CN86101262A - 以直流调节的永磁激励发电压缩机组 - Google Patents

Abstract

一组合的发电压缩机组包括一用于交流发电机的无刷激磁结构。用于交流发电机的磁力线场是由一旋转的永久磁铁环状结构(78)和一固定环形线的线圈(80)产生，该线圈是同轴地安装在旋转的永久磁铁环(78)和一交流发电机底座(72)两者之间。调节线圈(80)是与永久磁铁环(78)以相加的和相减的磁性关系，装配用作调节交流发电机的磁动力激励场。

Description

本发明一般地叙述一组合的发电压缩机组装置，用作提供在机动车辆中产生电能和用泵抽吸空气调节器致冷剂的功能。

机动车辆通常具有作为原动机的一个内燃发动机，除了推动车辆外还驱动若干辅助装置。发动机通常驱动一个电力发生器或交流发电机，和包括一空气调节器泵的数个泵或压缩机。

交流发电机和致冷剂压缩机一般各自由发动机曲轴通过V形皮带和皮带轮来驱动。交流发电机一般在高速情形下转动，产生一个颇高频交变电压。具有这样颇高频交变电压的定子铁心损耗通常是颇高，因此降低了交流发电机的效率。

压缩机一般是通过一个电磁离合器来驱动。大部分时间电磁离合器没有驱动、压缩机皮带轮是空转，而发动机的负载仅有摩擦损耗。当系统要求压缩机抽吸致冷剂时，离合器驱动而使压缩机皮带轮来驱动压缩机。

在一些先有技术的系统中交流发电机和压缩机是组合在一个装置中。这样的一个组合的发电压缩机组装置的一个例子，在美国专利第4，095，922中显示，该专利授予本申请的同一代理人。在这结构中作为交流发电机的磁场，是由多个永久磁铁的一个旋转环所产生，其旋转磁力线场被与一定子有关的三组固定绕组所切割，从而在绕组中产生电压。绕组以环线的形状排列在定子铁心各槽中，而定子与永久磁铁环同心地配置。各绕组作△形电气连接。产生的电压是一发动机的速度与交流发电机的旋转速率的函数。要求电压是一要求电能系统的函数。产生的电压所以必须与系统的最大有效运转的要求电压相适应。

一些先有技术的交流发电机中，其激磁场是由一旋转的电磁绕组提供。这样的交流发电机，要求滑动接触部件用滑环和电刷的形式，来使旋转绕组连接到直流电压源。这些交流发电机的缺点，是这样的滑动接触部件易受磨损，因此需要定期的维修。

先有技术的交流发电机的困难之一，是产生的电压需相当大的费用才能调节。因而，在这种已知型式的交流发电机中，用于调节电压的其中一种技术，是将可控硅加进电力线路中。这需要大量功率的调节时，是不理想的。使用这可控硅电压调节器来调节交流发电机全部的功率是昂贵的。

另外的先有技术的交流发电机备有仅用作交流发电机磁力线源的固定激磁绕组。显示这种结构的一个专利，有美国专利第3，493，800号。这种型式的结构的一个缺点，是必须提供一相当大量的激磁电流，以产生必需的磁场强度。产生的电压的这种复杂的调节是因为必须调节一相对地大的激磁电流。同时，激磁绕组必须成为相当的笨重，这对于必须保持空间和重量为最小的汽车用途，是不理想的。

在一些永磁激励的交流发电机中，一种用于调节产生的电压的技术，是藉预磁化来提供有效的磁力线变量。为此，机器的固定电枢备有一承载直流电流的环状绕组，为了调节有效的磁力线，穿过该绕组给予电枢的铁心一可变的切向预磁化。在这种调节装置中，可发现显著的优点，是至少局部地使产生预磁化的承载直流电流的环状绕组与感应电流操作绕组结合起来。这一装置提供了比较简单的器件，在其中有效的磁力线调节能使产生的电压调节。

一永磁激励的电力发生器，其中激励磁力线是由一直流电压调节绕组来调节，显示于美国专利第3，411，027号中。电力发生器包括一由永久磁铁和一调节线圈产生的调节磁动力的激磁力。有用的磁力线，和因此产生的电压，藉改变施加到调节线圈的直流电压而可调节。由线圈产生的磁动力与由永久磁铁产生的磁动力以分路关系组合，并按分路激磁电压的极性和量值，增加或减少合成的有效激磁通量。这装置的一个缺点是线圈和永久磁铁轴向地隔开，这样对于交流发电机产生一相当大的轴向尺寸。对于交流发电机装置，大的轴向尺寸要求更多空间和采用复杂的轴承。

所以希望提供一小轴向尺寸的组合发电压缩机组装置，其中交流发电机磁动力的激磁力是由永久磁铁和一场线圈产生，且交流发电机是安装在一简单的轴承上。

同样地希望提供一组合发电压缩机组，包含永久磁铁和一提供固定的调节线圈，该调节线圈对于交流发电机能提供无刷和容易地调节的磁动力激励。

而且希望提供一无刷小型的发电压缩机组装置，其中永久磁铁和激磁线圈是同轴地安装在一小型的、轻便的结构中，该结构是易于装配，且具小的电磁损耗。

本发明提供一改进的组合发电压缩机组来克服上述先有技术交流发电机和发电压缩机组的缺点，该组合发电压缩机组是非常小型的，且由同轴安装的直流电流线圈和一永久磁铁所产生的磁动力激励。

本发明由一无刷组合发电压缩机组组成，包括一旋转永久磁铁环结构和一固定环形线的调节线圈。环形线的直流电流调节线圈是同轴地安装于旋转永久磁铁环和一交流发电机底线中间。调节线圈与永久磁铁环是以相加的和减去的磁关系安装，用作交流发电机磁动力激励场的调节。

本发明还进一步包括一组合发电压缩机组，其中交流发电机激励场是以一旋转永久磁铁环和一简单固定线圈感应得到，而其中交流发电机的电压输出由调节线圈的激励得到调整。线圈与永久磁铁环是同轴地安装，同时，在磁性上是分路关系。一简单调节线圈用作调节南、北两极。用简单调节线圈宁可径向地也不轴向地相对于永久磁铁结构设置，以得到一个具备小的轴向尺寸的非常小型的结构。一简单的轴承用作可旋转地安装交流发电机结构的旋转部分。

本发明的一个优点是小型的结构，其中仅一简单调节线圈以同轴关系安装于永久磁铁结构上，从而交流发电机的轴向尺寸比先有技术交流发电机结构减少许多。

本结构的一个附加优点，是交流发电机磁场调节线圈调节交流发电机磁性结构的南、北两磁极，从而产生较先有技术装置更小型的结构是可能的。

本发明的一个进一步的优点，是结构非常有效和具有小的磁性损耗。

然而，本发明的另一优点，是结构简单，因此发电压缩机组的制造价格是较先有技术交流发电机为低。

而本发明的进一步的优点，是发电压缩机组结构占地小和重量轻。

本发明，在其一种型式中，包含有一个单一的发电压缩机组装置，其中包括一磁力线场发生装置，其中包含用作产生磁力线的固定环形线的磁场线圈，该场线圈连接至直流电压源。一旋转的永久磁铁与线圈同轴地安装。一转子与线圈和永久磁铁两者同轴地安装，形成作为线圈和永久磁铁磁力线路径的部分。一圆柱形定子与转子同轴地安装，作为完成磁力线路径，并包括一定子线圈，因此转子的旋转在定子线圈中产生一个电压。

本发明，在其一种型式中，还进一步提供一单一的发电压缩机组包含一压缩机壳，和一与压缩机壳同轴的圆柱形可磁化的交流发电机壳。一固定圆柱形线圈围绕交流发电机壳的一个部分，且与其同轴。线圈是连接至一电压源。一圆柱形永久磁铁是可转动地和同轴地安装于线圈和转子的周围，该转子包括围绕永久磁铁的间隔极部件。定子是与转子同轴且围绕转子以便定子、转子和交流发电机底座包含一个用作由线圈和永久磁铁产生磁通的磁力线路径，通过定子的磁通正比于供给场线圈的电压量值。

本发明，在其一种型式中，还进一步提供一个用于车辆的单一的发电压缩机组，压缩机包括一非磁性的前壳。一交流发电机安装在壳上和围绕着壳，交流发电机含有包括一定子线圈的圆柱形定子，和同轴于定子且设置在定子中的一场线圈。场线圈是安装在一可磁化的壳上。一转子，包括一个永久磁铁，是同轴地和可转动地放在场线圈和定子两者之间，并可旋转地驱动，以在定子线圈中产生一电压。

本发明的一个目的，是提供一个单一的发电压缩机组装置，仅包括一简单的调节线圈，该线圈以同轴关系与永久磁铁装配。

本发明的另一个目的，是提供一个单一的发电压缩机组装置，该装置是非常小型的。

本发明还有另一目的是提供一个单一的发电压缩机组，包括一交流发电机磁场调节线圈，该线圈调节交流发电机结构的南、北两极。

本发明进一步的一个目的是提供一十分有效的发电压缩机组结构该结构具有低的磁损耗。

本发明更进一步的一个目的，是提供一个十分简单的发电压缩机组构造，从而制造价格比先有技术发电压缩机组的制造价格低得多。

本发明还有进一步的一目的是提供一发电压缩机组结构，其重量较先有技术发电压缩机组为少。

本发明的上述和其他的特点及目的，以及获得的方法，藉参考以下的发明实施例连同附图的叙述，将对发明本身有更好的理解和将更明白。其中：

图1是发电压缩机组的一立视图，部分是断面;

图2是定子铁心片堆的一立视图;

图3是一电气简图，部分是方框形式，说明用于电压产生系统的一电气线路排列;

图4是交流发电机转子的后半部的一立视图;

图5是图4的交流发电机转子半部沿线5-5剖的一剖面图;

图6是图4的交流发电机转子半部的一侧视图;

图7是图1的交流发电机的磁结构的一部分放大剖面图;

图8是永磁环形磁铁的一立视图;

图9是包括定子线圈一部分的定子装置的一断面的一个放大视图。

对应的参考符号表明图的几个视图中全部对应的部件。

这里的举例说明本发明的一个最佳实施例，在其一种形式中，这样的例子不能认作以任何方式限制了公开或发明的范围。

参阅图1，一发电压缩机组装置10包括一向前设置的交流发电机部分12和一向后设置的压缩机部分14。压缩机部分包括排出口16和吸入口20，两者均以快速连接头（quick    connect    couplings）与车辆空气调节器的致冷剂管道连接。管道18设有一释放过度的致冷剂压力的阀。压缩机包括一含有轴承滚珠28的前压缩机轴承27。一个颇薄的曲轴箱29，最好由铝制成，延伸到前压缩机轴承27上面和包括0形环33的旋转封口31上面。开口环35用作保持封口31在应有的位置。

压缩机曲轴30是用作在常规的方式下驱动压缩机的工作部件（未画出）。一压缩机离合器32用作选择性地驱动曲轴并包括一离合器支撑板34，该板在常规的方式下是以三个离合器弹簧36偏离电枢板38。

用于本发明的发电压缩机组的离合器和驱动结构公开于美国专利申请序号，该申请与本申请是同一日提出且授予本申请的代理人。

用作驱动压缩机曲轴30的套壳40是以曲轴螺帽46保持在曲轴30上。键41确实地啮合于套壳40和曲轴30的键槽中。离合器工作空气隙是用离合器垫圈堆44来建立。离合器支撑板34是以任何适合的方式（比如焊接）紧固的套壳40上。一个双皮带轮42是以一对未画出的皮带来驱动啮合到主动皮带轮（未画出），该主动皮带轮紧固在发动机曲轴（未画出）上。使用一个双皮带轮42就使用一小直径的皮带轮，从而节省空间。

离合器线圈48是在皮带轮42内部同轴地设置，用作选择性地建立一磁场，将电枢板38吸向离合器板52，引起两者之间的啮合。一固定的离合器内极片50和外极片62设置于线圈48，邻近，用作传导由离合器线圈48产生的磁力线。形成交流发电机壳70的部件的法兰盘64，最理想用钢制成，完成作为交流发电机离合器的磁结构。

离合器的磁力线路径是与在几个部件之间界面上的很小的空气隙排列，从而这结构较先有技术电磁压缩机离合器结构在磁性上更为有效，并可以采用一个较小的离合器线圈来节省空间和重量。

一外螺纹螺母54是与离合器板52啮合，将包括轴承滚珠60的一个双行交流发电机轴承58的外滚道紧固到交流发电机前转子半部82。离合器板52的水平安装的圆柱形法兰盘47的一部分49，交叠于转子前半部82的水平圆柱形部分51上，且同时以销钉56紧固。最理想可提供多个这样的销钉。一内螺纹螺母66是上螺母地安装在交流发电机底座72的一螺纹部分，将轴承58的内滚道紧固到交流发电机底座72上。

这样当线圈48通以电流，由线圈产生的磁力线通过离合器内固定极片50、离合器外固定极片62、离合器板52、螺母54、销钉56和前转子半部82。磁力线引起电枢板38反抗离合器弹簧36的弹簧偏置力而磁性地吸引到离合器板52。电枢38就这样与离合器板52摩擦传动啮合。这样当皮带轮42与离合器板52一起旋转时，电枢板38将由离合器板52摩擦驱动。电枢38驱动离合器支撑板34而引起套壳40旋转。由于键41啮合套壳40和曲轴30，曲轴30将旋转从而操作压缩机的工作部件。

另一方面，当离合器线圈48未通电时，电枢板38不能驱动，曲轴30是不动的，因此压缩机不运转。离合器线圈48是由一常规的调节线路调节（未画出）。

应该知道用新型的固定轴承方式，将一简单的轴承与压缩机的转子一起安装，是十分有利的，因为可以省去一些在常规的发电压缩机组装置中所要求的中间部件。轴承外滚道锁定螺母54提供了锁定外轴承滚道在适当的位置、保持驱动销钉56在适当的位置、拉紧锁定销钉56、传导磁力线的组合功能，也为离合器工作空气隙提供了一润滑脂护罩。这样的一个装置是非常优越，且可省去一些先有技术结构中所要求的部件。

很明显地，用法兰盘47的部分49，将压缩机离合器结构连接到交流发电机转子部件（该法兰盘47交迭交流发电机转子前部分82的法兰盘部分51），形成一十分小型的结构。法兰盘49和51加工到准确的滑动配合直径以保证皮带轮42与压缩机曲轴的轴和轴承58的轴有良好的同心度。准确的径向定位，对于在转子皮带轮部分43和法兰盘64的部分63之间的磁通传送隙保持好的调节方面，也是重要的，使该部分43和法兰盘63永不磨擦，亦不在过度隙中操作。一个均匀的空气隙于是保持在离合器的圆周周围。在法兰盘部分49和51两者之间的重迭接合，也形成了一主要的磁通传导路径，因为在滑动配合重迭的空气隙是非常小和因为重迭的面积是比较大。螺母54和66的装配也提供了双滚道滚珠轴承58的内、外轴承滚道两者的高度夹紧力，从而提供了工作部件良好的定位。所以此装置允许系统在运动的和固定的部件两者间无干扰地高速运转。

继续参阅图1、2和4至6，交流发电机结构包括交流发电机底座72和以紧固件98固定于交流发电机底座72上的交流发电机壳70。交流发电机壳70最好由钢构造，并包括安装支架68，把发电压缩机组固定于车辆发动机上之用。安装支架68是以贯穿螺栓63、螺母65和垫圈61连在发动动机安装支架67和69上。交流发电机底座72以象环绕的焊接75那样固定到压缩机壳73上。定子74由如图2中所示的一常规的圆柱形定子铁心片堆所组成。定子线圈76是固定在定子铁心片堆的内圆柱表面确定的定子槽内。环状永久磁铁78是与定子74同轴且固定在其内部。交流发电机场线圈80是固定在环状磁铁78内部且同时与其同轴。于是定子74、永久磁铁环78和场线圈80形成一个以定子74为最外层元件和以场线圈80为最里面元件的同轴结构。

交流发电机的转子结构包括转子前半部82和转子后半部84。交流发电机转子半部82和84，以多个紧固件（未画出）例如固定在窗口85内的贯穿螺栓（其中一个已画出）固定在一起。转子半部82的法兰盘81形成在转子半部82和交流发电机底座72两者之间的主要磁通传送路径，由于与法兰盘81有关的径向空隙是十分小的。由邻近轴承58提供良好的径向定位，就可以使用这些小空气隙。铁磁体的部件86和88起作用，进一步减少磁通传送隙的磁阻。壳88也用作线圈80的防护和保持罩，和在89处圆周地卷曲到交流发电机底座72上。壳88在其圆柱表面有孔带87，为了限制通过其中心圆柱形部分的分路磁通的数量。

风扇90是用作冷却交流发电机结构。风扇90是以适宜的装置（例如贯穿螺钉）固定到交流发电机转子后半部84。利用风扇90的最大可能直径可获得良好的离心式鼓风机作用。空气是通过相对地开口的转子极片和通过环绕地排在壳64的前面的适宜的孔（未画出）吸进。风扇叶的运动通过定子绕组76，提供对绕组良好的风冷却。空气通过邻近最大半径风扇叶尖的交流发电机壳70中的孔排出。

整流器94是用来整流由交流发电机产生的交流电压。整流器94包括接头95，作为有关的线路例如电压调整线路的线头（未画出）连接之用。一散热器92是供给如图的整流器94用。电压调节部件96调节由交流发电机产生的电压。焊接销钉102焊接到交流发电机底座部件72及压缩机壳73的后边，作为进一步固定压缩机壳到交流发电机上。

转子前半部82包括一圆形的法兰盘部分108，如图7所示。转子前半部82和转子后半部84分别包括多元齿状物110和112。转子82及84的前和后半部的齿状物110和112是圆周地交错式样安装，以便两者联锁。后转子半部84包括一个含有一中心窗口124的圆形的法兰盘部分114，用作容纳激磁线圈80、壳88和交流发电机底座72的肩部分89。永久磁铁环78是同时夹紧在前和后转子半部两者之间，以备旋转。

参阅图1、2和9，定子74包括一个含有用作形成定子铁心槽120的定子齿122的定子铁心片堆118。定子线圈76包括以交迭形式圆周地安装在槽120中的定子线圈绕组130、132和134，如图9中所见。

参阅图3，能见到绕组130、132和134是以△方式电气连接至蓄电池的正和负端，其中各绕组接头135以二极管136-146连接。容纳在电压调整装置96中的电压调整线路148传感通过电池的电压，而提供一调节电压，作为调节通过交流发电机场线圈80的电流。

参阅图7，是图1交流发电机磁结构的一个放大部分，图中画出磁力线160、162、164和165。场线圈80是连接到系统的电池，形成的南极和北极与永久磁铁环78的南极和北极是相反的。这样，由线圈80所产生的磁化力将与永久磁铁环78的磁化力相反。

当调节线圈80中的电流是零时，来自永久磁铁78的磁通是经交流发电机底座72分路，如在磁力线160大略地代表。一线圈电流如单匝91所示，在正方向从零增加，在交流发电机底座72中的磁通减向零，而来自永久磁铁78的磁通是强制的通过定子74。这情形大略地由磁力线162代表。当线圈电流进一步增加时，在交流发电机底座72中的磁通通过一零点然后增加量值。这磁通经过交流发电机底座72加到来自磁铁78的磁通，且通过定子74，如磁力线164和165分别大略地代表。当线圈80中的电流在最大值时，定子74中的磁通也将在最大从在定子绕组76中引起一高电平的开路产生电压。藉适宜地连接场线圈80到电压调整线路148，交流发电机的产生电压的调节能够实现。

交流发电机12操作以转子83的旋转来产生一电压，由此齿状物110和112循环地引起通过定子74的磁力线线路径断开，和由此不断地改变定子线圈76中的磁通，引起一个根据法拉第定律产生的电压。

由此可见，藉线圈80颇小的激磁电流的合适调节，流经定子铁心74和转子83的磁通总量能按要求改变，从而改变了由交流发电机产生的电压。

借助电压调整器148来调节施加至场线圈80的电压量值，由交流发电机产生的输出电压是持续稳定，用于变动车辆发动机的旋转速率和用于变动系统的需求。这是用调节一小的场线圈电压来简单地完成，从而系统的效率较先有技术结构有很大的改进。

很明显，其中交流发电机场线圈80相对于永久磁铁环78作同轴地安装的这结构，十分小型，从而交流发电机前至后的尺寸保持到最小。

而且，以这小型结构，用于交流发电机底座72、壳88和部件86的钢需要总量，是保持到最小，从而交流发电机的重量保持到最小。这有益的结构提供的是一小型的发电压缩机组，包括由一个永久磁铁和电磁线圈产生的一个磁力线场，其中产生电压的调节是通过调节小的场线圈电流轻而易举地完成。永久磁铁激励的环状磁铁和激磁场线圈的连接的磁力线路径，是部分地相加和部分地相减有利于产生电压的调节。

本发明被誉为一最佳设计，并相信可以进一步修改。本申请企图包括遵循一般原理对发明的任何变更、使用和修改，也包括那些偏离本发明而作的变更、使用和修改，无论是以本发明所属领域内所熟知的和常规的方式作出的，还是属于所附的权利要求的范围内的。

Claims (9)

1、在一个单一的发电压缩机组装置中，一磁力线场产生装置包括：

一个固定的环线形磁场线圈装置(80)用作产生磁力线和连接至直流电压源(150)，其特征在：一可旋转的永久磁铁(78)，与所说线圈(80)同轴地安装；转子装置(82、84)与所说线圈(80)和永久磁铁(78)同轴地安装，且形成所说线圈和永久磁铁的一磁力线路径的一部分；及圆柱形定子装置(74)，与用作完成所说磁力线路径的所说转子同轴地安装，和包括一定子线圈(76)，从而所说转子(82、84)的旋转在所说定子线圈(74)中产生一电压。

2、按权利要求1规定的发电压缩机组，其特征是所说定子（74）中的磁力线总量的变化，是施加于所说场线圈（80）的电压量值的一个函数。

3、按权利要求2规定的发电压缩机组，其特征是施加于所说场线圈的所说电压的所说量值是由一电压调整器（148）来调节。

4、按权利要求1规定的发电压缩机组，其特征是所说转子包括第一和第二转子部分（82、84），每部分包括圆周地安装极片（110、112），所说各个部分的极片互相交错。

5、按权利要求1规定的发电压缩机组，其特征是由所说永久磁铁（78）和所说场线圈（80）产生的磁力线，在所说磁力线路径的某些部分中是相减的，而在所说磁力线路径的其他部分中则是相加的。

6、按权利要求1规定的发电压缩机组，其特征是包括一简单的场线圈（80）。

7、按权利要求1规定的发电压缩机组，其特征是所说永久磁铁包括一个具有沿所说环的相对边缘设置相反磁极的环状磁铁（78）。

8、按权利要求1规定的发电压缩机组，其特征是包括一固定的压缩机壳（73），一固定的交流发电机壳（70）紧固于所说压缩机壳（73）上，所说场线圈（80）紧固于所说交流发电机壳（70）上。

9、按权利要求1规定的发电压缩机组，其特征是所说压缩机壳（73）是由一种非磁性的材料组成，并且，所说交流发电机壳（70）是由一种铁磁性材料组成，所说交流发电机壳形成所说磁力线路径的一部分。

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