一種電勵磁同步電機的製作方法
2023-06-27 09:48:26 2
專利名稱：一種電勵磁同步電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種交流同步電機，特別是涉及一種電勵磁同步電機。
背景技術：
根據勵磁電流的供給方式不同，電勵磁同步電機目前有四種類型(1):由直流發電機提供勵磁電流的同步電機。此系統原理如圖1。調節勵磁機勵 磁電阻13可改變直流勵磁機12的端電壓，亦就是改變同步發電機11的勵磁電壓和勵磁電流。直流發電機供給勵磁電流的同步電機由於其並勵勵磁機在低電壓運行時性能不 穩定，並且端電壓調節不夠靈敏，雖然改為他勵式能克服這個缺點，但需要一個直流電源供 給他勵勵磁機勵磁電流，因此這種勵磁方式結構就比較複雜。(2)由靜止半導體提供勵磁的同步電機。由於直流發電機製造困難，所以現在 100MW以上的汽輪發電機普遍採用交流勵磁機配合半導體整流裝置獲得直流電流供給同步 發電機作勵磁電流的方式，圖2是此種系統的原理圖。交流主勵磁機22是普通的三相同步 發電機，但為了整流後的勵磁電流的紋波儘量小些，要求整流前的交流電有較高的頻率。現 在常用的交流主勵磁機22的頻率為100Hz，交流副勵磁機23是一種特殊結構的永磁發電 機，其頻率為400Hz或500Hz，其輸出的三相交流電經可控半導體整流裝置24供給交流主勵 磁機22勵磁電流，進而改變同步發電機21的勵磁電壓和勵磁電流。靜止半導體勵磁的同步發電機輸出的達幾千安的勵磁電流通過電刷滑環才輸入 到同步電機的勵磁繞組。大的電流通過電刷滑環必然會引起嚴重的發熱現象或高溫對零件 結構造成不可逆轉的損壞。所以當電機長時間運行時積累的熱量可能會燒毀電機內部零 件。另外，上述兩種電機都存在電刷和滑環，而電刷是由石墨製成的，當轉子旋轉時， 滑環會隨之旋轉。這樣它就與固定在定子上的電刷發生相對運動，造成電刷的磨損，以至於 需要經常性地更換電刷。當電刷與滑環相對運動時可能會由於發生摩擦而產生電火花和拉弧，這也是不安 全的。另外，電機長時間運行時電刷和滑環可能會接觸不良，造成電流無法傳至轉子上的勵 磁繞組。(3)由旋轉半導體提供勵磁的同步電機。其原理圖如圖3 三相同步電機38的轉 動體31，包括三相同步電機勵磁繞組32、交流主勵磁機的電樞(為旋轉電樞式)34以及裝 在軸上與轉軸一起旋轉的轉動的整流裝置33。圖中標號35是交流主勵磁機的勵磁繞組。 特殊結構的交流副勵磁機36經可控的靜止的整流裝置37向交流主勵磁機提供勵磁電流。 這種同步電機的勵磁電流直接在旋轉體上獲得，不再需要電刷和滑環。旋轉半導體勵磁的同步電機雖然取消了電刷和滑環，但它仍需要交流主、副勵磁 機提供勵磁電流。交流主勵磁機、交流副勵磁機以及三相同步電機各稱為一級，即整個圖3 有三級。這樣一個「三級」模式結構就比較複雜了。而且勵磁機本身需要勵磁，當主電機運行於電動態時，勵磁機由主電機驅動，勵磁機產生的是阻力矩，能量轉換環節多，故效率低。 另外，勵磁調節慢、滅磁慢對迅速消除主電機內部故障不利，並且有剩磁。 (4)電勵磁無刷同步電機。該電機包括機殼、電樞鐵心、電樞繞組、轉軸、N、S極磁 極。其特點是電樞鐵心下的磁極為瓦片形，所有N極磁極向一邊擴展後向上(或向下)拉 伸再向同一邊擴展並連接在一同材料的圓環上，形成一個整體。所有S極磁極向一邊擴展 後向下(或向上)拉伸再向同一邊擴展並連接在一同材料的圓環上，也形成一個整體。兩 個圓環之間放置一環形磁橋固定在機殼上，直流勵磁繞組置於環形磁橋中，磁極外圓周有 籠型全阻尼繞組。該電勵磁無刷同步電機雖然取消了電刷滑環，但其所增加的籠型全阻尼繞組對於 「無刷」來說沒有意義，該籠型全阻尼繞組只是產生啟動轉矩。綜上所述，現有技術中的電機或者因為存在電刷和滑環，使得可靠性降低，或者雖 然取消了電刷和滑環，但仍需要勵磁機提供勵磁電流，使整個系統結構就比較複雜。
發明內容
本發明的初衷在於提出一種可靠性高、控制性能好、結構簡單的新型電勵磁同步 電機。本發明採取的技術方案是一種電勵磁同步電機，包含定子和轉子、電樞繞組和電勵磁繞組，以及前端蓋和後 端蓋，所述電勵磁同步電機還包含用於嵌置電勵磁繞組的環形導磁橋，該環形導磁橋固定 於所述後端蓋上。所述轉子包含轉軸和設置於轉軸上的交錯裝配的外擴延伸永磁體和內縮延伸永 磁體。所述內縮延伸永磁體具有內延伸端和內磁極，所述外擴延伸永磁體具有外延伸端 和外磁極，該內延伸端和該外延伸端形成一收容空間。所述收容空間收容所述環形導磁橋。所述轉子還包含一非導磁隔離體，所述外擴延伸永磁體和內縮延伸永磁體交錯裝 配在該非導磁隔離體上。 所述外延伸端為圓環狀，所述內延伸端為圓柱狀。本發明的有益效果是(1)本發明取消了勵磁機，結構簡單。(2)本發明取消了電刷滑環，改善了電機的控制性能。(3)本發明通過把電勵磁繞組嵌置在環形導磁橋內，並將環形導磁橋固定在端蓋 上，使電機運行時環形導磁橋與電勵磁繞組不隨轉子轉動而轉動，進而使勵磁繞組的供電 不需要電刷、滑環，使電機形成無刷結構，減少了電機的機械損耗，同時消除了電機的勵磁 損耗，提高了電機運行的可靠性。
附圖1是現有技術中的一種利用直流發電機提供勵磁的同步電機原理圖；附圖2是現有技術中的一種利用靜止半導體提供勵磁的同步電機原理附圖3是現有技術中一種利用旋轉半導體提供勵磁的同步電機原理圖；附圖4是依據本發明的一種電勵磁同步電機的結構示意圖；
附圖5是附圖4中的外擴延伸導磁體的結構示意圖；附圖6是附圖4中的內縮延伸導磁體的結構示意圖；附圖7是附圖4中的非導磁隔離體的結構示意圖；附圖8是附圖4中的環形導磁橋的結構示意圖；附圖9是附圖4中的轉子的裝配結構示意圖；附圖10是附圖4中的定子和轉子的裝配結構示意圖。圖中涉及的附圖標記如下所示11.同步發電機12.直流勵磁機13.勵磁機勵磁繞組21.同步發電機22.交流主勵磁機23.交流副勵磁機24.半導體整流裝置31.轉動體32.三相同步電機勵磁繞組33.轉動的整流裝置34.交流主勵磁機的電樞35.交流主勵磁機的勵磁繞組36.交流副勵磁機37.靜止的整流裝置38.三相同步電機410.定子420.轉子421.轉軸422.外擴延伸永磁體423.內縮延伸永磁體424.非導磁隔離體425.外延伸端426.外磁極427.內延伸端428.內磁極429.收容空間430.電樞繞組440.電勵磁繞組441.環形導磁橋450.導線461.前端蓋462.後端蓋
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的具體實施方式
給予詳細闡釋。參考圖4，依據本發明的一種電勵磁同步電機，包含定子410和轉子420、電樞繞組 430和電勵磁繞組440，以及前端蓋461和後端蓋462，所述電勵磁同步電機還包含用於嵌置 電勵磁繞組440的環形導磁橋441，該環形導磁橋441固定於所述後端蓋462上。繼續參考圖4，所述轉子420包含轉軸421和設置於轉軸421上的交錯裝配的外擴 延伸永磁體422和內縮延伸永磁體423。該外擴延伸永磁體422具有外延伸端425和外磁 極426，該內縮延伸永磁體423具有內延伸端427和內磁極428。外延伸端425和內延伸端 427形成一收容空間429，如圖所示，該收容空間429收容所述環形導磁橋441。再次參考圖4，所述轉子420還包含一非導磁隔離體424，前述外擴延伸永磁體422 和內縮延伸永磁體423交錯裝配在該非導磁隔離體424上。該非導磁隔離體424是為了保 證外擴延伸導磁體422與內縮延伸導磁體423之間的相對位置、減少其之間的漏磁而設置的。
參考圖5-圖9，該些圖顯示轉子420的組成及裝配。圖5顯示外擴延伸導磁體 422，其具有外延伸端425和外磁極426。圖6顯示該內縮延伸永磁體423，其具有內延伸端 427和內磁極428。圖7顯示非導磁隔離體424。圖8顯示環形導磁橋441。圖9顯示組成 轉子420的各元件是怎樣裝配的，如圖所示，外擴延伸導磁體422和內縮延伸導磁體423均 沿電機轉軸421 (參考圖4)的方向往同一端延伸，外擴延伸導磁體422向外延伸擴展為圓 環形狀，內縮延伸導磁體423向內延伸收縮為圓柱形狀，圓環形狀和圓柱形狀部分即分別 為前述的外延伸端425和內延伸端427，該兩個延伸端425和426之間有收容空間429 (參 考圖4)用來放置環形導磁橋441 (參考圖4)。圖10顯示定子410與轉子420的裝配。如圖所示，本發明定子410裝配於非導磁 隔離體424外圍。本發明電機運行時，電勵磁繞組440與環形導磁橋441不隨轉子420旋轉而旋轉。 電勵磁繞組440與導線450連接(參考圖4)，其供電不需要電刷、滑環，因此本發明是一種 無刷結構的電機。本發明從對轉子進行改進出發，將轉子的一磁極向外擴展後延伸並在端部形成一 個圓環，即本發明外擴延伸導磁體，另一磁極向內收縮延伸並在端部形成一中間帶孔的圓 柱，即本發明內縮延伸導磁體；並在裝配時外擴延伸導磁體和內縮延伸導磁體均沿轉軸的 方向往同一端延伸，利用兩個延伸端形成收容空間，進而在該收容空間內設置一環形導磁 橋；進一步將電勵磁繞組嵌置在該環形導磁橋內，然後再將環形導磁橋固定在端蓋上。這樣 本發明就省去了電刷、滑環，減少了機械損耗，同時消除了勵磁損耗，提高了電機運行的可 靠性。本發明可廣泛用於汽車、飛機、艦船等發電系統，也可用於風力發電。同樣，它也可 作為電動自行車、汽車等的驅動電機使用。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人 員，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為 本發明的保護範圍內。
權利要求
一種電勵磁同步電機，包含定子和轉子、電樞繞組和電勵磁繞組，以及前端蓋和後端蓋，其特徵在於，所述電勵磁同步電機還包含用於嵌置電勵磁繞組的環形導磁橋，該環形導磁橋固定於所述後端蓋上。
2.根據權利要求1所述的電勵磁同步電機，其特徵在於，所述轉子包含轉軸和設置於 轉軸上的交錯裝配的外擴延伸永磁體和內縮延伸永磁體。
3.根據權利要求2所述的電勵磁同步電機，其特徵在於，所述內縮延伸永磁體具有內 延伸端和內磁極，所述外擴延伸永磁體具有外延伸端和外磁極，該內延伸端和該外延伸端 形成一收容空間。
4.根據權利要求3所述的電勵磁同步電機，其特徵在於，所述收容空間收容所述環形 導磁橋。
5.根據權利要求2所述的電勵磁同步電機，其特徵在於，所述轉子還包含一非導磁隔 離體，所述外擴延伸永磁體和內縮延伸永磁體交錯裝配在該非導磁隔離體上。
6.根據權利要求2所述的電勵磁同步電機，其特徵在於，所述外延伸端為圓環狀。
7.根據權利要求2所述的電勵磁同步電機，其特徵在於，所述內延伸端為圓柱狀。
全文摘要
一種電勵磁同步電機，包含定子和轉子、電樞繞組和電勵磁繞組，以及前端蓋和後端蓋，一用於嵌置電勵磁繞組的環形導磁橋固定於所述後端蓋上。本發明省去了電刷和滑環，減少了機械損耗，同時消除了勵磁損耗，提高了電機運行的可靠性。本發明可廣泛用於汽車、飛機、艦船等發電系統，也可用於風力發電，同樣，它也可作為電動自行車、汽車等的驅動電機使用。
文檔編號H02K21/02GK101958622SQ20091005474
公開日2011年1月26日 申請日期2009年7月14日 優先權日2009年7月14日
發明者嚴曉霞, 常守亮, 張迪, 李全峰, 袁龍生, 趙朝會, 邵士良 申請人:上海電機學院