专利名称：混合励磁无刷直流起动发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电机，尤其涉及一种无刷直流电机。
背景技术：
起动发电机利用电机的可逆原理。在发动机工作前，起动发电机将电能转换为机械能，作为电动机工作，带动发动机旋转，直到发动机达到某一转速后自行进入工作状态，从而完成起动过程。起动结束后，发动机作为原动机拖动起动发电机旋转，此时电机相应转为发电运行状态，将机械能转换为电能输出。可见，起动发电机使一个电机实现起动/发电双功能，简化系统结构，并有效减轻系统重量。因而在飞机、汽车、舰船上都得到应用。
飞机低压直流电源系统结构简单、使用维护方法成熟、具有起动/发电双功能等优点，因此现在仍然得到广泛应用。现有的飞机直流电源系统大多是有刷低压直流电源，这些系统中多采用有刷直流电机作为其起动发电机。这种电机起动性能良好，控制简单。但是由于电机电刷和换向器的存在，使得系统结构复杂，维护频繁，使用寿命短。而且电刷和换向器限制了电机最高转速，使电源系统容量难以增加。而且为满足发动机起动特性，一些起动发电机还包括一个输出变速机构，它具有行星式减速器和滚棒式单向离合器联轴器，电动和发电状态变速机构自动实现不同的变速比。这种起动发电系统结构复杂，效率低，代价高。
发明内容
1、发明目的本发明的目的是提供一种新型无刷直流起动发电机，可以实现起动发电系统无刷化，并取消其输出变速机构，简化系统结构，利于提高系统容量，完全可以取代现有的有刷直流起动发电机。
2、技术方案为了达到上述的发明目的，本发明的混合励磁无刷直流起动发电机，包括转轴、端盖、机壳、永磁同步电机和混合励磁同步电机，永磁同步电机和混合励磁同步电机同轴安装于机壳内，共用一个转轴；永磁同步电机包括由铁心和电枢绕组组成的定子和转子，永磁同步电机转子包括极靴、隔磁槽和永磁磁钢；混合励磁同步电机包括由铁心和电枢绕组构成的定子和转子，混合励磁同步电机转子包括极靴及其延伸导磁体、永磁磁钢和隔磁槽；永磁同步电机的电枢绕组和混合励磁同步电机的电枢绕组串联连接，并具有中间出线，这样，本发明的电机可以根据需要处于两种工作状态(1)电动状态直流母线电压通过起动控制器的逆变电路给串联连接的两电机电枢绕组供电，两电机同时工作；(2)发电状态仅由混合励磁电机电枢绕组输出电压，经整流后作为直流电源。
它还包括环形导磁桥，用于嵌绕电机的励磁绕组，环形导磁桥和励磁绕组固定于端盖上。
永磁同步电机和混合励磁同步电机的定子齿数、槽数以及绕组连接形式相同，二者采用相同的转子结构型式，同为切向磁钢结构或同为径向磁钢结构，且转子极弧系数相同。
它还包括位置传感器，其包括位置传感器转子和位置传感器定子，传感器转子安装在转轴上，位置传感器定子安装在端盖上，用于检测转子位置。位置传感器可以为霍尔位置传感器，也可以根据测量数据的需要采用其他形式的位置传感器。
永磁同步电机的铁心和混合励磁同步电机的铁心由硅钢片或其他高性能导磁材料迭压而成，转子极靴可以采用整块钢制成。
永磁同步电机和混合励磁同步电机的隔磁槽中填充有非导磁金属材料，以降低交轴电枢反应电抗。
本发明的混合励磁无刷直流起动发电机是在无刷直流永磁电机和混合励磁同步电机的基础上，在一个电机机壳内采用两种电机结构型式，构成混合励磁无刷直流起动/发电机。电机内部为两段式结构，一段为混合励磁电机，另一段为传统的永磁同步电机。两段电机转子结构相同，可以为切向磁钢结构，也可以是径向磁钢结构。但无论转子是切向结构还是径向结构，都应具有相同的极弧系数，且同轴旋转。两段电机定子结构、绕组型式也相同。两段电机定子电枢绕组串联连接，并具有中间出线。在电动状态，直流母线电压通过起动控制器的逆变电路给串联连接的两电机电枢绕组供电，两电机同时工作，能够输出较大的额定转矩；在发电状态，仅由中间出线的混合励磁电机电枢绕组输出电压，经整流后作为直流电源，此时永磁同步电机处于空载状态。在电动及发电状态，电机内磁场主要由永磁磁钢建立，因而电机效率高，输出转矩大，尤其是在采用具有“聚磁”作用的切向磁钢结构的时候。输出电压由混合励磁同步电机的性能决定，可以通过励磁电流调节。
3、有益效果与现有技术相比，本发明的混合励磁无刷直流起动发电机具有如下特点①取消了传统有刷直流起动/发电机的电刷和滑环，利用转子永磁体和新型混合励磁电机结构实现起动发电机的无刷化；转子结构简单，损耗低，效率高；②删去起动发电机输出变速机构，电机直接输出额定转矩，以起动发动机。电机既可以工作于恒转矩区，此时气隙磁场最强，也可以工作于恒功率区，利用混合励磁电机励磁控制功能，弱磁工作；③电动状态，由永磁同步电机和混合励磁同步电机的电枢绕组串联工作，保证电机系统高效率地输出最大转矩；在发电状态，仅由混合励磁电机输出电能，从而兼具永磁电机的高效率和电励磁电机输出电压易调节的优点；④可以广泛应用于带有喷气发动机的飞机、坦克上，也可以用于使用柴油机、汽油机的舰船、汽车上。
四
图1为混合励磁无刷直流起动/发电机结构图；图2为混合励磁无刷直流起动/发电机内永磁同步电机段转子A-A剖面图；图3为混合励磁无刷直流起动/发电机内混合励磁同步电机段转子B-B剖面图；
图4为混合励磁无刷直流起动/发电机电枢绕组连接图；图5为混合励磁无刷直流起动/发电机电动及发电状态主电路连接关系图。
五具体实施例方式
本发明的混合励磁无刷直流起动发电机可以灵活设计、采用不同极对数，这里以四对极为例详细说明实施例。
如图1所示，本实施例的混合励磁无刷直流起动发电机由两段构成，一段为径向结构或切向结构永磁同步电机18，另一段为径向结构或切向结构混合励磁同步电机19，它还包括转轴15、端盖16、端盖61和机壳17；永磁同步电机18和混合励磁同步电机19同轴安装于机壳17内，共用转轴15，永磁同步电机18包括定子和转子，定子由铁心4和电枢绕组5组成，永磁同步电机转子包括极靴1、隔磁槽2和永磁磁钢3，其结构为现有的永磁同步电机的结构；混合励磁同步电机19包括定子和转子，定子由铁心9和电枢绕组10构成，混合励磁同步电机转子包括极靴及其延伸导磁体6、永磁磁钢7和隔磁槽8，径向结构混合励磁同步电机中各部分的位置关系已经为申请号为200510094523.8的发明专利申请所公开，切向结构混合励磁同步电机中各部分的位置关系已经为申请号为200510095465.0的发明专利申请所公开。永磁同步电机18的电枢绕组5和混合励磁同步电机19的电枢绕组10串联连接，并具有中间出线。本实施例的混合励磁无刷直流起动发电机可以根据需要处于两种工作状态(1)在电动状态，直流母线电压通过起动控制器的逆变电路给串联连接的两电机电枢绕组供电，两电机同时工作，能够输出较大的额定转矩；(2)在发电状态，仅由中间出线的混合励磁电机电枢绕组输出电压，经整流后作为直流电源，此时永磁同步电机处于空载状态。
它还包括环形导磁桥12，用于嵌绕励磁绕组11，环形导磁桥12固定于端盖16上。位置传感器20为霍尔位置传感器，其括传感器转子13和位置传感器定子14，传感器转子13安装在转轴15上，位置传感器定子14安装在端盖61上，用于电机电动状态下检测转子运动过程中的位置，为控制器的逻辑开关电路提供正确的换相信息。永磁同步电机18和混合励磁同步电机19的隔磁槽2和8中填充有非导磁金属材料如铜，以降低交轴电枢反应电抗。
如图2、图3所示，两段电机定子铁心由硅钢片或其他高性能导磁材料迭压而成，转子极靴可以采用整块钢制成。两段电机的定子齿数、槽数以及绕组连接型式相同。两段电机转子结构型式相同，同为切向磁钢结构或同为径向磁钢结构，且转子极弧系数相同。两电机的转子和定子磁路相互独立，共用机壳17和转轴15。机壳为普通的金属结构件，不需要象磁极分割型混合励磁电机采用导磁机壳。
如图4所示，两段电机电枢绕组串联连接，可以构成多相绕组、三相绕组等，图中A1、B1、C1为电动状态电枢绕组连接端，A2、B2、C2为发电状态电枢绕组输出端。
如图5所示，电机作为起动机工作时，直流电源UDC-IN通过逆变器变换得到三相电源，供给电机的三相绕组使电机输出转矩。电机转为发电状态工作时，三相电枢绕组输出的交流电通过由功率二极管D1～D6构成的全桥整流电路整流得到直流电UDC-OUT，供给负载使用。改变混合励磁无刷直流电机内部混合励磁同步电机和永磁同步电机轴向铁心长度比例，可以得到不同的电机起动和发电特性。
权利要求
1.一种混合励磁无刷直流起动发电机，包括转轴(15)、端盖(16)、端盖(61)、机壳(17)、永磁同步电机(18)和混合励磁同步电机(19)，永磁同步电机(18)包括定子和转子，永磁同步电机定子由铁心(4)和电枢绕组(5)组成，永磁同步电机转子包括极靴(1)、隔磁槽(2)和永磁磁钢(3)；混合励磁同步电机(19)包括定子和转子，混合励磁同步电机定子由铁心(9)和电枢绕组(10)构成，混合励磁同步电机转子包括极靴及其延伸导磁体(6)、永磁磁钢(7)和隔磁槽(8)其特征在于，永磁同步电机(18)和混合励磁同步电机(19)同轴安装于机壳(17)内，共用转轴(15)；永磁同步电机(18)的电枢绕组(5)和混合励磁同步电机(19)的电枢绕组(10)串联连接，并具有中间出线。
2.如权利要求1所述的混合励磁无刷直流起动发电机，其特征在于，它还包括环形导磁桥(12)，用于嵌绕励磁绕组(11)，环形导磁桥(12)固定于端盖(16)上。
3.如权利要求1所述的混合励磁无刷直流起动发电机，其特征在于，永磁同步电机(18)和混合励磁同步电机(19)电机的定子齿数、槽数以及绕组连接形式相同；采用相同的转子结构型式，同为切向磁钢结构或同为径向磁钢结构，且转子极弧系数相同。
4.如权利要求1所述的混合励磁无刷直流起动发电机，其特征在于，还包括位置传感器(20)，其包括位置传感器转子(13)和位置传感器定子(14)，传感器转子(13)安装在转轴(15)上，位置传感器定子(14)安装在端盖(61)上。
5.如权利要求4所述的混合励磁无刷直流起动发电机，其特征在于，位置传感器(20)为霍尔位置传感器。
6.如权利要求1所述的混合励磁无刷直流起动发电机，其特征在于，永磁同步电机(18)的铁心(4)和混合励磁同步电机(19)的铁心(9)由硅钢叠压而成。
7.如权利要求1所述的混合励磁无刷直流起动发电机，其特征在于，永磁同步电机(18)和混合励磁同步电机(19)的极靴为整体钢结构。
8.如权利要求1所述的混合励磁无刷直流起动发电机，其特征在于，永磁同步电机(18)和混合励磁同步电机(19)的隔磁槽(2)和隔磁槽(8)中填充有非导磁金属材料，以降低交轴电枢反应电抗。
全文摘要
本发明公开了一种混合励磁无刷直流起动发电机，包括转轴(15)、端盖(16)、端盖(61)和机壳(17)、永磁同步电机(18)和混合励磁同步电机(19)，永磁同步电机(18)和混合励磁同步电机(19)同轴安装于机壳(17)内，共用转轴(15)；永磁同步电机(18)的电枢绕组(5)和混合励磁同步电机(19)的电枢绕组(10)串联连接，并具有中间出线。本发明的电机可以根据需要处于电动状态或发电状态，可以实现起动发电系统无刷化，并取消其输出变速机构，简化系统结构，利于提高系统容量，完全可以取代现有的有刷直流起动发电机，具有广泛的应用价值。
文档编号H02K3/28GK1870393SQ20061008535
公开日2006年11月29日 申请日期2006年6月12日 优先权日2006年6月12日
发明者张卓然, 严仰光, 陈志辉, 王慧贞 申请人:南京航空航天大学