專利名稱：調速恒頻發電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種發電機，尤其是一種適合用于低速多極發電機的
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背景技術：
風力發電機、水力發電機等大功率低速多極發電機為了達到并網 發電的要求，需要在不同轉速的情況下輸出相同頻率的電壓，現在直 驅型發電機多數采用整流一逆變一變頻的方式進行電子調整輸出頻 率，由于逆變器結構復雜、故障率高，成本高，已成為風力、水力發 電機并網發電的一大障礙。
發明內容
本發明的目的是提供一種結構簡單、轉速低、可直接并網且無需 整流一逆變裝置就可以改變發電機轉速的調速恒頻發電機。 為達到上述目的，本發明采用如下的技術方案 本發明所述的調速恒頻發電機包括主軸、固定安裝在主軸上的轉 子，以及環繞設置在轉子周圍的定子，定子通過軸承安裝在主軸上， 其特征在于轉子包括爪極板、鐵芯、轉子線圈，鐵芯固定安裝在相 對設置的兩片爪極板之間，爪極板通過其中心的安裝孔固定安裝在主 軸上，多個鐵芯均勻分布在主軸的周圍，鐵芯上纏繞轉子線圈；定子 呈圓桶狀，其桶壁的一端固定連接端蓋，端蓋的中心通過軸承插裝在 主軸上，桶壁的內側固定安裝有定子線圈，定子線圈的鐵芯與轉子線 圈的鐵芯成磁隙配合；與端蓋相對的桶壁另一側的主軸上通過軸承安 裝有端帽，端帽的內側固定連接有輔助定子，輔助定子包括輔助鐵芯 和纏繞在輔助鐵芯上的輔助定子線圈；在主軸上還固定安裝有輔助轉 子，輔助轉子線圈固定安裝在輔助轉子的內側；輔助轉子線圈的鐵芯 與輔助定子線圈的鐵芯成磁隙配合；轉子線圈與輔助轉子線圈電連 接，輔助定子線圈連接變頻器；定子線圈與連接輸出端；定子、端帽 固定安裝在底座上。爪極板為圓盤狀，其邊緣部分沿圓周均勻分布偶數對個齒狀的爪 極，爪極的形狀呈近似梯形，爪極設置成與主軸1的軸線平行、垂直 于爪極板。
在主軸上通過軸承套裝有輔助連接套，輔助連接套與端帽固定連 接；輔助連接套的兩端各固定安裝一輔助爪極板，輔助鐵芯和輔助定 子線圈固定安裝在相對平行設置的兩輔助爪極板之間，多個輔助鐵芯 圍繞主軸均勻分布。
在主軸上通過平鍵固定安裝有連接套，兩片爪極板分別固定安裝 在連接套的兩端。
在同一定子內側的主軸上并列安裝有兩套轉子，兩套轉子的轉子 線圈并聯在一起，兩轉子線圈的磁極以相差60度相帶的方式安裝。
采用上述技術方案以后，本發明具有如下優點
1、 采用改變勵磁電壓頻率的方法調整發電機轉速，跟蹤頻率動 作快，能滿足風力發電機、水力發電機等轉速變化大的發電機的并網 發電需求；并網操作簡單；
2、 采用定子線圈與外部連接，無需設置電刷，結構更簡單、使 用壽命長，維護費用低；
3、 采用分布式小直徑的勵磁線圈結構，其電阻小，自身能耗低， 有利于降低制造成本；
5、 定子和轉子直接安裝在同一主軸上，同心度高、氣隙間隙小， 降低生產成本，提高發電機的穩定性。
6、 采用改變勵磁電壓幅值的方法改變勵磁線圈的磁通量，可以 調整輸出無功功率，改善發電機輸出電能的質量。
7、 能滿足風力發電機、水力發電機等低速動力直接驅動的要求， 省掉增速裝置，提高發電機的可靠性，且發電機直徑大大降低。
圖1是本發明的一個實施例的結構示意圖； 圖2是圖1的A-A剖視圖； 圖3是爪極板的展開結構示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發明所述的調速恒頻發電機包括主軸1、固定安 裝在主軸l上的轉子，以及環繞設置在轉子周圍的定子3，定子3通過軸承安裝在主軸l上。轉子包括爪極板2、鐵芯5K轉子線圈5， 鐵芯51固定安裝在相對設置的兩片爪極板2之間，爪極板2為圓盤 狀，采用導磁性能好的材料制成，其邊緣部分沿圓周均勻分布偶數對 個齒狀的爪極21，爪極21的形狀呈近似梯形，爪極21設置成與主 軸1的軸線平行、垂直于爪極板2。如圖2、圖3所示，兩片爪極板 2以爪極21交錯排列的形式相對平行設置。爪極板2通過其中心的 安裝孔固定安裝在主軸1上，多個鐵芯51均勻分布在主軸1的周圍， 鐵芯51上纏繞轉子線圈5;定子3呈圓桶狀，其桶壁的一端固定連 接端蓋31，端蓋31的中心通過軸承插裝在主軸1上，桶壁的內側固 定安裝有定子線圈7，定子線圈7的鐵芯與轉子線圈5的鐵芯成磁隙 配合。這樣的轉子可以是1對1地與定子3配合，也可以是兩個或多 個轉子配合一個定子3，如圖1所示的實施例就是在同一定子3內側 的主軸1上并列安裝有兩套轉子，兩套轉子的轉子線圈5并聯在一起， 兩轉子線圈5的磁極以相差60度相帶的方式安裝。這樣可以通過兩 套轉子不同的磁極相角削減定子線圈7輸出電壓的高次諧波，改善發 電機輸出電能的質量，滿足直接并網的要求。
如圖1所示，與端蓋31相對的桶壁另一側的主軸1上通過軸承 安裝有端帽8，端帽8的內側固定連接有輔助定子，輔助定子包括輔 助鐵芯9和纏繞在輔助鐵芯9上的輔助定子線圈10;在主軸1上還 固定安裝有輔助轉子12，輔助轉子線圈11固定安裝在輔助轉子12 的內側；輔助轉子線圈11的鐵芯與輔助定子線圈10的鐵芯成磁隙配 合；轉子線圈5與輔助轉子線圈11電連接；定子線圈7連接輸出端； 輔助定子線圈IO連接變頻器。這樣輔助轉子線圈11與輔助定子線圈 10實際構成了一個發電機的勵磁機。
具體輔助轉子線圈11與輔助定子線圈10的安裝方式有多種，本 實施例是在主軸1上通過軸承套裝有輔助連接套15，輔助連接套15 通過軸承外殼與端帽8固定連接；輔助連接套15的兩端各固定安裝 一輔助爪極板16，輔助鐵芯9和輔助定子線圈10固定安裝在相對平 行設置的兩輔助爪極板16之間，多個輔助鐵芯9圍繞主軸1均勻分 布。輔助爪極板16的形狀與爪極板2相同，為圓盤狀，采用導磁性 能好的材料制成，其邊緣部分沿圓周均勻分布偶數對個齒狀的輔助爪 極17，輔助爪極17的形狀呈近似梯形，輔助爪極17設置成與主軸1的軸線平行、垂直于輔助爪極板16。兩片輔助爪極板16以輔助爪極 17交錯排列的形式相對平行設置。當然，為了避免輔助定子線圈10 產生的磁場被輔助連接套15短路，輔助連接套15應采用不導磁的材 料制成，如果為了降低成本采用導磁的鋼鐵材料，則至少應該在輔助 連接套15與輔助爪極板16之間設置由不導磁材料制成的墊片。這樣 可以保證輔助定子線圈10產生的磁場的兩極分別分布在兩片輔助爪 極板16上，而不被輔助連接套15短路。
當然，爪極板2與主軸1的連接方式也可以有多種，為了便于安 裝、降低生產成本，本實施例在主軸1上通過平鍵固定安裝有連接套 6，兩片爪極板2分別固定安裝在連接套6的兩端。該連接套6應采 用不導磁的材料制成，如果為了降低成本采用導磁的鋼鐵材料，則至 少應該在連接套6與爪極板2之間設置由不導磁材料制成的墊片。這 樣可以保證鐵芯51產生的磁場的兩極分別分布在兩片爪極板2上， 而不被主軸1短路。
工作的時候，主軸1帶動固定連接在其上的轉子以及輔助轉子 12以一定的轉速轉動，而定子3以及端帽8、輔助連接套15以及安 裝在輔助連接套15上的輔助鐵芯、輔助爪極板16因為有軸承連接， 并固定在底座上，是固定不動的。通過變頻器給輔助定子線圈10輸 入一定頻率的輔助勵磁電流，這個輔助勵磁電流的頻率定義為Fl。 這樣就在輔助爪極17上產生頻率為Fl的交變磁，輔助轉子線圈11 的轉速我們定義為N1，當輔助轉子線圈11以轉速N1掃過這個交變 磁場的時候，產生切割磁力線的相對運動。并在輔助轉子線圈11上 產生頻率為FA的勵磁電動勢，FA=Fl+Nl*Pl/60， Pl為輔助轉子線 圈11的極對數。因為輔助轉子線圈11與轉子線圈5電連接，這時， 勵磁電動勢施加在轉子線圈5上，在爪極21上產生頻率為FA的交 變磁場，當這個交變磁場在主軸1的帶動下以N1的速度旋轉的時候， 這個交變磁場切割定子線圈7，并在定子線圈7上產生頻率為FB的 輸出電動勢，FB=FA+Nl*P2/60= F1+N1* (Pl+P2) /60， P2為定子 線圈7的極對數。因為P1、 P2為常數，FB等于電網頻率，所以，只 要調整輔助勵磁頻率F1，就能改變發電機的轉速N1，實現發電機調 速恒頻的目的。
當輔助勵磁電壓升高的時候，輔助勵磁電流隨之而增大，勵磁電動勢也隨之升高，施加在轉子線圈5上的勵磁電流也增大，這時，在 定子線圈7上產生的輸出電動勢也隨之升高。反之，當輔助勵磁電壓 降低的時候，輸出電動勢也隨之降低。該發電機可以能容易地實現輸 出電壓的調整，進而調整發電機向電網輸送無功功率的大小。
如本實施例用于風力發電機時，將風速傳感器與變頻器連接，使 變頻器的輸出頻率隨風速的轉速發生變化，即可達到發電機的轉速隨 風速的變化而變化的目的，實現發電機在最佳轉速下運行，提高發電 機捕捉風能的能力。
當發電機需直接并網的時候，只要自動調整變頻器的輸出頻率和 幅值，就可以實現簡單快速并網，解決了動力轉速不穩定情況下同步 發電機并網復雜的問題。
這一部分外部調整電路以及發電機轉速傳感和變頻器技術為現 有公知技術，在此不再詳細論述。
權利要求
1、調速恒頻發電機，包括主軸(1)、固定安裝在主軸(1)上的轉子，以及環繞設置在轉子周圍的定子(3)，定子(3)通過軸承安裝在主軸(1)上，其特征在于轉子包括爪極板(2)、鐵芯(51)、轉子線圈(5)，鐵芯(51)固定安裝在相對設置的兩片爪極板(2)之間，爪極板(2)通過其中心的安裝孔固定安裝在主軸(1)上，多個鐵芯(51)均勻分布在主軸(1)的周圍，鐵芯(51)上纏繞轉子線圈(5)；定子(3)呈圓桶狀，其桶壁的一端固定連接端蓋(31)，端蓋(31)的中心通過軸承插裝在主軸(1)上，桶壁的內側固定安裝有定子線圈(7)，定子線圈(7)的鐵芯與轉子線圈(5)的鐵芯成磁隙配合；與端蓋(31)相對的桶壁另一側的主軸(1)上通過軸承安裝有端帽(8)，端帽(8)的內側固定連接有輔助定子，輔助定子包括輔助鐵芯(9)和纏繞在輔助鐵芯(9)上的輔助定子線圈(10)；在主軸(1)上還固定安裝有輔助轉子(12)，輔助轉子線圈(11)固定安裝在輔助轉子(12)的內側；輔助轉子線圈(11)的鐵芯與輔助定子線圈(10)的鐵芯成磁隙配合；轉子線圈(5)與輔助轉子線圈(11)電連接，輔助定子線圈(10)連接變頻器；定子線圈(7)與連接輸出端；定子(3)、端帽(8)固定安裝在底座(18)上。
2、 根據權利要求1所述的調速恒頻發電機，其特征在于爪極 板(2)為圓盤狀，其邊緣部分沿圓周均勻分布偶數對個齒狀的爪極(21)，爪極(21)的形狀呈近似梯形，爪極(21)設置成與主軸1 的軸線平行、垂直于爪極板(2)。
3、 根據權利要求1或2所述的調速恒頻發電機，其特征在于 在主軸(1)上通過軸承套裝有輔助連接套(15)，輔助連接套(15) 與端帽(8)固定連接；輔助連接套(15)的兩端各固定安裝一輔助 爪極板(16)，輔助鐵芯(9)和輔助賓子線圈(10)固定安裝在相對 平行設置的兩輔助爪極板(16)之間，多個輔助鐵芯(9)圍繞主軸(1)均勻分布。
4、 根據權利要求1或2所述的調速恒頻發電機，其特征在于 在主軸(1)上通過平鍵固定安裝有連接套(6)，兩片爪極板(2)分別固定安裝在連接套(6)的兩端。
5、根據權利要求1或2所述的調速恒頻發電機，其特征在于在同一定子(3)內側的主軸(1)上并列安裝有兩套轉子，兩套轉子 的轉子線圈(5)并聯在一起，兩轉子線圈(5)的磁極以相差60度 相帶的方式安裝。
全文摘要
本發明涉及一種適合用于低速多極發電機的調速恒頻發電機。包括主軸、固定安裝在主軸上的轉子，以及環繞設置在轉子周圍的定子，定子通過軸承安裝在主軸上。轉子包括爪極板、鐵芯、轉子線圈，鐵芯固定安裝在相對設置的兩片爪極板之間，爪極板通過其中心的安裝孔固定安裝在主軸上，多個鐵芯均勻分布在主軸的周圍，鐵芯上纏繞轉子線圈；定子呈圓桶狀，其桶壁的一端固定連接端蓋，端蓋的中心通過軸承插裝在主軸上，桶壁的內側固定安裝有定子線圈，定子線圈與轉子線圈成磁隙配合；桶壁另一側的主軸上通過軸承安裝有端帽，端帽的內側固定連接有輔助定子，輔助定子包括輔助鐵芯和纏繞在輔助鐵芯上的輔助定子線圈。
文檔編號H02K16/02GK101483371SQ20081001371
公開日2009年7月15日 申請日期2008年1月7日 優先權日2008年1月7日
發明者王光順, 王雪霖 申請人:王光順