一种谐振式发电装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种谐振式发电装置，包括转子和定子，所述转子包括励磁元件，所述转子在外部转动驱动机构作用下工作于旋转工况，并激励出空间交变磁场；所述定子包括一相或多相具有确定空间相位的定子绕组，各相所述定子绕组均与至少一个谐振储能元件电气联接构成谐振频率基本一致的谐振回路；所述空间交变磁场在定子绕组中产生交变电压激励，控制转子工作转速，使该交变激励电压频率与定子的谐振频率相对误差小于20％，所述谐振回路工作于谐振或准谐振状态，定子绕组上的电压作为电源输出。与现有技术相比，本发明专利技术具有机电能量转换效率高、损耗小、发电功率大等优点。

A Resonant Generator

【技术实现步骤摘要】
一种谐振式发电装置
本专利技术属于电机与控制
，尤其是涉及一种谐振式发电装置。
技术介绍
当前，发电机主要通过外部原动机拖动方式将电机拖至一定转速，通过转子上的永磁体磁感应线切割线圈从而产生交流电，再经过整流滤波处理输入至储能设备或给负载供电。由于发电机中线圈的存在，从而导致在交变电流产生回路上存在多余的感抗，发电电流与交流电动势相位不同，发电机在工作过程中功率因数角减小，工作效率下降。此外，发电机的输出电压与原动机工作转速相关，在原动机低速区工作时，输出电压受限。谐振电路是在具有电阻、电容和电感的交流电路中，通过调节电感或电容的参数或电源的频率，使得电源与电路谐振频率相同，达到使整个电路呈现为纯电阻性的目的。谐振电路主要有“电流谐振”和“电压谐振”两种，也称为串联谐振和并联谐振。该技术在无线电技术和广播电视技术中有着广泛的应用，利用该技术可以达到在特定频率下增大输出增益的功能。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种谐振式发电装置。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种谐振式发电装置，应用于同步电机和发电机场景，包括转子和定子，所述转子包括励磁元件，所述转子在外部转动驱动机构作用下工作于旋转工况，并激励出空间交变磁场；所述定子包括一相或多相具有确定空间相位的定子绕组，各相所述定子绕组均与至少一个谐振储能元件电气联接构成谐振频率基本一致的谐振回路；所述空间交变磁场在定子绕组中产生交变电压激励，控制转子工作转速，使该交变激励电压频率与定子的谐振频率相对误差小于20％，所述谐振回路工作于谐振或准谐振状态，定子绕组上的电压作为电源输出。进一步地，所述励磁元件为永磁体。进一步地，各相所述定子绕组的谐振频率差异小于10％。进一步地，所述交变电压激励在谐振回路中产生的交变电流经过整流电路和滤波电路输入至储能设备或直接供给至用电设备。进一步地，所述外部转动驱动机构包括旋转机械驱动机构或动力源驱动驱动机构。进一步地，所述定子包括三相定子绕组，三相定子绕组的线圈构造成星型或三角型形式，各相定子绕组对称且互差120°空间角度。进一步地，所述谐振储能元件并联于各相定子绕组的线圈两端。进一步地，通过所述谐振回路的参数和拓扑结构的优化设计，控制定子绕组电流变化。进一步地，通过所述谐振回路品质因数的优化设计，控制谐振回路准谐振工作频率范围。该装置采用谐振电路原理，通过配置谐振储能元件参数，使谐振回路在固定频率附近工作于准谐振状态或谐振状态。定子谐振回路至少工作在一个固定频率范围内，根据具体的工作要求，可设置多个固定工作频率，使发电机装置可工作于多个固定转速范围内。特定工况下，该装置定子绕组可由逆变器输出交变电流驱动，进而通过定转子磁场交互作用在转子上产生驱动力矩，可实现对内燃机的启动。与现有技术相比，本专利技术将定子构造成能够储能的谐振回路，通过转子的旋转在激励出交变磁场，进而在定子绕组内产生交变电动势，从而对定子谐振回路进行激励，使定子谐振回路工作于准谐振或者谐振状态，具有以下有益效果：1)在谐振状态下，定子磁场空间上基本保持与转子励磁磁场正交，达到保持转矩最大的效果；2)定子绕组交变电压激励频率由转子转速决定，在工作转速(谐振频率)范围内，谐振电路对固定频率范围内的交流电压激励进行放大，可以实现对感生电动势增益进行放大的效果；本专利技术通过谐振电路参数和拓扑结构的优化设计，实现定子绕组电流放大，进而可以在转子上产生更大的电磁(发电)转矩；3)本专利技术通过谐振电路品质因数的优选设计：在需要大的放大增益场景下提高品质因数；在需要更广的原动机工作转速范围情况适当降低品质因数，可以针对发电机具体运行工况，设定谐振回路准谐振工作频率范围，同时兼顾谐振放大效果；超出谐振频率工作范围的交流激励信号衰减，因此，该发电机装置在原动机特定转速范围内工作，可以充分配合原动机“点工况”的效率优化潜力提高整体的能量转换效率。附图说明图1为本专利技术的实施例1中定子单相线圈谐振结构示意图；图2为实施例1中定子单线圈谐振简化电路示意图；图3为实施例2中定子三相谐振式发电机结构示意图；图4为实施例2中定子三相谐振式发电机简化电路示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。本专利技术提供一种谐振式发电装置，应用于同步电机和发电机场景，包括转子和定子，所述转子包括励磁元件，所述转子在外部转动驱动机构作用下工作于旋转工况，并激励出空间交变磁场；所述定子包括一相或多相具有确定空间相位的定子绕组，各相所述定子绕组均与至少一个谐振储能元件电气联接构成谐振频率基本一致的谐振回路，各相所述定子绕组的谐振频率差异小于10％；所述空间交变磁场在定子绕组中产生交变电压激励，控制转子工作转速，使该交变激励电压频率与定子的谐振频率相对误差小于20％，所述谐振回路工作于谐振或准谐振状态，定子绕组上的电压作为电源输出。本实施例中，转子构造为永磁体励磁，通过永磁体转子旋转对定子绕组线圈的交变磁场激励，得到的激励交变电压频率与谐振回路的谐振频率相对误差不超过20％，使谐振回路准确工作于“电流谐振”(串联谐振)或“电压谐振”(并联谐振)状态，此时，谐振回路对激励电流/电压放大倍数最大。交变电压激励在谐振回路中产生的交变电流经过整流电路和滤波电路输入至储能设备或直接供给至用电设备。外部转动驱动机构包括旋转机械驱动机构或动力源驱动驱动机构，通过本装置将旋转机械输入的机械能转换为电能。本实施例中，转子由内燃机驱动。谐振储能元件并联于各相定子绕组的线圈两端。谐振储能元件包括但不限于电容。对上述谐振电路谐振储能元件参数进行适当调整，以调节谐振品质因数，从而调整发电机工作转速范围，但应保证电流/电压谐振放大倍数不应过低，以确保发电机在工作状态下具有足够的发电功率。在电流谐振下，谐振回路在谐振频率下电流达到最大，以放大电磁转矩，从而放大充电功率；在电压谐振下，谐振回路在谐振频率下电压达到最大，此时可在较小的交流(相)电流下达到足够的发电功率。实施例1：如图1所示，本实施例的谐振式发电机中，转子为永磁体，定子绕组至少为一相绕组，根据电磁学原理易知，当发电机转子旋转时，利用转子永磁体励磁场切割定子绕组线圈，产生动生电动势作为谐振回路的激励交流电压，该交流电动势用矢量表达式和电压方程表达式可表示为：U＝jωψf＝Asinωt其中，ω为转子旋转角频率，ψf为转子永磁体与定子绕组线圈交链的磁链，其角频率为ω。交流电动势的角频率为ω，谐振回路可以等效为如图2所示的电路。谐振部分的电压方程可表示为：当即交流电动势角频率时谐振回路表现为纯阻性，定子电流与电压同相位，此时回路中电流最大，电流相位滞后永磁体磁链90度电角度，产生的电磁转矩最大，发电功率最大。此时，谐振储能元件两端的电压表达式为：谐振储能元件两端电压放大倍数为该放大倍数表现了谐振电路的品质因数，根据该品质因数，发电机工作角频率带宽表达式为：因此，调整谐振储能元件参数，可以使谐振电路谐振频率接近转子旋转角频率，同时，通过调整谐振储能元件参数以调整谐振电路的品质因数，从而适应发电机的实际工作频率范本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种谐振式发电装置，包括转子和定子，其特征在于，所述转子包括励磁元件，所述转子在外部转动驱动机构作用下工作于旋转工况，并激励出空间交变磁场；所述定子包括一相或多相具有确定空间相位的定子绕组，各相所述定子绕组均与至少一个谐振储能元件电气联接构成谐振频率基本一致的谐振回路；所述空间交变磁场在定子绕组中产生交变电压激励，控制转子工作转速，使该交变激励电压频率与定子的谐振频率相对误差小于20％，所述谐振回路工作于谐振或准谐振状态，定子绕组上的电压作为电源输出。

【技术特征摘要】
1.一种谐振式发电装置，包括转子和定子，其特征在于，所述转子包括励磁元件，所述转子在外部转动驱动机构作用下工作于旋转工况，并激励出空间交变磁场；所述定子包括一相或多相具有确定空间相位的定子绕组，各相所述定子绕组均与至少一个谐振储能元件电气联接构成谐振频率基本一致的谐振回路；所述空间交变磁场在定子绕组中产生交变电压激励，控制转子工作转速，使该交变激励电压频率与定子的谐振频率相对误差小于20％，所述谐振回路工作于谐振或准谐振状态，定子绕组上的电压作为电源输出。2.根据权利要求1所述的谐振式发电装置，其特征在于，所述励磁元件为永磁体。3.根据权利要求1所述的谐振式发电装置，其特征在于，各相所述定子绕组的谐振频率差异小于10％。4.根据权利要求1所述的谐振式发电装置，其特征在于，所述交变电压激...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟再敏，石不凡，尹星，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31