專利名稱：船用穩頻穩壓發電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及船用發電機，尤其是一類無需外加電網電源直接以輪船驅動柴油機或水能、風能等為動力源發出電能的穩頻穩壓發電機。
背景技術：
目前，輪船上均采用一個獨立柴油發電機組來為船上用電設備提供電能，而該發電機組設備成本高，維護難度大，維護費用高。其實，輪船驅動柴油機本身就是一個巨大的動力源，所以，如能利用此主動力源來發電，將會節省大量設備投資和維護費用，但是，長期以來，由于驅動主柴油機的輸出軸轉速不固定，無法直接帶動標準發電機發電，故現輪船上一直配備專用柴油發電機組。
發明內容
本發明的目的在于提供一類新型的船用發電機，該發電機組中包括了新穎的穩速動力輸出機構，該機構將輪船驅動主柴油機轉速變化的動力輸出轉變為恒轉速動力輸出以保證普通發電機所發電能的電壓和頻率。為實現上述目的，本發明的技術方案是，選用自穩壓發電機(永磁或勵磁恒壓)并配之以新設計的穩速器，穩壓永磁發電機的動力軸與穩速器動力輸出軸連動，穩速器動力輸入軸直接與輪船驅動柴油機的動力輸出軸相連動，從穩速器動力輸出端或穩壓永磁發電機輸出端既取出與轉速相關的電信號(頻率或電壓)又可取出供給穩速器勵磁繞組激磁電流，而上述與轉速相關的電信號和激磁電流均輸入至穩速自動控制電路，經與該電路中標準信號比較，用其偏移值來調節控制激磁電流，然后將此受控激磁電流輸送到穩速器的勵磁線圈中，從而調節并穩定穩速器動力輸出軸的轉速，另外本發明技術方案中的另一突出特點是穩速器只需提供有足夠的不同類別能量的動力源(水、風、化學、內燃機等)即可正常穩速傳遞功率，該穩速器的起動無需外加電網電源，而是通過設置永磁體或通過連接于穩速器輸入端的激磁發電機或通過可自充電蓄電池來為穩速器提供起動和運行所需勵磁磁場。在上述總體技術方案下，本發明給出了較為具體的技術方案，這些技術方案的共同特點是均由穩壓(永磁式或勵磁式)發電機和動力穩速器組成，發電機的動力軸與穩速器的輸出軸連動，穩速器輸入軸與輪船驅動柴油機或其它類似動力源的動力輸出軸相連動，這些方案之間的區別在于:穩速器啟動所需激勵磁場的提供方式的不同以及提供給穩速器勵磁線圈的受控激磁電流初始來源不同，現分述如下:
技術方案一:穩速器由導磁體，機座，激磁并測速發電機，勵磁繞組，輸出軸，電樞，動力輸入軸，齒極，磁鋼，穩速自動控制電路等構成，電樞固定于動力輸入軸上，齒極固定于輸出軸上，導磁體固定于機座，勵磁繞組套裝在導磁體外圍，在諸齒極外邊緣表面設置有磁鋼，在機座內對應于齒極磁鋼位置旋轉立面處嵌有一磁鋼環，激磁并測速發電機的動力輸入軸與穩速器輸出軸相連動，激磁并測速發電機定子測速繞組的輸出端接至穩速自動控制電路的檢測信號輸入端，激磁并測速發電機定子激磁繞組的輸出端接至穩速自動控制電路的受控激磁回路，穩速自動控制電路輸出的受控激磁電流輸入至穩速勵磁線圈。技術方案二:穩速器由導磁體，機座，勵磁繞組，輸出軸，電樞，動力輸入軸，齒極，磁鋼，穩速自動控制電路等構成，電樞固定于動力輸入軸上，齒極固定于輸出軸上，導磁體固定于機座，勵磁繞組套裝在導磁體外圍，在齒極外邊緣表面設置有磁鋼，在機座內對應于齒極磁鋼旋轉立面處嵌有磁鋼環；穩壓發電機輸出端引出的一組轉速檢測信號(電壓或頻率)輸入接至穩速自動控制電路的檢測信號輸入端，穩壓發電機輸出端引出的一組激磁電流接至穩速自動控制電路的受控激磁電流回路，穩速自動控制電路輸出的受控激磁電流輸入至穩速器勵磁線圈。技術方案三:穩速器由導磁體，機座，勵磁繞組，輸出軸，電樞，動力輸入發電機，穩速自動控制電路等構成，電樞固定于動力輸入軸上，軸上，導磁體固定于機座，勵磁繞組套裝在導磁體外圍，啟動激與穩速器的動力輸入軸相連動，激磁發電機的電能輸出端，接至穩速自動控制電路的受控激磁電流回路，穩壓發電機的輸出端引出一組與轉速相關的電信號輸入到穩速自動控制電路的檢測信號輸入端，穩速自動控制電路輸出的受控激磁電流輸入到穩速器的勵磁線圈。技術方案四:穩速器由導磁體，機座，勵磁繞組，輸出軸，電樞，動力輸入軸，齒極，測速發電機，激磁發電機，穩速自動控制電路等構成，電樞固定于動力輸入軸上，齒極固定于輸出軸上，導磁體固定于機座，勵磁繞組套裝在導磁體外圍，測速發電機的轉子軸與穩速器輸出軸連動，激磁發電機的轉子軸與穩速器動力輸入軸連動，測速發電機的定子繞組的輸出端接至穩速自動控制電路的被檢測信號輸入端，激磁發電機定子激磁繞組的輸出端接至穩速自動控制電路的受控激磁回路，穩速自動控制電路輸出的激磁電流輸入至穩速器勵磁線圈。技術方案五:穩速器由導磁體，機座，勵磁繞組，輸出軸，電樞，動力輸入軸，齒極，蓄電池，穩速自動控制電路等構成，電樞固定于動力輸入軸上，齒極固定于輸出軸上，導磁體固定于機座，勵磁繞組套裝在導磁體外圍，蓄電池的電能輸出端接至穩速器的勵磁線圈；穩壓永磁發電機輸出端引出的一組檢測信號輸入接至穩速自動控制電路的被檢測信號輸入端，穩壓永磁發電機輸出端引出的激磁電流接至穩速自動控制電路的受控激磁電流回路，穩速自動控制電路輸出的激磁電流輸入至穩速器勵磁線圈，穩壓永磁發電機輸出端引出的激磁電流經整流電路接至蓄電池充電輸入端。技術方案六:穩速器由導磁體，機座，勵磁繞組，輸出軸，電樞，動力輸入軸，齒極，蓄電池，激磁并測速發電機，穩速自動控制電路等構成，電樞固定于動力輸入軸上，齒極固定于輸出軸上，導磁體固定于機座，勵磁繞組套裝在導磁體外圍，蓄電池的電能輸出端接至穩速器的勵磁線圈，測速發電機的轉子軸與穩速器輸出軸相連動；激磁并測速發電機輸出端引出檢測信號輸入至穩速自動控制電路的檢測信號輸入端，激磁并測速發電機輸出端引出的激磁電流接至穩速自動控制電路的受控激磁電流回路，穩速自動控制電路輸出的激磁電流輸入至穩速器勵磁線圈，激磁并測速發電機輸出端引出的激磁電流經整流開關電路接至蓄電池充電輸入端。本發明的優點是由于利用電磁感應式穩速器，實現發電機在無外加電網電源和動力源轉速不恒定的情況下，配以穩壓發電機，使發電機能獲得穩頻穩壓輸出的效果。特別適用動力源轉速不穩定的場合，如作為船用發電機或用于水力發電等等。另外，方案一，方案四，方案六中的穩速器可以獨立使用，作為一種能自動穩速，轉速恒定的動力源，以滿足其它多種負載的應用場合。
具體實施例方式實施例一:本實施例是通過在諸齒極外邊緣表面設置有磁鋼,在機座內對應于齒極磁鋼位置旋轉立面處嵌有一磁鋼環的方法取得穩速器起動所需激勵磁場，并從連接于穩速器動力輸出端的激磁、測速發電機電能輸出端取出與轉速相關的電信號和未經調控的激磁電流，在穩速自動控制電路中，用測速信號的大小方向來反饋調控激磁電流，再將已調控激磁電流送到穩速器的勵磁線圈中，進而調控穩定穩速器動力輸出軸的轉速。在勵磁線圈的勵磁磁通回路中(由導磁體、勵磁線圈、機座形成),根據要求,在齒極上嵌裝一定質量的永磁體材料，并在機座對應齒極位置上嵌裝永磁體環，從而在勵磁線圈未獲得勵磁電流，穩速器在外動力的帶動下旋轉時，電樞與磁極(齒極)便產生了相對運動，電樞切割永磁體磁通而產生感應電動勢，由于電樞是整塊的鑄鋼件做成的，因而感應電動勢在電樞內產生渦流，渦流在永磁體磁場中受力，產生電磁轉矩，使從動部分即穩速器的輸出軸順著電樞的旋轉方向旋轉，該輸出從動軸經過齒輪一定的增速比傳動，帶動勵磁測速發電機旋轉，輸出交流勵磁電壓及與轉速成正比的信號交流電壓，這兩部分交流電壓經整流濾波后成為供勵磁線圈勵磁電壓及與從動軸轉速成正比關系的直流信號電壓，當穩速自動控制電路即穩速自動控制電路通過檢測直流轉速信號電壓與所設定的轉速相應的基準電壓相比較后，自動控制勵磁線圈中勵磁電流的升降，達到從動軸穩定在某一轉速的目的。例如，激磁、測速發電機在0-3500轉變化時，輸出電壓在0-35伏之間呈線性交化，當需要將轉速設定在3000轉時，對應測速發電機的電壓即為30伏，當穩速器從動軸接有一定大小的負載運轉時，由于勵磁線圈中未有勵磁電流所以從動軸的轉速是低于所設定轉速值的，穩速自動控制電路經檢測轉速直流信號電壓與設定值相比較后控制電路控制向勵磁線圈中提供勵磁電流，在勵磁電流的作用下產生一個與原永磁體磁場相一致的可控制磁場，磁場加強了原有的永磁體產生的磁場，控制勵磁電流的大小，就可以控制從動部分的轉速高低。勵磁電流愈大，磁場越強，電樞感應電動勢和渦流愈大，電磁轉矩也愈大，轉速就高，同樣，勵磁電流愈小，轉速就愈低。當從動軸轉速達到所設定值時，自動控制電路將控制穩定這一勵磁電流跟蹤控制，使輸出軸具有穩定的轉速輸出。當負載的變化或動力輸入軸轉速變化弓I起從動軸轉速發生變化時，穩速自控電路能及時的調整勵磁電流穩定從動軸的轉速輸出。在本實施例中所給出的穩壓永磁發電機是一項專利技術，它通過一個蝸輪蝸桿機構調節發電機定子與轉子在軸向上的位置，從而調整發電機電能的輸出，而蝸輪蝸桿調節定子位移量的大小取決于發電機輸出電壓偏離標準輸出電壓差值的大小，這一動態調節過程是通過一個常規的取樣比較放大驅動電路來自動實時完成。該穩壓永磁發電機中平衡彈簧的作用是抵消定子與轉子之間的一部分吸引力，使得蝸輪蝸桿機構調節更為輕便，消耗的電能進一步減少。本實施例中，穩速器除帶動穩壓永磁發電機，使其發出穩壓穩頻的電能以外，該穩速器還能用于其它需要轉速恒定動力源的場合。實施例二:本實施例同實施例一，也是在諸齒極外邊緣表面設置有磁鋼，在機座內對應于齒極磁鋼位置旋轉立面處嵌有一磁鋼環的方法取得穩速器起動所需激勵磁場，但本實例中不存在專用于提供激磁電流和測速信號的發電機，而是從穩壓永磁發電機的輸出端分出與轉速相關的電信號和未經調控的激磁電流，并送到穩速自動控制電路即穩速自動控制電路中，該電路用測速信號的大小、方向來反饋跟蹤調控激磁電流，再將已調控激磁電流送到穩速器的勵磁線圈中，進而調控穩定穩速器動力輸出軸的轉速。本實施例穩速器穩速過程，穩壓永磁發電機的穩壓過程同實施例一，不再重復敘述。實施例三:本實施例在穩速器動力輸入端設置激磁發電機，該發電機轉子通過齒輪與穩速動力軸相連動，該發電機產生的激磁電流輸入至穩速自動控制電路的受控激磁電流回路中，穩壓永磁發電機輸出端引出的一組與轉子轉速相關電信號輸入至穩速自動控制電路的被檢測信號輸入端，穩速自動控制電路輸出的激磁電流輸入至穩速器勵磁線圈，進而調控穩定穩速器動力輸出軸的轉速。本實施例穩速器的穩速過程，穩壓永磁發電機的穩壓過程類似實施例一，不再重復敘述。實施例四:本實施例在穩速器動力輸入端設置激磁發電機，當穩速器動力軸隨動力源轉動時，該激磁發電機轉子也轉動，為穩速器提供啟動所需的激勵磁場。在穩速器輸出端設置測速發電機。測速發電機輸出的與穩速器輸出軸轉速相關的電信號和激磁發電機輸出的激磁電流均送至穩速自動控制電路，經該電路比較調節，輸出一個受控激磁電流到穩速器的激磁線圈中，達到穩速目的。本實施例穩速器的穩速過程，穩壓永磁發電機的穩壓過程同實施例一，不再重復敘述。實施例五:本實施例是通過增設一組蓄電池來為穩速器提供啟動所需的基本勵磁電流，而穩壓永磁發電機輸出引出一小部分電能經整流成為該蓄電池充電電流，使該蓄電池能長期不間斷地使用。此外本實施例也是從穩壓永磁發電機的輸出端分出與轉速相關的電信號和未經調控的激磁電流，并送到穩速自動控制電路中，該電路用測速信號的大小、方向來反饋跟蹤調控激磁電流，再將已調控激磁電流送到穩速器的勵磁線圈中，進而調控穩定穩速器動力輸出軸的轉速。當輸入端動力開始工作工作，打開與蓄電池聯接的變換器開關，此時蓄電池的電能經變換器把電壓變換成與勵磁線圈相匹配的電源向勵磁線圈提供勵磁電流，穩速開始輸出，帶動穩壓發電機發電。在穩壓發電機的輸出中，取出一轉速信號及激磁電源送入至穩速自動控制電路，此時，該電路與蓄電池同時向勵磁線圈提供勵磁電流。當信號達到一定值時，轉換開關自動關閉，由蓄電池提供的那部分勵磁電流完全改由穩壓發電機經穩速自動控制電路提供，同時轉換開關接通由穩壓發電機向蓄電池自動充電的開關，充電達到一定值時，充電自行停止。穩速自動控制電路根據穩壓發電機的轉速信號來控制對線圈的勵磁電流。本實施例穩速器的穩速過程，穩壓永磁發電機的穩壓過程同實施例一，不再重復敘述。
實施例六:本實施例也是通過增設一組蓄電池來為穩速器提供啟動所需的勵磁電流，而穩壓永磁發電機輸出引出一小部分電能經整流成為該蓄電池充電電流，使該蓄電池能長期不間斷地使用，此特點與實施例五相同，但本實施例在穩速器輸出軸設置有測速并激磁發電機，從該發電機輸出端取出與穩速器輸出轉速相關的電信號和未經調控的激磁電流，并送到穩速自動控制電路中，該電路用測速信號的大小、方向來反饋跟蹤調控激磁電流，再將已調控激磁電流送到穩速器的勵磁線圈中，進而調控穩定穩速器動力輸出軸的轉速。本實施例中蓄電池放電、充電過程同實施例五，穩速器的穩速過程，穩壓永磁發電機的穩壓過程同實施例一，不再重復敘述。以上給出的六個實施例中，實施例一、四、六中的穩速器可以獨立使用，作為一種轉速恒定動力源，可廣泛應用于多種場合。
權利要求
1.一種船用穩頻穩壓發電機，其特征在于:發電機和動力穩速器組成，穩壓發電機的動力軸與穩速器的輸出軸輸入軸與輪船驅動柴油機動力輸出軸相連動；由導磁體，機座，激磁并測速發電機，勵磁繞組，輸出軸，電樞，動力輸入軸，齒極，永磁體，穩速自動控制電路等構成，電樞固定于動力輸入軸上，齒極固定于輸出軸上，導磁體固定于機座，勵磁繞組套裝在導磁體外圍，在齒極外邊緣表面設置有永磁體，在機座內對應于齒極上永磁體位置處嵌有永磁體環，激磁并測速發電機的轉子輸入軸與穩速器輸出軸相連動； 激磁并測速發電機定子測速繞組的輸出端接至穩速自動控制電路的被檢測信號輸入端，激磁并測速發電機定子激磁繞組的輸出端接至穩速自動控制電路的受控激磁回路。
2.一種船用穩頻穩壓發電機，其特征在于:它由穩壓發電機和動力穩速器組成，穩壓發電機的動力軸與穩速器的輸出軸連動，穩速器輸入軸與輪船驅動柴油機動力輸出軸相連動； 穩速器又由導磁體，機座，勵磁繞組，輸出軸，電樞，動力輸入軸，齒極，磁鋼，穩速自動控制電路等構成，電樞固定于動力輸入軸上，齒極固定于輸出軸上，導磁體固定于機座，勵磁繞組套裝在導磁體外圍，在齒極外邊緣表面設置有永磁體，在機座內對應于齒極上永磁體位置處嵌有永磁體環；穩壓發電機輸出端引出的一組檢測信號輸入接至穩速自動控制電路的被檢測信號輸入端，穩壓發電機輸出端引出的一組激磁電流接至穩速自動控制電路的受控激磁電流回路，穩速自動控制電路輸出的激磁電流輸入至穩速器勵磁線圈。
3.一種船用穩頻穩壓發電機，其特征在于:它由穩壓發電機和動力穩速器組成，穩壓發電機的動力軸與穩速器的輸出軸連動，穩速器輸入軸與輪船驅動柴油機動力輸出軸相連動；穩速器又由導磁體，機座，勵磁繞組，輸出軸，電樞，動力輸入軸，齒極，激磁發電機，穩速自動控制電路等構成，電樞固定于動力輸入軸上，齒極固定于輸出軸上，導磁體固定于機座，勵磁繞組套裝在導磁體外圍，激磁發電機的動力輸入軸與穩速器的動力輸入軸相連動，激磁發電機的電能輸出端接至穩速器的勵磁線圈； 穩壓發電機輸出端引出的一組檢測信號輸入接至穩速自動控制電路的被檢測信號輸入端，穩壓發電機輸出端引出的一組激磁電流接至穩速自動控制電路的受控激磁電流回路，穩速自動控制電路輸出的激磁電流輸入至穩速器勵磁線圈。
4.一種船用穩頻穩壓發電機，其特征在于: 它由穩壓發電機和動力穩速器組成，穩壓發電機的動力軸與穩速器的輸出軸連動，穩速器輸入軸與輪船驅動柴油機動力輸出軸相連動； 穩速器又由導磁體，機座，勵磁繞組，輸出軸，電樞，動力輸入軸，齒極，測速發電機，激磁發電機，穩速自動控制電路等構成，電樞固定于動力輸入軸上，齒極固定于輸出軸上，導磁體固定于機座，勵磁繞組套裝在導磁體外圍，測速發電機的轉子軸與輸出軸連動，激磁發電機的轉子軸與動力輸入軸連動； 測速發電機的定子繞組的輸出端接至穩速自動控制電路的被檢測信號輸入端，激磁發電機定子激磁繞組的輸出端接至穩速自動控制電路的受控激磁回路。
5.一種船用穩頻穩壓發電機，其特征在于: 和動力穩速器組成，穩壓發電機的動力軸與穩速器的輸出軸與輪船驅動柴油機動力輸出軸相連動；體，機座，勵磁繞組，輸出軸，電樞，動力輸入軸，齒極，蓄電池、穩速自動控制電路等構成，電樞固定于動力輸入軸上，齒極固定于輸出軸上，導磁體固定于機座，勵磁繞組套裝在導磁體外圍，蓄電池的電能輸出端接至穩速器的勵磁線圈； 穩壓發電機的輸出端引出的一組檢測信號輸入接至穩速自動控制電路的被檢測信號輸出端，穩壓電機輸出端引出的激磁電流接至穩速自動控制電路的受控激磁電流回路，穩速自動控制電路輸出的激磁電流輸入至穩速器勵磁線圈，穩壓發電機輸出端引出的激磁電流經整流電路接至蓄電池充電輸入端。
6.一種船用穩頻穩壓發電機，其特征在于: 它由穩壓發電機和動力穩速器組成，穩壓發電機的動力軸與穩速器的輸出軸連動，穩速器輸入軸與輪船驅動柴油機動力輸出軸相連動； 穩速器又由導磁體，機座，勵磁繞組，輸出軸，電樞，動力輸入軸，齒極，蓄電池，激磁并測速發電機，穩速自動控制電路等構成，電樞固定于動力輸入軸上，齒極固定于輸出軸上，導磁體固定于機座，勵磁繞組套裝在導磁體外圍，蓄電池的電能輸出端接至穩速器的勵磁線圈，激磁并測速發電機的轉子軸與穩速器輸出軸相連動； 激磁并測速發電機定子測速 繞組的輸出端接至穩速自動控制電路的被檢測信號輸入端，激磁并測速發電機定子激磁繞組的輸出端接至穩速自動控制電路的受控激磁回路，穩速自動控制電路的受控激磁電流輸出端接至穩速器勵磁線圈，激磁并測速發電機激磁電流輸出端經整流開關電路接至蓄電池充電輸入端。
全文摘要
本發明涉及一種穩頻穩壓發電機，尤其適用于以輪船驅動力發電。本發明的特點是在普通穩壓發電機與轉速不恒定動力源之間增設一穩速器，在穩速器或在穩壓發電機輸出端取出與其轉速相關的電信號，以負反饋方式實時調整輸入到穩速器勵磁線圈中激磁電流的大小，從而實現穩速器輸出軸轉速的穩定。另外本發明采用增設永磁體或加外自動充電蓄電池或增設激磁發電機等方式為穩速器提供啟動所必須的激勵磁場。
文檔編號H02P9/04GK103107758SQ20111035644
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月11日 優先權日2011年11月11日
發明者許壽祥 申請人:許壽祥