專利名稱：恒磁自勵雙路調壓交流同步發電機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種同各種機動車輛及動力機械配套使用的發電設備。
現有機動車輛及動力機械配套使用的發電機有交流永磁式和他激式、并激式、串激式等多種形式。永磁式發電機雖可自勵發電，但輸出電壓隨發動機轉速變化而變化，無法自調；他激式發電機輸出電壓能夠自調。并能穩定在一定范圍內，但無蓄電池時無法啟勵發電特別是無蓄電池或蓄電池突然損壞時，發電機發不出電，不僅儀表、充電、照明無法工作，而且會因無電點火使汽油車無法發動。
為了解決以上問題，通常的做法是在他激發電機鐵芯上加進永磁鐵芯，在轉子的極爪間加進永磁塊，中國實用新型專利申請ZL94226402.9永磁自勵他激復合式發電機。這種技術解決方案不足之處在于為解決自勵問題相對比較工藝復雜，另外，勵磁控制系統仍然采用常規的控制的方法，對爪型轉子發電機自勵發電后，動態情況下的勵磁控制沒有相應的技術保證方案，用以保證發電機自勵發電后，在低速或高速的情況下動態輸出性能的相對穩定，及超低速運轉狀態下發電機有相應的負載能力。
本實用新型的目的是要提供一種恒磁自勵，并且具有自動調壓和主動調壓功能的恒磁自勵雙路調壓交流同步發電設備。它能有效的解決發電機在高速或低速工作狀態下，在保持標準電壓的同時，有相應的輸出負載能力，以適應多種應用領域的需要。
本實用新型恒磁自勵雙路調壓交流同步發電機是在目前機動車上廣泛使用的他激式發電機的基礎上改進設計的。本實用新型的技術解決方案體現在以下四個方面其一，用嵌入工藝將被磁化的硬磁物質嵌入體嵌入到爪型轉子各極面部位的嵌入槽中，使爪型轉子各極面部位能形成相對恒定的弱磁場，設置被磁化的硬磁物質嵌入體的作用在于解決爪型轉子發電機的自勵；其二，在發電機定子中，設置了同相位、不等壓的主發電繞組勵磁發電繞組，兩發電繞組同相位、不等壓設置于定子中，如同互感器的結構，由于勵磁發電繞組有隨主發電繞組外負載大小而電壓成比例自動升降的特性，所以設置同相位、不等壓主發電繞組勵磁發電繞組的作用在于利于動態下發電機勵磁電流的自動控制；其三，在勵磁電源供給回路中設置了單方向并聯電源電路，參照附圖5，該電路是由主發電繞組14的輸出線A1.B1.C1.接主整流橋5的交流輸入端，勵磁發電繞組15的輸出線A2.B2.C2.接副整橋4的交流輸入端，兩整流橋直流輸出的正極一端經結點34至電源正極并聯結點35，兩整流橋直流輸出的負極一端經結點30經結點31經二極管19經結點32至電源負極并聯結點33并聯后，組成了單方向并聯電源電路。該電路的作用在于保證發電機在低速狀態下自勵發電的同時有相應的負載能力；其四，在發電機勵磁控制回路中設置了雙路調壓系統，參照附圖5，所謂雙路調壓系統是由兩個閉合回路組成以勵磁發電繞組15為主的自動調壓回路，其結構是由勵磁發電繞組15的輸出線A2.B2.C2.接入副整流橋4的交流輸入端，副整流橋4的正極輸出線經結點34至電源正極并聯結點35，副整流橋4的負極輸出線經電源負極并聯結點33經結點36經勵磁繞組9至結點37，一路經調壓電阻27一路經電磁調壓器28的定動觸頭23經鐵芯25經結點39經結點38同調壓電阻27并聯后，接入電源正極并聯結點35組成了自動調壓閉合回路；以主發電繞組14為主的主動調壓回路，其電路結構是由主發電繞組14的輸出線A1.B1.C1.接入主整流橋5交流輸入端，主整流橋5正極輸出線經電源正極并聯結點35經結點38經結點39經降壓電阻26經電磁調壓器28的電磁線圈24出線接地，主整流橋5負極輸出線經結點30經結點40至接地點41組成的主動調壓閉合回路。該雙路調壓系統的作用在于發電機在高速負載狀態下，保證發電機勵磁電流供給反應速度快，在高速空載狀態下，保證發電機輸出電壓的穩定。從而達到了上述目的。
本實用新型由于采用簡單的嵌入工藝，將被磁化的硬磁物質嵌入體嵌入爪型轉子各極面部位，使爪型轉子發電機能夠可靠的自勵，如本實用新型用于機動車輛，線路及電器性能與原樣無異，不需做任何改動，具有無蓄電池可以行車，減少了用電設備的損壞。另外，由于本實用新型在發電機定子中設置了同相位、不等壓的發電繞組，在勵磁電源供給回路中設置了單方向并聯電源電路，在勵磁控制回路中設置了雙路調壓系統，使發電機在低速狀態下，在保證標準電壓的同時有相應的輸出負載能力，在高速負載及空載狀態下，發電機勵磁電流能夠自動調節，使發電機動態輸出性能穩定，因此本實用新型適用要求單位輸出功率高，使用轉數變動范圍大的各種機動車輛和動力機械配套，從而擴大爪型轉子發電機在多種領域的應用。
本實用新型的具體結構和工作原理由以下附圖及實施例給出。
附
圖1為本實用新型結構剖視圖附圖2附圖3為本實用新型被磁化的硬磁物質嵌入體嵌入爪型轉子各極面部位的方法示意圖附圖4為本實用新型定子嵌線及線聯結示意圖附圖5為本實用新型電控原理示意圖附圖6為本實用新型動態伏安特性曲線圖
以下結合附圖詳細說明依據本實用新型提出的恒磁自勵、自動調壓、主動調壓的具體細節及主要技術數據。
參照附圖1詳細說明本實用新型的具體結構。
該發電機包括轉子軸1、軸承2、集電環3、帶有被磁化的硬磁物質嵌入體20的爪型轉子8、勵磁繞組9、傳動端蓋10、風扇11、皮帶輪12、定子13、主發電繞組14、勵磁發電繞組15、整流端蓋7、主整流橋5、副整流橋4、二極管19、刷架16、碳刷22、輸出接線柱17、18、護罩6組成。該發電機的裝配方法，與常規裝配方法無異。
參照附圖2附圖3詳細說明本實用新型將被磁化的硬磁物質嵌入體嵌入爪型轉子各極面部位的工藝改造方法及主要技術數據。
在爪型轉子8的各極面部位順軸方向制成底邊大、上邊小的梯形槽42，梯形槽42空間體積為爪型轉子8的極爪體積的二十五分之一，其梯形槽42開口面積為爪型轉子8的極面面積的七分之一，將被磁化的硬磁物質嵌入體20制成略小于梯形槽42的梯形體，順軸方向插入梯形槽42中，以保證緊固配合，其外形為梯形的硬磁物嵌入體20上底表面同爪型轉子8各極面成平滑表面。
參照附圖4詳細說明本實用新型定子中兩發電繞組的嵌線和線聯結形式及主要技術數據。
該發電機定子嵌線形式為單層鏈式，節距為1-4，線聯結形式為兩路星型，其中，主發電繞組14所用漆包線線徑為1.12mm×3匝數9；勵磁發電繞組15所用漆包線線徑為0.72mm×1匝數7；定子13內徑為92mm；定子外徑為130mm；定子疊厚為25mm；定子槽數為36。該圖中實線聯結的繞組為主發電繞組14的輸出線A1.B1.C1.；虛線聯結的繞組為勵磁發電繞組15的輸出線A2.B2.C2.N1為主發電繞組14中性線；N2為勵磁發電繞組15中性線。
參照附圖5對本實用新型的三個主要電路作進一步的描述參照附圖5詳細說明本實用新型在定子13中同相位、不等壓設置的主發電繞組14勵磁發電繞組15的主要工作原理和作用。兩發電繞組同相位設置于定子13中，如同變壓器的結構，又如同互感器的結構，所以在發電機啟勵發電后，在兩繞組中會有同相位的感應電勢，在主發電繞組14外有負載電流的情況下，勵磁發電繞組15中除旋轉磁場提供的能量產生的電勢外，因具有互感式的作用，所以還有由主發電繞組14的電流所感應的互感電勢，該電勢的大小同主發電繞組14的電流大小成正比，此互感電勢同勵磁發電繞組15的旋轉磁場產生的電勢相疊加，使勵磁發電繞組15的輸出電壓明顯增高，為了使勵磁發電繞組15的輸出電壓同主發電繞組14的輸出電壓在動態負載狀態下，所需勵磁電流的大小成同步比例變化，所以，兩發電繞組為同相位、不等壓設置，勵磁發電繞組15的主要作用是提供一個隨發電機外負載的大小而電壓自動按比例升降的勵磁供給主電源，兩繞組同相位、不等壓設置的作用是利于動態下發電機勵磁電流的自動控制。
參照附圖5詳細說明本實用新型的單方向并聯電源電路的結構和作用及其工作原理。該電路是由主發電繞組14的輸出線A1.B1.C1.接主整流橋5的交流輸入端，勵磁發電繞組15的輸出線A2.B2.C2.接入副整流橋4的交流輸入端，兩整流橋的直流輸出的正極一端經結點34至電源正極并聯結點35，兩整流橋直流輸出的負極一端經結點30經結點31經二極管19經結點32至電源負極并聯結點33并聯后，組成了單方向并聯電源電路。單方向并聯電源電路的主要作用是保證發電機低速狀態下可靠的啟勵及保持發電機標準電壓的同時有相應的負載能力，單方向并聯電源電路的工作原理是發電機在低速運轉狀態下，因被磁化的硬磁物質嵌入體所建立的恒定弱磁場的作用，使主發電繞組14的輸出電壓高于勵磁發電繞組15的輸出電壓，在這種狀態下二極管19將主發電繞組14的輸出電源單方向并入由勵磁發電繞組15構成的勵磁發電主回路，使發電機在低速空載狀態下能可靠的啟勵發電；在發電機低速有載的狀態下，勵磁發電繞組15的輸出電壓會因主發電繞組14外負載電流增大而升高，當接近或等于主發電繞組的輸出電壓時，由電源負極并聯結點33和電源正極并聯結點35輸出相對功率大的電流供給勵磁回路用電，以保證發電機在低速負載狀態下對勵磁電流的需要；在發電機高速負載狀態下，因勵磁發電繞組15的輸出電壓高于主發電繞組14的輸出電壓，又因二極管19的同極阻斷特性，所以兩電源成為各自獨立的電源。
參照附圖5詳細說明本實用新型在勵磁控制回路中設置的雙路調壓系統的結構及其工作原理和作用。所謂雙路調壓系統是由兩個閉合回路組成以勵磁發電繞組15為主的自動調壓回路，其結構是由勵磁發電繞組15的輸出線A2.B2.C2.接入副整流橋4的交流輸入端，副整流橋4的正極輸出線經結點34至電源正極并聯結點35，副整流橋4的負極輸出線經電源負極并聯結點33經結點36經勵磁繞組9至結點37，一路經調壓電阻27一路經電磁調壓器28的定動觸頭23經鐵芯25經結點39經結點38同調壓電阻27并聯后，接入電源正極并聯結點35組成了自動調壓閉合回路；另外由主發電繞組14的輸出線A1.B1.C1.接入主整流橋5的交流輸入端，主整流橋5正極輸出線經電源正極并聯結點35經結點38經結點39經降壓電阻26經電磁調壓器28的電磁線圈24出線接地，主整流橋5負極輸出線經結點30經結點40至接地點41組成的主動調壓閉合回路；自動調壓閉合回路的工作原理是勵磁發電繞組15同主發電繞組14的同相位、不等壓設置，使其具有了互感式的作用，用勵磁發電繞組15作為主控單元，勵磁繞組9作為被控單元，由調壓電阻27電磁調壓器28的定動觸頭23鐵芯25及線路結點39、38至35組成閉合的勵磁回路，因為勵磁發電繞組15的電壓具有隨主發電繞組14外負載大小電壓自動按同步比例升降的特性，所以該電路就具有自動調壓功能；主動調壓閉合回路的工作原理是用電磁調壓器28的電磁線圈24接收發電機的輸出電壓信號，當發電機電壓信號較強時，電磁線圈24就會產生相應較強的電磁力，使電磁調壓器28的定動觸頭23分離，使自動調壓回路中的調壓電阻27由并聯轉為串聯于自動調壓回路中，使發電機輸出電壓下降至標準電壓，所以該電路具有利用發電機輸出電壓信號主動調解自動調壓回路中的電流，該雙路調壓系統的作用是使勵磁電源電壓不受發電機外負載所造成的主輸出電壓降的影響，在發電機低速空載狀態下可靠的啟勵，并具有相應的負載能力；在發電機高速負載的狀態下勵磁電流自動調節反應速度快；在發電機高速空載的狀態下能保持輸出電壓的穩定，調整電磁調壓器28的電壓整定彈簧29的拉力可整定發電機電壓。
參照附圖6詳細說明本實用新型的動態負載特性和空載穩壓特性。
經TQB-1型電器設備萬能試驗臺(西安開關廠生產)的動態檢測，發電機的空載穩壓特性在300(轉/分)、5000(轉/分)狀態下，電壓波動值不大于±5％；發電機動態負載特性在350(轉/分)可負載電流5A；在500(轉/分)可負載電流15A；在750(轉/分)可負載電流30A；在1000(轉/分)可負載電流50A；根據該數據繪制了動態伏安特性曲線附圖6。
下面給出本實施例的有關數據該發電機額定電壓12V；額定輸出電流50A其中該發電機的主整流橋5三相額定電流50A耐壓50V；副整流橋4三相額定電流4A耐壓50V；二級管19額定電流3A耐壓50V。
權利要求1.一種利用他激式發電機改進的恒磁自勵雙路調壓交流同步發電機，該發電機包括帶有被磁化的硬磁物質嵌入體(20)的爪型轉子(8)、定子(13)、主發電繞組(14)、勵磁發電繞組(15)、主整流橋(5)、副整流橋(4)、二極管(19)、勵磁繞組(9)、電磁調壓器(28)，其特征在于被磁化的硬磁物質嵌入體(20)嵌入爪型轉子(8)各極面部位的嵌入槽(42)中。
2.根據權利要求1所述的恒磁自勵雙路調壓交流同步發電機，其特征在于在定子(13)中設置了同相位、不等壓的主發電繞組(14)勵磁發電繞組(15)。
3.根據權利要求2所述的恒磁自勵雙路調壓交流同步發電機，其特征在于主發電繞組(14)的輸出線A1.B1.C1.接主整流橋(5)的交流輸入端，勵磁發電繞組(15)的輸出線A2.B2.C2.接副整流橋(4)的交流輸入端，兩整流橋直流輸出的正極一端經結點(34)至電源正極并聯結點(35)，兩整流橋直流輸出的負極一端經結點(30)經結點(31)，經二極管(19)經結點(32)至電源負極并聯結點(33)并聯，組成了單方向并聯電源電路。
4.根據權利要求2所述的恒磁自勵雙路調壓交流同步發電機，其特征在于勵磁發電繞組(15)的輸出線A2.B2.C2.接副整流橋(4)的交流輸入端，副整流橋(4)的正極輸出線經結點(34)至電源正極并聯結點(35)，副整流橋(4)的負極輸出線經電源負極并聯結點(33)經結點(36)經勵磁繞組(9)至結點(37)，一路經調壓電阻(27)一路經電磁調壓器(28)的定動觸頭(23)，經鐵芯(25)經結點(39)經結點(38)同調壓電阻(27)并聯后，接入電源正極并聯結點(35)組成了自動調壓閉合回路，另由主發電繞組(14)的輸出線A1.B1.C1.接入主整流橋(5)的交流輸入端，主整流橋(5)的正極輸出線經電源正極并聯結點(35)經結點(38)經結點(39)經降壓電阻(26)經電磁調壓器(28)的電磁線圈(24)出線接地，主整流橋(5)負極輸出線經結點(30)經結點(40)至接地點(41)，組成了主動調壓閉合回路，兩回路組成了雙路調壓系統。
專利摘要一種恒磁自勵雙路調壓交流同步發電機，特征在于采用嵌入工藝，將被磁化的硬磁物質嵌入體嵌入爪型轉子各極面部位，形成恒定弱磁場，以自勵，定子中設置同相位、不等壓主發電繞組、勵磁發電繞組，勵磁電源及勵磁控制回路中，設置單方向并聯電源電路、雙路調壓系統，使發電機在低速或高速狀態下有發電負載能力且動態輸出性能穩定，適合各種機動車輛、動力機械配套，適用風力、水力發電，其結構原理適用超低速發電機變頻發電機的制造。
文檔編號H02K19/16GK2231833SQ95209978
公開日1996年7月24日 申請日期1995年4月25日 優先權日1995年4月25日
發明者李宏亮 申請人:李宏亮