專利名稱：永磁補償式脈沖交流發電機的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于一種電動機，具體涉及補償式脈沖交流發電機。
背景技術：
現有的補償式脈沖交流發電機，其用于勵磁的磁場一般采用施加電流激勵的辦法產生，激勵源可以是外加的，也可以由電樞電流產生。然而，由于轉子旋轉的原因，無論是采用旋轉電樞，還是旋轉勵磁磁場，均存在轉動部分與靜止部分的電氣連接問題。尤其是功率越大，其電氣連接問題越困難。根據汪國梁所著《電機學》(1987)所述，目前一般采用的連接方案主要是滑環和電刷配合，從而帶來很多問題1)電刷磨損和燒蝕。2)電刷和滑環接觸性能由于彈性下降帶來的接觸電阻增大。3)電流通過電刷和電樞產生電火花，帶來的電磁場干擾問題。4)降低了整機的工作效率。5)限制了發電機工作轉速的進一步提升。另外，對于他勵方式工作的電機，還需要一套勵磁電源裝置，增加了系統的復雜性和體積。
發明內容
針對目前補償式脈沖交流發電機的缺點，本實用新型提供一種永磁補償式脈沖交流發電機，從而解決滑環和電刷帶來的種種問題，以達到增加可靠性，提高整機工作效率，減小系統體積，同時減少電磁干擾的目的。
本實用新型所提出的一種永磁補償式脈沖交流發電機，包含一個定子、一套固定在定子上用于產生和引出電流的電樞線圈、一個轉子和用于支撐轉子旋轉用的軸承，其特征是(1)所述的定子，由硅鋼片疊加而成，內部為圓形空腔，用來放置轉子，電樞線圈導體的工作部分固定在定子內表面、通過伸出定子鐵心外部的端接部分連接；
(2)所述的轉子，由轉子本體、轉軸、屏蔽筒、永磁體和不導磁的隔磁材料構成，轉子本體由鐵磁物質構成，并與轉軸緊密結合；永磁體采用高矯頑力的稀土永磁材料，緊密間隔排列在轉子本體的外表面；隔磁材料放置于永磁體之間；屏蔽筒套在永磁體和隔磁材料外面，同時起到固定永磁體和隔磁材料的目的；轉子放置在定子內部，由軸承固定位置，通過原動機帶動旋轉。
上述永磁補償式脈沖交流發電機，其進一步的特征是電樞線圈導體通過伸出定子鐵心外部的端接部分連接；根據其在定子內部的排列和連接方式，所述的電樞線圈繞組，可以構成單相、兩相或多相形式，每相電勢根據其位置有不同的電壓相位。
上述永磁補償式脈沖交流發電機，所述的永磁體橫截面可以為扇形；所述的隔磁材料，橫截面亦可以為扇形，放置于永磁體之間；所述的屏蔽筒由良導電性材料加工成圓筒形。
定子的外部形狀可以有多種，以適應不同場合及安裝需要。電樞線圈導體的工作部分利用高強度粘合劑粘貼在定子內表面，通過伸出定子鐵心外部的端接部分連接，其連接方式可以有多種。本裝置的工作原理如下由永磁體提供磁激勵，其產生的磁場經過的路徑為永磁體1—屏蔽筒—氣隙—電樞繞組—定子鐵心—電樞繞組—氣隙—屏蔽筒—永磁體2—轉子鐵心—永磁體1。之所以直接將電樞繞組直接粘貼在定子內表面而不是像一般電機那樣放置在槽中，主要是為了克服齒槽可能帶來的齒部磁路飽和以及齒槽造成的電樞繞組漏電感的增大。當轉子由原動機帶動進行高速旋轉的時候，由于磁場跟隨轉子旋轉，使電樞繞組產生切割電勢，從而在電樞繞組引出端產生電壓。由于磁場為旋轉的，因此在電樞繞組引出端產生的也是交變的電壓。當需要脈沖發電機輸出功率時，利用外部開關將電樞繞組與負載相連接，就可以達到向負載輸出功率的目的。裝置中屏蔽筒的作用在于當脈沖發電機向負載放電時，由于屏蔽筒的渦流效應，電樞繞組產生的電樞反應不會進入轉子，從而大大減小了電樞繞組的等效電感，提高了脈沖發電機輸出功率的能力。
由于采用永磁體作為磁場的激勵源，因此省去了一般補償式脈沖發電機的勵磁電路，從而有效的避免了電刷滑環帶來的諸如電刷燒蝕、電磁場干擾等問題。同時提高了發電機系統的工作效率，而且由于省去了勵磁裝置，降低了系統的復雜性，并有可能進一步提高發電機工作轉速。
圖1是本實用新型的定子部分示意圖，圖1a為定子結構的截面圖，圖1b為定子結構的側視圖。
圖2是本實用新型的轉子部分示意圖，圖2a為轉子結構截面圖，圖2b為轉子結構側視圖。
圖3是電樞繞組接線示意圖。
具體實施方式
下面通過具體的實施例并結合附圖對本實用新型作進一步詳細的描述。
實施例一由圖1所示的定子和圖2所示的轉子構成一個永磁補償式脈沖交流發電機。圖中所示的是一個具體的四極脈沖交流發電機。四極電機可以看作是一個基本的兩級電機的簡單重復，在每一對極面下電勢波形完全一致。圖1a為定子結構的截面圖，圖1b為定子結構的側視圖。圖中定子上安裝的電樞繞組1，利用高強度膠粘貼在定子內表面。定子體2，由硅鋼片疊合構成。圖2a為轉子結構截面圖，圖2b為轉子結構側視圖。圖中的轉子由轉軸4、轉子本體5、永磁體7、隔磁材料6以及屏蔽筒3構成。安裝的永磁體7為稀土永磁體(釹鐵硼)，具有剩余磁感應強度高，高矯頑力和高磁能積的特性，其橫截面加工成扇形，整體的形狀構成瓦片形，并緊密排列在轉子本體5表面，構成4個磁極。隔磁材料6使用鋁材料加工而成，并固定在轉子本體。
本實施例中，電樞繞組采用兩相繞組，這兩相在空間位置相互正交。電樞繞組的連接圖見圖3，圖中a1為a相的一套繞組，a2是同相位的另外一套繞組。b1是與a相正交的b相的一套繞組，同理b2是b相的另外一套繞組。a相和b相的兩套繞組在對外連接中可以根據負載的需要進行并聯或串聯使用。圖中每根直線代表8匝導體。電機每極每相的導體數為16。也就是每個極面下有16匝線圈。由永磁體提供磁激勵而產生的磁場經過的路徑為圖2中的永磁體1—屏蔽筒—氣隙—電樞繞組—定子鐵心—電樞繞組—氣隙—屏蔽筒—永磁體2—轉子鐵心—永磁體1。另外一對極面下磁場路徑完全相同。當轉子旋轉，永磁體隨之旋轉，在電樞繞組中產生感應電勢，這16匝線圈電勢串聯后在端口引出。總共在端口引出四組電壓，不同相位的電壓其相位差為90度。根據交流電機繞組的一般理論，產生的感應電勢有效值為E＝4.44fwφk。其中f為感應電勢的頻率，并且有f＝np/60(p電機極對數，n電機轉速)，w為每相串連匝數。φ為每極磁通。k為繞組系數。而不同極面同一相位的線圈可以串聯，也可以并聯，根據負載工作情況而定。
當電機轉速達到一定值后，電樞繞組的輸出電勢達到預定值，此時可以通過外接的放電回路和控制回路控制發電機輸出需要的功率和電流波形。
需要說明的是，本實用新型所描述的補償電機結構及工作方式，可能有一些變形。例如根據加工工藝要求對繞組不同的連接方式；隔磁材料使用的不同等等。所有這些顯而易見的變型均應視為本實用新型所公開的內容和本實用新型的保護范圍。
實施例二定子結構與實施例一完全一致。不同之處在于電樞繞組端部連接方式采用同心式連接。連接方式簡單，不再繪圖示意。當然，繞組也可以采用疊繞組的方式連接。轉子結構也與實施例一一致，只是將隔磁材料更換為環氧樹脂。
權利要求1.一種永磁補償式脈沖交流發電機，包含一個定子、一套固定在定子上用于產生和引出電流的電樞線圈、一個轉子和用于支撐轉子旋轉用的軸承，其特征是(1)所述的定子，由硅鋼片疊加而成，內部為圓形空腔，用來放置轉子，電樞線圈導體的工作部分固定在定子內表面、通過伸出定子鐵心外部的端接部分連接；(2)所述的轉子，由轉子本體、轉軸、屏蔽筒、永磁體和不導磁的隔磁材料構成，轉子本體由鐵磁物質構成，并與轉軸緊密結合；永磁體采用高矯頑力的稀土永磁材料，緊密間隔排列在轉子本體的外表面；隔磁材料放置于永磁體之間；屏蔽筒套在永磁體和隔磁材料外面，同時起到固定永磁體和隔磁材料的目的；轉子放置在定子內部，由軸承固定位置，通過原動機帶動旋轉。
2.如權利要求1所述的永磁補償式脈沖交流發電機，其特征是電樞線圈導體通過伸出定子鐵心外部的端接部分連接；根據其在定子內部的排列和連接方式，所述的電樞線圈繞組，構成單相、兩相或多相形式，每相電勢根據其位置有不同的電壓相位。
3.如權利要求1或2所述的永磁補償式脈沖交流發電機，其特征是所述的永磁體橫截面為扇形；所述的隔磁材料，橫截面亦為扇形，放置于永磁體之間；所述的屏蔽筒由良導電性材料加工成圓筒形。
專利摘要永磁補償式脈沖交流發電機，屬于電動機，針對目前補償式脈沖交流發電機的缺點，增加可靠性，提高效率，減小體積，減少電磁干擾。本實用新型定子由硅鋼片疊加而成，內部為圓形空腔，電樞線圈固定在定子內表面、通過伸出定子鐵心外部的端接部分連接；轉子放置在定子內部，通過原動機帶動旋轉，轉子本體由鐵磁物質構成；永磁體采用稀土永磁材料，緊密間隔排列在轉子本體外表面；隔磁材料放置于永磁體之間；屏蔽筒套在永磁體和隔磁材料外面，固定永磁體和隔磁材料；由于采用永磁體作為激勵源，省去勵磁電路，有效避免了電刷滑環帶來的電刷燒蝕、電磁場干擾等問題，同時提高系統的工作效率，降低復雜性，并有可能進一步提高發電機工作轉速。
文檔編號H02K3/28GK2762424SQ20042007605
公開日2006年3月1日 申請日期2004年7月22日 優先權日2004年7月22日
發明者潘垣, 劉克富, 劉曉旭 申請人:華中科技大學