專利名稱：混合勵磁無刷直流起動發(fā)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電機，尤其涉及一種無刷直流電機。
背景技術(shù)：
起動發(fā)電機利用電機的可逆原理。在發(fā)動機工作前，起動發(fā)電機將電能轉(zhuǎn)換為機械能，作為電動機工作，帶動發(fā)動機旋轉(zhuǎn)，直到發(fā)動機達(dá)到某一轉(zhuǎn)速后自行進入工作狀態(tài)，從而完成起動過程。起動結(jié)束后，發(fā)動機作為原動機拖動起動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，此時電機相應(yīng)轉(zhuǎn)為發(fā)電運行狀態(tài)，將機械能轉(zhuǎn)換為電能輸出?？梢姡饎影l(fā)電機使一個電機實現(xiàn)起動/發(fā)電雙功能，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并有效減輕系統(tǒng)重量。因而在飛機、汽車、艦船上都得到應(yīng)用。
飛機低壓直流電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、使用維護方法成熟、具有起動/發(fā)電雙功能等優(yōu)點，因此現(xiàn)在仍然得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)有的飛機直流電源系統(tǒng)大多是有刷低壓直流電源，這些系統(tǒng)中多采用有刷直流電機作為其起動發(fā)電機。這種電機起動性能良好，控制簡單。但是由于電機電刷和換向器的存在，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護頻繁，使用壽命短。而且電刷和換向器限制了電機最高轉(zhuǎn)速，使電源系統(tǒng)容量難以增加。而且為滿足發(fā)動機起動特性，一些起動發(fā)電機還包括一個輸出變速機構(gòu)，它具有行星式減速器和滾棒式單向離合器聯(lián)軸器，電動和發(fā)電狀態(tài)變速機構(gòu)自動實現(xiàn)不同的變速比。這種起動發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效率低，代價高。

發(fā)明內(nèi)容
1、發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種新型無刷直流起動發(fā)電機，可以實現(xiàn)起動發(fā)電系統(tǒng)無刷化，并取消其輸出變速機構(gòu)，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，利于提高系統(tǒng)容量，完全可以取代現(xiàn)有的有刷直流起動發(fā)電機。
2、技術(shù)方案為了達(dá)到上述的發(fā)明目的，本發(fā)明的混合勵磁無刷直流起動發(fā)電機，包括轉(zhuǎn)軸、端蓋、機殼、永磁同步電機和混合勵磁同步電機，永磁同步電機和混合勵磁同步電機同軸安裝于機殼內(nèi)，共用一個轉(zhuǎn)軸；永磁同步電機包括由鐵心和電樞繞組組成的定子和轉(zhuǎn)子，永磁同步電機轉(zhuǎn)子包括極靴、隔磁槽和永磁磁鋼；混合勵磁同步電機包括由鐵心和電樞繞組構(gòu)成的定子和轉(zhuǎn)子，混合勵磁同步電機轉(zhuǎn)子包括極靴及其延伸導(dǎo)磁體、永磁磁鋼和隔磁槽；永磁同步電機的電樞繞組和混合勵磁同步電機的電樞繞組串聯(lián)連接，并具有中間出線，這樣，本發(fā)明的電機可以根據(jù)需要處于兩種工作狀態(tài)(1)電動狀態(tài)直流母線電壓通過起動控制器的逆變電路給串聯(lián)連接的兩電機電樞繞組供電，兩電機同時工作；(2)發(fā)電狀態(tài)僅由混合勵磁電機電樞繞組輸出電壓，經(jīng)整流后作為直流電源。
它還包括環(huán)形導(dǎo)磁橋，用于嵌繞電機的勵磁繞組，環(huán)形導(dǎo)磁橋和勵磁繞組固定于端蓋上。
永磁同步電機和混合勵磁同步電機的定子齒數(shù)、槽數(shù)以及繞組連接形式相同，二者采用相同的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式，同為切向磁鋼結(jié)構(gòu)或同為徑向磁鋼結(jié)構(gòu)，且轉(zhuǎn)子極弧系數(shù)相同。
它還包括位置傳感器，其包括位置傳感器轉(zhuǎn)子和位置傳感器定子，傳感器轉(zhuǎn)子安裝在轉(zhuǎn)軸上，位置傳感器定子安裝在端蓋上，用于檢測轉(zhuǎn)子位置。位置傳感器可以為霍爾位置傳感器，也可以根據(jù)測量數(shù)據(jù)的需要采用其他形式的位置傳感器。
永磁同步電機的鐵心和混合勵磁同步電機的鐵心由硅鋼片或其他高性能導(dǎo)磁材料迭壓而成，轉(zhuǎn)子極靴可以采用整塊鋼制成。
永磁同步電機和混合勵磁同步電機的隔磁槽中填充有非導(dǎo)磁金屬材料，以降低交軸電樞反應(yīng)電抗。
本發(fā)明的混合勵磁無刷直流起動發(fā)電機是在無刷直流永磁電機和混合勵磁同步電機的基礎(chǔ)上，在一個電機機殼內(nèi)采用兩種電機結(jié)構(gòu)型式，構(gòu)成混合勵磁無刷直流起動/發(fā)電機。電機內(nèi)部為兩段式結(jié)構(gòu)，一段為混合勵磁電機，另一段為傳統(tǒng)的永磁同步電機。兩段電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相同，可以為切向磁鋼結(jié)構(gòu)，也可以是徑向磁鋼結(jié)構(gòu)。但無論轉(zhuǎn)子是切向結(jié)構(gòu)還是徑向結(jié)構(gòu)，都應(yīng)具有相同的極弧系數(shù)，且同軸旋轉(zhuǎn)。兩段電機定子結(jié)構(gòu)、繞組型式也相同。兩段電機定子電樞繞組串聯(lián)連接，并具有中間出線。在電動狀態(tài)，直流母線電壓通過起動控制器的逆變電路給串聯(lián)連接的兩電機電樞繞組供電，兩電機同時工作，能夠輸出較大的額定轉(zhuǎn)矩；在發(fā)電狀態(tài)，僅由中間出線的混合勵磁電機電樞繞組輸出電壓，經(jīng)整流后作為直流電源，此時永磁同步電機處于空載狀態(tài)。在電動及發(fā)電狀態(tài)，電機內(nèi)磁場主要由永磁磁鋼建立，因而電機效率高，輸出轉(zhuǎn)矩大，尤其是在采用具有“聚磁”作用的切向磁鋼結(jié)構(gòu)的時候。輸出電壓由混合勵磁同步電機的性能決定，可以通過勵磁電流調(diào)節(jié)。
3、有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的混合勵磁無刷直流起動發(fā)電機具有如下特點①取消了傳統(tǒng)有刷直流起動/發(fā)電機的電刷和滑環(huán)，利用轉(zhuǎn)子永磁體和新型混合勵磁電機結(jié)構(gòu)實現(xiàn)起動發(fā)電機的無刷化；轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單，損耗低，效率高；②刪去起動發(fā)電機輸出變速機構(gòu)，電機直接輸出額定轉(zhuǎn)矩，以起動發(fā)動機。電機既可以工作于恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，此時氣隙磁場最強，也可以工作于恒功率區(qū)，利用混合勵磁電機勵磁控制功能，弱磁工作；③電動狀態(tài)，由永磁同步電機和混合勵磁同步電機的電樞繞組串聯(lián)工作，保證電機系統(tǒng)高效率地輸出最大轉(zhuǎn)矩；在發(fā)電狀態(tài)，僅由混合勵磁電機輸出電能，從而兼具永磁電機的高效率和電勵磁電機輸出電壓易調(diào)節(jié)的優(yōu)點；④可以廣泛應(yīng)用于帶有噴氣發(fā)動機的飛機、坦克上，也可以用于使用柴油機、汽油機的艦船、汽車上。
四

圖1為混合勵磁無刷直流起動/發(fā)電機結(jié)構(gòu)圖；圖2為混合勵磁無刷直流起動/發(fā)電機內(nèi)永磁同步電機段轉(zhuǎn)子A-A剖面圖；圖3為混合勵磁無刷直流起動/發(fā)電機內(nèi)混合勵磁同步電機段轉(zhuǎn)子B-B剖面圖；
圖4為混合勵磁無刷直流起動/發(fā)電機電樞繞組連接圖；圖5為混合勵磁無刷直流起動/發(fā)電機電動及發(fā)電狀態(tài)主電路連接關(guān)系圖。
五具體實施例方式
本發(fā)明的混合勵磁無刷直流起動發(fā)電機可以靈活設(shè)計、采用不同極對數(shù)，這里以四對極為例詳細(xì)說明實施例。
如圖1所示，本實施例的混合勵磁無刷直流起動發(fā)電機由兩段構(gòu)成，一段為徑向結(jié)構(gòu)或切向結(jié)構(gòu)永磁同步電機18，另一段為徑向結(jié)構(gòu)或切向結(jié)構(gòu)混合勵磁同步電機19，它還包括轉(zhuǎn)軸15、端蓋16、端蓋61和機殼17；永磁同步電機18和混合勵磁同步電機19同軸安裝于機殼17內(nèi)，共用轉(zhuǎn)軸15，永磁同步電機18包括定子和轉(zhuǎn)子，定子由鐵心4和電樞繞組5組成，永磁同步電機轉(zhuǎn)子包括極靴1、隔磁槽2和永磁磁鋼3，其結(jié)構(gòu)為現(xiàn)有的永磁同步電機的結(jié)構(gòu)；混合勵磁同步電機19包括定子和轉(zhuǎn)子，定子由鐵心9和電樞繞組10構(gòu)成，混合勵磁同步電機轉(zhuǎn)子包括極靴及其延伸導(dǎo)磁體6、永磁磁鋼7和隔磁槽8，徑向結(jié)構(gòu)混合勵磁同步電機中各部分的位置關(guān)系已經(jīng)為申請?zhí)枮?00510094523.8的發(fā)明專利申請所公開，切向結(jié)構(gòu)混合勵磁同步電機中各部分的位置關(guān)系已經(jīng)為申請?zhí)枮?00510095465.0的發(fā)明專利申請所公開。永磁同步電機18的電樞繞組5和混合勵磁同步電機19的電樞繞組10串聯(lián)連接，并具有中間出線。本實施例的混合勵磁無刷直流起動發(fā)電機可以根據(jù)需要處于兩種工作狀態(tài)(1)在電動狀態(tài)，直流母線電壓通過起動控制器的逆變電路給串聯(lián)連接的兩電機電樞繞組供電，兩電機同時工作，能夠輸出較大的額定轉(zhuǎn)矩；(2)在發(fā)電狀態(tài)，僅由中間出線的混合勵磁電機電樞繞組輸出電壓，經(jīng)整流后作為直流電源，此時永磁同步電機處于空載狀態(tài)。
它還包括環(huán)形導(dǎo)磁橋12，用于嵌繞勵磁繞組11，環(huán)形導(dǎo)磁橋12固定于端蓋16上。位置傳感器20為霍爾位置傳感器，其括傳感器轉(zhuǎn)子13和位置傳感器定子14，傳感器轉(zhuǎn)子13安裝在轉(zhuǎn)軸15上，位置傳感器定子14安裝在端蓋61上，用于電機電動狀態(tài)下檢測轉(zhuǎn)子運動過程中的位置，為控制器的邏輯開關(guān)電路提供正確的換相信息。永磁同步電機18和混合勵磁同步電機19的隔磁槽2和8中填充有非導(dǎo)磁金屬材料如銅，以降低交軸電樞反應(yīng)電抗。
如圖2、圖3所示，兩段電機定子鐵心由硅鋼片或其他高性能導(dǎo)磁材料迭壓而成，轉(zhuǎn)子極靴可以采用整塊鋼制成。兩段電機的定子齒數(shù)、槽數(shù)以及繞組連接型式相同。兩段電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式相同，同為切向磁鋼結(jié)構(gòu)或同為徑向磁鋼結(jié)構(gòu)，且轉(zhuǎn)子極弧系數(shù)相同。兩電機的轉(zhuǎn)子和定子磁路相互獨立，共用機殼17和轉(zhuǎn)軸15。機殼為普通的金屬結(jié)構(gòu)件，不需要象磁極分割型混合勵磁電機采用導(dǎo)磁機殼。
如圖4所示，兩段電機電樞繞組串聯(lián)連接，可以構(gòu)成多相繞組、三相繞組等，圖中A1、B1、C1為電動狀態(tài)電樞繞組連接端，A2、B2、C2為發(fā)電狀態(tài)電樞繞組輸出端。
如圖5所示，電機作為起動機工作時，直流電源UDC-IN通過逆變器變換得到三相電源，供給電機的三相繞組使電機輸出轉(zhuǎn)矩。電機轉(zhuǎn)為發(fā)電狀態(tài)工作時，三相電樞繞組輸出的交流電通過由功率二極管D1～D6構(gòu)成的全橋整流電路整流得到直流電UDC-OUT，供給負(fù)載使用。改變混合勵磁無刷直流電機內(nèi)部混合勵磁同步電機和永磁同步電機軸向鐵心長度比例，可以得到不同的電機起動和發(fā)電特性。
權(quán)利要求
1.一種混合勵磁無刷直流起動發(fā)電機，包括轉(zhuǎn)軸(15)、端蓋(16)、端蓋(61)、機殼(17)、永磁同步電機(18)和混合勵磁同步電機(19)，永磁同步電機(18)包括定子和轉(zhuǎn)子，永磁同步電機定子由鐵心(4)和電樞繞組(5)組成，永磁同步電機轉(zhuǎn)子包括極靴(1)、隔磁槽(2)和永磁磁鋼(3)；混合勵磁同步電機(19)包括定子和轉(zhuǎn)子，混合勵磁同步電機定子由鐵心(9)和電樞繞組(10)構(gòu)成，混合勵磁同步電機轉(zhuǎn)子包括極靴及其延伸導(dǎo)磁體(6)、永磁磁鋼(7)和隔磁槽(8)其特征在于，永磁同步電機(18)和混合勵磁同步電機(19)同軸安裝于機殼(17)內(nèi)，共用轉(zhuǎn)軸(15)；永磁同步電機(18)的電樞繞組(5)和混合勵磁同步電機(19)的電樞繞組(10)串聯(lián)連接，并具有中間出線。
2.如權(quán)利要求1所述的混合勵磁無刷直流起動發(fā)電機，其特征在于，它還包括環(huán)形導(dǎo)磁橋(12)，用于嵌繞勵磁繞組(11)，環(huán)形導(dǎo)磁橋(12)固定于端蓋(16)上。
3.如權(quán)利要求1所述的混合勵磁無刷直流起動發(fā)電機，其特征在于，永磁同步電機(18)和混合勵磁同步電機(19)電機的定子齒數(shù)、槽數(shù)以及繞組連接形式相同；采用相同的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式，同為切向磁鋼結(jié)構(gòu)或同為徑向磁鋼結(jié)構(gòu)，且轉(zhuǎn)子極弧系數(shù)相同。
4.如權(quán)利要求1所述的混合勵磁無刷直流起動發(fā)電機，其特征在于，還包括位置傳感器(20)，其包括位置傳感器轉(zhuǎn)子(13)和位置傳感器定子(14)，傳感器轉(zhuǎn)子(13)安裝在轉(zhuǎn)軸(15)上，位置傳感器定子(14)安裝在端蓋(61)上。
5.如權(quán)利要求4所述的混合勵磁無刷直流起動發(fā)電機，其特征在于，位置傳感器(20)為霍爾位置傳感器。
6.如權(quán)利要求1所述的混合勵磁無刷直流起動發(fā)電機，其特征在于，永磁同步電機(18)的鐵心(4)和混合勵磁同步電機(19)的鐵心(9)由硅鋼疊壓而成。
7.如權(quán)利要求1所述的混合勵磁無刷直流起動發(fā)電機，其特征在于，永磁同步電機(18)和混合勵磁同步電機(19)的極靴為整體鋼結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求1所述的混合勵磁無刷直流起動發(fā)電機，其特征在于，永磁同步電機(18)和混合勵磁同步電機(19)的隔磁槽(2)和隔磁槽(8)中填充有非導(dǎo)磁金屬材料，以降低交軸電樞反應(yīng)電抗。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混合勵磁無刷直流起動發(fā)電機，包括轉(zhuǎn)軸(15)、端蓋(16)、端蓋(61)和機殼(17)、永磁同步電機(18)和混合勵磁同步電機(19)，永磁同步電機(18)和混合勵磁同步電機(19)同軸安裝于機殼(17)內(nèi)，共用轉(zhuǎn)軸(15)；永磁同步電機(18)的電樞繞組(5)和混合勵磁同步電機(19)的電樞繞組(10)串聯(lián)連接，并具有中間出線。本發(fā)明的電機可以根據(jù)需要處于電動狀態(tài)或發(fā)電狀態(tài)，可以實現(xiàn)起動發(fā)電系統(tǒng)無刷化，并取消其輸出變速機構(gòu)，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，利于提高系統(tǒng)容量，完全可以取代現(xiàn)有的有刷直流起動發(fā)電機，具有廣泛的應(yīng)用價值。
文檔編號H02K3/28GK1870393SQ20061008535
公開日2006年11月29日 申請日期2006年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月12日
發(fā)明者張卓然, 嚴(yán)仰光, 陳志輝, 王慧貞 申請人:南京航空航天大學(xué)