CN101478205A - 双电压输出复合励磁发电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双电压输出复合励磁发电机，其特征在于，转轴上装有永磁转子和电励磁转子，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而成，电子控制器能够实现双压控制，所述双压控制是指能够根据需要控制发电机输出两种不同大小的电压；直接从发电机中输出两种电压，满足汽车用电要求、向蓄电池充电，而不是采用变压的方法，从而消除了变压过程中的能量损失，减少了发电过程中电励磁耗能，加大了磁场的利用率。

Description

双电压输出复合励磁发电机

技术领域

随着科技的发展和人们对汽车舒适性要求的提高，车载电器越来越多，从而对电量的需求越来越大，为了供给大的电量，人们提高了车载发电机的输出功率，并提高了车载蓄电池的储电能力。但这时，大功率输出造成了汽车线路中流过高电流从而产生大量的能量耗损，为了解决这一问题，人们不约而同的想到了提高电压，把车辆工作电压从12V提高到42V。但在实现这一转变的过程中必然会出现考虑综合经济效益的问题，提高工作电压势必要提高所有工作电器的工作电压，这对现在汽车工业将是一个不小的冲击；会出现有些电器(如车窗电机)在高或低电压下那种更合算的问题。考虑到以上各种因素，人们想到了采用12/42双电压工作环境作为过渡阶段，综合考虑经济效益后有些电器在12V电压环境下工作、有些电器在42V电压环境下工作。现在全世界都把这个研究方向作为首选方向。但双电压工作环境也并非很容易实现的，将要解决怎样实现电压供应、电压转化、汽车总线布置等问题。现在世界范围内多是采用超级电容或变压器变压的方法使低电压(12V)与高电压(42V)互相转化，从而实现供应两种电源，但这将导致在变压的过程中由于不可避免的漏磁现象和发热现象造成的能量的大量浪费。

现在，有些特种车已经有在双电压下工作的，如12V/36V双电压环境，这些双电压均是通过两个不同压值蓄电池或发电机输出一个电压后再通过变压器来实现双电压供应的，他们均存在上文所说问题。

随着我国国民经济的迅猛发展，汽车工业已成为国民经济的支柱产业之一，在工业生产、交通运输以及人类生活的各个方面都起着不可缺少的作用，目前与汽车配套使用的发电机普遍存在着低速照明效果差的现象，而且输出功率小，不能满足用户使用要求。如中国专利00112053.0所述稳压永磁发电机，由机壳、机座、动力轴、转子、永磁磁钢、定子、定子绕组、定子座、定子滑动套、平衡弹簧、防旋转连接螺丝、滑动块、调节转轴、定位轴承、调节转轴驱动装置及自动反馈控制电路等组成，动力转动轴通过定位轴承固定在基座上，转子固定在固定转轴上，定子滑动套的一端固定在基座上，定子滑动套沿轴向开有通槽，平衡弹簧设置与定子滑动套内，该弹簧的一端由定子滑动套的一端面阻挡，另一端推定至于定子滑动套内的滑动块，该滑动块与定子座之间有穿过滑动套通槽的防旋转连接螺钉固定连结，该滑动块中心与调节转轴的一端成螺纹活动连结，自动反馈控制电路的监测信号输入端并借与定子绕组输入端，该电路的控制信号输出端至驱动机构的受控制端。该稳压永磁电机结构复杂、成本高、使用性能有待于进一步提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷、输出两种电压值电压、磁场充分利用、输出电压稳定，更节能、结构紧凑，占据空间小，使用安全可靠的双电压输出复合励磁发电机，具体是：

双电压输出复合励磁发电机，包括转子总成、定子总成、前端盖、后端盖、电子控制器组成，转轴上装有永磁转子和电励磁转子，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连而成；所述电子控制器能够实现双压控制，所述双压控制是指能够根据需要控制发电机输出两种不同大小的电压，所述双压控制实施的根据是蓄电池电量剩余的大小或实际工作的需要；永磁转子为切向结构，由极靴转子铁芯、隔磁衬套、非导磁槽楔和永磁材料组成，永磁材料按切向方向以及相邻的永磁材料相同的极性面相对的方式依次布置在极靴转子铁芯的槽内，并用非导磁槽楔固定，极靴转子铁芯固定在隔磁衬套上，隔磁衬套压装载转轴上；永磁转子为径向结构，由极靴、转子铁芯、和永磁材料组成，永磁材料由极靴通过螺钉固定在转子铁芯上，转子铁芯压装在转轴上；电励磁转子为爪极结构，由爪极和电励磁绕组组成，爪极的极数与切向式永磁转子的极数相等，并都是沿圆形均匀分布，一一对应；电励磁转子为凸极结构，由凸极转子铁芯和电励磁绕组组成，凸极转子铁芯的凸极数与切向式永磁转子的极数相等，并都是沿圆形均匀分布，一一对应，电励磁绕组按通入直流电后凸极的凸面产生的极性为N、S极相间隔的规律依次绕线，每个凸极上的匝数对应相等；还包括速度继电器，所述速度继电器由电子控制器控制，功能是实现在低速时控制输出所述低电压，达到一定数值速度后继电器动作、控制输出所述高电压；所述蓄电池是两个储存不同电压值电量的蓄电池；电励磁绕组通过碳刷、滑环与电子控制器相连接。

其工作原理为：发电机转轴转动后，按照设置的目标稳压值为12V，当电机输出电压低于目标稳压值12V时，电子控制器给发电机的电励磁绕组提供正向电流，电励磁转子产生的磁场与永磁转子提供的磁场叠加，气隙内的磁通量增加，电枢绕组产生的感应电动势增加，因此发电输出电压升高；当发电机输出电压高于目标稳压值12V时，电子控制器给发电机的电励磁绕组提供反向电流，电励磁转子产生的磁场削弱了永磁转子提供的磁场，气隙内的磁通量减小，电枢绕组产生的感应电动势降低，因此发电输出电压也降低，周而复始，从而保证发电机在变转速、变负载的情况下输出电压稳定的直流电，满足汽车用电设备的要求。

如果42V电源内电量储备太少、需要充电，或汽车需要大量42V电供应时时，电子控制器控制发电机输出42V电，具体是，按照设置的目标稳压值为42V，当电机输出电压低于目标稳压值42V时，电子控制器给发电机的电励磁绕组提供正向电流，电励磁转子产生的磁场与永磁转子提供的磁场叠加，气隙内的磁通量增加，电枢绕组产生的感应电动势增加，因此发电输出电压升高；当发电机输出电压高于目标稳压值42V时，电子控制器给发电机的电励磁绕组提供反向电流，电励磁转子产生的磁场削弱了永磁转子提供的磁场，气隙内的磁通量减小，电枢绕组产生的感应电动势降低，因此发电输出电压也降低，周而复始，从而保证发电机在变转速、变负载的情况下输出电压稳定的直流电，满足汽车用电设备的要求。

同理，一开始输出42V电，亦可根据实际需求由电子控制器控制输出12V电，就这样，满足了汽车对两种电压的需求。

如果在发电机上安装速度继电器，所述速度继电器由电子控制器控制，功能是实现在低速时控制输出所述低电压，达到一定数值速度后继电器动作、控制输出所述高电压，其功能是通过以下内容实现的，

发电机转轴转动后，在低速旋转时，电子稳压器控制发电机输出一个低电压(设为12V)，当发电机输出电压低于目标稳压值12V时，电子控制器给发电机的电励磁绕组提供正向电流，电励磁转子产生的磁场与永磁转子提供的磁场叠加，气隙内的磁通量增加，电枢绕组产生的感应电动势增加，因此发电机输出电压升高；当发电机输出电压高于目标稳压值12V时，电子控制器给发电机的电励磁绕组提供反向电流，电励磁转子产生的磁场削弱了永磁转子提供的磁场，气隙内的磁通量减小，电枢绕组产生的感应电动势降低，因此发电输出电压也降低，周而复始，从而保证发电机在变转速、变负载的情况下输出电压稳定的直流电，满足汽车用电设备的要求；

当发电机转轴转速达到一定值时，速度继电器测速系统获得这一信号，传递给电子控制器，电子控制器控制速度继电器动作，控制发电机输出一个高电压(设定这个高电压为42V)，具体是，当电机输出电压低于目标稳压值42V时，电子控制器给发电机的电励磁绕组提供正向电流，电励磁转子产生的磁场与永磁转子提供的磁场叠加，气隙内的磁通量增加，电枢绕组产生的感应电动势增加，因此发电机输出电压升高；当发电机输出电压高于目标稳压值42V时，电子控制器给发电机的电励磁绕组提供反向电流，电励磁转子产生的磁场削弱了永磁转子提供的磁场，气隙内的磁通量减小，电枢绕组产生的感应电动势降低，因此发电机输出电压也降低，周而复始，从而保证发电机在变转速、变负载的情况下输出电压稳定的直流电，满足汽车用电设备的要求。

本发明与现有技术相比，具有以下优势：

1、直接从发电机中输出两种电压，满足汽车用电要求、向蓄电池充电，而不是采用变压的方法，从而消除了变压过程中的能量损失；

2、输出双电压，减少了电励磁耗能，在发电机转轴转速快时输出高电压而非低电压，从而减少了反向电流的使用，从而实现了节能；

3、在稳压时，不同于机械电阻法，电子短路法，电子串联法、并联可控外电阻能量随机泄放法，采用发电机转轴转速低的时候输出低电压、转速高时输出高电压，从而充分利用了磁场能，减少了能量的浪费，并且增大了输出功率；

4、在低转速时输出低电压，高转速时输出高电压，从而避免了在高速大功率、低电压产生高电流，从而避免了高电流带来的各种问题，如损坏元器件(特别是晶闸管)、产生热量引发各种问题等；

5、通过调节电磁转子通电电流的大小和方向，使永磁磁场与电励磁唱迭加后的磁场可调节，保证发电机在变转速、变负载工况下输出电压保持稳定，该电机结构紧凑，使用安全可靠。

附图说明

图1时本发明的实施例的结构示意图；

图2是图1所示是实施例中切向式永磁转子剖面图。

具体实施例

实施例中：1、转轴  2、轴承  3、后端盖  4、电子控制器  5、滑环  6、碳刷7、爪极  8、电励磁绕组  9、定子铁芯  10、电枢绕组  11、前端盖  12、极靴转子铁芯  13、隔靴衬套  14、非导磁槽楔  15、永磁材料

下面结合附图对本发明作进一步说明：

转轴1上安装永磁转子和电励磁转子，永磁转子为切向结构，由极靴转子铁芯12、隔磁衬套13、非导磁槽楔14和永磁材料15组成，永磁材料15按切向方向以及相邻的永磁材料15相同的极性面相对的方式依次布置在极靴转子铁芯12的槽内，并用非导磁槽楔14固定，极靴转子铁芯12固定在隔磁衬套13上，隔磁衬套13压装在转轴1上，电励磁转子为爪极结构，由爪极7和电励磁绕组8组成，爪极7的极数与切向式永磁转子的极数相等，并且都沿圆形均匀分布，一一对应，电励磁绕组8通过电刷6、滑环5与电子控制器4相连接，永磁转子和电励磁转子共用一个电枢绕组10，产生的磁势在电路中并联合成。

发电机转轴转动后，按照设置的目标稳压值为12V，当电机输出电压低于目标稳压值12V时，电子控制器给发电机的电励磁绕组提供正向电流，电励磁转子产生的磁场与永磁转子提供的磁场叠加，气隙内的磁通量增加，电枢绕组产生的感应电动势增加，因此发电输出电压升高；当发电机输出电压高于目标稳压值12V时，电子控制器给发电机的电励磁绕组提供反向电流，电励磁转子产生的磁场削弱了永磁转子提供的磁场，气隙内的磁通量减小，电枢绕组产生的感应电动势降低，因此发电输出电压也降低，周而复始，从而保证发电机在变转速、变负载的情况下输出电压稳定的直流电，满足汽车用电设备的要求。

如果42V电源内电量储备太少、需要充电，或汽车需要大量42V电供应时时，电子控制器控制发电机输出42V电，具体是，按照设置的目标稳压值为42V，当电机输出电压低于目标稳压值42V时，电子控制器给发电机的电励磁绕组提供正向电流，电励磁转子产生的磁场与永磁转子提供的磁场叠加，气隙内的磁通量增加，电枢绕组产生的感应电动势增加，因此发电输出电压升高；当发电机输出电压高于目标稳压值42V时，电子控制器给发电机的电励磁绕组提供反向电流，电励磁转子产生的磁场削弱了永磁转子提供的磁场，气隙内的磁通量减小，电枢绕组产生的感应电动势降低，因此发电输出电压也降低，周而复始，从而保证发电机在变转速、变负载的情况下输出电压稳定的直流电，满足汽车用电设备的要求。

同理，一开始输出42V电，亦可根据实际需求由电子控制器控制输出12V电，就这样，满足了汽车对两种电压的需求。

Claims (8)

1、一种双电压输出复合励磁发电机，包括转子总成、定子总成、前端盖、后端盖、电子控制器组成，其特征在于：转轴上装有永磁转子和电励磁转子，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连而成；所述电子控制器能够实现双压控制，所述双压控制是指能够根据需要控制发电机输出两种不同大小的电压，所述双压控制实施的根据是蓄电池电量剩余的大小、实际工作的需要。

2、如权利要求1所述的双电压复合励磁发电机，其特征在于：永磁转子为切向结构，由极靴、转子铁芯、隔磁衬套、非导磁槽楔和永磁材料组成，永磁材料按切向方向以及相邻的永磁材料相同的极性面相对的方式依次布置在极靴转子铁芯的槽内，并用非导磁槽楔固定，极靴转子铁芯固定在隔磁衬套上，隔磁衬套压装载转轴上。

3、如权利要求1所述的双电压复合励磁发电机，其特征在于：永磁转子为径向结构，由极靴、转子铁芯、和永磁材料组成，永磁材料由极靴通过螺钉固定在转子铁芯上，转子铁芯压装在转轴上。

4、如权利要求1所述的双电压复合励磁发电机，其特征在于：电励磁转子为爪极结构，由爪极和电励磁绕组组成，爪极的极数与切向式永磁转子的极数相等，并都是沿圆形均匀分布，一一对应。

5、如权利要求1所述的双电压复合励磁发电机，其特征在于：电励磁转子为凸极结构，由凸极转子铁芯和电励磁绕组组成，凸极转子铁芯的凸极数与切向式永磁转子的极数相等，并都是沿圆形均匀分布，一一对应，电励磁绕组按通入直流电后凸极的凸面产生的极性为N、S极相间隔的规律依次绕线，每个凸极上的匝数对应相等。

6、如权利要求1所述的双电压复合励磁发电机，其特征在于：还包括速度继电器，所述速度继电器由电子控制器控制，功能是实现在低速时控制输出所述低电压，达到一定数值速度后继电器动作、控制输出所述高电压。

7、如权利要求1所述的双电压复合励磁发电机，其特征在于：所述蓄电池是两个储存不同电压值电量的蓄电池。

8、如权利要求1所述的双电压复合励磁发电机，其特征在于：电励磁绕组通过碳刷、滑环与电子控制器相连接。