一种三路并联混合励磁单枢式无刷单相同步发电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种三路并联混合励磁单枢式无刷单相同步发电机，属无刷单相同步电机技术领域。
【背景技术】
[0002]在移动电源中，混合励磁同步发电机研发早已成为热点，市场需求旺盛。但现在的混合励磁同步发电机结构多数为二级电机或多级电机构成，电机的轴向长度长，结构复杂，混合励磁的优势发挥不理想。在移动电源中，发电机的外型尺寸和重量也常常受到许多限制。因此，如何研制出混合励磁单枢式无刷同步发电机成为一个重要课题。目前已有混合励磁单枢式三相无刷同步发电机研宄性报导，但这种研宄的混合励磁单枢式无刷三相同步发电机转子上布置有双套绕组，绕组结构很复杂，制造困难；而且电励磁磁场与永磁体磁场形成的是串联型混合结构，降低了效率，提高了温升，增加了永磁体发生不可逆退磁的危险，降低了可靠性；另外，至今未见有混合励磁单枢式无刷单相同步发电机实用产品报导，若上述这种单枢无刷结构应用到单相同步发电机中，效率会更低，温升会更高，永磁体发生不可逆退磁的危险更大，可靠性更低，更不适宜用于单相无刷同步发电机中，故混合励磁单枢式无刷单相同步发电机尚处于空白。
[0003]有鉴于此，很有必要填补混合励磁单枢式无刷单相同步发电机这个空白，并且应当克服上述串联型混合励磁单枢无刷结构存在的诸多缺点，开发出新型结构的混合励磁单枢式无刷单相同步发电机，使制造更容易，性能更良好，成本更低，效率更高，温升更低，能避免高温及短路时永磁体退磁危险，可靠性更高，产业化前景好。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是，为了克服串联型混合励磁单枢无刷结构存在的诸多缺点和问题，本实用新型公开一种三路并联混合励磁单枢式无刷单相同步发电机。
[0005]实现本实用新型的技术方案是，本实用新型一种三路并联混合励磁单枢式无刷单相同步发电机是一种单枢式无刷结构，没有滑环及电刷，定、转子均只有一个铁芯；发电机也没有交流励磁机，也不用电压调节器(AVR)。
[0006]本实用新型单枢式无刷单相同步发电机由定子和转子组成。定、转子铁芯材料均为硅钢片，定、转子间有气隙，保证定、转子工作时不相摩擦，常规的定子铁芯的槽中布置有三相对称的常规的正弦交流绕组，接成△形，△形中无环流，只有二根引出D1D2二个端子对外供应50HZ、230V的单相交流电源。
[0007]本实用新型转子铁芯中布置有径向永磁体、切向永磁体和一套转子绕组，转子绕组与串联二极管形成闭合回路；空载发电时，径向永磁体主磁场、切向永磁体漏磁场通过定、转子气隙，同向二路并联励磁发电至额定电压；带负载时，径向永磁体主磁场、切向永磁体主磁场以及转子绕组闭合回路形成的电励磁磁场三路通过定、转子气隙同向并联励磁工作，由于转子闭合回路形成的电励磁磁场和切向永磁体主磁场都随负载的大小变化而自动跟随相应变化，故使端电压得以稳定。转子铁芯两端还设置固定有阻尼板，转子铁芯上阻尼孔中的阻尼杆接阻尼板。
[0008]本实用新型一种三路并联混合励磁单枢式无刷单相同步发电机，包括定子和转子，其特征在于，转子铁芯由专门设计的转子冲片迭压而成；转子铁芯内设置安装有径向永磁体，切向永磁体和转子绕组；转子铁芯两端安装了阻尼板；转子冲片上冲有转子轴孔，两个梯形槽，四个异形槽，两个矩形槽，12个阻尼孔，6个工艺孔；转子轴孔位于圆形转子冲片的中心；两个梯形槽位于转子冲片上纵坐标轴线MN的两端和横坐标轴线PQ的两侧对称分布；纵坐标轴线MN与横坐标轴线PQ相互垂直，通过两个梯形槽的中心线与纵坐标轴线丽重合；四个异形槽和两个矩形槽分别位于转子冲片上纵坐标轴线丽的两侧，每一侧有一个矩形槽连接两个异形槽；通过两个矩形槽的中心线与横坐标轴线PQ重合；被梯形槽和矩形槽分割的转子冲片外圆的每个边沿分别均匀分布有三个阻尼孔，沿转子冲片外圆的边沿共有12个阻尼孔；两个梯形槽与转子轴孔之间的转子冲片上分布有6个工艺孔；两个梯形槽，两个矩形槽，四个异形槽，12个阻尼孔，6个工艺孔都以纵坐标轴线MN和横坐标轴线PQ为对称轴线呈对称分布。转子铁芯的二个梯形槽中分别嵌放径向永磁体N1S1, N2S2，这两个径向永磁体的北极沿纵坐标轴线MN指向均向上。转子铁芯的四个异形槽中嵌放转子绕组，转子绕组的二个引出线通过工艺孔在转子铁芯端部一侧同时引出，与单向二极管Z相串联形成闭合回路，单向二极管Z两端还并接压敏电阻R，单向二极管Z接入的方向应使转子绕组在负载时感应的电势自整流形成的直流电励磁产生的磁场方向与径向永磁体N1S1，N2S2磁场方向一致。转子铁芯的两个矩形槽中分别嵌放切向永磁体N3S3, N4S4，这两个切向永磁体的北极的指向与两个径向永磁体N1S1, N2S2北极的指向相同，都是与纵坐标轴线MN平行而其指向均向上的。转子铁芯阻尼孔中设置的阻尼杆与转子铁芯两端的阻尼杆焊接组成笼形横轴阻尼。
[0009]在转子铁芯中具有三种不同形状的槽形，以便在其中布置永磁体和转子绕组。第一种是梯形槽，在其中内置径向永磁体，由于梯形槽口小于槽底，因此径向永磁体置于其中旋转工作时不会甩出槽口，安全可靠；第二种是异形槽，在其中只布置一套转子绕组，结构比双套转子绕组式结构简单得多，而且这一套转子绕组是直接绕制在异形槽中，绕组导体通过槽楔固定在异形槽中，工作时不会甩出，这套绕组与单向二极管串联后形成闭合回路，自感应发电自整流励磁，这种方式制造容易，工艺性好，又安全可靠；第三种是矩形槽，其中布置切向永磁体，是一种内置方式，安全可靠，安装方便。
[0010]本实用新型一种三路并联混合励磁单枢式无刷单相同步发电机的原理简述如下:当原动机带动发电机的转子旋转时，转子上的径向永磁体主磁场和切向永磁体的漏磁场均经过定、转子气隙同向并联工作，切割定子绕组产生预定的空载额定电压，空载时转子绕组中无电流流过，因而无电励磁部分；当单相发电机带上负载后，定子产生脉振的磁势，使得转子绕组产生感应电势，由于转子绕组上串联有单向二极管组成了闭合回路，故转子绕组中流过的直流电流产生了转子的电励磁磁场，设计时已规定了直流电方向，使该电励磁磁场方向也与径向永磁体磁场方向一致，同时由于电励磁方向，使得切向永磁体主磁场与径向永磁体主磁场、电励磁磁场均经过定、转子气隙三路磁场同向并联工作，由于此时电励磁磁场和切向永磁体主磁场都是随着负载增大而增大，负载减小而减小，当负载增大，发电机端电压下降，电励磁磁场和切向永磁体工作磁场励磁增加，促使发电机端电压回升。负载变化，转子工作总磁场随着变化，因此具备较好的电压稳定精度，不需要使用电压调节器(AVR)其稳态电压调整率可达到±5%以内，优于纯永磁同步发电机一般均大于±10%范围的水平，同时也具有良好的动态工作性能，瞬态电压调整率、启动异步电动机能力、带现代非线性负载的能力均优于常规电励磁无刷单相同步发电机。
[0011]由于本实用新型有二种永磁场参与励磁，而电励磁电源又是源自发电机负载时定子脉振磁势，无须外电源励磁，这二者都使发电机效率大大提高，本实用新型发电机效率要高于同规格常规电励磁无刷单相同步发电机5%以上，本实用新型具有现实的推广意义。这种新型结构电机达到了本实用新型发明的目的。
[0012]本实用新型的有益效果是，本实用新型实现了三路并联混合励磁单枢式无刷单相同步发电机的新型结构，使其转子只有一套转子绕组，转子绕组与串联单向二极管形成闭合回路，实现自发电自励磁，切向永磁体工作磁场可变化，不用电压调节器(AVR)电压调整率可达±5%以内，优于纯永磁发电机一般大于±10%的范围水平；本实用新型单枢式无刷单相同步发电机的瞬态电压调整率、启动异步电动机的能力、带非线性负载能力均优于常规电励磁无刷单相同步发电机。本实施例3KW单相发电机效率达77 %，比同规格电励磁无刷单相同步发电机效率70 %，高出7 %;重量比同规格常规电励磁无刷单相同步发电机减小20%，轴向长度缩小25% ;本实用新型单枢式无刷单相同步发电机比一般内置式永磁单相发电机节省永磁体70 %以上，大大降低了永磁材料成本。
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型的电气原理图；
[0014]图2为本实用新型的发电机转子冲片图；
[0015]图中图号:1是定子；2是转子；21是转子冲片；22是转子轴孔；23是梯形槽；24是异形槽；25是矩形槽；26是阻尼孔；27是工艺孔！N1SpN2S2为径向永磁体；N 3S3、N4S4为切向永磁体T1F2为转子绕组，Z为单向二极管，R为压敏电阻；定子I中a、b、c为三相对称的正弦交流绕组，内部接法为Δ接法，二线引出Dp D2，两个端子对外供应50HZ、230V单相交流电源。