新一代直流发电机制造技术

本实用新型专利技术涉及一种新一代直流发电机。现有直流发电机输出电压有明显纹波、铁损大。为此，本新一代直流发电机包括转子、定子和电子换向器，转子上有p对磁极，定子铁芯的槽数为NS，定子绕组包括NS个线圈，所述线圈依次首尾相连，接成NS或NS/a边形的电枢内部环路，并引出NS或NS/a个绕组端，所述电子换向器包括NS或NS/a个桥臂电路，每个桥臂由两个二极管顺次串联而成，每个绕组端分别与一桥臂电路的中点相接，所有上桥臂二极管的负极、正极分别相互连接在一起，构成发电机的正、负输出端。本新一代直流发电机输出电压无明显纹波，具有调节方便、铁芯损耗小的优点，是现有直流发电机理想的换代产品。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种新一代直流发电机。
技术介绍
传统的直流发电机和电动机一样都是有维护复杂的机械换向部件(电刷和换向器)，近代已很少采用，实际上标准的三相同步发电机发出三相交流电经三相全波整流就可以提供不错的直流电源。所以通常所说的无刷直流发电机，往往是典型的三相交流同步发电机加上三相全波整流器的系统。近代的设计为了追求节能高效，则广泛采用转子为永磁体的结构，避免或节省了励磁绕组的铜损耗。这种直流发电系统有如下的不足1、三相全波整流后的直流电压仍有较明显的纹波；2、三相交流同步发电机的绕组电感或电枢反应起限制功率输出的作用，特别是电励磁情况下；3、转子采用永磁磁极时，调节复杂，在变速要求稳压的系统中只能采用主绕组斩波控制的方法来实现，主电路斩波控制使电路损耗加大， 系统成本增加；4、主电路斩波控制可保持直流输出电压稳定，但绕组内的反电势在高速时仍很高，提高了对绕组绝缘的要求，降低了系统的可靠性；5、在高速运行范围内伴随着反电势不断升高，定子铁芯损耗也显著增大，削弱了永磁电机节省励磁损耗及提高效率的作用。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是如何克服现有技术的上述缺陷，提供一种新一代直流发电机。为解决上述技术问题，新一代直流发电机技术方案(一)它包括转子、定子和换向器，定子包括定子铁芯、定子绕组、防护罩和端盖，转子上有P对磁极，定子铁芯的槽数为Ns，定子绕组包括Ns个线圈，且Ns > 5p，其特征在于所述线圈依次首尾相连，接成Ns边形的电枢内部环路，并引出Ns个绕组端，所述换向器为电子换向器，该电子换向器包括Ns个桥臂电路，每个桥臂由两个二极管顺次串联而成，每个绕组端分别与一个桥臂电路的中点相接，所有上桥臂二极管的负极相互连接在一起，构成发电机的正输出端；所有下桥臂二极管的正极相互连接在一起，构成发电机的负输出端，所述二极管为功率半导体二极管。新一代直流发电机技术方案(二)它包括转子、定子和换向器，定子包括定子铁芯、定子绕组、防护罩和端盖，转子上有P对磁极，定子铁芯的槽数为Ns，定子绕组包括Ns个线圈，且Ns > 5p，其特征在于定子绕组均分为a个绕组部分，每个绕组部分包括Ns/ a线圈，Ns/ a个线圈首尾相接成a个Ns / a边形，并联在一起后引出Ns/ a个绕组端，a为定子铁芯槽数Ns和磁极对数ρ的公约数， 所述换向器为电子换向器，该电子换向器包括Ns / a个桥臂电路，每个桥臂由两个二极管顺次串联而成，每个绕组端分别与一个桥臂电路的中点相接，所有上桥臂二极管的负极相互连接在一起，构成发电机的正输出端；所有下桥臂二极管的正极相互连接在一起，构成发电机的负输出端，所述二极管为功率半导体二极管，a为定子铁芯的槽数Ns和转子磁极对数P的公约数。在机械结构上，电子换向器可以和发电机本体做成一体，也可以做成一个独立的部件。如此设计，电子换向过程不需要外加信号控制，由绕组内部电路的反电势(EMF)组合决定整流桥电路中二极管的导通和截止，自动完成换向过程；Ns个电枢线圈在任一瞬间都可以分成对应于转子N极下和S极下各P个组，每一组为Ns / 2p个相邻线圈，它们EMF的极性相同，相邻组在相邻极下极性相反，总共构成2p 条电枢绕组内部并联支路，支路EMF的总和导致支路二端二极管导通向外输出直流电压和电流，转子旋转时，对应转子N极或S极下的电枢线圈不断改变，构成每一条支路的电枢绕组线圈跟着变化，电流换向过程自动完成。作为优化，所述转子的磁极为永磁磁极。作为优化，所述转子磁极为电励磁磁极。作为优化，其还包括励磁调节电路，该励磁调节电路包括指令输入单元、输出检测信号单元和功率放大单元，以上部件均与控制单元相连，功率放大单元又与电励磁磁极的励磁线圈相连。在机械结构上，励磁调节电路可以与电子换向器部件做成一体，也可以做成独立部件。作为优化，所述输出检测信号单元包括电压检测电路和/或电流检测电路和/或转速检测电路，以上部件均与控制单元相连。如此设计，可以根据发电机的输出量(如电压、 电流、功率)与给定值的比较来控制励磁绕组的电流，可以方便地调节或稳定发电机的输出量。本新一代直流发电机可输出无明显纹波的直流电，具有励磁调节简单、方便、成本低，定子铁芯损耗小的优点，是现有直流发电机理想的换代产品。以下结合附图对本新一代直流发电机作进一步说明附附图说明图1为本新一代直流发电机的总体结构示意图；附图2为本新一代直流发电机的转子冲片图；附图3为本新一代直流发电机的电枢绕组图；附图4为本新一代直流发电机的电枢绕组内部电路图；图5为本新一代直流发电机的电子换向器部件与电枢绕组各单元间的连接图；附图6为新一代直流发电机绕组1单元线圈的中心线与磁极中心线重合示意图；附图7为新一代直流发电机励磁调节电路原理框图。图1中1为前轴承；2为前端盖；3为定子；4为转子；5为后轴承；6为后端盖； 7为电刷和滑环组件；8为励磁调节电路；9为外部控制信号；10为电压电流等反馈信号；11 为电子换向器；12为绕组引出线。具体实施方式实施方式一如图1-7所示，新一代直流发电机包括转子4、定子3和换向器，定子3包括定子铁芯、定子绕组、防护罩和端盖，转子4上有四对磁极，定子铁芯的槽数为36，定子绕组包括36个线圈。定子绕组均分为4个绕组部分，每个绕组部分包括9NS/ a线圈，9 个线圈首尾相接成9边形，4个绕组部分(9边形)并联在一起后引出9个绕组端，如图4所示，依次标号为1、3、5、7、9、2、4、6和8如图3所示。所述换向器为电子换向器，该电子换向器包括9桥臂电路，每个桥臂由两个二极管顺次串联而成，每个绕组端分别与一个桥臂电路的中点相接，所有上桥臂二极管的负极相互连接在一起，构成发电机的正输出端；所有下桥臂二极管的正极相互连接在一起，构成发电机的负输出端，所述二极管为功率半导体二极管。每个绕组单元都有对应的电子换向半导体开关元件组，是接在发电机正负电压输出端之间的二极管半桥电路，共有9个半桥电路，9个绕组输出端接在相应半桥电路的中点，如图5所示。所述转子磁极为电励磁磁极，其铁芯由带极的电工钢冲片叠成。新一代直流发电机还包括励磁调节电路，该励磁调节电路包括指令输入单元、输出检测信号单元和功率放大单元，以上部件均与控制单元相连，功率放大单元又与电励磁磁极的励磁线圈相连。所述输出检测信号单元包括电压检测电路、电流检测电路和转速检测电路，以上部件均与控制单元相连。如果选用永磁磁极，则不需要励磁磁极及励磁调节电路。在电子换向器中，某一个上桥臂二极管导通时，相应绕组单元的电流通向发电机的正端输出，而某一下桥臂二极管导通时，则使相应绕组单元反向导通。二极管的导通与截止并不需要外加的讯号来控制，它是受二极管两端的电位差决定的，当二极管有正向电压降时便导通，有反向电压差时便截止。与电枢各绕组单元相连接的电子整流器……二极管电路，各个节点的电位分布由电枢绕组单元EMF分布决定，与各绕组单元与转子磁极的相对位置有关，所以电子整流器中二极管的导通与截止实质上仍是受转子位置讯号控制的， 是受磁极位置决定的EMF信号的组合来控制。电机旋转时电枢绕组是静止的，转子磁极是运动的。设在t时刻绕组1单元线圈的中心线与磁极中心线重合，如图6所示，这时1单元内EMF的本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种新一代直流发电机，包括转子、定子和换向器，定子包括定子铁芯、定子绕组、防护罩和端盖，转子上有ｐ对磁极，定子铁芯的槽数为ＮＳ，定子绕组包括ＮＳ　个线圈，且ＮＳ≥　５ｐ，其特征在于：所述线圈依次首尾相连，接成ＮＳ　边形的电枢内部环路，并引出ＮＳ　个绕组端，所述换向器为电子换向器，该电子换向器包括ＮＳ　个桥臂电路，每个桥臂由两个二极管顺次串联而成，每个绕组端分别与一个桥臂电路的中点相接，所有上桥臂二极管的负极相互连接在一起，构成发电机的正输出端；所有下桥臂二极管的正极相互连接在一起，构成发电机的负输出端，所述二极管为功率半导体二极管。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王宗培，陈敏祥，
申请(专利权)人：珠海运控电机有限公司，
类型：实用新型
国别省市：44