CN111769694A - 无刷同步发电机旋转整流装置及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安装在转子轴非驱动端的端面上的无刷同步发电机旋转整流装置及安装方法，装置包括垫圈、散热器、共阳极整流模块、共阴极整流模块、压敏模块和三根连接片，垫圈嵌入定位在散热器一端中，散热器另一端通过数根散热器连接螺钉固定在转子轴非驱动端的端面上。共阳极整流模块、共阴极整流模块上下对称地分别固定在散热器另一端上，压敏模块两端分别固定在共阳极整流模块一端和共阴极整流模块一端上。本发明的安装方法包括：1）安装两个整流模块，2）将散热器安装到转子轴的端头上，3）连接各接线端子并安装压敏模块。本发明解决了现有的旋转整流模块安装维护困难的问题，提高了功率密度和安装效率。

Description

无刷同步发电机旋转整流装置及安装方法

技术领域

本发明涉及一种发电机的整流装置，特别涉及一种同步发电机整流装置及安装方法，属于电机技术领域。

背景技术

无刷同步发电机广泛应用于电力和新能源领域，用作各类设备的不同功率和电压等级的电源。其主要由主发电机、励磁机和励磁系统三大部分构成，其中励磁机为转枢式发电机，主发电机为转场式发电机。当转子旋转后，励磁机转子发出交流电，为了能给主机转子提供直流电产生旋转磁场，则必须经过同轴旋转的旋转整流装置的整流。因此，旋转整流装置是无刷同步发电机的关键部件。现有的旋转整流装置安装在主机转子与励磁机转子之间，通过穿过引线圆环的螺栓，将6个各装有1个二极管的整流模块均布固定在转子轴的轮毂圆周面上。现有的旋转整流装置目前存在的主要缺陷如下：

1、安装维护困难：旋转整流模块出现故障需要更换时，需通过机座上的通风窗口进行操作，难易程度与发电机机座大小直接相关；对于结构紧凑的发电机，必须先抽出整个发电机转子才能进行更换，费时费力、维护效率很低。

2、易损坏发电机：无刷同步发电机在高速运行时，位于主机转子与励磁机转子之间的旋转整流装置的安装螺栓因疲劳或其他原因脱落时会破坏定子绕组绝缘，严重时可能导致发生烧毁无刷同步发电机的严重设备事故。

3、功率密度低：由于旋转整流模块安装在发电机机座内，导致其功率密度低。

4、整流模块寿命降低：安装在机座内的整流模块温度比环境温度高，难以散热降温，降低其使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种无刷同步发电机旋转整流装置及安装方法，以解决现有的旋转整流模块安装维护困难、功率密度低和寿命低等问题，进一步提高无刷同步发电机可靠性。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种无刷同步发电机旋转整流装置，所述无刷同步发电机旋转整流装置安装在转子轴非驱动端的端面上，包括垫圈、散热器、共阳极整流模块、共阴极整流模块、压敏模块和三根连接片，所述垫圈通过垫圈沉孔定位固定在转子轴非驱动端的端面凸台上，垫圈嵌入定位在散热器一端中，散热器另一端的多根散热片朝向转子轴非驱动端的端面，通过数根散热器连接螺钉固定在转子轴非驱动端的端面上；共阳极整流模块、共阴极整流模块上下对称地分别固定在散热器另一端端面上，压敏模块两端分别固定在共阳极整流模块一端和共阴极整流模块一端上。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。

进一步的，所述散热器一端径向设有多根平行设置的散热片，所述多根平行设置的散热片的中心开有散热器阶梯孔；垫圈一端抵靠在散热器阶梯孔中；散热器另一端为圆板，所述散热片的横截面为底部厚度大于外缘厚度的梯形。

进一步的，所述共阳极整流模块和共阴极整流模块的平面形状均为扇形，共阳极整流模块和共阴极整流模块分别固定各自对应的导热基板上；所述导热基板的平面形状亦为扇形，且导热基板的弧形展开长度分别大于共阳极整流模块的弧形长度和共阴极整流模块的弧形展开长度；成扇形间隔排列的数个接线柱分别垂直固定在共阳极整流模块和共阴极整流模块上；共阳极整流模块底部的导热基板两端和共阴极整流模块底部的导热基板两端分别通过整流模块安装螺钉固定在散热器另一端上。

进一步的，所述压敏模块两端分别与连接基板一端固定连接，连接基板另一端分别与共阳极整流模块一端的接线柱和共阴极整流模块一端对应位置的接线柱固定连接。

进一步的，铜材制成的连接片中部外凸，连接片两端分别连接共阳极整流模块和共阴极整流模块U端、V端和W端的同极性接线柱。

进一步的，圆筒形的防护盖覆盖住三块连接片、共阳极整流模块、共阴极整流模块、压敏模块和散热器。

一种无刷同步发电机旋转整流装置的安装方法，包括以下步骤：

1)安装前的准备

从转子轴孔引出的三相励磁电缆引线和2根主转子电缆引线分别包覆绝缘防护层并做成相应的U端接线端子、V端接线端子和W端接线端子，2根主转子电缆引线做成相应的F1端接线端子和F2端接线端子；

在导热基板表面上分别覆涂一层厚度为1mm涂硅脂；

在连接片中部外凸部分半迭包2层少胶云母后再半迭包1层涤纶带，并套入绝缘套管；

2）安装两个整流模块

分别将共阳极整流模块和共阴极整流模块垂直固定在对应的导热基板上，然后将共阳极整流模块底部的导热基板两端和共阴极整流模块模块底部的导热基板两端一上一下分别通过整流模块安装螺钉固定在散热器另一端的圆板上，再在整流模块安装螺钉和散热器另一端的圆板之间分别套入碟簧垫片，用扭矩扳手拧紧整流模块安装螺钉，使共阳极整流模块和共阴极整流模块上下对称地分别固定散热器另一端的圆板上；

3）将散热器安装到转子轴的端头上

将垫圈塞入散热器阶梯孔中，使垫圈一端定位在散热器阶梯孔中；然后将垫圈另一端的垫圈沉孔定位在转子轴非驱动端的端面凸台上；散热器连接螺钉分别依次穿过散热器的圆板和垫圈后拧紧，从而将垫圈、散热器、共阳极整流模块和共阴极整流模块分别固定在转子轴非驱动端的端面上；同时将从转子轴孔中引出的U端接线端子、V端接线端子和W端接线端子，F1端接线端子和F2端接线端子依次穿过垫圈中心孔和散热器阶梯孔；

4）连接各接线端子并安装压敏模块

先将U端接线端子、V端接线端子和W端接线端子的端头分别套在共阳极整流模块对应的接线柱上，将压敏模块两端的连接基板端头分别套在共阳极整流模块的F1端的接线柱和共阴极整流模块的F2端的接线柱上，还将F1端接线端子和F2端接线端子分别套在对应的F1端的接线柱和F2端的接线柱上，并将连接片一端分别压在共阳极整流模块U端接线端子、V端接线端子和W端接线端子上，连接片另一端分别压在共阴极整流模块同极性的接线柱上，然后先分别在各接线柱套上碟簧垫片，再分别将螺母拧紧在对应的接线柱端头上，螺母通过碟簧垫片分别压紧在共阳极整流模块和共阴极整流模块上，使得共阳极整流模块上的U端接线端子、V端接线端子和W端接线端子与共阴极整流模块上的对应的同极性的接线柱分别通过连接片固定短接；共阳极整流模块的F1端接线端子和压敏模块的连接基板一端固定在共阳极整流模块上，共阴极整流模块的F2端接线端子和压敏模块的连接基板另一端固定在共阴极整流模块上；最后将防护盖固定在在三块连接片、共阳极整流模块、共阴极整流模块、压敏模块和散热器外，完成无刷同步发电机旋转整流装置的安装。

本发明的无刷同步发电机旋转整流装置安装在转子轴非驱动端的端面上，只需取下防护盖，就能很方便地取下整流模块和压敏模块进行维修或更换。本发明将均布固定在转子轴的轮毂圆周面上6个整流模块集成为固定在散热器端面上下各装有3个二极管的共阳极整流模块和共阴极整流模块，整体性好，可靠性高。本发明在共阳极整流模块和共阴极整流模块增设了散热器，大大改善了整流模块的散热效果，延长了使用寿命。无刷同步发电机遇到特殊工况时，整流模块中会因产生过高的尖峰电压而损坏。为了吸收尖峰电压，本发明在整流模块输出的直流侧之间增设了压敏模块。为了获得更好的稳定性，共阳极整流模块和共阴极整流模块均采用压接式连接结构，共同组成三相全桥整流电路，为无刷同步发电机主转子提供了稳定可靠的直流励磁电源。本发明解决了现有的旋转整流模块安装维护困难的问题，降低了安装难度，提高了功率密度和安装效率。

本发明的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释，这些实施例，是参照附图仅作为例子给出的。

附图说明

图1是本发明安装在无刷同步发电机转子轴端头的结构图；

图2是图1的Ⅰ部放大图；

图3是图2的A向放大视图。

具体实施方式

下面结合附图和50kW、400V的无刷同步发电机的实施例对本发明作进一步说明。

安装本实施例的无刷同步发电机的结构如图1和图2所示，主转子20固定在转子轴10中部上，励磁机转子30固定在转子轴10的右端上，转子轴10两端分别支撑在壳体40两端外的轴承座50上，转子轴10左端端头连接原动机。本实施例安装在转子轴10非驱动端即右端端面上，靠近轴承座50，其包括垫圈1、散热器2、共阳极整流模块3、共阴极整流模块4、压敏模块5和三根连接片6，垫圈1通过其右端的垫圈沉孔11定位固定在转子轴10非驱动端的端面凸台101上，散热器2左端径向平行设置的多根散热片21朝向转子轴10非驱动端的端面，多根平行设置的散热片21的中心开有散热器阶梯孔211，垫圈1嵌入定位在散热器2中，其右端抵靠在散热器阶梯孔211中，通过4根散热器连接螺钉23固定在转子轴10非驱动端的端面上。散热器2右端为圆板22，散热片21的横截面为底部厚度大于外缘厚度的梯形，与现有矩形横截面的散热片相比，梯形横截面的散热片21增大了散热面积，旋转后具有更好的散热效果。

如图3所示，共阳极整流模块3、共阴极整流模块4的平面形状均为扇形，共阳极整流模块3和共阴极整流模块4分别固定各自对应的导热基板31上。导热基板31的平面形状亦为扇形，且导热基板31的弧形展开长度分别大于共阳极整流模块3的弧形长度和共阴极整流模块4的弧形展开长度，便于共阳极整流模块3和共阴极整流模块4通过各自底部的导热基板31固定在散热器2右端端面上。成扇形间隔排列的4个接线柱32分别垂直固定在共阳极整流模块3和共阴极整流模块4上。4个接线柱32中左侧间隔排列的3个接线柱32分别用于连接U端接线端子321、V端接线端子322和W端接线端子323，共阳极整流模块3和共阴极整流模块4上下对称设置，共阳极整流模块3底部的导热基板31两端和共阴极整流模块4底部的导热基板31两端分别通过整流模块安装螺钉33固定在散热器2右端的圆板23上。

压敏模块5两端分别与连接基板51一端固定连接，连接基板51另一端分别与共阳极整流模块3右端的接线柱32和共阴极整流模块4右端对应位置的接线柱32固定连接。

铜材制成的连接片6中部外凸，连接片6两端分别连接共阳极整流模块3和共阴极整流模块4的U端、V端和W端的同极性的接线柱32。

圆筒形的防护盖7固定在相邻的轴承座50一侧上，其覆盖住三块连接片6、共阳极整流模块3、共阴极整流模块4、压敏模块5和散热器2，防止发生万一因螺钉或散热片21 断裂飞出伤人的严重事故。

无刷同步发电机旋转整流装置的安装方法，包括以下步骤：

1)安装前的准备

从转子轴孔102引出的三相励磁电缆引线和2根主转子电缆引线分别包覆绝缘防护层并做成相应的U端接线端子321、V端接线端子322和W端接线端子323，2根主转子电缆引线做成相应的F1端接线端子501和F2端接线端子502。

在导热基板31表面上分别覆涂一层厚度为1mm涂硅脂。

在连接片6中部外凸部分半迭包2层少胶云母后再半迭包1层涤纶带，并套入绝缘套管。

2）安装两个整流模块

分别将共阳极整流模块3和共阴极整流模块4垂直固定在对应的导热基板31上，然后将共阳极整流模块3底部的导热基板31两端和共阴极整流模块模块4底部的导热基板31两端一上一下分别通过整流模块安装螺钉33固定在散热器2右端的圆板23上，再在整流模块安装螺钉33和圆板23之间分别套入碟簧垫片331，用扭矩扳手拧紧整流模块安装螺钉33，使共阳极整流模块3和共阴极整流模块4上下对称地分别固定散热器2右端的圆板23上。

3）将散热器2安装到转子轴10的端头上

将垫圈1塞入散热器阶梯孔23中，使垫圈1右端定位在散热器阶梯孔23中；然后将垫圈1左端的垫圈沉孔11定位在转子轴10非驱动端的端面凸台101上。散热器连接螺钉23分别依次穿过散热器的圆板和垫圈后拧紧，从而将垫圈1、散热器2、共阳极整流模块3和共阴极整流模块4分别固定在转子轴101非驱动端的端面上；同时将从转子轴孔101中引出的U端接线端子321、V端接线端子322和W端接线端子323，F1端接线端子501和F2端接线端子502依次穿过垫圈中心孔11和散热器阶梯孔23。

4）连接各接线端子并安装压敏模块5

先将U端接线端子321、V端接线端子322和W端接线端子323的端头分别套在共阳极整流模块3对应的接线柱32上，将压敏模块5两端的连接基板51端头套在分别套在共阳极整流模块3的F1端的接线柱32和共阴极整流模块4的F2端的接线柱32上，还将F1端接线端子501和F2端接线端子502的端头分别套在对应的F1端的接线柱和F2端的接线柱上，并将连接片6一端分别压在共阳极整流模块3的U端接线端子321、V端接线端子322和W端接线端子323上，另一端分别压在共阴极整流模块4同极性的接线柱32上。然后先分别在各接线柱32套上碟簧垫片331，再分别将螺母34拧紧在对应的接线柱32端头上，螺母34通过碟簧垫片331分别压紧在共阳极整流模块3和共阴极整流模块4上，碟簧垫片331使得共阳极整流模块3上的U端接线端子321、V端接线端子322和W端接线端子323与共阴极整流模块4上的对应的同极性的接线柱32分别通过连接片6固定连接。碟簧垫片331在压紧变形时产生了较大的预紧力，起到防松止动作用，确保各接线端子与对应接线端子的紧密连接。共阳极整流模块3的F1端接线端子91和压敏模块5的连接基板51一端固定在共阳极整流模块3上，共阴极整流模块4的F2端接线端子502和压敏模块5的连接基板51另一端固定在共阴极整流模块4上。最后将罩住三块连接片6、共阳极整流模块3、共阴极整流模块4、压敏模块5和散热器2的防护盖7固定在转子轴10右端的轴承座50的外侧，完成无刷同步发电机旋转整流装置的安装。

本实施例使得无刷同步发电机400V的压降仅为23.07%，满足电压降不大于25%的要求，便于推广应用。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种无刷同步发电机旋转整流装置，其特征在于，所述无刷同步发电机旋转整流装置安装在转子轴非驱动端的端面上，包括垫圈、散热器、共阳极整流模块、共阴极整流模块、压敏模块和三根连接片，所述垫圈通过垫圈沉孔定位固定在转子轴非驱动端的端面凸台上，散热器一端包容垫圈，散热器另一端的多根散热片朝向转子轴非驱动端的端面，通过数根散热器连接螺钉固定在转子轴非驱动端的端面上；共阳极整流模块、共阴极整流模块上下对称地分别固定在散热器另一端上，压敏模块两端分别固定在共阳极整流模块一端和共阴极整流模块一端上。

2.如权利要求1所述的无刷同步发电机旋转整流装置，其特征在于，所述散热器一端径向设有多根平行设置的散热片，所述多根平行设置的散热片的中心开有散热器阶梯孔；垫圈一端抵靠在散热器阶梯孔中；散热器另一端为圆板结构，所述散热片的横截面为底部厚度大于外缘厚度的梯形。

3.如权利要求1所述的无刷同步发电机旋转整流装置，其特征在于，所述共阳极整流模块和共阴极整流模块的平面形状均为扇形，共阳极整流模块和共阴极整流模块分别固定各自对应的导热基板上；所述导热基板的平面形状亦为扇形，且导热基板的弧形展开长度分别大于共阳极整流模块的弧形长度和共阴极整流模块的弧形展开长度；成扇形间隔排列的数个接线柱分别垂直固定在共阳极整流模块和共阴极整流模块上；共阳极整流模块底部的导热基板两端和共阴极整流模块底部的导热基板两端分别通过整流模块安装螺钉固定在散热器另一端上。

4.如权利要求1所述的无刷同步发电机旋转整流装置，其特征在于，所述压敏模块两端分别与连接基板一端固定连接，连接基板另一端分别与共阳极整流模块一端的接线柱和共阴极整流模块一端对应位置的接线柱固定连接。

5.如权利要求1所述的无刷同步发电机旋转整流装置，其特征在于，铜材制成的连接片中部外凸，连接片两端分别连接共阳极整流模块和共阴极整流模块U端、V端和W端同极性的接线柱。

6.如权利要求1所述的无刷同步发电机旋转整流装置，其特征在于，圆筒形的防护盖覆盖住三块连接片、共阳极整流模块、共阴极整流模块、压敏模块和散热器。

7.一种如权利要求1所述的无刷同步发电机旋转整流装置的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)安装前的准备

从转子轴孔引出的三相励磁电缆引线和2根主转子电缆引线分别包覆绝缘防护层并做成相应的U端接线端子、V端接线端子和W端接线端子，2根主转子电缆引线做成相应的F1端接线端子和F2端接线端子；

在导热基板表面上分别覆涂一层厚度为1mm涂硅脂；

在连接片中部外凸部分半迭包2层少胶云母后再半迭包1层涤纶带，并套入绝缘套管；

安装两个整流模块

分别将共阳极整流模块和共阴极整流模块垂直固定在对应的导热基板上，然后将共阳极整流模块底部的导热基板两端和共阴极整流模块模块底部的导热基板两端一上一下分别通过整流模块安装螺钉固定在散热器另一端的圆板上，再在整流模块安装螺钉和散热器另一端的圆板之间分别套入碟簧垫片，用扭矩扳手拧紧整流模块安装螺钉，使共阳极整流模块和共阴极整流模块上下对称地分别固定散热器另一端的圆板上；

将散热器安装到转子轴的端头上

将垫圈塞入散热器阶梯孔中，使垫圈一端定位在散热器阶梯孔中；然后将垫圈另一端的垫圈沉孔定位在转子轴非驱动端的端面凸台上；散热器连接螺钉分别依次穿过散热器的圆板和垫圈后拧紧，从而将垫圈、散热器、共阳极整流模块和共阴极整流模块分别固定在转子轴非驱动端的端面上；同时将从转子轴轴向孔中引出的U端接线端子、V端接线端子和W端接线端子，F1端接线端子和F2端接线端子依次穿过垫圈中心孔和散热器阶梯孔；

4）连接各接线端子并安装压敏模块

先将U端接线端子、V端接线端子和W端接线端子的端头分别套在共阳极整流模块对应的接线柱上，将压敏模块两端的连接基板端头分别套在共阳极整流模块的F1端的接线柱和共阴极整流模块的F2端的接线柱上，还将F1端接线端子和F2端接线端子分别套在对应的F1端的接线柱和F2端的接线柱上，并将连接片一端分别压在共阳极整流模块U端接线端子、V端接线端子和W端接线端子上，连接片另一端分别压在共阴极整流模块同极性的接线柱上，然后先分别在各接线柱套上碟簧垫片，再分别将螺母拧紧在对应的接线柱端头上，螺母通过碟簧垫片分别压紧在共阳极整流模块和共阴极整流模块上，使得共阳极整流模块上的U端接线端子、V端接线端子和W端接线端子与共阴极整流模块上的对应的同极性的接线柱分别通过连接片固定连接；共阳极整流模块的F1端接线端子和压敏模块的连接基板一端固定在共阳极整流模块上，共阴极整流模块的F2端接线端子和压敏模块的连接基板另一端固定在共阴极整流模块上；最后将防护盖固定在在三块连接片、共阳极整流模块、共阴极整流模块、压敏模块和散热器外，完成无刷同步发电机旋转整流装置的安装。

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