一种磁通切换型发电机制造技术

本发明专利技术公开了一种磁通切换型发电机，包括定子、转子、励磁线圈和电枢线圈，所述转子极数与定子槽数相同；所述电枢线圈的两个圈边置于相邻两个定子齿的相邻两个槽中，所述绕组线圈依次首尾串联组成单相集中电枢绕组，所述励磁线圈与对应的电枢线圈相互垂直。本发明专利技术定子部分采用了单相集中电枢绕组与永磁体或／和单相集中励磁绕组，直槽的或斜槽的转子，且转子极数与定子槽数相等，在结构上不仅保留了传统磁通切换发电机紧凑、简单、鲁棒性好、适于高速运行的优势，而且各个线圈产生的感应电动势同相位使得电机可直接作为单相交流电源使用，成本较低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种发电机，具体涉及的是一种磁通切换型发电机，属于电机制 造

技术介绍
目前出现的单相或者三相发电机都是采取励磁与电枢两套绕组分别放置的结构， 包括转子放置励磁绕组/定子放置电枢绕组的旋转励磁式电励磁结构、转子放置永磁体/ 定子放置电枢绕组的旋转励磁式永磁结构、定子放置励磁绕组/转子放置电枢绕组的旋转 电枢式电励磁结构、定子放置永磁体/转子放置电枢绕组的旋转电枢式永磁结构。上述四 种结构都需要电刷和/或换向器，降低了系统的可靠性，需要维护。而近些年出现的所谓磁通切换型电机，是指随着转子位置的变化，励磁磁通切换 其闭合路径，使得定子电枢绕组内匝链的磁通大小和方向均发生变化，从而产生交变的感 应电势的电机。该电机有纯永磁结构(将永磁体与电枢绕组都置于定子)、纯电励磁结构 (将励磁绕组与电枢绕组都置于定子)、混合励磁结构(将永磁体、励磁绕组与电枢绕组都 置于定子)，转子上既无永磁体也无绕组，结构非常简单。然而，传统的磁通切换电机作为同步发电机运行时都采用三相绕组结构，且定子 永磁体数(即定子极数)与转子齿数都不相等，常用的结构有定子十二槽/转子一极、定子 十二槽/转子十四极，定子六槽/转子五极等，存在下述两个缺点(1)发电机输出互差120度的三相交流电，一般需要三相整流才能得到直流电压， 导致系统的整流部分成本较高，不适合低成本应用场合；(2)采用永磁体数(即定子极数)与转子齿数都不相等的齿槽配合会导致组成一 相的两个(针对六槽/五极结构)或四个线圈(针对十二槽/十极或十四极结构)之间存 在分布因数，使得各线圈产生的感应电势之间存在相位差，从而合成的感应电势幅值小于 每个线圈感应电势幅值的代数和，降低了绕组的利用率。
技术实现思路
针对现有技术上存在的不足，本专利技术目的是在于提供一种效率高、功率密度高、绕 组因数为一即绕组利用率为100%的磁通切换型发电机，且通过优化设计电机尺寸，可以直 接产生正弦度较高的单相交流电，作为单相交流电源使用。为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现本专利技术包括定子、转子、励磁线圈和电枢线圈，转子极数与定子槽数相同，保证了 本专利技术可直接输出正弦性能较好的单相交流电，在结构上不仅保留了传统磁通切换发电机 紧凑、简单、鲁棒性好、适于高速运行的优势，而且各个线圈产生的感应电动势同相位使得 电机可直接作为单相交流电源使用，成本较低。电枢线圈的两个圈边置于相邻两个定子齿 的相邻两个槽中，绕组线圈依次首尾串联组成单相集中电枢绕组，励磁线圈与对应的电枢 线圈相互垂直。3上述励磁线圈串联组成单相集中励磁绕组。上述定子包括U形导磁铁心和将相邻两U形导磁铁心固联为一体的长方形导磁 桥。上述转子上设有直槽或斜槽。直槽的转子可保证本专利技术在采用集中绕组和转子不 斜槽的条件下，就可获得正弦度非常高的磁链、感应电势和电感等静态特性；如果对电机励 磁磁链、感应电势和电感等静态特性的正弦度要求较高，亦可将直槽的转子斜槽一定角度 以提高正弦性。上述转子极数与定子槽数均为十二个。上述定子和转子均为凸极结构。上述定子和转子的材料均为硅钢片。本专利技术的有益效果如下(1)该发电机可产生单相近似正弦的空载感应电势，可以直接作为单相交流电源 使用。在原动机转速恒定的情况下，可通过合理设计转子极数来保证输出电压的频率满足 需求；(2)该发电机各个电枢线圈产生的感应电势大小相等，方向依次相反，可使电机的绕 组分布因数为一，即利用率达到100% ； (3)该发电机转子上既没有绕组，又没有永磁体，结 构紧凑、坚固可靠，转动惯量小且转子为一块整体，适合于高速发电运行；(4)该发电机采 用纯电励磁结构时，定转子结构规则，无永磁体，所需加工设备少，制造容易、材料成本低； (5)该电机可将定子部分制造成一块整体，提高电机高速运行时的稳定性。电枢绕组、励磁 绕组(若存在)、永磁体(若存在)都置于定子，易于散热，抗振动能力强，运行可靠；(6)可 根据发电输出端的性能需求，灵活选择该发电机的励磁系统，保证所需的功率密度与电压 调整率要求。附图说明下面结合附图和具体实施方式来详细说明本专利技术；图1为本专利技术的横向剖视图；图2为现有的三相定子十二槽转子十极的磁通切换型发电机空载时的线圈磁通 图；图3为本专利技术的单相定子十二槽转子十二极的磁通切换型发电机空载时的线圈 磁通图。具体实施例方式为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。参见图1，本专利技术包括定子1和转子5，定子1和转子5都采用硅钢片冲片压叠制 成，转子5位于定子1的内部，转子5也可以做成外转子5结构，定子1和转子5都为凸极 结构；其中定子1包括十二个U形导磁铁心和十二个长方形导磁桥4，相邻两U形导磁铁心 通过一长方形导磁桥4连为一个整体，U形导磁铁心与长方形导磁桥4的材料相同，在定子 1上分别设有单相集中电枢绕组2及单相集中励磁绕组3。单相集中电枢绕组2 —共有十二个电枢线圈，每个电枢线圈的两个圈边置于相邻两个定子齿的相邻两个槽中。十二个电枢线圈分别为第一电枢线圈201、第二电枢线圈 202、第三电枢线圈203、第四电枢线圈204、第五电枢线圈205、第六电枢线圈206、第七电枢 线圈207、第八电枢线圈208、第九电枢线圈209、第十电枢线圈210、第i^一电枢线圈211、第 十二电枢线圈212均为集中绕组，各个电枢线圈横跨在相邻两个定子齿上，在两个定子齿 的两个相邻槽排布，与相应的定子齿在空间上垂直，上述十二个电枢线圈依次顺序首尾串 连连接，组成单相集中电枢绕组2。单相集中励磁绕组3 —共有十二个励磁线圈，每个励磁线圈的两个圈边置于每块 长方形导磁桥4内、外侧的空间中。十二个励磁线圈分别为第一励磁线圈301、第二励磁线 圈302、第三励磁线圈303、第四励磁线圈304、第五励磁线圈305、第六励磁线圈306、第七励 磁线圈307、第八励磁线圈308、第九励磁线圈309、第十励磁线圈310、第十一励磁线圈311、 第十二励磁线圈312均为集中绕组，每个励磁线圈套在长方形导磁桥4上，在长方形导磁桥 4的内、外侧空间中排布，与相应的电枢线圈在空间上垂直，上述十二个励磁线圈依次顺序 首尾串连连接，组成单相集中励磁绕组3。转子5极数和定子1槽数相等，保证了本专利技术可直接输出正弦性能较好的单相交 流电。转子5可以是直槽的转子5，保证了本专利技术在采用集中绕组和转子5不斜槽的条件 下，就可获得正弦度非常高的磁链、感应电势和电感等静态特性。如果对电机励磁磁链、感 应电势和电感等静态特性的正弦度要求较高，亦可将直槽的转子5斜槽一定角度以提高正 弦性。等定子1槽转子5极配合的磁通切换型单相同步发电机，一方面定子1部分采用 了单相集中电枢绕组2与永磁体或/和单相集中励磁绕组3，直槽的或斜槽的转子5 ；另一 方面定子1部分为一块整体，转子5部分为凸极结构，既无永磁体也无绕组，结构非常简单 而坚固，且转子5极数与定子1槽数相等。在结构上不仅保留了传统磁通切换发电机紧凑、 简单、鲁棒性好、适于高速运行的优势，而且各个线圈产生的感应电动势同相位使得电机可 直接作为单相交流电源使用，成本较低。与现有的磁通切换型电机不同，本专利技术提出的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁通切换型发电机，包括定子（１）、转子（５）、励磁线圈和电枢线圈，其特征在于，所述转子（５）极数与定子（１）槽数相同；所述电枢线圈的两个圈边置于相邻两个定子齿的相邻两个槽中，所述绕组线圈依次首尾串联组成单相集中电枢绕组（２），所述励磁线圈与对应的电枢线圈相互垂直。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：花为，吴中泽，程明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]