CN107070152A - 一种五相高可靠性电励磁发电机 - Google Patents

一种五相高可靠性电励磁发电机 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种五相高可靠性电励磁发电机，属于特种电机技术领域，包括定子铁心、转子铁心、励磁绕组、电枢绕组和轴。所述发电机为内转子结构，转子铁心固定在轴上，转子铁心上有18个均布的凸形转子极，定子铁心有20个凸形的定子极，20个定子极可分为10对平行定子极，一对平行定子极上的两个定子极的中心线互相平行。每一对平行定子极的两个定子极之间有电枢槽，相邻两对平行定子极之间有励磁槽，励磁槽在槽的底部有沿切向凹进的凹陷，使励磁槽底部宽度大于槽口宽度。励磁槽内的电枢绕组和励磁绕组之间设置有绝缘隔板。本发明的技术励磁绕组与电枢绕组互相隔离，并且采用五相绕组，即使有缺相故障时***仍能维持工作，容错能力强。

Description

一种五相高可靠性电励磁发电机
技术领域
本发明涉及一种五相高可靠性电励磁发电机，属于特种电机技术领域。
背景技术
伴随着电力电子技术的发展、新型永磁材料和绝缘材料的研发以及现代控制理论和有限元等分析工具的应用，近代科技的进步改变了传统电机技术的面貌和内涵，电励磁双凸极发电机等新型发电机被广泛应用在工业领域。电励磁双凸极电机作为发电机工作时，控制方法简单，无需位置传感器和可控功率变换器，调节励磁电流即可实现调压功能，故障时断开励磁电源即可灭磁。
多相发电机的输出电压脉动率小，减小了相电流过大引起的整流元器件均流问题，并且具有多相冗余容错能力，适合应用于航空航天、汽车、风力发电等对可靠性、电源质量要求高的领域。
在目前公开的技术中，仅有少数涉及到多相电机的研究。在相近的专利中，专利号为201410011535.9的发明专利：一种高可靠性的四相交流起动发电机，一种高可靠性的四相交流起动发电机，该发明采用四相集中定子绕组，可靠性高；采用无刷电励磁结构，具有良好的电压调节性能，适合用于汽车怠速停机***使用。还有专利号为：201010290905.9的发明专利：多相电机，提出了一种多相电机，具有围绕转子的环形定子，多个电绕组位于槽中，以限定沿周边隔开的磁极。该发明能够减弱传动系速度振荡，减轻车辆振动和噪音。
在双凸极电机的相关专利中有授权号为ZL2013100794514的发明专利：各相电感对称的四相双凸极无刷直流电机，四相电机拥有四相定子绕组，这种相数冗余的设计使得四相电机可以进一步提高电机的可靠性，以使电动车在故障后主动重构***的软硬件结构，在不损失性能或仅降低部分性能指标的情况下，使***实现容错运行。该专利提出了新型的12/9 极结构和各相对称的新型绕组配置方式。
在此基础上，发明人对多相双凸极电机的极数和极弧系数进行了深入的研究，在《中国电机工程学报》2015年第七期发表了“多相电励磁双凸极发电机极数与极弧系数研究”的学术论文，指出定子极数和转子极数之比应为m/(m+1)或m/(m-1)。
作为已有技术，传统的双凸极发电机反电势谐波含量较高，因此整流后电压有较大波动且不利于高速运行，因此急需研究一种反电势谐波含量低的发电机。
基于此，本发明提出一种反电势为正弦波的电机以减小换向转矩脉动，同时具备多相绕组以提高***的可靠性。本发明的技术突破了原有双凸极电机极数之比应为m/(m+1) 或m/(m-1)这一技术偏见，因此具有创造性。
发明内容
所要解决的技术问题：提供一种电枢绕组与励磁绕组相互隔离、可靠性高的一种五相高可靠性电励磁发电机。
为了实现以上功能，本发明采取的技术方案是：
一种五相高可靠性电励磁发电机，包括定子铁心、转子铁心、励磁绕组、电枢绕组和轴，其特征在于：
所述五相高可靠性电励磁发电机为内转子结构，转子铁心固定在轴上，转子铁心上有18个均布的凸形转子极；
所述定子铁心有20个凸形的定子极，20个定子极可分为10对平行定子极，一对平行定子极上的两个定子极的中心线互相平行；
每一对平行定子极的两个定子极之间有电枢槽，相邻两对平行定子极之间有励磁槽，所述励磁槽槽深大于电枢槽；
所述励磁槽在槽的底部有沿切向凹进的凹陷，使励磁槽底部宽度大于槽口宽度；
每一对平行定子极上绕有励磁绕组，相邻励磁绕组的绕制方向相反；励磁绕组位于励磁槽的底部；
每个定子极上都绕有集中式的电枢绕组，相邻电枢绕组的绕制方向相反；电枢绕组位于励磁槽和电枢槽的槽口。
如上所述的一种五相高可靠性电励磁发电机，其特征在于：励磁槽内的电枢绕组和励磁绕组之间设置有绝缘隔板。
如上所述的一种五相高可靠性电励磁发电机，其特征在于：转子极为斜极结构。
如上所述的一种五相高可靠性电励磁发电机，其特征在于：沿圆周方向每两个相邻的电枢绕组串联为一相电枢绕组，电枢绕组依据相位不同分为五相。
本发明的有益效果是：
1在本发明中采用五相绕组，即使有缺相故障时***仍能维持工作，容错能力强；
2绕组皆为集中式绕组，内阻小，效率高；
3.励磁绕组和电枢绕组可以通过绝缘纸互相隔离，避免了故障的传播；
4本发明电机转子结构简单，机械强度高，适合电机高速旋转；
5电机总的磁链较短，硅钢片磁阻小，铁耗少。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明一种五相高可靠性电励磁发电机结构示意图。其中，1、定子铁心，2、转子铁心，3、励磁绕组，4、电枢绕组，5、轴，6、绝缘隔板。
图2是本发明一种五相高可靠性电励磁发电机各线圈矢量星形图。
图3是本发明一种五相高可靠性电励磁发电机各相绕组矢量星形图。
图4是本发明一种五相高可靠性电励磁发电机绕组连线图。其中，1、定子铁心，2、转子铁心，3、励磁绕组，4、电枢绕组，5、轴。
图5是本发明一种五相高可靠性电励磁发电机一相感应电势图。
具体实施方式
本发明提供一种五相高可靠性电励磁发电机，为使本发明的技术方案及效果更加清楚、明确，以及参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是本发明一种五相高可靠性电励磁发电机结构示意图。如图所示，一种五相高可靠性电励磁发电机，包括定子铁心(1)、转子铁心(2)、励磁绕组(3)、电枢绕组(4)、轴(5)和绝缘隔板(6)。所述五相高可靠性电励磁发电机为内转子结构，转子铁心(2)固定在轴(5)上，转子铁心(2)上有18个均布的凸形转子极。
所述定子铁心(1)有20个凸形的定子极，20个定子极可分为10对平行定子极，一对平行定子极上的两个定子极的中心线互相平行。每一对平行定子极的两个定子极之间有电枢槽，相邻两对平行定子极之间有励磁槽，所述励磁槽槽深大于电枢槽。励磁槽在槽的底部有沿切向凹进的凹陷，使励磁槽底部宽度大于槽口宽度。每一对平行定子极上绕有励磁绕组 (3)，相邻励磁绕组(3)的绕制方向相反，励磁绕组(3)位于励磁槽的底部。每个定子极上都绕有集中式的电枢绕组(4)，相邻电枢绕组(4)的绕制方向相反，电枢绕组(4)位于励磁槽和电枢槽的槽口。励磁槽内的电枢绕组(4)和励磁绕组(3)之间设置有绝缘隔板(6)。
转子极为斜极结构。
图2是本发明一种五相高可靠性电励磁发电机各线圈矢量星形图。
图3是本发明一种五相高可靠性电励磁发电机各相绕组矢量星形图。
图4是本发明一种五相高可靠性电励磁发电机绕组连线图。如图所示，每一对平行定子极上绕有励磁绕组(3)，相邻励磁绕组(3)的绕制方向相反，励磁绕组(3)位于励磁槽的底部。每个定子极上都绕有集中式的电枢绕组(4)，相邻电枢绕组(4)的绕制方向相反，电枢绕组(4)位于励磁槽和电枢槽的槽口。沿圆周方向每两个相邻的电枢绕组(4)串联为一相电枢绕组，电枢绕组(4)依据相位不同分为五相。
图5是本发明一种五相高可靠性电励磁发电机一相感应电势图。可以看出该相感应电势呈正弦状。
下面对本发明提出的一种五相高可靠性电励磁发电机进行工作原理的说明。
在本发明中位于励磁槽底部的励磁绕组(3)通电产生磁场，产生的磁通将经过各相的定子轭部、定子齿部、空气隙、转子齿部、转子轭部形成闭合回路。原动机带动本电机按一定方向旋转时，五相电枢绕组(4)匝链的磁链随着转子位置改变而变化，从而产生五相交变的感应电势。当其作为直流发电机时，用外接的变换器或整流桥整流输出直流电能供给各种电气负载或向蓄电池充电。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种五相高可靠性电励磁发电机，包括定子铁心、转子铁心、励磁绕组、电枢绕组和轴，其特征在于：
所述五相高可靠性电励磁发电机为内转子结构，转子铁心固定在轴上，转子铁心上有18个均布的凸形转子极；
所述定子铁心有20个凸形的定子极，20个定子极分为10对平行定子极，一对平行定子极上的两个定子极的中心线互相平行；
每一对平行定子极的两个定子极之间有电枢槽，相邻两对平行定子极之间有励磁槽，所述励磁槽槽深大于电枢槽；
所述励磁槽在槽的底部有沿切向凹进的凹陷，使励磁槽底部宽度大于槽口宽度；
每一对平行定子极上绕有励磁绕组，相邻励磁绕组的绕制方向相反；励磁绕组位于励磁槽的底部；
每个定子极上都绕有集中式的电枢绕组，相邻电枢绕组的绕制方向相反；电枢绕组位于励磁槽和电枢槽的槽口。
2.如权利要求1所述的一种五相高可靠性电励磁发电机，其特征在于：励磁槽内的电枢绕组和励磁绕组之间设置有绝缘隔板。
3.如权利要求1所述的一种五相高可靠性电励磁发电机，其特征在于：转子极为斜极结构。
4.如权利要求1所述的一种五相高可靠性电励磁发电机，其特征在于：沿圆周方向每两个相邻的电枢绕组串联为一相电枢绕组，电枢绕组依据相位不同分为五相。
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