一种三级式发电机的励磁机集成化结构的制作方法

1.本实用新型涉及一种三级式发电机的励磁机集成化结构，属于电机设计领域。


背景技术：

2.三级式发电机在航空航天领域有着广泛的应用，由发电机，主励磁机和副励磁机三部分组成，其电源的性能良好，可靠性高。发电机主要由主励磁机控制，具有较好的灭磁能力，安全可靠。
3.随着航空航天飞行器的发展，减小电机体积和重量，提高电机功率密度的集成化设计是一项重要的研究方向，但三级式发电机由于采用三种电机组成，其体积和重量较大。
4.在现有技术中，公开号为cn111564931a的中国专利公开的一种三级式无刷交流同步发电机，该专利包括旋转整流器，旋转整流器包括正极板、负极板，所述正极板、负极板为两个结构相同的空心圆盘，正极板、负极板上均布有三个二极管安装孔，正极板、负极板上还均布有六个空心铆钉安装孔一，各二极管安装孔内分别安装有一二极管，且三个二极管阴极与正极板电连接，另三个二极管阳极端与负极板电连接，各二极管为雪崩型或齐纳型二极管；正极板、负极板外周上均布有三个v型缺口，v型缺口与对应极板的二极管安装孔一一对应；还包括三个均布于正极板反面上端的汇流条部件，通风散热性好，体积小，质量轻；对磁场能量的吸收和励磁系统电压尖峰的抑制效果十分迅速有效。该专利也能达到减小三级式发电机的体积和重量的效果，但与本申请采用的技术手段不同，本申请是通过将永磁体嵌入到定子齿中，将主励磁机和副励磁机集成化设计，减小电机的体积和重量。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种三级式发电机的励磁机集成化结构，该三级式发电机的励磁机集成化结构能减小三级式发电机的体积和重量。
6.本实用新型通过以下技术方案得以实现。
7.本实用新型提供的一种三级式发电机的励磁机集成化结构，包括转子铁芯和套接在转子铁芯外的定子铁芯；所述定子铁芯的每个齿部均镶嵌有分段永磁体，定子铁芯的每个齿上均进行单齿绕线，形成分数槽集中绕组；所述转子铁芯上绕制有转子绕组，并用转子绝缘套圈进行固定。
8.所述定子铁芯的齿部设有用于镶嵌分段永磁体的槽口。
9.所述槽口的深度和宽度分别为根据分段永磁体的长宽进行确定。
10.所述定子铁芯、分数槽集中绕组、分段永磁体组成形成励磁机的定子。
11.所述分段永磁体交替磁极镶嵌入定子铁芯的齿部槽口中，且极性与定子铁芯的每个齿部的绕组极性一致。
12.所述分段永磁体的极弧系数和厚度，根据主发电机和励磁机的参数确定。
13.所述槽口的宽度与分段永磁体的极弧系数相互匹配。
14.本实用新型的有益效果在于：可以将三级式发电机变成两级式发电机，能够减少
三级式直流发电机的整体长度，重量，提高竞争优势；由分段永磁体提供励磁，空载条件下，能够在转速到达一定范围内提供自建压的能力；由于有分段永磁辅助的条件，因此能减小励磁机分数槽集中绕组的热损耗，提高传输效率；合理设计分段永磁体的参数，能够实现励磁机及主发电机的抗短路能力；分段永磁体极弧系数及槽口的合理配合，能够减小励磁机的齿槽转矩；永磁体分段设计，能够减小永磁体的涡流损耗。
附图说明
15.图1是本实用新型的爆炸图；
16.图2是本实用新型的定子铁芯的结构示意图；
17.图3是本实用新型的定子铁芯的局部结构图；
18.图4是槽口宽度与永磁体极弧系数的比例图。
19.图中：1-定子铁芯，2-分数槽集中绕组，3-分段永磁体，4-转子绕组，5-转子铁芯，6-转子绝缘套圈。
具体实施方式
20.下面进一步描述本实用新型的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
21.实施例1
22.如图1～3所示的一种三级式发电机的励磁机集成化结构，包括转子铁芯5和套接在转子铁芯5外的定子铁芯1；所述定子铁芯1的每个齿部均镶嵌有分段永磁体3，定子铁芯1的每个齿上均进行单齿绕线，形成分数槽集中绕组2；所述转子铁芯5上绕制有转子绕组4，并用转子绝缘套圈6进行固定。
23.所述定子铁芯1的齿部设有用于镶嵌分段永磁体3的槽口。
24.所述槽口的深度和宽度分别为根据分段永磁体3的长宽进行确定。
25.所述定子铁芯1、分数槽集中绕组2、分段永磁体3组成形成励磁机的定子。
26.所述分段永磁体3交替磁极镶嵌入定子铁芯1的齿部槽口中，且极性与定子铁芯1的每个齿部的绕组极性一致。
27.所述分段永磁体3的极弧系数和厚度，根据主发电机和励磁机的参数确定。
28.所述槽口的宽度与分段永磁体3的极弧系数相互匹配。
29.具体的，通过轴承将转子铁芯5固定在定子铁芯1中，组成集成化三级式电机的励磁机。
30.优选的，单齿绕线结构可以便于与分段永磁体3配合。
31.优选的，分段永磁体3可减小涡流损耗。
32.进一步的，定子铁芯1可进行模块化，方便固定安装。
33.实施例2
34.由上所述，分别确定主发电机定子短路电流i
max
、自建压反电动势u
min
和额定转速下励磁机的电压u
nf
和功率p
nf
，得到主发电机励磁电流的范围ifdc，由ac-dc变化关系得到励磁机输出电流ifac。根据u
nf
、ifac计算出分段永磁体产生的磁通由分段永磁体的磁通密度b与轴向长度l，最终得到分段永磁体极弧系数α。
35.根据p
nf
计算出转矩t和电流i1大小，由电枢绕组匝数n、电流i1和分段永磁体磁化
曲线即可得到分段永磁体的厚度h，一般该分段永磁体的厚度为气隙长度δ的2-4倍，可提高主发电机和励磁机的抗短路能力。
36.进一步的，槽口宽度b和分段永磁体极弧系数α的关系为α＝(1～2)
×
b，通过槽口和分段永磁体的配合，可减小励磁机的齿槽转矩。
37.具体的，保持分段永磁体的极弧系数不变，调整槽口宽度，得到电机齿槽转矩的变化，从图4可以看出，槽口宽度为永磁体极弧系数的0.5～1时，齿槽转矩降低最为明显。
38.实施例3
39.本实用新型的加工步骤如下：
40.1.首先通过冲压的方式将硅钢片冲压为定子单个模块的冲片，将冲片进行叠压成型；
41.2.将永磁体切割成与定子齿部凹槽相同大小的长方体小块，进行平行充磁，嵌入到定子齿部；
42.3.定子齿镶嵌永磁体后，将绕组绕在齿部，使绕组产生的磁场方向与永磁体充磁方向一致；
43.4.在绕线结束后，每个定子模块可采用燕尾槽或半圆形槽结构完成模块化装配，将转子绕组嵌入到转子铁芯中，转子铁芯两端用绝缘套圈封住；
44.5.最后将转子装配完成，实现三级式发电机的励磁机集成化结构。


技术特征：
1.一种三级式发电机的励磁机集成化结构，包括转子铁芯(5)和套接在转子铁芯(5)外的定子铁芯(1)，其特征在于：所述定子铁芯(1)的每个齿部均镶嵌有分段永磁体(3)，定子铁芯(1)的每个齿上均进行单齿绕线，形成分数槽集中绕组(2)；所述转子铁芯(5)上绕制有转子绕组(4)，并用转子绝缘套圈(6)进行固定。2.如权利要求1所述的三级式发电机的励磁机集成化结构，其特征在于：所述定子铁芯(1)的齿部设有用于镶嵌分段永磁体(3)的槽口。3.如权利要求2所述的三级式发电机的励磁机集成化结构，其特征在于：所述槽口的深度和宽度分别为根据分段永磁体(3)的长宽进行确定。4.如权利要求1所述的三级式发电机的励磁机集成化结构，其特征在于：所述定子铁芯(1)、分数槽集中绕组(2)、分段永磁体(3)组成形成励磁机的定子。5.如权利要求1所述的三级式发电机的励磁机集成化结构，其特征在于：所述分段永磁体(3)交替磁极镶嵌入定子铁芯(1)的齿部槽口中，且极性与定子铁芯(1)的每个齿部的绕组极性一致。6.如权利要求1所述的三级式发电机的励磁机集成化结构，其特征在于：所述分段永磁体(3)的极弧系数和厚度，根据主发电机和励磁机的参数确定。7.如权利要求2所述的三级式发电机的励磁机集成化结构，其特征在于：所述槽口的宽度与分段永磁体(3)的极弧系数相互匹配。

技术总结
本实用新型提供了一种三级式发电机的励磁机集成化结构，包括转子铁芯和套接在转子铁芯外的定子铁芯；所述定子铁芯的每个齿部均镶嵌有分段永磁体，定子铁芯的每个齿上均进行单齿绕线，形成分数槽集中绕组；所述转子铁芯上绕制有转子绕组，并用转子绝缘套圈进行固定。本实用新型可以将三级式发电机变成两级式发电机，能够减少三级式直流发电机的整体长度，重量，提高竞争优势；由分段永磁体提供励磁，空载条件下，能够在转速到达一定范围内提供自建压的能力；由于有分段永磁辅助的条件，因此能减小励磁机分数槽集中绕组的热损耗，提高传输效率；合理设计分段永磁体的参数，能够实现励磁机及主发电机的抗短路能力。磁机及主发电机的抗短路能力。磁机及主发电机的抗短路能力。


技术研发人员：袁光伟 孙鲁 薛开昶 孙若兰 彭辉灯 施道龙 卓亮
受保护的技术使用者：贵州航天林泉电机有限公司
技术研发日：2022.11.03
技术公布日：2023/3/28