一种无刷直流发电机及发电技术的制作方法

本发明涉及发电技术领域，具体为一种无刷直流发电机及发电技术。

背景技术：

目前直流发电机，主要分为有刷直流发电机和整流型直流发电机。对于有刷直流发电机，定子通过电励磁或永磁体形成磁场，电枢绕组在转子，转子电枢切割磁场发出交流电，通过换向器和电刷，将转子发出的交流电转换出直流电，因电枢绕组在转子，另外需要转向器和电刷，其结构复杂，可靠性低，成本更高。

对于整流型直流发电机，其实际为交流发电机通过整流系统，获得直流电。其可靠性和成本决定于交流发电机和整流系统，目前广泛使用的交流发电机采用转子励磁方式，即励磁磁场产生于转子，励磁采用永磁或电励磁形式，对于永磁形式，励磁磁场无法调节，无法实现对输出电压的调节，另外永磁体有失磁风险，且成本高；对于电励磁交流发电机，其通过滑环电刷或旋转整流模块，将直流电通入转子励磁绕组以产生励磁磁场，结构复杂，成本高，也由于碳刷或整流模块的损坏，导致可靠性不高，另外，励磁在转动部件转子上，需经过复杂工艺处理，可靠性不高，转子速度也受到限制。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种无刷直流发电机，其结构简单，电机的可靠性和可维护性好，克服了现有直流发电机可靠性低，结构复杂，转速受限等缺点，此外本发明还提供了采用该无刷直流发电机进行发电的技术。

其技术方案是这样的：一种无刷直流发电机，包括定子和转子，所述转子置于所述定子的内侧，所述转子能够转动，所述定子和所述转子之间有留有气隙，其特征在于：所述定子包括定子本体，所述定子本体内侧设有至少一对呈对称设置的定子凸极，所述定子凸极包括凸极极靴、连接所述凸极极靴和所述定子本体的凸极极身，所述凸极极靴之间留有空隙，所述凸极极靴上布置有极靴槽，所述极靴槽内设有电枢绕组，励磁绕组布置在所述定子上，使得相对应的两个所述定子凸极分别形成N极和S极，所述转子包括至少一对对称设置的转子凸极。

进一步的，所述电枢绕组的一端布置于其中一个所述凸极极靴的一个极靴槽内，所述电枢绕组的另一端置于相对应的所述凸极极靴的一个极靴槽内。

进一步的，所述励磁绕组设置于定子的凸极极身。

进一步的，所述励磁绕组设置于定子本体轭部。

进一步的，所述定子和所述转子为导磁材料。

进一步的，所述励磁绕组励磁采用电励磁、永磁体或电励磁和永磁体的混合励磁。

一种采用上述的一种无刷直流发电机进行发电的技术，其特征在于：励磁绕组构建励磁磁场后，通过外部机械设备带动转子转动，励磁绕组的磁通在凸极极靴中的分布随转子位置变化，切割转子对应的电枢绕组，产生感应电动势。

进一步的，当励磁方式为电励磁时，励磁绕组通入直流电产生磁通，磁通由一个凸极极靴出来，经过定子与转子之间的气隙，进入转子，再从转子出来进入定子与转子之间的气隙，达到另一个凸极极靴，流经定子本体后形成闭合回路，形成励磁磁场，两个对称设置的定子凸极分别形成磁场的N极和S极。

本发明的无刷直流发电机，相对于现有的整流型直流发电机，其结构简单，可靠性好，励磁绕组和电枢绕组同时置于定子上，励磁绕组建立励磁磁场；电枢绕组分布于定子槽内，转子无需安装励磁绕组，仅作为磁路通道，从而省去了碳刷滑环或旋转整流模块，简化了发电机部件和结构，提高可靠性和可维护性，转子速度不受限制；相对于现有的有刷直流发电机，本发明的无刷直流发电机，其结构简单，能够直接输出直流电，通过励磁绕组建立励磁磁场，定子上相对应的两个凸极极靴分别形成N极和S极，转子旋转，励磁绕组的磁通在定子的凸极极靴中的分布随转子位置变化，切割转子对应的电枢绕组，产生感应电动势，当转子位置转动至凸极极靴之间的空隙位置处时，励磁磁通开始变化位置，由一侧电枢绕组切换到另一侧电枢绕组，励磁磁场和定子凸极的极性不会发生改变，还是原来的S,N极，因而不会像现有的有刷直流发电机的电枢绕组发生了励磁磁通方向上的变化，从而解决了直流发电的换向问题，实现了直流电的输出，无需换向器和电刷，简化了发电机部件和结构，降低了成本和提高了可靠性。

附图说明

图1为本发明的无刷直流发电机发电时的示意图；

图2为本发明的无刷直流发电机发电时转子旋转到另一位置处时的示意图；

图3为本发明的无刷直流发电机发电时转子旋转到凸极极靴之间的空隙位置处时的示意图；

图4为本发明的具有另一种转子结构的无刷直流发电机的示意图；

图5为本发明的具有另一种转子和定子凸极结构的无刷直流发电机的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行进一步说明。

见图1至图5，本发明的一种无刷直流发电机，包括定子1和转子2，定子和转子为导磁材料，转子2置于定子1的内侧，转子2能够转动，定子1和转子2之间有留有气隙，定子1包括定子本体3，定子本体3内侧设有一对呈对称设置的定子凸极，定子凸极分别包括凸极极靴41、凸极极靴42，凸极极靴41和凸极极靴42分别通过凸极极身5连接定子本体3，凸极极靴41和凸极极靴42之间留有空隙，凸极极靴41和凸极极靴42上分别布置有极靴槽9，极靴槽9内设有电枢绕组6，电枢绕组6的一端布置于凸极极靴41的一个极靴槽9内，电枢绕组6的另一端置于相对应的凸极极靴42的一个极靴槽9内，励磁绕组7设置于凸极极身5上，图中的励磁绕组励磁采用电励磁，使得相对应的两个定子凸极分别形成N极和S极。

在图1至图3中，转子2设有一对对称设置的转子凸极8；图4中，转子2设有两对对称设置的转子凸极8；见图5，转子2设有两对对称设置的转子凸极8；定子凸极设置有2对，凸极极靴对应也有2对，分别为凸极极靴41、凸极极靴42、凸极极靴43、凸极极靴44；转子凸极8的对数可以按照需求设计，定子凸极的对数也可以按照需求设计。

见图1至图3，一种采用中上述的无刷直流发电机进行发电的技术，励磁绕组通入直流电，励磁绕组通入直流电产生磁通，磁通由一个凸极极靴出来，经过定子与转子之间的气隙，进入转子，再从转子出来进入定子与转子之间的气隙，达到另一个凸极极靴，流经定子本体后形成闭合回路，就形成了励磁磁场，两个对称设置的定子凸极分别形成S极，N极；转子由外部机械设备带动旋动，此时气隙也随转子转动，气隙磁通随着转子一起转动，并切割电枢绕组，根据电磁感应原理，电枢绕组中产生感应电动势。当转子位置从图1位置转动到图2时，励磁磁通随转子位置变化，并切割转子对应的定子的凸极极靴上电枢而发电，当转子位置转动到图3位置的两个凸极极靴之间的空隙时，励磁磁通开始变化位置，由图中的右侧电枢绕组切换到左侧电枢绕组，但此时励磁磁场和定子凸极的极性没有发生改变，还是原来的S极,N极，没有发生了励磁磁通方向上的变化，对于电枢绕组来说，磁通没有发生换向不会进行换向，从而解决了直流发电的换向问题，实现了直流电的输出。

本发明的无刷直流发电机及发电技术具有以下优点：

1.从电磁上实现了直流发电机换向问题，无刷换向器和整流系统，大大提高了直流发电机的可靠性。

2.励磁绕组置于定子中，而非旋转的转子中，使发电机不需要滑环碳刷或旋转整流，结构简化，成本降低，可靠性高。

3.采用电励磁，通过调节励磁电流，可调节励磁磁场，使输出电压可调，优于传统永磁发电机磁场不可调。

4.转子仅用导磁材料即可，无需特殊绝缘和相关支撑，结构简单，提高了发电机高速可靠性，使得转子转速的限制大大减小。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。