CN112787469A - 一种内燃机驱动的变频发电机组集成系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内燃机驱动的变频发电机组集成系统，包括永磁发电机和逆变器装置，永磁发电机定子上绕组线圈均为三相绕组线圈，逆变器装置包括AC‑DC整流稳压单元、DC‑AC变频逆变单元、DC‑DC转换单元和控制单元，AC‑DC整流稳压单元输入端与永磁发电机定子的三相绕组线圈连接，AC‑DC整流稳压单元第一输出端与DC‑AC变频逆变单元连接，第二输出端与DC‑DC转换单元连接，DC‑DC转换单元将AC‑DC整流稳压单元整流后的直流电源转换为不同电压的多路直流电源给控制单元供电和直接输出。本系统将永磁发电机定子上所有绕组线圈设为三相绕组线圈而无辅助电源绕组线圈，简化了永磁发电机定子生产工艺，提高了永磁发电机功率密度利用率，相同功率永磁发电机体积更小、重量更轻且成本更低。

Description

一种内燃机驱动的变频发电机组集成系统
技术领域
本发明涉及以内燃机驱动的变频发电机组技术领域，具体涉及一种内燃机驱动的变频发电机组集成系统。
背景技术
请参考图4和图5所示，现有内燃机驱动的变频发电机组上匹配了永磁发电机、DC12V输出电源、点火器系统以及逆变器装置。其中，DC12V输出电源需要永磁发电机独立的直流供电绕组线圈11提供能量(100W)，点火器系统需要永磁发电机独立的点火供电绕组线圈12提供工作电源(5～10W)，逆变器装置需要永磁发电机独立的逆变供电绕组线圈13提工作电源(5～10W)，即在永磁发电机定子上需要设置三路独立的辅助电源绕组线圈，来分别给DC12V输出电源、点火器系统和逆变器装置提供工作电源。
但是，本发明的发明人经过研究发现，目前由于需要在永磁发电机定子上设置三路独立的辅助电源绕组线圈来分别给DC12V输出提供电源、点火器系统和逆变器装置提供工作电源，使得永磁发电机定子上绕组线圈独立路数较多，由此会导致永磁发电机定子在绕线时生产工艺复杂，永磁发电机定子三相绕组线圈14发电功率得不到有效的利用，因而永磁发电机的功率密度利用率低。
发明内容
针对现有永磁发电机定子上需要设置三路独立的辅助电源绕组线圈来分别给DC12V输出提供电源、点火器系统和逆变器装置提供工作电源，使得永磁发电机定子上绕组线圈独立路数较多，由此会导致永磁发电机定子绕线生产工艺复杂，永磁发电机定子三相供电绕组线圈发电功率得不到有效的利用，因而永磁发电机功率密度利用率低的技术问题，本发明提供一种内燃机驱动的变频发电机组集成系统。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种内燃机驱动的变频发电机组集成系统，包括永磁发电机和逆变器装置，所述永磁发电机包括间隙配合设置的永磁发电机定子和永磁发电机转子，所述永磁发电机定子上的绕组线圈均为三相绕组线圈，所述逆变器装置包括AC-DC整流稳压单元、DC-AC变频逆变单元、DC-DC转换单元和控制单元，所述AC-DC整流稳压单元的输入端与永磁发电机定子的三相绕组线圈连接，所述AC-DC整流稳压单元的第一输出端与DC-AC变频逆变单元连接，所述DC-AC变频逆变单元用于将AC-DC整流稳压单元整流后的第一直流电源逆变后输出交流电，所述AC-DC整流稳压单元的第二输出端与DC-DC转换单元连接，所述DC-DC转换单元用于将AC-DC整流稳压单元整流后的第二直流电源转换后获得不同电压的多路直流电源，所述多路直流电源用于给控制单元供电和直接输出直流电。
进一步，所述控制单元包括逆变控制单元、油门控制单元、风门控制单元和点火器控制单元，所述DC-DC转换单元用于将AC-DC整流稳压单元整流后的第二直流电源转换后获得四路不同电压的直流电源分别给对应控制单元供电。
与现有技术相比，本发明提供的内燃机驱动的变频发电机组集成系统，通过将永磁发电机定子上的绕组线圈全部设置成三相绕组线圈，取消了三相绕组线圈以外的其它独立供电绕组线圈，即永磁发电机定子上再无独立的辅助电源绕组线圈，由此简化了永磁发电机定子绕线生产工艺，生产效率得到大幅度提升；由于永磁发电机定子的所有绕组线圈均为三相绕组，在不改变永磁发电机体积及不增加额外成本的条件下，其发电功率得到大幅提升，提高了永磁发电机的功率密度利用率，同等发电功率的永磁发电机体积更小且重量更轻，即减轻了发电机系统和发电机组系统的重量和减小了体积，降低了系统成本。同时，所需电源由永磁发电机三相绕组线圈产生三相交流电，该交流电经AC-DC整流稳压单元整流，再经DC-DC转换单元转换后获得不同电压的多路直流电源，分别给逆变控制单元、油门控制单元、风门控制单元和点火器控制单元提供工作电源，同时直接输出一路DC12V直流电。因此，本发明实现了永磁发电机定子上仅有三相绕组线圈，而无辅助电源绕组线圈。
附图说明
图1是本发明提供的内燃机驱动的变频发电机组集成系统原理框图。
图2是本发明提供的永磁发电机转子和定子配置结构示意图。
图3是本发明提供的永磁发电机定子各极绕线槽绕组线圈结构示意图。
图4是现有技术提供的内燃机驱动的变频发电机组集成系统原理框图。
图5是现有技术提供的永磁发电机定子各极绕线槽绕组线圈结构示意图。
图中，11、直流供电绕组线圈；12、点火供电绕组线圈；13、逆变供电绕组线圈；14、三相绕组线圈；20、永磁发电机定子；30、永磁发电机转子。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“径向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参考图1至图3所示，本发明提供一种内燃机驱动的变频发电机组集成系统，包括永磁发电机和逆变器装置，所述永磁发电机包括间隙配合设置的永磁发电机定子20和永磁发电机转子30，所述永磁发电机定子上的绕组线圈均为三相绕组线圈14，所述逆变器装置包括AC-DC整流稳压单元、DC-AC变频逆变单元、DC-DC转换单元和控制单元，所述AC-DC整流稳压单元的输入端与永磁发电机定子的三相绕组线圈连接，所述AC-DC整流稳压单元的第一输出端与DC-AC变频逆变单元连接，所述DC-AC变频逆变单元用于将AC-DC整流稳压单元整流后的第一直流电源逆变后输出交流电，所述AC-DC整流稳压单元的第二输出端与DC-DC转换单元连接，所述DC-DC转换单元用于将AC-DC整流稳压单元整流后的第二直流电源转换后获得不同电压的多路直流电源，所述多路直流电源用于给控制单元供电和直接输出直流电。其中，所述AC-DC整流稳压单元、DC-AC变频逆变单元和DC-DC转换单元具体可以采用现有技术来实现。
作为具体实施例，所述控制单元包括逆变控制单元、油门控制单元、风门控制单元和点火器控制单元，所述DC-DC转换单元用于将AC-DC整流稳压单元整流后的第二直流电源转换后获得四路不同电压的直流电源分别给对应控制单元供电。其中，所述逆变控制单元、油门控制单元、风门控制单元和点火器控制单元具体为本领域技术人员熟知的现有技术，因而在此不再赘述。
与现有技术相比，本发明提供的内燃机驱动的变频发电机组集成系统，通过将永磁发电机定子上的绕组线圈全部设置成三相绕组线圈，取消了三相绕组线圈以外的其它独立供电绕组线圈，即永磁发电机定子上再无独立的辅助电源绕组线圈，由此简化了永磁发电机定子绕线生产工艺，生产效率得到大幅度提升；由于永磁发电机定子的所有绕组线圈均为三相绕组，在不改变永磁发电机体积及不增加额外成本的条件下，其发电功率得到大幅提升，提高了永磁发电机的功率密度利用率，同等发电功率的永磁发电机体积更小且重量更轻，即减轻了发电机系统和发电机组系统的重量和减小了体积，降低了系统成本。同时，所需电源由永磁发电机三相绕组线圈产生三相交流电，该交流电经AC-DC整流稳压单元整流，再经DC-DC转换单元转换后获得不同电压的多路直流电源，分别给逆变控制单元、油门控制单元、风门控制单元和点火器控制单元提供工作电源，同时直接输出一路DC12V直流电。因此，本发明实现了永磁发电机定子上仅有三相绕组线圈，而无辅助电源绕组线圈。
为了更好说明本发明所具有的技术效果，以下将结合实际应用进行说明：
请参考图2和图5所示，在永磁发电机转子不变的情况下，一个直径为120mm、厚度为21mm、绕线极为21个、转速为4500rpm、额定功率为2KW的永磁发电机定子。现有绕线方式是用18个绕线极做为三相绕组线圈14，输出功率2.0KW，剩下的三个绕线极作为三个独立的AC绕组线圈分别为：直流供电绕组线圈11、点火供电绕组线圈12和逆变供电绕组线圈13，通常三个AC绕组线圈需要输出的总功率为120W左右，而三个AC绕组线圈实际可以输出大于330W的功率。而本发明的绕线方式是，将永磁发电机定子21个绕线极全部作为三相绕组线圈，发电功率可以达到
Figure BDA0002914529060000051
发电功率提升了10％左右，即同等的发电功率，永磁发电机定子体积更小，重量更轻，因而减小了发电机组系统的重量和体积，降低了系统成本。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种内燃机驱动的变频发电机组集成系统，包括永磁发电机和逆变器装置，所述永磁发电机包括间隙配合设置的永磁发电机定子和永磁发电机转子，其特征在于，所述永磁发电机定子上的绕组线圈均为三相绕组线圈，所述逆变器装置包括AC-DC整流稳压单元、DC-AC变频逆变单元、DC-DC转换单元和控制单元，所述AC-DC整流稳压单元的输入端与永磁发电机定子的三相绕组线圈连接，所述AC-DC整流稳压单元的第一输出端与DC-AC变频逆变单元连接，所述DC-AC变频逆变单元用于将AC-DC整流稳压单元整流后的第一直流电源逆变后输出交流电，所述AC-DC整流稳压单元的第二输出端与DC-DC转换单元连接，所述DC-DC转换单元用于将AC-DC整流稳压单元整流后的第二直流电源转换后获得不同电压的多路直流电源，所述多路直流电源用于给控制单元供电和直接输出直流电。
2.根据权利要求1所述的内燃机驱动的变频发电机组集成系统，其特征在于，所述控制单元包括逆变控制单元、油门控制单元、风门控制单元和点火器控制单元，所述DC-DC转换单元用于将AC-DC整流稳压单元整流后的第二直流电源转换后获得四路不同电压的直流电源分别给对应控制单元供电。
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