CN109194081A - 各相隔离的五相无刷发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了各相隔离的五相无刷发电机，括外壳、月牙形外转子导磁块、励磁绕组、定子铁心、定子固定块、电枢绕组和轴；呈U形的定子铁心共有5X个，定子铁心利用轭部均匀的固定在定子固定块上，定子固定块固定在轴上；外壳内圈处具有8X个均匀分布的拱形凹槽，拱形凹槽内嵌有月牙形转子导磁块，月牙形的外转子导磁块的中间有通孔，螺钉穿过通孔将月牙形转子导磁块固定在拱形凹槽内；在每个定子铁心其中的一侧的定子极上都绕有励磁绕组，另一侧的定子极上都绕有电枢绕组。本发明各相隔离的五相无刷发电机的外转子采用了一种新型结构，月牙形转子外导磁块嵌入安装的形式，具有各自独立的定子子铁心，能够有效的实现磁隔离，避免了各绕组之间互相影响，转子铁心啮入和啮出时导磁少，是渐进式导磁，可以大幅度减小磁阻类电机的边缘效应。

Description

各相隔离的五相无刷发电机
技术领域
本发明涉及一种各相隔离的五相无刷发电机，属于汽车电器领域。
背景技术
目前直流电源***应用广泛，在航空设备、汽车上常常使用直流电源***为其用电设备提供电能，在这些直流电源***中常采用有刷直流电机、无刷直流永磁电机和爪极电机。无刷直流永磁发电机采用永磁材料，使得电机在运行时磁场难以调节，对外输出电压调节困难，不易实现弱磁控制。高速运行时，永磁体受电枢作用，甚至会发生不可逆退磁现象。
由于汽车发电机安装在发动机上，需要其在强烈震动、多灰尘、高温的环境下都能正常工作，因此汽车用发电机必须具备很高的稳定性和可靠性。电励磁无刷直流发电机能够兼具无刷直流发电机可靠性好和电励磁发电机便于调节输出电压以及易实现弱磁控制的优点，因此电励磁无刷直流发电机就成为当前研究的重点。
由于现代汽车用发电机对电机的可靠性提出了更高的要求，而采用多相绕组可提高电机的可靠性。在多相发电机中，已有的相关申请主要有专利公开号为CN102035272A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。公开号为CN101030720的发明专利：一种永磁无刷直流发电机，包括永磁同步发电机和整流滤波器两部分，整流滤波器为零式整流结构，整流二极管共阳极连接，阳极公共点为输出直流电压的低电位点。该发明的发电机制成后输出电压易于调整，不需额外的电压调节装置，在应急电源、低压大电流等场合具有突出的应用优势。
在相近的专利中，专利公开号为CN106549544A的发明专利：各相隔离的五相容错汽车发电机：各相隔离的五相容错汽车发电机，该电机定子铁心由5个沿圆周均布的子铁心组成，子铁心利用不导磁的定子固定块均匀的固定在外壳内侧，其定子极按照极弧机械角大小不同分为宽定子极和窄定子极。本发明的各个定子铁心之间被不导磁的定子固定块隔离，使得定子相绕组在物理和电磁上都是彼此隔离的，这大大降低了相间故障的可能性。
本发明的提出的各相隔离的五相无刷发电机本发明的，采用一种新型月牙形转子铁心结构，月牙形的外转子导磁块的中间有通孔，螺钉穿过通孔将月牙形转子导磁块固定在拱形凹槽内。本发明的发电机转子铁心啮入和啮出时导磁少，是渐进式导磁，可以大幅度减小磁阻类电机的边缘效应，而且本发明采用电励磁绕组励磁，便于调节输出电压。
发明内容
所要解决的技术问题：提供一种磁场可控而且具备各相隔离和多相冗余特征的短磁路的五相无刷发电机。
本发明采用如下技术方案：
各相隔离的五相无刷发电机由外壳、月牙形外转子导磁块、励磁绕组、定子铁心、定子固定块、电枢绕组和轴组成；
所述外壳由非导磁材料制成，外壳内圈一侧具有8X个均匀分布的拱形凹槽，X为正整数；
拱形凹槽内嵌有月牙形外转子导磁块，月牙形的外转子导磁块的中间有通孔，螺钉穿过通孔将月牙形外转子导磁块固定在拱形凹槽内；
呈U形的定子铁心共有5X个，每个定子铁心有两个沿径向延伸的定子极，同一个定子铁心上的两个定子极之间由定子铁心的轭部连接；
5X个定子铁心利用轭部均匀的固定在不导磁定子固定块上，且各个定子铁心之间有空气间隙，定子固定块固定在轴上；
一个定子铁心总的弧长等于月牙形外转子导磁块内圆弧长；
定子铁心其中一侧的定子极上绕有励磁绕组，所有的励磁绕组绕向一致；
定子铁心另一侧的定子极上绕有电枢绕组，电枢绕组依据相位的不同分为A相电枢绕组，B相电枢绕组，C相电枢绕组，D相电枢绕组和E相电枢绕组；所有的电枢绕组绕向一致；
励磁绕组与电枢绕组皆为集中式绕组，电枢绕组与励磁绕组的绕向相反。
如上所述的各相隔离的五相无刷发电机，其特征在于：
每相电枢绕组都外接一个单相全桥整流器，各个单相全桥整流器并联对外输出。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明采用的转子上无励磁绕组，具有结构简单、可靠性高的特点，适合发电机高速旋转；
（2）在本发明中提供的发电机具备五相强隔离技术特征，可有效实现故障隔离和多相冗余；
（3）可以有效地缩小总的磁链长度，减小铁耗；
（4）本发明电机采用新型外转子结构，各绕组之间实现了电隔离、热隔离、磁隔离等物理隔离，故障绕组不会影响非故障绕组的运行。
附图说明
图1是本发明各相隔离的五相无刷发电机结构示意图。其中：1、外壳，2、月牙形外转子导磁块,3、励磁绕组,4、定子铁心,5、定子固定块,6、A相电枢绕组，7、C相电枢绕组，8、B相电枢绕组，9、D相电枢绕组,10、E相电枢绕组，11、轴 ；
图2是本发明各相隔离的五相无刷发电机的嵌线图。其中：1-10分别代表10个槽，F、A、B、C和D分别代表励磁绕组、A相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组和D相电枢绕组。
图3为本发明各相隔离的五相无刷发电机的整流桥电路图。
图4为本发明各相隔离的五相无刷发电机各相磁链图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。
图1是本发明各相隔离的五相无刷发电机结构示意图。所述各相隔离的五相无刷发电机，包括外壳1、月牙形外转子导磁块2、励磁绕组3、定子铁心4、定子固定块5、电枢绕组6和轴7。
所述外壳1由非导磁材料制成，外壳内圈一侧具有8个均匀分布的拱形凹槽，拱形凹槽内嵌有月牙形外转子导磁块2，月牙形的外转子导磁块2的中间有通孔，螺钉穿过通孔将月牙形外转子导磁块固定在拱形凹槽内；
呈U形的定子铁心4共有5个，每个定子铁心4有两个沿径向延伸的定子极，同一个定子铁心4上的两个定子极之间由定子铁心的轭部连接；
定子铁心4利用轭部均匀的固定在不导磁的定子固定块5上，且各个定子铁心4之间有空气间隙，定子固定块5固定在轴上；
一个定子铁4心总的弧长等于月牙形外转子导磁块2内圆弧长；此实施例中，月牙形外转子导磁块2内圆弧角为45°，一个定子铁心4总的弧长也为45°。
定子铁心4的逆时针一侧的定子极上绕有励磁绕组3，所有的励磁绕组3绕向一致；
定子铁心4的顺时针一侧的定子极上绕有电枢绕组6，电枢绕组6依据相位的不同沿圆周顺时针方向分为A相电枢绕组，C相电枢绕组，B相电枢绕组，D相电枢绕组和E相电枢绕组；所有的电枢绕组绕向一致；
励磁绕组3与电枢绕组6皆为集中式绕组，电枢绕组与励磁绕组的绕向相反。
如上所述的各相隔离的五相无刷发电机，其特征在于：每相电枢绕组都外接一个单相全桥整流器，各个单相全桥整流器并联对外输出。
图2是本发明各相隔离的五相无刷发电机的嵌线图。如图所示，电机的10个定子极上交替绕有励磁绕组3和电枢绕组6；所有励磁绕组3的绕制方向相同，所有的电枢绕组绕向一致；
励磁绕组3与电枢绕组6皆为集中式绕组，电枢绕组与励磁绕组的绕向相反。电枢绕组沿圆周顺时针方向依据相位的不同分为A相电枢绕组、C相电枢绕组、B相电枢绕组、D相绕组和E相电枢绕组；
图3为本发明各相隔离的五相无刷发电机的整流桥电路图。各相隔离的五相无刷发电机的电枢绕组分为A相电枢绕组、C相电枢绕组、B相电枢绕组、D相电枢绕组和E相电枢绕组，每相电枢绕组都外接一个单相全桥整流器，各个单相全桥整流器并联对外输出。该电路可以实现各相绕组的电隔离。
图4为本发明各相隔离的五相无刷发电机各相磁链图。
下面对本发明提出的各相隔离的五相无刷发电机进行工作原理的说明。
本发明所述的各相隔离的五相无刷发电机通过轴的旋转带动转子转动，此时给定子铁心子铁心上的励磁绕组通电，使其产生径向磁场。定子铁心子铁心上的励磁绕组产生的磁场依次通过子铁心上的绕有励磁绕组的定子极、气隙、月牙形外转子导磁块、气隙、定子子铁心的另一定子极、定子轭部，最后回到绕有励磁绕组的定子极，形成闭合磁路。当转子转动时，月牙形导磁转子块的转动使磁链产生变化，在定子铁心子铁心上的一相电枢绕组中感应出电势。该相电势经过一个单相全桥整流器连接负载，对外输出直流电。本发明各相隔离的五相无刷发电机电机具有各自独立的定子子铁心，能够有效的实现磁隔离，避免了各绕组之间互相影响，转子铁心啮入和啮出时导磁少，是渐进式导磁，可以大幅度减小磁阻类电机的边缘效应。

Claims (2)

1.各相隔离的五相无刷发电机，其特征在于:
由外壳、月牙形外转子导磁块、励磁绕组、定子铁心、定子固定块、电枢绕组和轴组成；
所述外壳由非导磁材料制成，外壳内圈一侧具有8X个均匀分布的拱形凹槽，X为正整数；
拱形凹槽内嵌有月牙形外转子导磁块，月牙形的外转子导磁块的中间有通孔，螺钉穿过通孔将月牙形外转子导磁块固定在拱形凹槽内；
呈U形的定子铁心共有5X个，每个定子铁心有两个沿径向延伸的定子极，同一个定子铁心上的两个定子极之间由定子铁心的轭部连接；
5X个定子铁心利用轭部均匀的固定在不导磁定子固定块上，且各个定子铁心之间有空气间隙，定子固定块固定在轴上；
一个定子铁心外侧总的弧长等于月牙形外转子导磁块内圆弧长；
定子铁心其中一侧的定子极上绕有励磁绕组，所有的励磁绕组绕向一致；
定子铁心另一侧的定子极上绕有电枢绕组，电枢绕组依据相位的不同分为A相电枢绕组，B相电枢绕组，C相电枢绕组，D相电枢绕组和E相电枢绕组；所有的电枢绕组绕向一致；
励磁绕组与电枢绕组皆为集中式绕组，电枢绕组与励磁绕组的绕向相反。
2.如权利要求1所述的各相隔离的五相无刷发电机，其特征在于：
每相电枢绕组都外接一个单相全桥整流器，各个单相全桥整流器并联对外输出。
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