CN110957832A - 一种汽车发动机驱动永磁发电机 - Google Patents

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Abstract

一种汽车发动机驱动永磁发电机，属于汽车电器技术领域。包括定子和转子，其特征在于：转子在定子内圈转动，转子包括转子铁心架（7）和转子铁心（8），在转子铁心架（7）的轴心处设置有转子轴（3）；在定子上设置有若干定子铁心（2）以及多相电枢绕组（4），电枢绕组（4）依次缠绕在不同的定子铁心（2）上；每个定子铁心（2）的两个定子极上分别设置有电枢绕组（4）和辅助绕组（5），在定子铁心（2）中倾斜设置有永磁体（1），永磁体（1）内嵌在每一个定子铁心（2）相同侧的定子极上。在本汽车发动机驱动永磁发电机中，通过在定子铁心内设置辅助绕组，实现了对磁场进行调节，实现了弱磁控制。

Description

一种汽车发动机驱动永磁发电机
技术领域
一种汽车发动机驱动永磁发电机，属于汽车电器技术领域。
背景技术
目前汽车上常常使用直流电源系统为其用电设备提供电能，在这些直流电源系统中常采用有刷直流电机、无刷直流永磁电机和爪极电机。电励磁无刷直流发电机能够兼具无刷直流发电机可靠性好和电励磁发电机便于调节输出电压以及易实现弱磁控制的优点。但单独运行的电励磁发电机励磁损耗大，效率低。
永磁发电机具有能量密度大，效率高的优点，可以输出高质量的直流电压，但其内部有永磁体是其固有弱点。由于采用永磁材料，使得电机在运行时磁场难以调节，对外输出电压调节困难，不易实现弱磁控制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种通过在定子铁心内设置辅助绕组，实现了对磁场进行调节，实现了弱磁控制的汽车发动机驱动永磁发电机。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该汽车发动机驱动永磁发电机，包括定子和相对转动的转子，其特征在于：转子在定子内圈转动，转子包括转子铁心架，在转子铁心架的外圈均匀设置有若干转子铁心，在转子铁心架的轴心处设置有带动转子转动的转子轴；
在定子上设置有若干定子铁心以及多相电枢绕组，电枢绕组依次缠绕在不同的定子铁心上；每个定子铁心包括两个定子极，所述电枢绕组设置在其中一个定子极上，另一个定子极上设置有辅助绕组，同一个定子铁心上的电枢绕组和辅助绕组绕向相反；在定子铁心中倾斜设置有永磁体，永磁体内嵌在每一个定子铁心相同侧的定子极上。
优选的，所述的辅助绕组为励磁绕组、电枢绕组或充磁绕组。
优选的，在所有所述的定子铁心中，电枢绕组和辅助绕组均为集中式绕组，且电枢绕组和辅助绕组的绕向分别相同。
优选的，所述永磁体设置在定子铁心定子极与轭部的拐角处。
优选的，所述永磁体与定子极的夹角为45°机械角。
优选的，所述定子铁心设置有十个，所述电枢绕组包括有A相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组、D相电枢绕组和E相电枢绕组，A相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组、D相电枢绕组和E相电枢绕组依次设置在定子铁心上，A相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组、D相电枢绕组和E相电枢绕组同时接入整流桥电路中。
优选的，每一个所述的定子铁心占据的圆弧角为30°机械角。
优选的，所述转子铁心的外端面为弧形面，所有转子铁心卡装在转子铁心架外端并组成圆形的转子。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：
1、在本汽车发动机驱动永磁发电机中，通过在定子铁心内设置辅助绕组，实现了对磁场进行调节，实现了弱磁控制。
2、在本汽车发动机驱动永磁发电机中，转子铁心的转子轴遍布转子的外周，因此可以导通的磁通量大，具有功率大的优点。
3、辅助绕组可作为充磁绕组、励磁绕组以及电枢绕组使用，辅助绕组作为充磁绕组时，当工作状况为低速大负荷时，充磁绕组给永磁体充以大磁场；当电机工作状况为高速小负荷时，充磁绕组给永磁体充以小磁场，实现弱磁扩速。辅助绕组作为励磁绕组时，所有的励磁绕组绕向一致，电枢绕组的绕向与同一个定子铁心上的励磁绕组绕向相反，此时本汽车发动机驱动永磁发电机的工作原理与现有技术中的混合励磁电机的工作原理相同。辅助绕组还可以作为与电枢绕组匝数不同的另外一组中枢绕组使用，在汽车发动机驱动永磁发电机在低速工况下时，使用匝数较多的一组，在高速工况下时，使用匝数较少的一组。
4、在本汽车发动机驱动永磁发电机中，转子上无励磁绕组，具有结构简单、可靠性高的特点，适合发电机高速旋转。
5、在本汽车发动机驱动永磁发电机中，具备五相强隔离技术特征，可有效实现故障隔离和多相冗余。
6、在本汽车发动机驱动永磁发电机中，可以有效地缩小总的磁链长度，减小铁耗。
7、转子铁心和转子铁心架之间采用了三层燕尾状的形状，使得结构固定的更加牢固。
8、在电枢绕组内感应得到的电动势曲线为近似正弦波，因此实现了渐进式导磁，减小谐波和脉动，磁链不会发生突变。
附图说明
图1为汽车发动机驱动永磁发电机正向剖视图。
图2为汽车发动机驱动永磁发电机整流桥电路原理图。
图3为汽车发动机驱动永磁发电机电动势曲线图。
图4为传统磁阻电机电动势曲线图。
其中：1、永磁体 2、定子铁心 3、转子轴 4、电枢绕组 5、辅助绕组 6、外壳7、转子铁心架 8、转子铁心。
具体实施方式
图1~3是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~4对本发明做进一步说明。
如图1所示，一种汽车发动机驱动永磁发电机，包括转子和定子，转子在定子的内圈转动。转子截面为圆形，包括转子铁心架7以及设置在转子铁心架7外侧的转子铁心8。
在转子铁心架7的表面均匀开设有若干扇形的凹槽，转子铁心8内嵌在凹槽中。凹槽的内端还设置有一体的燕尾状的卡槽，转子铁心8通过其内端的卡台与卡槽配合卡装在转子铁心架7内，并与转子铁心架7拼接形成截面为圆形的转子。在本汽车发动机驱动永磁发电机中，设置在转子铁心8内端的卡台以及转子铁心架7表面的卡槽，均为多层燕尾状结构。
在转子铁心架7的轴心处还设置有转子轴3，转子以转子轴3为轴转动。在本汽车发动机驱动永磁发电机中，在转子铁心架7的外周圈共设置有6X（X为整数）个转子铁心8。
定子包括外壳6以及设置在外壳6内壁上的定子铁心2，定子铁心2共设置有5X（X为整数）个，每一个定子铁心2占据的圆弧角为30°机械角。在本汽车发动机驱动永磁发电机中，X取值为2，因此定子铁心2和上述的转子铁心8分别为10个和12个。
定子铁心2均匀排布在外壳6的内壁上，定子铁心2的内端面采用与转子配合的弧形面。所有定子铁心2每一个定子铁心2包括平行设置的两个定子极，两个定子极之间形成定子槽。在每一个定子铁心2定子极与轭部的拐角处内嵌有永磁体1，永磁体1与定子极的夹角为45°机械角。
在每一个定子铁心2的两个定子极上分别缠绕有电枢绕组4和辅助绕组5，所有定子铁心2上电枢绕组4和辅助绕组5的绕向分别相同，但同一个定子铁心2的两个定子极上的电枢绕组4和辅助绕组5绕向相反。
电枢绕组4根据相位的不同包括A相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组、D相电枢绕组和E相电枢绕组，A相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组、D相绕组和E相绕组依次缠绕在相邻的定子铁心2的定子极上，每相电枢绕组4缠绕在一个定子极上之后继续缠绕在关于定子径向对称的另一个定子极上。
辅助绕组5可作为充磁绕组、励磁绕组以及电枢绕组使用，辅助绕组5作为充磁绕组时，当工作状况为低速大负荷时，充磁绕组给永磁体1充以大磁场；当电机工作状况为高速小负荷时，充磁绕组给永磁体1充以小磁场，实现弱磁扩速。辅助绕组5作为励磁绕组时，所有的励磁绕组绕向一致，电枢绕组4的绕向与同一个定子铁心2上的励磁绕组绕向相反，此时本汽车发动机驱动永磁发电机的工作原理与现有技术中的混合励磁电机的工作原理相同。辅助绕组5还可以作为与电枢绕组4匝数不同的另外一组中枢绕组使用，在汽车发动机驱动永磁发电机在低速工况下时，使用匝数较多的一组，在高速工况下时，使用匝数较少的一组。
在如图2所示的整流桥电路中，包括二极管D1~D12，电感L1~L5分别表示A相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组、D相电枢绕组和E相电枢绕组，直流电源输出正极同时连接二极管D1、二极管D3、二极管D5、二极管D7、二极管D9以及二极管D11的阴极，直流电源输出负极同时连接二极管D2、二极管D4、二极管D6、二极管D8、二极管D10以及二极管D12的阳极。
二极管D1的阳极同时连接电感L1的一端以及二极管D2的阴极，二极管D3的阳极同时连接电感L2的一端以及二极管D4的阴极，二极管D5的阳极同时连接电感L3的一端以及二极管D6的阴极，二极管D7的阳极同时连接电感L4的一端以及二极管D8的阴极，二极管D9的阳极同时连接电感L5的一端以及二极管D10的阴极，电感L1~L5的另一端同时连接二极管D11的阳极以及二极管D12的阴极。
具体工作过程及工作原理如下：
在汽车发动机驱动永磁发电机中，通过转子轴3带动转子转动，此时内嵌在定子铁心2内的永磁体1产生径向磁场，磁场依次通过定子铁心2上的绕有电枢绕组4的定子极、气隙、转子铁心8、气隙、定子铁心2的另一个定子极、定子轭部，最后回到绕有电枢绕组4的定子极，形成闭合磁路。当转子转动时，转子铁心8转子极的转动时磁链产生变化，从而在定子铁心2的一相电枢绕组4中感应出电势，同时由图3~图4对比可知，传统的磁阻电机电动势为方波，而且有较为突出的边缘效应。而本汽车发动机驱动永磁发电机感应得到的电动势的波形近似正弦波，因此实现了渐进式导磁，磁链不会发生突变。该电势经过图2所示的整流器电路连接负载，对外输出直流电，完成机械能与电能的转换。同时在本汽车发动机驱动永磁发电机中，转子铁心8的转子轴3遍布转子的外周，因此可以导通的磁通量大，具有功率大的优点。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种汽车发动机驱动永磁发电机，包括定子和相对转动的转子，其特征在于：转子在定子内圈转动，转子包括转子铁心架（7），在转子铁心架（7）的外圈均匀设置有若干转子铁心（8），在转子铁心架（7）的轴心处设置有带动转子转动的转子轴（3）；
在定子上设置有若干定子铁心（2）以及多相电枢绕组（4），电枢绕组（4）依次缠绕在不同的定子铁心（2）上；每个定子铁心（2）包括两个定子极，所述电枢绕组（4）设置在其中一个定子极上，另一个定子极上设置有辅助绕组（5），同一个定子铁心（2）上的电枢绕组（4）和辅助绕组（5）绕向相反；在定子铁心（2）中倾斜设置有永磁体（1），永磁体（1）内嵌在每一个定子铁心（2）相同侧的定子极上。
2.根据权利要求1所述的汽车发动机驱动永磁发电机，其特征在于：所述的辅助绕组（5）为励磁绕组、电枢绕组或充磁绕组。
3.根据权利要求1所述的汽车发动机驱动永磁发电机，其特征在于：在所有所述的定子铁心（2）中，电枢绕组（4）和辅助绕组（5）均为集中式绕组，且电枢绕组（4）和辅助绕组（5）的绕向相同。
4.根据权利要求1所述的汽车发动机驱动永磁发电机，其特征在于：所述永磁体（1）设置在定子铁心（2）定子极与轭部的拐角处。
5.根据权利要求4所述的汽车发动机驱动永磁发电机，其特征在于：所述永磁体（1）与定子极的夹角为45°机械角。
6.根据权利要求1所述的汽车发动机驱动永磁发电机，其特征在于：所述定子铁心（2）设置有十个，所述电枢绕组（4）包括有A相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组、D相电枢绕组和E相电枢绕组，A相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组、D相电枢绕组和E相电枢绕组依次设置在定子铁心（2）上，A相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组、D相电枢绕组和E相电枢绕组同时接入整流桥电路中。
7.根据权利要求1所述的汽车发动机驱动永磁发电机，其特征在于：每一个所述的定子铁心（2）占据的圆弧角为30°机械角。
8.根据权利要求1所述的汽车发动机驱动永磁发电机，其特征在于：所述转子铁心（8）的外端面为弧形面，所有转子铁心（8）卡装在转子铁心架（7）外端并组成圆形的转子。
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