CN107302270A - 发电机定子和发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发电机定子和发电机，其中，所述发电机定子包括由导线卷绕形成的至少两个线圈组，所述至少两个线圈组彼此独立，以形成彼此独立的电力输出。本发明的发电机定子可以应用于诸如铁路车辆等的转动部件的转速在大范围内变化的应用中，其可以产生不超出电负载和发电机的极限的安全输出，可以有效地防止发电机和控制装置过载。

Description

发电机定子和发电机
技术领域
本发明涉及发电机领域，具体地涉及发电机定子及包括该定子的发电机。
背景技术
传统的发电机通常使用单根导线来卷绕成发电机(单相输出发电机和/或三相输出发电机)的每相的线圈，因此，每相只有一个电功率输出，即单个电压/电流输出。由额外的控制装置，例如，印刷电路板(PCB)处理功率/电压/电流输出。
传统的发电机中的线圈构造的每相仅具有单个功率/电压/电流输出，这限制了铁路车辆中的发电机应用。在铁路车辆的发电机中，发电机由车辆中的转动部件(例如，轴、车轴)驱动。输出功率取决于转动部件的转速，转速越高，输出功率越大。
在铁路车辆应用中，车辆的速度可能是几十千米/小时至几百千米/每小时，发电机会产生宽范围的输出功率。因此，直接输出的功率/电压/电流在大范围内改变。
难以通过控制装置以恒定的方式处理该输出。通常，控制装置仅能处理相对小的输入电压变化。
尤其是在铁路车辆轴箱发电机中，输出功率可能超出负载极限，在这种情况下，需要特别复杂的功率管理方案来抑制功率产生，以保护发电机和控制装置。
发明内容
考虑到现有技术的上述缺陷，本发明提供一种能够应用在转动体的转速在大范围内变化的应用中的发电机定子和包括该定子的发电机。
本发明可以采用、但不限于下述方案。
本发明提供一种发电机定子，其中，所述发电机定子包括由导线卷绕形成的至少两个线圈组，所述至少两个线圈组彼此独立，以形成彼此独立的电力输出。
可选地，每个线圈组包括一个线圈，构成单相输出发电机的单相电力输出。
优选地，所述发电机定子还包括定子铁芯，所述至少两个线圈组卷绕同一定子铁芯。
可选地，每个线圈组包括三个线圈，构成三相输出发电机的三相电力输出。
优选地，所述发电机定子还包括定子铁芯，不同线圈组布置在同一定子铁芯的不同周向位置上。
可选地，所述发电机定子还包括定子铁芯，不同线圈组布置在同一定子铁芯的周向相同但径向不同的位置上。
可选地，所述发电机定子包括定子铁芯，不同线圈组分别布置在同一定子铁芯的不同轴向位置上；或者
所述发电机定子包括多个定子铁芯，不同线圈组分别布置在轴向上错开的不同定子铁芯上。
可选地，所述发电机定子包括多个定子铁芯，不同线圈组分别布置在沿径向看重叠但是径向尺寸不同的定子铁芯上。
本发明还提供一种发电机，其包括根据本发明的上述发电机定子。
可选地，所述发电机包括一个转子和共用该转子的多个定子。
优选地，所述发电机还包括控制单元和控制装置，不同线圈组的电力输出经由不同控制单元连接到同一控制装置，所述控制单元用于彼此独立地控制不同线圈组的连接至所述控制装置的电力输出的通断状态。
优选地，所述控制单元为开关，所述控制装置为整流稳压装置。
本发明的发电机定子可以应用于诸如铁路车辆等的转动部件的转速在大范围内变化的应用中，其可以产生不超出电负载和发电机的极限的安全输出，可以有效地防止发电机和控制装置过载。更具体地，可以根据转子的转速进行控制，在转子的转速在大范围变化的情况下，可以通过控制装置的控制仍产生相对稳定的功率输出。
附图说明
图1示出了根据现有技术的发电机定子的示意图。
图2示出了根据本发明的第一实施方式的发电机定子的示意图。
图3示出了根据现有技术的另一发电机定子的示意图。
图4示出了根据本发明的第二实施方式的发电机定子的示意图。
图5示出了根据本发明的第三实施方式的发电机定子的示意图。
图6示出了根据本发明的第四实施方式的发电机的示意图。
图7示出了根据本发明的第五实施方式的发电机的示意图。
图8示出了根据本发明的另一发电机的示意图。
图9示出了根据本发明的再一发电机的示意图。
附图标记说明
200 定子铁芯 100 线圈
201 定子铁芯 10 第一线圈 20 第二线圈 30 第三线圈
300、301、302 定子铁芯
900、901 转子401、402、403、404 定子
K1至K9 开关50、500 控制装置
具体实施方式
如图1所示，在根据现有技术的发电机定子中，在定子铁芯200中，由单根导线绕成发电机的一相线圈100。图1中示出了定子铁芯200中的部位X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7这七个位置的线圈。
在本发明中，如图2所示，在定子铁芯201中，两个或更多个未连接的导线一起卷绕以构成一相线圈(两个或更多个线圈组)，该两个或更多个导线(线圈)经受相同的磁通改变，产生相同相位的彼此独立的电输出。
具体地，在图2中示了三根未连接(彼此独立/彼此绝缘)的导线构成发电机的一相线圈，即可以在图1中的部位X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7分别布置第一线圈10、第二线圈20、第三线圈30(为清楚起见，图2中仅示出了部位X1、X3、X5、X7的线圈)。因此可以产生三个彼此独立的电输出。
线圈10、20、30可以具有相同的长度(相同的匝数)和/或线径，以产生相同的输出功率/电压/电流。或者，线圈10、20、30可以具有不同长度和/或线径，以产生不同的输出功率/电压/电流。
本发明的发电机定子可以应用于不同类型的发电机，即不仅可以应用于单相输出发电机，还可以应用于三相输出发电机。
图3示出了根据现有技术的一种三相输出发电机定子的示意图。如图3所示，在定子铁芯300中，A相、B相、C相线圈在定子铁芯300的周向上彼此隔开120度。在该定子的线圈构造中，可以采用星形接法，即A相、B相、C相线圈的一端分别产生A相输出、B相输出、C相输出，三个线圈的另一端、即A0、B0、C0点连接到一起，其公共点引出中性线。当然，在该定子的线圈构造中，还可以采用三角形接法。
在该定子的线圈构造中，A相线圈、B相线圈和C相线圈构成一个线圈组。
参照图4，在本发明的发电机定子的第二实施方式中包括两个线圈组。第一线圈组包括A相线圈、B相线圈和C相线圈，这三个线圈构成三相输出发电机的三相电力输出。第二线圈组包括A1相线圈、B1相线圈和C1相线圈，这三个线圈构成三相输出发电机的另一三相电力输出。两个三相电力输出是彼此独立的。第一线圈组和第二线圈组层叠缠绕在同一定子铁芯301上。
更具体地，除在如图3所示的位置布置A相、B相、C相线圈外，还在A相线圈的位置处层叠布置A1相线圈，在B相线圈的位置处层叠布置B1相线圈，在C相线圈的位置处层叠布置C1相线圈。A相线圈和A1相线圈、B相线圈和B1相线圈、C相线圈和C1相线圈分别未连接(彼此独立/彼此绝缘)。以星形接法为例，A0、B0、C0连接到一起并引出一个中性线，A10、B10、C10连接到一起并引出另一中性线。也就是，在该第二实施方式的定子中，引出两组三相输出(6个输出)。
如上所述，A相线圈和A1相线圈可以在定子铁芯301的同一周向位置，布置在径向上的不同位置。B相线圈和B1相线圈、C相线圈和C1相线圈也是如此。A1、B1、C1相线圈也在定子铁芯301的周向上彼此隔开120度。
参照图5，在本发明的发电机定子的第三实施方式中包括两个线圈组。第一线圈组包括A相线圈、B相线圈和C相线圈，这三个线圈构成三相输出发电机的三相电力输出。第二线圈组包括A1相线圈、B1相线圈和C1相线圈，这三个线圈构成三相输出发电机的另一三相电力输出。两个三相电力输出是彼此独立的。两个线圈组布置在同一定子铁芯302的不同周向位置上。
更具体地，除在如图3所示的位置布置A相、B相、C相线圈外，还在与A相线圈的位置在定子铁芯302的周向上错开的位置布置A1相线圈，在与B相线圈的位置在定子铁芯302的周向上错开的位置布置B1相线圈，在与C相线圈的位置在定子铁芯302的周向上错开的位置布置C1相线圈。A相线圈和A1相线圈、B相线圈和B1相线圈、C相线圈和C1相线圈分别未连接(彼此独立/彼此绝缘)。以星形接法为例，A0、B0、C0连接到一起并引出一个中性线，A10、B10、C10连接到一起并引出另一中性线。也就是，在该第三实施方式的线圈构造中，引出两组三相输出(6个输出)。
A1、B1、C1相线圈也在定子铁芯302的周向上彼此隔开120度。
当然，根据发电机的转子中磁极的数目，可以在定子铁芯的更多位置布置线圈。在图4和图5的实施方式中，可以通过改变线圈的组数来输出三组、四组或更多组三相输出(即，9、12或更多个输出)。并且，如图4和图5的所示的线圈构造可以组合使用。
简单地说，本发明可以理解为在一个定子中构造彼此独立的多组现有技术中的线圈，或者可以理解为本发明的一个发电机相当于现有技术中的多个发电机，该多个发电机共用一个转子，更进一步地，多个发电机的线圈共用一个定子铁芯。
参照图6，在根据本发明的第四实施方式的发电机中，两个定子401、402绕着同一转子900布置，定子401和402布置于转子900的不同轴向位置。定子401和402可以为现有技术中的定子，也可以是根据本发明的上述第一至第三实施方式的定子。定子401和402的输出彼此独立。在该发电机中，不同的线圈组分别布置在轴向上错开的不同定子铁芯上。
可以理解，也可以在同一定子铁芯的轴向上错开的位置布置不同线圈组。
参照图7，在根据本发明的第五实施方式的发电机中，两个定子403、404绕着同一转子900同心布置，并且定子404套在定子403上。定子403和404布置于转子900的同一轴向位置。定子403和404可以为现有技术中的定子，也可以是根据本发明的上述第一至第三实施方式的定子。定子403和404的输出彼此独立。在该发电机中，不同线圈组分别布置在沿径向看重叠但是径向尺寸不同的定子铁芯上。
图8示出了可以采用图2所示的定子的根据本发明的发电机的示意图。第一线圈10的一个输出经由开关K1连接到控制装置50，第二线圈20的一个输出经由开关K2连接到控制装置50，第三线圈30的一个输出经由开关30连接到控制装置50。在发电机的转子转速较大时，在第一至第三线圈10至30中产生的电流也较大，在该电流超出预定的阈值时，可以关闭开关K1、K2、K3中的一者或两者，以避免控制装置过载。特别地，该控制装置50可以为整流稳压装置。
图9示出了可以采用图4至7所示的定子的根据本发明的发电机的示意图。A相线圈的A相输出经由开关K4连接到控制装置500，B相线圈的B相输出经由开关K5连接到控制装置500，C相线圈的C相输出经由开关K6连接到控制装置500。类似地，A1、B1、C1相线圈的A1、B1、C1相输出分别经由开关K7、K8、K9连接到控制装置500。在发电机的转子转速较大时，在各相线圈中产生的电流也较大，在该电流超出预定的阈值时，可以关闭开关K4、K5、K6或者开关K7、K8、K9，以避免控制装置500过载。优选地，开关K4、K5、K6可以为一组同步开关，开关K7、K8、K9为另一组开步开关。这样，可以简化开关的开闭动作。特别地，该控制装置500也可以为整流稳压装置。
当然，本发明的发电机定子和发电机不限于应用于铁路车辆，其还可以应用于其它交通车辆和任何其它转动部件的转速在大范围内变化的应用中。
本发明的发电机定子可以应用于诸如铁路车辆等的转动部件的转速在大范围内变化的应用中，其可以产生不超出电负载和发电机的极限的安全输出，可以有效地防止发电机和控制装置过载。
本发明不限于上述具体实施方式，本领域技术人员在本发明的教导下可以对本发明作出各种改变或变型，而不脱离本发明的范围。

Claims (12)

1.一种发电机定子，其特征在于，所述发电机定子包括由导线卷绕形成的至少两个线圈组，所述至少两个线圈组彼此独立，以形成彼此独立的电力输出。
2.根据权利要求1所述的发电机定子，其特征在于，每个线圈组包括一个线圈，构成单相输出发电机的单相电力输出。
3.根据权利要求2所述的发电机定子，其特征在于，所述发电机定子还包括定子铁芯，所述至少两个线圈组卷绕同一定子铁芯。
4.根据权利要求1所述的发电机定子，其特征在于，每个线圈组包括三个线圈，构成三相输出发电机的三相电力输出。
5.根据权利要求4所述的发电机定子，其特征在于，所述发电机定子还包括定子铁芯，不同线圈组布置在同一定子铁芯的不同周向位置上。
6.根据权利要求4所述的发电机定子，其特征在于，所述发电机定子还包括定子铁芯，不同线圈组布置在同一定子铁芯的周向相同但径向不同的位置上。
7.根据权利要求1、2或4所述的发电机定子，其特征在于，
所述发电机定子包括定子铁芯，不同线圈组分别布置在同一定子铁芯的不同轴向位置上；或者
所述发电机定子包括多个定子铁芯，不同线圈组分别布置在轴向上错开的不同定子铁芯上。
8.根据权利要求1、2或4所述的发电机定子，其特征在于，所述发电机定子包括多个定子铁芯，不同线圈组分别布置在沿径向看重叠但是径向尺寸不同的定子铁芯上。
9.一种发电机，其特征在于，所述发电机包括权利要求1至8中的任一项所述的发电机定子。
10.根据权利要求9所述的发电机，其特征在于，所述发电机包括一个转子和共用该转子的多个定子。
11.根据权利要求9或10所述的发电机，其特征在于，所述发电机还包括控制单元和控制装置，不同线圈组的电力输出经由不同控制单元连接到同一控制装置，所述控制单元用于彼此独立地控制不同线圈组的连接至所述控制装置的电力输出的通断状态。
12.根据权利要求11所述的发电机，其特征在于，所述控制单元为开关，所述控制装置为整流稳压装置。
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