[发明专利]一种自适应励磁的永磁发电机系统有效
申请号: | 202010760403.1 | 申请日: | 2020-07-31 |
公开(公告)号: | CN111884423B | 公开(公告)日: | 2022-11-04 |
发明(设计)人: | 杨世国 | 申请(专利权)人: | 杨世国 |
主分类号: | H02K7/12 | 分类号: | H02K7/12;H02K7/18;H02K16/02;H02K21/02;H02K1/2789;H02K1/2791;H02K1/2706;H02K1/2753 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 自适应 永磁 发电机 系统 | ||
一种自适应励磁的永磁发电机系统,包括内燃机,永磁发电机,电子变流器。其特征在于永磁发电机的转子由转子Ⅰ、转子Ⅱ、转子毂和力矩反馈弹簧式调节器组成。转子Ⅰ和转子毂固定连接,转子Ⅱ与转子毂之间使使用3点角接触滚动组合(8)可相对灵活转动,这种转子能够根据内燃机的工况自动调节永磁发电机气隙磁场,从而输出电压保持稳定并且使输出功率与内燃机功率特性匹配,同时简单可靠,制作容易。
技术领域
本发明涉及一种自适应励磁的永磁发电机系统,尤其是用于使用内燃机为动力的移动变频电源系统的永磁发电机组。
背景技术
由于电力电子技术的迅猛发展,采用永磁发电机的变频电源机组越来越多,广泛用于军事设备、通讯基站、车载电源及工农业各个方面,它们具有体积小,效率高的突出优点。为了易于移动,不受气候、地理条件限制,这种永磁发电机移动电源系统多数采用中小微型柴油机或汽油机作为动力源。系统主要包扩汽/柴油机,发电机,电子变流器三大组成部分。永磁发电机的功能是将机械功率转换为电功率,但采用现有永磁发电机的这种系统具有局限性:因为使用永磁体励磁,磁通量不易调节,其特性如附图3所示,感应电势e与转速n成正比,输出端电压u主要由转速n决定,输出功率pe则同转速n的平方成正比增加pe=u2/R;而内燃机的工作特性则不同,如附图2,最高效率点转速n1<最大功率点转速n2,例如最高效率转速所对应转速2krpm而最大功率点所对应转速3krpm。又因为其间扭矩M变化较小,使输出功率p=0.105M*n随转速n近似成正比。如果永磁发电机额定电压转速设计为内燃机最高效率所对应的转速n1,则内燃机转速不能进一步提高增加输出功率,因为转速继续增加时内燃机输出功率跟不上发电机负载功率;如果永磁发电机额定电压转速设计为内燃机最高功率对应转速n2,则在最高效率的转速n1时发电机输出电压达不到额定电压;再如果依靠电子变流器进行升/降电压调节,无疑会增加变流器电流电压耐受值,较多地增加功率元件的成本。否则会降低电器的可靠性,甚至导致内燃机熄火。因此本申请提出一种新的方案,使得永磁发电机的功率特性同内燃机的功率特性一致变化(附图4),在最高效率点转速至最大功率点转速都输出额定电压,负载特性同内燃机输出特性一致变化, 既保证电器的安全性又能充分发挥内燃机的作用。
发明内容
一种自适应励磁的永磁发电机系统,包括内燃机,传动件,永磁发电机,电子变流器;传动件是联轴器或变速器,永磁发电机包括定子和转子,转子与传动件连接旋转产生旋转磁场;定子同机架连接,定子的绕组产生电能,电能形式经电子变流器进行波形、频率、电压变换后输出;其特征在于所述转子包括转子Ⅰ(1)、转子Ⅱ(2)、转子毂(3)和力矩反馈弹簧式调节器(9)组成,这种转子使气隙磁场能够根据内燃机的工况自动调节,从而输出电压保持稳定并且使输出功率与内燃机功率特性匹配;
所述转子Ⅰ和转子Ⅱ内配置有永磁体(4),永磁体N磁极和S磁极交替配置;转子Ⅰ和转子Ⅱ的磁极的轴向长度之和与定子铁芯(6)长度相当,转子Ⅰ和转子Ⅱ轴向并列于转子毂上,位置大致与定子铁芯对齐;
所述转子毂(3)和传动件(3.1)连接,转子Ⅰ和转子毂固定连接,转子Ⅱ与转子毂之间可相对灵活转动,因此转子Ⅱ可与转子Ⅰ对齐或错开一定角度,从而实现对磁通量的调节;转子Ⅱ与转子毂之间使用减小摩擦系数的材料或零件,功能上同滑动或滚动轴承。
力矩反馈弹簧式调节器使用弹簧衡量负载电流和力矩,利用弹簧的变形调节磁场。
所述转子Ⅱ与转子毂之间使用3点角接触滚动组合(8)使摩擦系数最小,滚动组合包括端滚道(8c),外滚道(8b),斜滚道(8a)和滚动体(11);其中斜滚道位于转子Ⅱ上,端滚道和外滚道位于转子毂内面,滚动体是球形,滚动体同时接触3个滚道面,这种3点定位精确限定了转子Ⅱ与转子毂之间轴向和径向位置,同心度好且转子Ⅱ具有周向角位移自由度。
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