CN1224945A - 双激励电机、尤其是汽车交流发电机 - Google Patents

Abstract

一种磁通转换式电机,具有一个定子(1)和一个转子(2)。转子包括若干构件,以便建立围绕定子线圈线股的闭合磁路。根据本发明,这些构件包括激励永久磁铁(225),产生一种沿圆周方向自行形成回路的磁通,所述构件还包括激励线圈(215,216),沿着与磁铁所产生的磁通方向相反的方向局部地建立一种可调节磁通;每个磁铁位于一个第一转子部分(22)中,限定第一对磁极,线圈围绕一个第二转子部分(21)进行布置,其端部限定第二对磁极;转子在相邻的第一和第二部分之间具有第三部分(23),第三部分与第一和第二部分形成一个圆周磁路。

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，例如汽车的交流发电机。单相或多相发电机例如普通的汽车交流发电机通常包括一个定子，一个转子在定子中转动，转子配有一个激励线圈。这个线圈由与两个集电环相接触的电刷供电，两个集电环布置在转子的轴的一个凸起部分上。

通过文献EP-A-0707734，人们已经了解了一些旋转电机，在这些旋转电机中，尤其是为了提高其效率，转子的激励场同时通过永久磁铁和线圈来实现(一般称之为“混合激励”)；在这些旋转电机中，借助激励线圈处的转换件控制由电枢供给的电流，这些转换件可以有选择地改变激励方向，以减小甚至基本除去磁铁的磁通。

这种改变激励电流方向的必要性要求使用称之为"H"形电桥的半导体转换电桥，这样，不但费用昂贵，而且增加电机成本。

本发明旨在弥补这些缺陷并提出一种电机，尤其是提出一种旋转电机、例如交流发电机，这种旋转电机具有一种混合激励作用，在这种旋转电机中，利用一种单向进行的线圈激励，尤其是使线圈激励在一个基本为零的数值和一个最大值之间加以变化，以便分别供给基本为零的能量和最大能量，从而可以调节所供给的电流。

本发明另一个目的是，在这种电机中，对于一定数目的转子电极来说，在完全保持彼此平衡的磁铁激励水平和线圈激励水平时，可以减少必要的磁铁数目。

因此，本发明提出一种磁通转换式电机，这种电机包括一个定子和一个转子，定子包括至少一个感应线圈，感应线圈位于至少一对槽中，转子包括适于有选择地建立闭合磁路的构件，这些闭合磁路围绕一个或若干感应线圈的线股通过，其特征在于，所述构件包括至少一个激励永久磁铁，适于建立一个沿转子的圆周方向自行构成回路的磁通，所述构件还包括至少一个激励线圈，适于局部建立一个沿着与一个或若干磁铁所产生的磁通的方向相反的圆周方向可调节的磁通，其特征还在于，一个或每个磁铁位于一个第一转子部分中，限定第一对转子磁极，一个或若干线圈围绕一个第二转子部分进行布置，其端部限定第二对转子磁极，转子在相邻的的第一和第二转子部分之间具有第三转子部分，与所述第一和第二部分形成一个圆周磁路。

本发明电机的非限制性优选特征如下：

-一个或每个第二转子部分具有两个激励线圈，适于产生一个朝向转子内部而另一个朝向转子外部的磁通。

-转子沿其周边交替地具有第一部分和第二部分。

-一个或每个转子的第二部分一般呈"U"形形状，在其两个臂中的每个臂上接纳一个激励线圈。

-所述第三转子部分在基本小于转子半径的径向距离上并且与转子磁极隔一段距离地进行延伸。

-第一、第二和第三转子部分由一个单一骨架加以限定。

-转子由至少两个分开的骨架构件形成，这两个分开的骨架构件在各自的若干对磁铁之间延伸，并且彼此之间通过所述磁铁进行连接。

本发明还提出一种例如上面所述的电机，这种电机构成汽车的交流发电机。

参照附图及非限制性最佳实施例，本发明的其它特征、目的和优越性将在说明书中作进一步详细描述。

附图如下：

图1a是本发明第一实施例中一个旋转电机的一组转子和定子在激磁线圈非激励状态下的展开示意图。

图1b类似于图1a，是激励线圈在激励状态下的示意图。

图2是本发明一个多相电机的一组转子和定子的横向剖视图。

图3是本发明第二实施例中一个旋转电机的一组转子和定子的展开示意图。

图4是图2所示转子骨架的一种可能实施例的横向剖面图。

图5是图3所示转子骨架的一种可能实施例的横向剖面图。

首先，图1a和1b以展开示意图示出可以配备到本发明一个单相或多相电机、例如一个交流发电机上的一个定子1的一部分和一个转子2的对应部分。

定子1具有一个限定一种连续环形结构的骨架12，在其内周边配有若干槽13，这些槽完全以传统的方法装有感应线圈的线股14。

这些槽13数目成对，有规则地呈一定角度分布，彼此之间布置有磁极15。

转子2由一系列结构加以确定，这些结构是分开的或者最好由铁磁性材料连在一起。这些结构在图1a和1b中个别示出以便于说明。这些结构包括一个"U"形第一结构21和一个基座213，第一结构具有两个臂211、212，其自由端限定两个外凸磁极，在一个多相电机的情况下，其角距等于定子磁极15的角距。

在两个臂211、212中的每个臂上环绕有一个激励线圈，分别为线圈215和216，这些线圈彼此连接成产生两个反向磁通，如同后面所述的那样。

最好配置若干按一定角度有规则间隔的前面所述的"U"形结构。

在这些"U"形结构21之间布置数目相同的永磁式结构22，每个永磁式结构包括一个永久磁铁225，永久磁铁225限定在两个铁磁件221、222之间，其朝向定子转动的表面构成磁极，"U"形结构211的磁极和铁磁件221、222的磁极在转子的外周边有规则地加以间隔。在一个三相电机的情况下，定子的槽13的数目是上述转子磁极数目的三倍。

结构21和22彼此之间由铁磁性材料制成的形成磁连接件的嵌入件23相连，这些嵌入件占据定子的径向尺寸(相当于图1a和1b所示的高度)，这个尺寸基本小于结构21和22的径向尺寸。

最好如图所示，这些嵌入件23基本上延伸到"U"形件21的基座213的高度，在它们的上面保持两个激励线圈215、216的外线股所需的间隙。

显然，由以上所述可见，转子的不同构件可以根据所需的磁极数，配置N个，一组接一组地进行布置。

现在参照图1a和1b来描述一个旋转电机即一个交流发电机的运行，其原理上面已经述及。

首先来看没有电流通过激励线圈215、216的情况(图1a)。

在这种情况下，永久磁铁225所产生的磁通可以沿着一个闭路本身进行传输，经过铁磁件221、222、磁连接件23以及"U"形件21的基座部分213。

由此可知，如图1a中箭头F1所示，这种磁通不传输到定子上，除非存在可忽略的漏磁通。因此，交流发电机处于未激励状态，定子线圈基本不输送任何电流。

当施加在激励线圈215、216上的电流方向使得一种朝下的磁通在位于磁通方向F1上游的线圈215中产生以及一种朝上的磁通在位于下游的线圈216中产生时，三种主要磁通在转子和定子之间环流：

-箭头F2所标示的一种第一磁通，在臂211、212和"U"形件21的基座213中以及在相邻的两个定子磁极之间，沿着图1b所示的反时针方向进行环流；

-箭头F3所标示的一种第二磁通沿着顺时针方向，经由构件21的左臂211、形成磁连接件的构件23以及与磁铁225相邻的构件222，并经由其相邻两个磁极之间的定子进行环流；

-永久磁铁225产生的磁通在磁连接件23处遇到一种反方向的磁通(磁通F3)，如同后面将进一步描述的那样，这种磁铁磁通至少部分地经由与磁铁相邻的两个构件222、221，并经由两个相邻的定子磁极进行环流(磁通F4，沿反时针方向环流)；

-最后，一种称为单极磁通的用箭头F5标示的补充磁通，是由磁铁225和激励线圈215、216产生的。

因此，在转子2处形成一系列南北磁极，使定子线圈输送电流。

这里，重要的是，转子线圈215、216处的转子电流振幅直接确定电机的激励水平，这种激励水平随着所述电流的变化而变化。

确切地说，当转子电流为零时(图1a所示的情况)，那么，如上所述，激励值为零。

相反，如果线圈215、216的电流是这样的：当不存在转子电流时，磁连接件23中朝左延伸的磁通在绝对值上等于相邻永久磁铁所产生的磁通，那么，所述磁铁产生的总磁通朝定子转移。这样，电机的激励值最大，配置在交流发电机中以产生可变转子电流的构件使得对应于后一种情况的电流值为最大电流值。

这样，实现了一种电机，在这种电机中，利用在零值和预定的最大值之间变化的单向激励电流，获得一种随电流变化而变化的激励值，变化范围在零激励值和最大激励值之间。

因此，可以避免使用一种"H"形电子转换电桥或类似构件，在已有技术中的混合激励电机里，这种电桥用于根据所需激励值获得一个双向电流。因此，基本使转换件的成本降低，转换构件可以包括一个单一半导体转换件。

现在参照图2和3来描述本发明一个电机的转子的若干具体实施例。

这里，人们将看到，在两种情况下，图1a和1b所示的一组铁磁件连成一个单个骨架，附图上用标号20加以标示。

图2示出具有两个完全相对的永久磁铁225和两对激励线圈215、216的一个八磁极转子。

与图1a和1b所示的铁磁件相应的铁磁件用同一标号标示。骨架部分20围绕其用于接纳转子轴的一个中央孔20a，同时限定"U"形件的基座213和磁连接件23，在所述中央孔和接纳线圈215、216的外线股的槽的底部之间具有减小的径向尺寸。

在图2所示的转子用于一个三相交流发电机的情况下，配置一个24槽定子，这些槽最好进行有规则的分布，定子的三相线圈布置在其中。

图3示出具有三个呈120°等距离布置的磁铁225和三对激励线圈215、216的一个12磁极转子。在这种情况下，对于一个三相电机来说，配置一个36槽定子，这些槽最好进行有规则的分布。

现在参照图4和5来描述图2和3所示转子骨架的其它实施例。

如图4所示，转子的骨架20制成两个扇形区20a、20b，这两个扇形区在两个磁铁225之间延伸，并且在组装时与所述磁铁相连，以便形成一个连续的圆柱形结构。

如图5所示，三个扇形区20a、20b、20c与三个磁铁相连，形成转子。

转子分隔成N个扇形区(N根据所需磁极数目而变化)，其优越性在于，便于制作线圈，各个不同的扇形区比一个单个圆柱形骨架更易于分开进行绕线。

另外，人们在这里将发现本发明的另一个优越性：由于磁铁的磁通在没有激励电流的情况下自行闭合，因此，不存在这样的危险：当电机进行装配时，转子不紧贴在电机装配线上的铁磁件上。

显然，本发明不局限于所述和所示的实施例，本领域技术人员可在不超出本发明范围的情况下对本发明进行改进。

特别是，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配置两个或两个以上的线圈结构，或者相反，在每对线圈结构之间配置两个或两个以上的磁铁结构。

在这种情况下，线圈和磁铁设计成线圈的最大磁通基本上能够阻碍在没有激励电流时磁铁所产生的圆周磁通。

也可以使每个线圈结构只包括一个合理布置的单个线圈。

最后，可以使每个磁铁结构具有两个或两个以上的磁铁，磁铁的磁通自行组合，以便当线圈处没有激励时，在转子中获得圆周磁通的所需效果。

Claims (8)

1．一种磁通转换式电机，它包括一个定子(1)和一个转子(2)，定子包括至少一个感应线圈(14)，感应线圈位于至少一对槽(13)中，转子包括若干构件，这些构件适于有选择地建立围绕一个或若干感应线圈的线股的闭合磁路，其特征在于，所述构件包括至少一个激励永久磁铁(225)和至少一个激励线圈(215,216)，所述激励永久磁铁适于沿转子的圆周方向建立一种自行形成回路的磁通，所述激励线圈适于沿着与一个或若干磁铁产生的磁通的方向相反的圆周方向局部地建立一种可调节的磁通，一个或每个磁铁位于一个第一转子部分(22)，限定第一对转子磁极，一个或若干线圈围绕一个第二转子部分(21)进行布置，其端部限定第二对转子磁极，在相邻的第一和第二转子部分之间，转子具有第三转子部分(23)，这些第三部分与所述第一和第二部分一起形成一个圆周磁路。

2．根据权利要求1所述的电机，其特征在于，一个或每个第二转子部分(21)具有两个激励线圈(215,216)，适于产生两种磁通，一种朝向转子(2)内部，另一个朝向转子(2)外部。

3．根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，转子(2)沿其周边交替地具有第一部分(22)和第二部分(21)。

4．根据权利要求1至3之一所述的电机，其特征在于，一个或每个第二转子部分(21)一般呈"U"形形状，在其两个臂(211,212)中的每个臂上接纳一个激励线圈(215,216)。

5．根据权利要求1至4之一所述的电机，其特征在于，所述第三转子部分(23)在基本小于转子半径的一个径向距离上与转子磁极隔一段距离地加以延伸。

6．根据权利要求1至5之一所述的电机，其特征在于，第一、第二和第三转子部分(22,21,23)由一个单个骨架(20)加以限定。

7．根据权利要求1至5之一所述的电机，其特征在于，转子由至少两个分开的骨架构件(20a,20b；20a,20b,20c)形成，这些骨架构件在各自的若干对磁铁(225)之间延伸，并且彼此之间通过所述磁铁进行连接。

8．根据权利要求1至7之一所述的电机，其特征在于，它是一台汽车的交流发电机。

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