[发明专利]永磁直流有刷发电机

说明书

技术领域

本发明涉及发电机，是一种永磁直流有刷发电机。

背景技术

当前，随着人们对节能减排，节约地球资源的认识和呼声越来越高，由此，也越来越重视对风能的利用。在各级政府的支持下，经技术人员坚持不懈的努力，风能发电技术得到了长足的发展与进步。众所周知，现有技术中加工永磁材料广泛采用定向充磁法，排列在发电机壳体上的永磁体每块制成呈瓦形结构，瓦形永磁体的内表面呈平滑状的圆弧面，这样的瓦形平滑状永磁体与嵌有相应绕组线圈的铁芯相组合，其磁势阻力较大，则发电机的初始启动扭矩就大，发电机在1级-2级风力条件下就转动不起来。在实际工作中发现，现有风力发电厂(站)在3级-4级风力时有高达60％的发电机停转不发电，导致全年的风能发电利用率不到300个小时，造成了高额的风能电价。本发明人根据对永磁体磁性能新用途的研究发现，根据发电机的特点对永磁体的结构及排列方式作出新的设计，是解决低风速条件下发电机运转问题的主要途径之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种永磁直流有刷发电机，使其在一、二级风力作用下也能驱动发电，以提高风能的有效发电时间值和降低产出电价比。

本发明的另一目的是使发电机的重要部件-换向器能实现方便地维护保养或调换，以提高发电机的使用寿命。

实现上述目的的本发明的技术构思是，把组合排列在发电机壳体上的瓦形永磁体设置成波浪形永磁磁场结构，以减小磁阻力面积，达到减小初始输入扭矩的目的。本发明的具体方案是，包括有一发电机壳体、主轴、嵌有绕组的铁芯、电刷、换向器及设置在发电机机壳内圆周上的永磁体。所说嵌有绕组线圈的铁芯固装在主轴上，绕组线圈的线头固接在换向器上，换向器固安在主轴的一端头上，换向器的外圆周面与电刷啮合。设置在发电机壳体内圆周面上的永磁体呈多组、多块同极组合排列，每块永磁体呈瓦形体，在同一位置的端面上每组的多块永磁呈同极组合，多组永磁体以N.S极间隔排列；固装在发电机主轴上的铁芯的外周缘上，按轴向开有与永磁体匹配和与换向器啮合的电刷轴线相重合匹配的多道嵌线槽、其内以永磁体匹配的循环绕组线圈。如此所说的本发明的永磁体设计成瓦形体结构，其永久磁能的磁分布为：半环形弧形线两端呈具有高强磁场点和弱磁场区间，使其永磁体的形成波浪式的齿磁波场型来减小永磁能对铁芯的压阻力，当绕组线圈铁芯在外力驱动下由电刷导电时产生电枢电磁势，此时的永磁体的强磁场点就会对铁芯起到吸力作用与排拆作用，使其初始输入转矩减小，从而能迅速迅速旋转发电。

本发明中的换向器是分成由线脚部和磨擦接触部组成的两段式结构，与电刷紧密接合的磨擦接触部呈可拆式结构。换向器的线脚部包含一可固定在发电机主轴上的轴座和多根嵌置在该轴座上的勾爪型接线脚，磨擦接触部包含一可固定在轴座上的连接环和多根嵌置在该连接环上的直片型接线脚，每一直片型接线脚可紧密地插嵌入与之相对应的勾爪型接线脚的嵌槽中。由此结构见，本发明中的换向器，其与电刷紧密接触的磨擦接触部-连接环可以拆下来更换。本发明中，与换向器外圆周面紧密接合的电刷可以有一组、二组、三组等多组。

本发明可以根据不同输入转速的需要和发电电压与发电量的需要与电刷轴线相重合需要，来设计设置在发电机壳体内圆周面上的永磁体与永磁体的磁能级强度和设置的嵌线槽数。本发明中，排列在电机壳体内周面上的多组永磁体可以有二组、四组、六组、八组，每组永磁体可以有二、三、四或六块瓦形永磁体组成。

如上所述，由于本发明配置排列的永磁体和嵌线槽绕组线圈与电刷轴线相重合的新匹配设计，本发明具有如下所述主要优点：本发明中的磁场结构存在“连续的”高强磁场点和弱磁场区间，当绕组线圈铁芯在外力驱动下由电刷导电时产生电枢电磁势，此时的永磁体的强磁场点就会对铁芯起到吸力作用与排拆作用，使得本发明的初始扭矩小，只需能转动就能发电，使得本发明发电性能特性硬，电压、电流随转速提高而一路升值。此外，本发明功率大小按应用需要可以任意设计设定，并且在发电时超出额定功率值时不会发热。而且，由于本发明中的换向器设计成二段式结构，则当与电刷紧密接合的换向器磨擦接触部因磨损而影响影响时，可以方便地拆下来更换，方便了发电机的保养维护，提高发电机的整体寿命。

附图说明

图1为本发明一个实施例的正向剖视示意图。

图2为图1的B-B截面示意图。

图3为图1的A-A截面示意图。

图4为本发明中瓦形永磁体的一种结构形式。

图5为本发明中瓦形永磁体的另一种结构形式。

图6为本发明中换向器实施例的正向剖视示意图

具体实施方式