徑向雙極式永磁與勵磁混合勵磁多相發電機的製作方法
2023-12-11 19:57:17
專利名稱：徑向雙極式永磁與勵磁混合勵磁多相發電機的製作方法
技術領域：
本發明提供一種徑向雙極式永磁與勵磁混合勵磁多相發電機，屬於汽車電器領域。
背景技術：
汽車產業作為我國的支柱產業，在社會經濟中發揮著越來越重要的作用。發電機是汽車上重要的電器，也已經形成了一個很大的研究領域和產業。人們對汽車舒適性要求越來越高，所以車用發電機的功率也越來越大，現在的中高檔汽車的發電機一般都在IKW
左右O隨著發電機功率的增加，其定子繞組的相數從單相(150W左右)、兩相(450W左右)過渡到現在普遍採用的三相(900W左右)，但是當發電機功率達到IKW左右時，就會出現電壓波動太大、電樞反應加強、效率降低、整流二極體因負載太大而發熱增加、壽命降低等問題。近些年發展起來的永磁發電機，已經解決了永磁發電機隨轉速增加電壓迅速升高、電壓不可調的問題，已在低速、低功率車輛中得到廣泛的應用，並取得了很大的經濟和社會效益。但是，它們也存在中等功率(1KW左右)穩壓困難、穩壓成本太高的缺點。如CN1677793所公開的「混合動力電動汽車用四相永磁發電機」採用CN1707938所公開的「混合動力汽車用整流穩壓器」來實現整流穩壓，已經完全適合低速、小功率發電機的要求；但是，面臨的重要問題就是前述應用於中等功率發電機時穩壓困難、穩壓成本太高導致整個發電機成本太高等問題；因為每塊永磁體與每四個定子鐵芯極相對應，若採用瓦片狀永磁體(極靴沿圓周方向厚度相同)，則加工成本高、易因加工精度低產生大的附加氣隙、安裝時廢品率增加；若採用條形永磁體，則通過極靴在氣隙裡產生的磁場不均勻(因為極靴沿圓周方向兩側薄、中間厚，為了得到正弦波形)、從而導致電壓波形正弦畸變率加大、 效率降低(實驗證明比相同表面積的瓦片狀永磁體低3. 5%左右)。
發明內容
本發明在於解決上述問題，提供一種磁場充分利用、在寬轉速範圍內輸出電壓穩定的直流電、整流器發熱少壽命長、穩壓簡單可靠成本低的徑向雙極式永磁與勵磁混合勵磁多相發電機。是通過以下技術方案來實現的一種徑向雙極式永磁與勵磁混合勵磁多相發電機，包括前端蓋，後端蓋，轉軸，整流器，穩壓器，電勵磁轉子，由轉子鐵芯、永磁體構成的永磁轉子，由定子鐵芯、電樞繞組構成的定子；安裝在轉軸上的永磁轉子和電勵磁轉子共用一個電樞繞組，產生的磁勢在磁路中並聯合成；電樞繞組的首端接於發電機的正極輸出端，電樞繞組的尾端分別接整流器、穩壓器的輸入端，以實現整流、穩壓；所述電樞繞組為η相完全相同的電樞繞組，η相中的每相電樞繞組都分別跨過定子鐵芯上的η個極依次嵌線，上述電樞繞組的相位差為360/η度，η為大於等於4的整數；
所述永磁體為ail塊條形永磁體，m為大於等於2的偶數，相同極性的兩塊水磁體相互靠近，不同極性的每兩塊永磁體相互間隔、且沿圓周均勻分布；永磁轉子的每個磁極與電勵磁轉子的每個磁極在軸向對齊、極性相同、且均與定子鐵芯上的每η個極相對應；所述永磁轉子的每個磁極為每相鄰兩塊極性相同的永磁體。電勵磁轉子為爪極結構，包括爪極、法蘭盤、勵磁繞組；所述電勵磁轉子的每個磁極為每個爪極。電勵磁轉子為雙爪極結構，包括爪極、法蘭盤、勵磁繞組；勵磁繞組兩側的法蘭盤對合，每個法蘭盤上連接an個爪極，同一個法蘭盤上的相鄰兩個爪極相互靠近，不同法蘭盤上的每兩個爪極相互錯開、且沿圓周方向均勻分布；所述電勵磁轉子的每個磁極為同一個法蘭盤上的每相鄰兩個爪極。電勵磁轉子為凸極結構，包括凸極轉子鐵芯、勵磁繞組；勵磁繞組按通入直流電後凸極的凸面產生的極性為N極、S極相間隔的規律繞線，每個凸極上勵磁繞組的匝數相等； 所述電勵磁轉子的每個磁極為每個凸極。所述整流器包括2η個二極體，構成η相橋式整流器。所述整流器包括3η個二極體，構成3η管整流器。所述穩壓器由基準電路、比較電路、控制電路、觸發電路、H橋組成。 還包括真空泵；真空泵由泵體、安裝在泵體內的泵轉子和泵蓋組成，泵轉子與所述轉軸的花鍵相配合，泵體通過螺栓安裝在泵蓋上，泵蓋通過螺栓安裝在所述後端蓋上。工作原理當發電機轉軸旋轉時，定子電樞繞組切割由永磁轉子磁場、電勵磁轉子磁場在氣隙中並聯合成的徑向磁場，從而由電樞繞組向外輸出電能；因為所述電樞繞組為η相完全相同的電樞繞組，η相中的每相電樞繞組都分別跨過定子鐵芯上的η個極依次嵌線，上述電樞繞組的相位差為360/η度，η為大於等於4的整數；所述永磁體為ail塊條形永磁體，m為大於等於2的偶數，相同極性的兩塊永磁體相互靠近，不同極性的每兩塊永磁體相互間隔、且沿圓周均勻分布；永磁轉子的每個磁極與電勵磁轉子的每個磁極在軸向對齊、極性相同、且均與定子鐵芯上的每η個極相對應；所述永磁轉子的每個磁極為每相鄰兩塊極性相同的永磁體。所以η相電樞繞組輸出的是η相完全相同的交流電，相位差為360/η度。上述η 相完全相同的交流電通過整流器實現整流，通過穩壓器控制通入勵磁繞組電流的大小和方向來實現穩壓，從而使發電機輸出電壓穩定的直流電，可以給蓄電池充電，也可以直接給車載用電器供電。本發明比較現有技術的優點在於1、永磁轉子採用條形永磁鐵，比較瓦片狀永磁體，易於加工、裝配，廢品率降低；易與極靴形成精密配合，從而減少附加氣隙，減少漏磁。2、本發明採用徑向式雙極永磁轉子結構，雖然永磁體塊數增加到二倍，但是使用面積卻並未增加；每塊永磁體的表面積降低，加工廢品率降低(若用釹鐵硼永磁一般為勵磁方向長度2mm左右，薄而難加工)。3、相對於採用一塊條形永磁體對應每η個極的結構，兩塊沿圓周分布的條形永磁體更接近於瓦片狀永磁體，所配合的極靴沿圓周方向的厚度差減小，通過極靴在氣隙內產生的磁場更加均勻，電壓波形正弦畸變率減小、效率增加；因為效率增加，可以採用更少的永磁體，從而降低成本。4、本發明由於發電機相數多，頻率低，每相繞組匝數少，電樞繞組同步電抗小，因此無功損耗少，有效輸出功率大；定子電樞繞組輸出η相完全相同的交流電，再經過整流、 穩壓作用以輸出直流電，這使得輸出電壓紋波減少、電壓波形正弦畸變率降低、輸出電壓質量尚。5、在均使用相同型號的二極體的條件下，本發明所述整流器可以承載更大功率的負載，從而相對產熱減少，壽命增加。6、比較永磁轉子發電機，本發明採用混合勵磁結構，可以更充分的利用永磁體的磁能；通過調節通入電勵磁轉子勵磁繞組內的電流的大小和方向來實現穩壓，具有穩壓簡單可靠、穩壓成本低、輸出電壓質量高的優點，特別適合於中等功率(1KW左右)車用發電機領域。7、如果電勵磁轉子採用雙爪極結構，則比較單爪極轉子結構，更適合多相中小功率發電機；這種結構使得爪極數目增加，爪極形狀、加工簡單，成本低；更能發揮爪極轉子式發電機磁化均勻、勵磁繞組電能利用程度高、製造成本低的優點；因為車用發電機功率相對較小，爪極數目少，若再採用多相(大於等於4)的結構， 即每個爪極與多個定子鐵芯極相對應，會導致爪極的數目更少、相對表面積更大；為了使磁化均勻，必須把爪極表面加工更多，如此便工藝複雜、製造成本高。8、如果還包括真空泵，真空泵與發電機同軸，從而具有結構緊湊、佔據空間小的優點，在向外供電能的同時，還能夠為剎車提供真空助力。本發明雖然僅僅是把多相的思想運用到車用混合勵磁發電機領域、設計出徑向雙極結構、並作結構改進以實現融合，但是已經取得了預料不到的技術效果，解決了科研、技術人員一直想解決的問題；而且在不增加任何設備的基礎上就能夠實現所有製造過程，必將取得很大的經濟和社會效益。
圖1 是本發明當電勵磁轉子為爪極結構時，永磁轉子的永磁體、電勵磁轉子的爪極與定子鐵芯極相對位置的原理圖(n = 4時)；圖2 是本發明當電勵磁轉子為雙爪極結構時，永磁轉子的永磁體、電勵磁轉子的爪極與定子鐵芯極相對位置的原理圖(n = 4時)；圖3 是本發明當電勵磁轉子為凸極結構時，永磁轉子的永磁體、電勵磁轉子的凸極與定子鐵芯極相對位置的原理圖(n = 4時)。圖4 是本發明中整流器、穩壓器的原理圖(n = 4時)；圖5 三種永磁體與極靴配合對比圖；圖6 是本發明凸極結構電勵磁轉子的結構圖。
具體實施例方式1、定子鐵芯極編號；2、定子鐵芯極；3、定子鐵芯線槽；4、永磁轉子的永磁體；5、爪極結構電勵磁轉子的爪極；6、雙爪極結構電勵磁轉子的爪極；7、凸極結構電勵磁轉子的凸極；8、基準電路；9、比較電路；10、控制電路；11、觸發電路；12、H橋組成；13、勵磁繞組；14、 整流器；15、電樞繞組；16、極靴；17、瓦片狀永磁體與極靴配合；18、單塊條形永磁體與極靴配合；19、徑向式雙極條形永磁體與極靴配合；20、凸極結構電勵磁轉子鐵芯；21、凸極結構電勵磁轉子的勵磁繞組。下面結合圖1、圖4對本發明做進一步說明徑向雙極式永磁與勵磁混合勵磁多相發電機，包括前端蓋，後端蓋，轉軸，整流器 14，由基準電路8、比較電路9、控制電路10、觸發電路11、H橋12組成的穩壓器，由爪極5、法蘭盤、勵磁繞組13構成的電勵磁轉子，由轉子鐵芯、永磁體4構成的永磁轉子，由定子鐵芯、 電樞繞組15構成的定子；安裝在轉軸上的永磁轉子和電勵磁轉子共用一個電樞繞組15，產生的磁勢在磁路中並聯合成；電樞繞組15的首端接於發電機的正極輸出端，電樞繞組15的尾端分別接整流器14、穩壓器的輸入端，以實現整流、穩壓；所述電樞繞組15為四相完全相同的電樞繞組15，四相中的每相電樞繞組15都分別跨過定子鐵芯上的個定子鐵芯極2依次嵌線，上述電樞繞組15的相位差為90度；所述永磁體4為an塊條形永磁體4，m為大於等於2的偶數，相同極性的兩塊永磁體4相互靠近，不同極性的每兩塊永磁體4相互間隔、且沿圓周均勻分布；永磁轉子的每相鄰兩塊極性相同的永磁體4與電勵磁轉子的每個爪極5在軸向對齊、極性相同、且均與定子鐵芯上的每四個定子鐵芯極2相對應。工作原理當發電機轉軸旋轉時，定子電樞繞組15切割由永磁轉子磁場、電勵磁轉子磁場在氣隙中並聯合成的徑向磁場，從而由電樞繞組15向外輸出電能；四相電樞繞組15輸出的是四相完全相同的交流電，相位差為90度。上述四相完全相同的交流電通過整流器14實現整流，通過穩壓器控制通入勵磁繞組13電流的大小和方向來實現穩壓，從而使發電機輸出電壓穩定的直流電，可以給蓄電池充電，也可以直接給車載用電器供電。該實施例是本發明在η = 4、電勵磁轉子為爪極結構、無真空泵、採用四相橋式整流器等條件的一種實施方式，並不代表本發明僅此一種實施方式。在不背離本發明本質的情況下，可以有多種組合、添加或減少某些裝置或零件，但這些相應的改動都應屬於本發明所屬的權利要求保護範圍之內。
權利要求
1.一種徑向雙極式永磁與勵磁混合勵磁多相發電機，包括前端蓋，後端蓋，轉軸，整流器，穩壓器，電勵磁轉子，由轉子鐵芯、永磁體構成的永磁轉子，由定子鐵芯、電樞繞組構成的定子；安裝在轉軸上的永磁轉子和電勵磁轉子共用一個電樞繞組，產生的磁勢在磁路中並聯合成；電樞繞組的首端接於發電機的正極輸出端，電樞繞組的尾端分別接整流器、穩壓器的輸入端，以實現整流、穩壓，其特徵在於所述電樞繞組為η相完全相同的電樞繞組，η相中的每相電樞繞組都分別跨過定子鐵芯上的η個極依次嵌線，上述電樞繞組的相位差為360/η度，η為大於等於4的整數；所述永磁體為an塊條形永磁體，m為大於等於2的偶數，相同極性的兩塊永磁體相互靠近，不同極性的每兩塊永磁體相互間隔、且沿圓周均勻分布；永磁轉子的每個磁極與電勵磁轉子的每個磁極在軸向對齊、極性相同、且均與定子鐵芯上的每η個極相對應；所述永磁轉子的每個磁極為每相鄰兩塊極性相同的永磁體。
2.由權利要求1所述的徑向雙極式永磁與勵磁混合勵磁多相發電機，其特徵在於電勵磁轉子為爪極結構，包括爪極、法蘭盤、勵磁繞組；所述電勵磁轉子的每個磁極為每個爪極。
3.由權利要求1所述的徑向雙極式永磁與勵磁混合勵磁多相發電機，其特徵在於電勵磁轉子為雙爪極結構，包括爪極、法蘭盤、勵磁繞組；勵磁繞組兩側的法蘭盤對合，每個法蘭盤上連接an個爪極，同一個法蘭盤上的相鄰兩個爪極相互靠近，不同法蘭盤上的每兩個爪極相互錯開、且沿圓周方向均勻分布；所述電勵磁轉子的每個磁極為同一個法蘭盤上的每相鄰兩個爪極。
4.由權利要求1所述的徑向雙極式永磁與勵磁混合勵磁多相發電機，其特徵在於電勵磁轉子為凸極結構，包括凸極轉子鐵芯、勵磁繞組；勵磁繞組按通入直流電後凸極的凸面產生的極性為N極、S極相間隔的規律繞線，每個凸極上勵磁繞組的匝數相等；所述電勵磁轉子的每個磁極為每個凸極。
5.由權利要求1所述的徑向雙極式永磁與勵磁混合勵磁多相發電機，其特徵在於所述整流器包括2η個二極體，構成η相橋式整流器。
6.由權利要求1所述的徑向雙極式永磁與勵磁混合勵磁多相發電機，其特徵在於所述整流器包括3η個二極體，構成3η管整流器。
7.由權利要求1所述的徑向雙極式永磁與勵磁混合勵磁多相發電機，其特徵在於所述穩壓器由基準電路、比較電路、控制電路、觸發電路、H橋組成。
8.由權利要求1所述的徑向雙極式永磁與勵磁混合勵磁多相發電機，其特徵在於還包括真空泵；真空泵由泵體、安裝在泵體內的泵轉子和泵蓋組成，泵轉子與所述轉軸的花鍵相配合，泵體通過螺栓安裝在泵蓋上，泵蓋通過螺栓安裝在所述後端蓋上。
全文摘要
一種徑向雙極式永磁與勵磁混合勵磁多相發電機，屬於汽車電器領域，其主要特徵在於電樞繞組為n相完全相同的電樞繞組，n相中的每相電樞繞組都分別跨過定子鐵芯上的n個極依次嵌線，上述電樞繞組的相位差為360/n度；永磁轉子的每個磁極與電勵磁轉子的每個磁極在軸向對齊、極性相同、且均與定子鐵芯上的每n個極相對應。本發明具有爪極形狀簡單、磁化均勻、利用程度高、穩壓簡單可靠成本低等優點。
文檔編號H02K1/24GK102185405SQ201010132829
公開日2011年9月14日 申請日期2010年3月26日 優先權日2010年3月26日
發明者柳小偉 申請人:柳小偉