CN103107758A - 船用稳频稳压发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种稳频稳压发电机，尤其适用于以轮船驱动力发电。本发明的特点是在普通稳压发电机与转速不恒定动力源之间增设一稳速器，在稳速器或在稳压发电机输出端取出与其转速相关的电信号，以负反馈方式实时调整输入到稳速器励磁线圈中激磁电流的大小，从而实现稳速器输出轴转速的稳定。另外本发明采用增设永磁体或加外自动充电蓄电池或增设激磁发电机等方式为稳速器提供启动所必须的激励磁场。

Description

船用稳频稳压发电机

技术领域

本发明涉及船用发电机，尤其是一类无需外加电网电源直接以轮船驱动柴油机或水能、风能等为动力源发出电能的稳频稳压发电机。

背景技术

目前，轮船上均采用一个独立柴油发电机组来为船上用电设备提供电能，而该发电机组设备成本高，维护难度大，维护费用高。其实，轮船驱动柴油机本身就是一个巨大的动力源，所以，如能利用此主动力源来发电，将会节省大量设备投资和维护费用，但是，长期以来，由于驱动主柴油机的输出轴转速不固定，无法直接带动标准发电机发电，故现轮船上一直配备专用柴油发电机组。

发明内容

    本发明的目的在于提供一类新型的船用发电机，该发电机组中包括了新颖的稳速动力输出机构，该机构将轮船驱动主柴油机转速变化的动力输出转变为恒转速动力输出以保证普通发电机所发电能的电压和频率。

    为实现上述目的，本发明的技术方案是，选用自稳压发电机（永磁或励磁恒压）并配之以新设计的稳速器，稳压永磁发电机的动力轴与稳速器动力输出轴连动，稳速器动力输入轴直接与轮船驱动柴油机的动力输出轴相连动，从稳速器动力输出端或稳压永磁发电机输出端既取出与转速相关的电信号（频率或电压）又可取出供给稳速器励磁绕组激磁电流，而上述与转速相关的电信号和激磁电流均输入至稳速自动控制电路，经与该电路中标准信号比较，用其偏移值来调节控制激磁电流，然后将此受控激磁电流输送到稳速器的励磁线圈中，从而调节并稳定稳速器动力输出轴的转速，另外本发明技术方案中的另一突出特点是稳速器只需提供有足够的不同类别能量的动力源（水、风、化学、内燃机等）即可正常稳速传递功率，该稳速器的起动无需外加电网电源，而是通过设置永磁体或通过连接于稳速器输入端的激磁发电机或通过可自充电蓄电池来为稳速器提供起动和运行所需励磁磁场。

    在上述总体技术方案下，本发明给出了较为具体的技术方案，这些技术方案的共同特点是均由稳压（永磁式或励磁式）发电机和动力稳速器组成，发电机的动力轴与稳速器的输出轴连动，稳速器输入轴与轮船驱动柴油机或其它类似动力源的动力输出轴相连动，这些方案之间的区别在于：稳速器启动所需激励磁场的提供方式的不同以及提供给稳速器励磁线圈的受控激磁电流初始来源不同，现分述如下：

    技术方案一：稳速器由导磁体，机座，激磁并测速发电机，励磁绕组，输出轴，电枢，动力输入轴，齿极，磁钢，稳速自动控制电路等构成，电枢固定于动力输入轴上，齿极固定于输出轴上，导磁体固定于机座，励磁绕组套装在导磁体外围，在诸齿极外边缘表面设置有磁钢，在机座内对应于齿极磁钢位置旋转立面处嵌有一磁钢环，激磁并测速发电机的动力输入轴与稳速器输出轴相连动，激磁并测速发电机定子测速绕组的输出端接至稳速自动控制电路的检测信号输入端，激磁并测速发电机定子激磁绕组的输出端接至稳速自动控制电路的受控激磁回路，稳速自动控制电路输出的受控激磁电流输入至稳速励磁线圈。

技术方案二：稳速器由导磁体，机座，励磁绕组，输出轴，电枢，动力输入轴，齿极，磁钢，稳速自动控制电路等构成，电枢固定于动力输入轴上，齿极固定于输出轴上，导磁体固定于机座，励磁绕组套装在导磁体外围，在齿极外边缘表面设置有磁钢，在机座内对应于齿极磁钢旋转立面处嵌有磁钢环；稳压发电机输出端引出的一组转速检测信号（电压或频率）输入接至稳速自动控制电路的检测信号输入端，稳压发电机输出端引出的一组激磁电流接至稳速自动控制电路的受控激磁电流回路，稳速自动控制电路输出的受控激磁电流输入至稳速器励磁线圈。

技术方案三：稳速器由导磁体，机座，励磁绕组，输出轴，电枢，动力输入发电机，稳速自动控制电路等构成，电枢固定于动力输入轴上，轴上，导磁体固定于机座，励磁绕组套装在导磁体外围，启动激与稳速器的动力输入轴相连动，激磁发电机的电能输出端，接至稳速自动控制电路的受控激磁电流回路，稳压发电机的输出端引出一组与转速相关的电信号输入到稳速自动控制电路的检测信号输入端，稳速自动控制电路输出的受控激磁电流输入到稳速器的励磁线圈。

    技术方案四：稳速器由导磁体，机座，励磁绕组，输出轴，电枢，动力输入轴，齿极，测速发电机，激磁发电机，稳速自动控制电路等构成，电枢固定于动力输入轴上，齿极固定于输出轴上，导磁体固定于机座，励磁绕组套装在导磁体外围，测速发电机的转子轴与稳速器输出轴连动，激磁发电机的转子轴与稳速器动力输入轴连动，测速发电机的定子绕组的输出端接至稳速自动控制电路的被检测信号输入端，激磁发电机定子激磁绕组的输出端接至稳速自动控制电路的受控激磁回路，稳速自动控制电路输出的激磁电流输入至稳速器励磁线圈。

    技术方案五：稳速器由导磁体，机座，励磁绕组，输出轴，电枢，动力输入轴，齿极，蓄电池，稳速自动控制电路等构成，电枢固定于动力输入轴上，齿极固定于输出轴上，导磁体固定于机座，励磁绕组套装在导磁体外围，蓄电池的电能输出端接至稳速器的励磁线圈；稳压永磁发电机输出端引出的一组检测信号输入接至稳速自动控制电路的被检测信号输入端，稳压永磁发电机输出端引出的激磁电流接至稳速自动控制电路的受控激磁电流回路，稳速自动控制电路输出的激磁电流输入至稳速器励磁线圈，稳压永磁发电机输出端引出的激磁电流经整流电路接至蓄电池充电输入端。

    技术方案六：稳速器由导磁体，机座，励磁绕组，输出轴，电枢，动力输入轴，齿极，蓄电池，激磁并测速发电机，稳速自动控制电路等构成，电枢固定于动力输入轴上，齿极固定于输出轴上，导磁体固定于机座，励磁绕组套装在导磁体外围，蓄电池的电能输出端接至稳速器的励磁线圈，测速发电机的转子轴与稳速器输出轴相连动；激磁并测速发电机输出端引出检测信号输入至稳速自动控制电路的检测信号输入端，激磁并测速发电机输出端引出的激磁电流接至稳速自动控制电路的受控激磁电流回路，稳速自动控制电路输出的激磁电流输入至稳速器励磁线圈，激磁并测速发电机输出端引出的激磁电流经整流开关电路接至蓄电池

充电输入端。

本发明的优点是由于利用电磁感应式稳速器，实现发电机在无外加电网电源和动力源转速不恒定的情况下，配以稳压发电机，使发电机能获得稳频稳压输出的效果。特别适用动力源转速不稳定的场合，如作为船用发电机或用于水力发电等等。另外，方案一，方案四，方案六中的稳速器可以独立使用，作为一种能自动稳速，转速恒定的动力源，以满足其它多种负载的应用场合。

具体实施方式

    实施例一：本实施例是通过在诸齿极外边缘表面设置有磁钢，在机座内对应于齿极磁钢位置旋转立面处嵌有一磁钢环的方法取得稳速器起动所需激励磁场，并从连接于稳速器动力输出端的激磁、测速发电机电能输出端取出与转速相关的电信号和未经调控的激磁电流，在稳速自动控制电路中，用测速信号的大小方向来反馈调控激磁电流，再将已调控激磁电流送到稳速器的励磁线圈中，进而调控稳定稳速器动力输出轴的转速。

    在励磁线圈的励磁磁通回路中（由导磁体、励磁线圈、机座形成），根据要求，在齿极上嵌装一定质量的永磁体材料，并在机座对应齿极位置上嵌装永磁体环，从而在励磁线圈未获得励磁电流，稳速器在外动力的带动下旋转时，电枢与磁极（齿极）便产生了相对运动，电枢切割永磁体磁通而产生感应电动势，由于电枢是整块的铸钢件做成的，因而感应电动势在电枢内产生涡流，涡流在永磁体磁场中受力，产生电磁转矩，使从动部分即稳速器的输出轴顺着电枢的旋转方向旋转，该输出从动轴经过齿轮一定的增速比传动，带动励磁测速发电机旋转，输出交流励磁电压及与转速成正比的信号交流电压，这两部分交流电压经整流滤波后成为供励磁线圈励磁电压及与从动轴转速成正比关系的直流信号电压，当稳速自动控制电路即稳速自动控制电路通过检测直流转速信号电压与所设定的转速相应的基准电压相比较后，自动控制励磁线圈中励磁电流的升降，达到从动轴稳定在某一转速的目的。

    例如，激磁、测速发电机在0-3500转变化时，输出电压在0-35伏之间呈线性交化，当需要将转速设定在3000转时，对应测速发电机的电压即为30伏，当稳速器从动轴接有一定大小的负载运转时，由于励磁线圈中未有励磁电流所以从动轴的转速是低于所设定转速值的，稳速自动控制电路经检测转速直流信号电压与设定值相比较后控制电路控制向励磁线圈中提供励磁电流，在励磁电流的作用下产生一个与原永磁体磁场相一致的可控制磁场，磁场加强了原有的永磁体产生的磁场，控制励磁电流的大小，就可以控制从动部分的转速高低。励磁电流愈大，磁场越强，电枢感应电动势和涡流愈大，电磁转矩也愈大，转速就高，同样，励磁电流愈小，转速就愈低。当从动轴转速达到所设定值时，自动控制电路将控制稳定这一励磁电流跟踪控制，使输出轴具有稳定的转速输出。当负载的变化或动力输入轴转速变化引起从动轴转速发生变化时，稳速自控电路能及时的调整励磁电流稳定从动轴的转速输出。

    在本实施例中所给出的稳压永磁发电机是一项专利技术，它通过一个蜗轮蜗杆机构调节发电机定子与转子在轴向上的位置，从而调整发电机电能的输出，而蜗轮蜗杆调节定子位移量的大小取决于发电机输出电压偏离标准输出电压差值的大小，这一动态调节过程是通过一个常规的取样比较放大驱动电路来自动实时完成。该稳压永磁发电机中平衡弹簧的作用是抵消定子与转子之间的一部分吸引力，使得蜗轮蜗杆机构调节更为轻便，消耗的电能进一步减少。

    本实施例中，稳速器除带动稳压永磁发电机，使其发出稳压稳频的电能以外，该稳速器还能用于其它需要转速恒定动力源的场合。

    实施例二：本实施例同实施例一，也是在诸齿极外边缘表面设置有磁钢，在机座内对应于齿极磁钢位置旋转立面处嵌有一磁钢环的方法取得稳速器起动所需激励磁场，但本实例中不存在专用于提供激磁电流和测速信号的发电机，而是从稳压永磁发电机的输出端分出与转速相关的电信号和未经调控的激磁电流，并送到稳速自动控制电路即稳速自动控制电路中，该电路用测速信号的大小、方向来反馈跟踪调控激磁电流，再将已调控激磁电流送到稳速器的励磁线圈中，进而调控稳定稳速器动力输出轴的转速。

    本实施例稳速器稳速过程，稳压永磁发电机的稳压过程同实施例一，不再重复叙述。

    实施例三：本实施例在稳速器动力输入端设置激磁发电机，该发电机转子通过齿轮与稳速动力轴相连动，该发电机产生的激磁电流输入至稳速自动控制电路的受控激磁电流回路中，稳压永磁发电机输出端引出的一组与转子转速相关电信号输入至稳速自动控制电路的被检测信号输入端，稳速自动控制电路输出的激磁电流输入至稳速器励磁线圈，进而调控稳定稳速器动力输出轴的转速。

    本实施例稳速器的稳速过程，稳压永磁发电机的稳压过程类似实施例一，不

再重复叙述。

    实施例四：本实施例在稳速器动力输入端设置激磁发电机，当稳速器动力轴随动力源转动时，该激磁发电机转子也转动，为稳速器提供启动所需的激励磁场。在稳速器输出端设置测速发电机。测速发电机输出的与稳速器输出轴转速相关的电信号和激磁发电机输出的激磁电流均送至稳速自动控制电路，经该电路比较调节，输出一个受控激磁电流到稳速器的激磁线圈中，达到稳速目的。

    本实施例稳速器的稳速过程，稳压永磁发电机的稳压过程同实施例一，不再

重复叙述。

    实施例五：本实施例是通过增设一组蓄电池来为稳速器提供启动所需的基本励磁电流，而稳压永磁发电机输出引出一小部分电能经整流成为该蓄电池充电电流，使该蓄电池能长期不间断地使用。此外本实施例也是从稳压永磁发电机的输出端分出与转速相关的电信号和未经调控的激磁电流，并送到稳速自动控制电路中，该电路用测速信号的大小、方向来反馈跟踪调控激磁电流，再将已调控激磁电流送到稳速器的励磁线圈中，进而调控稳定稳速器动力输出轴的转速。

    当输入端动力开始工作工作，打开与蓄电池联接的变换器开关，此时蓄电池的电能经变换器把电压变换成与励磁线圈相匹配的电源向励磁线圈提供励磁电流，稳速开始输出，带动稳压发电机发电。在稳压发电机的输出中，取出一转速信号及激磁电源送入至稳速自动控制电路，此时，该电路与蓄电池同时向励磁线圈提供励磁电流。当信号达到一定值时，转换开关自动关闭，由蓄电池提供的那部分励磁电流完全改由稳压发电机经稳速自动控制电路提供，同时转换开关接通由稳压发电机向蓄电池自动充电的开关，充电达到一定值时，充电自行停止。稳速自动控制电路根据稳压发电机的转速信号来控制对线圈的励磁电流。

    本实施例稳速器的稳速过程，稳压永磁发电机的稳压过程同实施例一，不再重复叙述。

    实施例六：本实施例也是通过增设一组蓄电池来为稳速器提供启动所需的励磁电流，而稳压永磁发电机输出引出一小部分电能经整流成为该蓄电池充电电流，使该蓄电池能长期不间断地使用，此特点与实施例五相同，但本实施例在稳速器输出轴设置有测速并激磁发电机，从该发电机输出端取出与稳速器输出转速相关的电信号和未经调控的激磁电流，并送到稳速自动控制电路中，该电路用测速信号的大小、方向来反馈跟踪调控激磁电流，再将已调控激磁电流送到稳速器的励磁线圈中，进而调控稳定稳速器动力输出轴的转速。

    本实施例中蓄电池放电、充电过程同实施例五，稳速器的稳速过程，稳压永

磁发电机的稳压过程同实施例一，不再重复叙述。

    以上给出的六个实施例中，实施例一、四、六中的稳速器可以独立使用，作

为一种转速恒定动力源，可广泛应用于多种场合。 

Claims (6)

1.一种船用稳频稳压发电机，其特征在于：发电机和动力稳速器组成，稳压发电机的动力轴与稳速器的输出轴输入轴与轮船驱动柴油机动力输出轴相连动；由导磁体，机座，激磁并测速发电机，励磁绕组，输出轴，电枢，动力输入轴，齿极，永磁体，稳速自动控制电路等构成，电枢固定于动力输入轴上，齿极固定于输出轴上，导磁体固定于机座，励磁绕组套装在导磁体外围，在齿极外边缘表面设置有永磁体，在机座内对应于齿极上永磁体位置处嵌有永磁体环，激磁并测速发电机的转子输入轴与稳速器输出轴相连动；

    激磁并测速发电机定子测速绕组的输出端接至稳速自动控制电路的被检测信号输入端，激磁并测速发电机定子激磁绕组的输出端接至稳速自动控制电路的受控激磁回路。

2.  一种船用稳频稳压发电机，其特征在于：它由稳压发电机和动力稳速器组成，稳压发电机的动力轴与稳速器的输出轴连动，稳速器输入轴与轮船驱动柴油机动力输出轴相连动；

稳速器又由导磁体，机座，励磁绕组，输出轴，电枢，动力输入轴，齿极，磁钢，稳速自动控制电路等构成，电枢固定于动力输入轴上，齿极固定于输出轴上，导磁体固定于机座，励磁绕组套装在导磁体外围，在齿极外边缘表面设置有永磁体，在机座内对应于齿极上永磁体位置处嵌有永磁体环；稳压发电机输出端引出的一组检测信号输入接至稳速自动控制电路的被检测信号输入端，稳压发电机输出端引出的一组激磁电流接至稳速自动控制电路的受控激磁电流回路，稳速自动控制电路输出的激磁电流输入至稳速器励磁线圈。

3.  一种船用稳频稳压发电机，其特征在于：它由稳压发电机和动力稳速器组成，稳压发电机的动力轴与稳速器的输出轴连动，稳速器输入轴与轮船驱动柴油机动力输出轴相连动；稳速器又由导磁体，机座，励磁绕组，输出轴，电枢，动力输入轴，齿极，激磁发电机，稳速自动控制电路等构成，电枢固定于动力输入轴上，齿极固定于输出轴上，导磁体固定于机座，励磁绕组套装在导磁体外围，激磁发电机的动力输入轴与稳速器的动力输入轴相连动，激磁发电机的电能输出端接至稳速器的励磁线圈；

    稳压发电机输出端引出的一组检测信号输入接至稳速自动控制电路的被检测信号输入端，稳压发电机输出端引出的一组激磁电流接至稳速自动控制电路的受控激磁电流回路，稳速自动控制电路输出的激磁电流输入至稳速器励磁线圈。

4.一种船用稳频稳压发电机，其特征在于：

    它由稳压发电机和动力稳速器组成，稳压发电机的动力轴与稳速器的输出轴连动，稳速器输入轴与轮船驱动柴油机动力输出轴相连动；

    稳速器又由导磁体，机座，励磁绕组，输出轴，电枢，动力输入轴，齿极，测速发电机，激磁发电机，稳速自动控制电路等构成，电枢固定于动力输入轴上，齿极固定于输出轴上，导磁体固定于机座，励磁绕组套装在导磁体外围，测速发电机的转子轴与输出轴连动，激磁发电机的转子轴与动力输入轴连动；

测速发电机的定子绕组的输出端接至稳速自动控制电路的被检测信号输入端，激磁发电机定子激磁绕组的输出端接至稳速自动控制电路的受控激磁回路。

5.一种船用稳频稳压发电机，其特征在于：

和动力稳速器组成，稳压发电机的动力轴与稳速器的输出轴与轮船驱动柴油机动力输出轴相连动；体，机座，励磁绕组，输出轴，电枢，动力输入轴，齿极，蓄电池、稳速自动控制电路等构成，电枢固定于动力输入轴上，齿极固定于输出轴上，导磁体固定于机座，励磁绕组套装在导磁体外围，蓄电池的电能输出端接至稳速器的励磁线圈；

稳压发电机的输出端引出的一组检测信号输入接至稳速自动控制电路的被检测信号输出端，稳压电机输出端引出的激磁电流接至稳速自动控制电路的受控激磁电流回路，稳速自动控制电路输出的激磁电流输入至稳速器励磁线圈，稳压发电机输出端引出的激磁电流经整流电路接至蓄电池充电输入端。

6.一种船用稳频稳压发电机，其特征在于：

    它由稳压发电机和动力稳速器组成，稳压发电机的动力轴与稳速器的输出轴连动，稳速器输入轴与轮船驱动柴油机动力输出轴相连动；

    稳速器又由导磁体，机座，励磁绕组，输出轴，电枢，动力输入轴，齿极，蓄电池，激磁并测速发电机，稳速自动控制电路等构成，电枢固定于动力输入轴上，齿极固定于输出轴上，导磁体固定于机座，励磁绕组套装在导磁体外围，蓄电池的电能输出端接至稳速器的励磁线圈，激磁并测速发电机的转子轴与稳速器输出轴相连动；

    激磁并测速发电机定子测速绕组的输出端接至稳速自动控制电路的被检测信号输入端，激磁并测速发电机定子激磁绕组的输出端接至稳速自动控制电路的受控激磁回路，稳速自动控制电路的受控激磁电流输出端接至稳速器励磁线圈，激磁并测速发电机激磁电流输出端经整流开关电路接至蓄电池充电输入端。