[實用新型]電勵磁部分雙定子的無刷混合勵磁同步發電機

無效

• 申請號: 201020600965.1
• 申請日: 2010-11-08
• 公開（公告）號: CN201985720U
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發明（設計）人: 劉明基;蔡中勤;陳超;李理
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H02K16/04
• 分類號: H02K16/04;H02K1/27;H02K1/14
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

技術領域

本實用新型涉及一種混合勵磁同步電機，特別是一種電勵磁部分雙定子的無刷混合勵磁同步發電機。

背景技術

相對于傳統的電勵磁同步電機，永磁同步電機具有可靠性高、效率高以及體積小等優點。但是永磁電機由于轉子采用永磁磁鋼勵磁，氣隙磁場不容易調節，作為發電機運行，當溫度升高時，永磁磁鋼會產生可逆退磁，使發電機輸出電壓降低，另外，當發電機負載改變時，尤其是當感性負載增大時，輸出電壓進一步降低。通常永磁發電機的電壓變化率在±10％左右，對負載設備的可靠運行產生不利影響。于是混合勵磁同步電機被提出并進行了大量的研究，出現了多種結構的混合勵磁電機，按電勵磁磁場與永磁磁場的疊加方式可分為串勵式、并勵式和混勵式三種結構，它們的主要思想是永磁磁場依然作為電機的主磁場，電勵磁部分調節電動勢需要調節的部分，從而保證了發電機輸出電壓的穩定。

發明專利(ZL.200310106346.1)提出了一種雙凸極結構的混合勵磁電機，它由永磁雙凸極電機和電勵磁雙凸極電機兩部分構成，兩部分的定子繞組相串連。轉子旋轉時磁路磁阻發生變化，通過改變電勵磁部分定子上勵磁繞組電流大小，可以調節電勵磁部分電樞繞組的電動勢。但該結構利用磁阻式工作原理，輸出電壓正弦性不是很好，作為發電機運行時需要變流設備才能得到高質量的電壓。

發明專利(ZL.200310106347.6)提出了一種兩段結構的混合勵磁同步電機，電機分為永磁同步電機和電勵磁同步電機兩部分，兩部分在磁路上互相獨立，共用一套定子電樞繞組。調節電勵磁電流，即可調節電機電動勢的大小。但是由于勵磁電流是通過電刷和滑環引入到轉子勵磁繞組的，降低了電機的可靠性以及環境適應性。

專利申請(申請號：200810024775.7)公布了一種并列結構的混合勵磁同步電機，電機為兩段結構，一段為永磁同步電機，另一段為無刷電勵磁同步電機，兩段電機轉子同軸旋轉。兩段電機在磁路上互相獨立，定子共用一套電樞繞組，兩段電機的感應電動勢在電樞繞組中進行疊加。通過改變勵磁繞組電流的大小和方向可以調節電樞繞組中電勵磁部分的電動勢大小和相位，從而實現整個電樞繞組電動勢的調節。但是電勵磁部分采用爪極電機結構，電勵磁磁路上除了工作氣隙外，還存在兩段附加氣隙，需要消耗更多的電勵磁磁動勢，降低了電勵磁效率。

發明專利(ZL.200510112091.9)提出了一種雙饋電混合勵磁軸向磁場永磁電機，軸向磁場電機轉子內圈作為永磁電機轉子部分，外圈為電勵磁部分，通過改變磁場控制繞組中的電流幅值和方向來調節電機氣隙總磁通大小，達到改變感應電勢大小的目的。

實用新型內容

針對上述現有技術存在的不足，本實用新型提出了一種電勵磁部分雙定子的無刷混合勵磁同步發電機。

本實用新型的電勵磁部分雙定子的無刷混合勵磁同步發電機在同一機殼內分為永磁電機和電勵磁結構兩部分，兩部分在軸向并列布置，在磁路上彼此獨立，兩部分定子鐵心也彼此獨立，共用一套定子電樞繞組，兩部分的感應電動勢在電樞繞組中進行疊加。在電勵磁部分定子內增加一套內定子鐵心，既作為內磁軛為電勵磁磁場和電樞磁場提供通路，又可以放置電勵磁繞組。電勵磁繞組和電樞繞組之間是類似于變壓器原、副邊繞組之間的強耦合，電勵磁需要的磁動勢少，電勵磁效率高；另外勵磁電流直接加在勵磁部分內定子的勵磁繞組上，采用無刷交流電勵磁結構，環境適應性好。

永磁同步電機部分為傳統的表面磁鋼或內置式永磁電機結構，定子鐵心由硅鋼片疊壓而成，定子極/槽配合采用傳統的分布繞組甚至分數槽的極/槽比，以降低電樞繞組電動勢中的諧波含量。永磁轉子通過選擇合適的極弧系數或磁極形狀優化進一步減小電樞繞組電動勢中的諧波含量。電勵磁外定子鐵心與永磁部分定子鐵心具有相同的結構，只是鐵心長度可以不一樣，電勵磁外定子和永磁電機定子共用一套三相電樞繞組，具有相同的繞組分布形式。

電勵磁外定子鐵心用來放置電樞繞組，在電勵磁外定子鐵心內有一由硅鋼片疊壓而成的內定子鐵心，內定子鐵心和外定子鐵心之間沒有氣隙，內定子鐵心和外定子鐵心具有相同或不同的齒槽數。內定子的齒槽開口在外圓周上，內定子極/槽配合采用傳統的分布繞組、分數槽的極/槽比甚至可以嵌放對稱多相繞組，在內定子的齒槽中嵌放一套和電樞繞組具有相同極對數的三相(或多相)勵磁繞組，通過勵磁繞組分布形式的設計，保證勵磁電流產生的合成磁場諧波盡可能的小，基波磁場盡可能的大。如果勵磁繞組是三相，勵磁繞組軸線和電樞繞組軸線重合；如果勵磁繞組是多相，則多相磁繞繞組其中一相的軸線和三相電樞繞組其中一相的軸線重合。內定子鐵心和轉軸之間有足夠大的氣隙，不影響轉子的安裝與旋轉。