CN1897422A - 一种永磁发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种永磁发电机，包括：转子、定子、前端盖、前轴承、风扇、皮带轮、后端盖、后轴承、整流组件、线路板以及后罩；所述前端盖、后端盖均成碗状，开口相对，定子夹装在前端盖与后端盖之间，并用螺栓紧固；所述转子由转轴、转子铁芯以及钕铁硼稀土材料制作的多个条状永磁单体构成；所述转子经由转轴与定子同圆心地支撑在前轴承与后轴承上。本发明提供的由稀土永磁材料构造的发电机与常规电机相比，转子装置省去了滑环、碳刷与励磁绕组，并且钕铁硼永磁单体的表面磁通较常规发电机励磁绕组产生的磁场高50％达到5500高斯以上，因此与相同的定子绕组以相同转速相对运动时，可获得更大的感应电能量，且其体积较常规发电机转子小20％。

Description

一种永磁发电机

技术领域

本发明涉及一种电机，特别是涉及一种多个永磁体单体均匀分布的永磁发电机。

背景技术

发电机的工作原理是基于法拉第电磁感应实验现象，其最基本的内容为：在一个具有N极和S极的基础磁场系统中，导线(线圈)沿磁力线截面方向运动会产生感生电流，感生电动势的大小视导线(线圈)在单位时间内所扫过面积内的磁通量变化率而定。

车用发电机主要用于汽车、拖拉机、工程机械等机动车辆以及固定动力，作为充电供电之电源。从六十年代开始，世界上的汽车普遍使用励磁发电机。但随着现代汽车的高标准要求，汽车用电每年以2-3安培的速度增长，传统的励磁发电机越来越不能满足汽车用电“高输出”和“小型化、轻量化”的技术要求，市场急需新一代的永磁发电机早日面世。

现有技术中，常规的车用励磁式发电机构造主要包括转子、定子、整流器、前端盖和后端盖等。其中转子包括磁极、励磁绕组、滑环和轴，定子包括三相绕组和铁芯，整流器主要以各种电子元器件构成。

其工作原理为：如附图1a和图1b所示，发电机的主要结构由定子和转子两部分组成，定子2、转子3之间有气隙δ。定子上有AX、BY、CZ三相绕组，相绕组有多匝串联的绕组元件连接而成(见图1b)，每匝绕组的匝数相等，在空间上彼此相差120°电角度。转子磁极上装有励磁绕组，由外部电源(如汽车上的蓄电池)通过碳刷→滑环→励磁绕组提供直流电流并在磁极上产生电磁场(即励磁磁场)，其磁通由转子N极出来，经过气隙、定子铁心、气隙，进入转子S极而构成回路(如附图1a中所示)。

如果用外部拖动设备拖动发电机转轴旋转，则磁极的磁力线将切割定子绕组的导体(附图1b)，在定子导体中感应出交变电动势。磁极磁场的气隙磁通密度沿极面按正弦规律分布，则导体电动势也随时间按正弦规律变化。如果把三相绕组出线端接向三相负载，便有电能输出，于是电机把机械能转换为电能。

图2所示为2p＝4，z＝36的常规励磁发电机侧视简图(其中p为发电机的极对数，即有P对磁极，z为定子的齿数)。在图2中，定子2安装固定在机座后端盖1内，每个定子铁芯齿2II在相邻的两个绕线槽2I间形成；由漆包线构成的励磁绕组3I缠绕在由普通磁性材料制成的转子3的各磁极3II上，由外部直流电源经滑环给励磁绕组3I提供电源，使转子3产生磁场，相邻的两个磁极3II磁性相反(即N极与S极)；转子3的转轴6刻旋转地支撑在机座后端盖1内，与定子2同心，定子2的齿2II面对转子3的磁极3II。当转轴6旋转形成位移时，定子铁芯2的齿2II与转子3的永磁单体17之间的位置也相应改变。

励磁式的交流电机的整流器是调节转子的励磁磁通来实现的，因此励磁式的交流电机的转子上必须装上滑环，通过碳刷的滑动接触作为过渡，才能实现转子电路与外电源接通。这样一来由于碳刷在运转中会逐渐磨损，弹簧压力的变化或装置不良会影响接触的可靠性，增加了维护和维修的工作量，励磁式的交流电机转子励磁需要从外部供电，因此在没有外部电源的情况下，电机无法发电，同时励磁绕组本身不可避免的要损耗能量，从而降低了电机的效率，如在汽车上使用时，需要蓄电池提供的电流来驱动励磁绕组产生磁场，如此就占用了蓄电池的部分能量，并且将减短了蓄电池的寿命。

发明内容

本发明的目的是采用稀土永磁材料制作转子，使得在同等体积、同等质量、同等转速的情况下，较常规电机可以获得更大的能量，从而提供一种结构更简单，效率更高，易于维护并适应各种恶劣环境的永磁发电机。

为实现上述发明目的，本发明提供的永磁发电机包括：转子3、定子2、前端盖4、后端盖1、整流组件15(如图5所示)，所述转子3与定子2之间留有气隙；其特征在于，所述前端盖4、后端盖1均呈碗状，开口相对，且其外圆周上具有安装台阶，定子2夹装在前端盖4与后端盖1之间，并用第一螺栓10穿过前端盖4与后端盖1外圆周上的安装台阶将其紧固；所述转子3由转轴6、转子铁芯和用钕铁硼稀土材料制作的偶数个条状永磁单体18构成；前轴承5与后轴承16分别压装在前端盖4和后端盖1的内侧，所述转子3经由转轴6支撑在前轴承5与后轴承16上，与定子2同圆心，并能自由旋转；所述整流组件15固定在后端盖1外侧。

上述技术方案中，还包括串装并紧固在转轴6上的风扇9与皮带轮7，所述皮带轮7经皮带与汽车发动机的转轴连接，并带动转子旋转。

上述技术方案中，还包括后罩12和对整流组件15的输出电能进行控制与调节的线路板14，所述线路板14安装固定在整流组件15上；所述后罩12罩在线路板14与整流组件15上，并固定在后端盖1的外侧。

上述技术方案中，所述的转子铁芯与转轴用油热紧固法安装。

上述技术方案中，所述转子由2P个所述条状永磁单体均匀排列在转子铁芯的外圆周上，呈环状，相邻的两个永磁单体上表面磁极相反(如图7a、图7b所示)，N、S极与定子铁芯的槽和齿相对。

上述技术方案中，所述条状永磁单体与铁芯固连一面的宽度为：5～80mm；所述条状永磁单体的厚度与涉及电机的额定功率W相关：当W≤5kw时，厚度为1～8mm，当5kw＜W≤50kw时，厚度为：6～15mm。

上述技术方案中，其特征在于，所述条状永磁单体与铁芯固连一面的宽度与发电机转子的周长的比值在1∶5至1∶16的范围内。

上述技术方案中，所述条状永磁单体的长度为：20～150mm。

上述技术方案中，所述钕铁硼稀土永磁材料单体的截面可以选用扇形、矩形、半圆形或其它任意形状。

上述技术方案中，所述整流组件15包括工作电源电路、电机三相电压频率采集电路、稳压和反馈设定电路、单片机电路和可控硅驱动电路，所述电机三相电压频率采集电路输入端加载三相电机的X、Z两相的线电压，输出端将方波信号提供给单片机电路中的单片机中断管脚；所述稳压和反馈设定电路的输入端接收永磁发电机中三相半控桥式整流电路输出端的电压反馈，输出端连接单片机电路中的单片机模拟信号采集管脚；所述单片机电路输出三相的触发控制角脉冲，并提供给可控硅驱动电路的输入端；所述可控硅驱动电路的输出作为脉冲控制输出控制三相半控桥式整流电路从而获得稳压输出。

在本发明提供的由稀土永磁材料构造的发电机与常规电机相比，省去了滑环、碳刷与励磁绕组，减少了能量损耗，且易于维护；钕铁硼永磁单体的表面磁通较常规发电机励磁绕组产生的磁场高50％达到5500高斯以上，因此与相同的定子绕组以相同转速相对运动时，可获得更大的感应电能量；同时，本发明的转子的体积较常规发电机转子小20％。

附图说明

图1a为常规励磁发电机内结构及磁通回路工作原理图；

图1b为常规励磁发电机绕组元件示意图

图2为常规励磁发电机侧视简图

图3为本发明一个实施例中的三相定子绕线展开图

图4本发明一个实施例中的整流组件的电路示意图

图5为本发明提供的车用稀土永磁发电机一个实施例的主视图剖面

图6为本发明一个实施例中的整流组件中的可控硅导通角控制原理波形图

图7a为本发明的转子结构主视剖面示意图

图7b为本发明的转子结构侧视示意图

图面说明为：

1-后端盖  2-定子  2I-定子绕线槽  2II-定子齿  3-转子

3I-励磁绕组  3II-磁极  4-前端盖  5-前轴承  6-转轴

7-皮带轮  8-轴向固定螺母  9-风扇  10-第一螺栓  11-第二螺栓

12-后罩  13-六角螺钉  14-线路板  15-整流组件  16-后轴承

17-圆头螺钉  18-永磁单体

A1、A2-A11、A12，B1、B2-B11、B12，C1、C2-C11、C12为重叠绕组线圈，X、Y、Z为中性接点。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。

实施例1：

本发明的车用永磁发电机是将原来的电励磁磁场改为永磁磁场，从而使转子不需励磁绕组和直流励磁电源。

本发明提供的车用稀土永磁发电机包括：转子3、定子2、前端盖4、前轴承5、风扇9、皮带轮7、后端盖1、后轴承16、整流组件15、线路板14以及后罩12(如图5所示)。

本实施例中，所述前端盖4与后端盖1均为铝合金ACD12铸造，成碗状，开口相对，以用于夹紧定子2。前轴承5与后轴承16分别压装在前端盖4和后端盖1的内侧，定子2夹装在前端盖4和后端盖1中间，并用4个第一螺栓10紧固；转子3经由转轴6支撑在前轴承5与后轴承16上，与定子2同圆心，并能自由旋转；风扇9与皮带轮7串装在转轴6上，并用轴向固定螺母8紧固，使风扇9、皮带轮7与转子3连为一体旋转；用圆头螺钉17将整流组件15紧固在后端盖1上，再用3个六角螺钉13将线路板14安装固定在整流组件15上；最后将后罩12安装在后端盖上，并用第二螺栓11紧固。

本实施例中，转子3由2P个钕铁硼稀土永磁材料制作的条状永磁单体18、45#钢制作的转轴以及普通铝合金材料制作的转子铁芯构成(P为发电机的极对数，即P对条状永磁单体)。所述的转子铁芯与转轴用油热紧固法安装，即将转子铁芯放入高温油内加热，使其中间通孔膨胀，直径增大，再将转轴塞入通孔内，然后取出在空气中自然冷却。2P个条状永磁单体均匀排列在转子铁芯的外圆周上，成环状，其间距为τ，相邻的两个永磁体上表面磁极相反，N、S极与定子铁芯的槽和齿相对。(如图15所示P＝8的转子)

所述钕铁硼稀土永磁材料是1983年问世的高性能永磁材料。在室温下剩余磁感应强度可高达1.3T，磁感应矫顽力可达到980kA/m，最大磁能积高达390kJ/m³，是目前磁性能最高的永磁材料。

所述钕铁硼稀土永磁材料单体的截面可以是扇性、矩形、半圆形或其它任意形状。条状永磁单体与铁芯固连一面的宽度S与所设计发电机转子的直径或圆周长密切相关，一般选用的经验参考为：5～80mm，厚度H则与涉及电机的额定功率W相关，一般选用经验参考为：当W≤5kw时，厚度为1～8mm，当5kw＜W≤50kw时，厚度为：6～15mm。

所述风扇9为铝合金ACD12铸造，成圆碟状，经由皮带轮7夹紧与转轴6连为一体。

所述皮带轮7为由A3钢制作圆环状部件，表面有多层三角形环形凹槽，用轴向固定螺母8将其与转轴6牢固的连接为一体，经皮带与汽车发动机的转轴连接，并带动转子旋转。

本发明提供的由稀土永磁材料构造的发电机转子与常规电机相比，省去了滑环、碳刷与励磁绕组，钕铁硼永磁单体的表面磁通较常规发电机励磁绕组产生的磁场高50％达到5500高斯以上，因此与相同的定子绕组以相同转速相对运动时，可获得更大的感应电能量，且其体积较常规发电机转子小20％。

更具体地，制作一台设计功率W＝4000w的车用永磁发电机，转子3的转轴6使用45#调质处理，转子极对P＝8，(即由16个钕铁硼稀土永磁材料制作的永磁单体18均匀排列固定在转子铁芯圆周上，其极性按N、S极相邻交替排布，如图15所示)，永磁单体的具体尺寸为厚度H＝6mm，宽度S＝11.5mm，表面磁场达到6500高斯；

定子的齿Z＝48，其绕组线圈由三组漆包线组成，如图3所示，其中A为一组绕线，其从线槽01进入，然后经过线槽04，再返回线槽01，重复缠绕数圈，接着从槽04出，经过槽07，进入槽10，重复缠绕槽07与槽10，从槽10出，经过槽13，进槽16，重复缠绕槽13与槽16，从槽16出，经过槽19，进槽22，重复缠绕槽19与槽22，从槽22出，经过槽25，进槽28，重复缠绕槽25与槽28，从槽28出，经过槽31，进槽34，重复缠绕槽31与槽34，从槽34出，经过槽37，进槽40，重复缠绕槽37与槽40，从槽40出，经过槽43，进槽46，重复缠绕槽43与槽46，最后从槽46引出另一个线头X；C为第二组绕线，其从线槽02进入，然后经过线槽05，再返回线槽02，重复缠绕数圈，接着从槽05出，经过槽08，进入槽11，重复缠绕槽08与槽11，从槽11出，经过槽14，进槽17，重复缠绕槽14与槽17，从槽17出，经过槽20，进槽23，重复缠绕槽20与槽23，从槽23出，经过槽26，进槽29，重复缠绕槽26与槽29，从槽29出，经过槽32，进槽35，重复缠绕槽32与槽35，从槽35出，经过槽38，进槽41，重复缠绕槽38与槽41，从槽41出，经过槽44，进槽47，重复缠绕槽44与槽47，最后从槽47引出另一个线头Z；B为第二组绕线，其从线槽03进入，然后经过线槽06，再返回线槽03，重复缠绕数圈，接着从槽06出，经过槽09，进入槽12，重复缠绕槽09与槽12，从槽12出，经过槽15，进槽18，重复缠绕槽15与槽18，从槽18出，经过槽21，进槽24，重复缠绕槽21与槽24，从槽24出，经过槽27，进槽30，重复缠绕槽27与槽30，从槽30出，经过槽33，进槽36，重复缠绕槽33与槽36，从槽36出，经过槽39，进槽42，重复缠绕槽39与槽42，从槽42出，经过槽45，进槽48，重复缠绕槽45与槽48，最后从槽48引出另一个线头Y；将各绕组的末端(即X、Z、Y)连接。另外本发明中，定子的制作也可采用现有技术的绕线方式。

由于本实施例的永磁发电机转子省去了滑环、碳刷与励磁绕组，因此定子、外壳都相应的减小了外形尺寸，总体外形体积比常规励磁电机减少了15-20％；采用钕铁硼稀土材料替代原有的励磁绕组后，内部磁场强度高达到10000高斯，最高工作转速达到10000r/min，发电机的总重较常规励磁发电机减少20％～50％。由于前后装配了风扇，有效的自行通风，使发电机整体温升减低了20-25％。机械能转换为电磁能的效率达到85％以上，比功率(即：体积与功率的比值)是常规励磁发电机的20-30％。

本发明中的整流组件15是微机控制移相脉冲触发稳压模块的一部分，该稳压模块在本申请人申请号为200610079036.9的中国专利申请中有详细描述。线路板14是稳压组件的外围控制部分，用于对稳压组件的输出电能进行控制与调节。

所述稳压模块包括工作电源电路、电机三相电压频率采集电路、稳压和反馈设定电路、单片机电路和可控硅驱动电路。所述电机三相电压频率采集电路输入端加载三相电机的X、Z两相的线电压，输出端将方波信号提供给单片机电路中的单片机中断管脚；所述稳压和反馈设定电路的输入端接收永磁发电机中三相半控桥式整流电路输出端的电压反馈，输出端连接单片机电路中的单片机模拟信号采集管脚；所述单片机电路输出三相的触发控制角脉冲，并提供给可控硅驱动电路的输入端；所述可控硅驱动电路的输出作为脉冲控制输出控制三相半控桥式整流电路从而获得稳压输出。所述单片机电路中包括运算并调节得到可控硅的控制触发角，再根据三相电路的相位差设置三相电压的触发控制角的单片机。所述的工作电源电路是不需要外加电压就可以在电机旋转后自我启动的独立的三相整流供电电路，该电路为所述的电机三相电压频率采集电路、稳压和反馈设定电路、单片机电路提供工作电源。所述的电机三相电压频率采集电路是采用同步变压器和比较器构成的同步采样电路，该电路用来实现测量电机电压频率的功能。所述的可控硅驱动电路采用三极管放大电路，该电路中接有防止可控硅误触发导通的去藕电容。所述工作电源电路包括依次连接的整流滤波电路和直流-直流变换电路，所述整流滤波电路的输入端接入永磁发电机的三相电压X、Y、Z，所述直流-直流变换电路输出作为工作电源的直流电压。所述稳压和反馈设定电路采用电阻分压电路。所述单片机电路采用PHILIP的高度集成、小封装低功耗的的单片机P89LPC925芯片，并利用单片机软件进行了电机三相电压的频率采集、输出电压反馈采集，PI(比例积分)闭环控制、脉冲触发控制角的运算。

所述稳压模块的工作原理如下：

由于永磁发电机的转子是采用永磁体的材料，转子的磁通φ是恒定的，其电机输出的相电压E_el与相电压的频率(即转速)是成正比的，因此随着电机转速的增加，电机相电压E_el也随着增大，为了实现永磁发电机的输出恒定直流电压的，本发明采用了三相半控桥式整流(如图4所示)，其可控硅的导通顺序采用了微机控制移相触发脉模块来实现整流稳压输出的，三个可控硅功率管为共阳极的接法，三个整流二级管的接法为共阴极接法，由于永磁发电机输出的相电压之间互差120°(2π/3)，则三个可控硅的触发脉冲之间也是互差120°(2π/3)，其控制导通原理是这样实现的：

由于采用了负半波控制导通，为了方便计算X相采用了ωt＝0是从负半波开始计算的，波形如附图6所示，现假定在 $\mathrm{\ωt}=\frac{\mathrm{\π}}{6}+\mathrm{\α}$ 处给X相的可控硅T1一个触发脉冲信号U_T1，此时可控硅T1管导通，必然是的Z相整流管D3导通，因为此时Z相的电位最高，于是U_zx出现在负载上，负载电流(i₀)通过D3和T1管子流通，直至 $\mathrm{\ωt}=\frac{7\mathrm{\π}}{6}$ 时为止，此时U_zx＝0，过后T1管子加上了反向电压，此时T1管子导通截止。在 $\mathrm{\ωt}=\frac{5\mathrm{\π}}{6}+\mathrm{\α}$ 处给Y相的可控硅T2一个触发脉冲信号U_T2，此时可控硅T2管导通，同时X相的整流二极管D1导通，于是U_xy电压加载到负载上，负载电流(i₀)通过D1和T2管子流通，直至 $\mathrm{\ωt}=\frac{11\mathrm{\π}}{6}$ 时为止，此时U_xy＝0，过后T2管子加上了反向电压，此时T2管子导通截止。在 $\mathrm{\ωt}=\frac{9\mathrm{\π}}{6}+\mathrm{\α}$ 处给Z相的可控硅T3一个触发脉冲信号U_T3，此时可控硅T3管导通，同时X相的整流二极管D2导通，于是U_yz电压加载到负载上，负载电流(i₀)通过D2和T3管子流通，直至 $\mathrm{\ωt}=\frac{15\mathrm{\π}}{6}$ 时为止，此时Uyz＝0，过后T3管子加上了反向电压，此时T3管子导通截止。当触发角 $\mathrm{\α}\≤\frac{\mathrm{\π}}{3}$ 时，每个可控硅的导通角均为 $\frac{2\mathrm{\π}}{3},$ 相当于用三相全波整流，当导通角周期性的按照如上导通时，其输出的波形如附图6的U_o所示。

根据如上的过程可以计算出其整流稳压装置输出电压的有效值和平均值，把三相交流电源的相电压表示为

u_x＝U_msinωt

u_y＝U_msin(ωt-2π/3)

u_z＝U_msin(ωt+2π/3)

那么线电压为

u_zx＝u_z-u_x＝U_msin(ωt-π/6)

u_xy＝u_x-u_y＝U_msin(ωt-5π/6)

u_yz＝u_y-u_z＝U_msin(ωt+π/2)

对于α≥π/3，输出电压的平均值和有效值分别为

$U_0=\frac{3}{2\mathrm{\π}}{\∫}_{\frac{\mathrm{\π}}{6}+\mathrm{\α}}^{\frac{7\mathrm{\π}}{6}}\sqrt{3}{U}_m\sin (\mathrm{\ωt}-\mathrm{\π}/6)d\left(\mathrm{\ωt}\right)$

$=\frac{3\sqrt{3}{U}_m}{2\mathrm{\π}}(1+\cos \mathrm{\α})$

$U=\sqrt{3}{U}_m[\frac{3}{4\mathrm{\π}}(\mathrm{\π}-a+\frac{1}{2}\sin \mathrm{\α}){]}^{\frac{1}{2}}$

对于α≤π/3，输出电压的平均值和有效值分别为

$U_0=\frac{3}{2\mathrm{\π}}{\∫}_{\frac{\mathrm{\π}}{6}+\mathrm{\α}}^{\frac{5\mathrm{\π}}{6}+\mathrm{\α}}\sqrt{3}{U}_m\sin (\mathrm{\ωt}-\mathrm{\π}/6)d\left(\mathrm{\ωt}\right)$

$=\frac{3\sqrt{3}{U}_m}{2\mathrm{\π}}(1+\cos \mathrm{\α})$

$U=\sqrt{3}{U}_m[\frac{3}{4\mathrm{\π}}(\mathrm{\π}-a+\frac{1}{2}\sin \mathrm{\α}){]}^{\frac{1}{2}}$

比较以上的两个的结果可知，在0≤α≤π范围内，可控整流输出电压的计算公式是一样的，因此为了得到一个恒定的电压输出，就必须得到一个能跟随负载变化而进行调节的导通控制角α，为了实现这样的控制角α，本发明采用了由单片机控制实现的PI调节器(PI为比例积分)进行闭环控制，控制方式采用了增量式的PI调节器，其控制原理如下：

u_n+1＝u_n+Δu_n

Δu_n＝u_n-u_n-1＝kp(e_n-e_n-1)+kie_n

e_n＝U_k-u_n

式中u_n+1——下个周期要输出的电压；  u_n——本周期的反馈电压；

u_n-1——上个周期的反馈电压；

Δu_n——本周期和上个周期的电压误差；  kp——比例系数；

ki——积分系数；U_k——输出设定参数。

e_n——本周期反馈电压u_n与设定电压U_k误差；

e_n-1——上一个周期反馈电压u_n-1与设定电压U_k误差；

脉冲触发控制角的计算公式为：

$U_{n+1}=\sqrt{3}{U}_m[\frac{3}{4\mathrm{\π}}(\mathrm{\π}-a+\frac{1}{2}\sin \mathrm{\α}){]}^{\frac{1}{2}}$

式中u_n+1——由PI调节器计算出来的下个周期要输出的电压

U_m——电机三相电压的相电压的峰值。

α——为脉冲触发控制角。

本实施例的整流组件中，微机控制移相触发脉冲采用了单片机控制，因此电路的结构简洁，占用的空间尺寸比较小，适合安装的电机中。采用了软件的PI调节器，因此输出电压的负载特性好，调整快，并且输出的电压稳定精度高，为28±2％，额定电流为150A。适用转速比较高的永磁发电机，本实施中的最高转速可达8000转/分，采用了PHIlIPS的低功耗的单片机。其整个电路的功耗不到100mA，因此发热量低，适用于输出28V电气系统的汽车中使用，并且在蓄电池没电的情况下利用遛车可以实现打火启动。

本发明还可应用于小型风力发电机。如制作一个额定功率W＝500w小型风力发电机，其转子极对P＝6，定子齿Z＝36，其余部分如转子与定子结构以及稳压模块均与上文中的车用发电机相同。以与上文中的车用发电机相同的微机控制移相脉冲触发装置为基础，通过风叶带动风力发电机将风能转换为三相交流电，经过本发明的整流组件整流输出直流点，可储存在蓄电池里，也可以经过逆变器逆变为220V/50Hz的正弦波交流电供应日常使用。由于采用了永磁转子、新型定子和新设计的整流装置，其风能转换成电能的效率较常规的提高了10％。

最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：对本发明的部件进行等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

实施例2：

本实施例中，除发电机转子外，其余部分均与实施例1的实时方式相同。

本实施例中，设计功率为1000w的发电机转子，由12个钕铁硼稀土永磁材料制作的条状永磁单体、45#钢制作的转轴以及铝合金材料制作的转子铁芯构成。所述的转子铁芯与转轴用油热紧固法安装，即将转子铁芯放入高温油内加热，使其中间通孔膨胀，直径增大，再将转轴塞入通孔内，然后取出在空气中自然冷却。12个条状永磁单体均匀排列在转子铁芯的外圆周上，并用沉头螺钉紧固在转子铁芯上形成环状，转子铁芯的半径为40mm，永磁单体的间距τ为： $\mathrm{\τ}=\frac{2\mathrm{R\π}}{12}$ $\frac{2\×40\×\mathrm{\π}}{12}=20.93\mathrm{mm},$ 相邻的两个永磁体上表面磁极相反，N、S极与定子铁芯的槽和齿相对。

钕铁硼稀土永磁材料是一种高性能永磁材料。在室温下剩余磁感应强度可高达1.3T，磁感应矫顽力可达到980kA/m，最大磁能积高达390kJ/m³。

如图2b所示，本实施例中，钕铁硼稀土条状永磁单体的截面(即与转轴轴线垂直的剖截面)为瓦片形，与铁芯固连一面的宽度S一般选用的经验参考为：5～80mm，本实施例选用16mm，与所设计发电机转子的周长的比值约为1∶16的比例，厚度H则与涉及电机的额定功率W相关，一般选用经验参考为：当W≤5kw时，厚度H为1～8mm，本实施例H选用4mm的厚度，长度与转子铁芯的厚度相同，本实施例选用23mm。

实施例3

本实施例中，除发电机转子外，其余部分均与实施例1的实时方式相同。

本实施例中，设计功率为3000w的发电机转子，由16个钕铁硼稀土永磁材料制作的条状永磁单体、45#钢制作的转轴以及铝合金材料制作的转子铁芯构成。所述的转子铁芯与转轴用油热紧固法安装，即将转子铁芯放入高温油内加热，使其中间通孔膨胀，直径增大，再将转轴塞入通孔内，然后取出在空气中自然冷却。16个条状永磁单体均匀排列在转子铁芯的外圆周上，并用沉头螺钉紧固在转子铁芯上形成环状，转子铁芯的半径为47.5mm，永磁单体的间距τ为： $\mathrm{\τ}=\frac{2\mathrm{R\π}}{16}=\frac{2\×47.5\×\mathrm{\π}}{16}=18.64\mathrm{mm},$ 相邻的两个永磁体上表面磁极相反，N、S极与定子铁芯的槽和齿相对。

钕铁硼稀土条状永磁单体的截面为梯形，与铁芯固连一面的宽度S一般选用的经验参考为：5～80mm，本实施例选用13mm，与所设计发电机转子的直径的比值约为1∶7.3的比例，厚度H则与涉及电机的额定功率W相关，一般选用经验参考为：当W≤5kw时，厚度H为1～8mm，本实施例H选用6mm的厚度，永磁单体两侧边夹角为：28°，与铁芯固连一面平行的上表面宽度则为10mm，长度与转子铁芯的厚度相同，本实施例选用41mm。

实施例4：

本实施例中，除发电机转子外，其余部分均与实施例1的实时方式相同。

本实施例中，设计功率为5000w的发电机转子，由16个钕铁硼稀土永磁材料制作的条状永磁单体、45#钢制作的转轴以及铝合金材料制作的转子铁芯构成。所述的转子铁芯与转轴用油热紧固法安装，即将转子铁芯放入高温油内加热，使其中间通孔膨胀，直径增大，再将转轴塞入通孔内，然后取出在空气中自然冷却。16个条状永磁单体均匀排列在转子铁芯的外圆周上，并用沉头螺钉紧固在转子铁芯上形成环状，转子铁芯的半径为52.5mm，永磁单体的间距τ为： $\mathrm{\τ}=\frac{2\mathrm{R\π}}{16}=\frac{2\×52.5\×\mathrm{\π}}{16}=20.606\mathrm{mm},$ 相邻的两个永磁体上表面磁极相反，N、S极与定子铁芯的槽和齿相对。

钕铁硼稀土条状永磁单体的截面为梯形，且相邻的两个永磁单体相反放置，(即A永磁单体的宽面与转子铁芯固连，B永磁单体的窄面与转子铁芯固连)与铁芯固连一面的宽度S一般选用的经验参考为：5～80mm，本实施例选用的截面为梯形永磁单体的宽边为20mm，窄边为16mm，与所设计发电机转子的直径的比值宽边与窄边分别约为1∶5和1∶6.6的比例，厚度H则与涉及电机的额定功率W相关，一般选用经验参考为：当W≤5kw时，厚度H为1～8mm，本实施例H选用8mm的厚度，长度与转子铁芯的厚度相同，本实施例选用52mm。

实施例5：

本实施例中，除发电机转子外，其余部分均与实施例1的实时方式相同。

本实施例中，发电机转子由18个钕铁硼稀土永磁材料制作的条状永磁单体、45#钢制作的转轴以及铝合金材料制作的转子铁芯构成。条状永磁单体的截面为瓦片形，与铁芯固连一面的宽度S为5mm，厚度H为1mm，长度与转子铁芯的厚度相同，本实施例选用20mm，其余均与实施例1相同。本实施例中，条状永磁单体、转轴、转子铁芯的结构及连接关系其余均与实施例1相同。该转子用于功率W为550W的发电机。

实施例6：

本实施例中，除发电机转子外，其余部分均与实施例1的实时方式相同。

本实施例中，发电机转子由8个钕铁硼稀土永磁材料制作的条状永磁单体、45#钢制作的转轴以及铝合金材料制作的转子铁芯构成。条状永磁单体的截面为瓦片形，与铁芯固连一面的宽度S为80mm，与所设计发电机转子的周长的比值约为1∶11的比例；厚度H为15mm，长度与转子铁芯的厚度相同，本实施例选用150mm。本实施例中，条状永磁单体、转轴、转子铁芯的结构及连接关系其余均与实施例1相同。该转子用于功率W为30KW的发电机。

实施例7：

本实施例中，除发电机转子外，其余部分均与实施例1的实时方式相同。

本实施例中，发电机转子由8个钕铁硼稀土永磁材料制作的条状永磁单体、45#钢制作的转轴以及铝合金材料制作的转子铁芯构成。条状永磁单体的截面为瓦片形，与铁芯固连一面的宽度S为80mm，与所设计发电机转子的周长的比值约为1∶11的比例；厚度H为6mm，长度与转子铁芯的厚度相同，本实施例选用120mm。本实施例中，条状永磁单体、转轴、转子铁芯的结构及连接关系其余均与实施例1相同。该转子用于功率W为15kw的发电机。

Claims (9)

1、一种永磁发电机，包括：转子(3)、定子(2)、前端盖(4)、后端盖(1)、整流组件(15)，转子(3)与定子(2)间存在气隙；其特征在于，所述前端盖(4)、后端盖(1)均呈碗状，开口相对，且其外圆周上具有安装台阶，定子(2)夹装在前端盖(4)与后端盖(1)之间，并用第一螺栓(10)穿过前端盖(4)与后端盖(1)外圆周上的安装台阶将其紧固；所述转子(3)由转轴(6)、转子铁芯和用钕铁硼稀土材料制作的偶数个条状永磁单体(18)构成；前轴承(5)与后轴承(16)分别压装在前端盖(4)和后端盖(1)的内侧，所述转子(3)经由转轴(6)与定子(2)同圆心地支撑在前轴承(5)与后轴承(16)上；所述整流组件(15)固定在后端盖(1)外侧。

2、按权利要求1所述的永磁发电机，其特征在于，还包括串装并紧固在转轴(6)上的风扇(9)与皮带轮(7)，所述皮带轮(7)经皮带与汽车发动机的转轴连接，并带动转子旋转。

3、按权利要求1所述的永磁发电机，其特征在于，还包括后罩(12)和对整流组件(15)的输出电能进行控制与调节的线路板(14)，所述线路板(14)安装固定在整流组件(15)上；所述后罩(12)罩在线路板(14)与整流组件(15)上，并固定在后端盖(1)的外侧。

4、按权利要求1所述的永磁发电机，其特征在于，所述转子的偶数个条状永磁单体均匀排列在转子铁芯的外圆周上，相邻的两个永磁单体上表面磁极相反，N、S极与定子铁芯的槽和齿相对。

5、按权利要求4所述的永磁发电机，其特征在于，所述条状永磁单体的截面为扇形、矩形或半圆形。

6、按权利要求4所述的永磁发电机，其特征在于，所述条状永磁单体与铁芯固连一面的宽度为：5～80mm；所述条状永磁单体的厚度与涉及电机的额定功率W相关：当W≤5kw时，厚度为1～8mm，当5kw＜W≤50kw时，厚度为：6～15mm。

7、按权利要求4所述的永磁发电机，其特征在于，所述条状永磁单体与铁芯固连一面的宽度与发电机转子的周长的比值在1∶5至1∶16的范围内。

8、按权利要求4所述的永磁发电机，其特征在于，所述条状永磁单体的长度为：20～150mm。

9、按权利要求1所述的永磁发电机，其特征在于，所述整流组件(15)包括工作电源电路、电机三相电压频率采集电路、稳压和反馈设定电路、单片机电路和可控硅驱动电路，所述电机三相电压频率采集电路输入端加载三相电机的X、Z两相的线电压，输出端将方波信号提供给单片机电路中的单片机中断管脚；所述稳压和反馈设定电路的输入端接收永磁发电机中三相半控桥式整流电路输出端的电压反馈，输出端连接单片机电路中的单片机模拟信号采集管脚；所述单片机电路输出三相的触发控制角脉冲，并提供给可控硅驱动电路的输入端；所述可控硅驱动电路的输出作为脉冲控制输出控制三相半控桥式整流电路从而获得稳压输出。

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