[发明专利]外置式混合励磁永磁同步发电机

说明书

技术领域

本发明是一种外置式混合励磁永磁同步发电机，其涉及一种永磁同步发电机，特别是涉及一种励磁绕组和励磁铁芯采用外置式结构的混合励磁永磁同步发电机。

背景技术

永磁同步发电机取消了励磁绕组、滑环和电刷结构，具有结构简单紧凑、可靠性高、机械摩擦损耗小、功率密度大、效率高等诸多优点。永磁同步发电机广泛应用于航空航天装置的主电发机、大型火电站的副励磁机、风力发电机、余热发电机、移动式电源、车用发电机等领域。

永磁同步发电机通常采用钕铁硼永磁材料或者铁氧体永磁材料，永磁材料的温度系数较高，永磁同步发电机输出电压随着环境温度的变化而变化，导致输出电压偏离额定电压。永磁同步发电机无法像普通同步发电机那样通过调节励磁电流而调节输出电压和无功功率。采用电励磁和永磁励磁并存的混合励磁方式是永磁同步发电机的主要研究方向之一。

目前普及应用的混合励磁永磁同步发电机的结构类型主要分为：组合转子混合励磁有刷同步发电机、组合转子混合励磁无刷同步发电机、爪极混合励磁同步发电机。

组合转子混合励磁有刷同步发电机是一种有电刷结构类型，该电机转子由两段组成，一段是永磁段，另一段是电励磁段，永磁段采用表面式结构，或者采用内置式结构。电励磁段采用凸极式励磁结构，或者采用爪极式励磁结构。该电机转子的两个励磁磁路彼此独立，磁动势并联，产生的气隙磁场均为径向。该电机运行在额定转速时，气隙磁场完全由转子永磁体磁场提供，此时的励磁电流为零。当某些因素（例如环境温度、转速、负载等的变化）导致发电机输出电压低于额定电压时，提高励磁电流并使其产生的电励磁气隙磁场方向与转子永磁体磁场方向相同，电机气隙磁场的磁感应强度增加，使发电机的输出电压保持稳定。当发电机输出电压高于额定电压时，提高励磁电流并使其产生的电励磁气隙磁场方向与转子永磁体磁场方向相反，电机气隙磁场的磁感应强度降低，同样使发电机输出电压保持稳定。由于该电机结构存在电刷和滑环，使该电机丧失了永磁同步发电机应有的上述诸多优点。

组合转子混合励磁无刷同步发电机是一种无电刷结构类型，该电机转子由三段组成，该电机转子中间是永磁段，转子两端各有一个凸极段，两个励磁绕组分别通过励磁支架固定在电机两端的端盖上。两个励磁支架分别与转子两端的凸极之间存在一个附加气隙，该附加气隙消耗电机电励磁磁动势，却不参与电机对外做功。该电机转子的两个励磁绕组产生的磁动势并联。为了防止两个励磁绕组产生的磁动势在定子铁芯和转子铁芯中串联，该电机转子的两个励磁绕组产生的磁场方向沿转子轴向相反，转子两端的转子凸极段的若干个凸极位置沿转子轴向一一对应。励磁支架是该电机电励磁磁路的一部分，励磁支架无法用硅钢片做成叠片结构类型，励磁支架材料是电磁纯铁，该电机在运行时励磁支架中的涡流损耗和磁滞损耗较大，导致组合转子混合励磁无刷同步发电机发热严重、电机效率降低。

爪极混合励磁同步发电机也是一种有电刷结构类型，并且，爪极也无法用硅钢片做成叠片结构类型，爪极材料是电磁纯铁，该电机在运行时爪极中的涡流损耗和磁滞损耗较大，导致爪极混合励磁同步发电机发热严重、电机效率降低。

发明内容

本发明的目的是克服混合励磁永磁同步发电机现有技术中有电刷和滑环、构成电机电励磁磁路的零部件无法用硅钢片做成叠片结构类型、电机电励磁磁路中有附加气隙的缺陷，提供一种无电刷和滑环、构成电机电励磁磁路的零部件能用硅钢片做成叠片结构类型、电机电励磁磁路中无附加气隙的、励磁绕组和励磁铁芯采用外置式结构的混合励磁永磁同步发电机。本发明的实施方案如下：

本发明总的特征是外置式混合励磁永磁同步发电机包括转子部件、定子部件、励磁部件。励磁部件安装在定子部件的径向外侧，转子部件安装在定子部件的径向内侧。

定子部件包括定子绕组、定子铁芯一、定子铁芯二、定子隔磁板、定子铁芯三、定子铁芯四。定子铁芯一由若干个定子铁芯一冲片叠压而成，定子铁芯一冲片材质是导磁材料，定子铁芯一呈圆环形，定子铁芯一径向内侧边缘均布若干个定子线槽，定子铁芯一径向外侧边缘均布若干个磁轭凸台一，磁轭凸台一径向外侧是平直的面。

定子铁芯二由若干个定子铁芯二冲片叠压而成，定子铁芯二冲片材质是导磁材料，定子铁芯二呈圆环形，定子铁芯二径向内侧边缘均布若干个定子线槽。

定子隔磁板材质是非导磁材料，定子隔磁板呈圆环形，定子隔磁板径向内侧边缘均布若干个定子线槽。