专利名称：单植磁场复合励磁直流发电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种直流发电机，特别是涉及一种单植磁场复合励磁直流发电机，属于特种电机技术领域，其主要应用于输出电压可调且可靠性要求高的车载电源装置。
背景技术：
普通电励磁直流发电机具有电压可调的优点，也配合励磁调节器可以提供比较稳定的输出电压，但是，当励磁电源故障时，则难以建立电压。例如军用车辆当蓄电池损坏时 (例如被炸毁)，发电机将无法发电造成火控系统和通信系统瘫痪而丧失战斗力。永磁直流发电机可以不受励磁电源的限制，但是发电机电压无法调节，也做不到在不同转速状态输出稳定的电压。
发明内容本实用新型的目的就在于解决现有技术存在的上述问题，提出了一种单植磁场复合励磁直流发电机。本实用新型给出的这种单植磁场复合励磁直流发电机，系采用永磁和电励磁混合励磁的方法，且永磁磁极和电励磁磁极都是单植磁场的结构，便于分别设计和优化各个部件结构、尺寸和功能，使得发电机性能最佳，确保发电机供电稳定性、可靠性和安全性。本实用新型给出的技术方案是这种单植磁场复合励磁直流发电机，其特征在于 发电机内磁场是由两个励磁源共同建立的，一个励磁源是通电流线圈，一个励磁源是永磁体，构成复合励磁结构。为了增强上述方案的合理性，本实用新型还包括以下附加技术特征。所述的发电机定子拥有两组励磁磁极，一组磁极外绕有励磁线圈构成电励磁极， 一组磁极带有永磁体构成永磁励磁极。所述发电机的两组励磁磁极即电励磁极与永磁励磁极在机壳内沿圆周是交替排列的，以构成单植磁场结构。所述发电机励磁线圈励磁电流方向是可以通过改变所施加的励磁电压的极性而改变的，起到改变电励磁极产生气隙磁场极性的作用，进而对永磁励磁极磁场进行增磁或者去磁。所述发电机励磁线圈励磁电流的大小通过改变施加在励磁线圈的电压大小是可调节的，以控制气隙磁场增加或者减小的幅度，进而调整发电电压的大小和稳定性。所述发电机中，增磁性质的励磁电流的调节是有限制的，以避免磁路过饱和和励磁电阻损耗过大而烧毁励磁线圈。所述发电机中，去磁性质的励磁电流的调节是有限制的，以避免永磁体退磁到工作点低于去磁曲线的拐点而造成不可恢复性去磁。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是单植磁场复合励磁直流发电机的两组励磁磁极可以单独建立气隙磁场，确保在一种励磁方式出现故障是仍能发电运行，坚持为最关键的电气负荷供电，提升了直流发电机的供电可靠性。本实用新型有益效果还体现在单植磁场复合励磁直流发电机的两组励磁磁极构成复合励磁工作方式，可以调节气隙磁场的大小，确保发电机输出电压稳定，有降低输出电压调整率作用，可以改善发电机供电质量。
图I为本实用新型的实施例-车载发电机基本结构示意图。图2为本实用新型的实施例-车载发电机截面结构示意图。图3为本实用新型的实施例-车载发电机电励磁极单独励磁时的磁场分布图。图4为本实用新型的实施例-车载发电机永磁励磁极单独励磁时的磁场分布图。图5为本实用新型的实施例-车载发电机复合励磁时的磁场分布图(增磁状态)。图6为本实用新型的实施例-车载发电机复合励磁时的磁场分布图(去磁状态)。图7为本实用新型的实施例-车载发电机复合励磁时磁路特性曲线。图中标号说明如下。I风扇罩,2外风扇，3轴承,4电刷,5接线柱,6电枢,7电枢绕组,8转轴,9换向器， 10电刷架，11励磁极,12机壳,13内风扇，14端盖,15电枢铁芯，16槽内电枢绕组，17电励磁极绕组，18电励磁极极身，19电励磁极极靴，20永磁体，21永磁励磁极极身，22永磁励磁极极靴。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例进一步叙述本实用新型的内容。本实用新型的一个实施例为一种车载直流发电机，其基本结构如图I所示，主要由风扇罩I、外风扇2、轴承3、电刷4、接线柱5、电枢6、电枢绕组7、转轴8、换向器9、电刷架
10、励磁极11、机壳12、内风扇13、端盖14构成。本实用新型的一个实施例为一种车载直流发电机，其截面结构如图2所示，实施例发电机为6极，其中，定子3个磁极为电励磁极Ild，另3个磁极为永磁励磁极lly，3个电励磁极Ild与3个永磁励磁极Ily沿圆周交替排列；电励磁极Ild由电励磁极绕组17、 电励磁极极身18和电励磁极极靴19三部分组成，永磁励磁极I Iy由永磁体20、永磁励磁极极身21和永磁励磁极极靴22三部分组成。电励磁极绕组17按照设计匝数由漆包线绕制成型，外包绝缘后套装在电励磁极极身18上，并由电励磁极极靴19对电励磁极绕组17压紧由螺钉固定到机壳12内侧；电励磁极极身18和电励磁极极靴19由1-2_厚度的电工纯铁冲压后叠压成整体，永磁励磁极极身21和永磁励磁极极靴22由l-2mm厚度的电工纯铁分别冲压后叠压成各自的整体构件，永磁体20由钕铁硼、稀土钴或铁氧体硬磁材料制成， 充磁后由永磁励磁极极靴22压紧由螺钉固定到机壳12内侧，筒状机壳12由电工纯铁或者矽钢片制成。定子电励磁极Ild和为永磁励磁极Ily安装后浸漆烘干处理。电枢6由电枢铁芯15、槽内电枢绕组16、换向器9和转轴8构成，电枢铁芯由厚度为0. 5mm的矽钢片冲出齿槽后叠压成电磁设计所确定的长度尺寸，槽内垫绝缘纸进行绝缘处理，槽内嵌入由漆包线绕制成的电枢绕组16并经非换向器端电枢绕组7连接成回路，按照电磁设计匝数和线规绕制后连接到换向器9的升高片上并焊接牢固，电枢绕组嵌线后浸漆烘干。在3个电励磁极Ild单独励磁时，相对于永磁励磁极Ily失磁的故障状态,发电机内磁场分布如图3所示，可见，可以建立6极特征的磁场，即可以发电，只是磁场强度可能达不到电励磁极Ild和永磁励磁极Ily联合励磁时的合成磁场，但是发电量可以用来维持车载系统最基本的供电需求，与磁场全部由永磁体励磁的发电机相比，具有较高的供电可靠性。在3个永磁励磁极IIy单独励磁时，相对于电励磁极Ild无法励磁的故障状态，发电机内磁场分布如图4所示，可见，可以建立6极特征的磁场，即可以发电，只是磁场强度可能达不到电励磁极Ild和永磁励磁极Ily联合励磁时的合成磁场，但是发电量可以用来维持车载系统最基本的供电需求，与磁场全部由电励磁的发电机相比，具有较高的供电可靠性。在3个电励磁极Ild与3个永磁励磁极Ily联合励磁时，即复合励磁状态，调节3 个电励磁极Ild的励磁电流方向可以使得复合励磁的磁场叠加即增磁状态，增磁状态发电机内的磁场分布如图5所示，磁力线较3个电励磁极Ild单独励磁时的图3和3个永磁励磁极Ily单独励磁时的图4都稠密，说明发电机内磁场较高。调节3个电励磁极Ild的励磁电流的大小可以调节复合励磁增加的幅度，进而调整发电电压的大小。增磁性质的励磁电流的增加是有限制的，以避免磁路过饱和和励磁电阻损耗过大而烧毁励磁线圈；根据定子极身、极靴、机壳和转子铁心所适用材质的不同，控制这些部位的磁密比超过I. 8T较为合适，视冷却条件和散热情况，电励磁绕组的电密不宜超过8A/mm2。在3个电励磁极Ild与3个永磁励磁极Ily联合励磁时，即复合励磁状态，调节3 个电励磁极Ild的励磁电流方向可以使得复合励磁的磁场削弱即去磁状态，去磁磁状态发电机内的磁场分布如图6所示，磁力线较3个电励磁极Ild单独励磁时的图3和3个永磁励磁极Ily单独励磁时的图4都稀疏，说明发电机内磁场较低。调节3个电励磁极Ild的励磁电流的大小可以调节复合励磁削弱的幅度，进而调整发电电压的大小。去磁性质的励磁电流的调节是有限制的，以避免永磁体退磁到工作点低于去磁曲线的拐点而造成不可恢复性去磁。图7为反映发电机内永磁体工作点的磁路特性曲线，实施例发电机永磁励磁极Ily中永磁体20的材质为N30H1型钕铁硼。永磁材料退磁曲线与外磁路B-H曲线的交点为永磁体的工作点，(H0, B0)为空载工作点，(He, Be)为负载工作点， 由于永磁体各个部位退磁是不均匀的，为避免局部失磁而导致整体退磁，为此，计及电枢反应和电励磁极共同去磁作用时的负载工作点不能太低，要满足扎< O. 8HC,HC为永磁体磁感矫顽力。
权利要求1.一种单植磁场复合励磁直流发电机,其特征在于发电机内磁场由两个励磁源共同建立，其中的一个励磁源为通电流线圈，另一个励磁源为永磁体，构成复合励磁结构。
2.根据权利要求I所述的单植磁场复合励磁直流发电机，其特征在于定子拥有两组励磁磁极，其中的一组磁极绕有励磁线圈构成电励磁极，另一组磁极带有永磁体构成永磁励磁极。
3.根据权利要求2所述单植磁场复合励磁直流发电机，其特征在于所述的两组励磁磁极，即电励磁极与永磁励磁极，在机壳内沿圆周为交替排列，构成单植磁场结构。
4.根据权利要求2所述单植磁场复合励磁直流发电机，其特征在于通过改变施加在励磁线圈的电压极性以改变励磁线圈励磁电流的方向，对永磁励磁极磁场进行增磁或者去磁。
5.根据权利要求3所述单植磁场复合励磁直流发电机，其特征在于通过改变施加在励磁线圈的电压大小以调节励磁线圈励磁电流的大小，来调节对永磁励磁极磁场增磁或者去磁的幅度。
6.根据权利要求5所述单植磁场复合励磁直流发电机，其特征在于增磁性质的励磁电流的调节是有限制的，以避免磁路过饱和和励磁电阻损耗过大而烧毁励磁线圈。
7.根据权利要求5所述单植磁场复合励磁直流发电机，其特征在于去磁性质的励磁电流的调节是有限制的，以避免永磁体退磁到工作点低于去磁曲线的拐点而造成不可恢复性去磁。
专利摘要一种单植磁场复合励磁直流发电机，主要应用于对可靠性要求高且输出电压可调的直流发电机，其特征在于发电机内磁场由两个励磁源共同建立，其中的一个励磁源为通电流线圈，另一个励磁源为永磁体，构成复合励磁结构。本实用新型单植磁场复合励磁直流发电机的两组励磁磁极可以单独建立气隙磁场，确保在一种励磁方式出现故障是仍能发电运行，坚持为最关键的电气负荷供电，提升了直流发电机的供电可靠性。本实用新型单植磁场复合励磁直流发电机的两组励磁磁极构成复合励磁结构，可以调节气隙磁场的大小，确保发电机输出电压稳定，有降低输出电压调整率作用，可以改善发电机供电质量。
文档编号H02K23/14GK202353414SQ20112045532
公开日2012年7月25日 申请日期2011年11月17日 优先权日2011年11月17日
发明者周利民, 孙丹, 安跃军, 安辉, 李勇, 李文瑞, 薛丽萍 申请人:沈阳工业大学