一种用于交流发电机的非周期励磁的制造方法
【专利摘要】本申请涉及一种用于发电的自激式交流发电机。该交流发电机包括定子，转子和励磁机。所述转子包括导体，所述导体通过铸造、焊接或紧固方式中的一种方式集成在所述转子中。励磁机包括产生静磁场的磁体和连接到轴上的可旋转导电构件，该可旋转导电构件还电连接至所述一个或多个导体。当可旋转导电构件在静磁场中旋转时，所述可旋转导电构件能够操作为输出直流电流到所述一个或多个导体上，从而激励发电机。
【专利说明】一种用于交流发电机的非周期励磁机
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种发电系统，更具体地说，本发明涉及交流发电机。
【背景技术】
[0002]交流发电机将机械能转换成交流电流形式的电能。通常情况下，交流发电机包括转子和定子。某些类型的交流发电机需要励磁，从而开始输出电能。在许多情况下，如在大型交流发电机中，励磁是由外部励磁机进行的。
[0003]励磁机可以采用发电机的形式。通常情况下，励磁机使用交流电发电机。这种发电机所产生的交流电流通常需要整流成直流电流以便在励磁中使用。当然，整流要求使用某种类型的整流器。能够处理高电流的整流器一般是昂贵的。
[0004]除了交流电发电机，另一种类型的发电机是同极发电机(例如，单极发电机、非周期发电机、圆盘发电机或法拉第圆盘)。同极发电机包括一个垂直于磁场旋转的导电圆盘或圆筒。作为旋转的结果，产生直流电流。虽然众所周知，但同极发电机并没有被广泛使用。
【发明内容】
[0005]在一个实施例中，本发明提供了一种用于发电的自激式交流发电机。该自激式交流发电机不由外部励磁机励磁，而是用该交流发电机内部包含的励磁机励磁。所述交流发电机还包括定子和转子。定子包括多个电枢线圈，以及电连接至所述多个电枢线圈的电输出端子。转子能够操作为在定子内旋转，所述转子包括轴，以及一个或多个导体，该导体能够操作为接收直流电流并在接收到所述直流电流时产生转子磁场。所述导体通过铸造、焊接或紧固方式中的一种方式集成在所述转子内。励磁机包括产生静磁场的磁体，以及连接到所述轴并电连接至所述一个或多个导体的可旋转导电构件。当该旋转导电构件在静磁场中旋转时，该旋转导电构件能够操作为输出直流电流到所述一个或多个导体。所述转子磁场在定子内的旋转产生经过所述多个电枢线圈的交流电流。交流电流通过所述电输出端子输出。
[0006]在另一个实施例中，本发明提供了一种交流发电机的自激方法。该方法包括产生静磁场；在静磁场内旋转可旋转导电构件；以及输出直流电流，所述直流电流作为在所述静磁场内旋转可旋转导电构件的结果而产生。所述方法还包括在安置在转子内的多个导体处接收所述直流电流；在定子内旋转转子，以产生旋转磁场；以及从定子输出交流电流。该交流电流作为旋转磁场的结果而产生。所述导体通过铸造、焊接或紧固方式中的一种方式安置在所述转子中。
[0007]本发明的其它方面将通过【具体实施方式】和附图而是显而易见的。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是根据本发明一个实施例的交流发电机的截面图。
[0009]图2是图1所示交流发电机的转子的截面图。
[0010]图3A是图1所示交流发电机的励磁机的一部分的前视图。
[0011]图3B是图3A所示的励磁机的后视图。
[0012]图4是根据本发明另一个实施例的交流发电机的截面图。
[0013]图5是图4所示交流发电机的励磁机的一部分的截面图。
【具体实施方式】
[0014]在对本发明的任何实施例进行详细说明之前，要理解的是，本发明并不局限于文中描述或图中所示的具体构造或部件布置。本发明能够有其他实施例并且其应用和实现方式是多样的。
[0015]图1所示是根据本发明一个实施例的交流发电机100。交流发电机100以交流电流的形式提供电能。交流发电机100包括定子105、转子110，以及励磁机115。
[0016]定子105包括多个定子电枢线圈120和电输出端子125。在一些实施例中，所述定子电枢线圈120由铜构成。在其他实施例中，所述定子电枢线圈由其他导电材料构成(例如铝，银等)。所述定子电枢线圈120能够操作为，在与旋转磁场相互作用时产生交流电流。端子125输出由定子电枢线圈120产生的交流电流。
[0017]转子110包括轴130和多个导体135。更具体地，在所示的实施例中，导体135是主磁场导体。所述轴130连接到机械能量源(如内燃机、涡轮蒸汽机、水车、风车等)。随着机械能量源提供旋转动力，转子110旋转。主磁场导体135允许电流(例如直流电流)绕转子极122流动，从而产生转子磁场。为了产生具有所需的磁场强度的转子磁场，主磁场导体135需要一个恒定的安培匝数(即,流经主磁场导体135的电流安培数乘以主磁场导体135围绕在转子110上的匝数)。
[0018]在一些实施例中，转子110还包括次级绕组(有时也称为阻尼绕组)。在这样的实施例中，主磁场导体135用于产生在定子105内旋转的磁场，而把次级绕组短路，用来减少定子105的输出中的谐波失真。在一些实施例中，二次绕组包含缠绕在转子110周围的导线，而主磁场导体135位于转子110内部。在另外一些实施例中，次级绕组被焊接到转子110 上。
[0019]在一个实施例中，主磁场导体135通过铸造方式集成到转子110中。在另一个实施例中，主磁场导体135通过熔融方式集成到转子110中(例如焊接)。在又一个实施例中，主磁场导体135通过紧固方式集成到转子110中，例如螺栓。
[0020]图2示出了转子110的前视图，转子110包括集成到转子110中的主磁场导体135。值得注意的是，主磁场导体135在转子中的集成可以通过多种方式中的一种实现。当使用铸造方式时，把包含有用于主磁场导体135的孔的冲压铁质圆盘或薄片堆叠在一起。堆叠的铁质圆盘放置在一个永久模具或压铸模中。然后把熔融的导电金属(例如铝、铜等)倒在或以其他方式(例如，在注塑成型过程中的压力下)引入模具中来制作主磁场导体135。
[0021]在另外一个实施例中，主磁场导体135通过焊接方式集成到转子110中。焊接方式包括堆叠铁质圆盘，铁质圆盘包含用于主磁场导体135的孔。把导电棒放进堆叠的铁质圆盘的孔中。在这样一个实施例中，接着在转子110的任一端部处把所述导电棒熔融到端部连接件。熔融的导电棒构成主磁场导体135。所述导电棒与所述端部连接件之间的电连接通过焊接完成。在又一个实施例中，所述导电棒紧固到端部连接件上以形成主磁场导体135。所述导电棒与所述端部连接件的电连接通过表面接触实现。
[0022]在运行中，定子105保持静止，而转子110在定子105中旋转。在转子110的主磁场导体135中流动的电流产生转子磁场，转子磁场相对于所述定子电枢线圈120旋转。定子105中的旋转的转子磁场产生经过所述定子电枢线圈120的时变电压。在所示的实施例中，该电压是交流电压。该电压通过端子125输出。负载电连接至端子12。负载电连接到端子125上时，产生感应电流。
[0023]主磁场导体135通过铸造/熔融/螺栓方式集成到转子110中并且环绕转子110的匝数相对较少。因此，为了产生感应出经过定子电枢线圈120的时变电流所需的转子磁场，流经主磁场的导体135的电流必须具有相对高的电流强度。传统的激励主磁场导体135的方法，如使用滑环或电刷，不能为主磁场导体135提供必要的电流。此外，无刷励磁系统需要大型昂贵的电子系统，包括整流部件。
[0024]图3A和3B分别示出了励磁机115的前视图和后视图。所述励磁机115为转子110的主磁场导体135供电。在一些实施例中，励磁机115为主磁场导体135提供的电实质上是直流电流，并且电流强度足以产生所需的转子磁场。在所示实施例中，励磁机115包括一个导电圆盘145、导磁载体150、导电轮缘160和场电流连接件165。圆盘145是导电盘。圆盘145电连接至所述轴130并与所述转子110 —起旋转。
[0025]导磁载体150包括固定部件170和旋转部件175。固定部件170保持静止。旋转部件175连接到轴130并且与圆盘145及转子110—起旋转。在一些实施例中，导磁载体150由铁构成。在其他实施例中，导磁载体150由其他导磁材料构成。在一些实施例中，导磁载体150包括载体磁场绕组。当直流电流通过该载体磁场绕组时，就会产生一个均匀的静磁场180。均匀的静磁场180在垂直于圆盘145且与轴139平行的方向上流经圆盘145。
[0026]导电轮缘160把圆盘145电连接至场电流连接件165。场电流连接件165进一步把圆盘145电连接至转子110的主磁场导体135。虽然图示中的场电流连接件165位于轴130的外面，但是在其他实施例中，场电流连接件165位于轴135的键槽内部。尽管图中未示出，场电流连接件165进一步将主磁场导体135电连接至圆盘145的中心，以提供完整的电路回路。
[0027]在运行中，当轴130旋转时，圆盘145在导磁载体150产生的均匀静磁场180中旋转。随着圆盘145在均匀静磁场180中旋转，就会产生从圆盘145的中心到圆周边的径向直流电流⑴。所述直流电流⑴从圆盘145中心传导至圆盘145的外边缘。电连接到圆盘145的外边缘的导电轮缘160将所述直流电流经场电流连接件165导向转子110的主磁场导体135。直流电流流经主磁场导体135，并回到圆盘145的中心，从而产生转子磁场。定子105内的旋转的转子磁场感应出通过电枢线圈120的电流。感应的电流作为交流电流经端子125输出。
[0028]图4和图5示出了根据本发明的另一实施例的交流发电机100。在该实施例中，交流发电机100包含一个导电鼓200,而不是圆盘145。在操作中，当导电鼓在均勻的静磁场180中旋转时，沿轴向长度上产生直流电流⑴。所述直流电流⑴从所述导电鼓200的第一端205传导至所述导电鼓200的第二端210。电连接到所述第二端210的导电轮缘215将所述直流电流经场电流连接件165导向转子110的主磁场导体135。所述直流电流流经主磁场导体135，并回到输入导电轮缘220。所述输入导电轮缘220电连接至所述导电鼓200的第一端205。
[0029]因此，本发明至少提供了一种用于产生电能的自激式交流发电机。本发明的全部技术特征和优势由权利要求书所限定。
【权利要求】
1.一种自激式交流发电机，其特征在于，包括:定子、转子和励磁机， 定子包括 多个电枢线圈，和 电连接到所述多个电枢线圈的电输出端子， 转子能够操作为在定子内旋转，所述转子包括 轴，和 一个或多个导体，所述一个或多个导体能够操作为，接收直流电流并在接收到所述直流电流时产生转子磁场，其中所述导体通过铸造、焊接或紧固方式中的一种方式集成在所述转子中； 励磁机，包括 产生静磁场的磁体,和 连接到所述轴上并电连接到所述一个或多个导体的可旋转导电构件，该可旋转导电构件能够操作为，当在所述静磁场中旋转时，输出直流电流到所述一个或多个导体上； 其中，所述转子磁场在所述定子内的旋转产生经过所述多个电枢线圈的交流电流，交流电流通过所述电输出端子输出。
2.根据权利要求1所述的自激式交流发电机，其特征在于，所述一个或多个导体是主磁场导体。
3.根据权利要求1所述的自激式交流发电机，其特征在于，所述自激式交流发电机还包括一个或多个阻尼绕组。
4.根据权利要求1所述的自激式交流发电机，其特征在于，所述可旋转导电构件是圆盘或鼓。
5.根据权利要求1所述的自激式交流发电机，其特征在于，所述磁体是电磁体或永磁体。
6.根据权利要求1所述的自激式交流发电机，其特征在于，所述磁体包括固定部分和旋转部分。
7.根据权利要求1所述的自激式交流发电机，其特征在于，所述自激式交流发电机还包括用于将所述可旋转导电构件电连接到所述一个或多个导体的场电流连接件。
8.根据权利要求5所述的自激式交流发电机，其特征在于，所述场电流连接件包含在所述轴的内部。
9.根据权利要求8所述的自激式交流发电机，其特征在于，所述自激式交流发电机还包括围绕所述可旋转导电构件的导电轮缘，该导电轮缘能够操作为，把所述可旋转导电构件电连接至所述一个或多个导体。
10.一种交流发电机的自激方法，所述方法包括: 产生静磁场； 在所述静磁场内旋转可旋转导电构件； 输出直流电流，该直流电流作为在所述静磁场内旋转可旋转导电构件的结果而产生； 在安置在转子内的多个导体处接收所述直流电流； 在定子内旋转所述转子，以产生旋转磁场；和 从所述定子输出交流电流，该交流电流作为所述旋转磁场的结果而产生； 其中所述导体通过铸造、焊接或紧固方式中的一种方式安置在所述转子中。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述可旋转导电构件是圆盘或鼓。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述可旋转导电构件通过导电轮缘和场电流连接件电连接至所述一个或多个导体。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述静磁场由电磁体或永磁体产生。
14.一种自激式交流发电机，其特征在于，包括:定子、转子和励磁机， 定子包括 多个电枢线圈，和 电连接到所述多个电枢线圈的电输出端子， 转子能够操作为在定子内旋转，所述转子包括 轴，和 一个或多个导体，每个导体能够操作为接收直流电流，响应于接收到直流电流产生转子磁场，并且每个导体通过铸造、焊接或紧固方式中的一种方式集成在所述转子中；和励磁机，包括产生静磁场的磁体,和 连接到所述轴上并电连接到所述一个或多个导体的可旋转导电构件，该可旋转导电构件能够操作为，当在所述静磁场中旋转时，输出直流电流到所述一个或多个导体上； 其中，所述转子磁场在所述定子内的旋转产生经过所述多个电枢线圈的交流电流，交流电流通过所述电输出端子输出。
15.根据权利要求14所述的自激式交流发电机，其特征在于，所述可旋转导电构件是圆盘或鼓。
16.根据权利要求14所述的自激式交流发电机，其特征在于，所述磁体是电磁体或永磁体。
17.根据权利要求14所述的自激式交流发电机，其特征在于，所述磁体包括固定部分和旋转部分。
18.根据权利要求14所述的自激式交流发电机，其特征在于，所述自激式交流发电机还包括用于将所述可旋转导电构件电连接到所述一个或多个导体的场电流连接件。
19.根据权利要求18所述的自激式交流发电机，其特征在于，所述场电流连接件包含在所述轴的内部。
20.根据权利要求14所述的自激式交流发电机，其特征在于，所述自激式交流发电机还包括围绕所述可旋转导电构件的导电轮缘，该导电轮缘能够操作为，把所述可旋转导电构件电连接至所述一个或多个导体。
21.根据权利要求14所述的自激式交流发电机，其特征在于，所述一个或多个导体是主磁场导体。
22.根据权利要求14所述的自激式交流发电机，其特征在于，所述自激式交流发电机还包括一个或多个阻尼绕组。
23.一种交流发电机的自激方法，所述方法包括: 产生静磁场； 在所述静磁场内旋转可旋转导电构件； 输出直流电流，该直流电流作为在所述静磁场内旋转可旋转导电构件的结果而产生； 将多个导体通过铸造、焊接或紧固方式中的一种方式安置在转子内； 在安置在转子内的多个导体处接收所述直流电流； 在定子内旋转所述转子，以产生旋转磁场；和 从所述定子输出交流电流，该交流电流作为所述旋转磁场的结果而产生。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，该方法还包括将所述可旋转导电构件配置为圆盘或鼓。
【文档编号】H02K7/20GK104426297SQ201410415423
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月21日 优先权日:2013年8月23日
【发明者】A·M·拉森 申请人:科勒公司