專(zhuān)利名稱(chēng)：無(wú)刷交流勵(lì)磁變速同頻發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種發(fā)電機(jī)，尤其是一種無(wú)刷交流勵(lì)磁變速同頻 發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電機(jī)、水力發(fā)電機(jī)等大功率低速多極發(fā)電機(jī)為了達(dá)到并網(wǎng) 發(fā)電的要求，需要在不同轉(zhuǎn)速的情況下輸出的電壓頻率保持與電網(wǎng)頻 率一致，現(xiàn)在直驅(qū)型發(fā)電機(jī)多數(shù)采用變頻的方式進(jìn)行電子調(diào)整輸出頻 率，由于逆變器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高，成本高，已成為風(fēng)力、水力發(fā) 電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電的一大障礙。另外，普通的交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)都帶有電刷， 摩擦零件的存在，使發(fā)電機(jī)的維護(hù)和運(yùn)行成本大幅度提高，使用壽命 縮短。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可直接并網(wǎng)且無(wú)需大功 率變頻裝置的無(wú)刷交流勵(lì)磁變速同頻發(fā)電機(jī)，能夠跟隨電網(wǎng)電壓的變 化，自動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁電壓的幅度和頻率，達(dá)到高質(zhì)量發(fā)電的目的。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下的技術(shù)方案
本實(shí)用新型所述的無(wú)刷交流勵(lì)磁變速同頻發(fā)電機(jī)包括主軸、固定 安裝在主軸上的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，以及環(huán)繞設(shè)置在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子周?chē)陌l(fā)電 機(jī)定子，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上安裝有發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈，發(fā)電機(jī)定子上安裝有 發(fā)電機(jī)電樞線圈，發(fā)電機(jī)定子通過(guò)軸承安裝在主軸上，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子固 定安裝在主軸上，其特征在于
在主軸上還安裝有勵(lì)磁機(jī)構(gòu)，
所述的勵(lì)磁機(jī)構(gòu)包括與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸安裝的二級(jí)勵(lì)磁機(jī)、同步 勵(lì)磁電動(dòng)機(jī)以及兩個(gè)一級(jí)勵(lì)磁機(jī)，二級(jí)勵(lì)磁機(jī)包括成磁隙配合的二級(jí) 電樞繞組和二級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子， 一級(jí)勵(lì)磁機(jī)包括成磁隙配合的一級(jí)電樞繞 組和一級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子，同步勵(lì)磁電動(dòng)機(jī)包括成磁隙配合的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和 電動(dòng)機(jī)電樞線圈；二級(jí)電樞繞組固定安裝在圓筒狀的二級(jí)電樞支架的內(nèi)壁上，二級(jí)電樞支架固定套裝在主軸上，二級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子上安裝有二 級(jí)勵(lì)磁線圈，二級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子固定安裝在軸套上，軸套通過(guò)軸承套裝在 主軸上；軸套上同時(shí)還固定安裝有電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子以及一級(jí)電樞繞組支 架， 一級(jí)電樞繞組固定安裝在一級(jí)電樞繞組支架的內(nèi)側(cè)， 一級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn) 子并列固定安裝在端蓋的內(nèi)側(cè)， 一級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子上安裝有一級(jí)勵(lì)磁線 圈，端蓋以及電動(dòng)機(jī)電樞線圈與發(fā)電機(jī)定子固定連接；
發(fā)電機(jī)電樞線圈通過(guò)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)與電網(wǎng)連接，二級(jí)電樞繞組通過(guò)導(dǎo) 線與發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈電連接，兩個(gè)一級(jí)電樞繞組分別通過(guò)整流電路連 接到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中的電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁線圈和二級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子中的二級(jí)勵(lì)磁 線圈，電動(dòng)機(jī)電樞線圈通過(guò)電動(dòng)機(jī)控制開(kāi)關(guān)與電網(wǎng)連接， 一級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn) 子中的一級(jí)勵(lì)磁線圈分別與兩個(gè)可調(diào)壓直流勵(lì)磁電源連接。
將發(fā)電機(jī)定子的圓周平均分成兩個(gè)以上的定子扇區(qū)組，各定子扇 區(qū)組中帶有數(shù)量相等、均勻分布的發(fā)電機(jī)電樞線圈槽，任意兩相臨發(fā) 電機(jī)電樞線圈槽之間齒的寬度相同，每一定子扇區(qū)組的發(fā)電機(jī)電樞線 圈槽中設(shè)置有三相發(fā)電機(jī)電樞線圈，各相發(fā)電機(jī)電樞線圈分別占有相 同面積的扇區(qū)；與發(fā)電機(jī)定子相對(duì)應(yīng)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的圓周上平均分成 兩個(gè)以上的轉(zhuǎn)子扇區(qū)組，轉(zhuǎn)子扇區(qū)組的數(shù)量與定子扇區(qū)組的數(shù)量相 同，各轉(zhuǎn)子扇區(qū)組中帶有數(shù)量相等、均勻分布的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈槽， 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈槽中釆用三相疊繞方式設(shè)置有發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈；每一 個(gè)轉(zhuǎn)子扇區(qū)組中的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈產(chǎn)生的磁極的數(shù)量與對(duì)應(yīng)的一個(gè) 定子扇區(qū)組中發(fā)電機(jī)電樞線圈產(chǎn)生的磁極的數(shù)量相比較相差兩個(gè)。
將一級(jí)電樞繞組支架的圓周平均分成兩個(gè)以上的一級(jí)勵(lì)磁機(jī)扇 區(qū)組，各一級(jí)勵(lì)磁機(jī)扇區(qū)組中帶有數(shù)量相等、均勻分布的一級(jí)勵(lì)磁機(jī) 電樞線圈槽，任意兩相臨一級(jí)勵(lì)磁機(jī)電樞線圈槽之間齒的寬度相同， 每一組一級(jí)勵(lì)磁機(jī)電樞線圈槽中設(shè)置有多相一級(jí)電樞繞組，各相一級(jí) 電樞繞組分別占有相同面積的扇區(qū)；與一級(jí)勵(lì)磁機(jī)扇區(qū)組相對(duì)應(yīng)的一 級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子的圓周卜平抝分成兩個(gè)以卜的一級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子扁區(qū)細(xì). 一級(jí)
勵(lì)磁機(jī)機(jī)扇區(qū)組的數(shù)量與一級(jí)勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子扇區(qū)組的數(shù)量相同，各一級(jí)
勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子扇區(qū)組中帶有數(shù)量相等、均勻分布的一級(jí)勵(lì)磁磁極；每一
個(gè)一級(jí)勵(lì)磁機(jī)扇區(qū)組中的一級(jí)電樞繞組產(chǎn)生的磁極的數(shù)量與對(duì)應(yīng)的
一個(gè)一級(jí)勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子扇區(qū)組中的一級(jí)勵(lì)磁磁極的數(shù)量相比較相差兩 水
所述的一級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子、二級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子均采用爪極式 復(fù)合勵(lì)磁轉(zhuǎn)子，所述的爪極式復(fù)合勵(lì)磁轉(zhuǎn)子包括相對(duì)設(shè)置的兩片爪極 板，兩片爪極板之間固定安裝有永磁體和勵(lì)磁鐵芯，勵(lì)磁鐵芯上纏繞 勵(lì)磁線圈；爪極板為圓盤(pán)狀，其邊緣部分沿圓周均勻分布多個(gè)齒狀的 爪極，該爪極即為磁極，兩片爪極板以爪極交錯(cuò)排列的形式相對(duì)平行 設(shè)置，相臨兩個(gè)帶有不同磁性的爪極構(gòu)成一個(gè)磁極對(duì)； 一級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子 通過(guò)連接套固定連接在端蓋的內(nèi)側(cè)，二級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子通過(guò) 連接套固定安裝在軸套上。采用上述技術(shù)方案以后，本實(shí)用新型具有 如下優(yōu)點(diǎn)
1、 去掉了電刷等易損摩擦零件，運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用大幅度降低；
2、 發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)速變化時(shí)，能保持輸出電壓頻率始終與電網(wǎng)頻率 相同，減少并網(wǎng)自動(dòng)控制裝置；
3、 采用多相整流可為勵(lì)磁線圈提供高質(zhì)量的勵(lì)磁電流，進(jìn)而提 高二次勵(lì)磁機(jī)輸出電能質(zhì)量和電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性。
4、 使多極低速發(fā)電機(jī)能直接消除高次諧波，滿足直接并網(wǎng)發(fā)電 要求。
5、 當(dāng)用于風(fēng)力發(fā)電時(shí)，能省去變頻裝置和增速裝置，可靠性大 大提高，成本卻大幅下降。


圖1是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖2是圖1的M部分放大圖3是圖1的A-A剖視圖4是圖1的B-B剖視圖5是爪極板的展開(kāi)結(jié)構(gòu)示意圖6是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的電路圖7是發(fā)電機(jī)輸出電壓的向量圖8是一級(jí)電樞繞組的展開(kāi)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)施例各附圖采用類(lèi)似剖面圖的表達(dá)形式，但為了清楚表示各 部分的結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系，未畫(huà)出剖面線。
如圖1—圖3所示，本實(shí)用新型所述的無(wú)刷交流勵(lì)磁變速同頻發(fā) 電機(jī)包括主軸l、固定安裝在主軸1上的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子2，以及環(huán)繞設(shè)
置在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子2周?chē)陌l(fā)電機(jī)定子3，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子2上安裝有發(fā)電 機(jī)勵(lì)磁線圈21，發(fā)電機(jī)定子3上安裝有發(fā)電機(jī)電樞線圈31，發(fā)電機(jī) 定子3通過(guò)軸承安裝在主軸1上，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子2固定安裝在主軸1上。
該發(fā)電機(jī)的定子磁極的數(shù)量與轉(zhuǎn)子磁極的數(shù)量不相等。具體做法 是將發(fā)電機(jī)定子3的圓周平均分成兩個(gè)以上的定子扇區(qū)組，各定子 扇區(qū)組中帶有數(shù)量相等、均勻分布的發(fā)電機(jī)電樞線圈槽8，任意兩相 臨發(fā)電機(jī)電樞線圈槽8之間齒的寬度相同，每一定子扇區(qū)組的發(fā)電機(jī) 電樞線圈槽8中設(shè)置有三相發(fā)電機(jī)電樞線圈31，各相發(fā)電機(jī)電樞線 圈31分別占有相同面積的扇區(qū)。
本實(shí)施例采用兩組定子扇區(qū)組，每組定子扇區(qū)組均為180度的扇 區(qū)，每一定子扇區(qū)組中均勻分布18個(gè)大小相等的發(fā)電機(jī)電樞線圈槽 8，三相發(fā)電機(jī)電樞線圈31各占連續(xù)的6個(gè)線圈槽，如圖3所示。當(dāng) 然，定子扇區(qū)組與發(fā)電機(jī)電樞線圈槽8的數(shù)量可以根據(jù)需要設(shè)定，每 個(gè)定子扇區(qū)組中發(fā)電機(jī)電樞線圈槽8的數(shù)量為3的整數(shù)倍，且大于等 于6槽。定子扇區(qū)組的數(shù)量在2個(gè)以上的時(shí)候，主軸3所受的徑向的 磁力相互抵消，有利于減小發(fā)電機(jī)工作時(shí)的震動(dòng)，降低噪音，延長(zhǎng)主 軸1的使用壽命。發(fā)電機(jī)電樞線圈槽8的數(shù)量以及發(fā)電機(jī)電樞線圈 31的繞制方式為公知技術(shù)，在此不再詳述。
與發(fā)電機(jī)定子3相對(duì)應(yīng)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子2的圓周上平均分成兩個(gè)以 上的轉(zhuǎn)子扇區(qū)組，轉(zhuǎn)子扇區(qū)組的數(shù)量與定子扇區(qū)組的數(shù)量相同，各轉(zhuǎn) 子扇區(qū)組中帶有數(shù)量相等、均勻分布的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈槽9，發(fā)電機(jī) 勵(lì)磁線圈槽9中采用三相疊繞方式設(shè)置有發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈21;每一 個(gè)轉(zhuǎn)子扇區(qū)組中的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈21產(chǎn)生的磁極的數(shù)量與對(duì)應(yīng)的一 個(gè)定子扇區(qū)組中發(fā)電機(jī)電樞線圈31產(chǎn)生的磁極的數(shù)量相比較相差兩 個(gè)。
在本實(shí)施例中，當(dāng)每一個(gè)定子扇區(qū)組中發(fā)電機(jī)電樞線圈槽8的數(shù) 量是18個(gè)的時(shí)候，發(fā)電機(jī)電樞線圈31采用集中繞組，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子扇 區(qū)組中磁極的數(shù)量就是20個(gè)，當(dāng)然磁極的數(shù)量也可以是16個(gè)。
在本實(shí)施例的發(fā)電機(jī)中，由于每一個(gè)轉(zhuǎn)子扇區(qū)組中的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁 線圈21產(chǎn)生的磁極的數(shù)量與對(duì)應(yīng)的一個(gè)定子扇區(qū)組中發(fā)電機(jī)電樞線 圈31產(chǎn)生的磁極的數(shù)量相比較多兩個(gè)，使磁相角增加360度，各相 發(fā)電機(jī)電樞線圈31產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)相互形成120度的相角差，正好符
合三相交流電的要求。由于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈21產(chǎn)生的磁極的數(shù)量與 發(fā)電機(jī)電樞線圈槽8的數(shù)量不相等，各發(fā)電機(jī)電樞線圈31中產(chǎn)生的 電勢(shì)的相角就會(huì)依次發(fā)生偏移，并且這種相角的偏差逐個(gè)累加。在本 實(shí)施例中相臨的發(fā)電機(jī)電樞線圈槽8具有120/6=20度的相位差，發(fā) 電機(jī)電樞線圈31每一相占有6個(gè)線圈槽，相位差累積后，合成相角 為(6-1) *20/2=50度，如附圖7所示，圖中AH、 BH、 CH分別為A、 B、 C三相疊加的合成電動(dòng)勢(shì)相量，EA1、 EA2、 EA3、 EA4、 EA5、 EA6分別為A相的6個(gè)發(fā)電機(jī)電樞線圈槽8中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。由于 每相合成電動(dòng)勢(shì)是由不同相角的電動(dòng)勢(shì)疊加而成，不同相角的電勢(shì)疊 加以后產(chǎn)生的諧波電壓含量會(huì)大幅度減小，有利于直接并網(wǎng)發(fā)電。
磁極的數(shù)量比發(fā)電機(jī)電樞線圈槽8的數(shù)量少兩個(gè)的情況下，其工 作原理同上。
在主軸1上還安裝有勵(lì)磁機(jī)構(gòu)，所述的勵(lì)磁機(jī)構(gòu)包括與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn) 子2同軸安裝的二級(jí)勵(lì)磁機(jī)、同步勵(lì)磁電動(dòng)機(jī)以及兩個(gè)一級(jí)勵(lì)磁機(jī)。
二級(jí)勵(lì)磁機(jī)包括成磁隙配合的二級(jí)電樞繞組91和二級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子 93。二級(jí)電樞繞組91固定安裝在圓筒狀的二級(jí)電樞支架92的內(nèi)壁上， 二級(jí)電樞支架92固定安裝在主軸1上，二級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子93上安裝有二 級(jí)勵(lì)磁線圈931， 二級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子93固定安裝在軸套94上，軸套94 通過(guò)軸承套裝在主軸1上；
一級(jí)勵(lì)磁機(jī)包括成磁隙配合的一級(jí)電樞繞組81、 811和一級(jí)勵(lì)磁 轉(zhuǎn)子82、 821。 一級(jí)電樞繞組81、 811固定安裝在一級(jí)電樞繞組支架 89的內(nèi)側(cè)， 一級(jí)電樞繞組支架89固定安裝在軸套94上， 一級(jí)勵(lì)磁 轉(zhuǎn)子82、 821并列固定安裝在端蓋4的內(nèi)側(cè)，端蓋4以及電動(dòng)機(jī)電樞 線圈96與發(fā)電機(jī)定子3固定連接。 一級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子82、 821上安裝有 一級(jí)勵(lì)磁線圈822、 823。
同步勵(lì)磁電動(dòng)機(jī)包括成磁隙配合的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子95和電動(dòng)機(jī)電樞 線圈96;電動(dòng)機(jī)電樞線圈96與發(fā)電機(jī)定子3固定連接，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子 95固定安裝在軸套94上，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子95上安裝有電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁線圈 90。
如圖6所示，發(fā)電機(jī)電樞線圈31通過(guò)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)K1與電網(wǎng)連接， 二級(jí)電樞繞組91通過(guò)導(dǎo)線與發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈21電連接，兩個(gè)一級(jí)電 樞繞組81、 811分別通過(guò)整流電路CD連接到二級(jí)勵(lì)磁線圈931和電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁線圈90，電動(dòng)機(jī)電樞線圈96通過(guò)電動(dòng)機(jī)控制開(kāi)關(guān)K2與電 網(wǎng)連接， 一級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子82、 821中的一級(jí)勵(lì)磁線圈822、 823分別與兩個(gè)可調(diào)壓直流勵(lì)磁電源連接。
如圖2、圖4所示， 一級(jí)勵(lì)磁機(jī)具有與發(fā)電機(jī)類(lèi)似的結(jié)構(gòu)，即定 子磁極的數(shù)量與轉(zhuǎn)子磁極的數(shù)量不相等，兩者之間相差兩個(gè)。具體說(shuō) 是將一級(jí)電樞繞組支架89的圓周平均分成兩個(gè)以上的一級(jí)勵(lì)磁機(jī)扇 區(qū)組，各一級(jí)勵(lì)磁機(jī)扇區(qū)組中帶有數(shù)量相等、均勻分布的一級(jí)勵(lì)磁機(jī) 電樞線圈槽，任意兩相臨一級(jí)勵(lì)磁機(jī)電樞線圈槽之間齒的寬度相同， 每一組一級(jí)勵(lì)磁機(jī)電樞線圈槽中設(shè)置有多相一級(jí)電樞繞組81、 811， 各相一級(jí)電樞繞組81、 811分別占有相同面積的扇區(qū)；與一級(jí)勵(lì)磁機(jī) 扇區(qū)組相對(duì)應(yīng)的一級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子82、 821的圓周上平均分成兩個(gè)以上的 一級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子扇區(qū)組， 一級(jí)勵(lì)磁機(jī)機(jī)扇區(qū)組的數(shù)量與一級(jí)勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子 扇區(qū)組的數(shù)量相同，各一級(jí)勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子扇區(qū)組中帶有數(shù)量相等、均勻 分布的一級(jí)勵(lì)磁磁極；每一個(gè)一級(jí)勵(lì)磁機(jī)扇區(qū)組中的一級(jí)電樞繞組 81、 811產(chǎn)生的磁極的數(shù)量與對(duì)應(yīng)的一個(gè)一級(jí)勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子扇區(qū)組中的 一級(jí)勵(lì)磁磁極的數(shù)量相比較相差兩個(gè)。
本實(shí)施例中，每個(gè)一級(jí)勵(lì)磁機(jī)扇區(qū)組中的一級(jí)電樞繞組81共有 36個(gè)磁極，18極對(duì)，采用集中繞組法繞制，每極對(duì)為一個(gè)繞組，每 個(gè)繞組為一相，共18相，如圖8所示。 一級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子扇區(qū)組一級(jí)勵(lì) 磁線圈822共有38個(gè)磁極，19極對(duì)， 一級(jí)勵(lì)磁線圈822比一級(jí)電樞 繞組81多360度電磁角。
一級(jí)電樞繞組811、 一級(jí)勵(lì)磁線圈823的磁極數(shù)量以及排列方式 與上述相同。這樣產(chǎn)生的多相電動(dòng)勢(shì)，相序排列對(duì)稱(chēng)性好，經(jīng)多相橋式整流后 能大大降低脈動(dòng)電流，減小濾波成本，提高發(fā)電機(jī)輸出電能質(zhì)量。
如圖2、圖4所示，上述一級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子82、 821、 二級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子 93和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子95均采用爪極式復(fù)合勵(lì)磁轉(zhuǎn)子，所述的爪極式復(fù)合 勵(lì)磁轉(zhuǎn)子包括相對(duì)設(shè)置的兩片爪極板97，兩片爪極板97之間固定安 裝有永磁體95和勵(lì)磁鐵芯96，勵(lì)磁鐵芯96上纏繞勵(lì)磁線圈，兩片 爪極板97之間通過(guò)連接套固定；爪極板97為圓盤(pán)狀，其邊緣部分沿 圓周均勻分布多個(gè)齒狀的爪極99，該爪極99即為磁極，兩片爪極板 97以爪極99交錯(cuò)排列的形式相對(duì)平行設(shè)置，如圖5所示，相臨兩個(gè)
帶有不同磁性的爪極99構(gòu)成一個(gè)磁極對(duì)； 一級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子82通過(guò)連接 套固定連接在端蓋4的內(nèi)側(cè)，二級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子93和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子95通過(guò) 連接套固定安裝在軸套94上。
當(dāng)然， 一級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子82、 821、 二級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子93和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子 95也可以采用普通的勵(lì)磁轉(zhuǎn)子。
工作的時(shí)候，主軸1帶動(dòng)固定連接在其上的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子2、 二級(jí) 電樞支架92、 二級(jí)電樞繞組91以一定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，即發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以 及二級(jí)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的二級(jí)電樞支架92、二級(jí)電樞繞組91的轉(zhuǎn)速相同， 而發(fā)電機(jī)定子3以及一級(jí)電樞繞組81、 811與主軸1之間因?yàn)橛休S承 連接，并固定在底座上，是固定不動(dòng)的。當(dāng)給同步電動(dòng)機(jī)輸入電網(wǎng)頻 率電源的時(shí)候，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子82通過(guò)軸套94帶動(dòng)二級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子93和 一級(jí)電樞繞組81、 811以高于主軸1的轉(zhuǎn)速同步旋轉(zhuǎn)。
此時(shí)，可調(diào)壓直流勵(lì)磁電源分別給一級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子82、 821通以勵(lì) 磁電流，并與永磁體共同產(chǎn)生復(fù)合磁場(chǎng)作用在爪極板97上， 一級(jí)電 樞繞組8K 811在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子95的帶動(dòng)下，以轉(zhuǎn)速N與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子 95同步旋轉(zhuǎn)，N=f*60/P， f為電網(wǎng)頻率，P為電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。使一級(jí) 勵(lì)磁轉(zhuǎn)子82、 821分別和一級(jí)電樞繞組81、 811之間形成相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)，并在一級(jí)電樞繞組81、 811上產(chǎn)生交流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì) 經(jīng)多相整流后分別加到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子95和二級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子93的勵(lì)磁線圈 上，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子95和二級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子93分別產(chǎn)生復(fù)合勵(lì)磁磁場(chǎng)。
此時(shí)，二級(jí)電樞繞組91在主軸1的帶動(dòng)下以低于二級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子 93的速度旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為Nl。使得二級(jí)電樞繞組91和二級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子 93產(chǎn)生的磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，差速度為N-N1。這時(shí)，在二級(jí)電樞繞 組91上產(chǎn)生頻率為fl的三相交流電動(dòng)勢(shì)，fl=Pl (N-Nl)/60，其中 Pl為二級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子93的極對(duì)數(shù)。將該三相交流電動(dòng)勢(shì)加到發(fā)電機(jī)勵(lì) 磁線圈21上，產(chǎn)生轉(zhuǎn)速為N2的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。N2=60*fl/P2， P2為發(fā)電 機(jī)轉(zhuǎn)子2的極對(duì)數(shù)。
上述旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在主軸1的帶動(dòng)下以轉(zhuǎn)速N1旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生合成轉(zhuǎn)速 為N3的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，N3=N2+N1，并在發(fā)電機(jī)電樞線圈31上產(chǎn)生頻率 為f2的電動(dòng)勢(shì)，f2=N3*P2/60。
由于N3＝N2+N1，所以f2=N3*P2/60+N1*P2/60.
又由于N2-60×fl/P2，所以f2=fl+Nl*P2/60
又由于fl-P1* (N-N1) /60，所以f2=Pl (N-N1) /60+Nl*PZ/60= (PI* (N+N1* (P2-P1)) /60
又由于N-60*f/P，所以f2=f*Pl/P+Nl* (P2-P1) /60
由上述公式可知，當(dāng)P2=P1=P時(shí)，f2=f，
所以只要二級(jí)勵(lì)磁機(jī)、同步勵(lì)磁電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù)相同， 發(fā)電機(jī)輸出電動(dòng)勢(shì)的頻率就與電網(wǎng)頻率始終相同，實(shí)現(xiàn)變速恒頻發(fā) 電。
調(diào)節(jié)一級(jí)勵(lì)磁線圈822的輸入電壓，可改變電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁強(qiáng)度、調(diào) 節(jié)電動(dòng)機(jī)功角，適應(yīng)發(fā)電機(jī)輸出功率變化時(shí)同頻發(fā)電的要求，調(diào)節(jié)一 級(jí)勵(lì)磁線圈823的輸入電壓，可改變二級(jí)勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁強(qiáng)度，調(diào)節(jié)二 級(jí)電樞繞組91的輸出電壓，進(jìn)而改變發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁強(qiáng)度，達(dá)到可調(diào) 節(jié)發(fā)電機(jī)輸出無(wú)功功率的目的。
權(quán)利要求1、無(wú)刷交流勵(lì)磁變速同頻發(fā)電機(jī)，包括主軸(1)、固定安裝在主軸(1)上的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(2)，以及環(huán)繞設(shè)置在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(2)周?chē)陌l(fā)電機(jī)定子(3)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(2)上安裝有發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈(21)，發(fā)電機(jī)定子(3)上安裝有發(fā)電機(jī)電樞線圈(31)，發(fā)電機(jī)定子(3)通過(guò)軸承安裝在主軸(1)上，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(2)固定安裝在主軸(1)上，其特征在于在主軸(1)上還安裝有勵(lì)磁機(jī)構(gòu)，所述的勵(lì)磁機(jī)構(gòu)包括與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(2)同軸安裝的二級(jí)勵(lì)磁機(jī)、同步勵(lì)磁電動(dòng)機(jī)以及兩個(gè)一級(jí)勵(lì)磁機(jī)，二級(jí)勵(lì)磁機(jī)包括成磁隙配合的二級(jí)電樞繞組(91)和二級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子(93)，一級(jí)勵(lì)磁機(jī)包括成磁隙配合的一級(jí)電樞繞組(81、811)和一級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子(82、821)，同步勵(lì)磁電動(dòng)機(jī)包括成磁隙配合的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子(95)和電動(dòng)機(jī)電樞線圈(96)；二級(jí)電樞繞組(91)固定安裝在圓筒狀的二級(jí)電樞支架(92)的內(nèi)壁上，二級(jí)電樞支架(92)固定套裝在主軸(1)上，二級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子(93)上安裝有二級(jí)勵(lì)磁線圈(931)，二級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子(93)固定安裝在軸套(94)上，軸套(94)通過(guò)軸承套裝在主軸(1)上；軸套(94)上同時(shí)還固定安裝有電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子(95)以及一級(jí)電樞繞組支架(89)，一級(jí)電樞繞組(81、811)固定安裝在一級(jí)電樞繞組支架(89)的內(nèi)側(cè)，一級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子(82、821)并列固定安裝在端蓋(4)的內(nèi)側(cè)，一級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子(82、821)上安裝有一級(jí)勵(lì)磁線圈(822、823)，端蓋(4)以及電動(dòng)機(jī)電樞線圈(96)與發(fā)電機(jī)定子(3)固定連接；發(fā)電機(jī)電樞線圈(31)通過(guò)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)(K1)與電網(wǎng)連接，二級(jí)電樞繞組(91)通過(guò)導(dǎo)線與發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈(21)電連接，兩個(gè)一級(jí)電樞繞組(81、811)分別通過(guò)整流電路(CD)連接到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子(95)中的電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁線圈(90)和二級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子(93)中的二級(jí)勵(lì)磁線圈(931)，電動(dòng)機(jī)電樞線圈(96)通過(guò)電動(dòng)機(jī)控制開(kāi)關(guān)(K2)與電網(wǎng)連接，一級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子(82、821)中的一級(jí)勵(lì)磁線圈(822、823)分別與兩個(gè)可調(diào)壓直流勵(lì)磁電源連接。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)刷交流勵(lì)磁變速同頻發(fā)電機(jī)，其特征在于將發(fā)電機(jī)定子(3)的圓周平均分成兩個(gè)以上的定子扇區(qū)組， 各定子扇區(qū)組中帶有數(shù)量相等、均勻分布的發(fā)電機(jī)電樞線圈槽(8)，任意兩相臨發(fā)電機(jī)電樞線圈槽(8)之間齒的寬度相同，每一定子扇 區(qū)組的發(fā)電機(jī)電樞線圈槽(8)中設(shè)置有三相發(fā)電機(jī)電樞線圈(31), 各相發(fā)電機(jī)電樞線圈(31)分別占有相同面積的扇區(qū)；與發(fā)電機(jī)定子 (3)相對(duì)應(yīng)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(2)的圓周上平均分成兩個(gè)以上的轉(zhuǎn)子扇 區(qū)組，轉(zhuǎn)子扇區(qū)組的數(shù)量與定子扇區(qū)組的數(shù)量相同，各轉(zhuǎn)子扇區(qū)組中 帶有數(shù)量相等、均勻分布的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈槽(9)，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈 槽(9)中采用三相疊繞方式設(shè)置有發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈(21);每一個(gè)轉(zhuǎn) 子扇區(qū)組中的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈(21)產(chǎn)生的磁極的數(shù)量與對(duì)應(yīng)的一個(gè) 定子扇區(qū)組中發(fā)電機(jī)電樞線圈(31)產(chǎn)生的磁極的數(shù)量相比較相差兩 個(gè)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)刷交流勵(lì)磁變速同頻發(fā)電機(jī)，其特 征在于將一級(jí)電樞繞組支架(89)的圓周平均分成兩個(gè)以上的一級(jí) 勵(lì)磁機(jī)扇區(qū)組，各一級(jí)勵(lì)磁機(jī)扇區(qū)組中帶有數(shù)量相等、均勻分布的一 級(jí)勵(lì)磁機(jī)電樞線圈槽，任意兩相臨一級(jí)勵(lì)磁機(jī)電樞線圈槽之間齒的寬 度相同，每一組一級(jí)勵(lì)磁機(jī)電樞線圈槽中設(shè)置有多相一級(jí)電樞繞組(81、 811)，各相一級(jí)電樞繞組(81、 811)分別占有相同面積的扇 區(qū)；與一級(jí)勵(lì)磁機(jī)扇區(qū)組相對(duì)應(yīng)的一級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子(82、 821)的圓周 上平均分成兩個(gè)以上的一級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子扇區(qū)組， 一級(jí)勵(lì)磁機(jī)機(jī)扇區(qū)組的 數(shù)量與一級(jí)勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子扇區(qū)組的數(shù)量相同，各一級(jí)勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子扇區(qū)組 中帶有數(shù)量相等、均勻分布的一級(jí)勵(lì)磁磁極；每一個(gè)一級(jí)勵(lì)磁機(jī)扇區(qū) 組中的一級(jí)電樞繞組(81、 811)產(chǎn)生的磁極的數(shù)量與對(duì)應(yīng)的一個(gè)一 級(jí)勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子扇區(qū)組中的一級(jí)勵(lì)磁磁極的數(shù)量相比較相差兩個(gè)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的無(wú)刷交流勵(lì)磁變速同頻發(fā)電 機(jī)，其特征在于所述的一級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子(82、 821)、 二級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子(93) 和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子(95)均采用爪極式復(fù)合勵(lì)磁轉(zhuǎn)子，所述的爪極式復(fù)合勵(lì)磁轉(zhuǎn)子包括相對(duì)設(shè)置的兩片爪極板(97)，兩片爪極板(97)之間 固定安裝有永磁體(95)和勵(lì)磁鐵芯(96)，勵(lì)磁鐵芯(96)上纏繞 勵(lì)磁線圈；爪極板(97)為圓盤(pán)狀，其邊緣部分沿圓周均勻分布多個(gè) 齒狀的爪極(99)，該爪極(99)即為磁極，兩片爪極板(97)以爪 極(99)交錯(cuò)排列的形式相對(duì)平行設(shè)置，相臨兩個(gè)帶有不同磁性的爪極(99)構(gòu)成一個(gè)磁極對(duì)； 一級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子(82)通過(guò)連接套固定連接 在端蓋(4)的內(nèi)側(cè)，二級(jí)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子(93)和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子(95)通過(guò) 連接套固定安裝在軸套(94)上。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種發(fā)電機(jī)，尤其是一種無(wú)刷交流勵(lì)磁變速同頻發(fā)電機(jī)。包括主軸、固定安裝在主軸上的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，以及環(huán)繞設(shè)置在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子周?chē)陌l(fā)電機(jī)定子，在主軸上還安裝有勵(lì)磁機(jī)構(gòu)，所述的勵(lì)磁機(jī)構(gòu)包括與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸安裝的二級(jí)勵(lì)磁機(jī)、同步勵(lì)磁電動(dòng)機(jī)以及兩個(gè)一級(jí)勵(lì)磁機(jī)。該發(fā)電機(jī)去掉了電刷等易損摩擦零件，運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用大幅度降低；發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)速變化時(shí)，能保持輸出電壓頻率始終與電網(wǎng)頻率相同，減少并網(wǎng)自動(dòng)控制裝置；采用多相整流可為勵(lì)磁線圈提供高質(zhì)量的勵(lì)磁電流，進(jìn)而提高二次勵(lì)磁機(jī)輸出電能質(zhì)量和電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H02K17/42GK201181891SQ20082001954
公開(kāi)日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月24日
發(fā)明者王光順, 王雪霖 申請(qǐng)人:王光順