CN105703587B - 混合励磁起动发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的一种混合励磁起动发电机，包括轴、励磁绕组、两个转子铁心、两套电枢绕组、定子铁心、永磁体和皮带轮等；两个转子铁心与定子铁心相对的一面皆有4N个扇环形凸起的转子极；定子铁心在与两个转子铁心相对的一面分别有6N个扇环形凸起的定子极，每个定子极上都绕有电枢绕组；定子铁心上内嵌有与轴平行的励磁绕组，励磁绕组绕三个定子极绕制且相邻励磁绕组的绕制方向相反；同一个励磁绕组所缠绕的三个定子极所在的扇环形根部嵌有一个永磁体，永磁体也与轴平行。本发明的混合励磁起动发电机实现了电机的无刷化，可以有效利用盘式电机轴向尺寸小、结构紧凑的优点，也有效发挥混合励磁电机气隙磁场调节方便的特长。

Description

混合励磁起动发电机
技术领域
本发明涉及一种混合励磁起动发电机，属于汽车电器技术领域。
背景技术
传统汽车电器中，起动与发电是由两个独立的系统完成的，一般存在着起动噪声大、转速低,燃烧不完全，排放污染严重和发电机功率偏小，不能满足汽车电器用电量日益增大的需要等不足。随着电子与计算机控制技术的快速发展，受飞机中起动、发电一体化电机系统的启发，起动发电机开始应用在汽车上。起动发电机既能当作电动机运行起动发动机，又能作为发电机运行为用电设备供电。随着汽车技术的发展，起动发电机技术越来越多的应用于汽车上。
目前，国内外用于汽车上的起动发电机，大多数采用的是永磁结构。永磁起动发电机具有功率密度高、转矩密度大和效率高的优点。但传统永磁起动发电机同时也存在着调速范围窄、永磁体易退磁和励磁调节困难等问题。本发明混合励磁起动发电机通过采用双盘式混合励磁结构可以有效的解决上述传统永磁起动发电机存在的问题。
在混合励磁电机方面，已有的相关申请主要有申请号为：201310213343.1 的发明专利申请：一种开绕组混合励磁电机，该申请的混合励磁电机拥有定子、转子、定子齿、位于转子内的永磁体、嵌于定子齿之间的电枢绕组和绕制在定子齿上的电励磁绕组。在该申请中永磁源为主磁势源，电励磁磁势作为辅助磁势源。电励磁磁势主要起增加或削弱主磁路磁通作用，实现电机气隙磁场可调节，提高电机自身的可靠性。
盘式电机具有轴向尺寸小、功率密度高、散热冷却快等优点，非常适合应用在尺寸大小严格要求的地方。在盘式混合励磁电机方面，已有的相关申请主要有申请号为：201310301385.0的发明专利申请：一种双定子盘式混合励磁电机，该申请的混合励磁电机包括两个定子、永磁体、三相集中电枢绕组、单相集中励磁绕组和转子。该申请的混合励磁电机采用双定子盘式结构，具有混合励磁电机的优点，而且结构简单适合高速运行。
本发明混合励磁起动发电机综合了混合励磁电机气隙磁场调节方便的优点和盘式电机结构简单、散热冷却快的特长。其定子铁心在轴向上位于第一转子铁心和第二转子铁心之间，形成双转子盘式结构。
目前申请人经国内外检索，尚未检索到本发明混合励磁起动发电机所涉及的采用双转子盘式混合励磁结构的起动发电机，且其永磁体为矩形永磁体内嵌于定子铁心。
发明内容
为了发明混合励磁起动发电机，实现起动发电机的气隙磁场的灵活调节功能，并且使其具有体积小、高效率、高功率密度的优点，本发明采用如下技术方案：
混合励磁起动发电机，其特征在于：
由轴(1)、轴承(2)、电机端盖(3)、励磁绕组(4)、第一转子铁心(5)、第一电枢绕组(6)、外壳(7)、定子铁心(8)、永磁体(9)、第二电枢绕组(10)、第二转子铁心(11)和皮带轮(12)组成；
第一转子铁心(5)、第二转子铁心(11)和定子铁心(8)皆呈圆盘状且皆与轴(1)共轴，定子铁心(8)在轴向上位于第一转子铁心(5)和第二转子铁心(11)之间；
第一转子铁心(5)和第二转子铁心(11)固定在轴(1)上；第一转子铁心(5)和第二转子铁心(11)与定子铁心(8)相对的一面皆有4N个扇环形凸起的转子极，N为自然数；
定子铁心(8)与第一转子铁心(5)相对的一面有6N个扇环形凸起的第一定子极，每个第一定子极上都绕有第一电枢绕组(6)；
定子铁心(8)与第二转子铁心(11)相对的一面有6N个扇环形凸起的第二定子极，每个第二定子极上都绕有第二电枢绕组(10)；
第一电枢绕组(6)和第二电枢绕组(10)可按相位不同分为三相电枢绕组；
定子铁心(8) 在每3个第一定子极之间有一个凹槽，凹槽内嵌有与轴(1)平行的励磁绕组(4)，励磁绕组(4)绕三个定子极绕制且相邻励磁绕组(4)的绕制方向相反；
同一个励磁绕组(4)所缠绕的三个定子极所在的扇环形根部嵌有一个永磁体(9)，永磁体(9)也与轴(1)平行；永磁体(9)和励磁绕组(4)皆提供径向磁场。
如上所述的混合励磁起动发电机，其特征在于：
皮带轮(12)与发动机曲轴用带传动，当所述混合励磁起动发电机用作发电机时，若转子极滑入一相电枢绕组所在的定子极时，该相电枢绕组的磁链增加，该相电枢绕组便感应出一个电流阻碍磁链的增加；当转子极滑出一相电枢绕组所在的定子极时，该相电枢绕组的磁链减小，该相电枢绕组便感应出一个电流阻碍磁链的减小；
当所述混合励磁起动发电机用作起动机时，给磁链增加的一相电枢绕组通正向电流，给磁链下降的一相电枢绕组通负向电流，所述混合励磁起动发电机便可以作为起动机运行，起动发动机。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明所提出的一种混合励磁起动发电机，集中了盘式永磁电机和电励磁电机的优点，在定子结构中增加电励磁绕组，通过控制励磁绕组电流方便地调节电机的气隙磁场；
(2)公开了一种结构新颖的电机，采用双转子盘式结构且转子上没有永磁体和绕组，可以用于高速运行；
(3)本发明采用两边皆是气隙的盘式电机结构，定转子接触面大，可导通的最大磁通量大，因此功率密度高。
⑷本发明的电机，既可以作为起动机运行起动发动机，又可以作为发电机运行为汽车用电设备提供电源，非常适合用于怠速停机系统。
附图说明
图1是本发明混合励磁起动发电机纵剖图。其中：1、轴，2、轴承，3、电机端盖，4、励磁绕组，5、第一转子铁心，6、第一电枢绕组，7、外壳，8、定子铁心，9、永磁体，10、第二电枢绕组，11、第二转子铁心，12、皮带轮。
图2是本发明混合励磁起动发电机定子侧视图。其中：1、轴， 6、第一电枢绕组，8、定子铁心，9、永磁体。
图3是本发明混合励磁起动发电机励磁绕组绕制图。其中：1、轴，4、励磁绕组， 8、定子铁心，9、永磁体。
图4是本发明混合励磁起动发电机转子侧视图。其中：1、轴，5、第一转子铁心。
图5是本发明混合励磁起动发电机工作原理图。
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是本发明混合励磁起动发电机纵剖图。所示混合励磁起动发电机由轴(1)、轴承(2)、电机端盖(3)、励磁绕组(4)、第一转子铁心(5)、第一电枢绕组(6)、外壳(7)、定子铁心(8)、永磁体(9)、第二电枢绕组(10)、第二转子铁心(11)、皮带轮(12)组成。第一转子铁心(5)、第二转子铁心(11)和定子铁心(8)皆呈圆盘状且皆与轴(1)共轴，定子铁心(8)在轴向上位于第一转子铁心(5)和第二转子铁心(11)之间，第一转子铁心(5)和第二转子铁心(11)固定在轴(1)上。
第一转子铁心(5)和第二转子铁心(11)与定子铁心(8)相对的一面皆有4N个扇环形凸起的转子极，定子铁心(8)与第一转子铁心(5)相对的一面有6N个扇环形凸起的第一定子极，定子铁心(8)与第二转子铁心(11)相对的一面有6N个扇环形凸起的第二定子极，定子铁心上第一定子极与第二定子极对称分布。
每个定子极上都绕有电枢绕组,电枢绕组根据绕在第一定子极和第二定子极分别称为第一电枢绕组(6)和第二电枢绕组(10)。定子铁心(8) 在每三个定子极之间有一个凹槽，凹槽内嵌有与轴(1)平行的励磁绕组(4)，同一个励磁绕组(4)所缠绕的三个定子极所在的扇环形根部嵌有一个永磁体(9)，永磁体(9)也与轴(1)平行。
图2是本发明混合励磁起动发电机定子纵剖图。定子两端面对称分布，以第一定子极所在的一端面为例。如图所示，圆盘状的定子铁心上有6N个扇环形凸起的第一定子极，每个第一定子极上都绕有第一电枢绕组，第一电枢绕组(6)可按相位不同分为三相电枢绕组。定子铁心(8)在每三个第一定子极之间有一个凹槽，凹槽内嵌有与轴(1)平行的励磁绕组(4)，励磁绕组(4)绕三个定子极绕制且相邻励磁绕组(4)的绕制方向相反；同一个励磁绕组(4)所缠绕的三个定子极所在的扇环形根部嵌有一个永磁体(9)，永磁体(9)也与轴(1)平行；永磁体(9)和励磁绕组(4)皆提供径向磁场。
图3为本发明混合励磁起动发电机的励磁绕组绕制图。可以看出，定子铁心(8)上同一个永磁体(98)对应的三个定子极组成一个组合极，每个励磁绕组(4)都绕一个组合极的根部绕制，相邻的组合极之间有凹槽，励磁绕组(4)平行于轴(1)并嵌入到所述凹槽中，相邻的励磁绕组(4)绕向相反。
图4是本发明混合励磁起动发电机第一转子侧视图。如图所示，圆盘状的第一转子铁心上有4N个扇环形凸起的转子极。
图5是本发明混合励磁起动发电机工作原理图。其中Ψa1为A相永磁磁链，Ψa1+Ψa2为励磁绕组通正向电流后的合成磁链，Ψa1-Ψa2为励磁绕组通负向电流后的合成磁链。可以看出，通过调节励磁电流的大小和方向，可以调节绕组磁链的大小。
下面对本发明提出的混合励磁起动发电机进行工作原理的说明。
发动机曲轴与起动发电机的皮带轮用带传动，转子固定在起动发电机的轴上，随轴转动。当转子极与其中一相定子极完全重叠时，该相定子极上的电枢绕组的匝链的磁阻最小、磁链最大，该相电枢绕组与励磁绕组的互感也最大。当转子极与一相定子极完全脱离时，该极电枢绕组的磁阻最大、磁链最小，该相电枢绕组与励磁绕组的互感也最小。
当所述混合励磁起动发电机用作发电机时，皮带轮由发动机曲轴驱动，轴随着皮带轮转动，若转子极滑入一相电枢绕组所在的定子极时，该相电枢绕组的磁链增加，该相电枢绕组便感应出一个电流阻碍磁链的增加；当转子极滑出一相电枢绕组所在的定子极时，该相电枢绕组的磁链减小，该相电枢绕组便感应出一个电流阻碍磁链的减小。
当所述混合励磁起动发电机用作起动机时，给磁链增加的一相电枢绕组通正向电流，给磁链下降的一相电枢绕组通负向电流，所述混合励磁起动发电机便可以作为起动机运行，起动发动机。
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 (2)

1.混合励磁起动发电机，其特征在于：
由轴(1)、轴承(2)、电机端盖(3)、励磁绕组(4)、第一转子铁心(5)、第一电枢绕组(6)、外壳(7)、定子铁心(8)、永磁体(9)、第二电枢绕组(10)、第二转子铁心(11)和皮带轮(12)组成；
第一转子铁心(5)、第二转子铁心(11)和定子铁心(8)皆呈圆盘状，且第一转子铁心(5)、第二转子铁心(11)和定子铁心(8)的轴线皆与轴(1)的轴线相同，定子铁心(8)在轴向上位于第一转子铁心(5)和第二转子铁心(11)之间；
第一转子铁心(5)和第二转子铁心(11)固定在轴(1)上；第一转子铁心(5)和第二转子铁心(11)与定子铁心(8)相对的一面皆有4N个扇环形凸起的转子极，N为自然数；
定子铁心(8)与第一转子铁心(5)相对的一面有6N个扇环形凸起的第一定子极，每个第一定子极上都绕有第一电枢绕组(6)；
定子铁心(8)与第二转子铁心(11)相对的一面有6N个扇环形凸起的第二定子极，每个第二定子极上都绕有第二电枢绕组(10)，定子铁心(8)上第一定子极与第二定子极对称分布；
第一电枢绕组(6)和第二电枢绕组(10)按相位不同分为三相电枢绕组；
定子铁心(8)在每三个第一定子极之间有一个凹槽，凹槽内嵌有与轴(1)平行的励磁绕组(4)，励磁绕组(4)绕三个定子极绕制且相邻励磁绕组(4)的绕制方向相反；
同一个励磁绕组(4)所缠绕的三个定子极所在的扇环形根部嵌有一个永磁体(9)，永磁体(9)也与轴(1)平行；永磁体(9)和励磁绕组(4)皆提供径向磁场。
2.如权利要求1所述的混合励磁起动发电机，其特征在于：
皮带轮(12)与发动机曲轴用带传动，当所述混合励磁起动发电机用作发电机时，若转子极滑入一相电枢绕组所在的定子极时，该相电枢绕组的磁链增加，该相电枢绕组便感应出电流阻碍磁链的增加；当转子极滑出一相电枢绕组所在的定子极时，该相电枢绕组的磁链减小，该相电枢绕组便感应出电流阻碍磁链的减小；
当所述混合励磁起动发电机用作起动机时，给磁链增加的一相电枢绕组通正向电流，给磁链下降的一相电枢绕组通负向电流，所述混合励磁起动发电机便可以作为起动机运行，起动发动机。
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