專利名稱：在交流發(fā)電機中提供勵磁電流的橋式整流器的結構和裝配的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及其中從裝配在發(fā)電機轉軸上或鄰近的功率整流器模塊獲得發(fā)電機主繞組的直流勵磁電流的交流發(fā)電機。特別是，本發(fā)明涉及在三相交流發(fā)電機中用于提供主繞組勵磁電流的橋式整流器組件的新結構和裝配。
旋轉磁場交流(AC)發(fā)電機在本領域中是熟知的。它們用來產(chǎn)生單相或三相交流輸出電壓。在一個典型的三相交流發(fā)電機中，由纏繞在裝配到發(fā)電機軸上的勵磁轉子上的勵磁線圈對發(fā)電機主繞組勵磁。勵磁繞組激勵勵磁電樞或轉子。然后在整流電路中對勵磁轉子的輸出整流以產(chǎn)生直流電壓。從整流器輸出的直流電流用來對發(fā)電機主繞組勵磁。然后發(fā)電機主繞組的旋轉在發(fā)電機定子中感應交流電壓。
現(xiàn)有技術中用來將交流勵磁機輸出轉換成供發(fā)電機的主繞組使用的直流電流的整流器電路是每相使用兩個二極管的全波電橋。另外，這種全波橋式整流電路一般以兩種方式構成。在一種結構中，六個整流器中的每一個是與一個浪涌保護器組合的分離器件。六個二極管裝配在分開的散熱片上，然后連到發(fā)電機的轉軸。然后，諸如齊納二極管之類的浪涌抑制器并聯(lián)在整流電路的直流輸出端。
在第二種結構中，整流電路包括裝配在一個電路板上的六個整流二極管管芯和一個浪涌抑制器，然后以常規(guī)方式封裝形成一集成器件。然后將功率整流模塊裝配在一個散熱片上或直接裝配到發(fā)電機軸上。
這種典型現(xiàn)有技術的整流器結構和裝配布局具有許多缺陷。在上述第一種結構中，每個分離的整流二極管需要一個單獨的散熱片，因此布線較多。上述第二種結構僅需要一個散熱片并因此減少了布線以及整流模塊的成本。
然而，即使是第二種結構也會使作為整體的交流發(fā)電機明顯增加成本。如果二極管整流模塊裝配在勵磁轉子外部，它必須連到一個散熱片。然后，將散熱片擰入一個裝配在發(fā)電機軸上的金屬墊圈中，將勵磁鐵心壓向一個軸肩。如果二極管整流模塊裝配在勵磁轉子內側，二極管模塊將擰入發(fā)電機軸。然而，為允許這種類型的連接，必須對軸進行機加工以提供一平坦區(qū)并開孔以容納裝配螺釘，機加工一個平坦區(qū)和對軸開孔是一種較昂貴的操作。
最后，現(xiàn)有技術中采用的整流模塊結構和裝配技術要求延長發(fā)電機軸以便在軸上容納模塊的裝配并且增加了平衡轉子本身的難度。
據(jù)信過去其他人已嘗試過在一個圍繞軸的環(huán)形布局中布置整流模塊組件的六個二極管以減小所占用的空間。然而，申請人相信部分是由于在二極管組件中產(chǎn)生的過熱使這些嘗試未能成功。
因此，需要一種低成本的用于對交流發(fā)電機的主繞組勵磁的整流組件的結構和裝配，這種結構和裝配減小軸的長度、取消對軸的機加工操作、并使其更便于平衡轉子。
在本發(fā)明的整流模塊的新結構和裝配中，六個二極管電連接以形成一個具有常規(guī)布局的三相全波橋式整流器。在一個優(yōu)選實施例中，二極管分成兩組，每組三個，以形成分開的正和負整流模塊。對于每個正和負整流模塊，二極管裝配到一個月牙形的銅裝配板上。在板的表面里提供接線端子以提供從勵磁轉子中相應相的線圈到每個整流二極管對的公共連接點的連接點，以及正和負直流輸出端子。正整流模塊最好包括諸如齊納二極管之類的固態(tài)瞬態(tài)電壓抑制器。
然后由裝配螺釘將正和負整流模塊直接連接到勵磁轉子的疊片上，定位在軸和轉子線圈之間。正確定位的正和負整流模塊形成一個環(huán)繞發(fā)電機軸的中央開口。勵磁轉子的疊片可因此作為散熱片，從整流模塊組件引走破壞性的熱量。


圖1是三相交流發(fā)電機中使用的轉子和軸組件的側視截面圖，示出繞發(fā)電機軸定位的勵磁轉子，其中去掉了勵磁定子。
圖2是沿圖1B-B線的轉子和軸組件的端視圖，示出了裝配到勵磁轉子外殼的本發(fā)明的整流模塊組件。
圖3是本發(fā)明整流模塊組件的正整流模塊的放大平面圖。
圖4是圖3的正整流模塊的側視圖。
圖5是本發(fā)明整流模塊組件的負整流模塊的放大平面圖。
圖6是圖5的負整流模塊的側視圖。
圖7是三相交流發(fā)電機中本發(fā)明的整流模塊組件的電路示意圖。
圖7是結合其它常規(guī)三相交流發(fā)電機安裝的整流模塊電元件的示意圖。在所示的一種典型旋轉磁場交流發(fā)電機中，勵磁繞組線圈20激勵勵磁電樞或轉子22。在圖7中，轉子22三個分離的相線圈以每個線圈的一端連接到一個公共的中性點的常規(guī)的Y形方式連接。每相線圈的另一端連接到常規(guī)全波橋式整流電路分離的分支，每個分支包括兩個串聯(lián)的整流二極管。因此，如圖7所見，第一勵磁轉子相位引線34被連接到整流二極管13c和15c之間的公共結點18。以相同方式，第二勵磁轉子相位引線35被連接到整流二極管13b和15b之間的公共結點17。最后，第三勵磁轉子相位引線36被連接到整流二極管13a和15a之間的公共結點16。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，二極管15a、15b、和15c機械地一起裝配在負整流模塊14中，并將二極管15a、15b、和15c的陰極連接到公用整流器負輸出端29。整流二極管13a、13b、和13c機械地一起裝配在正整流模塊12中，并將它們各自的陽極連接到公用整流器正輸出端25。另外，在整流模塊組件的優(yōu)選實施例中，諸如齊納二極管之類的浪涌抑制器件26機械地裝配在正整流模塊12中并作為其一部分，并分別跨接在整流器的正和負輸出兩端25和29。
因此，包括正整流模塊12和負整流模塊14的整流模塊組件跨在兩輸出端25和29產(chǎn)生直流輸出電壓以便為發(fā)電機主繞組28提供勵磁電流。該勵磁電流又在發(fā)電機的定子30中感應電壓，這在本領域的技術人員中是熟知的。
圖3、4、5和6分別說明本發(fā)明的整流模塊組件的正和負整流模塊12和14的機械結構。首先看圖3和4，將裝配板9制成基本為月牙或半圓柱形，該裝配板最好是鍍錫的銅。整流二極管13a、13b、和13c(未示出)以常規(guī)方式裝配到裝配板9內部，并使二極管13a、13b、和13c的陽極電連接到對應的第一、第二、和第三交流輸入端16a、17a、和18a。整流器正輸出端25也裝配到正整流模塊12的裝配板9。絕緣體6使端子16a、17a、18a、和25的金屬端部分與裝配板9電絕緣。另外，設置端子27用于完成與浪涌保護器26負端的電連接，浪涌保護器26同樣在正整流模塊12的裝配板9內部。當然，在裝配板9的內部，整流二極管13a、13b、和13c的陽極電連接在一起，并引出到整流器正輸出端25。二極管13a、13b、和13c的陰極分別連接到裝配板9上的整流器輸入端16a、17a、和18a。最后，設置裝配孔7，可使正整流模塊12擰入或用螺栓裝配到勵磁轉子外殼上，如下所述。
現(xiàn)在參看圖5和6，可以看出，負整流模塊14的機械結構非常相似。裝配板11構成正整流模塊12的裝配板9的鏡像，以便當正和負整流模塊12和14排列在一起時，它們基本形成一個圓形或圓柱形。在裝配板11的頂部或外表面設置第一、第二和第三整流交流輸入端16b、17b、和18b，以便提供到內部裝配的整流二極管15a、15b、和15c的陽極的布線連接。整流器負輸出端29也穿過裝配板11裝配。絕緣體6使交流輸入端16b、17b、18b，和輸出端29與最好也是鍍錫銅制成的導電裝配板11電絕緣。裝配板11內部是實際的整流二極管15a、15b、和15c，它們的相應陰極相互電連接并連接到負輸出端29。穿過裝配板11的裝配孔7提供如下所述的將負整流模塊14連到勵磁轉子外殼的裝置。
圖1和2示出本發(fā)明的整流模塊組件到其它的常規(guī)交流發(fā)電機的新穎的安裝和裝配。發(fā)電機的軸42被支撐在帶有以40部分地示出的冷卻風扇的發(fā)電機外殼或框架(未示出)內，并由軸承41支撐。還示出了一個常規(guī)發(fā)電機轉子組件43。如現(xiàn)有技術中公知的，但未在圖1中示出，發(fā)電機定子組件(圖7中表示為30)應圍繞轉子組件43。發(fā)電機轉子組件43將包括圍繞構成發(fā)電機主繞組28的轉子鐵心的一組線圈。在軸42的相對端是發(fā)電機勵磁機。在圖1中，為簡化起見，僅示出勵磁轉子的外殼45。另外，布線套管47包住了主繞組的正和負引線31和32，以使主繞組28可電連接到整流模塊組件的正和負輸出端25和29。用電纜系線48或其它常規(guī)固連裝置將布線套管47緊固在軸42上。
圖2是圖1的交流發(fā)電機部分組件從軸的勵磁端看去的端視圖，并進一步示出了勵磁轉子和整流模塊組件的安裝。正和負整流模塊12和14已擰入勵磁轉子外殼45的側面或端部，或直接擰入勵磁轉子疊片。進行該連接以使正和負整流模塊12和14與轉子的金屬部分之間良好導熱是很重要的。這樣可使勵磁轉子起到整流模塊組件的散熱片的作用。為改善從整流模塊組件到轉子外殼的熱傳遞，可在裝配板11的下表面和外殼45之間使用導熱膏以接通因金屬表面的缺陷留下的任何空氣隙。在本申請中運用設在馬薩諸塞州Wolburn的Chomerics公司的被稱為CHO-THERM1641的膏劑。
在勵磁轉子外殼中機加工或保留一個開槽口以便布線套管47通過。如圖2所見，這樣可使主繞組的正和負引線31和32通過勵磁轉子外殼45并如圖所示連接到整流器正和負輸出端25和29。
布線引線33將浪涌保護器端子27連接到整流模塊組件負輸出端29。第一、第二、和第三勵磁轉子相位引線34、35、和36被如圖所示機械和電連接到交流輸入端16a、16b、17a、17b、18a、和18b，使勵磁轉子和全波電橋的單個二極管之間完全連接。連接器引線37、38、和39完成二極管13a、13b、和13c的陰極與對應的二極管15a、15b、和15c的陽極之間的電連接，以完成橋式整流電路。
因此，單個整流二極管模塊12和14的月牙形結構允許整流模塊組件直接裝配在軸42和勵磁轉子線圈之間勵磁轉子的外殼45上。這樣產(chǎn)生幾個有利結果，包括減小了發(fā)電機軸42的總長度；消除了為整流器組件使用分離散熱片的需求；消除了對軸42的額外機加工步驟；并使其更便于平衡轉子。
因此，雖然已描述了用于在交流發(fā)電機中提供勵磁電流的改進的橋式整流器結構和裝配的本發(fā)明的特定實施例，除所附權利要求陳述之外，不意味著這種參考構成對本發(fā)明范圍的限定。
權利要求
1．一種結合旋轉繞組交流發(fā)電機使用的整流模塊組件，該發(fā)電機具有一個軸、一個裝配到該軸的主轉子、一個纏繞在主轉子上的主繞組、和一個包括一個纏繞在轉子上的勵磁線圈的勵磁轉子，該裝配在軸上的勵磁轉子包括a．一個包括制成為月牙形的第一導熱裝配板、一個連到第一裝配板的第一整流電路、至少一個連到第一裝配板的整流輸入端、和一個連到第一裝配板的整流正輸出端；b．一個包括制成為月牙形的第二導熱裝配板、一個連到第二裝配板的第二整流電路、至少一個連到第二裝配板的整流輸入端、和一個連到第二裝配板的整流負輸出端；c．相互電連接第一和第二整流電路的第一電路連接裝置，將正和負整流輸出端連接到發(fā)電機主繞組的第二電路連接裝置，和將整流輸入端連接到勵磁機線圈的第三電路連接裝置；以及d．第一和第二裝配板機械地連到勵磁轉子并與勵磁轉子熱接觸，并繞軸排列以形成一個大致的環(huán)形組件，從而使勵磁轉子起到整流模塊組件的散熱片的作用。
2．根據(jù)權利要求1所述的整流模塊組件，其中勵磁線圈具有三相分離的相線圈，第一整流電路包括在電路中排列的第一、第二、和第三二極管以使第一、第二、和第三二極管的陽極連接到整流器正輸出端，第二整流電路包括在電路中排列的第四、第五、和第六二極管以使第四、第五、和第六二極管的陰極連接到整流器負輸出端，所有二極管一起構成勵磁線圈的每個相線圈的全波橋式整流電路。
3．根據(jù)權利要求2所述的整流模塊組件，其中第一整流模塊進一步包括一個用于抑制瞬態(tài)電壓的電壓抑制器裝置，該電壓抑制器裝置連到第一裝配板并且電跨接在整流器的正和負輸出兩端。
4．根據(jù)權利要求1所述的整流模塊組件，其中第一和第二裝配板是由銅制成的。
5．根據(jù)權利要求4所述的整流模塊組件，進一步包括將整流器的輸入和輸出端與第一和第二裝配板電絕緣的絕緣裝置。
6．根據(jù)權利要求1所述的整流模塊組件，其中組件裝配在發(fā)電機軸和勵磁線圈之間。
7．一種用于整流來自連到多相交流發(fā)電機的軸上的纏繞在勵磁轉子上的線圈的多相交流勵磁信號，以便向發(fā)電機的主繞組提供直流勵磁電流的整流模塊，包括a．一個包括將模塊連到勵磁轉子并圍繞該軸的裝配裝置，以使裝配板處在軸和勵磁轉子上的線圈之間并使在整流模塊和勵磁轉子之間形成導熱結合的圓柱形裝配板；和b．一個處在裝配板內部并電連接到連接于裝配板并在裝配板外部的整流器輸出端和整流器輸入端的整流電路。
8．在一個具有一個軸、一個連到該軸的纏繞在主轉子上的主繞組、一個定子、一個連在該軸的纏繞在勵磁轉子上的勵磁線圈、一個勵磁繞組、和一個用于將來自勵磁線圈中產(chǎn)生的勵磁信號的直流勵磁電流提供給主繞組的整流電路的交流發(fā)電機中，其改進包括將整流電路裝配在整流模塊內部，該整流模塊包括一個連到勵磁轉子并圍繞該軸的導熱圓柱，從而使整流電路所產(chǎn)生的熱量通過圓柱而傳到勵磁轉子。
9．權利要求8所述的改進交流發(fā)電機進一步包括將主繞組電連接到整流模塊的布線套管裝置，該布線套管裝置固定到該軸并穿過勵磁轉子中的開口。
10．權利要求8所述的改進交流發(fā)電機，該圓柱包括相對的第一和第二裝配板，整流電路包括具有六個二極管的三相全波橋式電路，三個二極管設置在第一裝配板內部的電路中，和三個二極管設置在第二裝配板內部的電路中。
全文摘要
將一種用于常規(guī)三相交流發(fā)電機的整流模塊組件構成兩個月牙的整流模塊,以使該整流組件可直接裝配到勵磁轉子的外殼。正和負整流模塊導熱,以使勵磁轉子本身可起到整流模塊組件的散熱片的作用。該整流模塊組件占據(jù)發(fā)電機軸和勵磁轉子線圈之間的空間并圍繞發(fā)電機軸。
文檔編號H01L25/11GK1215509SQ97190421
公開日1999年4月28日 申請日期1997年5月1日 優(yōu)先權日1996年4月30日
發(fā)明者馬諾伊M·巴拉希亞 申請人:馬格內德克公司