CN102185405A

CN102185405A - 径向双极式永磁与励磁混合励磁多相发电机

Info

Publication number: CN102185405A
Application number: CN 201010132829
Authority: CN
Inventors: 柳小伟
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2011-09-14

Abstract

一种径向双极式永磁与励磁混合励磁多相发电机，属于汽车电器领域，其主要特征在于：电枢绕组为n相完全相同的电枢绕组，n相中的每相电枢绕组都分别跨过定子铁芯上的n个极依次嵌线，上述电枢绕组的相位差为360/n度；永磁转子的每个磁极与电励磁转子的每个磁极在轴向对齐、极性相同、且均与定子铁芯上的每n个极相对应。本发明具有爪极形状简单、磁化均匀、利用程度高、稳压简单可靠成本低等优点。

Description

径向双极式永磁与励磁混合励磁多相发电机

技术领域

本发明提供一种径向双极式永磁与励磁混合励磁多相发电机，属于汽车电器领域。

背景技术

汽车产业作为我国的支柱产业，在社会经济中发挥着越来越重要的作用。发电机是汽车上重要的电器，也已经形成了一个很大的研究领域和产业。人们对汽车舒适性要求越来越高，所以车用发电机的功率也越来越大，现在的中高档汽车的发电机一般都在1KW左右。

随着发电机功率的增加，其定子绕组的相数从单相(150W左右)、两相(450W左右)过渡到现在普遍采用的三相(900W左右)，但是当发电机功率达到1KW左右时，就会出现电压波动太大、电枢反应加强、效率降低、整流二极管因负载太大而发热增加、寿命降低等问题。

近些年发展起来的永磁发电机，已经解决了永磁发电机随转速增加电压迅速升高、电压不可调的问题，已在低速、低功率车辆中得到广泛的应用，并取得了很大的经济和社会效益。但是，它们也存在中等功率(1KW左右)稳压困难、稳压成本太高的缺点。

如CN1677793所公开的“混合动力电动汽车用四相永磁发电机”采用CN1707938所公开的“混合动力汽车用整流稳压器”来实现整流稳压，已经完全适合低速、小功率发电机的要求；但是，面临的重要问题就是前述应用于中等功率发电机时稳压困难、稳压成本太高导致整个发电机成本太高等问题；因为每块永磁体与每四个定子铁芯极相对应，若采用瓦片状永磁体(极靴沿圆周方向厚度相同)，则加工成本高、易因加工精度低产生大的附加气隙、安装时废品率增加；若采用条形永磁体，则通过极靴在气隙里产生的磁场不均匀(因为极靴沿圆周方向两侧薄、中间厚，为了得到正弦波形)、从而导致电压波形正弦畸变率加大、效率降低(实验证明比相同表面积的瓦片状永磁体低3.5％左右)。

发明内容

本发明在于解决上述问题，提供一种磁场充分利用、在宽转速范围内输出电压稳定的直流电、整流器发热少寿命长、稳压简单可靠成本低的径向双极式永磁与励磁混合励磁多相发电机。是通过以下技术方案来实现的：

一种径向双极式永磁与励磁混合励磁多相发电机，包括前端盖，后端盖，转轴，整流器，稳压器，电励磁转子，由转子铁芯、永磁体构成的永磁转子，由定子铁芯、电枢绕组构成的定子；安装在转轴上的永磁转子和电励磁转子共用一个电枢绕组，产生的磁势在磁路中并联合成；电枢绕组的首端接于发电机的正极输出端，电枢绕组的尾端分别接整流器、稳压器的输入端，以实现整流、稳压；

所述电枢绕组为n相完全相同的电枢绕组，n相中的每相电枢绕组都分别跨过定子铁芯上的n个极依次嵌线，上述电枢绕组的相位差为360/n度，n为大于等于4的整数；

所述永磁体为2m块条形永磁体，m为大于等于2的偶数，相同极性的两块水磁体相互靠近，不同极性的每两块永磁体相互间隔、且沿圆周均匀分布；

永磁转子的每个磁极与电励磁转子的每个磁极在轴向对齐、极性相同、且均与定子铁芯上的每n个极相对应；所述永磁转子的每个磁极为每相邻两块极性相同的永磁体。

电励磁转子为爪极结构，包括爪极、法兰盘、励磁绕组；所述电励磁转子的每个磁极为每个爪极。

电励磁转子为双爪极结构，包括爪极、法兰盘、励磁绕组；励磁绕组两侧的法兰盘对合，每个法兰盘上连接2m个爪极，同一个法兰盘上的相邻两个爪极相互靠近，不同法兰盘上的每两个爪极相互错开、且沿圆周方向均匀分布；所述电励磁转子的每个磁极为同一个法兰盘上的每相邻两个爪极。

电励磁转子为凸极结构，包括凸极转子铁芯、励磁绕组；励磁绕组按通入直流电后凸极的凸面产生的极性为N极、S极相间隔的规律绕线，每个凸极上励磁绕组的匝数相等；所述电励磁转子的每个磁极为每个凸极。

所述整流器包括2n个二极管，构成n相桥式整流器。所述整流器包括3n个二极管，构成3n管整流器。所述稳压器由基准电路、比较电路、控制电路、触发电路、H桥组成。还包括真空泵；真空泵由泵体、安装在泵体内的泵转子和泵盖组成，泵转子与所述转轴的花键相配合，泵体通过螺栓安装在泵盖上，泵盖通过螺栓安装在所述后端盖上。

工作原理：

当发电机转轴旋转时，定子电枢绕组切割由永磁转子磁场、电励磁转子磁场在气隙中并联合成的径向磁场，从而由电枢绕组向外输出电能；

因为所述电枢绕组为n相完全相同的电枢绕组，n相中的每相电枢绕组都分别跨过定子铁芯上的n个极依次嵌线，上述电枢绕组的相位差为360/n度，n为大于等于4的整数；

所述永磁体为2m块条形永磁体，m为大于等于2的偶数，相同极性的两块永磁体相互靠近，不同极性的每两块永磁体相互间隔、且沿圆周均匀分布；

所以n相电枢绕组输出的是n相完全相同的交流电，相位差为360/n度。上述n相完全相同的交流电通过整流器实现整流，通过稳压器控制通入励磁绕组电流的大小和方向来实现稳压，从而使发电机输出电压稳定的直流电，可以给蓄电池充电，也可以直接给车载用电器供电。

本发明比较现有技术的优点在于：

1、永磁转子采用条形永磁铁，比较瓦片状永磁体，易于加工、装配，废品率降低；易与极靴形成精密配合，从而减少附加气隙，减少漏磁。

2、本发明采用径向式双极永磁转子结构，虽然永磁体块数增加到二倍，但是使用面积却并未增加；每块永磁体的表面积降低，加工废品率降低(若用钕铁硼永磁一般为励磁方向长度2mm左右，薄而难加工)。

3、相对于采用一块条形永磁体对应每n个极的结构，两块沿圆周分布的条形永磁体更接近于瓦片状永磁体，所配合的极靴沿圆周方向的厚度差减小，通过极靴在气隙内产生的磁场更加均匀，电压波形正弦畸变率减小、效率增加；因为效率增加，可以采用更少的永磁体，从而降低成本。

4、本发明由于发电机相数多，频率低，每相绕组匝数少，电枢绕组同步电抗小，因此无功损耗少，有效输出功率大；定子电枢绕组输出n相完全相同的交流电，再经过整流、稳压作用以输出直流电，这使得输出电压纹波减少、电压波形正弦畸变率降低、输出电压质量高。

5、在均使用相同型号的二极管的条件下，本发明所述整流器可以承载更大功率的负载，从而相对产热减少，寿命增加。

6、比较永磁转子发电机，本发明采用混合励磁结构，可以更充分的利用永磁体的磁能；通过调节通入电励磁转子励磁绕组内的电流的大小和方向来实现稳压，具有稳压简单可靠、稳压成本低、输出电压质量高的优点，特别适合于中等功率(1KW左右)车用发电机领域。

7、如果电励磁转子采用双爪极结构，则比较单爪极转子结构，更适合多相中小功率发电机；这种结构使得爪极数目增加，爪极形状、加工简单，成本低；更能发挥爪极转子式发电机磁化均匀、励磁绕组电能利用程度高、制造成本低的优点；

因为车用发电机功率相对较小，爪极数目少，若再采用多相(大于等于4)的结构，即每个爪极与多个定子铁芯极相对应，会导致爪极的数目更少、相对表面积更大；为了使磁化均匀，必须把爪极表面加工更多，如此便工艺复杂、制造成本高。

8、如果还包括真空泵，真空泵与发电机同轴，从而具有结构紧凑、占据空间小的优点，在向外供电能的同时，还能够为刹车提供真空助力。

本发明虽然仅仅是把多相的思想运用到车用混合励磁发电机领域、设计出径向双极结构、并作结构改进以实现融合，但是已经取得了预料不到的技术效果，解决了科研、技术人员一直想解决的问题；而且在不增加任何设备的基础上就能够实现所有制造过程，必将取得很大的经济和社会效益。

附图说明

图1：是本发明当电励磁转子为爪极结构时，永磁转子的永磁体、电励磁转子的爪极与定子铁芯极相对位置的原理图(n＝4时)；

图2：是本发明当电励磁转子为双爪极结构时，永磁转子的永磁体、电励磁转子的爪极与定子铁芯极相对位置的原理图(n＝4时)；

图3：是本发明当电励磁转子为凸极结构时，永磁转子的永磁体、电励磁转子的凸极与定子铁芯极相对位置的原理图(n＝4时)。

图4：是本发明中整流器、稳压器的原理图(n＝4时)；

图5：三种永磁体与极靴配合对比图；

图6：是本发明凸极结构电励磁转子的结构图。

具体实施方式

1、定子铁芯极编号；2、定子铁芯极；3、定子铁芯线槽；4、永磁转子的永磁体；5、爪极结构电励磁转子的爪极；6、双爪极结构电励磁转子的爪极；7、凸极结构电励磁转子的凸极；8、基准电路；9、比较电路；10、控制电路；11、触发电路；12、H桥组成；13、励磁绕组；14、整流器；15、电枢绕组；16、极靴；17、瓦片状永磁体与极靴配合；18、单块条形永磁体与极靴配合；19、径向式双极条形永磁体与极靴配合；20、凸极结构电励磁转子铁芯；21、凸极结构电励磁转子的励磁绕组。

下面结合图1、图4对本发明做进一步说明：

径向双极式永磁与励磁混合励磁多相发电机，包括前端盖，后端盖，转轴，整流器14，由基准电路8、比较电路9、控制电路10、触发电路11、H桥12组成的稳压器，由爪极5、法兰盘、励磁绕组13构成的电励磁转子，由转子铁芯、永磁体4构成的永磁转子，由定子铁芯、电枢绕组15构成的定子；安装在转轴上的永磁转子和电励磁转子共用一个电枢绕组15，产生的磁势在磁路中并联合成；电枢绕组15的首端接于发电机的正极输出端，电枢绕组15的尾端分别接整流器14、稳压器的输入端，以实现整流、稳压；

所述电枢绕组15为四相完全相同的电枢绕组15，四相中的每相电枢绕组15都分别跨过定子铁芯上的个定子铁芯极2依次嵌线，上述电枢绕组15的相位差为90度；

所述永磁体4为2m块条形永磁体4，m为大于等于2的偶数，相同极性的两块永磁体4相互靠近，不同极性的每两块永磁体4相互间隔、且沿圆周均匀分布；

永磁转子的每相邻两块极性相同的永磁体4与电励磁转子的每个爪极5在轴向对齐、极性相同、且均与定子铁芯上的每四个定子铁芯极2相对应。

工作原理：

当发电机转轴旋转时，定子电枢绕组15切割由永磁转子磁场、电励磁转子磁场在气隙中并联合成的径向磁场，从而由电枢绕组15向外输出电能；四相电枢绕组15输出的是四相完全相同的交流电，相位差为90度。上述四相完全相同的交流电通过整流器14实现整流，通过稳压器控制通入励磁绕组13电流的大小和方向来实现稳压，从而使发电机输出电压稳定的直流电，可以给蓄电池充电，也可以直接给车载用电器供电。

该实施例是本发明在n＝4、电励磁转子为爪极结构、无真空泵、采用四相桥式整流器等条件的一种实施方式，并不代表本发明仅此一种实施方式。在不背离本发明本质的情况下，可以有多种组合、添加或减少某些装置或零件，但这些相应的改动都应属于本发明所属的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种径向双极式永磁与励磁混合励磁多相发电机，包括前端盖，后端盖，转轴，整流器，稳压器，电励磁转子，由转子铁芯、永磁体构成的永磁转子，由定子铁芯、电枢绕组构成的定子；安装在转轴上的永磁转子和电励磁转子共用一个电枢绕组，产生的磁势在磁路中并联合成；电枢绕组的首端接于发电机的正极输出端，电枢绕组的尾端分别接整流器、稳压器的输入端，以实现整流、稳压，其特征在于：

2.由权利要求1所述的径向双极式永磁与励磁混合励磁多相发电机，其特征在于：电励磁转子为爪极结构，包括爪极、法兰盘、励磁绕组；所述电励磁转子的每个磁极为每个爪极。

3.由权利要求1所述的径向双极式永磁与励磁混合励磁多相发电机，其特征在于：电励磁转子为双爪极结构，包括爪极、法兰盘、励磁绕组；励磁绕组两侧的法兰盘对合，每个法兰盘上连接2m个爪极，同一个法兰盘上的相邻两个爪极相互靠近，不同法兰盘上的每两个爪极相互错开、且沿圆周方向均匀分布；所述电励磁转子的每个磁极为同一个法兰盘上的每相邻两个爪极。

4.由权利要求1所述的径向双极式永磁与励磁混合励磁多相发电机，其特征在于：电励磁转子为凸极结构，包括凸极转子铁芯、励磁绕组；励磁绕组按通入直流电后凸极的凸面产生的极性为N极、S极相间隔的规律绕线，每个凸极上励磁绕组的匝数相等；所述电励磁转子的每个磁极为每个凸极。

5.由权利要求1所述的径向双极式永磁与励磁混合励磁多相发电机，其特征在于：所述整流器包括2n个二极管，构成n相桥式整流器。

6.由权利要求1所述的径向双极式永磁与励磁混合励磁多相发电机，其特征在于：所述整流器包括3n个二极管，构成3n管整流器。

7.由权利要求1所述的径向双极式永磁与励磁混合励磁多相发电机，其特征在于：所述稳压器由基准电路、比较电路、控制电路、触发电路、H桥组成。

8.由权利要求1所述的径向双极式永磁与励磁混合励磁多相发电机，其特征在于：还包括真空泵；真空泵由泵体、安装在泵体内的泵转子和泵盖组成，泵转子与所述转轴的花键相配合，泵体通过螺栓安装在泵盖上，泵盖通过螺栓安装在所述后端盖上。