[发明专利]交流同步发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种交流同步发电机，尤其涉及一种能减少反拖动电磁力矩(制动力矩Brake Torque)交流同步发电机的内部结构。

背景技术

电能是现代社会最主要的能源之一，发电机是将其它形式的能源转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流、气流、燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能，发电机的工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律；发电机在工农业生产、国防、科技及日常生活中有广泛的用途。

同步发电机是当前主流的交流发电机，与感应电机不同的是其运行原理不是经过感应来获得电流和转矩。电机由原动机拖动，可以产生交流电，

请参阅图1，图1为现有技术中最常用的旋转磁场式同步发电机的结构模型示意图。如图所示，同步交流发电机由固定的定子和可旋转的转子两大部分组成。其定子铁芯的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律排列的单相或三相对称交流绕组。这种同步交流发电机的定子又称为电枢，定子铁芯和绕组又称为电枢铁芯和电枢绕组。转子铁芯上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机处于电枢内圆和转子磁极之间的气隙中形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场(也称主磁场、转子磁场)。

励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。原动机拖动转子旋转(给电机输入机械能)，极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组(相当于绕组的导体反向切割励磁磁场)。由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的交变电势。根据法拉第电磁感应定律分析发电机中感应电流的变化规律可知，感应电动势或感应电流随时间作正弦变化，即产生交流电，该交流电通过引出线输出，即可给负载提供交流电源。

当线圈在磁场中运动产生感应电流的同时，线圈还要受到安培力矩的阻碍作用。因此，为了保持线圈在磁场中的匀速转动(继续发电)，就必须依靠外界不断克服制动力矩而不断做功，即必须消耗外界其它形式的能量。即现有的发电机如水轮发电机、汽轮发电机或风力发电机，原拖动力都要克服发电机的反拖动力矩，也就是说克服制动力矩做功才能发出电能。

因此，如何发展出一种交流同步发电机，以减少绕组的电磁力矩对激磁磁极在力学上产生的制动力矩，即减少原拖动力克服发电机的反拖动力矩，提高发电机的效率，实为目前迫切需要解决的课题。

发明内容

鉴于上述技术的不足，本发明的目的在于，通过对电机的内部结构进行改造，即提供一种没有反拖动电磁力矩的交流同步发电机。

本发明的目的是通过如下的技术方案实现的：

一种单向同步交流发电机，包括环状定子、2N个线圈绕组、内转子以及两个外转子；所述环状定子包含上层定子绕线环、连接部和下层定子绕线环；所述2N个线圈绕组均匀分布在上、下层定子绕线环上，且上下层线圈绕组对称设置；其中，N为大于等于4的偶数倍；所述内转子位于所述环状定子内，其包括上下两层，其中，所述上下两层各包括2个水平设置的具有单一磁性的激磁磁极，且所述上下两层的连接部还设置有励磁绕组；以及，所述两个外转子位于所述环状定子外，其包括上下两层，其中，所述上下两层各包括一个水平设置的具有单一磁性的激磁磁极，且所述上下两层的连接部还设置有励磁绕组；其中，所述内转子和外转子的上下两层的激磁磁极的磁性相同；所述外转子的激磁磁极与内转子的一对激磁磁极在一条水平线上，所述内转子和外转子固定在同一传动轴上，且同向同步旋转。

如根据本发明的优选实施例所述的同步交流发电机，其中，所述环状定子的连接部为圆筒状栅栏环，所述栅栏环上具有均匀分布的栅栏槽，所述上下层线圈绕组分别穿越所述栅栏槽固定在所述环状定子的上、下层定子绕线环上。

如根据本发明的优选实施例所述的同步交流发电机，其中，所述上下层线圈绕组为全距线圈，每个线圈在所述上、下层定子绕线环上的宽度为激磁磁极的宽度。

如根据本发明的优选实施例所述的同步交流发电机，其中，所述上层转子激磁磁极为N极，下层转子激磁磁极为S极，所述上下两层水平相对的线圈绕组串联或并联接在一起。

如根据本发明的优选实施例所述的同步交流发电机，其中，所述的N为4，所述上、下两层水平相对的四个线圈绕组串联或并联接在一起。