CN1096739C - 双激励电机,尤其是汽车的交流发电机 - Google Patents

Abstract

一种电机，包括至少一个定子(201，211)和一个转子(205)，定子包括位于至少一对凹槽中的至少一个感应线圈，转子(205)包括一些磁通换向元件，这些元件能够有选择地建立起围绕着一个或一些感应线圈的闭合磁路，其特征在于，所述的磁通换向元件包括至少一个永久磁体(208)，它能够建立起沿着转子(205)圆周方向的自身成环形的磁通；以及至少一个激励线圈(209)，它能够建立起与所述永久磁体(208)所产生的磁通相反的圆周方向的可调节的局部磁通。

Description

双激励电机、尤其是 汽车的交流发电机

本发明涉及诸如汽车交流发电机之类的旋转电机。

作为单相或多相发电机的典型的汽车交流发电机通常包括一个定子，一个配备了激励线圈的转子在该定子中转动。该激励线圈由一些电刷供电，电刷则与设置在转子轴的凸出部分上的两个集电环相接触。

人们已经获知，尤其是通过欧洲专利EP0707374了解了一些旋转电机。在这些机器中，定子线圈的激励是同时由一些永久磁体和一些线圈进行的；并且，通过换向而对一个或几个激励线圈所感应出的电流进行控制。激励电流的换向用于在多种速度下减小永磁体的磁通。

在这种类型的机器中，由于激励电流本身就是双向的交流电，这种换向仍需要借助于一个“H”型的切换电桥，这就增加了成本。

本发明目的在于克服这些缺陷，以及提出一种旋转电机，尤其是一种交流发电机。在该机器中，激励时能够实现对输出电流的调节，并且尽管采用了一些永久磁体来实现这种激励，但仍可以在无激励(或基本上无激励)和最大激励之间改变这个激励。

本发明的另一个目的是要实现这样的一个机器，在该机器中，通过提供同样是在零和一个最大值之间变化的激励电流，使得激励在前述的两个极限之间变化。

本发明的另一个目的是提供一种单转子双磁体间隙结构的旋转电机，它轴向尺寸紧凑并且具有很高的功率重量比。

因此，本发明提出了一种磁通换向的电机，它包括定子和转子，定子包括位于至少一对凹槽中的至少一个感应线圈，转子具有一些元件，这些元件能够有选择地建立起围绕着一个或一些感应线圈的闭合磁路，其特征在于，所述的这些元件包括至少一个永久磁体，该永久磁体能够建立起沿着转子圆周方向的自身成环形的磁通，这些元件还包括至少一个激励线圈，它能够建立起与上述永磁体所产生的磁通相反的圆周方向的可调节的局部磁通。

这样的调节结构实际上能够允许断路器采用传统的调节器来调节激励，这样，与交流电的机器相比，这些断路器的成本仅为1/4。

转子的周向长度上最好具有一些交替的永久磁体和激励线圈。

尤其是转子最好具有一些交替的永久磁体和H形构件，这些H形构件确定了用以装纳激励线圈的凹槽。

这些H形结构能够使线圈端部的长度减小，这就减小了阻抗，进而也减少了激励的焦耳损失，因而提高了效率。

该机器最好具有一个内定子和一个外定子。

这种结构与双转子旋转电机的传统结构相比，其优点之一在于转子的惯性很小。

这种结构的轴向尺寸紧凑，并且由它的两个定子可以输出很大的功率，它被有利地应用于功率重量比很高的交流发电机起动器。

本发明还涉及上述类型的双激励混合电机的转子。

在结合附图阅读了下面作为举例的对本发明较佳实施例的详细说明后，本发明的其它特征、目的和优点将变得更加清楚；其中：

图1是根据本发明简单实施例的旋转电机中的转子和定子组件的展开示意图；

图2是根据本发明的三相电机中的转子和定子组件的局部横截面视图；

图3是根据本发明另一实施例的旋转电机中的转子和定子组件的展开示意图；

图4是根据本发明另一实施例的同一电机中的转子和定子组件的局部横截面视图。

首先参见图1，图中表示了能够配备于本发明的单相交流电机的定子和转子。

定子1包括一个环形构架2，它由两部分构成，这两部分确定出了一个连续的环形构件。在该构件的内周面上设有装纳着感应线圈组4的一些凹槽3。这些凹槽3呈偶数并且均匀地分布在定子的周边上。

转子5由一系列H形的构件6构成，这些构件6与一些装有永久磁体8的凹槽7相互交替。

限定出H形构件6的内外槽6a、6b中装纳着激励线圈9，这些线圈与装置10相连，以便用可调节的激励电流向它们供电。

这些H形构件6和永久磁体8均匀地分布在转子5上。磁体8和H形构件6两者的数量都对应着该旋转电机的极对的数量，也就是说是凹槽3数量的一半。更准确地说，磁体8和H形构件6这样分布，使得当某个外槽6a正对着一个定子槽3时，该H形构件两边的磁体8也都分别正对着上述这个槽3两边的凹槽3。

永久磁体8的N/S极的取向是这样的：当线圈9中没有电流时，这些磁体在转子5上产生出基本上沿圆周的、如图1中箭头所示方向的磁通。

因此，在没有激励电流时，没有任何磁场会穿过定子1形成环路(或者说仅有可以忽略的一小部分)，无论转子5的角位置如何都是如此，因此在感应线圈4中不会产生任何电流(一些可忽略的电流除外)。

因而该装置未受激励。

如果现在把一个单向的电流引入到激励线圈中，以便产生出与磁体8的磁通方向相反的磁通，那么当激励电流足够大时，这种相反就迫使磁体8和线圈9的磁通都穿过磁体空隙并在定子1中延伸。

结果就会产生出感应电动势。

众所周知，这个电动势由于在基本为零和最大值之间变化，该电动势的值取决于激励线圈9所产生的电磁场的幅度。

磁体8和激励线圈9的尺寸设定为：在一些通常的激励电流强度下，使激励线圈的磁通大于磁体的磁通。

因此，随着线圈9中的电流的调节变化，不仅可以调节激励线圈9的磁通，而且还可以调节磁体8在定子中的磁通。因此，通过上述的结构，用简单的直流电就可调节该电机的运行。

例如，通过一个由调整微处理器控制的独立的晶体管来实现上述的调节。

下面参照图2来描述本发明的多相电机的实施例。

对于图2的与图1旋转电机中相同的那些元件，给予了相同的标号并增加了100。

这个电机例如是三相的，它包括与图1相同的转子105，转子包括一些H形构件106，这些构件106与一些永久磁体108相互交替，H形构件106所确定的凹口部分中装纳着激励线圈109。

永久磁体108装在槽107中，槽107的深度略小于转子105的径向厚度。

定子121在圆周方向上是连续的，它以传统的方式由一些叠合的钢片构成。对于转子的每一对磁极，定子121具有6个槽103，这些槽103是由基本上以均匀的方式呈角度分布的内齿122所确定的。这些槽103容纳着不同的相位线圈104a、104b、104c，在定子周边上的连续的三个槽103中分别具有上述的三个相位线圈。

图2的装置按照与图1相同的原理进行工作。

具体地说，当任何一个激励线圈109都未受到激励时，永久磁体108共同产生出实际上只在转子中环通的磁通，因此定子的相位线圈送出的电流基本为零。

与此相反，当沿着与永久磁体108所产生的磁场相反的方向进行激励时，磁场就会包围不同的相位线圈104a、104b、104c，因而当转子以给定的速度转动时，该装置产生出三相的电动势。当激励电流在零和最大激励之间变化时，该电动势也基本上在零和最大值之间变化。

在图1和图2所示的实例中，转子5和105都装在(未示出的)轴上，这些轴是由非磁性材料制成的，或者是通过非磁性材料而与永久磁体/H形构件/激励线圈组件相互隔绝。

其它的实施方式也是可行的。

正如图3和图4所示，尤其可以想到把转子安装在内定子和外定子之间。

对于图3和图4实施例中的与图1实施例相同的那些元件，给予了相同的标号并增加了200。

因此，图3和图4所示的电机包括一个外定子201和一个转子205，它们分别相同于定子1和转子5。

尤其是转子205由一系列H形的构件206构成，这些构件206与一些永久磁体208相互交替，H形构件所确定的凹槽中装纳着激励线圈209。

外定子201本身由叠合的钢片构成，在外定子的内周边上有一些装纳着感应线圈204的槽203。

转子205在这个外定子201和一个内定子211之间转动。内定子211也由叠合的钢片构成，在其内周边上有一些也装纳着感应线圈214的槽213。槽213的数量相同于槽203的数量，所述槽213的位置正对着槽203。

这种结构的电机的运行与图1和图2所示电机相类似。

在没有激励电流时，永久磁体208的磁场环绕在转子205中。当转子205转动时，感应线圈204和214中不产生任何电流。

与此相反，当发出激励电流时，迫使磁体208的磁通延伸穿过两个磁体空隙，到达内定子201和外定子211，并在感应线圈204、214中产生出电动势。

将会注意到，两个定子201、211的感应线圈是相互独立的，这种结构有利地适合于制造双电压的三相电机，第一定子能够工作在14V，根据车上电网的需要，第二定子可工作在24V、48V或96V。

当然，已经描述过的这些类型的这些结构，可以同时地或依次地予以采用。

此外，将会看到，图1～图4的电机如果需要可进行初始磁化或重新磁化。

更准确地说，假如磁体在未受到预先磁化的情况下就装到了转子中，那么只需向激励线圈提供一个与通常的激励电流方向相反的电流，在转子中就产生出了一个圆周磁场，其方向与永久磁体所产生的磁场方向相同。这个磁场能够磁化或重新磁化那些磁体。例如可以借助于半导体切换装置来建立起这个用于磁化或重新磁化的反向磁场，本领域的技术人员能够毫无困难地制造出这类切换装置。

这个工作一方面可在汽车上通过蓄电池提供的电能来完成，另一方面也可在车间中在维修工作中完成。

另外，将会注意到，由于这种结构形式，线圈在H形构件上的安装是很便利的，并且可以独立于永久磁体的安装而单独进行。

另外，当磁体已被磁化时，将转子安装到定子上也是很方便的，这是因为永久磁体的磁场在转子中自行封闭，不会有转子构件贴附到内外定子的铁磁性组成部分上的意外情况。

与现有技术的结构相比，所推荐的新结构能够提高效率10％～20％。

当然，本发明绝不局限于所描述和示出的这些实施例。

具体地说，根据上面的论述，人们可以制造出按照发电机以及电动机原理运行的一些机器，例如车辆的交流起动器，以及具有任何数量的相位的机器。

另外，激励线圈被制作成围绕着H形构件(即制成环形线圈)，与凸极电机的线圈相比，这当然有利于改善这些构件的抗离心力作用。

众所周知，用在汽车中永磁体发电机的主要缺陷在于总是存在着由一些不具备调节功能的永久磁体所产生的有效磁通，这会导致过压，进而造成车上电网元件的局部或整体的损坏。在本发明提出的结构中，当没有激励时，由于永磁体的磁通不能自行穿过定子形成闭合，这些磁通是无效的，因而克服了上述缺陷。

Claims (10)

1、一种电机，包括至少一个定子(1，101，201，211)和一个转子(5，105，205)，定子包括位于至少一对凹槽中的至少一个感应线圈，转子(5，105，205)具有一些元件，这些元件能够有选择地建立起围绕着一个或一些感应线圈的闭合磁路，其特征在于，所述的这些元件包括至少一个永久磁体(8，108，208)，这能够建立起沿着转子(5，105，205)圆周方向的自身成环形的磁通；这些元件还包括至少一个激励线圈(9，109，209)，它能够建立起与所述永久磁体(8，108，208)所产生的磁通相反的圆周方向的可调节的局部磁通。

2、如权利要求1所述的电机，其特征在于，转子(5，105，205)的周向长度上具有一些交替的永久磁体(8，108，208)和激励线圈(9，109，209)。

3、如权利要求1所述的电机，其特征在于，转子(5，105，205)具有一些交替的永久磁体(8，108，208)和H形构件，这些H形构件确定了用以装纳激励线圈(9，109，209)的凹槽。

4、如权利要求1所述的电机，其特征在于，它包括一个内定子(1，101，201，211)和一个外定子(1，101，201，211)。

5、如权利要求4所述的电机，其特征在于，两个定子(201，211)分别具有相同数量的凹槽，这些凹槽相互面对地延伸。

6、如权利要求1所述的电机，其特征在于，它具有一些部件，以便借助于激励线圈(9，109，209)建立起对永久磁体(8，108，208)进行磁化或重新磁化的反向磁场。

7、汽车的交流发电机，其特征在于，它由权利要求1～6中任一项所述的电机构成。

8、双电压的旋转电机，其特征在于，它由权利要求5或6所述的电机构成。

9、交流发电机起动器，其特征在于，它由权利要求8所述的电机构成。

10、双激励混合电机的转子，包括一些元件，这些元件能够有选择地建立起围绕着一个或一些感应线圈的闭合磁路，其特征在于，所述的这些元件包括至少一个永久磁体，它能够建立起沿着转子(5，105，205)圆周方向的自身成环形的磁通；这些元件还包括至少一个激励线圈(9，109，209)，它能够建立起与所述永久磁体(8，108，208)所产生的磁通相反的圆周方向的可调节的局部磁通。

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