CN201238224Y - 稀土永磁发电电焊两用机 - Google Patents

Abstract

一种稀土永磁发电电焊两用机，包括稀土永磁式转子、定子铁芯、三相发电绕组、电焊绕组以及整流电路，特征是：在电焊绕组回路中设有电焊调流绕组和手动调流开关，用于调节直流弧焊的电流；定子铁芯除内圆上开设若干个嵌线槽而外，在外圆上沿圆周方向开设若干个以圆心为对称的绕线槽，电焊调流绕组在嵌线槽槽底与邻近的绕线槽之间环绕定子铁芯磁轭截面绕制；整流电路由对应各相电焊绕组的一组半波整流电路组成，每一半波整流电路串接在一相电焊绕组回路中。本方案由于独特的电焊回路设计以及电焊调流绕组环绕磁轭截面的特殊绕线方式，解决了现有发电电焊两用机效率低、可靠性差、弧焊稳定性不好，尤其是小电流焊接时容易断弧等问题，而且体积小、重量轻、无电磁环境污染，在汽油机或柴油机驱动下特别适合野外作业等诸多场合使用。

Description

稀土永磁发电电焊两用机

技术领域

本实用新型涉及发电机和电焊机领域，具体涉及一种由汽油机或柴油机驱动的既能供给单、三相工频电能，又能作为直流弧焊机使用的无刷式同步型发电电焊两用机。这种发电电焊两用机广泛应用于房屋建筑、管道铺设、公路、铁路、车船、通讯、军事、其他野外作业等诸多场合。

背景技术

目前柴油机或汽油机驱动的发电电焊两用机包含有刷式和无刷式两类，而无刷式又分同步型和异步型两种，有刷式一般只有同步型一种。现有的有刷式和无刷式同步型发电电焊两用机都存在以下不足：第一，因谐波含量过高，晶闸管容易击穿损坏，过载力差；第二，效率低，弧焊稳定性不够好；第三，仅能供给容量很小的工频单相交流电，由于谐波含量高达30％，只能用于照明等负载。而无刷式异步型发电电焊两用机都存在体积庞大，结构复杂，在小电流焊接时易断弧，另外过多的强电子元件运用，降低了整体的可靠性，且大大提高了成本，而复杂的电子控制线路使得一般技术水平的人员难以胜任维修工作。在异步型发电电焊两用机中，为了得到标称容量的工频单、三相输出，还设立了体积和重量都很大的三相电抗器和直流轭流圈在焊接主回路中，使它的体积、铁重、铜重都增加很多，并且由于价格昂贵，市场竞争力差。

发明内容

本实用新型提供一种稀土永磁无刷式同步型发电电焊两用机，其目的是要解决现有发电电焊两用机效率低、可靠性差、弧焊稳定性不好，尤其是小电流焊接时容易断弧等问题。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种稀土永磁发电电焊两用机，包括稀土永磁式转子、定子铁芯、三相发电绕组、电焊绕组以及整流电路，其创新在于：还包括电焊调流绕组和手动调流开关；

电焊绕组由三相或六相绕组构成，每相电焊绕组由至少两股绝缘导线并联组成；电焊调流绕组与电焊绕组的绝缘导线数量相同，且一一对应设置；电焊调流绕组中的所有股绝缘导线分为固定调流绕组和选择调流绕组两部分，其中，固定调流绕组串联在对应的电焊绕组与焊接输出负极之间，手动调流开关由一组选择开关构成，每个选择开关具有第一选择端、第二选择端和一个公共端，选择调流绕组中每股绝缘导线的一端与对应的电焊绕组和对应的选择开关的第一选择端连接，另一端与对应的选择开关的第二选择端连接，对应的选择开关公共端与焊接输出负极连接；整流电路由对应各相电焊绕组的一组半波整流电路组成，每一半波整流电路串接在一相电焊绕组回路中；

定子铁芯在内圆上沿圆周方向均匀开设若干个嵌线槽，在外圆上沿圆周方向开设若干个以圆心为对称的绕线槽，电焊调流绕组在嵌线槽槽底与邻近的绕线槽之间环绕定子铁芯磁轭截面绕制，其中，电焊调流绕组中的每股绝缘导线在定子铁芯圆周方向以相同的匝数对称绕制，各股绝缘导线相互间的绕制方向一致；所述电焊绕组和三相发电绕组嵌设在定子铁芯内圆的嵌线槽中。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案中，所述一组选择开关主要由一组固定触头和一旋转调流板组成，所述一组固定触头在圆周上均匀固定设置，其中，在圆周上位于同一半周上的固定触头分别作为各选择开关的第一选择端，而位于另一半周上的固定触头分别作为各选择开关的第二选择端，每个选择开关的第一选择端与第二选择端以圆心为对称；旋转调流板为扇形或弧形并作为联动开关控件与转轴固定连接，旋转调流板随转轴旋转过程中与对应扇区中的固定触头电连接，而与其余扇区中的固定触头分离，选择开关的公共端与旋转调流板电性连接。

2、上述方案中，所述半波整流电路可以由整流二极管构成，也可以由半波整流模块构成。

3、上述方案中，所述嵌线槽和绕线槽相对于轴线斜向设置。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

1、由于独特的电焊回路设计以及电焊调流绕组环绕磁轭截面的特殊绕线方式，本方案的直流弧焊性能大为改善。具体表现在以下几方面：

(1)直流弧焊的电源外特性，尤其是陡降恒流特性大大改善。在诸多焊接电源外特性中，陡降恒流特性是手工电弧焊最重要的特性之一，因为它所提供的焊接参数最稳定，电弧弹性也最好。一般情况下，传统的电励磁两用机在超强励磁的状态下也无法达到与稀土磁钢抗衡的能力，这给稀土磁钢的铁质回路中设置单方向的磁通量调节带来极大方便，即磁通量从大处往小方向调节，而不象传统发电机那样，大小两个方向都要调节，从而能创造出陡降恒流特性的优秀的焊接电源外特性；

(2)直流弧焊的电源动特性好。电源的动特性好坏主要决定发电电焊两用机内部电磁惯性的大小。电励磁弧焊机在定子和转子都有绕组，且相对匝数多，线径小，有些机型还设置有电抗器、扼流圈，电磁惯性较大，故动态范围窄，动态性能较差。而稀土永磁发电电焊两用机，由于不设励磁绕组，且永磁体磁性极强，因而绕组匝数少，线径可加大，电磁惯性很小，动态范围宽。

(3)由于直流弧焊设有电焊调流绕组以及手动调流开关，因此电源调节特性好。这种调节类似于磁放大器的调节特性，将焊接电流直接引入发电电焊两用机，以改变定子铁芯的磁通量的大小。根据选择的焊接电流数值，能自动给出相适应的陡降恒流特性。由于该机不设置电流电压取样、隔离、放大、反馈、触发、斩波等复杂而庞大的系统，因而具有快速调节特性，在小电流焊接过程中，电流完全连续，真正具有小电流易引弧、不断弧以及弧压、弧流稳定等独特优点。

2、本实用新型可方便地改变电焊绕组抽头，实施大于三相的整流(如六相整流)，使整流后的直流电压纹波系数极小，接近直线，而丝毫不影响工频三相、单相的完美正弦波输出性能。

3、一般情况下，汽、柴油拖动的发电电焊两用机都属于较小容量的发电机，发电绕组是由多根漆包铜线并绕。本实用新型正是利用这一特点把每根漆包铜线作为一个调节单元，例如每相绕组由四根漆包铜线并绕，六相绕组就由二十四根漆包铜线参与，它可分为二十四个电流档次，把35A～190A分24份，每单元有6.458A电流进行焊接电流的升降调节，这已经足够细分，加上上述特性的综合效应，可实现类似连续调节的要求。

4、本实用新型采用稀土永磁式转子，由于稀土磁钢的磁性很强且不变，转子不需要设置励磁绕组，使发电机的体积、重量都大为减少。其中，体积约为同容量电励变形裂极式发电电焊两用机的66％，约为同容量异步型发电电焊两用机(包括三相电抗器和轭流圈)的1/3。而重量约为同容量变形裂极式的70％，约为同容量异步型发电电焊两用机的30％。便于野外作业等诸多场合使用。

5、本实用新型电焊部分的主回路中除了电焊绕组、电焊调流绕组以及调流开关而外，只有体积小、功率大、耐压高、可靠性比晶闸管高得多的半波整流模块。不设置电励磁机那样多的电子控制元器件，传感元器件，中间器件等，因此具有较高的工作可靠性，属于免维护型机器。

6、本实用新型由于转子不设电励磁绕组，电机绕组匝数少，铜耗小，电压波形好使铁的涡流损耗大大减小，可节省励磁用能10～15％，外加铜耗和铁耗都较小，因此与同容量的电励磁发电电焊两用机相比可节省燃油15％～18％。

7、本实用新型不依靠晶闸管斩波控制电流大小，而是依靠引入发电电焊两用机铁芯磁势的安匝数来调整电流的大小。由于这种方式不产生高频谐波辐射，因此不存在电磁环境污染。

附图说明

附图1为本实用新型六相电焊绕组接线示意图；

附图2为本实用新型六相电焊绕组相序示意图；

附图3为本实用新型三相电焊绕组接线示意图；

附图4为本实用新型三相电焊绕组相序示意图；

附图5为本实用新型电焊回线接线示意图；

附图6为本实用新型电焊调流原理图；

附图7为本实用新型定子硅钢片平面图；

附图8为本实用新型定子铁芯立体图；

附图9为本实用新型绕组布置示意图。

以上附图中：1、定子铁芯；2、电焊绕组；3、整流电路；4、电焊调流绕组；5、手动调流开关；6、固定触头；7、旋转调流板；8、转轴；9、嵌线槽；10、绕线槽；11、定子硅钢片；12、焊接槽；13、发电绕组；14、稀土永磁式转子。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例：一种稀土永磁发电电焊两用机，主要由稀土永磁式转子14、定子铁芯1、三相发电绕组、电焊绕组2、整流电路3、电焊调流绕组4和手动调流开关5组成。其中，稀土永磁式转子14为现有技术中普通的内置式径向结构，三相发电绕组采用星形连接构成发电绕组13。

如图1和图2所示，电焊绕组2由六相绕组构成，每相电焊绕组由四股绝缘导线(漆包铜线)并联组成，共计有二十四股绝缘导线，分成六相绕组。六相电焊绕组接线见图1，其中，U、V、W、S、T、R分别表示六个相线，N表示零线。六相电焊绕组的相序见图2，六相之间相差60°。

如图5所示，电焊调流绕组4与电焊绕组2的绝缘导线数量相同，且一一对应设置，换句话说也有与电焊绕组2对应的二十四股绝缘导线组成。电焊调流绕组4中的二十四股绝缘导线分为固定调流绕组(图5中的17”～24”八根线，对应六相电焊绕组的每相中至少有一根)和选择调流绕组(图5中的1”～16”十六根线)两部分，其中，固定调流绕组中的每股绝缘导线一一对应的串联在电焊绕组2与焊接输出负极之间。选择调流绕组经手动调流开关5与焊接输出负极连接。手动调流开关5由十六个选择开关构成，这一组十六个选择开关主要由三十二个固定触头6和一旋转调流板7组成，所述三十二个固定触头6在圆周上均匀固定设置，其中，在圆周上位于同一半周上的十六个固定触头6分别作为各选择开关的第一选择端(见图5中1”～16”对应的上半部固定触头6)，而位于另一半周上的另外十六个固定触头6分别作为各选择开关的第二选择端(见图5中1’～16’对应的下半部固定触头6)，每个选择开关的第一选择端与第二选择端以圆心为对称(见图5中的1”～16”对应的上半部固定触头6与1’～16’对应的下半部固定触头6以圆心为对称)。旋转调流板7为扇形或弧形并作为联动开关控件与转轴8固定连接，旋转调流板7随转轴8旋转过程中与对应扇区中的固定触头6电连接，而与其余扇区中的固定触头6分离。选择调流绕组中每股绝缘导线的一端同时与对应的电焊绕组2和对应的选择开关的第一选择端连接，另一端与对应的选择开关的第二选择端连接，选择开关的旋转调流板7与公共端电性连接，公共端与焊接输出负极连接，以此构成加入或脱离两种工作状态的调流回路。整流电路3由对应各相电焊绕组的一组六个半波整流电路组成，每一半波整流电路串接在一相电焊绕组回路中。所述半波整流电路可以由整流二极管构成(见图5所示)，也可以由半波整流模块构成。

如图7和图8所示，定子铁芯1在内圆上沿圆周方向均匀开设若干个嵌线槽9(这与普通的发电机一样)，所不同的是：在外圆上沿圆周方向开设若干个以圆心为对称的绕线槽10，见图7所示，本实施例采用矩形槽，但也可以采用其它形状的槽，比如半圆槽或梯形槽或V形槽等，该绕线槽10必需以圆心为基准成对设置和使用。另外，为了将各个定子硅钢片11组装成定子铁芯1在外圆上还设有焊接槽12，通过焊接槽12将定子硅钢片11连接成整体。所述嵌线槽9和绕线槽10相对于轴线斜向设置，见图8。嵌线槽9和绕线槽10均要与定子铁芯1间进行绝缘处理，定子铁芯1的两个端面也要进行绝缘处理。电焊调流绕组4在嵌线槽9槽底与邻近的绕线槽10之间环绕定子铁芯1磁轭截面绕制，见图9所示，其中，电焊调流绕组4中的每股绝缘导线在定子铁芯1圆周方向以相同的匝数对称绕制，各股绝缘导线相互间的绕制方向一致。所述电焊绕组2和三相发电绕组13嵌设在定子铁芯1内圆的嵌线槽9中。电焊调流绕组4与电焊绕组2的线径一样粗，并绕根数一样多，只是匝数很少，可用手工很方便地快捷直接绕制。

电焊调流绕组4是提供弧焊电源陡降恒流特性的核心部件，它串接在直流弧焊回路中，如图5所示。当电焊调流绕组4中流过弧焊电流时，定子铁芯1的环形轭部交流磁导率下降，见图6所示(当电焊调流绕组4流过直流电流时，产生恒定磁场，该恒定磁场的方向与图示左侧由转子提供的磁场方向相反，抵销一部分磁场强度，而与图示右侧由转子提供的磁场方向相同，由于铁芯已达到磁饱和状态，因此并未增加磁通量，所以总体来说只是减弱磁场强度)，驱使弧焊电源瞬间从空载高电压下降到弧焊低电压，并给出连续稳定的弧焊电流。当焊接停止时，瞬间又恢复空载高电压，为再次焊接引弧创造条件。引弧的快捷性、电弧的稳定性和电弧的弹性是衡量弧焊电源质量好坏的重要标志。在焊接过程中，由于被焊件的不平整，手工操作的抖动，焊条送进的快慢，送入角度的变化，焊条的潮湿程度，炽热气体膨胀造成的熔池飞溅，风向和风力的变化等等，都会引起弧焊电流的不规则变化，造成熔池中液态金属温度的变化和熔池体积的伸缩，给焊接质量带来负面影响。陡降恒流特性的长处就在于它能瞬时跟踪弧焊电流的杂乱变化，给予及时的弥补，使弧焊电流达到瞬态平衡。这就是磁放大器式弧焊电源陡降恒流特性难能可贵的优点。本实用新型发电电焊两用机是将发电机和磁放大器巧妙的结合在一起，不仅不增加体积、重量、不耗材，而且比其他同容量的电励磁弧焊发电机体积、重量都小很多。

电焊调流绕组4能给出弧焊电流的大小，完全是靠电焊调流绕组4所控制的磁势(单位为安匝)决定的。假如六相电焊绕组2每相有四根漆包铜线并绕，则六相共二十四根漆包铜线，则调流绕组也是二十四根漆包铜线并绕。假设有十四个绕线槽10，每槽绕一匝，电焊调流绕组4串联总匝数为十四匝，设此时焊接电流为100A，电焊调流绕组4上的控制磁势为14*100＝1400安匝。电焊调流绕组4平均每根漆包铜线磁势为1400/24＝58.33安匝。将电焊调流绕组4的二十四根铜线通过手动调流开关5逐一退出或逐一接入，都会使电焊调流绕组4的控制磁势发生变化，从而改变弧焊电流的大小，控制磁势越小，弧焊电流越大；反之，则弧焊电流越小。

本实用新型在定子铁芯1上采用的主要措施利用电焊调流绕组4和手动调流开关5组合达到调流目的，其弧焊电流从20％～100％可调。具体到本实施例是在嵌线槽9的槽底与绕线槽10之间，用与电焊绕组2同线径同根数的漆包线，紧贴铁芯轭部绕制环形线圈，每个绕线槽10中绕制一到三匝(由电机大小而定)，每根漆包线在定子铁芯1的圆周上都要对称分布，顺向串联，构成电焊调流绕组4的一股。其选择调流绕组经过手动调流开关5(如图5中的1”～16”十六根线)，而固定调流绕组(图5中的17”～24”八根线)不经过手动调流开关5，直接与对应的电焊绕组2串联，这是给电焊调流绕组4一个基本的控制磁势，满足最大弧焊电流的要求。

当手动调流开关5处于图5所示位置时，电焊调流绕组4全部串联在电焊回路中。此时弧焊电流全部经过电焊调流绕组4，控制磁势最大，弧焊电流最小；当开关逆时针旋转一个固定触头6(铜触头)位置时，电焊调流绕组4尾部1”号股脱离旋转调流板7(退出调流)。与此同时，手动调流开关5引线1’对应的固定触头6接入旋转调流板7，将电焊绕组2尾端的一根线不经过电焊调流绕组4直接进入焊接输出负极。由此可见控制磁势减小，弧焊电流增大。以此类推逐一逆时针转动旋转调流板7，则逐一将电焊调流绕组4的2”～16”号引线退出调流，而手动调流开关5引线2’～16’对应的固定触头6逐一接入焊接输出负极。当旋转调流板7转至最下端位置时，电焊调流绕组4中的1”～16”号引线全部退出调流，1’～16’号引线全部接入焊接输出负极，此时弧焊电流最大。值得注意的是，退出调流的引线和接入焊接输出负极的引线必须是同一线号，如图5所示。退出调流和接入焊接输出负极对于一股调流绕组必需同时进行，以保证电焊回路的畅通。

本实施中的六相电焊绕组也可以改为三相电焊绕组，见图3和图4所示，其中，U、V、W分别表示三个相线，N表示零线，三相之间相差120°。由于电焊调流绕组与电焊绕组存在一一对应的关系，因此也要根据以上要求做相应变化。

从已经研制出的5KW稀土发电电焊两用机的试验中可看出，与目前市场上同容量的、体积和重量最小的KTW型两用机相比重量减轻了30％，弧焊功率增大了20％，谐波含量3％，并有5KW的单、三相工频交流输出。而KTW型仅有三分之一容量的单相电压输出，且谐波含量近30％。而目前市场上销售的意大利莫萨异步弧焊机，体积和重量是本实用新型的三倍，价格贵得多，由于这种机型晶闸管众多，可靠性也无法与本实用新型相比。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1、一种稀土永磁发电电焊两用机，包括稀土永磁式转子、定子铁芯、三相发电绕组、电焊绕组以及整流电路，其特征在于：还包括电焊调流绕组和手动调流开关；

电焊绕组由三相或六相绕组构成，每相电焊绕组由至少两股绝缘导线并联组成；电焊调流绕组与电焊绕组的绝缘导线数量相同，且一一对应设置；电焊调流绕组中的所有股绝缘导线分为固定调流绕组和选择调流绕组两部分，其中，固定调流绕组串联在对应的电焊绕组与焊接输出负极之间，手动调流开关由一组选择开关构成，每个选择开关具有第一选择端、第二选择端和一个公共端，选择调流绕组中每股绝缘导线的一端与对应的电焊绕组和对应的选择开关的第一选择端连接，另一端与对应的选择开关的第二选择端连接，对应的选择开关公共端与焊接输出负极连接；整流电路由对应各相电焊绕组的一组半波整流电路组成，每一半波整流电路串接在一相电焊绕组回路中；

定子铁芯在内圆上沿圆周方向均匀开设若干个嵌线槽，在外圆上沿圆周方向开设若干个以圆心为对称的绕线槽，电焊调流绕组在嵌线槽槽底与邻近的绕线槽之间环绕定子铁芯磁轭截面绕制，其中，电焊调流绕组中的每股绝缘导线在定子铁芯圆周方向以相同的匝数对称绕制，各股绝缘导线相互间的绕制方向一致；所述电焊绕组和三相发电绕组嵌设在定子铁芯内圆的嵌线槽中。

2、根据权利要求1所述的稀土永磁发电电焊两用机，其特征在于：所述一组选择开关主要由一组固定触头和一旋转调流板组成，所述一组固定触头在圆周上均匀固定设置，其中，在圆周上位于同一半周上的固定触头分别作为各选择开关的第一选择端，而位于另一半周上的固定触头分别作为各选择开关的第二选择端，每个选择开关的第一选择端与第二选择端以圆心为对称；旋转调流板为扇形或弧形并作为联动开关控件与转轴固定连接，旋转调流板随转轴旋转过程中与对应扇区中的固定触头电连接，而与其余扇区中的固定触头分离，选择开关的公共端与旋转调流板电性连接。

3、根据权利要求1所述的稀土永磁发电电焊两用机，其特征在于：所述半波整流电路由整流二极管构成。

4、根据权利要求1所述的稀土永磁发电电焊两用机，其特征在于：所述半波整流电路由半波整流模块构成。

5、根据权利要求1所述的稀土永磁发电电焊两用机，其特征在于：所述嵌线槽和绕线槽相对于轴线斜向设置。

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