專利名稱：變頻發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種變頻發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
目前傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)大都為交流同步發(fā)電機(jī)，由供輸出電能的主繞組和提供磁場(chǎng)的 勵(lì)磁繞組組成，這類同步發(fā)電機(jī)直接產(chǎn)生的是與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速完全同步的交流電，即每一個(gè) 周期一個(gè)正弦波，如圖l所示。由于目前的交流電頻率一般都為50Hz或60Hz。如磁極數(shù)是 2極或4極，則提供的動(dòng)力源就只能是3000r， 3600r和1500r， 1800r。而一般動(dòng)力源的轉(zhuǎn)速 最佳值不一定在此范圍內(nèi)。例如小型汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳工作頻可在4000r甚至更高，所以 用同步發(fā)電機(jī)方式就無(wú)法發(fā)揮出其更大的動(dòng)力，而較大柴油機(jī)的最佳工作頻率在2500左 右，3600r已無(wú)法工作，要制造60Hz的發(fā)電機(jī)就只能用磁極數(shù)為四極的同步發(fā)電機(jī)，且發(fā)動(dòng) 機(jī)只能用1800r轉(zhuǎn)速，這樣就大大降低了柴油發(fā)電機(jī)的功率，增加了重量。其次，發(fā)電機(jī)的 功率重量比與頻率有很大的關(guān)系，頻率越高，發(fā)電機(jī)頻率重量比越大，發(fā)電機(jī)可做得越輕。 一般情況頻率增加10倍，同一功率發(fā)電機(jī)只有原機(jī)的三分之一重量，所以通過(guò)增加發(fā)電機(jī) 的頻率就可大大減少原材料的使用及發(fā)電機(jī)的重量。 另一種近年開(kāi)始在一些小型發(fā)動(dòng)機(jī)上使用較多的為逆變發(fā)電機(jī)，其原理是采用永 磁多極發(fā)電機(jī)發(fā)出較高頻率的等幅交流電，然后通過(guò)一個(gè)逆變器將較高頻率的交流電轉(zhuǎn)換 成一個(gè)恒定的直流電，再通過(guò)逆變方式轉(zhuǎn)換成50Hz或60Hz的正弦交流電(如圖2所示)，簡(jiǎn) 稱ADA發(fā)電方式，此方式解決了同步發(fā)電機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)只能對(duì)應(yīng)固定頻率的缺點(diǎn)。也解決了 發(fā)電機(jī)低頻工作的缺點(diǎn)，同時(shí)具有非常好的電性能。但這種逆變發(fā)電機(jī)的交流電產(chǎn)生方式 是通過(guò)20K左右頻率對(duì)直流進(jìn)行斬波再用電感進(jìn)行濾波使輸出的波形復(fù)原成50Hz或60Hz 正弦波交流電，由于20K的頻率能量很大，容易產(chǎn)生高次諧波并通過(guò)電感輻射到空中生產(chǎn) 電磁干擾，所以此方法只能用在較小功率的發(fā)電機(jī)上。而且逆變發(fā)電機(jī)的電子線路部分較 復(fù)雜，成本高，性價(jià)比較低，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)不明顯。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的是提供一種能夠同時(shí)克服上述現(xiàn)有同步發(fā)電機(jī)和逆變發(fā)電機(jī)的
缺點(diǎn)，且重量更輕，價(jià)格更低，性能也完全能滿足所有用電器需要的變頻發(fā)電機(jī)。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種變頻發(fā)電機(jī)，其特征在于它包括一個(gè)多極定子，一
個(gè)多極轉(zhuǎn)子和一個(gè)由主回路整流電路、轉(zhuǎn)子勵(lì)磁線圈驅(qū)動(dòng)電路和CPU控制單元電路組成的
變頻電路，所述多極轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)采用電磁可控磁場(chǎng)，其各個(gè)極上的勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁線
圈驅(qū)動(dòng)電路相連，而多極定子上的輸出線圈則同主回路整流電路相連，所述CPU控制單元
電路則同時(shí)連接主回路整流電路和轉(zhuǎn)子勵(lì)磁線圈驅(qū)動(dòng)電路。 本實(shí)用新型中所述多極定子的輸出電壓是由所述多極定子發(fā)出的高頻電壓波形 與CPU控制單元電路設(shè)定的多極轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)電壓波形相疊加后產(chǎn)生的調(diào)幅電壓，該調(diào) 幅電壓通過(guò)主回路整流電路正反相整流形成所需頻率的正弦波交流輸出電壓。[0007] 本實(shí)用新型中所述多極轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)強(qiáng)弱受勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)電壓控制，并按照所需發(fā)出的 正弦波交流輸出電壓的頻率作周期性變化。 本實(shí)用新型中所述多極定子輸出的高頻電壓的頻率具體為所述多極轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 與其磁極數(shù)的乘積，而勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)電壓的低頻包絡(luò)線頻率及波形則是根據(jù)正弦波交流輸出電 壓的頻率及波形的需要由所述CPU控制單元電路所產(chǎn)生。 進(jìn)一步講，本實(shí)用新型中所述勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)電壓由所述CPU控制單元電路輸出的勵(lì)磁 電壓控制信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁線圈驅(qū)動(dòng)電路放大后輸出給多極轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁線圈；而勵(lì)磁電壓控 制信號(hào)則由CPU控制單元電路根據(jù)所需的正弦波交流輸出電壓的頻率及波形變化曲線信 號(hào)，并結(jié)合取自多極定子輸出電壓的反饋信號(hào)、取自正弦波交流輸出電壓的反饋信號(hào)以及 其它各種反饋信號(hào)進(jìn)行綜合處理后產(chǎn)生。而所述的其它各種反饋信號(hào)同現(xiàn)有技術(shù)一樣，具 體包括發(fā)電機(jī)輸出端因負(fù)載變動(dòng)而造成輸出電壓波動(dòng)的反饋信號(hào)、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī) 本身輸出功率不穩(wěn)定而造成輸出電壓波動(dòng)的反饋信號(hào)，以及發(fā)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子因溫度變化而 造成輸出電壓波動(dòng)的反饋信號(hào)等。 而本實(shí)用新型中所述正弦波交流輸出電壓的波形是由所述主回路整流電路根據(jù) CPU控制單元電路輸出的整流控制信號(hào)對(duì)多極定子輸出的調(diào)幅電壓包絡(luò)線進(jìn)行正反相整流 而形成。 并且本實(shí)用新型中的上述整流控制信號(hào)與前述勵(lì)磁電壓控制信號(hào)同步。 本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)是 本實(shí)用新型與現(xiàn)有的同步發(fā)電機(jī)相比，由于采用電磁可控磁場(chǎng)的多極轉(zhuǎn)子，提高 了發(fā)電機(jī)的頻率，故大大節(jié)省了銅材及矽鋼材料，減輕了機(jī)器的重量；而最大的優(yōu)勢(shì)是本實(shí) 用新型可選擇與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)成最佳匹配關(guān)系的工作頻率，與同步發(fā)電機(jī)相比使得同樣排 量的發(fā)動(dòng)機(jī)可輸出更大的功率。 而本實(shí)用新型與現(xiàn)有的逆變發(fā)電機(jī)比較，由于其發(fā)電過(guò)程取消了ADA發(fā)電方式中 20K左右的高頻斬波過(guò)程，所以沒(méi)有高頻輻射干擾，幾乎消除了電磁干擾；同樣本實(shí)用新型 的變頻電路取消了使用價(jià)格昂貴的大功率半導(dǎo)體功率器件，以及大容量電容，避免使用體 積較大容易造成電磁干擾的大電感，故大大減低了成本，簡(jiǎn)化了電子電路，進(jìn)一步減輕了發(fā) 電機(jī)重量。 總之，本實(shí)用新型的總造價(jià)均低于現(xiàn)有的同步發(fā)電機(jī)和逆變發(fā)電機(jī)，且從性能而 言，本實(shí)用新型的電壓穩(wěn)定性、頻率精度、波形失真情況等可基本達(dá)到現(xiàn)有逆變發(fā)電機(jī)的水 平，而遠(yuǎn)高于同步發(fā)電機(jī)。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述

圖1為現(xiàn)有的同步發(fā)電機(jī)定子上輸出的電壓波形示意圖； 圖2為現(xiàn)有的逆變發(fā)電機(jī)定子上的輸出電壓至最終正弦波輸出電壓波形變化示 意圖； 圖3為本實(shí)用新型變頻發(fā)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子部分的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本實(shí)用新型的變頻電路的工作原理框圖； 圖5為本實(shí)用新型的多極定子上輸出電壓波形至最終正弦波輸出電壓波形變化示意圖。
其中1、多極定子；2、多極轉(zhuǎn)子；3、輸出線圈；4、勵(lì)磁線圈。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例結(jié)合圖3和圖4所示，本實(shí)施例所述的這種變頻發(fā)電機(jī)，包括一個(gè)多極定子1，一個(gè)多極轉(zhuǎn)子2和一個(gè)由主回路整流電路、轉(zhuǎn)子勵(lì)磁線圈驅(qū)動(dòng)電路和CPU控制單元電路組成的變頻電路，所述多極轉(zhuǎn)子2的磁場(chǎng)采用電磁可控磁場(chǎng)，其各個(gè)極上的勵(lì)磁線圈4與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁線圈驅(qū)動(dòng)電路相連，而多極定子1上的輸出線圈3則同主回路整流電路相連，所述CPU控制單元電路則同時(shí)連接主回路整流電路和轉(zhuǎn)子勵(lì)磁線圈驅(qū)動(dòng)電路。[0024] 結(jié)合圖4、圖5所示，本實(shí)施例所述的變頻發(fā)電機(jī)工作時(shí)，同現(xiàn)有技術(shù)一樣，由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)多極轉(zhuǎn)子2轉(zhuǎn)動(dòng)后，便在多極定子1的輸出線圈上產(chǎn)生電壓，多極定子1上取出部分能量提供給多極轉(zhuǎn)子2的勵(lì)磁線圈4后又使其自身輸出線圈3上績(jī)聚能量直至達(dá)到平衡狀態(tài)。 正常工作時(shí)，CPU控制單元電路根據(jù)所需發(fā)出的正弦波交流輸出電壓的頻率及波形變化曲線信號(hào)，并結(jié)合取自多極定子1輸出電壓的反饋信號(hào)和取自正弦波交流輸出電壓的反饋信號(hào)以及其它各種反饋信號(hào)，綜合處理后產(chǎn)生勵(lì)磁電壓控制信號(hào)，該勵(lì)磁電壓控制信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁線圈驅(qū)動(dòng)電路放大形成勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)電壓輸出給多極轉(zhuǎn)子2的勵(lì)磁線圈4，以控制多極轉(zhuǎn)子2的磁場(chǎng)強(qiáng)弱按所需的正弦波交流輸出電壓的頻率作周期性變化，進(jìn)而在多極定子1上產(chǎn)生一個(gè)帶有包絡(luò)線的調(diào)幅電壓，該調(diào)幅電壓也即由所述多極定子1發(fā)出的高頻電壓波形與勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)電壓波形相疊加的產(chǎn)物。而其中所述多極定子1輸出的高頻電壓的頻率為所述多極轉(zhuǎn)子2的轉(zhuǎn)速與其磁極數(shù)的乘積。 與此同時(shí)所述主回路整流電路根據(jù)CPU控制單元電路輸出的與前述勵(lì)磁電壓控制信號(hào)同步的整流控制信號(hào)來(lái)對(duì)多極定子1輸出的調(diào)幅電壓包絡(luò)線進(jìn)行正反相整流，再濾波，最終輸出完全的正弦波交流電。 本實(shí)用新型所述的這種變頻發(fā)電機(jī)與現(xiàn)有的同步發(fā)電機(jī)相比，由于采用電磁可控磁場(chǎng)的多極轉(zhuǎn)子2，提高了發(fā)電機(jī)的頻率，故大大節(jié)省了銅材及矽鋼材料，減輕了機(jī)器的重量；而最大的優(yōu)勢(shì)是本實(shí)用新型可選擇與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)成最佳匹配關(guān)系的工作頻率，與同步發(fā)電機(jī)相比使得同樣排量的發(fā)動(dòng)機(jī)可輸出更大的功率。 而本實(shí)用新型與現(xiàn)有的逆變發(fā)電機(jī)比較，由于其發(fā)電過(guò)程取消了ADA發(fā)電方式中20K左右的高頻斬波過(guò)程，所以沒(méi)有高頻輻射干擾，幾乎消除了電磁干擾；同樣本實(shí)用新型的變頻電路取消了使用價(jià)格昂貴的大功率半導(dǎo)體功率器件，以及大容量電容，避免使用體積較大容易造成電磁干擾的大電感，故大大減低了成本，簡(jiǎn)化了電子電路，進(jìn)一步減輕了發(fā)電機(jī)重量。 總之，本實(shí)用新型的總造價(jià)均低于現(xiàn)有的同步發(fā)電機(jī)和逆變發(fā)電機(jī)，且從性能而言，本實(shí)用新型的電壓穩(wěn)定性、頻率精度、波形失真情況等可基本達(dá)到現(xiàn)有逆變發(fā)電機(jī)的水平，而遠(yuǎn)高于同步發(fā)電機(jī)。
權(quán)利要求一種變頻發(fā)電機(jī)，其特征在于它包括一個(gè)多極定子(1)，一個(gè)多極轉(zhuǎn)子(2)和一個(gè)由主回路整流電路、轉(zhuǎn)子勵(lì)磁線圈驅(qū)動(dòng)電路和CPU控制單元電路組成的變頻電路，所述多極轉(zhuǎn)子(2)的磁場(chǎng)采用電磁可控磁場(chǎng)，其各個(gè)極上的勵(lì)磁線圈(4)與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁線圈驅(qū)動(dòng)電路相連，而多極定子(1)上的輸出線圈(3)則同主回路整流電路相連，所述CPU控制單元電路則同時(shí)連接主回路整流電路和轉(zhuǎn)子勵(lì)磁線圈驅(qū)動(dòng)電路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的變頻發(fā)電機(jī)，其特征在于所述多極定子(1)的輸出電壓是由所述多極定子(1)發(fā)出的高頻電壓波形與CPU控制單元電路設(shè)定的多極轉(zhuǎn)子(2)的勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)電壓波形相疊加后產(chǎn)生的調(diào)幅電壓，該調(diào)幅電壓通過(guò)主回路整流電路正反相整流形成所需頻率的正弦波交流輸出電壓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的變頻發(fā)電機(jī)，其特征在于所述多極轉(zhuǎn)子(2)的磁場(chǎng)強(qiáng)弱受勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)電壓控制，并按照所需發(fā)出的正弦波交流輸出電壓的頻率作周期性變化。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的變頻發(fā)電機(jī)，其特征在于所述多極定子(1)輸出的高頻電壓的頻率為所述多極轉(zhuǎn)子(2)的轉(zhuǎn)速與其磁極數(shù)的乘積，而勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)電壓的低頻包絡(luò)線頻率及波形是根據(jù)所需的正弦波交流輸出電壓的頻率及波形由所述CPU控制單元電路所產(chǎn)生。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的變頻發(fā)電機(jī)，其特征在于所述勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)電壓由所述CPU控制單元電路輸出的勵(lì)磁電壓控制信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁線圈驅(qū)動(dòng)電路放大后輸出給多極轉(zhuǎn)子(2)的勵(lì)磁線圈(4);而勵(lì)磁電壓控制信號(hào)則由CPU控制單元電路根據(jù)所需的正弦波交流輸出電壓的頻率及波形變化曲線信號(hào)，并結(jié)合取自多極定子(1)輸出電壓的反饋信號(hào)、取自正弦波交流輸出電壓的反饋信號(hào)以及其它各種反饋信號(hào)進(jìn)行綜合處理后產(chǎn)生。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的變頻發(fā)電機(jī)，其特征在于所述正弦波交流輸出電壓的波形是由所述主回路整流電路根據(jù)CPU控制單元電路輸出的整流控制信號(hào)對(duì)多極定子(1)輸出的調(diào)幅電壓包絡(luò)線進(jìn)行正反相整流而形成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的變頻發(fā)電機(jī)，其特征在于所述主回路整流電路的整流控制信號(hào)與所述勵(lì)磁電壓控制信號(hào)同步。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種變頻發(fā)電機(jī)，其特征在于它包括一個(gè)多極定子，一個(gè)多極轉(zhuǎn)子和一個(gè)由主回路整流電路、轉(zhuǎn)子勵(lì)磁線圈驅(qū)動(dòng)電路和CPU控制單元電路組成的變頻電路，所述多極轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)采用電磁可控磁場(chǎng)，其各個(gè)極上的勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁線圈驅(qū)動(dòng)電路相連，而多極定子上的輸出線圈則同主回路整流電路相連，所述CPU控制單元電路則同時(shí)連接主回路整流電路和轉(zhuǎn)子勵(lì)磁線圈驅(qū)動(dòng)電路。本實(shí)用新型的總造價(jià)均低于現(xiàn)有的同步發(fā)電機(jī)和逆變發(fā)電機(jī)，且從性能而言，本實(shí)用新型的電壓穩(wěn)定性、頻率精度、波形失真情況等可基本達(dá)到現(xiàn)有逆變發(fā)電機(jī)的水平，而遠(yuǎn)高于同步發(fā)電機(jī)。
文檔編號(hào)H02P9/14GK201490959SQ20092018597
公開(kāi)日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2009年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月24日
發(fā)明者陳維加 申請(qǐng)人:陳維加