CN105703588A - 柴油发动机用飞轮式电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种柴油发动机用飞轮式电机，包括曲轴、励磁线圈、定子铁心、电枢线圈和转子铁心；转子铁心在圆盘的内侧端面上有2N个圆环扇形凸起的转子极，定子铁心与转子极端面相对一侧的端面均布有3N个圆环扇形凸起的定子极；定子铁心在每3个定子极之间有一个凹槽，凹槽内绕有励磁线圈，励磁线圈绕三个定子极绕制且相邻励磁线圈的绕制方向相反；每个定子极都有一个绕轴向绕制的电枢线圈，电枢绕组可分为三相，每相电枢线圈由同相位的电枢线圈组成。本发明的飞轮式电机能够通过调节励磁电流的大小来调节气隙磁场的大小，从而能使该电机在变负载变转速的情况下保持输出电压的稳定。

Description

柴油发动机用飞轮式电机
技术领域
本发明涉及一种柴油发动机用飞轮式电机，属于特种电机领域。
背景技术
微型机械具有机动性好，使用和转移方便的特点。作为绿色发动机的柴油发动机存在的体积大、质量重的缺点制约着其在很多地方的应用。因此，柴油发动机的微型化受到广泛关注。随着电机技术的发展，结构紧凑的飞轮式电机被应用在各种各样的发动机上。
飞轮式电机可直接装在发动机和变速箱之间的曲轴上，也可直接装在柴油发动机的飞轮内。通过这种紧凑的安装方式可明显的缩小发动机的体积。因此，在本发明中将飞轮式电机应用于柴油发动机上，同时本发明中飞轮式电机既能当作电动机使用，又能作为发电机来产生电能。
在已有的技术中，飞轮式电机大多是被安装在发动机的飞轮内。这种安装方式可以使电机结构更为紧凑，能够有效的减小发动机体积。例如申请号为201110283965.2的中国发明专利：永磁飞轮式发电机，公开了一种装在发动机飞轮内的永磁型发电机，通过采用离心风扇进行散热。在本发明中通过将飞轮式电机装在发动机和变速箱的曲轴上，采用盘式电机可以更好的散热，而不用加装离心风扇。
在相近的专利中，申请号为201510021141.6的发明专利申请：一种汽车飞轮式电励磁起动发电机，该申请中的飞轮式电励磁起动发电机由N极爪极、S极爪极、电枢绕组、励磁绕组、转子铁心、飞轮和轴组成。该申请采用励磁绕组产生磁场，依靠磁阻变化的原理进行工作，且十分适合安装在发动机曲轴外端。尽管如此，该申请的一种汽车飞轮式电励磁起动发电机与本发明中的柴油发动机用飞轮式电机有很大的不同。本发明中的柴油发动机用飞轮式电机通过采用盘式结构能够明显的缩小电机所占的体积，十分适合用在柴油发动机上。
专利号为：200510044107.7的发明专利：离心式永磁起动发电装置，公开了一种离心式永磁起动发电装置，其转子总成包括曲轴、固定在曲轴上的飞轮外转子和环绕固定在飞轮外转子内壁上的多块永磁材料，定子总成包括定子铁芯、绕组和定子铁芯支架。本发明将发动机飞轮、起动机转子和发电机转子三者合为一体,一同构成转子总成,结构紧凑,成本低,寿命长,使用安全可靠,适用于各类发动机的起动发电装置。
本发明提出了一种能够综合利用盘式电机和电励磁双凸极电机优点的柴油发动机用飞轮式电机，其圆环形的定子铁心上均布有2N个圆环扇形凸起的定子极，每个定子极上都绕有电枢线圈，每三个定子极绕制励磁线圈。通过调节励磁电流的大小可以调节气隙磁场的大小，从而使得柴油发动机用飞轮式电机能在变负载变转速的工况下保持输出电压的稳定。
目前申请人经国内外检索，尚未检索到本发明所涉及的利用定、转子皆为盘式凸极结构、励磁绕组提供径向磁场的电励磁柴油发动机用飞轮式电机。
发明内容
为了发明一种体积小、结构简单、性能可靠的柴油机用飞轮式电机，本发明采用如下技术方案：
柴油发动机用飞轮式电机，其特征在于：
由曲轴(1)、励磁线圈(3)、定子铁心(4)、电枢线圈和转子铁心(8)组成；
转子铁心(8)呈圆盘状，固定在曲轴(1)的末端；
转子铁心(8)在圆盘的内侧端面上有2N个圆环扇形凸起的转子极，N为自然数；
呈圆环形的定子铁心(6)固定在柴油发动机壳体(2)上，定子铁心(4)的端面垂直于曲轴(1)的轴线且与曲轴(1)同心；
定子铁心(4)与转子极内侧端面相对一侧的端面均布有3N个圆环扇形凸起的定子极；
定子铁心(4)在每3个定子极之间有一个凹槽，凹槽内绕有励磁线圈(3)，励磁线圈(3)绕三个定子极绕制且相邻励磁线圈(3)的绕制方向相反；
每个定子极都有一个绕轴向绕制的电枢线圈，同一个励磁线圈(3)所匝链的的三个电枢线圈绕向相同，励磁线圈(3)外侧的电枢线圈绕向相反；
电枢绕组(8)可分为三相，每相电枢线圈由同相位的电枢线圈组成；
转子极和定子极在轴向上间隔有一层气隙；
所述定子铁心(4)和转子铁心(8)皆由无取向性导磁材料制成。
如上所述的柴油发动机用飞轮式电机，其特征在于：
通过调节励磁电流的大小可以调节气隙磁场的大小，从而使得柴油发动机用飞轮式电机能在变负载变转速的工况下保持输出电压的稳定。
柴油发动机用飞轮式电机的电枢线圈外接三相整流桥，可以作为发电机运行，由柴油发动机驱动来对外发电；柴油发动机用飞轮式电机的电枢线圈外接三相变换器，给磁链上升的一相通正向电流，给磁链下降的一相通负向电流，柴油发动机用飞轮式电机即可以作为电动机运行起动发动机。
本发明的有益效果如下：
⑴提出将飞轮式电机安装在发动机和变速器之间的曲轴上，并采用盘式电机技术，在减小发动机体积的同时省去离心风扇机构，从而降低系统的重量、提高系统的效率；
⑵公开了一种结构新颖的电励磁单盘式电机，转子铁心固定在曲轴末端，定子铁心固定发动机壳体上，励磁绕组环形轴向分布，消除了传统的飞轮式电机成本高、可靠性低的问题；
⑶本发明避免了永磁电机的调压控制困难、容易产生不可逆退磁问题。
附图说明
图1是本发明柴油发动机用飞轮式电机纵剖图。其中：1、曲轴，2、柴油发动机壳体、3、励磁绕组，4、定子铁心，5、A相电枢线圈，6、B相电枢线圈，7、C相电枢线圈，8、转子铁心。
图2是本发明柴油发动机用飞轮式电机定子的侧视图。其中：1、曲轴，3、励磁线圈，4、定子铁心，5、A相电枢线圈，6、B相电枢线圈，7、C相电枢线圈。
图3为本发明柴油发动机用飞轮式电机转子的侧视图。其中：1、曲轴，8、转子铁心，9、转子极。
图4为本发明柴油发动机用飞轮式电机工作原理图。
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是本发明柴油发动机用飞轮式电机的纵剖图。所示的柴油发动机用飞轮式电机由曲轴(1)、励磁线圈(3)、定子铁心(4)、电枢线圈和转子铁心(8)组成；转子铁心(8)呈圆盘状，固定在曲轴(1)的末端；呈圆环形的定子铁心(6)固定在柴油发动机壳体(2)上，定子铁心(4)的端面垂直于曲轴(1)的轴线且与曲轴(1)同心。
所述定子铁心(4)和转子铁心(8)皆由无取向性导磁材料制成。
通过调节励磁电流的大小可以调节气隙磁场的大小，从而使得柴油发动机用飞轮式电机能在变负载变转速的工况下保持输出电压的稳定。
本实施例中，定子铁心(4)通过螺钉固定在发动机壳体上。
图2是本发明柴油发动机用飞轮式电机定子的侧视图。定子铁心（4）与转子极内侧端面相对一侧的端面均布有3N个圆环扇形凸起的定子极；在每3个定子极之间有一个凹槽，凹槽内绕有励磁线圈(3)，励磁线圈(3)绕三个定子极绕制且相邻励磁线圈(3)的绕制方向相反；
每个定子极都有一个绕轴向绕制的电枢线圈，同一个励磁线圈(3)所匝链的的三个电枢线圈绕向相同，相邻的励磁线圈(3)外侧的电枢线圈绕向相反。在本实施例中，N=2。
图3为本发明柴油发动机用飞轮式电机转子的侧视图。转子铁心(8)在圆盘的内侧端面上有2N个圆环扇形凸起的转子极(9)。
图4为本发明柴油发动机用飞轮式电机工作原理图。
下面对本发明提出的柴油发动机用飞轮式电机进行工作原理的说明。
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（例如，图4中Laf取最大值时）。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（例如，图4中Laf取最小值时）。
当本发明柴油发动机用飞轮式电机当作发电机使用时，由发动机带动曲轴旋转，通电的励磁线圈会产生磁场，通过调节励磁电流的大小可以调节气隙磁场的大小，从而使得柴油发动机用飞轮式电机能在变负载变转速的工况下保持输出电压的稳定。
当本发明柴油发动机用飞轮式电机当作电动机使用时，给产生正的感应电动势的一相绕组通以正向电流，则该绕组可以产生正的推力；给产生负的感应电动势的一相绕组通以正向电流，则该绕组可以产生负的推力。

Claims (3)

1.柴油发动机用飞轮式电机，其特征在于：
由曲轴(1)、励磁线圈(3)、定子铁心(4)、电枢线圈和转子铁心(8)组成；
转子铁心(8)呈圆盘状，固定在曲轴(1)的末端；
转子铁心(8)在圆盘的内侧端面上有2N个圆环扇形凸起的转子极，N为自然数；
呈圆环形的定子铁心(6)固定在柴油发动机壳体(2)上，定子铁心(4)的端面垂直于曲轴(1)的轴线且与曲轴(1)同心；
定子铁心(4)与转子极端面相对一侧的端面均布有3N个圆环扇形凸起的定子极；
定子铁心(4)在每三个定子极之间有一个径向延伸的凹槽，凹槽内嵌有励磁线圈(3)，励磁线圈(3)绕三个定子极绕制且相邻励磁线圈(3)的绕制方向相反；
每个定子极都有一个绕轴向绕制的电枢线圈，同一个励磁线圈(3)所匝链的三个电枢线圈绕向相同，相邻励磁线圈(3)匝链的电枢线圈绕向相反；
电枢线圈可分为三相，每相电枢线圈由同相位的电枢线圈组成；
转子极和定子极在轴向上间隔有一层气隙；
所述定子铁心(4)和转子铁心(8)皆由无取向性导磁材料制成。
2.如权利要求1所述的柴油发动机用飞轮式电机，其特征在于：
通过调节励磁电流的大小可以调节气隙磁场的大小，从而使得柴油发动机用飞轮式电机能在变负载变转速的工况下保持输出电压的稳定。
3.如权利要求1所述的柴油发动机用飞轮式电机，其特征在于：
柴油发动机用飞轮式电机的电枢线圈外接三相整流桥，可以作为发电机运行，由柴油发动机驱动来对外发电；柴油发动机用飞轮式电机的电枢线圈外接三相变换器，给磁链上升的一相通正向电流，给磁链下降的一相通负向电流，柴油发动机用飞轮式电机即可以作为电动机运行起动发动机。
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