專利名稱：永磁發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種定子鐵芯設(shè)置有永久磁體的發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
目前，常用于車輛船舶照明、風(fēng)能發(fā)電、自備電源機(jī)組等場(chǎng)合的發(fā)電機(jī)，其輸出電壓與其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速相關(guān)，為了維持一個(gè)穩(wěn)定的輸出電壓，對(duì)其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性有較高要求。在實(shí)際使用中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中、低速運(yùn)轉(zhuǎn)的運(yùn)行概率較大(如機(jī)動(dòng)車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速運(yùn)行狀態(tài)時(shí))，往往導(dǎo)致發(fā)電量不足，電壓不穩(wěn)定；而偶爾發(fā)生超速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)又會(huì)因輸出電壓過高而燒毀負(fù)載。
公告日為1998年4月8日，公告號(hào)為CN 2278305Y的中國專利中公開了一種電子穩(wěn)壓永磁發(fā)電機(jī)，它是將電子穩(wěn)壓器裝入永磁發(fā)電機(jī)內(nèi)部，使之在發(fā)電機(jī)有效轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保證發(fā)出的電壓穩(wěn)定。但是當(dāng)電子穩(wěn)壓器損壞后，整個(gè)發(fā)電機(jī)將無法輸出穩(wěn)定的工作電壓。
公告日為1999年10月27日，公告號(hào)為CN 1046063C的中國專利中公開了一種穩(wěn)壓永磁發(fā)電機(jī)及其穩(wěn)壓方法，其采用取樣控制電路直接從發(fā)電機(jī)取樣與基準(zhǔn)電壓比較后反饋到由執(zhí)行電機(jī)、蝸輪蝸桿、絲杠組成的調(diào)壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，推動(dòng)定子作軸向運(yùn)動(dòng)，改變定子、轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置，從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子切割磁力線的密度，并以此動(dòng)態(tài)反饋調(diào)節(jié)過程保證發(fā)電機(jī)輸出電壓的穩(wěn)定。其存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、反應(yīng)滯后、制造成本高、工藝復(fù)雜、機(jī)加工量大等不足。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種能在不同轉(zhuǎn)速下對(duì)同一負(fù)載提供比較穩(wěn)定的電壓，而且結(jié)構(gòu)簡單、制造工藝簡便、動(dòng)態(tài)強(qiáng)度高的永磁發(fā)電機(jī)。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是提供一種永磁發(fā)電機(jī)，包括同心且具有徑向氣隙的定子和轉(zhuǎn)子，其特征是轉(zhuǎn)子由帶有齒和槽的齒輪狀硅鋼片疊裝構(gòu)成；圓環(huán)狀定子由至少兩節(jié)定子硅鋼片和至少兩節(jié)位于定子硅鋼片之間的永磁體構(gòu)成；其中，每節(jié)定子硅鋼片上設(shè)置兩個(gè)定子齒，兩齒之間設(shè)置一個(gè)定子線槽，相鄰兩節(jié)定子硅鋼片上的定子線槽中嵌入一個(gè)電樞線圈，每個(gè)電樞線圈所環(huán)繞的兩個(gè)定子齒之間有一個(gè)永磁體。
其中，所述轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為定子齒數(shù)的二分之一。
其所述轉(zhuǎn)子齒端的寬度等于或小于轉(zhuǎn)子槽口的寬度。
其所述各相鄰電樞線圈的繞向相反，各相鄰電樞線圈依次串接、并聯(lián)或分組連接，組成電樞繞組。
與現(xiàn)有技術(shù)比較，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1.中、低轉(zhuǎn)速發(fā)電性能明顯提高，在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)已能輸出所需的電功率，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)也不會(huì)燒毀負(fù)載；
2.定子和轉(zhuǎn)子之間的磁回路路徑短，路徑截面大，因而回路磁阻小，鐵損小，永磁利用率、能量轉(zhuǎn)換率和比功率高；3.轉(zhuǎn)子上既無磁體，也無繞組，因而其機(jī)械強(qiáng)度高，幾何對(duì)稱性好，有助于提高電機(jī)的動(dòng)態(tài)強(qiáng)度和動(dòng)平衡性能；4.通過微調(diào)轉(zhuǎn)子齒端寬度和定子齒端寬度之比值，可以改善電機(jī)的諧波狀況。
5.整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，體積小、重量輕，制造工藝簡便，運(yùn)行可靠。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型在低轉(zhuǎn)速下的電磁相量圖；圖3是本實(shí)用新型在高轉(zhuǎn)速下的電磁相量圖。
圖中1為定子硅鋼片，2為永磁體，3為定子線槽，4為電樞線圈，5為輸出端子，6為轉(zhuǎn)子，7、8為轉(zhuǎn)子齒，9、10為定子齒，11為磁通回路，12為轉(zhuǎn)子槽；Φm為永磁磁通，ΦI為輸出電流的磁通，Φ為合磁通，U為輸出電壓，I為輸出電流，UL為電樞感抗上的壓降，E為感應(yīng)電勢(shì)。
具體實(shí)施方式
圖1中，轉(zhuǎn)子6由齒輪狀硅鋼片疊裝構(gòu)成，圓環(huán)狀定子由數(shù)節(jié)定子硅鋼片1和位于兩定子硅鋼片之間的永磁體2構(gòu)成；每節(jié)定子硅鋼片上設(shè)置兩個(gè)定子齒(如圖中所示的9或10)，兩齒之間設(shè)置定子線槽3，兩相鄰的定子線槽中嵌入一個(gè)電樞線圈4，每個(gè)電樞線圈所環(huán)繞的兩個(gè)定子齒之間恰好夾持一個(gè)永磁體2。
轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為定子齒數(shù)的二分之一，轉(zhuǎn)子齒7或8的齒端寬度接近于定子齒9或10的齒端寬度，轉(zhuǎn)子齒7或8的齒端寬度等于或小于轉(zhuǎn)子槽12的槽口寬度。
各相鄰電樞線圈4的繞向相反，各相鄰電樞線圈依次串接，構(gòu)成一個(gè)完整的電樞繞組，其輸出端5與負(fù)載連接；各相鄰電樞線圈亦可采用并聯(lián)或分組連接方式。
在圖1所示時(shí)刻，轉(zhuǎn)子齒7、8分別與定子齒9、10對(duì)齊，形成如圖中虛線所示的磁通回路11。隨著轉(zhuǎn)子的不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，磁通回路不斷變化，在電樞繞組中便產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。
永磁體可以選用釹鐵硼、釤鈷合金或鈰鈷銅鐵等永磁材料。
對(duì)本實(shí)用新型而言，由于利用定子作為電樞，定子齒數(shù)從現(xiàn)有電機(jī)的幾十個(gè)減少到十幾個(gè)或幾個(gè)，簡化了定子和定子繞組的構(gòu)造和制造工藝。
其次，采用硅鋼片—永磁體—硅鋼片交替聯(lián)接的方式構(gòu)成環(huán)狀定子，使得定子和轉(zhuǎn)子之間的磁回路、電回路的路徑盡可能地短，路徑截面盡量大，有限的體積內(nèi)可以安放盡量多且長徑比合理的永磁體和繞組導(dǎo)體，減少硅鋼片的使用量，以獲得最好的永磁利用率、能量轉(zhuǎn)換率、比功率和最低的鐵損銅損。且定子硅鋼片的幾何尺寸小，形狀規(guī)則緊湊，除了可以充分利用邊角料之外，還可以降低沖壓模具的制造成本，延長其使用壽命。
此外，轉(zhuǎn)子采用齒輪狀硅鋼片疊置而成，其上既無磁體，也無繞組，其機(jī)械強(qiáng)度高，幾何對(duì)稱性好，有助于提高電機(jī)的動(dòng)態(tài)強(qiáng)度和動(dòng)平衡性能。同時(shí)，轉(zhuǎn)子齒端寬度和定子齒端寬度接近等寬，通過微調(diào)兩者之比值，可以改善電機(jī)的諧波狀況。
圖2、圖3中，設(shè)電機(jī)已向負(fù)載R輸出電流I；對(duì)于定子轉(zhuǎn)子磁路而言，電流I流經(jīng)電樞繞組時(shí)便在磁通回路11中產(chǎn)生磁通ΦI，ΦI與磁通回路中原有的永磁磁通Φm疊加，成為合磁通Φ；設(shè)Φ的幅值為Φ0，有Φ＝Φ0sinωt (1)感應(yīng)電勢(shì)E比合磁通Φ滯后π/2相角，E的大小為E=-NdΦdt=-NωΦ0cosωt---(2)]]>式中N為電樞繞組的匝數(shù)。
對(duì)于電路而言，電機(jī)輸出的電流I在負(fù)載R上產(chǎn)生壓降U，在電樞繞組的感抗ωL上產(chǎn)生壓降UL，U＝IR(3)UL＝IωL(4)U、UL和E構(gòu)成相量三角形如圖2、圖3所示。
由(2)式可知，|E|∝ω，因此低轉(zhuǎn)速時(shí)E小，高轉(zhuǎn)速時(shí)E大；由(4)式可知，|UL|∝ω，因此當(dāng)E隨轉(zhuǎn)速增大時(shí)，分壓值UL也隨之增大，使負(fù)載上的電壓U基本不變，僅相位角變化而已，從而實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓的目的。
由于電樞感抗上的功率ULI是無功功率，因此本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓不需要以耗能發(fā)熱為代價(jià)。
本實(shí)用新型可廣泛用于風(fēng)能發(fā)電、自備電源機(jī)組、車輛船舶等各種交通工具的照明等領(lǐng)域。
權(quán)利要求1.一種永磁發(fā)電機(jī)，包括同心且具有徑向氣隙的定子和轉(zhuǎn)子，其特征是轉(zhuǎn)子由帶有齒和槽的齒輪狀硅鋼片疊裝構(gòu)成；圓環(huán)狀定子由至少兩節(jié)定子硅鋼片和至少兩節(jié)位于定子硅鋼片之間的永磁體構(gòu)成；其中，每節(jié)定子硅鋼片上設(shè)置兩個(gè)定子齒，兩齒之間設(shè)置一個(gè)定子線槽，相鄰兩節(jié)定子硅鋼片上的定子線槽中嵌入一個(gè)電樞線圈，每個(gè)電樞線圈所環(huán)繞的兩個(gè)定子齒之間有一個(gè)永磁體。
2.按照權(quán)利要求1所述的永磁發(fā)電機(jī)，其特征是所述轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為定子齒數(shù)的二分之一。
3.按照權(quán)利要求1所述的永磁發(fā)電機(jī)，其特征是所述轉(zhuǎn)子齒端的寬度與轉(zhuǎn)子槽口的寬度相等。
4.按照權(quán)利要求1所述的永磁發(fā)電機(jī)，其特征是所述轉(zhuǎn)子齒端的寬度小于轉(zhuǎn)子槽口的寬度。
5.按照權(quán)利要求1所述的永磁發(fā)電機(jī)，其特征是所述各相鄰電樞線圈的繞向相反，各相鄰電樞線圈依次串接、并聯(lián)或分組連接，組成電樞繞組。
專利摘要一種永磁發(fā)電機(jī)，屬于電機(jī)領(lǐng)域。其特征是轉(zhuǎn)子由齒輪狀硅鋼片疊裝構(gòu)成；圓環(huán)狀定子由至少兩節(jié)定子硅鋼片和至少兩節(jié)位于定子硅鋼片之間的永磁體構(gòu)成；其中每節(jié)定子硅鋼片上設(shè)置兩個(gè)定子齒，兩齒之間設(shè)置一個(gè)定子線槽，相鄰兩節(jié)定子硅鋼片上的定子線槽中嵌入一個(gè)電樞線圈，每個(gè)電樞線圈所環(huán)繞的兩個(gè)定子齒之間有一個(gè)永磁體；其所述轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為定子齒數(shù)的二分之一；其所述轉(zhuǎn)子齒端的寬度等于或小于轉(zhuǎn)子槽口的寬度。本實(shí)用新型在高、中、低轉(zhuǎn)速下均可提供較穩(wěn)定的輸出電壓，電機(jī)的動(dòng)態(tài)強(qiáng)度、動(dòng)平衡性能和諧波狀況好，整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，體積小、重量輕、比功率大，制造工藝簡便，運(yùn)行可靠?？蓮V泛用于風(fēng)能發(fā)電、自備電源機(jī)組、車船照明等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H02K3/28GK2701147SQ20032013071
公開日2005年5月18日 申請(qǐng)日期2003年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月5日
發(fā)明者高桂本, 王緒一, 常騰, 梁尚誠, 張秀文, 孫彥林, 裴鳳芹 申請(qǐng)人:高桂本, 王緒一, 常騰, 梁尚誠, 張秀文, 孫彥林, 裴鳳芹