[发明专利]笼形爪对极式无刷直流发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力系统，特别是一种笼形爪对极式无刷直流发电机。

技术背景

根据百度百科对无刷直流发电机的定义：无刷直流发电机由无刷交流发电机与半导体整流器组成，是输出直流电的发电机整流器组合装置。即现有直流发电机要么通过电刷和换向器输出直流电，要么通过整流器输出直流电。

本发明采用无刷爪对极结构，用卡环将若干定子电枢接成一个笼形整体，定子磁极固定在笼形电枢的内侧，定子磁极产生轴向磁通，双爪极在定子电枢的两侧旋转，通过电枢的磁通的方向始终保持不变，定子电枢直接产生直流电，无需电刷、换向器或整流器，结构简单、可靠。

发明内容

本发明是这样实现的：一种笼形爪对极式无刷直流发电机，主要包括前端盖(1)、风扇(2)、转轴(3)、前爪极(4)、卡环(5)、励磁绕组(6)、电枢绕组(7)、机座(8)、磁轭(9)、电枢铁心(10)、后爪极(11)、后端盖(13)、接线盒(14)和励磁调节器，其特征是：电枢铁心为条形铁心，条形电枢铁心上绕有一个轴向电枢绕组，组成轴向条形电枢；卡环上平均分布有3个或3个以上的插孔，3个或3个以上的条形电枢的两端插在两个卡环的插孔中，且露出电枢铁心的两端，组成一个有3对或3对以上凸极的笼形电枢；磁轭为环形磁轭，环形磁轭上绕有一个轴向励磁绕组，组成轴向环形磁极，通以直流电产生轴向磁通；环形磁极固定在两个卡环的内侧，且露出磁轭的两端；由卡环、电枢和磁极组成的整体固定在机座和/或端盖上；环形磁轭的内孔直径略大于转轴的直径，转轴从中无接触穿过；两个爪极固定在转轴上、位于磁极和电枢的两侧，爪极与磁轭之间、爪极与电枢铁心的凸极之间留有气隙。

发电机的工作原理：定子磁极通以直流电产生轴向磁场，磁通从磁极的N极发出，经过爪极、电枢，从另一爪极回到磁极的S极，形成完整的磁路，原动机带动转子旋转时，爪极重复“接通和断开”电枢磁路的动作，使通过电枢的磁通有强弱大小变化，电枢绕组感应到电动势且产生电流。由于两个爪极位于笼形电枢的两端，相对位置不变，而且旋转的方向相同，通过电枢的磁通始终是轴向磁通，所以电枢产生的电流是直流电。实验证明：经过导体的磁通的强弱、方向变化与导体产生的电流的强弱、方向、波形变化是一致的。电枢绕组是轴向绕组，通过电枢的磁通是轴向磁通，方向不变，所以不存在换向的问题。

所述笼形电枢为单层电枢或多层电枢，卡环为单层插孔的卡环或多层插孔的卡环。

在装有电枢的卡环中增加一层平行磁极，平行磁极与卡环内侧的主磁极通以同向励磁电流，一方面平行磁极与主磁极形成并联的磁势，另一方面，由于平行磁极的磁场与主磁极的磁场是相斥的，可以用来抵消或部份抵消爪极与电枢的吸力，即在消耗同等机械能的前提下，在卡环中加入平行磁极可以产生更多的电能。平行磁极的铁心与电枢铁心一样，是条形铁心，条形磁极铁心上绕有一个轴向励磁绕组，组成轴向条形平行磁极，3条或3条以上的条形平行磁极插在卡环的一层插孔中，组成一层条形平行磁极。平行磁极也可以像主磁极一样，做成由一个磁轭与一个励磁绕组组成一个环形平行磁极，环形平行磁极设在笼形电枢的卡环与主磁极之间，环形平行磁极与主磁极之间另外用卡环连接。

所述发电机为单段结构的发电机或双段结构的发电机。双段结构的发电机的磁极、卡环、电枢各有两段，在两段磁极、卡环和电枢之间增加一个中间爪极(19)。两段磁极通以反向励磁电流，两段磁极形成的磁场为三极磁场。所谓三极磁场，是指磁极的磁场模式为S-N-S或N-S-N，这种磁场模式由两个通以反向励磁电流的并列磁极与两个侧爪极、一个中间爪极组成，这种磁场的外部磁力曲线呈“8”字形。磁场模式为S-N-S或N-S-N的三极磁场在现有电机产品的应用中比较罕见，或根本就没有。但这种磁场模式应用在有相斥磁场的环境中却是一种理想的磁场模式。三极磁场与三极磁场相斥时产生的轴向扭力较低，不会对转轴产生很大的轴向扭力。因此三极磁场在需要避免产生较大轴向扭力的相斥环境中，具有两极磁场不可比拟的优势。但单段结构的发电机若采用磁轴承，可用磁轴承的磁力抵消单段结构的两极磁场相斥时可能产生的轴向扭力。

爪极类似于普通爪极式交流发电机的爪极，但普通爪极式交流发电机的两块爪极的极爪呈鸟嘴形状，两块爪极的极爪是交错设置的，在两块爪极的极爪形成若干径向或切向磁场，而笼形爪对极式无刷直流发电机的两块爪极的极爪分别设在电枢的两侧，极爪对着笼形电枢的凸极，极爪的端面或极爪的凸极端面是平的，两块爪极形成的磁场始终是轴向磁场。