CN1224944A - 双激励电机、尤其是汽车交流发电机 - Google Patents

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Abstract

具有磁通换向的电机,包括一个定子(1)和一个转子(2),定子具有安置在成对槽(13)中的感应线圈(14),转子具有能够有选择地建立封闭磁路的装置,该磁路围绕着感应线圈的线股。根据本发明,这些装置包括能够在转子圆周方向上建立磁通的激励永久磁铁(225),能够在与磁铁相同圆周方向上局部建立可调磁通的激励线圈(214);磁铁安置在限定转子第一对磁极的转子第一部分(22)中;线圈安置在限定转子第二对磁极的转子第二部分(21)中;转子所述部分(22,21)由基本非导磁区域(30)相互隔开。

Description

双激励电机、尤其是汽车交流发电机
本发明一般涉及旋转电机，如汽车的交流发电机。
汽车常规发电机有单相或多相发电机，一般包括一个定子和在其内部旋转的有激励线圈的转子。该线圈由与两个集电环接触的电刷供电，两个集电环位于转子轴的凸起部位上。
人们尤其是通过文献EP-A-0707374已经了解一些旋转电机，在这些电机中，为了增加它们的效率，转子激励场同时由永磁体和线圈(通常称为“混合”激励)来实现，在这些电机中，人们利用位于激励线圈的换向装置来控制感应产生的电流，这些换向装置能够有选择性地使激励反向，以便减小、甚至基本消除磁铁的磁通量。
由于必需让激励电流反向，因而不得不使用“H”型半导体换向电桥，其价格昂贵，因而电机成本提高。
本发明的目的就是克服这些缺点，提出一种电机，尤其是旋转电机，如交流发电机，具有一种混合激励，在这种电机中，单一方向地激励线圈能够对所产生的电流进行调节，尤其是使线圈激励在基本零值和最大值之间变化，以便使释放出的能量在一既定范围内变化。因此，本发明的目的尤其是在下述情况下实现混合激励，即没有必要使激励在零值和最大值之间变化，只要让激励在非零最小值和最大值之间变化就够了。
本发明的另一个主要目的是，在这种电机中，对于一定数目的转子磁极，能够减少所必需的磁铁，同时还能保持由磁铁产生的激励水平和由相互类似的线圈产生的激励水平。
因此，本发明提出一种带磁通换向装置的电机，该电机有一定子和一转子，定子至少带有一个感应线圈，而线圈安置在至少一对槽中；转子带有能够有选择性地在感应线圈线股周围建立封闭磁路的装置，其特征在于，所述装置至少带有一个能够在圆周方向上建立磁通的激励永磁体，并至少带有一个能够局部建立可调磁通的激励线圈，这种可调磁通与磁铁产生的磁通在同一圆周方向，每个磁铁安装在限定转子第一对磁极的转子第一部分中，线圈安装在限定转子第二对磁极的转子第二部分中，所述转子第一和第二部分由基本非导磁区域相互分隔开。
根据本发明的电机有如下的非限制性特点：
-转子的每个第二部分都有一U形铁磁部件，其两个分支构成两个磁极，转子的这个第二部分至少安置一个激励线圈。
-转子的每个第二部分都有一个围绕U形部件基部的单一激励线圈，基部将所述分支联接在一起，转子的每个第二部分能够在与磁铁产生的磁通相同的圆周方向上建立磁通。
-转子的每个第二部分都有围绕所述U形部件分支的两个激励线圈，并能够建立一个朝向转子内部，另一个朝向转子外部的磁通。
-转子的第一部分和第二部分沿着其圆周交替地配置。
-转子所述第一部分各有两块位于永久磁铁两边的铁磁体。
-转子第一部分的所述铁磁体属于一个单一的框架。
-非导磁区由空气空间构成。
-非导磁区由非导磁材料、如一种塑料物质构成。
另外本发明还提出如同上面定义的一种电机，构成汽车的一种交流发电机。
本发明的其它特征、目的和优点，在阅读了下面优选的实施方案的详细描述和参考附图之后，会更好地体现出来。
图1a是根据本发明第一实施方案在感应线圈非激励状态下转子和定子的整体展开示意图，
图1b是感应线圈在激励状态下类似于图1a的视图，
图2是根据本发明第二实施方案在感应线圈激励状态下旋转电机转子和定子的整体展开示意图，
图3是按照图1a和图1b制造的转子和定子整体的实施例的横截面示意图。
首先参看图1a和1b，示出根据本发明制造的一台交流发电机(单相或多相的)的一部分定子1和相应部分的转子2的展开图。
定子1有一连续环形结构的定子框架12，在其内圆周上有多个槽13，在这些槽中按常规方式放置感应线圈14的线股。
这些槽13在数量上是双数，按一定角度分布在圆周上，在槽与槽之间形成磁极15。
转子2由连续结构或者由在磁性上分离的个体单元构成。这些结构包括第一U形铁磁结构21，它有两个分支211、212，其自由端部形成向外凸起的两个磁极，其角间距等于在单相电机情况时定子磁极15的角间距，该结构还包括铁磁体的基部213。
在基部213周围有激励线圈214环绕，该线圈连接到一激励电压源(图上未示出)上，以便使线圈产生图1a和1b上从左向右的磁通。
最好设置多个按规则角间隔分布的所述U形结构。
在这些U形结构21之间安插相同数目的永久磁铁结构22，每个结构包括夹在两块铁磁体221、222之间的一块永磁铁225，两块铁磁体的朝向定子的面构成两个磁极，U形结构21的磁极和部件221、222的磁极在转子外部圆周上按一定间隔分布。
在三相电机中，定子槽13的数目等于所述转子磁极数的三倍。
结构21和22之间相互由空气间隔30分开，该空气间隔基本在转子整个高度上延伸(即在圆柱形转子情况下在转子的轴向尺寸上延伸)。
当然，根据所希望的磁极数目，转子的不同部件可以以连续组的方式配置N套。
现在描述图1a和1b上所示的一种电机的性能，这是一台交流发电机，其原理在上面已经描述过。
首先考虑没有任何激励电流穿过激励线圈214的情况(图1a)。
在此情况下，由永久磁铁225产生的磁通的一部分F1通过相连部件221和222和定子1的回路环行，分别围绕感应线股14在相应的感应线圈中产生一个最小感应电流。
同时还要注意到，由磁铁共同产生的磁通的另一部分F2沿着转子遵循弯曲路线行进，该磁通F2同时还参于在感应线圈中产生一种电流。
在此情况下，便产生与磁铁225产生的磁通F1和F2相对应的电机最小激励。
图1b表示的是转子激励线圈214有激励电流通过的情况。
每一个这种线圈都产生第一部分磁通F3，该磁通围绕感应线圈14的线股沿回路环行，与磁铁225产生的磁通F1有相同的方向(在定子上磁通是从右向左)。
此外，在线圈里产生的磁通加强上述磁通F2，以便形成更强的磁通F2＇，此更强的磁通又用于增加感应电流。
可以看出，当在激励线圈214中的电流为最大时，向定子里输送的能量也最大。
因此，当控制电流在感应线圈214中单向地在零值和最大值之间流动时，向定子里输送的能量在非零最小值和最大值之间变化。
当然，通过改变分别由磁铁225和线圈214产生的磁通量，就可以改变这些最小值与最大值之间的比值。
这样，可以制造一台电机，在此电机中，利用单向激励电流在预定的零和最大值之间变化，便得到在一定范围内单调地随电流而变化的一种激励。
因此就可以避免在从前的混合激励电机中为了得到随着激励而变化的一种双向电流而采用H形电子换向桥或类似装置。可以包括一个唯一半导体换向元件的换向装置的成本因而明显降低。
现在描述图2中根据本发明的转子和定子整体的另一实施方案。
图2与图1a和1b的区别在于，每个U形结构21不再只包括唯一的一个线圈214，而是包括分别围绕着U形部件的两分支211和212的两个线圈215、216。
可以看到在图2上U形结构在高度方向上的尺寸(对于圆柱形转子是在径向上的尺寸)在此情况下可以更大，在图1a和1b上为线圈214下面线股留的自由空间，在此情况下变成多余的了。
同一单元的线圈215和216并联或串联地由一个电流供电，其方向是使线圈215产生的磁通量下降，而线圈216产生的磁通量上升。
无激励电流时，这种实施方案的情况与图1a中的一样，不再重述。
有激励电流时的电机情况与图1b中的情况相似，产生相同类型的磁通F1、F2＇和F3。另外，还可看到，在两个线圈215、216产生的漏磁通(分别由F4和F5表示)有用地参与向定子的能量输送，其磁通线路绕着相应的定子槽通过。
很容易看出，在图1b情况中，单一线圈214产生的围绕其下面线股的漏磁通将损失。
因此，第二种实施方案能提高电机的效率。
现在描述图3中所示的根据本发明所实施的一台电机的具体实例。
定子1是常规类型的，有36个按一定角度分布的槽，槽中也是按常规方式安置三相线圈的不同线股。
转子2有带线圈的三个U形单元21，其类型示于1a和1b，与带有永久磁铁的三个单元22相交替，以便限定具有12个N和S交替磁极的转子。
带磁铁单元的部件221、222在转子中轴处联接在一起，因而形成一个单一的框架。
至于带线圈的单元的U形部件211、212、213在磁面上与单元22分开。实际上，它们可以用适当的磁性部件(未示出)联接到所述单一转子框架上。
应该注意到，将相邻单元隔离开的间隔30的概念在此应理解为在所述单元之间仅确保非常有限的磁耦合的空间。它可以是空气间隔或者局部或全部用非磁性材料、尤其是塑料填充的间隔。
根据一种变型方案(图上未示出)，转子2可以用几种单独的交替单元21和22，采用适当的机械手段组装而成。
当然，本发明决不限于所描述和图示的几种实施形式，本领域技术人员可根据其实质提出任何变换形式。
尤其是，可以在转子中进行磁铁结构和线圈结构的任何组合，例如，在每对磁铁结构之间可设置两个线圈或更多线圈结构，反之，在每对线圈结构之间可设置两个磁铁或更多磁铁结构。
在此情况下，线圈和磁铁的定位要使得在转子圆周上保持N和S磁极的交替配置。
最后，可以使每个磁铁结构22具有两个或更多的磁铁，其磁通相互联合，以便得到磁通在转子上建立相邻两磁极N和S的有益效果。

Claims (10)

1．具有磁通换向的电机，包括一个定子(1)和一个转子(2)，定子至少有一个安放在至少一对槽(13)中的感应线圈(14)，转子具有能够有选择地建立闭合磁路的装置，这些闭合磁路围绕着感应线圈的线股，其特征在于，所述装置至少具有一个激励永久磁铁(225)，此永久磁铁能够在转子圆周方向上建立磁通，所述装置还至少具有一个激励线圈(214；215,216)，该激励线圈能够在与磁铁产生的磁通同一圆周方向上局部建立可调的磁通，每个磁铁安置在限定转子第一对磁极的转子第一部分(22)中，线圈安置在限定转子第二对磁极的转子第二部分(21)中，转子的所述部分(22,21)由基本非导磁区域隔开。
2．根据权利要求1所述的电机，其特征在于，转子的每个第二部分(21)具有一般U形的铁磁部件，该铁磁部件的两分支(211,212)限定两个磁极，U形铁磁部件上至少安置一个激励线圈(214；215,216)。
3．根据权利要求2所述的电机，其特征在于，转子的每个第二部分(21)具有唯一的一个激励线圈(214)，该线圈环绕U形部件的底部(213)，底部(213)把两个分支(211,212)联接起来，转子的每个第二部分(21)能够在一般圆周方向上建立与每个磁铁(225)产生的磁通有相同方向的磁通。
4．根据权利要求2所述的电机，其特征在于，每个转子的第二部分(21)具有环绕所述U形部件两个分支(211,212)的两个激励线圈(215,216)，并能建立一个指向转子内部，另一个指向转子外部的磁通。
5．根据权利要求1到4中任一项所述的电机，其特征在于，转子(2)的第一部分(22)和第二部分(21)在圆周上交替配置。
6．根据权利要求1到5中任一项所述的电机，其特征在于，转子的所述每个第一部分(22)都有分布在磁铁(225)两边的两个铁磁部件(221,222)。
7．根据权利要求6所述的电机，其特征在于，转子第一部分的所述铁磁部件(221,222)属于一个单一的框架。
8．根据权利要求1到7中任一项所述的电机，其特征在于，非导磁区域由空气间隔构成。
9．根据权利要求1到7中任一项所述的电机，其特征在于，非导磁区域由一种非磁性材料、如塑料构成。
10．根据权利要求1到7中任一项所述的电机，其特征在于，它是一种汽车交流发电机。
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