專利名稱：：一種新型復(fù)合勵磁永磁同步發(fā)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實用新型涉及一種新型復(fù)合勵磁永磁同步發(fā)電機，屬于電機
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：隨著稀土永磁材料的發(fā)展，永磁同步發(fā)電機的應(yīng)用越來越廣泛。與電勵磁的同步電機相比，永磁勵磁無需勵磁繞組，具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、體積小、效率高、功率密度高等優(yōu)點。但其最大的缺點是永磁勵磁無法調(diào)節(jié)，作為電動機，無法通過調(diào)節(jié)勵磁達到弱磁擴速、獲得寬廣的恒功率調(diào)速；作為發(fā)電機，由于轉(zhuǎn)子永磁體的高矯頑力，使發(fā)電機的輸出電壓無法調(diào)節(jié)，當(dāng)負載或轉(zhuǎn)速變化時，永磁同步發(fā)電機難以保持恒壓，因此在電動汽車中的應(yīng)用受到限制。復(fù)合勵磁永磁同步發(fā)電機較好地解決了永磁電機勵磁調(diào)節(jié)困難以及電勵磁電機效率低的問題，具有永磁體和勵磁電流兩種磁源，融合了兩者的優(yōu)點，利用永磁體和電勵磁繞組組合勵磁，對氣隙磁進行控制，調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出電壓。氣隙磁場的主要部分由稀土永磁體建立，而電壓調(diào)節(jié)所需的磁場變化部分由輔助的電勵磁繞組來實現(xiàn)。目前各種結(jié)構(gòu)的復(fù)合勵磁同步電機，各自存在以下缺陷如爪極電勵磁永磁同步電機、徑向/軸向復(fù)合勵磁同步電機和環(huán)形定子橫向磁通電機等，電勵磁磁路附加氣隙多，軸向磁場受電機直徑的制約，電機結(jié)構(gòu)復(fù)雜；同步/永磁復(fù)合勵磁電機電壓諧波多，轉(zhuǎn)矩波動大；同步/永磁復(fù)合勵磁電機和組合轉(zhuǎn)子復(fù)合勵磁電機可靠性和效率較低；組合轉(zhuǎn)子復(fù)合勵磁電機鐵磁損耗隨速度顯著增大；永磁軸向分段式電機，即永磁主發(fā)部分和電勵磁輔發(fā)部分通過轉(zhuǎn)軸共用一套定子鐵心連接，結(jié)構(gòu)有多種多樣，但實際上在軸向是兩臺電機，體積、重量增加；后兩種電機均為表面安裝式永磁，磁場調(diào)節(jié)、弱磁擴速困難，并且沒有極靴保護，存在去磁危險，調(diào)壓性能差。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種新型復(fù)合勵磁永磁同步發(fā)電機(HESG)，確保發(fā)電機負載變化時輸出電壓恒定，具有良好的波形。本實用新型的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)—種新型復(fù)合勵磁永磁同步發(fā)電機，所述電機包括機殼和機殼內(nèi)的定子和轉(zhuǎn)子，定子包括固定在機殼內(nèi)壁的定子鐵芯和定子繞組，定子鐵芯包括定子磁軛、定子槽和定子齒，轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)子鐵芯，特點是所述轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)圓周方向設(shè)有輔助電勵磁繞組和內(nèi)置式V型磁鋼，永磁體作用的磁路與電勵磁作用的磁路在轉(zhuǎn)子極面聯(lián)成一體，兩者磁路各自獨立，共用一套定子鐵芯(電樞)；電樞感應(yīng)電勢由永磁體和輔助電勵磁繞組共同產(chǎn)生，達到輸出端電壓高效節(jié)能、高精度調(diào)節(jié)的目的，v型內(nèi)置式永磁有顯著的聚磁效應(yīng)，可增加輸出電壓8%。所述內(nèi)置式V型磁鋼與極靴構(gòu)成永磁極，所述輔助電勵磁繞組與該繞組間的鐵心構(gòu)成勵磁極；相鄰反極性的磁極不是自身勵磁或者設(shè)置磁鋼構(gòu)成，而是磁通回路在轉(zhuǎn)子鐵芯8形成的鐵心極10，實際極數(shù)和電機特性，取決于輔助電勵磁繞組7產(chǎn)生的勵磁極的勵磁方式設(shè)發(fā)電機極數(shù)為2P，則勵磁極數(shù)為P/2，永磁極數(shù)為P/2;如果輔助電勵磁繞組7通入正向勵磁電流+Ie，即電勵磁繞組產(chǎn)生的極性與永磁極性相同，則HESG形成對稱2P極的磁場，勵磁磁場在定子繞組感應(yīng)的電勢應(yīng)與永磁磁場感應(yīng)的電勢相加，輸出電壓與功率最大；如果勵磁繞組不勵磁，Ie=0，則HESG形成非對稱P極的磁場，通過定子的磁通不為零，此時，感應(yīng)的電勢不為零，有少量輸出電壓與功率；如果勵磁繞組通入反向勵磁電流-L，即電勵磁繞組產(chǎn)生的極性與永磁極性相反，則HESG形成對稱P極的磁場。進一步地，上述的一種新型復(fù)合勵磁永磁同步發(fā)電機，其中，所述內(nèi)置式V型磁鋼為分段式結(jié)構(gòu)，與V型整體磁鋼相比，每段磁鋼質(zhì)量僅為整體磁鋼1/3，大幅度減小發(fā)電機高速運行時對磁鋼槽的應(yīng)力和離心力，有利于發(fā)電機高速運行。更進一步地，上述的一種新型復(fù)合勵磁永磁同步發(fā)電機，其中，所述內(nèi)置式V型磁鋼間的極靴設(shè)置有孔穴，所述孔穴中填充樹脂，減輕轉(zhuǎn)子重量和應(yīng)力，避免轉(zhuǎn)子高速變形。更進一步地，上述的一種新型復(fù)合勵磁永磁同步發(fā)電機，其中，所述內(nèi)置式V型磁鋼間的極靴中心徑向開槽，形成極靴槽，極靴槽中填充非磁性良導(dǎo)體(銅條)，負載突然增加時，在銅導(dǎo)體上產(chǎn)生渦流，阻礙磁通上升，抑制靜態(tài)、動態(tài)電樞反應(yīng)，避免磁鋼去磁危險，改善輸出電壓波形，提高氣隙磁密，提高輸出功率。再進一步地，上述的一種新型復(fù)合勵磁永磁同步發(fā)電機，所述轉(zhuǎn)子同時帶有直流勵磁繞組和內(nèi)置式V型永磁，功率密度和可靠性高，但內(nèi)置式永磁磁場的非線性和漏磁增加，為減小漏磁，內(nèi)置式V型磁鋼兩端設(shè)置隔磁槽，減少漏磁，減少鐵心損耗，提高氣隙磁密25X、過載能力和輸出功率，使HESG能高功率密度、高速、高精度、小型輕量化平穩(wěn)運行。本實用新型的實質(zhì)性特點和進步主要體現(xiàn)在①本實用新型輔助勵磁繞組與內(nèi)置式V型永磁磁極間有良好的導(dǎo)磁通道，勵磁磁通小e很方便通過氣隙，直流勵磁調(diào)壓性能優(yōu)良；②本實用新型轉(zhuǎn)子同時帶有直流勵磁繞組和內(nèi)置式V型永磁，輔助電勵磁部分與永磁部分共用一套定子鐵心(電樞)，結(jié)構(gòu)緊湊，功率密度和可靠性高；直流勵磁繞組通入正反向勵磁電流時其感應(yīng)電勢應(yīng)與永磁磁場感應(yīng)的電勢相加減，實現(xiàn)輸出端電壓高效節(jié)能、高精度調(diào)節(jié)；③本實用新型轉(zhuǎn)子內(nèi)采用分段磁鋼、極靴內(nèi)設(shè)置樹脂填充的孔穴、開極靴槽、開隔磁槽等措施，有利于發(fā)電機高效、高速運行，既具有永磁同步發(fā)電機的優(yōu)點，又方便的解決了永磁發(fā)電機的電壓調(diào)節(jié)問題，同時具備永磁體勵磁和電勵磁兩種勵磁方式；④體積小、結(jié)構(gòu)簡單和運行可靠，電勵磁部分損耗小，具有永磁發(fā)電機高效節(jié)能的特點，通過調(diào)節(jié)電勵磁部分來調(diào)節(jié)磁通，達到了調(diào)壓的目的，過載能力強、負載范圍寬、輸出功率可調(diào)；與傳統(tǒng)的發(fā)電機相比，性能指標(biāo)顯著提高。該發(fā)電機電壓調(diào)整率小，并可全自動調(diào)壓，具有接近水平的外特性。以下結(jié)合附圖對本實用新型技術(shù)方案作進一步說明圖1:復(fù)合勵磁永磁同步發(fā)電機(HESG)原理示意圖；圖2:復(fù)合勵磁永磁同步發(fā)電機永磁轉(zhuǎn)子原理示意圖；圖3:復(fù)合勵磁永磁同步發(fā)電機外特性示意圖；[0021]圖4:帶V型分段(6段)磁鋼和極靴孔穴的HESG剖面圖；圖5:帶V型分段(6段)磁鋼和極靴槽的HESG剖面圖；圖6:復(fù)合勵磁永磁同步發(fā)電機感應(yīng)電勢曲線。圖中各附圖標(biāo)記的含義見下表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>具體實施方式如圖1所示，一種新型復(fù)合勵磁永磁同步發(fā)電機(HESG)，電機包括機殼和機殼內(nèi)的定子和轉(zhuǎn)子，定子包括固定在機殼內(nèi)壁的定子鐵芯1和定子繞組，定子鐵芯包括定子磁軛2、定子槽3和定子齒4，轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)軸9和轉(zhuǎn)子鐵芯8，定轉(zhuǎn)子間形成氣隙5，其中，轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)圓周方向設(shè)有輔助電勵磁繞組7和內(nèi)置式V型磁鋼6。兩者磁路各自獨立，共用一套定子鐵芯(電樞)。電樞感應(yīng)電勢由永磁體和輔助電勵磁繞組共同產(chǎn)生，調(diào)節(jié)電勵磁繞組中直流勵磁電流的大小與方向，可方便調(diào)節(jié)氣隙磁場，保持其端電壓恒定，達到輸出端電壓高效節(jié)能、高精度調(diào)節(jié)的目的。V型內(nèi)置式磁鋼有顯著的聚磁效應(yīng)，可增加輸出電壓8X。當(dāng)原動機的轉(zhuǎn)速、負載或環(huán)境溫度等條件發(fā)生變化時，HESG的端電壓也隨之變化。要保持其端電壓恒定，需在輔助電勵磁調(diào)節(jié)器的作用下給勵磁繞組7通入直流勵磁電流If來調(diào)節(jié)氣隙磁場，保持其端電壓恒定；當(dāng)勵磁電流建立的磁場極性與永磁磁場極性相同時為正向勵磁，相反時為反向勵磁；即通入正向勵磁電流時其磁場在定子繞組感應(yīng)的電勢應(yīng)與永磁磁場感應(yīng)的電勢相加，通入反向勵磁電流時其感應(yīng)電勢應(yīng)與永磁磁場感應(yīng)的電勢相減，達到輸出端電壓高效節(jié)能、高精度調(diào)節(jié)的目的。內(nèi)置式V型磁鋼6與極靴構(gòu)成永磁極，輔助電勵磁繞組7與該繞組間的鐵心構(gòu)成勵磁極，相鄰反極性的磁極不是自身勵磁或者設(shè)置磁鋼構(gòu)成，而是磁通回路在轉(zhuǎn)子鐵芯8形成的鐵心極10。通過電勵磁繞組通入正反向直流勵磁電流時其感應(yīng)電勢與永磁磁場感應(yīng)的電勢相加減，來調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出端電壓。圖2中(K和小e分別為永磁磁通和輔助電勵磁磁通，箭頭方向為磁通路徑走向。實際極數(shù)和電機特性，取決于輔助電勵磁繞組7產(chǎn)生的勵磁極的勵磁方式設(shè)發(fā)電機極數(shù)為2P，則勵磁極數(shù)為P/2，永磁極數(shù)為P/2;如果輔助電勵磁繞組7通入正向勵磁電流+1^即如圖2所示，電勵磁繞組產(chǎn)生的極性與永磁極性相同，則HESG形成對稱2P極的磁場，勵磁磁場在定子繞組感應(yīng)的電勢應(yīng)與永磁磁場感應(yīng)的電勢相加，輸出電壓與功率最大；如果勵磁繞組不勵磁，L=O，則HESG形成非對稱P極的磁場，通過定子的磁通不為零，此時，感應(yīng)的電勢不為零，有少量輸出電壓與功率；如果勵磁繞組通入反向勵磁電流_Ie，即電勵磁繞組產(chǎn)生的極性與永磁極性相反，則HESG形成對稱P極的磁場。輔助電勵磁繞組之間的鐵心段和鐵心極10徑向截面積優(yōu)化，在發(fā)電機小型輕量化設(shè)計原則下，控制轉(zhuǎn)子鐵心磁路飽和程度，使勵磁磁通和永磁磁通形成良好的磁回路進行調(diào)控輸出電壓。HESG在恒定轉(zhuǎn)速下即使無勵磁電流，定子繞組也有很小的感應(yīng)電壓。HESG高速運行時，即使勵磁電流為零，也有足夠的輸出電壓和電流，不需要電勵磁或者可顯著減小勵磁電流，以提高發(fā)電機效率。輸出電壓的調(diào)控，不是傳統(tǒng)上的兩步控制策略，即平均勵磁電流不是通過周期性的通/斷轉(zhuǎn)換來控制，而是通過調(diào)節(jié)勵磁電流L的大小和正反向。圖3示意了復(fù)合勵磁永磁同步發(fā)電機外特性，外特性曲線A0為額定點(IN，UN)，定子空載感應(yīng)電勢為E。；當(dāng)負載電流增加到Imax時，HESG輸出電壓要下降，為了保持恒定的輸出電壓，需要加大電勵磁電流，使感應(yīng)電勢增加到EQ1，外特性上移為曲線Al，過(Imax，UN)點；當(dāng)負載電流減少到L時，HESG輸出電壓要增加，為了保持恒定的輸出電壓，使電勵磁電流反向，此時定子空載感應(yīng)電勢減少為E。2，外特性下移至曲線A2，過(IpU,)點。這樣，發(fā)電機負載電流在0Imax變化，通過調(diào)節(jié)勵磁電流Ie的大小和正反向，保持HESG輸出電壓Uw恒定。圖4示意了帶V型分段(6段)磁鋼和極靴孔穴的HESG剖面，圖5示意了帶V型分段(6段)磁鋼和極靴槽的HESG剖面。d軸為永磁極中心線，q軸為相鄰永磁極中心線，極弧角為a，箭頭為分段磁鋼磁場方向。內(nèi)置式V型磁鋼6為分段式結(jié)構(gòu)，即永磁轉(zhuǎn)子采用內(nèi)置式V型分段磁鋼6a，內(nèi)置式V型相鄰分段磁鋼之間的鐵心構(gòu)成導(dǎo)磁橋12，與V型整體磁鋼相比，每段磁鋼質(zhì)量僅為整體磁鋼1/3，大幅度減小發(fā)電機高速運行時對磁鋼槽的應(yīng)力和離心力。內(nèi)置式V型磁鋼間的極靴ll內(nèi)設(shè)置由高強度樹脂填充的孔穴13，進一步減輕轉(zhuǎn)子重量和應(yīng)力，避免轉(zhuǎn)子高速變形。永磁轉(zhuǎn)子采用極靴11中心徑向開槽，即極靴槽15，極靴槽15內(nèi)填充非磁性良導(dǎo)體，非磁性良導(dǎo)體一般選用銅條，負載突然增加時，在銅導(dǎo)體上產(chǎn)生渦流，阻礙磁通上升，抑制靜態(tài)、動態(tài)電樞反應(yīng)，避免磁鋼去磁危險，改善輸出電壓波形，提高氣隙磁密，提高輸出功率。內(nèi)置式V型磁鋼6兩端設(shè)置隔磁槽14，減少漏磁，減少鐵心損耗，提高氣隙磁密25%，增加輸出功率，使HESG能高功率密度、高速、高精度平穩(wěn)運行。圖6為復(fù)合勵磁永磁同步發(fā)電機感應(yīng)電勢曲線，曲線表明通過增加電勵磁電流L，感應(yīng)電勢E線性增加，由于鐵心飽和，感應(yīng)電勢E曲線逐漸趨于平坦，直到不再增加。如果增加反向電勵磁電流-Ie，則感應(yīng)電勢E減小，直到HESG最后成為P/2極電機。圖6曲線中，M區(qū)與N區(qū)分別為永磁磁場與輔助電勵磁繞組產(chǎn)生的磁場同向和反向。綜上所述，本實用新型復(fù)合勵磁永磁同步發(fā)電機(HESG)同時具備永磁勵磁和電勵磁兩種勵磁方式，集永磁同步發(fā)電機和電勵磁同步發(fā)電機的優(yōu)點于一體，具有較寬的電壓調(diào)節(jié)能力或?qū)挿秶兯俸銐撼瞿芰?。其氣隙磁場可以在轉(zhuǎn)速、負載及環(huán)境溫度等條件改變時進行調(diào)節(jié)，維持HESG系統(tǒng)輸出電壓恒定，達到高精度調(diào)壓的目的。適用于對電壓穩(wěn)定性要求較高的應(yīng)用場合，可以作為電動汽車蓄電池動態(tài)充電電源、備用電源或獨立供電電源使用，在電動汽車、城市輕軌、電力機車、電動裝甲車、電動坦克、艦艇和航空航天等領(lǐng)域具有廣泛的發(fā)展與應(yīng)用前景。以上僅是本實用新型的具體應(yīng)用范例，對本實用新型的保護范圍不構(gòu)成任何限制。凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術(shù)方案，均落在本實用新型權(quán)利保護范圍之內(nèi)。權(quán)利要求一種新型復(fù)合勵磁永磁同步發(fā)電機，所述電機包括機殼和機殼內(nèi)的定子和轉(zhuǎn)子，定子包括固定在機殼內(nèi)壁的定子鐵芯(1)和定子繞組，定子鐵芯包括定子磁軛(2)、定子槽(3)和定子齒(4)，轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)軸(9)和轉(zhuǎn)子鐵芯(8)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)圓周方向設(shè)有輔助電勵磁繞組(7)和內(nèi)置式V型磁鋼(6)，所述內(nèi)置式V型磁鋼(6)與極靴構(gòu)成永磁極，所述輔助電勵磁繞組(7)與繞組間的鐵心構(gòu)成勵磁極。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型復(fù)合勵磁永磁同步發(fā)電機，其特征在于所述內(nèi)置式V型磁鋼(6)為分段式結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種新型復(fù)合勵磁永磁同步發(fā)電機，其特征在于所述內(nèi)置式V型磁鋼間的極靴設(shè)置有孔穴(13)，所述孔穴(13)中填充樹脂。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種新型復(fù)合勵磁永磁同步發(fā)電機，其特征在于所述內(nèi)置式V型磁鋼間的極靴中心徑向開槽，形成極靴槽(15)，極靴槽(15)中填充非磁性良導(dǎo)體。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種新型復(fù)合勵磁永磁同步發(fā)電機，其特征在于所述非磁性良導(dǎo)體為銅條。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種新型復(fù)合勵磁永磁同步發(fā)電機，其特征在于所述內(nèi)置式V型磁鋼兩端設(shè)置隔磁槽(14)。專利摘要本實用新型涉及一種新型復(fù)合勵磁永磁同步發(fā)電機，在轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)圓周方向設(shè)有輔助電勵磁繞組和內(nèi)置式V型磁鋼，內(nèi)置式V型磁鋼與極靴構(gòu)成永磁極，輔助電勵磁繞組與繞組間的鐵心構(gòu)成勵磁極。由永磁體和輔助電勵磁繞組共同產(chǎn)生電樞感應(yīng)電勢，調(diào)節(jié)電勵磁繞組中直流勵磁電流的大小與方向，可方便調(diào)節(jié)氣隙磁場，實現(xiàn)輸出端電壓高效節(jié)能、高精度調(diào)節(jié)；同時，永磁轉(zhuǎn)子采用V型分段磁鋼，并在極靴內(nèi)設(shè)置孔穴，以減輕轉(zhuǎn)子重量，避免轉(zhuǎn)子高速變形；極靴中心徑向開槽并填充非磁性良導(dǎo)體，V型磁鋼兩端設(shè)置隔磁槽，以抑制靜態(tài)、動態(tài)電樞反應(yīng)，改善輸出電壓波形，提高氣隙磁密，減少漏磁，提高輸出功率；該發(fā)電機能高功率密度、高速、高精度平穩(wěn)運行。文檔編號H02K1/27GK201536308SQ20092023606公開日2010年7月28日申請日期2009年9月17日優(yōu)先權(quán)日2009年9月17日發(fā)明者林德芳,胡崗,胡溢文,陳鋒申請人:蘇州工業(yè)園區(qū)美能新能源有限公司;蘇州工業(yè)園區(qū)和鑫電器有限公司