雙電壓輸出複合勵磁發電機的製作方法
2023-12-11 20:48:42 2
專利名稱：雙電壓輸出複合勵磁發電機的製作方法
技術領域：
隨著科技的發展和人們對汽車舒適性要求的提高，車載電器越來越多，從 而對電量的需求越來越大，為了供給大的電量，人們提高了車載發電機的輸出 功率，並提高了車載蓄電池的儲電能力。但這時，大功率輸出造成了汽車線路 中流過高電流從而產生大量的能量耗損，為了解決這一問題，人們不約而同的
想到了提高電壓，把車輛工作電壓從12V提高到42V。但在實現這一轉變的過程 中必然會出現考慮綜合經濟效益的問題，提高工作電壓勢必要提高所有工作電 器的工作電壓，這對現在汽車工業將是一個不小的衝擊；會出現有些電器(如 車窗電機)在高或低電壓下那種更合算的問題。考慮到以上各種因素，人們想 到了採用12/42雙電壓工作環境作為過渡階段，綜合考慮經濟效益後有些電器 在12V電壓環境下工作、有些電器在42V電壓環境下工作。現在全世界都把這 個研究方向作為首選方向。但雙電壓工作環境也並非很容易實現的，將要解決 怎樣實現電壓供應、電壓轉化、汽車總線布置等問題。現在世界範圍內多是採 用超級電容或變壓器變壓的方法使低電壓(12V)與高電壓(42V)互相轉化， 從而實現供應兩種電源，但這將導致在變壓的過程中由於不可避免的漏磁現象 和發熱現象造成的能量的大量浪費。
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現在，有些特種車已經有在雙電壓下工作的，如12V/36V雙電壓環境，這 些雙電壓均是通過兩個不同壓值蓄電池或發電機輸出 一個電壓後再通過變壓器 來實現雙電壓供應的，他們均存在上文所說問題。隨著我國國民經濟的迅猛發展，汽車工業已成為國民經濟的支柱產業之一， 在工業生產、交通運輸以及人類生活的各個方面都起著不可缺少的作用，目前 與汽車配套使用的發電機普遍存在著低速照明效果差的現象，而且輸出功率小，
不能滿足用戶使用要求。如中國專利00112053. 0所述穩壓永磁發電機，由機殼、
機座、動力軸、轉子、永磁磁鋼、定子、定子繞組、定子座、定子滑動套、平 衡彈簧、防旋轉連接螺絲、滑動塊、調節轉軸、定位軸承、調節轉軸驅動裝置 及自動反饋控制電路等組成，動力轉動軸通過定位軸承固定在基座上，轉子固 定在固定轉軸上，定子滑動套的一端固定在基座上，定子滑動套沿軸向開有通 槽，平衡彈簧設置與定子滑動套內，該彈簧的一端由定子滑動套的一端面阻擋， 另一端推定至於定子滑動套內的滑動塊，該滑動塊與定子座之間有穿過滑動套 通槽的防旋轉連接螺釘固定連結，該滑動塊中心與調節轉軸的一端成螺紋活動 連結，自動反饋控制電路的監測信號輸入端並借與定子繞組輸入端，該電路的 控制信號輸出端至驅動機構的受控制端。該穩壓永磁電機結構複雜、成本高、 使用性能有待於進一步提高。
發明內容
本發明的目的是提供一種能克服上述缺陷、輸出兩種電壓值電壓、磁場充 分利用、輸出電壓穩定，更節能、結構緊湊，佔據空間小，使用安全可靠的雙
電壓輸出複合勵磁發電機，具體是
雙電壓輸出複合勵磁發電機，包括轉子總成、定子總成、前端蓋、後端蓋、 電子控制器組成，轉軸上裝有永磁轉子和電勵磁轉子，永磁轉子和電勵磁轉子
5共用一個電樞繞組，產生的磁勢在磁路中並連而成；所述電子控制器能夠實現 雙壓控制，所述雙壓控制是指能夠根據需要控制發電機輸出兩種不同大小的電 壓，所述雙壓控制實施的根據是蓄電池電量剩餘的大小或實際工作的需要；永
磁轉子為切向結構，由極靴轉子鐵芯、隔磁襯套、非導磁槽楔和永磁材料組成， 永磁材料按切向方向以及相鄰的永磁材料相同的極性面相對的方式依次布置在 極靴轉子鐵芯的槽內，並用非導磁槽楔固定，極靴轉子鐵芯固定在隔磁襯套上，
隔磁襯套壓裝載轉軸上；永磁轉子為徑向結構，由極靴、轉子鐵芯、和永磁材 料組成，永磁材料由極靴通過螺釘固定在轉子鐵芯上，轉子鐵芯壓裝在轉軸上； 電勵磁轉子為爪極結構，由爪極和電勵磁繞組組成，爪極的極數與切向式永磁 轉子的極數相等，並都是沿圓形均勻分布， 一一對應；電勵磁轉子為凸極結構， 由凸極轉子鐵芯和電勵磁繞組組成，凸極轉子鐵芯的凸極數與切向式永磁轉子 的極數相等，並都是沿圓形均勻分布， 一一對應，電勵磁繞組按通入直流電後 凸極的凸面產生的極性為N、 S極相間隔的規律依次繞線，每個凸極上的匝數對 應相等；還包括速度繼電器，所述速度繼電器由電子控制器控制，功能是實現 在低速時控制輸出所述低電壓，達到一定數值速度後繼電器動作、控制輸出所 述高電壓；所述蓄電池是兩個儲存不同電壓值電量的蓄電池；電勵磁繞組通過 碳刷、滑環與電子控制器相連接。
其工作原理為發電機轉軸轉動後，按照設置的目標穩壓值為12V，當電機 輸出電壓低於目標穩壓值12V時，電子控制器給發電機的電勵磁繞組提供正向 電流，電勵磁轉子產生的磁場與永磁轉子提供的磁場疊加，氣隙內的磁通量增 加，電樞繞組產生的感應電動勢增加，因此發電輸出電壓升高；當發電機輸出電壓高於目標穩壓值12V時，電子控制器給發電機的電勵磁繞組提供反向電流， 電勵磁轉子產生的磁場削弱了永磁轉子提供的磁場，氣隙內的磁通量減小，電 樞繞組產生的感應電動勢降低，因此發電輸出電壓也降低，周而復始，從而保 證發電機在變轉速、變負載的情況下輸出電壓穩定的直流電，滿足汽車用電設 備的要求。
如果42V電源內電量儲備太少、需要充電，或汽車需要大量42V電供應時 時，電子控制器控制發電機輸出42V電，具體是，按照設置的目標穩壓值為42V， 當電機輸出電壓低於目標穩壓值42V時，電子控制器給發電機的電勵磁繞組提 供正向電流，電勵磁轉子產生的磁場與永磁轉子提供的磁場疊加，氣隙內的磁 通量增加，電樞繞組產生的感應電動勢增加，因此發電輸出電壓升高；當發電 機輸出電壓高於目標穩壓值42V時，電子控制器給發電機的電勵磁繞組提供反 向電流，電勵磁轉子產生的磁場削弱了永磁轉子提供的磁場，氣隙內的磁通量 減小，電樞繞組產生的感應電動勢降低，因此發電輸出電壓也降低，周而復始， 從而保證發電機在變轉速、變負載的情況下輸出電壓穩定的直流電，滿足汽車 用電設備的要求。
同理， 一開始輸出42V電，亦可根據實際需求由電子控制器控制輸出12V 電，就這樣，滿足了汽車對兩種電壓的需求。
如果在發電機上安裝速度繼電器，所述速度繼電器由電子控制器控制，功 能是實現在低速時控制輸出所述低電壓，達到一定數值速度後繼電器動作、控 制輸出所述高電壓，其功能是通過以下內容實現的，
發電機轉軸轉動後，在低速旋轉時，電子穩壓器控制發電機輸出一個低電壓(設為12V)，當發電機輸出電壓低於目標穩壓值12V時，電子控制器給發電 機的電勵磁繞組提供正向電流，電勵磁轉子產生的磁場與永磁轉子提供的磁場 疊加，氣隙內的磁通量增加，電樞繞組產生的感應電動勢增加，因此發電機輸
出電壓升高；當發電機輸出電壓高於目標穩壓值12V時，電子控制器給發電機 的電勵磁繞組提供反向電流，電勵磁轉子產生的磁場削弱了永磁轉子提供的磁 場，氣隙內的磁通量減小，電樞繞組產生的感應電動勢降低，因此發電輸出電 壓也降低，周而復始，從而保證發電機在變轉速、變負載的情況下輸出電壓穩 定的直流電，滿足汽車用電設備的要求；
當發電機轉軸轉速達到一定值時，速度繼電器測速系統獲得這一信號，傳 遞給電子控制器，電子控制器控制速度繼電器動作，控制發電機輸出一個高電 壓(設定這個高電壓為42V),具體是，當電機輸出電壓低於目標穩壓值42V時， 電子控制器給發電機的電勵磁繞組提供正向電流，電勵磁轉子產生的磁場與永 磁轉子提供的磁場疊加，氣隙內的磁通量增加，電樞繞組產生的感應電動勢增 加，因此發電機輸出電壓升高；當發電機輸出電壓高於目標穩壓值42V時，電 子控制器給發電機的電勵磁繞組提供反向電流，電勵磁轉子產生的磁場削弱了 永磁轉子提供的磁場，氣隙內的磁通量減小，電樞繞組產生的感應電動勢降低， 因此發電機輸出電壓也降低，周而復始，從而保證發電機在變轉速、變負載的 情況下輸出電壓穩定的直流電，滿足汽車用電設備的要求。
本發明與現有技術相比，具有以下優勢
1、直接從發電機中輸出兩種電壓，滿足汽車用電要求、向蓄電池充電，而 不是採用變壓的方法，從而消除了變壓過程中的能量損失；2、 輸出雙電壓，減少了電勵磁耗能，在發電機轉軸轉速快時輸出高電壓而 非低電壓，從而減少了反向電流的使用，從而實現了節能；
3、 在穩壓時，不同於機械電阻法，電子短路法，電子串聯法、並聯可控外 電阻能量隨機洩放法，採用發電機轉軸轉速低的時候輸出低電壓、轉速高時輸
出高電壓，從而充分利用了磁場能，減少了能量的浪費，並且增大了輸出功率;
4、 在低轉速時輸出低電壓，高轉速時輸出高電壓，從而避免了在高速大功 率、低電壓產生高電流，從而避免了高電流帶來的各種問題，如損壞元器件(特 別是晶閘管)、產生熱量引發各種問題等；
5、 通過調節電磁轉子通電電流的大小和方向，使永磁磁場與電勵磁唱迭加 後的磁場可調節，保證發電機在變轉速、變負載工況下輸出電壓保持穩定，該 電機結構緊湊，使用安全可靠。
圖1時本發明的實施例的結構示意圖2是圖1所示是實施例中切向式永磁轉子剖面圖。 具體實施例
實施例中1、轉軸2、軸承3、後端蓋4、電子控制器5、滑環6、碳刷 7、爪極8、電勵磁繞組9、定子鐵芯10、電樞繞組11、前端蓋12、極靴轉 子鐵芯13、隔靴襯套14、非導磁槽楔15、永磁材料
下面結合附圖對本發明作進一步說明
轉軸1上安裝永磁轉子和電勵磁轉子，永磁轉子為切向結構，由極靴轉子 鐵芯12、隔磁襯套13、非導磁槽楔14和永磁材料15組成，永磁材料15按切向方向以及相鄰的永磁材料15相同的極性面相對的方式依次布置在極靴轉子鐵
芯12的槽內，並用非導磁槽楔14固定，極靴轉子鐵芯12固定在隔磁襯套13 上，隔磁襯套13壓裝在轉軸1上，電勵磁轉子為爪極結構，由爪極7和電勵磁 繞組8組成，爪極7的極數與切向式永磁轉子的極數相等，並且都沿圓形均勻 分布， 一一對應，電勵磁繞組8通過電刷6、滑環5與電子控制器4相連接，永 磁轉子和電勵磁轉子共用一個電樞繞組10，產生的磁勢在電路中並聯合成。
發電機轉軸轉動後，按照設置的目標穩壓值為12V，當電機輸出電壓低於目 標穩壓值12V時，電子控制器給發電機的電勵磁繞組提供正向電流，電勵磁轉 子產生的磁場與永磁轉子提供的磁場疊加，氣隙內的磁通量增加，電樞繞組產 生的感應電動勢增加，因此發電輸出電壓升高；當發電機輸出電壓高於目標穩 壓值12V時，電子控制器給發電機的電勵磁繞組提供反向電流，電勵磁轉子產 生的磁場削弱了永磁轉子提供的磁場，氣隙內的磁通量減小，電樞繞組產生的 感應電動勢降低，因此發電輸出電壓也降低，周而復始，從而保證發電機在變 轉速、變負載的情況下輸出電壓穩定的直流電，滿足汽車用電設備的要求。
如果42V電源內電量儲備太少、需要充電，或汽車需要大量42V電供應時 時，電子控制器控制發電機輸出42V電，具體是，按照設置的目標穩壓值為42V， 當電機輸出電壓低於目標穩壓值42V時，電子控制器給發電機的電勵磁繞組提 供正向電流，電勵磁轉子產生的磁場與永磁轉子提供的磁場疊加，氣隙內的磁 通量增加，電樞繞組產生的感應電動勢增加，因此發電輸出電壓升高；當發電 機輸出電壓高於目標穩壓值42V時，電子控制器給發電機的電勵磁繞組提供反 向電流，電勵磁轉子產生的磁場削弱了永磁轉子提供的磁場，氣隙內的磁通量減小，電樞繞組產生的感應電動勢降低，因此發電輸出電壓也降低，周而復始， 從而保證發電機在變轉速、變負載的情況下輸出電壓穩定的直流電，滿足汽車 用電設備的要求。
同理， 一開始輸出42V電，亦可根據實際需求由電子控制器控制輸出12V
電，就這樣，滿足了汽車對兩種電壓的需求。
權利要求
1、一種雙電壓輸出複合勵磁發電機，包括轉子總成、定子總成、前端蓋、後端蓋、電子控制器組成，其特徵在於轉軸上裝有永磁轉子和電勵磁轉子，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連而成；所述電子控制器能夠實現雙壓控制，所述雙壓控制是指能夠根據需要控制發電機輸出兩種不同大小的電壓，所述雙壓控制實施的根據是蓄電池電量剩餘的大小、實際工作的需要。
2、 如權利要求1所述的雙電壓複合勵磁發電機，其特徵在於永磁轉子為 切向結構，由極靴、轉子鐵芯、隔磁襯套、非導磁槽楔和永磁材料組成，永磁 材料按切向方向以及相鄰的永磁材料相同的極性面相對的方式依次布置在極靴 轉子鐵芯的槽內，並用非導磁槽楔固定，極靴轉子鐵芯固定在隔磁襯套上，隔 磁襯套壓裝載轉軸上。
3、 如權利要求1所述的雙電壓複合勵磁發電機，其特徵在於永磁轉子為 徑向結構，由極靴、轉子鐵芯、和永磁材料組成，永磁材料由極靴通過螺釘固 定在轉子鐵芯上，轉子鐵芯壓裝在轉軸上。
4、 如權利要求1所述的雙電壓複合勵磁發電機，其特徵在於電勵磁轉子 為爪極結構，由爪極和電勵磁繞組組成，爪極的極數與切向式永磁轉子的極數 相等，並都是沿圓形均勻分布， 一一對應。
5、 如權利要求1所述的雙電壓複合勵磁發電機，其特徵在於電勵磁轉子 為凸極結構，由凸極轉子鐵芯和電勵磁繞組組成，凸極轉子鐵芯的凸極數與切 向式永磁轉子的極數相等，並都是沿圓形均勻分布， 一一對應，電勵磁繞組按 通入直流電後凸極的凸面產生的極性為N、 S極相間隔的規律依次繞線，每個凸極上的匝數對應相等。
6、 如權利要求1所述的雙電壓複合勵磁發電機，其特徵在於還包括速度 繼電器，所述速度繼電器由電子控制器控制，功能是實現在低速時控制輸出所 述低電壓，達到一定數值速度後繼電器動作、控制輸出所述高電壓。
7、 如權利要求l所述的雙電壓複合勵磁發電機，其特徵在於所述蓄電池 是兩個儲存不同電壓值電量的蓄電池。
8、 如權利要求1所述的雙電壓複合勵磁發電機，其特徵在於電勵磁繞組 通過碳刷、滑環與電子控制器相連接。
全文摘要
本發明提供一種雙電壓輸出複合勵磁發電機，其特徵在於，轉軸上裝有永磁轉子和電勵磁轉子，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而成，電子控制器能夠實現雙壓控制，所述雙壓控制是指能夠根據需要控制發電機輸出兩種不同大小的電壓；直接從發電機中輸出兩種電壓，滿足汽車用電要求、向蓄電池充電，而不是採用變壓的方法，從而消除了變壓過程中的能量損失，減少了發電過程中電勵磁耗能，加大了磁場的利用率。
文檔編號H02K16/00GK101478205SQ20081015753
公開日2009年7月8日 申請日期2008年10月7日 優先權日2008年10月7日
發明者柳小偉 申請人:柳小偉