[发明专利]凸极同步电机的磁极极靴

说明书

技术领域

本发明涉及一种凸极同步电机的磁极极靴。

背景技术

如图1所示，现有磁极极靴形状BE为一段圆弧，AB和EF与极身平行。电机主要由定子和转子两大部件组成。凸极同步电机的转子主要由转轴、支架、磁轭、磁极、阻尼绕组和励磁绕组组成。阻尼绕组安装在极靴上，励磁绕组安装在磁极极身上。转子磁极通过磁轭与支架部分相连并与转轴一同构成转子。转子的主要作用是为电机提供恒定的磁通，在旋转的过程中使定子绕组产生电能。磁极极靴形状的改变，可以减少漏磁和气隙磁动势，减小励磁电流、提高电机效率，降低励磁绕组温升；改善气隙磁密波形和空载电压波形，提高电能质量。

目前，凸极电机的磁极极靴普遍采用不均匀气隙一段弧结构，最大气隙与最小气隙比为1.5∶1；还有少数采用均匀气隙三段弧或五段弧结构(本报告中未给出此种极靴结构的示意图)。前者虽然气隙磁密波形正弦度较好，气隙总面积较大且漏磁大，需要的励磁电流大、电机效率低；后者虽可以减少励磁电流，但气隙磁密波形的正弦性较差。

发明内容本发明的目的是公开一种凸极同步电机的磁极极靴形状，所涉及的部位为凸极电机转子磁极的极靴，通过改变极靴形状，减少漏磁和气隙磁动势，减小励磁电流，降低励磁绕组温升；改善气隙磁密波形和空载电压波形，提高电能质量的目的，并提高电机效率。本发明的技术方案为：一种凸极同步电机的磁极极靴，磁极由鸽尾、励磁绕组、极身和极靴以及阻尼绕组组成，磁极极靴表面的形状是线段AB连接线段BC再连接圆弧CD，圆弧CD连接线段DE再连接线段EF五段构成，所述极靴形状线段BC和AB的夹角为钝角，圆弧CD的弦长为极靴宽度的0.9倍左右，线段AB和EF的长度为10mm-20mm，且线段DE和EF的夹角等于线段BC和AB的夹角，圆弧CD的半径根据最大气隙与最小气隙比为1.35∶1确定，圆弧CD半径R的确定公式：

R=Di2+8Di(δmax-δmin)bp2,(cm)]]>

其中：D_i——定子内径(cm)；

δ_max——最大气隙长度(cm)；

δ_min——最小气隙长度(cm)；

b_p——圆弧CD的弦长(cm)。

本发明适用于凸极同步电机，尤其适合大型水轮发电机领域。本发明的极靴形状，不仅可以使气隙磁密波形的正弦性好，电压波形畸变率小，提高电能质量，还可以减少用电设备的损耗及对通讯的干扰；且由于气隙总面积以及磁极漏磁减少等，可以使电机的励磁电流减小，从而减少励磁绕组损耗，降低励磁绕组温升，进一步地提高电机的效率。电机本身损耗的减少和电能质量的提高是高性能电机的重要指标。

凸极同步电机的转子磁极上有励磁绕组，其中通有直流电流，产生励磁磁场，在转子旋转的过程中，定子绕组切割该磁场，从而在定子绕组中感应电压，完成机械能向电能的转化。励磁磁场在气隙中的分布情况与磁极的极靴形状密切相关。本发明正是通过改变极靴的形状，使气隙磁密波形正弦度提高，减少气隙总面积和磁极漏磁，使励磁电流减少，降低损耗，实现提高电机效率和电能质量的目标。

采用本发明极靴形状的磁极，可以使励磁电流减少3.5％左右，气隙磁密波形正弦度得到很大改善，使高次谐波在定转子铁心上的损耗减少，因此可以使电机效率提高0.1％，对于像三峡这样的超大容量的水轮发电机，这个经济效益非常巨大。另外，气隙磁密波形正弦性的改善，还可以改善电压波形，使电压波形畸变率小于0.85％，电话谐波因数小于0.8％，大大提高电能质量。