一种两级磁极提高磁通变化频率的方法及直发电机技术

本发明专利技术涉及发电机领域，特涉及一种两级磁极提高磁通变化频率的方法及直发电机。本发明专利技术将一个电枢绕组所围的一个磁极的磁靴上增加一级次磁极或者将一个主磁极直接分成若干个次磁极，转子磁极相应改为与次磁极相同的尺寸。本发明专利技术增加磁通变化频率，可大幅降低了增速齿轮箱的变比。

A Method of Increasing the Frequency of Flux Change by Two-stage Poles and a Direct Generator

The invention relates to the field of generators, in particular to a two-stage magnetic pole method for increasing the frequency of flux variation and a direct generator. The invention adds a first-order secondary pole to the boot of a pole surrounded by an armature winding or divides a main pole directly into several secondary poles, and changes the rotor pole to the same size as the secondary pole. The invention increases the frequency of flux change, and can greatly reduce the variable ratio of the speed-increasing gear box.

【技术实现步骤摘要】
一种两级磁极提高磁通变化频率的方法及直发电机
本专利技术涉及一种直发电机的方法，具体涉及两级磁极提高磁通变化频率的方法及直发电机，属于发电领域。
技术介绍
随着风能，海流能及海浪能发电技术的发展，需要高可靠性免维护的发电机。由于风能，海流能及海浪能的能量密度低，风速与海流速低，海浪高变化较低，为了提高发电机的效率，现在通常采用增速齿轮来提高转速。而这些低转速输入的增速齿轮的转矩通常极大，所以不但成本高，而且故障率也很高。为了提高整体可靠性及发电效率，业界目前主要采用感应子或双凸极结构的发电机。两者的区别是：感应子发电机的磁通来源于定子磁轭中嵌入永磁体或通过励磁，使定子凸极成为一个固定磁极，再通过与旋转的感应子(转子)上的凸极的耦合气隙变化，在定子磁极中产生磁通的大小变化，根据电磁感应定律，在定子磁极上的电枢绕组会产生感应电压，并向外输出电能；而双凸极发电机的转子凸极一般是极性依次交替排列的永磁体磁极，当转子旋转时，会在定子磁极中产生磁通的大小、方向的变化，根据电磁感应定律，同样在定子磁极上的电枢绕组会产生感应电压，并向外输出电能。根据电磁感应定律，感应电压与电枢匝数、磁通变化率的乘积成正比。因此，在匝数与磁通一定的条件下，可通过提高磁通变化频率来提高发电机效率。要想提高频率，就要增加转子的磁极数，而每个定子磁极上都要有电枢绕组，且大发电功率也要求磁极尺寸足够大，所以磁极尺寸及磁极之间的间距(极距)不可能太小，因此在发电机体积一定的前提下电枢绕组内的磁通变化频率难以提高到直发电机所需要的程度。根据目前风力发电机桨叶15转/分的转速，若要发电频率达到50Hz，转子的极数要200。据资料，目前的双凸极电机最大才接近100极。随着电机极数的增减，电枢绕组、体积、重量也相应增加，其造价不菲。由于发电机极数的制约，当前风力发电机与海流发电机采用双凸极发电机后，随着极数的增加，将大功率增速齿轮箱的变比大幅下降，但是还不能完全取消，所以只是大幅降低了增速齿轮箱的变比，即所谓“半直发电机”。有鉴于此，本专利技术提出了一种两级磁极减小极距增加发电机磁极数的方法以解决上述问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了两级磁极提高磁通变化频率的方法及直发电机。本专利技术将一个电枢绕组所围的一个磁极的磁靴上增加一级次磁极或者将一个主磁极直接分成若干个次磁极，提高了现有发电机的可靠性与能量转换效率。本专利技术的技术方案是：一种两级磁极提高磁通变化频率的方法，其特征在于：将一个电枢绕组所围的主磁极的磁靴上增加一级次磁极或者将一个主磁极直接分成若干个次磁极，次磁极的占空比为相数分之一；动磁极相应改为与次磁极的占空比及截面相同，磁极高度大于耦合气隙的20倍；次磁极与动磁极的磁极高度和宽度，满足动磁极移动中，磁路的最大磁阻为最小磁阻之比为5～20。本专利技术还公开了一种径向磁耦合直发电机，包括：定子磁轭、励磁绕组、主磁极、感应绕组、次磁极、转子磁极，励磁绕组置于相隔180度的两个最大间距的主磁极间隙之中，感应绕组分别包围A、B、C三相的主磁极，其特征在于：每个主磁极上增加设置次磁极，次磁极占空比为1/3，转子磁极与次磁极的尺寸相同，A、B、C三相的次磁极依次错开一个次磁极宽度的距离。根据如上所述的一种径向磁耦合直发电机，其特征在于：每相定子磁极采用2组相差180度的对称磁极，使定子磁极对转子磁极的磁耦合力相抵消。本专利技术还公开了一种磁通轴向耦合直发电机，包括固定盘和转盘，其特征在于：固定盘包括B相次磁极、励磁绕组、C相感应绕组、C相次磁极、定磁轭盘、A相次磁极、A相感应绕组、B相感应绕组，励磁绕组外层分别均匀设置A相感应绕组、B相感应绕组、C相感应绕组，其中A相感应绕组内设置3个A相次磁极，B相感应绕组内设置3个B相次磁极，C相感应绕组内设置3个C相次磁极，转盘包括动磁轭盘和动磁极，动磁极均匀的分布在动磁轭盘。本专利技术还公开了一种直线直发电机，包括固定部和移动部，其特征在于：移动部包括动磁极、动磁轭板，动磁极均匀设置在动磁轭板上，移动部包括A相感应绕组、B相感应绕组、C相感应绕组，A相感应绕组、B相感应绕组和C相感应绕组都分别设置3个次磁极，励磁绕组设在在A相感应绕组、B相感应绕组、C相感应绕组的一侧，励磁绕组设置多个励磁磁极。根据如上所述的一种直线直发电机，其特征在于：次磁极对应励磁磁极设置，次磁极、励磁磁极与动磁极、定磁轭板形成磁回路。本专利技术的有益效果是：1、由于增加磁通变化频率，可进一步大幅降低了增速齿轮箱的变比，甚至完全取消增速齿轮箱，既节省发电设备成本，又提高了可靠性；2、一台直发电机只需2～3项即可，每相只需要2个电枢绕组；3、由于动磁极与次磁极的耦合面及间隙相同，可通过尽量减小次级磁极的方式，使同样体积的感应子电机或双凸极电机数倍提高极数，做成无增速齿轮箱的直发电机，降低了发电设备制造成本；4、采用励磁方式，比永磁直发电机成本更低，且方便控制发电功率。附图说明图1为磁通径向耦合直发电机(状态1)。图2为磁通径向耦合直发电机(状态2)。图3为磁通径向耦合直发电机(状态3)。图4为磁通轴向耦合(盘式发电机)直发电机的固定盘。图5为磁通轴向耦合(盘式发电机)直发电机的转盘。图6为磁通轴向耦合(盘式发电机)直发电机的典型状态(a状态)。图7为磁通轴向耦合(盘式发电机)直发电机的典型状态(b状态)。图8为磁通轴向耦合(盘式发电机)直发电机的典型状态(c状态)。图9为图6的局部放大图。图10为直线直发电机的组成示意图。图11为图10的左视图。图12为直线直发电机的a状态示意图。图13为直线直发电机的b状态示意图。图14为直线直发电机的c状态示意图。图15为直线直发电机工作状态下左视图。附图标记说明：定子磁轭101、励磁绕组103、主磁极104、感应绕组105、次磁极106、转子磁极107、B相次磁极201、励磁绕组202、C相感应绕组203、C相次磁极204、定磁轭盘205、A相次磁极206、A相感应绕组207、B相感应绕组208、动磁极209、动磁轭盘210、励磁磁极211、动磁极301、动磁轭板302、A相感应绕组303、B相感应绕组304、次磁极305、C相感应绕组306、励磁绕组307、励磁磁极308、定磁轭板309。具体实施方式概念定义：主磁极：定子上，被一个电枢包围的磁轭截面总和。次磁极：定子上，被一个电枢包围的磁轭均匀分隔的若干相同的小磁极。为了更好的理解本专利技术，下面结合附图与实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。本专利技术公开了一种两级磁极提高磁通变化频率的方法，将一个电枢绕组所围的一个磁极(简称：主磁极)的磁靴上增加一级次磁极或者将一个主磁极直接分成若干个次磁极，次磁极的占空比为相数(如本文为三相，则为三分之一)分之一(本例图1中为三分之一)；转子磁极(简称：动磁极)相应改为与次磁极的占空比及截面相同，磁极高度大于耦合气隙的20倍为宜；次磁极与动磁极的磁极高度和宽度，满足动磁极移动中，磁路的最大磁阻为最小磁阻之比为5～20。实例一，如图1所示，本专利技术直发电机之一，图1是一种径向磁耦合直发电机，包括：定子磁轭101、励磁绕组103、主磁极104(包括：A1,A2；B1,B2；C1,C2)、感应绕组本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种两级磁极提高磁通变化频率的方法，其特征在于：将一个电枢绕组所围的主磁极的磁靴上增加一级次磁极或者将一个主磁极直接分成若干个次磁极，次磁极的占空比为相数分之一；动磁极相应改为与次磁极的占空比及截面相同，磁极高度大于耦合气隙的20倍；次磁极与动磁极的磁极高度和宽度，满足动磁极移动中，磁路的最大磁阻为最小磁阻之比为5～20。

【技术特征摘要】
1.一种两级磁极提高磁通变化频率的方法，其特征在于：将一个电枢绕组所围的主磁极的磁靴上增加一级次磁极或者将一个主磁极直接分成若干个次磁极，次磁极的占空比为相数分之一；动磁极相应改为与次磁极的占空比及截面相同，磁极高度大于耦合气隙的20倍；次磁极与动磁极的磁极高度和宽度，满足动磁极移动中，磁路的最大磁阻为最小磁阻之比为5～20。2.一种径向磁耦合直发电机，包括：定子磁轭、励磁绕组、主磁极、感应绕组、次磁极、转子磁极，励磁绕组置于相隔180度的两个最大间距的主磁极间隙之中，感应绕组分别包围A、B、C三相的主磁极，其特征在于：每个主磁极上增加设置次磁极，次磁极占空比为1/3，转子磁极与次磁极的尺寸相同，A、B、C三相的次磁极依次错开一个次磁极宽度的距离。3.根据权利要求2所述的一种径向磁耦合直发电机，其特征在于：每相定子磁极采用2组相差180度的对称磁极，使定子磁极对转子磁极的磁耦合力相抵消。4.一种磁通轴向耦合直发电机，包括固...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱东平，邱晨，
申请(专利权)人：邱东平，
类型：发明
国别省市：湖北,42