CN219779941U - 发电机以及包括该发电机的工程机械 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种发电机，其包括定子组件和转子组件，定子组件包括定子，转子组件包括转子，发电机包括输出电压调节装置，其包括布置在原动机和发电机的定子之间的变速器，所述变速器包括调节机构，调节机构包括运动件，该运动件能够被致动以改变所述变速器的传动比，使得改变发电机转速，进而改变发电机的输出电压。本实用新型还涉及一种包括上述发电机的工程机械。本实用新型的发电机能够通过调节变速器的传动比来调节发电机转速并进而调节发电机的输出电压，使得更容易匹配车载发动机系统，例如对于在发动机怠速工况下用电量较大的情况下，仅需调节变速器的传动比即可满足用电需求，同时还能满足高发电机效率所需的理想转速区间。

Description

发电机以及包括该发电机的工程机械

技术领域

本实用新型涉及发电机技术领域，尤其涉及一种发电机以及包括该发电机的工程机械。

背景技术

车辆中常常搭载有发电机，以用于给车辆的蓄电池充电或者用于给车辆内的其它用电负载(包括空调系统、灯等)供应电力。然而，随着车辆内用电需求的变化，系统电压存在不稳定的情况。例如，当车辆内用电需求增加时，常常要求增大发电机的发电量，以提高发电机的输出电压。

在传统12V/24V车载发电机和大型柴油发电机组中，通常是通过调节转子线圈(即励磁线圈)的磁场强弱来调节输出电压。由于转子线圈需要供电，转子作为旋转部件需要滑环和电刷来连接外部供电设备，此种连接容易产生电火花，且电刷易磨损，导致寿命有所限制。另外，通过减弱磁场方式调节电压在用电需求少时，磁场被调节的很弱，此时将会导致发电机效率大大降低，这并非是所期望的。

另外，为了使车载发电机匹配整车用电量，特别是需要适配在发动机低转速下的大用电需求时，往往需要将发电机输出功率设计得过度冗余：例如，在车辆怠速工况下，发动机转速非常低，若要满足较大的用电需求，在定子线圈的匝数一定的情况下，则需要设置足够大的磁场强度。这就意味着，在发电机的设计初期，为了满足怠速工况下的大的发电量需求，需要增加定子绕组的线圈匝数等，这对于发电机的小型化设计是不利的。

实用新型内容

本实用新型便是基于这样的背景而提出的，其目的在于提出一种改进的发电机，使得能够克服现有技术中的上述或其它问题。

根据本实用新型的第一方面，其提出了一种发电机，其包括定子组件和转子组件，所述定子组件包括定子，所述转子组件包括转子，所述发电机包括输出电压调节装置，该输出电压调节装置包括布置在原动机和发电机的定子之间的变速器，所述变速器包括调节机构，所述调节机构包括运动件，该运动件能够被致动以改变所述变速器的传动比，使得改变发电机转速，进而改变所述发电机的输出电压。

有利地，所述发电机为无刷发电机，其中所述转子为永磁转子。

有利地，所述调节机构包括电磁铁、与电磁铁的衔铁固定连接的调节杆和与调节杆固定连接的调节环，其中所述电磁铁的衔铁作为所述运动件，能够在电磁力的作用下进行平移运动以带动所述调节杆和所述调节环进行平移运动。

有利地，所述变速器包括输入部件、输出部件以及沿周向方向夹持在所述输入部件和输出部件之间的一组摩擦球；每个摩擦球包括穿过其中的固定的中心轴；所述中心轴在所述调节环平移运动时被致动偏转，使得改变摩擦球的定向以调整所述传动比。

有利地，所述调节环设置有两个相对的曲形端面，每个曲形端面包括斜坡部分。

有利地，从中心轴的两端延伸出一对支承臂，各支承臂的端部设置有滚动件，两个滚动件在所述调节环平移运动时能够在相应的曲形端面上沿相反的方向滚动以致动所述中心轴发生偏转。

有利地，在所述转子内围绕转子轴布置有预压弹簧，该预压弹簧迫使所述输出部件压向所述输入部件从而使摩擦球始终受到预紧力而被夹紧在输入部件和输出部件之间。

有利地，所述输入部件通过皮带系统联接至所述原动机以接收动力并将动力输出至所述输出部件，所述输出部件与所述转子联接以带动所述转子旋转。

有利地，所述发电机还包括整流器，该整流器包括两组具有不同输入电流的二极管。

根据本实用新型的第二方面，其提出了一种工程机械，所述工程机械包括如上所述的发电机。

采用根据本实用新型的发电机，使得能够至少实现以下技术效果之一：由于仅需要考虑调节变速器传动比来调节发电机转速就可以实现发电机输出电压的调节，这使得更容易匹配车载发动机系统，特别是能够适配在发动机怠速工况下具有较大的用电需求的情况；即使在怠速工况下也能确保高的发电机效率，且在相同用电需求的前提下，发电机的结构可更小；另外，由于不需要像传统方案中那样调节转子线圈的磁场，可采用永磁转子的形式，既省去了滑环-电刷结构，还能使得输出电压更平稳。

附图说明

通过以下参照附图的描述，本实用新型的上述和其它特征和优点将变得更加容易理解，其中：

图1示出了现有技术中的发电机的截面示意图；

图2示出了根据本实用新型实施例的发电机的截面示意图；

图3示出了包括在如图2所示的发电机中的变速器的截面示意图；以及

图4示出了如图2所示的发电机的电路示意图。

所有附图都只是示意性的，而且并不一定按比例绘制，附图中所示的各部件的相对位置关系也是示意性的而非旨在限制本实用新型的保护范围。此外附图中仅示出为了阐明本实用新型而必需的那些部分，其他部分被省略或仅仅提及。

具体实施方式

在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解本实用新型。但是，对于所属技术领域内的技术人员明显的是，本实用新型的实现可不具有这些具体细节中的一些。下面的各个方面、特征、实施例和优点仅作说明之用而不应被看作是权利要求的要素或限定，除非在权利要求中明确提出。需指出，在本说明书中，相同的和/或功能相同的技术特征采用相同或相似的附图标记。

应知晓的是，发电机的输出电压取决于发电机的定子绕组的线圈匝数、发电机的转速和由转子线圈产生的磁场强度，并且这些参数与输出电压是正相关的。

在传统车载发电机中一般采用通过调节转子线圈的磁场强弱的方式来调节输出电压。例如，参见图1，其示出了现有技术中的发电机的截面示意图，该发电机100’包括定子组件和转子组件，定子组件包括定子绕组101’，转子组件包括转子，其中，转子包括转子线圈102’以用作励磁线圈，用于生成磁场。发电机还包括调节器或控制器，该控制器通过控制转子线圈的通电电流来控制所生成的磁场的强度，从而调节发电机的输出电压。例如，可通过调节给转子线圈供电的频率来调节磁场强度，供电频率越高，则形成的磁场强度越大，反之则磁场强度越小。然而，现有技术中的这种车载发电机，由于依赖于转子线圈的通电电流来调节输出电压，作为旋转部件的转子需被设计成通过滑环103’和电刷104’来连接供电，这会存在如在背景技术中提及的诸多缺点。

为此，本实用新型提出了一种改进的发电机结构。如图2所示的根据本实用新型实施例的发电机与图1中的发电机不同的是，该发电机100包括输出电压调节装置，该输出电压调节装置包括布置在原动机(未具体示出)和发电机的定子之间的变速器110，如此，发电机100能够借助于控制器120控制变速器110来调节其传动比以改变发电机转速，并进而改变所述发电机100的输出电压。

作为一个有利的实施例，变速器110可包括调节机构，该调节机构包括运动件，该运动件能够被致动以改变变速器的传动比。控制器120包括电压检测装置。该控制器120能够基于由所述电压检测装置检测的电压来控制所述调节机构的运动件的动作，从而调节变速器110的传动比。

另外，由于根据本实用新型的发电机100不再依赖于转子线圈的电流调节，该发电机可设计为无刷发电机，其中转子可为包括永磁体结构的永磁转子，这使得可以减少大量铜线的使用，同时不需要给转子线圈供电而可以省去滑环电刷结构，永磁体结构可实现更多极对数的磁场，使得输出电压更平稳。

继续参见图3，其示出了根据本实用新型一具体实施例的变速器110，其中，该变速器110优选地采用摩擦式变速器的形式，其包括输入部件111、输出部件112以及沿周向方向夹持在输入部件和输出部件之间的一组摩擦球113，其中，输入部件111通过皮带系统(如皮带轮200)联接至原动机(如车辆的内燃发动机)以接收动力并将动力输出至输出部件112，输出部件112与转子联接以带动转子旋转。

变速器110被布置在原动机和发电机的定子之间，通过调节变速器110的传动比来调节发电机转速，这使得可以在定子绕组的线圈匝数一定的情况下，调整发电机100的输出电压。这一点在发动机怠速工况下尤其是有利的，这是因为发电机转速可以经由变速器而提高至理想的转速区间(而不会受限于怠速工况下的低发动机转速)，从而能够在提升发电机的输出电压的情况下，确保发电机较高的效率(该效率取决于上述理想的转速区间)。

作为变速器110的调节机构的一个具体实施例，继续参见图3，该调节机构可包括电磁铁114(如比例电磁铁)，其中该电磁铁114包括衔铁、弹簧114a和线圈114b。该调节机构还包括与电磁铁114的衔铁固定连接的调节杆115和与调节杆115固定连接的调节环116，其中电磁铁114的衔铁能够在接收到所述控制器120的控制信号的情况下在电磁力的作用下进行平移运动以带动调节杆115和调节环116的平移运动。应知晓的是，可以通过将由电压检测装置获取的电压值与预定阈值进行比较并将获得的差值进行比例放大以得到上述控制信号。

参见图2和3，在转子内围绕转子轴布置有预压弹簧117，该预压弹簧117迫使输出部件112压向输入部件111从而使摩擦球113始终以一定的预紧力夹紧在输入部件111和输出部件112之间，然而，摩擦球113仍然能够在外力作用下在输入部件111和输出部件112之间转动。

具体地，如图3所示，每个摩擦球113包括穿过其中的固定的中心轴118以及从中心轴的两端延伸出的一对支承臂119，各支承臂的端部设置有滚动件。调节环116设置有两个相对的曲形端面，每个曲形端面包括斜坡部分，支承臂端部的滚动件能够在调节环116的曲形端面上滚动。当调节环116在电磁铁114的衔铁的带动作用下而向左或向右平移时，该调节环116将迫使两个滚动件沿着该调节环116的相应的曲形端面沿相反的方向滚动，从而能够致动中心轴118的偏转而导致摩擦球113的转动，使得改变变速器110的传动比。

例如，当图3中的电磁铁114的衔铁受到电磁力而向左移动时，调节杆115与衔铁一起向左移动，衔铁压缩弹簧114a，弹簧114a一端抵靠在固定部件上，另一端抵接衔铁的端面并产生向右的力，此时电磁力与弹簧的力比较并最终达到平衡，此过程产生的向左的位移即对应于调节环116向左的位移，调节环116向左的位移对应着传动比的增加，从而最终使转子转速增加，发电量增加，输出电压升高。相反，当图3中的电磁铁114的衔铁受到向右移的电磁力时，该电磁力使电磁铁114的衔铁向右移动进而将带动调节杆115向右移动并释放弹簧114a，直至电磁力与弹簧的力最终达到平衡，此过程产生的向右的位移即对应于调节环116向右的位移，调节环116向右的位移对应着传动比的减小，从而最终使转子转速降低，发电量减小，输出电压降低。

可以看出，整个输出电压的调节过程中仅需要通过调节机构实现对变速器的传动比调节。例如，当所检测到的电压反馈出需要增大或减小发电量时，控制电磁铁向左或向右移动即可。这使得更容易匹配车载发动机系统，例如对于在发动机怠速工况下用电量较大的情况下，仅需调节变速器的传动比即可满足用电需求，同时还能满足确保高的发电机效率所需的理想转速区间。

工业实用性

根据本实用新型的发电机可被有利地应用至车辆、尤其是工程机械中，如上所述，该发电机通过控制器控制比例电磁铁动作来调节变速器的传动比,从而调节发电机的转速，并最终实现电压的调节。

原动机(通常可为车辆的内燃发动机)通过皮带系统带动发电机的转子旋转，并最终产生电能。由发电机产生的电量能够被存储在如图4所示的蓄电池300中或者也可以用于给车辆内的其它用电负载(包括空调系统、灯等)供应电力。

在实际应用中，例如当发电量小于车辆内的用电需求时，此时系统电压降低。当系统电压达到预定阈值时，控制器通过电压检测装置检测到电压值，并将其与预定阈值进行比较而得到差值，且将差值进行比例放大而得到控制信号，响应于该控制信号，电磁铁的衔铁能够受到左移的电磁力而向左移动，从而带动调节杆向左移动并压缩弹簧，并最终达到平衡。调节环向左的位移对应着传动比的增加，最终使转子转速增加，发电量增加，电压升高，或者反之。

在上述电压检测过程中，电压检测信号通常可以由包括在整流器130(在永磁转子102转动时，定子绕组101中感生的电流经过整流器进行整流)中的一组二极管提供。具体地，如图4所示，整流器130包括具有不同输入电流的两组二级管，其中，具有较大电流的一组二极管构成了整流桥的主体部分，而具有较小电流的一组二极管则用于提供电压检测信号。

应当指出，上面说明的实施例仅应被视为示例性的，本发明不限于这些实施例。通过考虑本说明书的内容，本领域技术人员可在不偏离本发明的范围或精神的情况下做出多种改变和变型。本发明的真实范围由所附权利要求以及等同方案限定。

Claims (10)

1.一种发电机，其包括定子组件和转子组件，所述定子组件包括定子，所述转子组件包括转子，其特征在于，所述发电机(100)包括输出电压调节装置，该输出电压调节装置包括布置在原动机和发电机的定子之间的变速器(110)，所述变速器包括调节机构，所述调节机构包括运动件，该运动件能够被致动以改变所述变速器的传动比，使得改变发电机转速，进而改变所述发电机(100)的输出电压。

2.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述发电机(100)为无刷发电机，其中所述转子为永磁转子。

3.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述调节机构包括电磁铁(114)、与电磁铁(114)的衔铁固定连接的调节杆(115)和与调节杆固定连接的调节环(116)，其中所述电磁铁(114)的衔铁作为所述运动件，能够在电磁力的作用下进行平移运动以带动所述调节杆(115)和所述调节环(116)进行平移运动。

4.根据权利要求3所述的发电机，其特征在于，所述变速器(110)包括输入部件(111)、输出部件(112)以及沿周向方向夹持在所述输入部件和输出部件之间的一组摩擦球(113)；每个摩擦球(113)包括穿过其中的固定的中心轴(118)；所述中心轴在所述调节环(116)平移运动时被致动偏转，使得改变摩擦球(113)的定向以调整所述传动比。

5.根据权利要求4所述的发电机，其特征在于，所述调节环(116)设置有两个相对的曲形端面，每个曲形端面包括斜坡部分。

6.根据权利要求5所述的发电机，其特征在于，从中心轴(118)的两端延伸出一对支承臂(119)，各支承臂(119)的端部设置有滚动件，两个滚动件在所述调节环(116)平移运动时能够在相应的曲形端面上沿相反的方向滚动以致动所述中心轴(118)发生偏转。

7.根据权利要求4所述的发电机，其特征在于，在所述转子内围绕转子轴布置有预压弹簧(117)，该预压弹簧(117)迫使所述输出部件(112)压向所述输入部件(111)从而使摩擦球(113)始终受到预紧力而被夹紧在输入部件和输出部件之间。

8.根据权利要求4所述的发电机，其特征在于，所述输入部件(111)通过皮带系统联接至所述原动机以接收动力并将动力输出至所述输出部件(112)，所述输出部件(112)与所述转子联接以带动所述转子旋转。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的发电机，其特征在于，所述发电机还包括整流器，该整流器包括两组具有不同输入电流的二极管。

10.一种工程机械，其特征在于，所述工程机械包括根据权利要求1至9中任一项所述的发电机。