一种两级式混合励磁无刷同步电机制造技术

本发明专利技术是一种两级式混合励磁无刷同步发电机，其特征包括混合励磁主发电机、励磁机、旋转整流器，主发电机采用旋转磁极式、转子上有励磁绕组和永磁磁源的混合励磁发电机；励磁机为旋转电枢式同步发电机；旋转整流器的输入、输出端分别连接励磁机电枢绕组和主发电机励磁绕组，它被安装在转子上。电机运转时，励磁机电枢产生的交流电经旋转整流器整流后供给主发电机励磁绕组。优点：利用混合励磁主发电机的永磁磁场，无需增添初始励磁设备，解决了电机的起励问题，使发电机逐步达到稳定的电压，实现完全自励。省去专门的永磁副励磁机或辅助励磁电源，形成两级式无刷结构的混合励磁同步电机。结构简单，功率密度大，电机自励，控制方便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种两级式混合励磁无刷同步电机，属于混合励磁无刷同步电机的领域。
技术介绍
混合励磁同步电机是上个世纪80年代最早由俄罗斯学者提出的一种电机结构形式。与传统的电励磁同步电机以及永磁同步电机结构不同，混合励磁同步电机中既有永磁体又有励磁绕组，两个磁势源同时存在。它集成了电励磁同步电机的调磁方便且调磁容量小和永磁同步电机的效率高、转矩/质量比大等优点，同时又克服了永磁同步电机磁场调节难的缺陷，有较大的推广应用价值。现有的混合励磁同步电机的转子励磁绕组需要直流励磁，励磁电流通过电刷滑环引入，因此在运行可靠性和日常维护上就存在着很大的隐患， 从而制约了其在航空航天领域等高性能场合应用和发展。混合励磁同步电机的无刷化方案分为两类①在定子侧安装励磁绕组的导磁桥，提供轴向励磁磁场，但导致电机附加气隙多， 励磁效率低，且转子铁心材料需采用整块低碳钢，铁心损耗较大，因此不适合作高速航空发电机的无刷励磁方案。②励磁绕组直接绕在定子提供励磁磁场，例如双凸极混合励磁电机、混合磁路开关磁链电机等，但该类电机只适合作直流发电机。传统的电励磁同步发电机采用交流励磁机加旋转整流器实现无刷化，航空三级式无刷同步交流发电机均采用这种励磁方式。此方案由永磁副励磁机、励磁机、主发电机三级式结构组成，利用永磁发电机给励磁机的励磁绕组供电实现自励，励磁机的电枢绕组经过旋转整流器向主发电机励磁绕组供电。若用一个外部直流源取代副励磁机给励磁机提供励磁电流，则构成了两级式无刷结构，两级式电励磁无刷同步发电机必须利用外部电源才能实现自励。
技术实现思路
本专利技术提出的是一种两级式混合励磁无刷同步电机，其目的旨在克服现有技术所存在的上述缺陷，利用混合励磁主发电机的永磁磁势源的特性，构建一种两级式混合励磁无刷同步电机。避免有电刷滑环时带来的电机运行可靠度低，日常维护困难等缺陷。同时， 利用主发电机的永磁磁势源，解决起励问题，保证电机的完全自励，省去副励磁机或外部直流电源。本专利技术的技术解决方案其特征是包括主发电机，励磁机，旋转整流器三部分组成，其中主发电机采用旋转磁极式，永磁体(转子)上有励磁绕组和永磁磁源的混合励磁发电机；励磁机是旋转电枢式电励磁发电机或混合励磁电机；旋转整流器的输入、输出端分别连接励磁机电枢绕组(和主发电机励磁绕组，旋转整流器被安装在转子上，当电机运转时，励磁机电枢(产生的交流电经旋转整流器整流后供给主发电机励磁绕组，通过调节励3磁机励磁绕组电流，改变主发电机电枢绕组的输出电压，实现发电机的无刷化，通过励磁绕组供电。本专利技术的优点由于特殊的混合励磁结构，永磁有少量磁通穿过气隙产生剩余电枢电势，利用这部分电能给励磁机提供足够的初始励磁能量，可使发电机逐步达到稳定的电压，无需额外增添初始励磁设备，从而解决了电机的起励问题。同时这部分电势可用来为调压器和控制保护器供电，省去了专门的永磁副励磁机，形成了新型两级式无刷结构方案， 从而实现主发电机完全自励。与现有技术相比具有如下优点1、混合励磁的主发电机具有结构简单、励磁效率高、功率密度大、控制方便、灭磁和故障保护方法简单等优点。其功率密度均可高于电励磁同步电机。本无刷方案继续保持混合励磁电机的优点。2、本专利技术利用主发电机的永磁磁源，构成了两级式无刷结构。与传统三级式无刷方案相比，本方案无需再加一级副励磁机(永磁发电机)；与传统电励磁两级式无刷发电机方案相比，本方案无需外部直流励磁电源或外接电网，无需额外增添初始励磁设备以解决电机的起励问题。同时这部分电势可用来为调压器和控制保护器供电，形成了新型两级式无刷结构方案，从而实现主发电机完全自励。大大减小整个电机的体积，减轻了电机重量， 简化了电机结构，使其具有了更高的功率密度。3、采用复励式调压策略，同时采集输出电压及电流。确保了在空载、短路等多种工况下能够可靠工作，保证了该两级式无刷电机运行的可靠性。4、具有体积小、效率高、功率密度大、控制方便、运行可靠性高等优点。产品生产和日常维护简单，可以替代传统的电励磁无刷同步发电机作为飞机、舰艇、车辆等装置的主发电机，也可以用作水轮、汽轮和风力发电机等；本方案也可以做成具有起动/发电双功能的电机。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的截面图；图3主发电机(切向/径向磁路并联混合励磁同步电机)截面4为本专利技术励磁机(旋转电枢式同步电机)截面图；图5为本专利技术的励磁机电流放大特性图；图6为本专利技术的两级复励式无刷化方案具体实现框图。附图中的1是后端盖、2是机壳、3是励磁机定子铁心、4是励磁机励磁绕组、5是旋转整流器、6是主发电机定子铁心、7是主发电机电枢绕组、8是前端盖、9是主发电机励磁绕组、10是主发电机转子铁心、11是励磁机电枢绕组、12是励磁机转子铁心、13是转轴、14是永磁体(转子)、15是主发电机转子极靴、16是主发电机转子轭、17是主发电机转子齿、18 是励磁机定子槽、19是励磁机定子齿、20是励磁机转子齿、21是主发电机励磁绕组、22是励磁机转子槽、23是轴承。具体实施方式如图1所示，主发电机在无励磁时，永磁体产生的磁通沿着转子铁心形成闭合回路，从而在转子上形成一个较饱和的磁场，此外还有少量剩磁沿定子铁心闭合，产生剩磁电压。利用这部分电能给励磁机提供足够的初始励磁能量，可使发电机逐步达到稳定的电压， 无需额外增添初始励磁设备，从而解决了电机的起励问题。同时这部分电势可用来为调压器和控制保护器供电，省去了专门的永磁副励磁机。与传统三级式无刷结构相比，本方案省去副励磁机(永磁发电机)这一级，构成了如图所示的两级式无刷结构。与传统电励磁两级式无刷发电机方案相比，本方案无需外部直流励磁电源或外接电网，无需额外增添初始励磁设备以解决电机的起励问题，形成了新型两级式无刷结构方案，从而实现主发电机完全自励。形成了新型两级式无刷结构方案，从而实现主发电机完全自励。旋转整流器5固定在励磁机转子上，随励磁机转子一起转动。其在电路拓扑上采用三相全桥不控整流电路， 即由六个二极管组成全桥。整流器5的输入端与励磁机的电枢绕组11相连，输出端与主发电机励磁绕组9相连，从励磁机电枢绕组11中引出的三相交流电经旋转整流器5整流后， 得到的直流电作为主发电机的励磁电流。两级式混合励磁无刷同步电机可具体实现的方法有多种。通过励磁绕组供电电源的不同，可分为他励式和自励式；主发电机定子铁心可以是凸极结构，也可以是隐极结构； 其绕组可以是分布绕组，也可以是集中绕组；励磁机转子铁心可以是隐极结构，也可以是凸极结构；其绕组可以是分布绕组，也可以是集中绕组等等。如图2所示，其结构是包括主发电机、励磁机和旋转整流器。主发电机包括定子和转子，定子由主发电机定子铁心6、主发电机电枢绕组7、机壳2等部件构成，主发电机定子铁心6压装机壳2里，主发电机电枢绕组7嵌在主发电机定子铁心6中，其中一个端盖1分别安装在机壳2—端；转子包括主发电机转子铁心10、主发电机励磁绕组9等部件，主发电机励磁绕组9集中绕组转子铁心10上，转轴13通过轴承23固定在电机两端端盖上。主发电机励磁绕组9接线引出后接旋转整流器5输出端。励磁电机包括定子和转子，定子由定子铁心3、励磁绕组4、端盖8、机壳2等部件构成。励磁机励磁绕组4嵌在励磁机定子铁心 3中。转子本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种两级式混合励磁无刷同步电机，其特征是包括主发电机，励磁机，旋转整流器三部分组成，其中主发电机采用旋转磁极式，永磁体上有励磁绕组和永磁磁源的混合励磁发电机；励磁机是旋转电枢式电励磁发电机或混合励磁电机；旋转整流器的输入、输出端分别连接励磁机电枢绕组和主发电机励磁绕组，旋转整流器被安装在转子上，当电机运转时，励磁机电枢产生的交流电经旋转整流器整流后供给主发电机励磁绕组，通过调节励磁机励磁绕组电流，改变主发电机电枢绕组的输出电压，实现发电机的无刷化，通过励磁绕组供电。

【技术特征摘要】
1.一种两级式混合励磁无刷同步电机，其特征是包括主发电机，励磁机，旋转整流器三部分组成，其中主发电机采用旋转磁极式，永磁体上有励磁绕组和永磁磁源的混合励磁发电机；励磁机是旋转电枢式电励磁发电机或混合励磁电机；旋转整流器的输入、输出端分别连接励磁机电枢绕组和主发电机励磁绕组，旋转整流器被安装在转子上，当电机运转时， 励磁机电枢产生的交流电经旋转整流器整流后供给主发电机励磁绕组，通过调节励磁机励磁绕组电流，改变主发电机电枢绕组的输出电压，实现发电机的无刷化，通过励磁绕组供电。2.根据权利要求1所述的一种两级式混合励磁无刷同步电机，其特征是旋转整流器由六个二极管组成一个三相全桥或是三相全波/半波整流电路。3.根据权利要求1所述的一种两级式混合励磁无刷同步电机，其特征在于混合励磁发电机的永磁磁源实...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱姝姝，刘力，徐轶昊，李兆营，刘闯，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84