CN104505961A - 一种外转子电动发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种外转子电动发电机，包括轴(1)、外壳(3)、定子磁轭(4)、N极定子铁心(5)、S极定子铁心(10)、N极转子铁心(7)、S极转子铁心(11)、电枢绕组和励磁绕组(8)。极数皆为3n的N极定子铁心(5)和S极定子铁心(10)轴向间隔排列，两个定子铁心中间为励磁绕组(8)；极数相同、且为2n或4n的N极转子铁心(7)和S极定子铁心(11)轴向间隔排列组成，N极转子铁心(7)和S极转子铁心(11)圆周方向上相差360°/4n或360°/8n。本发明的电机的励磁绕组圆周尺寸短、漆包线用量少且铜损小；其磁路路径短，且大部分磁路经过硅钢片，因此铁损少；N极定子极上的线圈和S极定子极上的线圈可以有效互补；具有飞轮式外转子结构且可以电动和发电运行。

Description

一种外转子电动发电机
技术领域
本发明涉及一种外转子电动发电机，属于电机与电器技术领域。
背景技术
电动发电机既能当作电动机运行，又能作为发电机运行。汽车用起动发动机和驱动电机都应具有这两种功能，以在起动后为用电设备供电，或在驱动汽车后回收制动能量。
目前电励磁的同步电机由于具有故障灭磁和高速弱磁能力、且能较好的调节电压，因此在汽车上有着广泛的应用。
传统的汽车上的发电机一般采用带碳刷滑环结构的励磁方式。为了实现励磁的无刷化，技术人员提出了一种只有爪极旋转的无刷交流发电机，但这种发电机气隙较多，比功率低。永磁电机也能实现无刷励磁，例如授权的发明专利：离心式永磁起动发电装置，授权号：ZL 200510044107.7，发明了一种环绕固定在飞轮外转子内壁有多块永磁材料的起动发电机。但这种发电机调压较为困难。
授权的发明专利：轴向励磁的双凸极电机，授权号ZL2010105923645，发明了一种电励磁双凸极电机，其一半励磁绕组位于电机外侧，这会使励磁绕组产生一定的漏磁，而且这种励磁模块加工较为困难；另外，电机的整个磁路于电机的外壳基本一致，因此整个磁路磁阻较大；最后这种电机励磁绕组总的长度较长、励磁绕组电阻大，励磁损耗大。
本发明公开的技术与上述方案皆不同。首先具有外转子结构；其次励磁绕组位于电机中间、励磁绕组电阻小、励磁效率高；再次电机的磁链路径较短、磁阻小、效率高；另外该电机的大部分磁路为硅钢片，因此总的涡流损耗小，最后电机的两套定子互相互补，可以有效降低电机的转矩脉动或电压脉动。
目前申请者未检索到励磁绕组在中间励磁、且形成两套互相互补的绕组的技术方案。
发明内容
为了发明一种无刷化励磁的电励磁电动发电机，并降低电机的磁阻、励磁电阻以提高电机的效率，本发明采用如下技术方案：
一种外转子电动发电机，其特征在于：
包括轴(1)、外壳(3)、定子磁轭(4)、N极定子铁心(5)、S极定子铁心(10)、N极转子铁心(7)、S极转子铁心(11)、电枢绕组和励磁绕组(8)；
所述N极定子铁心(5)和S极定子铁心(10)极数皆为3n且轴向间隔排列，n为大于1的自然数，N极定子铁心(5)和S极定子铁心(10) 固定在定子磁轭(4)上；
N极定子铁心(5)和S极定子铁心(10)中间为围绕定子磁轭(4)绕制的励磁绕组(8)，给励磁绕组(8)通电可使N极定子铁心(5)构成N极，并使S极定子铁心(10)构成S极；
所述N极定子铁心(5)和S极定子铁心(10)由硅钢片叠压而成；所述定子磁轭为无取向导磁材料，固定在轴上(1)；
N极转子铁心(7)和S极转子铁心(11)轴向间隔排列，N极转子铁心(7)位于N极定子铁心(5) 的圆周外侧，S极转子铁心(11)位于S极定子铁心(10) 的圆周外侧；N极转子铁心(7)和S极转子铁心(11)由硅钢片叠压而成，且在圆周方向上对齐；N极转子铁心(7)和S极转子铁心(11)外侧固定在外壳(3)的内侧，外壳(3)为无取向导磁材料，可绕轴(1)旋转；
每个N极定子铁心(5)和S极定子铁心(10)的极上都绕有一个电枢线圈；电枢线圈可按相位的不同分为三相电枢绕组。
如上所述的一种飞轮式永磁起动发电机，N极定子铁心(5)和S极定子铁心(10)在圆周方向上相差360°/4n或360°/8n，N极定子铁心(5)上电枢线圈和S极定子铁心(10)的电枢线圈绕制方向相反，同一相位的电枢线圈串联组成一相电枢绕组。
如上所述的一种飞轮式永磁起动发电机，，N极转子铁心(7)和S极转子铁心(11)的极数皆为4n或8n；N极转子铁心(7)的极宽为N极定子铁心(5)极宽的1.5倍；S极转子铁心(11)的极宽为S极定子铁心(10)极宽的1.5倍。
所述电动发电机定子固定在轴(1)上，工作时定子不旋转，因此电机的引线(12)通过轴中间的孔引出。
本发明的有益效果如下：
⑴励磁绕组围绕定子磁轭绕制，其圆周尺寸短、漆包线用量少且铜损小；
⑵电机的磁路路径短、磁阻小，且大部分磁路经过硅钢片，因此铁损少；
⑶N极定子极上的的线圈和S极定子极上的线圈可以有效互补，输出的电压或转矩的脉动小；
⑷与传统的三相电励磁双凸极发电机相比，各相绕组完全对称，没有各相不对称现象；
⑸可以电动和发电运行，具备外转子结构，十分适合安装于轮毂上，构成轮毂式电机。
附图说明
图1是本发明一种外转子电动发电机的纵向剖视图。其中：1、轴，2、轴承，3、外壳；4、定子磁轭，5、N极定子铁心，6、N极电枢线圈，7、N极转子铁心，8、励磁绕组，9、S极电枢线圈，10、S极定子铁心，11、S极转子铁心，12、引线。
图2是本发明一种外转子电动发电机N极定子铁心处的横向剖视图。1、轴，3、外壳；4、定子磁轭，5、N极定子铁心，6、N极电枢线圈，7、N极转子铁心。
图3为本发明一种外转子电动发电机S极定子铁心处的横向剖视图。1、轴， 3、外壳；4、定子磁轭， 9、S极电枢线圈，10、S极定子铁心，11、S极转子铁心。
图4为本发明一种外转子电动发电机两套绕组互补的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。
图1是本发明一种外转子电动发电机的纵向剖视图。在本实施例中n=3。所述电动发电机包括轴(1)、外壳(3)、定子磁轭(4)、N极定子铁心(5)、S极定子铁心(10)、N极转子铁心(7)、S极转子铁心(11)、电枢绕组和励磁绕组(8)。N极定子铁心(5)和S极定子铁心(10)极数皆为3n=12且轴向间隔排列，N极定子铁心(5)和S极定子铁心(10) 固定在定子磁轭(4)上。
N极定子铁心(5)和S极定子铁心(10)中间为围绕定子磁轭(4)绕制的励磁绕组(8)，给励磁绕组(8)通电可使N极定子铁心(5)构成N极，并使S极定子铁心(10)构成S极。
N极转子铁心(7)和S极转子铁心(11)轴向间隔排列；N极转子铁心(7)和S极转子铁心(11)外侧固定在外壳(3)的内侧，外壳(3)为无取向导磁材料，可绕轴(1)旋转。N极转子铁心(7)位于N极定子铁心(5)外侧，S极转子铁心(11)位于S极定子铁心(10)外侧。
N极转子铁心(7)和S极转子铁心(11)由硅钢片叠压而成。N极定子铁心(5)和S极定子铁心(10)由硅钢片叠压而成；所述定子磁轭为无取向导磁材料，固定在轴上(1)。
电动发电机定子固定在轴(1)上，工作时定子不旋转，因此电机的引线(12)通过轴中间的孔引出。
图2是本发明一种外转子电动发电机N极定子铁心处的横向剖视图。在本实施例中n=3。N极定子铁心(5)和S极定子铁心(10)极数皆为3n=12；N极转子铁心(7)和S极转子铁心(11)的极数皆为2n=8；N极转子铁心(7)的极宽为N极定子铁心(5)极宽的1.5倍。每个N极定子铁心(5)的极上都绕有一个电枢线圈。
图3为本发明一种外转子电动发电机S极定子铁心处的横向剖视图。S极定子铁心(10)极数为3n=12；S极转子铁心(11)的极数皆为2n=8；S极转子铁心(11)的极宽为S极定子铁心(10)极宽的1.5倍。每个S极定子铁心(10)的极上绕有一个电枢线圈；
对比图3和图2，N极转子铁心(7)和S极转子铁心(11)在圆周方向上对齐；N极定子铁心(5)和S极定子铁心(10)在圆周方向上相差360°/4n=22.5°，N极定子铁心(5)上电枢线圈和S极定子铁心(10)的电枢线圈绕制方向相反，同一相位的电枢线圈串联组成一相电枢绕组；电枢线圈可按相位的不同分成三相电枢绕组。
图4为本发明一种外转子电动发电机两套绕组互补的示意图。其互补的原理为：传统磁阻电机的转子极刚靠近定子极时，其磁链变化率大；而转子极与定子极几乎完全啮合时，其磁链变化率小。而本申请的技术两个定子极错开了恰如其分的角度，因此当N极转子极刚刚靠近定子极时，其磁链变化率大；而此时S极转子极与相应的定子极几乎完全啮合，磁链变化率小。由于两个定子极上的绕组为同一相绕组，因此该相绕组总的磁链变换率基本不变。也就是N极定子线圈和S极定子线圈在特性上是互补的。
 下面对本发明提出的电动发电机进行工作原理的说明。
本发明的电动发电机工作在发电状态时，给励磁绕组通电后，电枢绕组便有磁链通过。当外转子旋转时，磁路的磁阻发生变化，因此电枢绕组的磁链就会发生变化，从而产生感应电动势。假设某一状态N极定子极上的电枢线圈产生自下往上的磁场，则与此对应的S极定子极上的电枢线圈便产生自上往下的磁场，因此N极定子极上的电枢线圈和S极定子极上的电枢线圈绕向相反。给励磁绕组通电并通过控制励磁电流的大小可以控制气隙磁场，以保持输出电压的稳定。
本发明的电动发电机工作在起动状态时，也需要励磁绕组通电励磁。由于一相电枢绕组的磁链会随着转子的变化而变化，若给磁链增加的一相绕组通以正向电流，给磁链减小的一相绕组通以正向电流，则电机会产生正的转矩，驱动电机正转。
本发明提出的电动发电机磁链路径比较复杂，有轴向的，有径向的，还有一点切向的。因此，传统的方法是利用一个磁导率高的铸钢或铸铁来导磁，但这种方法涡流损耗较为严重。本发明提出的技术定子铁心和转子铁心由硅钢片叠压而成，涡流损耗小；在复杂磁路的地方使用无取向导磁材料，这种复合的导磁路径有效提高了***的效率。
需要指出的是，以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化和替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种外转子电动发电机，其特征在于：
包括轴(1)、外壳(3)、定子磁轭(4)、N极定子铁心(5)、S极定子铁心(10)、N极转子铁心(7)、S极转子铁心(11)、电枢绕组和励磁绕组(8)；
所述N极定子铁心(5)和S极定子铁心(10)极数皆为3n且轴向间隔排列，n为大于1的自然数，N极定子铁心(5)和S极定子铁心(10) 固定在定子磁轭(4)上；
N极定子铁心(5)和S极定子铁心(10)中间为围绕定子磁轭(4)绕制的励磁绕组(8)，给励磁绕组(8)通电可使N极定子铁心(5)构成N极，并使S极定子铁心(10)构成S极；
所述N极定子铁心(5)和S极定子铁心(10)由硅钢片叠压而成；所述定子磁轭为无取向导磁材料，固定在轴上(1)；
N极转子铁心(7)和S极转子铁心(11)轴向间隔排列，N极转子铁心(7)位于N极定子铁心(5) 的圆周外侧，S极转子铁心(11)位于S极定子铁心(10)的圆周外侧；N极转子铁心(7)和S极转子铁心(11)由硅钢片叠压而成，且在圆周方向上对齐；N极转子铁心(7)和S极转子铁心(11)外侧固定在外壳(3)的内侧，外壳(3)为无取向导磁材料，可绕轴(1)旋转；
每个N极定子铁心(5)和S极定子铁心(10)的极上都绕有一个电枢线圈；电枢线圈可按相位的不同分为三相电枢绕组。
2.如权利要求1所述的一种飞轮式永磁起动发电机，N极定子铁心(5)和S极定子铁心(10)在圆周方向上相差360°/4n或360°/8n，N极定子铁心(5)上电枢线圈和S极定子铁心(10)的电枢线圈绕制方向相反，同一相位的电枢线圈串联组成一相电枢绕组。
3.如权利要求1所述的一种飞轮式永磁起动发电机，N极转子铁心(7)和S极转子铁心(11)的极数皆为2n或4n；N极转子铁心(7)的极宽为N极定子铁心(5)极宽的1.5倍；S极转子铁心(11)的极宽为S极定子铁心(10)极宽的1.5倍。
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