斯坦福无刷同步发电机的基本结构
发布时间：2025-12-01 点击：15
斯坦福无刷同步发电机的基本结构
康明斯公司旗下的斯坦福品牌（stamford）无刷发电机由两台发电机构成，一台作为励磁机，另一台为主发电机，还有二极管（或晶闸管）构成的旋转整流器。无刷同步发电机的基本结构按照静止和转动分为两大部分。其中静止部分包括机座、定子铁芯、定子绕组、交流励磁机定子和端盖等；而转动部分包括转子铁芯、磁极绕组、电机轴（转轴）、轴承、交流励磁机的电枢、旋转整流器和风扇等。
一、发电机静止部分
1、定子
定子由机座、定子铁芯和定子绕组所组成，结构如图1所示。定子铁芯及定子绕组是产生感应电势和感应电流的部分，故亦称其为电枢，其电路如图2所示。
图1 斯坦福无刷交流发电机结构图
图2 同步无刷发电机电路图
① 机座
机座是发电机的整体支架，用来固定电枢并和前后两端盖一道支承转子。发电机的机座通常有铸铁铸造和钢板焊接两种。
铸铁铸造的机座内壁一般分布有筋条用以固定电枢，两端面加工有止口及螺孔与端盖配合固定，机座下部铸有底脚，以便将发电机固定。机座上一般有电源出线盒，其位置通常在机座的右侧面（从轴伸端看）或者位于机座上部，出线盒内装有接线板，以便于引出交流电源。位于机座上部的出线盒一般均装有励磁调节器，用于调节励磁电压。
钢板焊接结构的机座是由几块罩式钢板、端环和底脚焊接而成，具有省工省料、重量轻和造型新颖等特
② 定子铁芯
定子铁芯是发电机磁路的一部分。为了减小旋转磁场在定子铁芯中所引起的涡流损耗和磁滞损耗，定子铁芯采用导磁性能较好的0·5mm厚，两面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。铁芯开有均匀分布的槽，以嵌放电枢绕组。为了提高铁芯材料的利用率，定子铁芯常采用扇形硅钢片拼叠成一个整圆形铁芯，拼接时把每层硅钢片的接缝互相错开。较大容量的发电机铁芯，为了增加散热面积，通常沿轴向长度上留有数道通有些发电机的定子和转子均采用硅钢片冲制，其定子铁芯是用整圆硅钢片叠压，再与压圈一道用c02气体保护焊接成一体。这种结构具有材料利用率高，容易加工等特点。
③ 定子绕组
定子绕组是发电机定子部分的电路。定子绕组由线圈组成，线圈采用高强度聚酯漆包圆铜线绕制，并按一定方式连接，嵌人铁芯槽中。线圈采用导线的规格、线圈匝数和并联路数等由设计确定。线绕形式有双层叠绕、单层链式及单双层式等。三相绕组应对称嵌放，彼此相互差120°电气角度。
定子绕组嵌放在铁芯槽中（如图3所示），必须要有对地绝缘、层间绝缘和相间绝缘，以免发电机在运行过程中对铁芯出现击穿或短路故障。主绝缘材料主要采用聚酯薄膜无纺布复合箔，槽绝缘通常采用云母带。
由于定子线圈在铁芯槽内受到交变电磁力及平行导线之间的电动力作用，造成线圈移动或振动，因此，线圈必须坚固。一般用玻璃布板做槽楔在槽内压紧线圈，并且在两端部用玻璃纤维带扎紧，然后把整个电枢进行绝缘处理，使电枢成为一个坚固的整体。
2、端盖
端盖与机座配合后用于支承转子，因此在端盖中心有轴承室圆孔，以便装轴承（如图4所示）。端盖的端面有止口与机座配合，与柴油机专配的发电机在轴伸端的端盖两端面，均有端面止口。所有这些止口与轴承室的同轴度加工精度要求高，以便保证转子装配后的同轴度要求。
图3 斯坦福发电机主机定子三维图
图4 发电机端盖结构图
二、转动部份（转子）
转子一般包括转轴、转子铁心（磁极铁心）、转子线圈（磁极绕组）、轴承、风扇、交流励磁机电枢、旋转整流器等，其三维示意图如图5所示。
1、转轴
转轴一般由45号钢加工而成。通过轴伸上的联轴器与原动机对接。它是将机械能变成电能的关键零件，因此要求具有一定的机械强度和刚度。转轴根据各不同零部件的配合要求加工各部分的尺寸和精度，轴伸部分则按照国家标准。
2、转子铁心
转子铁心（磁极铁心）一般用1mm厚的低碳钢板冲制的磁极冲片迭压成的。
（1）分离凸极式
磁极冲片迭压紧后用铆钉和压板铆合在一起制成磁极铁心。磁极铁心套上磁极线圈后，用磁极螺钉固定在磁扼上。磁极螺钉也用45号钢制造。
（2）整体凸极式
tfe系列无刷发电机采用整体凸极式冲片，这种结构，磁极和磁轭为一体，用0.5mm硅钢片整片冲出，然后直接与端板、铆钉以及阻尼条、阻尼环焊成一个整体形成转子铁心。
（3）隐极式
把整圆的转子冲片直接压装在转轴上，两端具有端板和支撑转子线圈的支架，采用环键固定。为了削弱发电机电压波形中的齿谐波分量，隐极式转子铁心做成斜糟。同时，为提高并联运行性能和承受不平衡负载运行能力，在铁心齿部冲有阻尼孔，埋设阻尼绕组。
3、转子线圈
转子线圈亦称磁极绕组。
（1）隐极式绕组
采用单层同心式绕组，一般用漆包圆铜线绕制。在转子槽中安好绝缘后嵌入转子线圈，而后端部用玻璃纤维管与支架扎牢，再用无纺玻璃纤维带沿圆周捆扎，最后整体浸烘绝缘漆，成一坚固的整体。
（2）凸极式绕组
一般采用矩形截面的高强度聚酯漆包扁铜线绕制，亦有用聚醋漆包圆铜线绕制但其空间填充系数较差。
凸极式磁极绕组为集中式绕组，对分离式凸极结构发电机，在预先制好的铁板框架四周包好云母板、玻璃漆布等绝缘，上下放上玻璃布板衬垫，而后连续绕制线圈，再浸烘绝缘漆，最后直接套在磁极铁心上，再用磁极螺钉固定在磁轭上。对整体凸极式而言，在预先铆焊好的整体转子上，在极身四周包好绝缘，而后整体用机械绕上线圈，最后经f 级绝缘浸烘处理，形成一个坚固的磁极整体，最后用热套法套入转轴。这种线圈结构散热条件好，绝缘和机械强度高，可靠性好。
4、轴承
发电机一般是两支承式，在转轴两端装有轴承。轴承外圈固定在两端盖的轴承室或轴承套内。根据受力情况，轴伸端（即传动端）用滚柱轴承，非传动端用滚珠轴承。轴承加有轴承润滑脂。所有轴承两边都用轴承盖密封，润滑脂常用3号锂基脂。轴承与转轴是过盈配合，轴承用热套法套入转轴。轴承外圈与端盖（或轴承套）采用过渡配合。为了减少振动和噪声，装配轴承切忌敲打，并注意保持清洁。tfe系列发电机，在原动机可承载能力条件下，还有采用单轴承结构型式。此时仅在非传动端装置一个轴承（自动调心），这使电机节省了一个轴承，并使整机轴向长度缩短。
5、风扇
发电机运行时，由于各种损耗而发热，因此必须进行通风冷却。中小型发电机采用在轴上装风扇进行冷却。风扇采用离心式，为了提高效率，风扇常采用后倾式离心风扇。风扇有铸铝和钢板焊接两种。一般装在前端盖内，对专配柴油机组的也有装于前端盖外的，此时风扇装在电机轴伸上的半联轴器上。发电机运行过程中，冷空气由后端盖和机座两侧进入电机内部，冷却电枢绕组、磁极绕组、定转子铁心等，而后通过前端盖的盖板窗孔把热风排出机外，使电机的温升控制在允许的范围内。
6、交流励磁机电枢
无刷同步发电机利用交流励磁机的电枢，经旋转整流器变成直流供给发电机磁场使用。交流励磁机电枢铁心用硅钢片迭压而成，然后嵌以三相交流绕组，并经绝缘处理形成电枢。tfw系列发电机交流励磁机电枢一般装在后端盖的外部，靠电枢支架固定在转轴上，这种结构使电机轴向长度加长；而tfe系列交流励磁机电枢则装在后端盖内部，它直接套在转轴上，使整机轴向长度缩短、紧凑。
7、旋转整流器
tfw系列发电机的旋转整流器装置于交流励磁机外侧，用螺钉固定在转轴上，便于维修与安装。旋转整流器有三相半波或三相全波两种。三相半波有三个旋转硅二极管，三相全波有六个旋转整流管，装在一块公共的绝缘安装板上。如图6所示，为安装方便起见，三相全波用的旋转整流管有正反烧两种管型，即两种正负极刚好相反，这种接法可以减少彼此之间的连线，可靠性好。为了保护旋转硅整流管在运行中偶然因过电压击穿而损坏，在旋转整流器上还并有压敏电阻，以吸收线路上可能的过电压。tfe系列发电机的旋转整流器安装在后端盖内侧，它直接固定于励磁机电枢铁心伸出的螺栓上，布置紧凑。
图5 斯坦福发电机主机转子三维图
图6 斯坦福发电机整流盘接线图.
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一、发电机静止部分
1、定子
定子由机座、定子铁芯和定子绕组所组成，结构如图1所示。定子铁芯及定子绕组是产生感应电势和感应电流的部分，故亦称其为电枢，其电路如图2所示。
图1 斯坦福无刷交流发电机结构图
图2 同步无刷发电机电路图
① 机座
机座是发电机的整体支架，用来固定电枢并和前后两端盖一道支承转子。发电机的机座通常有铸铁铸造和钢板焊接两种。
铸铁铸造的机座内壁一般分布有筋条用以固定电枢，两端面加工有止口及螺孔与端盖配合固定，机座下部铸有底脚，以便将发电机固定。机座上一般有电源出线盒，其位置通常在机座的右侧面（从轴伸端看）或者位于机座上部，出线盒内装有接线板，以便于引出交流电源。位于机座上部的出线盒一般均装有励磁调节器，用于调节励磁电压。
钢板焊接结构的机座是由几块罩式钢板、端环和底脚焊接而成，具有省工省料、重量轻和造型新颖等特
② 定子铁芯
定子铁芯是发电机磁路的一部分。为了减小旋转磁场在定子铁芯中所引起的涡流损耗和磁滞损耗，定子铁芯采用导磁性能较好的0·5mm厚，两面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。铁芯开有均匀分布的槽，以嵌放电枢绕组。为了提高铁芯材料的利用率，定子铁芯常采用扇形硅钢片拼叠成一个整圆形铁芯，拼接时把每层硅钢片的接缝互相错开。较大容量的发电机铁芯，为了增加散热面积，通常沿轴向长度上留有数道通有些发电机的定子和转子均采用硅钢片冲制，其定子铁芯是用整圆硅钢片叠压，再与压圈一道用c02气体保护焊接成一体。这种结构具有材料利用率高，容易加工等特点。
③ 定子绕组
定子绕组是发电机定子部分的电路。定子绕组由线圈组成，线圈采用高强度聚酯漆包圆铜线绕制，并按一定方式连接，嵌人铁芯槽中。线圈采用导线的规格、线圈匝数和并联路数等由设计确定。线绕形式有双层叠绕、单层链式及单双层式等。三相绕组应对称嵌放，彼此相互差120°电气角度。
定子绕组嵌放在铁芯槽中（如图3所示），必须要有对地绝缘、层间绝缘和相间绝缘，以免发电机在运行过程中对铁芯出现击穿或短路故障。主绝缘材料主要采用聚酯薄膜无纺布复合箔，槽绝缘通常采用云母带。
由于定子线圈在铁芯槽内受到交变电磁力及平行导线之间的电动力作用，造成线圈移动或振动，因此，线圈必须坚固。一般用玻璃布板做槽楔在槽内压紧线圈，并且在两端部用玻璃纤维带扎紧，然后把整个电枢进行绝缘处理，使电枢成为一个坚固的整体。
2、端盖
端盖与机座配合后用于支承转子，因此在端盖中心有轴承室圆孔，以便装轴承（如图4所示）。端盖的端面有止口与机座配合，与柴油机专配的发电机在轴伸端的端盖两端面，均有端面止口。所有这些止口与轴承室的同轴度加工精度要求高，以便保证转子装配后的同轴度要求。
图3 斯坦福发电机主机定子三维图
图4 发电机端盖结构图
二、转动部份（转子）
转子一般包括转轴、转子铁心（磁极铁心）、转子线圈（磁极绕组）、轴承、风扇、交流励磁机电枢、旋转整流器等，其三维示意图如图5所示。
1、转轴
转轴一般由45号钢加工而成。通过轴伸上的联轴器与原动机对接。它是将机械能变成电能的关键零件，因此要求具有一定的机械强度和刚度。转轴根据各不同零部件的配合要求加工各部分的尺寸和精度，轴伸部分则按照国家标准。
2、转子铁心
转子铁心（磁极铁心）一般用1mm厚的低碳钢板冲制的磁极冲片迭压成的。
（1）分离凸极式
磁极冲片迭压紧后用铆钉和压板铆合在一起制成磁极铁心。磁极铁心套上磁极线圈后，用磁极螺钉固定在磁扼上。磁极螺钉也用45号钢制造。
（2）整体凸极式
tfe系列无刷发电机采用整体凸极式冲片，这种结构，磁极和磁轭为一体，用0.5mm硅钢片整片冲出，然后直接与端板、铆钉以及阻尼条、阻尼环焊成一个整体形成转子铁心。
（3）隐极式
把整圆的转子冲片直接压装在转轴上，两端具有端板和支撑转子线圈的支架，采用环键固定。为了削弱发电机电压波形中的齿谐波分量，隐极式转子铁心做成斜糟。同时，为提高并联运行性能和承受不平衡负载运行能力，在铁心齿部冲有阻尼孔，埋设阻尼绕组。
3、转子线圈
转子线圈亦称磁极绕组。
（1）隐极式绕组
采用单层同心式绕组，一般用漆包圆铜线绕制。在转子槽中安好绝缘后嵌入转子线圈，而后端部用玻璃纤维管与支架扎牢，再用无纺玻璃纤维带沿圆周捆扎，最后整体浸烘绝缘漆，成一坚固的整体。
（2）凸极式绕组
一般采用矩形截面的高强度聚酯漆包扁铜线绕制，亦有用聚醋漆包圆铜线绕制但其空间填充系数较差。
凸极式磁极绕组为集中式绕组，对分离式凸极结构发电机，在预先制好的铁板框架四周包好云母板、玻璃漆布等绝缘，上下放上玻璃布板衬垫，而后连续绕制线圈，再浸烘绝缘漆，最后直接套在磁极铁心上，再用磁极螺钉固定在磁轭上。对整体凸极式而言，在预先铆焊好的整体转子上，在极身四周包好绝缘，而后整体用机械绕上线圈，最后经f 级绝缘浸烘处理，形成一个坚固的磁极整体，最后用热套法套入转轴。这种线圈结构散热条件好，绝缘和机械强度高，可靠性好。
4、轴承
发电机一般是两支承式，在转轴两端装有轴承。轴承外圈固定在两端盖的轴承室或轴承套内。根据受力情况，轴伸端（即传动端）用滚柱轴承，非传动端用滚珠轴承。轴承加有轴承润滑脂。所有轴承两边都用轴承盖密封，润滑脂常用3号锂基脂。轴承与转轴是过盈配合，轴承用热套法套入转轴。轴承外圈与端盖（或轴承套）采用过渡配合。为了减少振动和噪声，装配轴承切忌敲打，并注意保持清洁。tfe系列发电机，在原动机可承载能力条件下，还有采用单轴承结构型式。此时仅在非传动端装置一个轴承（自动调心），这使电机节省了一个轴承，并使整机轴向长度缩短。
5、风扇
发电机运行时，由于各种损耗而发热，因此必须进行通风冷却。中小型发电机采用在轴上装风扇进行冷却。风扇采用离心式，为了提高效率，风扇常采用后倾式离心风扇。风扇有铸铝和钢板焊接两种。一般装在前端盖内，对专配柴油机组的也有装于前端盖外的，此时风扇装在电机轴伸上的半联轴器上。发电机运行过程中，冷空气由后端盖和机座两侧进入电机内部，冷却电枢绕组、磁极绕组、定转子铁心等，而后通过前端盖的盖板窗孔把热风排出机外，使电机的温升控制在允许的范围内。
6、交流励磁机电枢
无刷同步发电机利用交流励磁机的电枢，经旋转整流器变成直流供给发电机磁场使用。交流励磁机电枢铁心用硅钢片迭压而成，然后嵌以三相交流绕组，并经绝缘处理形成电枢。tfw系列发电机交流励磁机电枢一般装在后端盖的外部，靠电枢支架固定在转轴上，这种结构使电机轴向长度加长；而tfe系列交流励磁机电枢则装在后端盖内部，它直接套在转轴上，使整机轴向长度缩短、紧凑。
7、旋转整流器
tfw系列发电机的旋转整流器装置于交流励磁机外侧，用螺钉固定在转轴上，便于维修与安装。旋转整流器有三相半波或三相全波两种。三相半波有三个旋转硅二极管，三相全波有六个旋转整流管，装在一块公共的绝缘安装板上。如图6所示，为安装方便起见，三相全波用的旋转整流管有正反烧两种管型，即两种正负极刚好相反，这种接法可以减少彼此之间的连线，可靠性好。为了保护旋转硅整流管在运行中偶然因过电压击穿而损坏，在旋转整流器上还并有压敏电阻，以吸收线路上可能的过电压。tfe系列发电机的旋转整流器安装在后端盖内侧，它直接固定于励磁机电枢铁心伸出的螺栓上，布置紧凑。
图5 斯坦福发电机主机转子三维图
图6 斯坦福发电机整流盘接线图.
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同步发电机励磁控制系统的任务与作用
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