CN1909341B - 旋转整流器模块 - Google Patents

Abstract

一种旋转整流器模块，用于整流由多相交流电源提供的多相交流电信号，包括壳体、电路板、多个输入端子、第一输出端子、第二输出端子和多个整流器电路。所述壳体具有外表面、限定用于接收旋转轴的中心开口的内表面和位于外表面和内表面之间的至少一个腔。所述电路板设置在与外表面基本垂直的平面上。所述输入端子设置在电路板上。每个输入端子提供与电源的一相的电连接。所述第一输出端子和第二输出端子设置在电路板上，用于电连接到直流负载。所述整流器电路并联电连接在第一和第二输出端子之间。每个整流器电路设置在限定了腔的最外层表面上的所述至少一个腔的内部，并且电连接到一个输入端子。

Description

旋转整流器模块

技术领域

本发明通常涉及发电机领域，更具体地涉及发电机中使用的改进的旋转整流器模块。

背景技术

旋转整流器组件是用于将发电机的旋转元件中的交流整流为直流的电子装置。旋转整流器组件一般应用在无电刷发电机中。

典型的无电刷发电机包括励磁机和主发电机，用于将由原动机产生的旋转能转换为多相交流(AC)电。励磁机可以包括恒定场绕组，当其被电耦合以从诸如调压器、电压控制装置或电池的DC电压源接收直流(DC)电压时将产生磁场。励磁机还可以包括设置在发电机转子上的绕组，其在此磁场内旋转。在旋转期间，在励磁机转子绕组中感应出交流电。典型地，励磁机转子绕组被缠绕成所感应的交流电是三相交流电。然后，整流器电路将来自励磁机转子绕组的三相AC电压整流成DC电流输出以提供给主发电机。

因为这些整流器电路电耦合在同时设置在发电机转子上的两组绕组之间，整流器电路也由发电机转子承载，因此采用术语“旋转整流器电路”。传统的旋转电路包括径向设置在与轴心线垂直的平面上的大量大型电子元件。这些元件被驱动而以轴旋转，并且由此旋转所导致的向心力致使这些元件在机械上和热量上衰弱。

传统的旋转整流器电路的第二个问题是，它们被设计为在与轴心线垂直的平面上重量不平衡。这种不平衡产生了限制所采用的旋转设备的速度的离心率。

传统的旋转整流器电路采用手工组装，同时所采用的旋转设备也被组装。为了简化这种手工组装工艺，“跨线”被用于将旋转整流器电路连接到主发电机和励磁机的转子绕组。这些跨线的操作所形成的电接触较弱，并且这些跨线会受到旋转应力的影响。

在整流器中使用的半导体装置在其使用期间，以热的形式消耗功率。如果不注意采用适当的冷却，半导体装置将损坏。然而，传统的旋转整流器缺乏用于高温应用系统中的足够的安装表面和散热区域。

因此，需要提出一种旋转整流器组件，以克服这些现有技术方案中的问题。

发明内容

一种旋转整流器模块，用于整流由多相交流电源提供的多相交流电信号，包括壳体、电路板、多个输入端子、第一输出端子、第二输出端子和多个整流器电路。所述壳体具有外表面、限定用于接收旋转轴的一中心开口的内表面和位于外表面和内表面之间的至少一个腔。每个腔由一最外层表面和一最内层表面限定在壳体中。所述电路板设置在与旋转整流器模块的旋转轴基本垂直的平面上。所述输入端子设置在电路板上。每个输入端子提供与电源的一个相的电连接。所述第一输出端子和第二输出端子设置在电路板上，用于电连接到直流负载。所述整流器电路并联电连接在第一和第二输出端子之间。每个整流器电路设置在最外层表面上的所述至少一个腔的内部，并且电连接到一个输入端子，其中该最外层表面限定了该腔。

附图说明

图1是根据本发明的旋转整流器模块的分解透视图。

图2是图1的旋转整流器模块的端视图。

图3是沿图2的线III-III剖开的截面图。

图4是图3的部分IV的放大图。

图5是图1的旋转整流器模块的侧视图。

图6是包括图1-5的旋转整流器模块的无电刷发电机的结构图。

图7是图6的无电刷发电机的转子部分的示意图。

图8是包括励磁机、本发明的旋转整流器模块和主发电机的示例性发电机的转子部分的分解透视图。

图9是图8的发电机的转子部分的侧视图。

图10是沿图9的线X-X剖开的旋转整流器模块的截面图，和励磁机的转子部分的侧视图，用于图示它们之间的电连接。

图11是图8的旋转整流器模块的局部透视图，图示了与励磁机转子部分的电连接。

图12是沿图9的线XII-XII剖开的截面图。

图13是图8的主发电机的转子部分的局部透视图，图示了与图8的旋转整流器模块的电连接。

具体实施方式

图1-5示出了根据本发明的旋转整流器模块50，用于容纳在发电机的旋转元件中使用的整流器电路。具体地，图1是旋转整流器模块50的分解透视图；图2是旋转整流器模块50的端视图；图3是沿图2的线III-III剖开的截面图；图4是图3的部分IV的放大图；图5是旋转整流器模块50的侧视图。

旋转整流器模块50是在发电机的旋转元件中使用的低成本、集成式结构，更具体地，用于将从三相AC电源接收的AC电压信号整流为用于提供给DC负载的DC电压信号。整流器电路具有电容和以传统的桥式结构设置的六个二极管。

旋转整流器模块50包括壳体52，电路板54，罩56，输入端A、B、C，输出端D、E，电容58，二极管整流器组套(packet)60、62、64，热界面垫66、68、70，以及二极管安装构件72、74、76。二极管安装构件72包括弹簧夹72a，垫圈72b，螺丝72c，二极管安装构件74、76包括类似的组件。

壳体52定形为使旋转整流器模块50的重心定位在其中心轴77。因此，壳体52的形状是管状，环形，或圆柱形。壳体52包括外表面或者壁78，内表面或者壁80。内表面80在壳体52中限定了中心开口82用于接收旋转轴(未示出)，并且旋转整流器模块50以该轴旋转。内表面80包括键84，用于通过轴中的键槽将壳体52固定到轴上。壳体52可选择地通过各种传统方法固定到位。例如，替代地，壳体52可以被固定到附近的元件。

壳体52包括在外表面78和内表面80之间的四个腔或匣，用于在内部设置电容58和二极管60、62、64。在图3和图4中可以看到用于电容58的腔86和用于二极管整流器组套64的腔88，剩下的两个腔在图中看不见。腔围绕壳体的直径均等地间隔，但是在可选择的实施例中，它们可以改变间隔。进一步地，壳体52可以包括少于四个或多于四个的腔。例如，围绕壳体52的全部或大部分直径延伸的单个腔，可以代替在示出的实施例中的四个腔。

优选地，壳体52由诸如铝的导热性材料形成，该材料使壳体52能够用作二极管整流器组套60、62、64的散热件。壳体52的大的表面积还提高了其驱散由二极管整流器组套60、62、64产生的热的能力。因此，壳体52具有足够大的重量，以致于增加电容58和二极管整流器组套60、62、64基本上不会将旋转整流器组件的重心从中心轴77移开。

壳体52还包括从壳体52的第一端轴向延伸的四个脚90。脚90可以用于将旋转整流器模块50沿着轴固定到附近的元件，其中旋转整流器模块50以该轴旋转。例如，上述附近的元件可以接收脚90通过的孔。这样的结构可以允许上述附近的元件用作散热件，进一步提高整流器模块50的性能。脚90还可以形成为延伸超过上述附近的元件，这样用于在整流器模块50旋转期间搅动空气，并且进一步提高二极管整流器组套60、62、64的热传导。

电路板54被固定到壳体52的与第一端相对的第二端上。在图1-5的实施例中，电路板54凹入壳体52一小段距离。输入端A、B、C被固定到电路板54，用于从AC电源接收AC输入信号。同样，输出端D和E被固定到电路板54，用于将DC输出信号传送到DC负载。公知地，在电路板54上包括，在输入端A、B、C，输出端D、E，电容58和二极管整流器组套60、62、64之间用于形成旋转整流器模块50的整流器电路所必需的电连接件。

输入端A、B、C是绝缘位移型连接件，用于接收形成AC电源线圈的线圈线型电线。线圈线是通常用于形成电磁装置线圈的单一绞合线。可选择地，输入端可以是接收来自AC电源线圈线的任何类型的连接件。输出端D和E是端对端型连接件，例如快速断开或固定型连接件，用于接收DC负载上补充的连接件。这些类型的连接件的使用避免了通常在传统的旋转整流器组件中“跨线”的使用。这些类型的连接件不会导致组装期间的人为误差，并且比起传统的跨线，更不易于被旋转力消弱。

端对端型连接件提供了几个额外的优点。首先，旋转整流器模块50和DC负载之间的连接件的对齐，可以通过装置和轴上合适的键/键槽的组合将两装置固定到轴上，而得到更好的保证。这一步使组装期间人为误差的可能性最小化。第二，这些端对端型连接件还提供了比跨线更加可靠的电连接。整流器电路对电压降是敏感的，并且通过使旋转整流器模块50及其DC负载之间连接的数量最小化，而使它们之间的电压降最小化。

线圈线型连接件还可以提供的优点是，减少将旋转整流器模块50连接到AC电源所需的手工连接的数量。通常，AC电源包括采用线圈线的线圈绕组。传统的跨线是需要分别连接到线圈的线圈线和整流器组件的输入端的绞线。通过利用线圈线连接件，AC电源的线圈线可以直接连接到旋转整流器模块50输入端子A、B、C中的一个，从而消除了一个连接，并且提高了模块50的可行性。

在一实施例中，二极管整流器组套60、62、64是具有串联连接的两个二极管和三个端子的相脚式(phase-leg)二极管组套，这三个端子用于在两个二极管串联组合之间的连接以及这两个二极管之间的连接。如上所述，二极管整流器组套60、62、64定位在壳体52的腔内。与传统的旋转整流器组件不同，二极管整流器组套60、62、64设置在与轴77基本平行的表面上，而不是设置在与轴77基本垂直的表面上。更具体地，二极管整流器组套60、62、64被机械地和热地连接到限定各腔的最外层的表面，从而由整流器模块50的旋转所导致的向心力将驱动二极管整流器组套60、62、64与壳体52有更大的物理接触。因此，与现有技术方案中，增加的向心力会导致热和电衰弱所不同，实际上由于增加的旋转速度，整流器模块50的整流器电路工作地更好。

二极管整流器组套60、62、64通过设置在其间的各个热界面垫66、68、70与壳体52热连接。热界面垫66、68、70通过减少二极管整流器组套60、62、64和壳体52之间的界面间的热阻提高了热传导。与面对面接触相比，热界面垫66、68、70还使界面热阻的变化最小化。

二极管整流器组套60、62、64通过使用二极管连接构件72、74、76，与壳体52机械地连接。最好如图4所示，二极管整流器组套64通过弹簧夹76a被固定到壳体52的外表面78，依次的，该弹簧夹通过垫圈76b和栓锁到壳体52的螺孔中的螺丝76c保持定位。二极管整流器组套60和62被同样地连接到壳体52。在可选择的实施例中，也可以使用其他类型的固定构件，以将二极管整流器组套60、62、64固定到壳体52。

套56包封了壳体52的外表面78。套56优选地由诸如塑料的绝缘材料形成，以使壳体52绝缘。此绝缘功能在将旋转整流器模块50通过壳体52的脚90连接到AC电源中时特别重要的。套56还包括线圈线夹92，用于将线圈线从AC电源固定到旋转整流器模块50，从而减少了任何旋转应力，否则该旋转应力会影响线圈线连接。

本发明旋转整流器模块50的一个具体的应用是在无电刷发电机中，例如在图6-13中所示。图6是包括图1-5的旋转整流器模块50的无电刷发电机100的结构图。发电机100还包括，调压器101，具有定子励磁绕组102和转子励磁绕组104的励磁机，以及具有转子励磁绕组106和定子励磁绕组108的主发电机。励磁机转子励磁绕组104，旋转整流器模块50，以及主发电机励磁绕组106共享转子，并且由定子间的气隙分开，其中该定子具有励磁机定子励磁绕组102和主定子励磁绕组108。

在操作中，调压器101从DC电池109接收DC电压。可选择地，DC电池能够由永磁发电机或另一DC电压源来替换。调压器101将第一DC电压提供给励磁机定子励磁绕组102，接着该定子励磁绕组102产生磁场。励磁机转子励磁绕组104在该磁场中旋转，以产生第一多相AC电压。然后，第一AC电压被提供给旋转整流器模块50，该模块将第一AC电压整流为第二DC电压，用于提供给主发电机转子励磁绕组106。然后，主发电机转子励磁绕组106中的电流产生磁场，接着该磁场在主发电机的定子励磁绕组108的输出端感应出第二多相AC电能。该第二AC电能被提供给发电机100的任何负载，并且还反馈到调压器101。

图7是图6的无电刷发电机100的转子部分的示意图。在该例子中，励磁机定子励磁绕组104构成具有用于产生三相(AC)电压的三个相，该三相电压被提供给整流器组件50的输入端A、B、C。旋转整流器模块50的整流器电路包括以桥式结构连接到输入端A、B、C的二极管110、112、114、116、118和120，以将AC电压整流为输出端D和E之间的DC电压。在输出端D和E之间由二极管对110/112、114/116和118/120形成的整流器电路，每一个都连接到励磁机转子励磁绕组104的一个相。例如，二极管110和112彼此串联形成整流器电路(例如图1-5的二极管整流器组件60、62、64中的一个)。二极管110具有连接到输入端A的阳极和连接到输出端D的阴极。二极管112具有连接到输入端E的阳极和连接到输出端A的阴极。主转子励磁绕组106电连接在输出端D和E之间，用于接收DC电压。

图8-13示出了示例性发电机130的转子部分，其中合并了旋转整流器模块50、励磁机转子132和主发电机转子134。具体地，图8是发电机130的转子部分的分解透视图；图9是发电机130的转子部分的侧视图；图10是沿图9的线X-X剖开的截面图和用于图示励磁机转子132和旋转整流器模块50之间电连接的侧视图；图11是进一步图示了电连接到励磁机转子132的旋转整流器模块50的局部分解图；图12是沿图9的线XII-XII剖开的截面图；图13是图示了电连接到旋转整流器模块50的主发电机转子134的局部分解图。

在图1-5的内容中，励磁机转子132是旋转整流器模块50的AC电源，同时主发电机转子134是旋转整流器模块50的DC负载。所有这三个设备都围绕旋转轴136设置。这三个设备的对齐由键/键槽组合137来保证。

旋转整流器模块50通过其脚90延伸通过励磁机转子132的孔138而物理性地连接到励磁机转子132。图10和11示出了励磁机转子132和旋转整流器模块50之间的电连接。包封励磁机转子132以形成励磁机线圈的线圈线140，从励磁机转子132向旋转整流器模块50延伸，并通过线圈线夹92延伸到输入端A、B、C。然后，线圈线140通过输入端帽142被固定到输出端A、B、C。

最好如图12和13所示，主发电机转子134通过端对端连接件电连接到旋转整流器模块50。主发电机转子134包括端子144和146，用于分别补充连接到旋转整流器模块50的端子D、E。

总之，本发明提供了集成的旋转整流器模块，用于将多相AC输入信号整流为DC输出信号。该旋转整流器模块通过在与模块旋转轴平行的最外层表面附近的腔中设置大量大型电子设备，从而利用向心力提高了热和机械连接，因此相对于现有技术提高了性能。本发明的旋转整流器模块还通过提供在与旋转轴基本垂直设置的电路板上的连接，使AC电源和DC负载的连接变得容易。线圈线和端对端型连接件的使用进一步提高了本发明新颖的旋转整流器模块的性能。相对大的壳体的一致性提高了整流器模块自身的平衡，并且减轻了独立的电子元件之间的任何不平衡。该相对大的壳体还能够通过从壳体增加或减去材料而使振动离心率最小化，否则在不平衡结构高速旋转下，就会发生振动离心率。

虽然已经根据优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在形式上和细节上做出改变。

Claims (20)

1.一种旋转整流器模块，用于整流由多相交流电源提供的多相交流电，该旋转整流器模块包括：

壳体，具有外表面，限定用于接收旋转轴的中心开口的内表面，和位于外表面和内表面之间的至少一个腔，每个腔由最外层表面和最内层表面限定在壳体中；

电路板，设置在壳体的一端，并具有面向离开壳体的第一面和面向壳体内部的第二面，每个面限定了与旋转整流器模块的旋转轴基本垂直的平面；

设置在电路板的所述第一面上的多个输入端子，每个输入端子电连接到电源的一相；

第一输出端子和第二输出端子，其中每一个都设置在电路板的所述第一面上，并且电连接到直流负载；

多个整流器电路组件，位于电路板的第二面上并且并联电连接在第一和第二输出端子之间，每个整流器电路组件设置在限定了腔的最外层表面上的所述至少一个腔中的一个的内部，并且电连接到一个输入端子，在电路板上包括在多个输入端子、第一和第二输出端子以及多个整流器电路组件之间用于形成旋转整流器模块的整流器电路所必需的电连接件。

2.根据权利要求1所述的旋转整流器模块，其中所述壳体配置成整流器电路组件的散热器。

3.根据权利要求2所述的旋转整流器模块，其中所述壳体由铝形成。

4.根据权利要求1所述的旋转整流器模块，其中每个所述输入端子是绝缘位移型连接件。

5.根据权利要求4所述的旋转整流器模块，还包括围绕壳体设置的套，其中所述套包括至少一个夹，用于将线圈线型线从交流电源固定到旋转整流器模块。

6.根据权利要求1所述的旋转整流器模块，其中每个所述输出端子是端对端型连接件。

7.根据权利要求1所述的旋转整流器模块，其中所述壳体的内表面包括键，用于通过轴中的键槽将壳体固定到轴。

8.根据权利要求1所述的旋转整流器模块，其中所述壳体围绕旋转轴基本平衡。

9.根据权利要求1所述的旋转整流器模块，还包括多个固定件，每个固定件用于将一个整流器电路组件固定到壳体。

10.根据权利要求1所述的旋转整流器模块，还包括多个脚，从壳体的第一端轴向延伸。

11.根据权利要求10所述的旋转整流器模块，其中通过旋转整流器模块的脚延伸穿过电源中的多个孔，所述电源被连接到旋转整流器模块。

12.一种交流电发电机，包括：

旋转轴；

励磁机，包括：设置在轴上的转子部分，其中励磁机转子部分包括由线圈线形成的多相线圈；

主发电机，包括设置在轴上的转子部分，第一和第二直流输入端子，其中所述第一和第二直流输入端子是端对端型连接件；

旋转整流器模块，设置在励磁机转子部分和主发电机的转子部分之间的所述轴上，该旋转整流器模块包括：

环形的壳体，具有外壁，内壁和内外壁之间的腹板，其中内壁限定用于将旋转整流器模块设置在轴上的中心孔，所述腹板具有围绕中心孔分隔的匣和在壳体的第一端上围绕中心孔延伸的凹口；

固定在壳体的第一端的凹口中的电路板，其具有面向离开壳体的第一面和面向壳体内部的第二面，每个面限定了与旋转整流器模块的旋转轴基本垂直的平面；

设置在电路板的所述第一面上的多个交流输入端子，用于与励磁机转子部分的线圈线连接；

设置在电路板的第一面上的第一直流输出端子和第二直流输出端子，其中第一和第二输出端子是端对端型连接件，用于补充连接到主发电机转子部分的第一和第二输入端子；

多个整流器电路组件，位于电路板的第二面上并且并联电连接在旋转整流器模块的第一和第二输出端子之间，其中每个整流器电路组件设置在所述匣的最外层表面上的匣内，并且每个整流器电路组件电连接到一个输入端子，在电路板上包括在多个输入端子、第一和第二输出端子以及多个整流器电路组件之间用于形成旋转整流器模块的整流器电路所必需的电连接件。

13.根据权利要求12所述的发电机，其中所述旋转整流器模块的壳体由铝形成。

14.根据权利要求12所述的发电机，其中所述旋转整流器模块还包括围绕壳体设置的绝缘套，其中所述套包括至少一个夹，用于将线圈线从励磁机转子部分固定到旋转整流器模块。

15.根据权利要求12所述的发电机，其中所述励磁机转子部分，所述旋转整流器模块和主发电机转子部分都包括，用于通过轴中的键槽确保设置到轴上的键。

16.根据权利要求12所述的发电机，其中所述旋转整流器模块的壳体还包括从与所述第一端相对的壳体的第二端轴向延伸的多个脚，其中所述励磁机转子部分包括从励磁机转子部分的第一端轴向延伸的多个孔，用于接收所述壳体的脚。

17.一种旋转整流器模块，包括：

壳体，包括中心轴接收通道和从壳体的第一端轴向延伸到壳体中的至少一个匣；

电路板，设置在壳体的与所述第一端相对的第二端，并有面向离开壳体的第一面和面向壳体内部的第二面，每个面限定了与所述轴接收通道基本垂直的平面；

设置在电路板的第一面上的多个输入端子；

设置在电路板的第一面上的一对输出端子；

多个整流器电路组件，位于电路板的第二面上并且并联电连接在输出端子对之间，其中每个整流器电路组件电连接到其中一个输入端子，并且，将每个整流器电路组件设置在所述至少一个匣中的一个中，安装在与接收中心轴的通道基本平行的平面上的匣的最外层表面上，在电路板上包括在多个输入端子、第一和第二输出端子以及多个整流器电路组件之间用于形成旋转整流器模块的整流器电路所必需的电连接件。

18.根据权利要求17所述的旋转整流器模块，还包括：

围绕壳体设置的绝缘套。

19.根据权利要求17所述的旋转整流器模块，其中所述旋转整流器模块的重心沿着限定通道的轴的中心轴线定位。

20.根据权利要求17所述的旋转整流器模块，其中所述壳体还包括从壳体第一端轴向延伸的多个脚。

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