在交流发电机中提供励磁电流的桥式整流器的结构和装配

摘要

将一种用于常规三相交流发电机的整流模块组件构成两个月牙的整流模块,以使该整流组件可直接装配到励磁转子的外壳。正和负整流模块导热,以使励磁转子本身可起到整流模块组件的散热片的作用。该整流模块组件占据发电机轴和励磁转子线圈之间的空间并围绕发电机轴。

说明书

本发明一般涉及其中从装配在发电机转轴上或邻近的功率整流器模块获得发电机主绕组的直流励磁电流的交流发电机。特别是，本发明涉及在三相交流发电机中用于提供主绕组励磁电流的桥式整流器组件的新结构和装配。

旋转磁场交流(AC)发电机在本领域中是熟知的。它们用来产生单相或三相交流输出电压。在一个典型的三相交流发电机中，由缠绕在装配到发电机轴上的励磁转子上的励磁线圈对发电机主绕组励磁。励磁绕组激励励磁电枢或转子。然后在整流电路中对励磁转子的输出整流以产生直流电压。从整流器输出的直流电流用来对发电机主绕组励磁。然后发电机主绕组的旋转在发电机定子中感应交流电压。

现有技术中用来将交流励磁机输出转换成供发电机的主绕组使用的直流电流的整流器电路是每相使用两个二极管的全波电桥。另外，这种全波桥式整流电路一般以两种方式构成。在一种结构中，六个整流器中的每一个是与一个浪涌保护器组合的分离器件。六个二极管装配在分开的散热片上，然后连到发电机的转轴。然后，诸如齐纳二极管之类的浪涌抑制器并联在整流电路的直流输出端。

在第二种结构中，整流电路包括装配在一个电路板上的六个整流二极管管芯和一个浪涌抑制器，然后以常规方式封装形成一集成器件。然后将功率整流模块装配在一个散热片上或直接装配到发电机轴上。

这种典型现有技术的整流器结构和装配布局具有许多缺陷。在上述第一种结构中，每个分离的整流二极管需要一个单独的散热片，因此布线较多。上述第二种结构仅需要一个散热片并因此减少了布线以及整流模块的成本。

然而，即使是第二种结构也会使作为整体的交流发电机明显增加成本。如果二极管整流模块装配在励磁转子外部，它必须连到一个散热片。然后，将散热片拧入一个装配在发电机轴上的金属垫圈中，将励磁铁心压向一个轴肩。如果二极管整流模块装配在励磁转子内侧，二极管模块将拧入发电机轴。然而，为允许这种类型的连接，必须对轴进行机加工以提供一平坦区并开孔以容纳装配螺钉，机加工一个平坦区和对轴开孔是一种较昂贵的操作。

最后，现有技术中采用的整流模块结构和装配技术要求延长发电机轴以便在轴上容纳模块的装配并且增加了平衡转子本身的难度。

据信过去其他人已尝试过在一个围绕轴的环形布局中布置整流模块组件的六个二极管以减小所占用的空间。然而，申请人相信部分是由于在二极管组件中产生的过热使这些尝试未能成功。

因此，需要一种低成本的用于对交流发电机的主绕组励磁的整流组件的结构和装配，这种结构和装配减小轴的长度、取消对轴的机加工操作、并使其更便于平衡转子。

在本发明的整流模块的新结构和装配中，六个二极管电连接以形成一个具有常规布局的三相全波桥式整流器。在一个优选实施例中，二极管分成两组，每组三个，以形成分开的正和负整流模块。对于每个正和负整流模块，二极管装配到一个月牙形的铜装配板上。在板的表面里提供接线端子以提供从励磁转子中相应相的线圈到每个整流二极管对的公共连接点的连接点，以及正和负直流输出端子。正整流模块最好包括诸如齐纳二极管之类的固态瞬态电压抑制器。

然后由装配螺钉将正和负整流模块直接连接到励磁转子的叠片上，定位在轴和转子线圈之间。正确定位的正和负整流模块形成一个环绕发电机轴的中央开口。励磁转子的叠片可因此作为散热片，从整流模块组件引走破坏性的热量。

图1是三相交流发电机中使用的转子和轴组件的侧视截面图，示出绕发电机轴定位的励磁转子，其中去掉了励磁定子。

图2是沿图1B-B线的转子和轴组件的端视图，示出了装配到励磁转子外壳的本发明的整流模块组件。

图3是本发明整流模块组件的正整流模块的放大平面图。

图4是图3的正整流模块的侧视图。

图5是本发明整流模块组件的负整流模块的放大平面图。

图6是图5的负整流模块的侧视图。

图7是三相交流发电机中本发明的整流模块组件的电路示意图。

图7是结合其它常规三相交流发电机安装的整流模块电元件的示意图。在所示的一种典型旋转磁场交流发电机中，励磁绕组线圈20激励励磁电枢或转子22。在图7中，转子22三个分离的相线圈以每个线圈的一端连接到一个公共的中性点的常规的Y形方式连接。每相线圈的另一端连接到常规全波桥式整流电路分离的分支，每个分支包括两个串联的整流二极管。因此，如图7所见，第一励磁转子相位引线34被连接到整流二极管13c和15c之间的公共结点18。以相同方式，第二励磁转子相位引线35被连接到整流二极管13b和15b之间的公共结点17。最后，第三励磁转子相位引线36被连接到整流二极管13a和15a之间的公共结点16。

在本发明的优选实施例中，二极管15a、15b、和15c机械地一起装配在负整流模块14中，并将二极管15a、15b、和15c的阴极连接到公用整流器负输出端29。整流二极管13a、13b、和13c机械地一起装配在正整流模块12中，并将它们各自的阳极连接到公用整流器正输出端25。另外，在整流模块组件的优选实施例中，诸如齐纳二极管之类的浪涌抑制器件26机械地装配在正整流模块12中并作为其一部分，并分别跨接在整流器的正和负输出两端25和29。

因此，包括正整流模块12和负整流模块14的整流模块组件跨在两输出端25和29产生直流输出电压以便为发电机主绕组28提供励磁电流。该励磁电流又在发电机的定子30中感应电压，这在本领域的技术人员中是熟知的。

图3、4、5和6分别说明本发明的整流模块组件的正和负整流模块12和14的机械结构。首先看图3和4，将装配板9制成基本为月牙或半圆柱形，该装配板最好是镀锡的铜。整流二极管13a、13b、和13c(未示出)以常规方式装配到装配板9内部，并使二极管13a、13b、和13c的阳极电连接到对应的第一、第二、和第三交流输入端16a、17a、和18a。整流器正输出端25也装配到正整流模块12的装配板9。绝缘体6使端子16a、17a、18a、和25的金属端部分与装配板9电绝缘。另外，设置端子27用于完成与浪涌保护器26负端的电连接，浪涌保护器26同样在正整流模块12的装配板9内部。当然，在装配板9的内部，整流二极管13a、13b、和13c的阳极电连接在一起，并引出到整流器正输出端25。二极管13a、13b、和13c的阴极分别连接到装配板9上的整流器输入端16a、17a、和18a。最后，设置装配孔7，可使正整流模块12拧入或用螺栓装配到励磁转子外壳上，如下所述。

现在参看图5和6，可以看出，负整流模块14的机械结构非常相似。装配板11构成正整流模块12的装配板9的镜像，以便当正和负整流模块12和14排列在一起时，它们基本形成一个圆形或圆柱形。在装配板11的顶部或外表面设置第一、第二和第三整流交流输入端16b、17b、和18b，以便提供到内部装配的整流二极管15a、15b、和15c的阳极的布线连接。整流器负输出端29也穿过装配板11装配。绝缘体6使交流输入端16b、17b、18b，和输出端29与最好也是镀锡铜制成的导电装配板11电绝缘。装配板11内部是实际的整流二极管15a、15b、和15c，它们的相应阴极相互电连接并连接到负输出端29。穿过装配板11的装配孔7提供如下所述的将负整流模块14连到励磁转子外壳的装置。

图1和2示出本发明的整流模块组件到其它的常规交流发电机的新颖的安装和装配。发电机的轴42被支撑在带有以40部分地示出的冷却风扇的发电机外壳或框架(未示出)内，并由轴承41支撑。还示出了一个常规发电机转子组件43。如现有技术中公知的，但未在图1中示出，发电机定子组件(图7中表示为30)应围绕转子组件43。发电机转子组件43将包括围绕构成发电机主绕组28的转子铁心的一组线圈。在轴42的相对端是发电机励磁机。在图1中，为简化起见，仅示出励磁转子的外壳45。另外，布线套管47包住了主绕组的正和负引线31和32，以使主绕组28可电连接到整流模块组件的正和负输出端25和29。用电缆系线48或其它常规固连装置将布线套管47紧固在轴42上。

图2是图1的交流发电机部分组件从轴的励磁端看去的端视图，并进一步示出了励磁转子和整流模块组件的安装。正和负整流模块12和14已拧入励磁转子外壳45的侧面或端部，或直接拧入励磁转子叠片。进行该连接以使正和负整流模块12和14与转子的金属部分之间良好导热是很重要的。这样可使励磁转子起到整流模块组件的散热片的作用。为改善从整流模块组件到转子外壳的热传递，可在装配板11的下表面和外壳45之间使用导热膏以接通因金属表面的缺陷留下的任何空气隙。在本申请中运用设在马萨诸塞州Wolburn的Chomerics公司的被称为CHO-THERM1641的膏剂。

在励磁转子外壳中机加工或保留一个开槽口以便布线套管47通过。如图2所见，这样可使主绕组的正和负引线31和32通过励磁转子外壳45并如图所示连接到整流器正和负输出端25和29。

布线引线33将浪涌保护器端子27连接到整流模块组件负输出端29。第一、第二、和第三励磁转子相位引线34、35、和36被如图所示机械和电连接到交流输入端16a、16b、17a、17b、18a、和18b，使励磁转子和全波电桥的单个二极管之间完全连接。连接器引线37、38、和39完成二极管13a、13b、和13c的阴极与对应的二极管15a、15b、和15c的阳极之间的电连接，以完成桥式整流电路。

因此，单个整流二极管模块12和14的月牙形结构允许整流模块组件直接装配在轴42和励磁转子线圈之间励磁转子的外壳45上。这样产生几个有利结果，包括：减小了发电机轴42的总长度；消除了为整流器组件使用分离散热片的需求；消除了对轴42的额外机加工步骤；并使其更便于平衡转子。

因此，虽然已描述了用于在交流发电机中提供励磁电流的改进的桥式整流器结构和装配的本发明的特定实施例，除所附权利要求陈述之外，不意味着这种参考构成对本发明范围的限定。