定子铁芯、定子、三相永磁发电机及直流充电用发电机组的制作方法

1.本技术属于发电机技术领域，尤其涉及一种定子铁芯、定子、三相永磁发电机及直流充电用发电机组。


背景技术：

2.目前三相永磁发电机的定子铁芯的定子齿数量与磁瓦极数量按照3:2的比例设置，各定子齿在定子铁芯上均匀间隔分布，由3的整数倍个定子齿组成一组uvw三相输出，三相输出相位差呈120
°
，三相输出整流后的相邻两组三相输出之间的波峰间距(时间周期)较大，造成整流后的纹波较大。
3.为了增大输出功率，通常需要通过设置两组或三组及以上三相绕组，并将各组三相绕组并联，由于各定子齿在定子铁芯上均匀间隔分布(任意相邻的两个定子齿之间的圆心角设为γ，则γ＝360/3n，其中n为三相永磁发电机的转子磁瓦极对数)，因此相邻两组三相绕组的相邻的两个定子齿之间的圆心角(即三相齿组间圆心角)也是一定的，即三相齿组间圆心角为360/3n，因此，各组三相绕组的对应的各组三相输出整流后并联的到并联输出电压的相邻波峰之间的间距不会改善，因此波纹也不会改善。
4.现有技术中，如果要减小各组三相输出整流后并联得到的电压的相邻波峰纹波，要么提升转速，要么增加转子磁瓦极对数。
5.因此，如何在不增加转子磁瓦极对数、不提升转速的情况下，将三相永磁发电机的各组三相输出整流后并联得到的并联输出电压的相邻波峰之间的间隔时间大幅减小，从而使得整流后的纹波也大幅降低，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.针对现有技术中的缺陷，本技术的目的是提供一种定子铁芯、定子、三相永磁发电机及直流充电用发电机组，通过将任意相邻的两组三相齿错开一定角度，可以在不提升转速、极对数的情况下，大幅减小各组三相输出整流并联后的相邻波峰间隔时间，从而使得整流后的纹波也大幅降低。
7.为了实现上述目的，本技术提供如下方案：
8.根据本技术的第一个方面，本技术提供了一种定子铁芯，包括圆筒状的铁芯主体，所述铁芯主体的内周面/外周面上间隔设置有3n个定子齿，n为三相永磁发电机的转子磁瓦极对数，所述n为大于等于2的正整数；
9.所述3n个定子齿平均分为至少两组三相齿，每一组三相齿的定子齿数量为3的整数倍，所述至少两组三相齿沿所述铁芯主体的周向间隔布置，每一组三相齿的相邻两个定子齿之间的圆心角相等且为γ，γ＝360/3n，任意相邻的两组三相齿中，第一组三相齿中离第二组三相齿距离最近的一个定子齿记为a1，所述第二组三相齿中离所述第一组三相齿的距离最近的一个定子齿记为b1，a1与b1之间的圆心角定义为三相齿组间圆心角，所述三相齿组间圆心角不等于γ。
10.优选地，当所述3n个定子齿平均分为至少3组三相齿时，任意相邻的两组三相齿中，任意相邻的两组三相齿的所述三相齿组间圆心角不相等。
11.优选地，所述三相齿组间圆心角由所需的三相输出相位滞后角φ确定，其中所述三相输出相位滞后角φ为这两组三相齿上的同相绕组输出电压的相位滞后角。
12.优选地，每一组三相齿包括多个三相定子齿单元，每一个所述三相定子齿单元包括三个定子齿。
13.根据本技术的第二个方面，本技术提供了一种三相永磁发电机定子，包括上述第一个方面任一项所述的定子铁芯和绕设于各个所述定子齿上的线圈。
14.根据本技术的第三个方面，本技术提供了一种三相永磁发电机，包括转子，所述转子包括圆筒状的转子主体、n个磁瓦s极和n个磁瓦n极，所述磁瓦s极和磁瓦n极均匀交替布置于所述转子主体的外周面/外周面，相邻的磁瓦s极和磁瓦n极构成磁瓦极对，还包括上述第二个方面所述的三相永磁发电机定子，所述定子的定子齿与所述转子的磁瓦s极/磁瓦n极相对设置。
15.优选地，所述三相永磁发电机为外转子发电机。
16.根据本技术的第四个方面，本技术提供了一种直流充电用发电机组，包括发动机和整流模块，还包括上述第三个方面任一项所述的三相永磁发电机，所述发动机与所述三相永磁发电机驱动连接，所述三相永磁发电机的电力输出端与所述整流模块的电源输入端连接。
17.由于采用了上述技术方案，本技术具有如下有益效果：
18.本技术通过设置任意相邻的两组三相齿的三相齿组间圆心角不等于每一组三相齿中相邻两个定子齿之间的圆心角γ，即将任意相邻的两组三相齿在现有技术的基础上错开一定角度，可以在不提升转速、极对数的情况下，大幅减小各组三相输出整流并联后的相邻波峰间隔时间，从而使得整流后的纹波也大幅降低。
19.本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是现有的三相永磁发电机的定子与转子的配合示意图；
22.图2是现有的三相永磁发电机定子的结构示意图；
23.图3是现有的三相永磁发电机的u1\v1\w1三相波形图；
24.图4是现有的三相永磁发电机的u2\v2\w2三相波形图；
25.图5是现有的三相永磁发电机的两组三相输出整流后并联波形图；
26.图6是本技术一实施例中三相永磁发电机的定子与转子的配合示意图；
27.图7是本技术一实施例中三相永磁发电机定子的结构示意图；
28.图8是本技术一实施例中三相永磁发电机的u1\v1\w1三相波形图；
29.图9是本技术一实施例中三相永磁发电机的u2\v2\w2三相波形图；
30.图10是本技术一实施例中三相永磁发电机的两组三相输出整流后并联波形图。
具体实施方式
31.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
32.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
33.在本技术中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
34.此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
35.如图6、图7所示，本技术实施例提供一种定子铁芯11，包括圆筒状的铁芯主体111，铁芯主体111的外周面上间隔设置有3n个定子齿112，n为三相永磁发电机的转子磁瓦极对数，n为大于等于2的正整数；
36.3n个定子齿112平均分为至少两组三相齿，每一组三相齿的定子齿112数量为3的整数倍，至少两组三相齿沿铁芯主体111的周向间隔布置，各组三相齿的相邻两个定子齿112之间的圆心角相等且为γ，γ＝360/3n；
37.任意相邻的两组三相齿中，第一组三相齿中离第二组三相齿距离最近的一个定子齿112记为a1，第二组三相齿中离第一组三相齿112的距离最近的一个定子齿112记为b1，a1与b1之间的圆心角定义为三相齿组间圆心角，三相齿组间圆心角不等于γ。
38.具体地，本实施例中的定子铁芯11应用于外转子的三相永磁发电机。若将该定子铁芯11应用于内转子的三相永磁发电机，则在铁芯主体111的内周面上间隔设置有3n个定子齿112。
39.下面以设置两组三相齿的外转子的定子铁芯11为例对本技术的工作原理及优点进行说明：
40.1、现有的定子铁芯11方案：
41.如图1、图2所示，现有的具有两组的三相齿的定子铁芯11中的各个定子齿112是均匀分布于铁芯主体111的外周面，因此两组三相绕组的相邻的两个定子齿112之间的圆心角(即三相齿组间圆心角)也是一定的，即三相齿组间圆心角等于同一组三相齿中任意相邻的
两个定子齿112之间的圆心角。
42.设转子磁瓦极对数为n；
43.则定子齿112数为n*3，绕组1齿数为n*3/2，绕组2齿数为n*3/2；
44.同一绕组相邻两个定子齿112之间的圆心角γ＝360/(n*3)；
45.u(v\w)与下一个u(v\w)齿的圆心角α＝360/n；
46.u1和u2同相的两个相邻齿的圆心角β＝α＝360/n；
47.u1\v1\w1(绕组1)三相波形如图3所示，相邻的两个波峰之间的间距为2π/3；
48.u2\v2\w2(绕组2)三相波形如图4所示，相邻的两个波峰之间的间距为2π/3；
49.因为u1\v1\w1与u2\v2\w2完全均布，所以u1\v1\w1三相波形与u2\v2\w2三相波形完全一致。所以两组三相输出整流后并联波形如图5所示，相邻的两个波峰间距(时间周期)为π/3。
50.设ur为整流后纹波电压有效值；
51.ud为整流后电压峰值；
52.u2为单相电压有效值；
53.m为整流后周期内的波峰数量，三相半波整流为3，三相全波整流为6；
54.纹波系数δ＝ur/ud＝2/(m2-1)；
55.因为两组三相输出整流后相位一致，所以m＝6；
56.纹波系数δ＝ur/ud＝2/(m2-1)＝5.71％。
57.2、本技术的定子铁芯11方案：
58.如图6、图7所示，本技术的具有两组的三相齿的定子铁芯11，用一组三相齿的各个定子齿112是均匀分布于铁芯主体111的外周面，但是两组三相绕组的相邻的两个定子齿112之间的圆心角(即三相齿组间圆心角)在现有的基础上增大或减小一定圆心角θ，即定子铁芯u1\v1\w1与之间u2\v2\w2不均布，错开一定的圆心角θ。
59.同样，设极对数转子磁瓦极对数为n；
60.则定子齿112数为n*3，绕组1齿数为n*3/2，绕组2齿数为n*3/2；
61.同一绕组相邻两个定子齿112之间的圆心角γ＝360/(n*3)；
62.u(v\w)与下一个u(v\w)齿的圆心角α＝360/n；
63.若要使u1(v1\w1)与u2(v2\w2)输出相位滞后φ，则需要将u1(v1\w1)齿与u2(v1\w1)齿错开一定机械角θ＝(360/n)/360*φ；
64.u1和u2同相的两个相邻齿的圆心角β＝α
±
θ；
65.u1\v1\w1(绕组1)三相波形如图8所示，相邻的两个波峰之间的间距为2π/3；
66.u2\v2\w2(绕组2)三相波形如图9所示，相邻的两个波峰之间的间距为2π/3；
67.因为u1\v1\w1与u2\v2\w2不均布，所以u1\v1\w1三相波形与u2\v2\w2三相波形存在相位差φ。所以两组三相整流后并联波形图10所示，相邻的两个波峰间距(时间周期)为(π/3)-φ。
68.综上可知，将每组三相齿错开一定角度，可以在不提升转速、极对数的情况下，大幅减小两组三相输出整流并联后的相邻波峰间隔时间。以此类推，三相绕组(三相齿组数)越多，每个绕组都错开一定角度，整流并联后的相邻波峰间隔时间会越小。
69.因为本实施例中两组三相输出整流后相位错开，所以m＝12；
70.则纹波系数δ＝ur/ud＝2/(m2-1)＝1.4％；
71.综上可知，使用两组三相输出整流后错开相位的三相永磁发电机，会大幅降低整流并联后纹波系数。以此类推，三相永磁发电机的三相输出整流后相位错开的三相数量越多，整流并联后纹波越小。可以达到直接给电池充电的稳压精度水平。
72.综上所述可知，本实施例中，通过设置任意相邻的两组三相齿的三相齿组间圆心角不等于每一组三相齿的相邻两个定子齿112之间的圆心角γ，即将任意相邻的两组三相齿在现有技术的基础上错开一定角度，可以在不提升转速、极对数的情况下，大幅减小各组三相输出整流并联后的相邻波峰间隔时间，从而使得整流后的纹波也大幅降低。
73.在一个实施例中，当3n个定子齿112平均分为至少3组三相齿时，任意相邻的两组三相齿之间的三相齿组间圆心角不相等。
74.在一个实施例中，三相齿组间圆心角由所需的三相输出相位滞后角φ确定，其中三相输出相位滞后角φ为这两组三相齿上的同相绕组输出电压的相位滞后角。
75.在一个实施例中，每一组三相齿包括多个三相定子齿单元123，每一个三相定子齿单元123包括三个定子齿112。每组三相齿通过设置多个三相定子齿单元123，这样，可以将同一组三相齿中的多个三相定子齿单元123串联，从而得到更大的输出电压，以提高三相永磁发电机的适用范围。具体地，如图6、图7所示，每一组三相齿包括4个三相定子齿单元123，即每一组三相齿共有12个均匀间隔布置的定子齿112。
76.如图7所示，本技术还提供了一种三相永磁发电机定子1，包括上述实施例中任一项的定子铁芯11和绕设于各个定子齿112上的线圈12。采用本实施例中的三相永磁发电机定子1的三相永磁发电机可以在不提升转速、极对数的情况下，大幅减小各组三相输出整流并联后的相邻波峰间隔时间，从而使得整流后的纹波也大幅降低。
77.如图6所示，本技术提供了一种三相永磁发电机，包括转子2，转子2包括圆筒状的转子主体21、n个磁瓦s极22和n个磁瓦n极23，磁瓦s极22和磁瓦n极23均匀交替布置于转子主体21的外周面/外周面，相邻的磁瓦s极22和磁瓦n极23构成磁瓦极对，还包括上述实施例中的三相永磁发电机定子1，定子的定子齿112与转子2的磁瓦s极22/磁瓦n极23相对设置。本实施例中的三相永磁发电机可以在不提升转速、极对数的情况下，大幅减小各组三相输出整流并联后的相邻波峰间隔时间，从而使得整流后的纹波也大幅降低。
78.在一个实施例中，如图6所示，该三相永磁发电机为外转子发电机。
79.本技术提供了一种直流充电用发电机组，包括发动机和整流模块，还包括上述实施例中任一项的三相永磁发电机，发动机与三相永磁发电机驱动连接，三相永磁发电机的电力输出端与整流模块的电源输入端连接。本实施例中的直流充电用发电机组可以在不提升转速、极对数的情况下，大幅减小整流并联后的相邻波峰间隔时间，从而使得整流后的纹波也大幅降低，从而可以达到直接给电池充电的稳压精度水平。
80.现有技术中用于电池充电的直流发电机组，其三相永磁发电机输出的电压经过整流模块整流后，需要再输入到dc-dc模块，通过dc-dc模块进行高精度稳压限流后给电池充电；而本实施例中的直流充电用发电机组通过采用上述实施例中任一项的三相永磁发电机，由于该三相永磁发电机的输出电压经过整流模块整流后，电压纹波大幅减小，可以达到直接给电池充电的稳压精度水平，因此本实施例中的直流充电用发电机组整流后输出的电压无需再通过dc-dc模块进行高精度稳压限流，因而可以取消价格较高的dc-dc模块，从而
可大大减少直流充电用发电机组的制造成本。
81.需要说明的是，本实施例中直流充电用发电机组与现有的直流充电用发电机组仅定子1在定子齿11的布置方式不同，其他均与现有技术相同，由于直流充电用发电机组为现有技术，因此对其具体结构和工作原理，在此不再赘述。
82.本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本技术的范围之内并且形成不同的实施例。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
83.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本技术的权利要求和说明书的范围当中。