一种基于同向电磁极耦合的背靠背多重励磁混合发电机 |
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| 申请号 | CN202111426897.0 | 申请日 | 2021-11-28 | 公开(公告)号 | CN114142701B | 公开(公告)日 | 2024-04-02 |
| 申请人 | 卧龙电气南阳防爆集团股份有限公司; 卧龙电气驱动集团股份有限公司; | 发明人 | 刘建波; 张浩; 周少正; 邢印; 刘玉宝; 曹海坡; 范红伟; 付晓; 张虎; 赵现伟; 孙毅; | ||||
| 摘要 | 一种基于同向电磁极耦合的背靠背多重励磁混合发 电机 ，通过背靠背设置的电励磁部和永磁发电部，且永磁发电部对称设于电励磁部的两端，优化了电励磁部与永磁发电部的结构以及两者的整体布局，使电励磁的磁效率、磁利用率得到提高，具有高功率 密度 、电输出特性卓越的特点；同时配合相关的电 力 电子 手段，可大大降低系统成本，提供整机效率，更适合航空航天等相关场合的应用，提高了结构的适用性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于同向电磁极耦合的背靠背多重励磁混合发电机，其特征在于：包括背靠背设置的电励磁部和永磁发电部，且永磁发电部对称设于电励磁部的两端； |
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| 说明书全文 | 一种基于同向电磁极耦合的背靠背多重励磁混合发电机技术领域[0001] 本发明属于发电机技术领域，特别涉及一种基于同向电磁极耦合的背靠背多重励磁混合发电机。 背景技术[0003] 永磁体与电励磁的组合结构是该类发电机的核心部分，主要涉及永磁结构设计、电磁结构设计以及对应的磁回路设计。不同的电磁回路与机械结构会导致电机性能不同，同时可靠性以及维修性也有所不同。合理的结构布局，不仅提高系统效率，同时也为电力电子手段的灵活应用提供了基础，从而提高整体的系统性能，充分发挥电机本体特性与电力电子混合控制的优越性。 [0004] 中国发明专利“一种盘式三自由度磁悬浮开关磁阻电机”(公开号：CN108809023B)公开了一种盘式三自由度磁悬浮开关磁阻电机，包括定子和双盘式转子，所述定子包括从外向内同轴依次相连的轴向定子铁心、永磁环、径向定子铁心；所述轴向定子铁心的轴向两端分布有轴向悬浮齿，相邻轴向悬浮齿之间通过轴向隔磁块均布有数个轴向转矩齿，所述轴向悬浮齿和轴向转矩齿上分别绕制有轴向悬浮绕组和轴向转矩绕组；所述径向定子铁心的内圆周有径向悬浮齿，相邻径向悬浮齿之间通过径向隔磁块均布有径向转矩齿，所述径向悬浮齿和径向转矩齿上分别绕制有径向悬浮绕组和径向转矩绕组；所述双盘式转子由转子铁心、盘式转子、转轴组成，所述盘式转子内端设置有轴向转子齿，所述转子铁心中部设置有径向转子齿；但其主要是由一个位于轴向定子铁心与径向定子铁心之间的、沿径向磁化的永磁环提供偏置磁通；轴向悬浮绕组通电后产生轴向悬浮控制磁通，径向悬浮绕组通电后产生径向悬浮控制磁通，径向悬浮控制磁通、轴向悬浮磁通分别与偏置磁通相互作用产生使转子径向、轴向稳定悬浮的悬浮力；径向转矩绕组通电产生的磁阻转矩和轴向转矩绕组通电产生的磁阻转矩合成电机转矩，与每个定子齿上设置有两套绕组的无轴承开关磁阻电机相比，悬浮控制、转矩控制相互独立，控制简单，易于实现；与一个轴向磁轴承和两自由度无轴承开关磁阻电机组成的三自由度无轴承开关磁阻电机相比，轴向长度更短，能够实现更高高速、更大功率运行，且所需位移传感器较少，驱动电路较少，控制系统硬件简单的特点，并没有设计励磁混合。 [0005] 中国发明专利“一种π型混合励磁双凸极电机”(公开号：CN108808895A)公开了一种π型混合励磁双凸极电机，包括：定子、转子，所述定子与转子同轴设置，定子包括6个拼接在一起的π型定子铁芯冲片，6个π型定子铁芯冲片之间依次间隔设置永磁体、励磁绕组附着铁芯，励磁绕组附着铁芯上绕有励磁绕组，π型定子铁芯冲片的凸极齿上绕有电枢绕组；该π型混合励磁双凸极电机使得三相绕组的电磁特性平衡，有效降低电机转矩脉动；虽然其采用电励磁与永磁体励磁混合励磁方式，但其解决的是三相绕组所有线圈与永磁体距离不均等问题。 发明内容[0006] 本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种基于同向电磁极耦合的背靠背多重励磁混合发电机，充分优化电励磁与永磁体结构以及两者的整体布局，使电励磁的磁效率、磁利用率得到提高。 [0007] 为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是： [0008] 一种基于同向电磁极耦合的背靠背多重励磁混合发电机，包括背靠背设置的电励磁部和永磁发电部，且永磁发电部对称设于电励磁部的两端； [0009] 所述电励磁部包括电励磁源、导磁桥转子和导磁桥外壳，且电励磁源同轴套设于导磁桥转子的中心位置，导磁桥转子的两端还对称设有电励磁齿，而导磁桥外壳沿径向套设于电励磁源外侧，且电励磁源通过绝缘的安装组件与导磁桥外壳固定； [0010] 每端的永磁发电部均包括永磁安装基座、沿周向设于永磁安装基座上的环状永磁体以及沿径向设于环状永磁体外侧的永磁体外壳，且环状永磁体的磁极交错安装，而环状永磁体与永磁体外壳之间还配设有铁芯，且铁芯的长度沿轴向由电励磁齿延伸至环状永磁体； [0011] 所述电励磁齿与相邻的环状永磁体之间还间隔设有磁回路隔离片。 [0012] 所述电励磁齿的磁极数量为环状永磁体磁极数量的一半，且电励磁齿的磁极与环状永磁体的磁极交错对应。 [0013] 所述电励磁齿的磁极与环状永磁体的磁极错开角度为0 10°。~ [0014] 所述导磁桥外壳为桶状结构，对称安装于两端铁芯外侧。 [0015] 每端的铁芯以磁回路隔离片为分割点，将电励磁齿沿轴向相对应的铁芯定义为电励磁铁芯，环状永磁体沿轴向相对应的铁芯定义为永磁铁芯； [0016] 所述电励磁源与电励磁铁芯以及导磁桥外壳组成电磁组件的定子部分，所述导磁桥转子即为电磁组件的转子部分，而导磁桥转子、电励磁齿与磁回路隔离片、永磁安装基座同心固定在转轴上。 [0017] 所述电励磁源包括电磁线圈和电磁套，且电磁线圈同心布设在电磁套中。 [0018] 所述导磁桥外壳和永磁体外壳均为非导磁结构件。 [0019] 本发明的有益效果是： [0020] （1）该基于同向电磁极耦合的背靠背多重励磁混合发电机，通过背靠背设置的电励磁部和永磁发电部，且永磁发电部对称设于电励磁部的两端，优化了电励磁部与永磁发电部的结构以及两者的整体布局，使电励磁的磁效率、磁利用率得到提高，具有高功率密度、电输出特性卓越的特点；同时配合相关的电力电子手段，可大大降低系统成本，提供整机效率，更适合航空航天等相关场合的应用，提高了结构的适用性。 [0022] （3）电励磁部的导磁桥转子与环状永磁体同轴同向安装，使该发电机具备典型的输出特点，配合相关的电力电子拓扑结构，可使系统输出特性更加卓越。 [0023] （4）由于电励磁极中心对称安装，在同输出功率下，该结构更具备散热优势，即提高了系统热性能与热适用性。 [0024] （5）由于电励磁双边耦合，整体电磁耦合程度增加，故系统控制的输出响应得到极大提高，系统的输出范围得到拓宽。 [0026] 图1是电励磁源的结构示意图； [0027] 图2是电励磁部定子部分结构示意图； [0028] 图3是转子部分的结构示意图； [0029] 图4是本发明电励磁的结构示意图； [0030] 图5是本发明电励磁发电的结构示意图； [0031] 图6是本发明永磁发电的外侧示意图； [0032] 图7是本发明永磁发电的内侧示意图； [0033] 图8是本发明的整体外部示意图。 具体实施方式[0035] 本发明提供了一种基于同向电磁极耦合的背靠背多重励磁混合发电机，如图1至图8所示。 [0036] 该基于同向电磁极耦合的背靠背多重励磁混合发电机，包括背靠背设置的电励磁部和永磁发电部，且永磁发电部对称设于电励磁部的两端； [0037] 所述电励磁部包括电励磁源1、导磁桥转子2和导磁桥外壳3，且电励磁源1同轴套设于导磁桥转子2的中心位置，导磁桥转子2的两端还对称设有电励磁齿4，而导磁桥外壳3沿径向套设于电励磁源1外侧，且电励磁源1通过绝缘的安装组件5与导磁桥外壳3固定；而电励磁源1包括电磁线圈11和电磁套12，且电磁线圈11同心布设在电磁套12中。 [0038] 每端的永磁发电部均包括永磁安装基座6、沿周向设于永磁安装基座上的环状永磁体7以及沿径向设于环状永磁体外侧的永磁体外壳8，且环状永磁体7的磁极交错安装，而环状永磁体7与永磁体外壳8之间还配设有铁芯9，且铁芯9的长度沿轴向由电励磁齿4延伸至环状永磁体7。 [0039] 所述电励磁齿4与相邻的环状永磁体7之间还间隔设有磁回路隔离片10，环形永磁体7与电励磁齿4通过磁回路隔离片10机械隔离；两端的环状永磁体对称安装于永磁安装基座6上，环形永磁体7的磁极交错安装，且两个环形永磁体7的磁极为完全对称安装。 [0040] 所述电励磁齿4的磁极数量为环状永磁体7磁极数量的一半，且电励磁齿4的磁极与环状永磁体7的磁极交错对应。电励磁齿4的磁极与环状永磁体7的磁极可以错开一定的角度，且错开角度为0 10°。~ [0041] 所述导磁桥外壳3为桶状结构，对称安装于两端铁芯9外侧。 [0042] 每端的铁芯9以磁回路隔离片10为分割点，将电励磁齿4沿轴向相对应的铁芯定义为电励磁铁芯，环状永磁体7沿轴向相对应的铁芯定义为永磁铁芯；所述电励磁源与电励磁铁芯以及导磁桥外壳3组成电励磁部的定子部分，所述导磁桥转子2即为电励磁部的转子部分，而导磁桥转子2、电励磁齿4与磁回路隔离片10、永磁安装基座6同心固定在转轴13上。 [0043] 上述电励磁部的机电磁特点为： [0044] 导磁桥转子2与导磁桥外壳3形成导磁桥，铁芯9位于两者之间；当电励磁源1通过直流电流源驱动时，磁回路为导磁桥转子2一端、电励磁铁芯、导磁桥外壳3、对称侧的电励磁铁芯、导磁桥转子对称端，最终形成闭合磁回路；导磁桥转子2旋转时，铁芯9固定位置磁感应强度将发生单极性周期变换，若此时对称的电励磁铁芯分别存在绕组时，绕组两端即产生感应电动势。 [0045] 上述永磁发电部的机电磁特点为： [0046] 由于电励磁齿4与环状永磁体7通过磁回路隔离片机械隔离，且永磁发电部完全对称设于电励磁部的两端，故电磁特点呈现单端独立永磁发电机特点。当永磁安装基座6旋转时，铁芯固定位置磁感应强度将发生双极性周期变换，若此时对称的永磁铁芯分别存在绕组时，绕组两端即产生感应电动势。 [0047] 电励磁部与永磁发电部组合形成的多重励磁组合发电机结构中，导磁桥为导磁结构件，其他电励磁部的组件为非导磁结构件；永磁发电部中只有环状永磁体7为导磁结构件，外壳部分为非导磁结构件，整个外壳部分由导磁桥外壳3和永磁体外壳8组成。多重励磁组合发电机从整体结构上为两个对称混合发电机，其转子整体部分也呈现对称特点；每端的电励磁齿与磁极具有同向位置特点，且呈现交错同向特点，即从单端整体磁极来看，磁极纵向长度呈现交错特点；两端的环状永磁体对称位置上的磁极方向相反；而铁芯也为对称特点，单端混合发电机具备独立绕组结构，双端绕组结构相同，即组合发电机两端混合发电机具有独立绕组，但是独立绕组的绕法完全相同。 [0048] 上述多重励磁组合发电机的机电磁特点为： [0049] 两端混合发电部分在电磁上呈现独立特点，电励磁部由唯一的电励磁源提供，在电励磁源固定方向直流源时，两端的电磁磁通大小相同，方向相反。由于两端的环状永磁体在磁极方向相反、磁极数量相同，以及电励磁齿与环状永磁体交错，故在固定方向直流源时，由于磁极纵向长度呈现交错特点，必有单端混合的一个磁极方向的磁场强度得到叠加。从多重励磁组合发电机整体来看，两端叠加大小相同，但是磁极方向相反。当转子整体旋转时，铁芯固定位置磁感应强度将发生双极性周期变换，同时由于单端混合的一个磁极方向的磁场强度得到叠加，故呈现两个极性大小不同的特点。由于两端叠加大小相同，但是磁极方向相反，故另一对称端也呈现两个极性大小不同的特点。从整体上，两个极性大小方向相反。 [0050] 该基于同向电磁极耦合的背靠背多重励磁混合发电机，通过背靠背设置的电励磁部和永磁发电部，且永磁发电部对称设于电励磁部的两端，优化了电励磁部与永磁发电部的结构以及两者的整体布局，使电励磁的磁效率、磁利用率得到提高，具有高功率密度、电输出特性卓越的特点；同时配合相关的电力电子手段，可大大降低系统成本，提供整机效率，更适合航空航天等相关场合的应用，提高了结构的适用性。 [0051] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及等同物界定。 [0052] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“中心”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。 |
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