專利名稱：懸臂式大容量無刷勵磁系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及發電機無刷勵磁系統，為一種懸臂式大容量無刷勵磁系統。
背景技術：
勵磁系統是同步發電機組的重要組成部分，直接影響發電機的運行特性。勵磁系 統一般分為直流勵磁機勵磁系統，無刷勵磁系統和靜止勵磁系統。直流勵磁機勵磁系統
和靜止勵磁系統都需要碳刷和滑環，勵磁電流的大小受滑環和碳刷的限制;碳刷和滑環
之間摩擦引起的火花，不可以用于易燃易爆氣體的特殊環境；運行中會有碳刷灰，碳刷
磨損問題嚴重，機組運行維護的工作量大。無刷勵磁系統免維護，可靠性高，可以在特 殊環境下運行，具有很大的優越性，但是目前無刷勵磁系統的容量都比較低，也有容量 大的，但是由于容量大的勵磁機總重量大，軸向長度長，需要額外加軸承座，增加了安 裝環節，容易引發故障。原有的無刷勵磁系統的結構，應用在大容量發電機上，還存在
另外一些問題首先勵磁系統的進出風均在發電機的冷風區，風路過長，風阻大，勵磁 機百分之十的損耗產生的熱量全部進入發電機冷風區，會升高發電機進風溫度4-5度，
增加發電機冷卻系統的負擔，冷卻效果不理想，也有使用氫冷方式，但此種方式成本高，
對系統密封性能等要求高，不易實現；第二，原有的永磁副勵磁機定子內徑小于整流裝 置外徑，發電機每穿一次轉子，整流裝置都必須拆裝一次，整流裝置既與發電機連接， 又與勵磁機連接，多次拆裝時安裝不當，接觸電阻大引起的過熱，甚至燒毀連接線的現 象時有發生；另外，原有結構的二極管和快速熔斷器容量不能滿足大容量勵磁系統的需 求，而能夠滿足大容量勵磁系統的二極管和熔斷器的外型與原來都有很大不同，這種改 變使得整流裝置必須采用完全不同的新結構，因此二極管和熔斷器的選型和固定方法 也是面臨的難題。

發明內容
本發明要解決的問題是現有無刷勵磁系統的容量都較低，提升容量時存在安裝環 節多、冷卻效果不理想、整流裝置的容量和結構無法達到要求等問題，運行不穩定，故 障率高，需要提供一種結構緊湊合理、運行可靠、整流效果好、安裝維護方便的大容量 無刷勵磁系統。本發明的技術方案為懸臂式大容量無刷勵磁系統，包括永磁副勵磁機和主勵磁機， 主勵磁機的勵端設有整流裝置和接地檢測滑環裝置，無刷勵磁系統設置在主發電機轉子 轉軸的末端，主勵磁機的轉軸為懸臂式， 一端設有靠背輪，所述靠背輪與主發電機軸承 剛性連接，主勵磁機轉軸另一端懸空，永磁副勵磁機的磁鋼、主勵磁機的轉子、整流裝 置和接地檢測滑環裝置從主勵磁機的汽端起依次安裝在主勵磁機轉軸上，并隨轉軸同歩 轉動，其中永磁副勵磁機的極靴通過螺栓將磁鋼固定在主勵磁機轉軸的靠背輪上；無刷 勵磁系統還設有與主發電機的底板連接的機殼，機殼靠主發電機一端設有封板，另一端 設有端蓋，機殼、封板和端蓋構成封閉式結構。
本發明機殼由永磁副勵磁機機座、主勵磁機機座組成，封板位于主發電機與永磁副 勵磁機之間，端蓋設置于整流裝置和接地檢測滑環裝置外，所述封板、永磁副勵磁機機 座、主勵磁機機座和端蓋構成封閉式結構；其中永磁副勵磁機機座、主勵磁機機座均由 兩個半機座組合構成，兩個半機座在兩邊的結合處均設有法蘭面，法蘭面上設有對應的 安裝孔，兩個半機座通過安裝在安裝孔的螺栓緊密固定連接，在半機座兩邊結合處的法 蘭面的對角位置設有定位銷。
針對大容量下的無刷勵磁系統冷卻問題，本發明進一步設有空冷通道，主勵磁機下 方安裝有空氣冷卻器，由空氣冷卻器一整流裝置一主勵磁機一永磁副勵磁機一空氣冷卻 器組成為一個獨立的冷卻回路，從而改善勵磁系統的冷卻效果。與以往小容量無刷勵磁 系統與主發電機共用一個冷卻系統相比，本發明的冷卻方式更適于大容量無刷勵磁系 統。
本發明的整流裝置為單盤結構，由支撐座、交流側散熱片、整流二極管、直流側散 熱片、熔斷器和用于輸出電流的JH、負銅線組成，交流側散熱片安裝于支撐座內圓，整 流二極管、直流側散熱片和熔斷器串聯，整流二極管、直流側散熱片和熔斷器共有12 組，通過螺栓壓裝在交流側散熱片上，構成三相橋式整流；交流側散熱片和直流側散熱 片外側設有散熱翅片，散熱翅片伸出支撐座外；這樣不僅加大了散熱片的散熱面積，同 時在系統運行時還構成離心式風扇，可以產生足夠的風量，冷卻整流裝置，同時也冷卻 主勵磁機和永磁副勵磁機，因此不需要單獨的風扇，使結構更加緊湊合理。
本發明也可以在機座兩端設置與主發電機的冷卻系統連通的進、出風管道，實現冷卻。
本發明永磁副勵磁機為三相同歩永磁發電機或單相同步永磁發電機，極靴通過螺栓 將磁鋼固定在主勵磁機轉軸的的靠背輪上，靠背輪既作為轉軸的剛性連接，也作為永磁副勵磁機的轉子，縮短了軸身長，也減輕了軸的重量，節省了安裝空間；接地檢測滑環 裝置包括短軸、滑環和碳刷，2個滑環熱套在短軸上，短軸中空，設有導線穿過短軸連 接主發電機勵磁繞組和滑環，碳刷通過支架固定在端蓋上，碳刷與滑環接觸，并設有導 線引至主發電機，碳刷和主勵磁機之間設有隔板，可防止碳刷灰進入風路而引起勵磁機 故障。
本發明的懸臂式大容量無刷勵磁機，結構緊湊，重量輕，利用靠背輪等結構使轉軸 的軸向盡量短，從而可以實現懸臂式結構，有利于軸系的平衡，兩個半機座構成的機座 使在穿轉子時不需要拆卸整流裝置，避免了系統裝卸質量對勵磁機可靠性的影響；本發 明設置了空氣冷卻器，實現獨立的冷卻系統，充分利用空間，空冷效率高、成本低，適 于大容量無刷勵磁系統，并且由于整流裝置含有風扇結構，整流裝置的冷卻好，溫升低， 能夠為主發電機提供理想的大勵磁電流，整個無刷勵磁系統完善可靠；主勵磁機的靠背 輪既作為與發電機轉軸的剛性連接，也作為永磁副勵磁機的轉子，結構緊湊。本發明從 安裝環節、系統結構等方面減少了外界因素對勵磁機的影響，使系統更加安全可靠，整 個無刷勵磁系統結構緊湊合理、運行可靠、整流效果好、安裝維護方便。


圖1為本發明主勵磁機轉軸的懸臂式結構。 圖2為本發明的一種實施示意圖。
圖3為本發明的永磁副勵磁機、主勵磁機機座結構示意圖。 圖4為本發明單盤結構整流裝置剖面示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。 如圖1，本發明無刷勵磁系統設置在主發電機轉子轉軸11的末端，主勵磁機4的 轉軸l為懸臂式， 一端設有靠背輪1 —1，通過主發電機軸承10與主發電機轉子的轉軸 11剛性連接，轉軸1通過靠背輪l一l和主發電機軸承10與主發電機轉子的轉軸11剛 性連接，轉軸l另一端懸空，永磁副勵磁機2的磁鋼2 — 2、主勵磁機的轉子4—2、整 流裝置5和接地檢測滑環裝置6從主勵磁機4的汽端起依次安裝在主勵磁機轉軸1上， 并隨轉軸1同步轉動。
圖2為本發明的一種具體實施示意圖，包括永磁副勵磁機2和主勵磁機4，主勵磁機4的勵端設有整流裝置5和接地檢測滑環裝置6，設有與主發電機的底板連接的封閉 式機殼，機殼由永磁副勵磁機機座3 — 2、主勵磁機機座3 — 3組成，封板3 — 1位于主 發電機與永磁副勵磁機2之間，端蓋3 — 4設置于整流裝置5和接地檢測滑環裝置6夕卜， 所述封板3 —1、永磁副勵磁機機座3 — 2、主勵磁機機座3 —3和端蓋3—4構成封閉式 結構；在主勵磁機4下方設置空氣冷卻器7，機座3兩端設有進、出風管道8、 9，與主 勵磁機4下面的空氣冷卻器7連通，按空氣冷卻器7 —整流裝置5 —主勵磁機4_永磁 副勵磁機2 —空氣冷卻器7的路徑形成全封閉冷卻回路。如不設空氣冷卻器7，也可以 將進、出風管道8、 9直接與主發電機的冷卻系統連通。
本發明的永磁副勵磁機機座3 — 2、主勵磁機機座3—4均為半機座結構，有利于無 刷勵磁系統的拆裝，如圖2和圖3，兩個半機座3 — 11在兩邊的結合處均設有法蘭面3 一12，法蘭面3 — 12上設有對應的安裝孔3 — 13，兩個半機座3 — 11通過安裝在安裝孔 3 — 13的螺栓緊密固定連接，為保證兩個半機座的牢固連接，在兩邊法蘭面的對角位置 設有定位銷。用螺釘將兩個半機座連接成整圓，并用定位銷定位,機座材料除機座圈是 用鑄鋼外，其它均為Q235鋼板。永磁副勵磁機機座和主勵磁機機座用螺釘連在一起。
本發明的永磁副勵磁機2采用單相同步永磁發電機，也可采用三相同步永磁發電 機，極靴2-1通過螺栓將磁鋼2-2固定在勵磁機主軸的靠背輪1-1上，如圖1所示，靠 背輪1_1既作為主勵磁機4的轉軸1與主發電機轉軸11的剛性連接，也作為永磁副勵 磁機2的轉子，使整個無刷勵磁系統的結構更加緊湊合理。
主勵磁機4為交流無刷勵磁機，采用6極旋轉電樞式三相同步發電機，如圖2和圖 3，其磁極4-l固定在主勵磁機機座上，主勵磁機4的電樞安裝在轉子4-2上，轉子4 一2設在主勵磁機4的轉軸1上，電樞繞組通過銅導線與整流裝置5連接。
本發明的整流裝置為新設計的單盤結構，它是由支撐座5-1、交流側散熱片5-2、 整流二極管5-3、直流側散熱片5-4、熔斷器5-5和用于輸出電流的正銅線5-6、負銅 線5-7組成。整流裝置為一圓盤對稱結構，其側面剖視圖如圖4，交流側散熱片5-2安 裝于支撐座5-1內圓，整流二極管5-3、直流側散熱片5-4和熔斷器5-5串聯，共有12 組，并通過螺栓壓裝在交流側散熱片5-2上，12組交流側散熱片5-2、整流二極管5-3、 直流側散熱片5-4和熔斷器5-5分布安裝在支承座上，由此構成三相橋式整流。交流側 散熱片5-2和直流側散熱片5-4外側設有散熱翅片5—8，且散熱翅片5—8伸出支撐座 5-1外，這樣不僅加大了散熱片的散熱面積，同時也作為離心式風扇，可以產生足夠的 風量，冷卻整流裝置，同時也冷卻主勵磁機和永磁副勵磁機，因此不需要單獨的風扇，使結構更加緊湊合理。
本發明接地檢測滑環裝置6主要由短軸6-l、滑環6-2和碳刷6-3組成，安裝在主 勵磁機4轉軸1懸空端的最末。2個滑環6-2熱套在短軸6-l上，短軸6-l是中空的， 有導線穿過短軸6-1，連接主發電機勵磁繞組和滑環6-2，碳刷6-3通過支架固定在端 蓋上，與滑環6-2接觸，由導線引出至主發電機保護。碳刷6-3和主勵磁機4之間有隔 板，可防止碳刷灰進入風路而弓I起勵磁機故障。
依據上述設計的懸臂式無刷勵磁系統系統冷卻效果良好，系統運行穩定，可用于大 容量發電機組。試驗結果表明，產品各項指標完全滿足發電機對勵磁系統的要求，電流 輸出平穩，安裝維護方便，運行可靠。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明的實施，凡在本發明的設 計思想和原則之內所作的任何修改，等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍 之內。
權利要求
1、懸臂式大容量無刷勵磁系統，包括永磁副勵磁機和主勵磁機，主勵磁機的勵端設有整流裝置和接地檢測滑環裝置，其特征是無刷勵磁系統設置在主發電機轉子轉軸的末端，主勵磁機的轉軸為懸臂式，一端設有靠背輪，所述靠背輪與主發電機轉軸剛性連接，主勵磁機轉軸另一端懸空，永磁副勵磁機的磁鋼、主勵磁機的轉子、整流裝置和接地檢測滑環裝置從主勵磁機的汽端起依次安裝在主勵磁機轉軸上，并隨轉軸同步轉動，其中永磁副勵磁機的極靴通過螺栓將磁鋼固定在主勵磁機轉軸的靠背輪上；無刷勵磁系統還設有與主發電機的底板連接的機殼，機殼靠主發電機一端設有封板，另一端設有端蓋，機殼、封板和端蓋構成封閉式結構。
2、 根據權利要求1所述的懸臂式大容量無刷勵磁系統，其特征是機殼由永磁副勵 磁機機座、主勵磁機機座組成，封板位于主發電機與永磁副勵磁機之間，端蓋設置于整 流裝置和接地檢測滑環裝置外，所述封板、永磁副勵磁機機座、主勵磁機機座和端蓋構 成封閉式結構；其中永磁副勵磁機機座、主勵磁機機座均由兩個半機座組合構成，兩個 半機座在兩邊的結合處均設有法蘭面，法蘭面上設有對應的安裝孔，兩個半機座通過安 裝在安裝孔的螺栓緊密固定連接，在半機座兩邊結合處的法蘭面的對角位置設有定位 銷。
3、 根據權利要求1或2所述的懸臂式大容量無刷勵磁系統，其特征是設有空冷通 道，主勵磁機下方設有空氣冷卻器，所述空冷通道為按空氣冷卻器一整流裝置一主勵磁 機一永磁副勵磁機一空氣冷卻器路徑設置的空氣流動通道。
4、 根據權利要求1或2所述的懸臂式大容量無刷勵磁系統，其特征是整流裝置為 單盤結構，由支撐座、交流側散熱片、整流二極管、直流側散熱片、熔斷器和用于輸出 電流的正、負銅線組成，交流側散熱片安裝于支撐座內圓，整流二極管、直流側散熱片 和熔斷器串聯，整流二極管、直流側散熱片和熔斷器共有12組，通過螺栓壓裝在交流 側散熱片上，構成三相橋式整流；交流側散熱片和直流側散熱片外側設有散熱翅片，散 熱翅片伸出支撐座外。
5、 根據權利要求3所述的懸臂式大容量無刷勵磁系統，其特征是整流裝置為單盤 結構，由支撐座、交流側散熱片、整流二極管、直流側散熱片、熔斷器和用于輸出電流 的正、負銅線組成，交流側散熱片安裝于支撐座內圓，整流二極管、直流側散熱片和熔 斷器串聯，整流二極管、直流側散熱片和熔斷器共有12組，通過螺栓壓裝在交流側散 熱片上，構成三相橋式整流；交流側散熱片和直流側散熱片外側設有散熱翅片，散熱翅 片伸出支撐座外。
6、 根據權利要求1或2所述的懸臂式大容量無刷勵磁系統，其特征是接地檢測滑 環裝置包括短軸、滑環和碳刷，2個滑環熱套在短軸上，短軸中空，設有導線穿過短軸 連接主發電機勵磁繞組和滑環，碳刷通過支架固定在端蓋上，碳刷與滑環接觸，并設有 導線引至主發電機，碳刷和主勵磁機之間設有隔板。
7、 根據權利要求3所述的懸臂式大容量無刷勵磁系統，其特征是接地檢測滑環裝 置包括短軸、滑環和碳刷，2個滑環熱套在短軸上，短軸中空，設有導線穿過短軸連接 主發電機勵磁繞組和滑環，碳刷通過支架固定在端蓋上，碳刷與滑環接觸，并設有導線 引至主發電機，碳刷和主勵磁機之間設有隔板。
8、 根據權利要求4所述的懸臂式大容量無刷勵磁系統，其特征是接地檢測滑環裝 置包括短軸、滑環和碳刷，2個滑環熱套在短軸上，短軸中空，設有導線穿過短軸連接 主發電機勵磁繞組和滑環，碳刷通過支架固定在端蓋上，碳刷與滑環接觸，并設有導線 引至主發電機，碳刷和主勵磁機之間設有隔板。
9、 根據權利要求5所述的懸臂式大容量無刷勵磁系統，其特征是接地檢測滑環裝 置包括短軸、滑環和碳刷，2個滑環熱套在短軸上，短軸中空，設有導線穿過短軸連接 主發電機勵磁繞組和滑環，碳刷通過支架固定在端蓋上，碳刷與滑環接觸，并設有導線 引至主發電機，碳刷和主勵磁機之間設有隔板。
10、 根據權利要求1或2所述的懸臂式大容量無刷勵磁系統，其特征是機座兩端設 有與主發電機的冷卻系統連通的進、出風管道。
全文摘要
懸臂式大容量無刷勵磁系統，包括永磁副勵磁機、主勵磁機、整流裝置和接地檢測滑環裝置，主勵磁機的轉軸為懸臂式，永磁副勵磁機的磁鋼、主勵磁機的轉子、整流裝置和接地檢測滑環裝置安裝在主勵磁機轉軸上，并隨轉軸同步轉動。本發明實現懸臂式結構，機座的結構避免了勵磁系統裝卸質量對系統可靠性的影響；設置了空氣冷卻器，空冷效率高、成本低，適于大容量無刷勵磁系統；整流裝置容量滿足需求，冷卻好，能夠為主發電機提供理想的大勵磁電流；本發明從安裝環節、系統結構等方面減少了外界因素對勵磁機的影響，使系統更加安全可靠，整個無刷勵磁系統結構緊湊合理、重量輕、運行可靠、整流效果好、安裝維護方便。
文檔編號H02K9/02GK101552522SQ20081024261
公開日2009年10月7日 申請日期2008年12月29日 優先權日2008年12月29日
發明者張利光, 宏 田, 葛淑明 申請人:南京汽輪電機(集團)有限責任公司