起，另一端(u、v、w)引出作为发电机的电气输出接口，以形成星形接线，抵消三次谐波电流。
转子轴套5上开有键槽，发电机转子通过此键槽与汽柴油机的转轴相连，并通过键固定。定子4经由其上的八个螺孔通过螺栓安装至机组的支架上。安装时要保证转子轴套、汽柴油机转轴、定子的中心线在同一直线上。
以16极18槽的模块化永磁同步发电机为例，其绕组的连接顺序可表示为A’AA’B’BB’C’CC’A’AA’B’BB’C’CC’，其中A、B、C分别代表三个相的绕组，’代表该齿上所绕绕组的感应电势为反向。这种绕组排布方式可用图3中的绕组展开图更明确地表示。
此种绕组为集中式绕组，继承了集中式绕组便于加工、端部小的优点。同时采用此种绕组使发电机槽/极数比为分数，提高了电动势的正弦程度，减小了齿槽转矩。
实际制造时，这种发电机的定子可以分为六块制造，各模块分别加工嵌线后再拼接配合在一起。

Claims (4)

1.一种模块化永磁同步发电机，包括转子轭(1)、永磁体(2)、三相定子绕组(3)和定子铁芯(4)，其特征在于：永磁体(2)设置在转子轭(1)的内表面，定子铁芯(4)的定子齿数比永磁体(2)的片数多二；所述定子铁芯(4)的定子齿上包覆有槽绝缘层，三相定子绕组(3)绕在槽绝缘层外；所述定子铁芯(4)的定子齿均匀分为六部分，每相绕组占据其中相对的两部分，绕在对应的槽上，仅相邻两个部分之间的六个槽内绕有异相绕组，其余槽内均绕制同相绕组。
2.根据权利要求1所述模块化永磁同步发电机，其特征在于：所述转子轭(1)的结构为外转子结构，贴装永磁体(2)的顺序为N-S相互交替。
3.根据权利要求1所述模块化永磁同步发电机，其特征在于：所述三相定子绕组(3)均为集中式，每相绕组的一端连接在一起，另一端引出作为发电机的电气输出接口。
4.根据权利要求1所述模块化永磁同步发电机，其特征在于：还包括开有键槽的转子轴套(5)，发电机转子通过此键槽与汽柴油机的转轴相连，并通过键槽固定。
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