專利名稱：雙激勵(lì)電機(jī),尤其是汽車的交流發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諸如汽車交流發(fā)電機(jī)之類的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
作為單相或多相發(fā)電機(jī)的典型的汽車交流發(fā)電機(jī)通常包括一個(gè)定子，一個(gè)配備了激勵(lì)線圈的轉(zhuǎn)子在該定子中轉(zhuǎn)動(dòng)。該激勵(lì)線圈由一些電刷供電，電刷則與設(shè)置在轉(zhuǎn)子軸的凸出部分上的兩個(gè)集電環(huán)相接觸。
人們已經(jīng)獲知，尤其是通過歐洲專利EP0707374了解了一些旋轉(zhuǎn)電機(jī)。在這些機(jī)器中，定子線圈的激勵(lì)是同時(shí)由一些永久磁體和一些線圈進(jìn)行的；并且，通過換向而對一個(gè)或幾個(gè)激勵(lì)線圈所感應(yīng)出的電流進(jìn)行控制。激勵(lì)電流的換向用于在多種速度下減小永磁體的磁通。
在這種類型的機(jī)器中，由于激勵(lì)電流本身就是雙向的交流電，這種換向仍需要借助于一個(gè)“H”型的切換電橋，這就增加了成本。
本發(fā)明目的在于克服這些缺陷，以及提出一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)，尤其是一種交流發(fā)電機(jī)。在該機(jī)器中，激勵(lì)時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)對輸出電流的調(diào)節(jié)，并且盡管采用了一些永久磁體來實(shí)現(xiàn)這種激勵(lì)，但仍可以在無激勵(lì)(或基本上無激勵(lì))和最大激勵(lì)之間改變這個(gè)激勵(lì)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是要實(shí)現(xiàn)這樣的一個(gè)機(jī)器，在該機(jī)器中，通過提供同樣是在零和一個(gè)最大值之間變化的激勵(lì)電流，使得激勵(lì)在前述的兩個(gè)極限之間變化。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種單轉(zhuǎn)子雙磁體間隙結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，它軸向尺寸緊湊并且具有很高的功率重量比。
因此，本發(fā)明提出了一種磁通換向的電機(jī)，它包括定子和轉(zhuǎn)子，定子包括位于至少一對凹槽中的至少一個(gè)感應(yīng)線圈，轉(zhuǎn)子具有一些元件，這些元件能夠有選擇地建立起圍繞著一個(gè)或一些感應(yīng)線圈的閉合磁路，其特征在于，所述的這些元件包括至少一個(gè)永久磁體，該永久磁體能夠建立起沿著轉(zhuǎn)子圓周方向的自身成環(huán)形的磁通，這些元件還包括至少一個(gè)激勵(lì)線圈，它能夠建立起與上述永磁體所產(chǎn)生的磁通相反的圓周方向的可調(diào)節(jié)的局部磁通。
這樣的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)實(shí)際上能夠允許斷路器采用傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)激勵(lì)，這樣，與交流電的機(jī)器相比，這些斷路器的成本僅為1/4。
轉(zhuǎn)子的周向長度上最好具有一些交替的永久磁體和激勵(lì)線圈。
尤其是轉(zhuǎn)子最好具有一些交替的永久磁體和H形構(gòu)件，這些H形構(gòu)件確定了用以裝納激勵(lì)線圈的凹槽。
這些H形結(jié)構(gòu)能夠使線圈端部的長度減小，這就減小了阻抗，進(jìn)而也減少了激勵(lì)的焦耳損失，因而提高了效率。
該機(jī)器最好具有一個(gè)內(nèi)定子和一個(gè)外定子。
這種結(jié)構(gòu)與雙轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)電機(jī)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，其優(yōu)點(diǎn)之一在于轉(zhuǎn)子的慣性很小。
這種結(jié)構(gòu)的軸向尺寸緊湊，并且由它的兩個(gè)定子可以輸出很大的功率，它被有利地應(yīng)用于功率重量比很高的交流發(fā)電機(jī)起動(dòng)器。
本發(fā)明還涉及上述類型的雙激勵(lì)混合電機(jī)的轉(zhuǎn)子。
在結(jié)合附圖閱讀了下面作為舉例的對本發(fā)明較佳實(shí)施例的詳細(xì)說明后，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚；其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明簡單實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子和定子組件的展開示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的三相電機(jī)中的轉(zhuǎn)子和定子組件的局部橫截面視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子和定子組件的展開示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的同一電機(jī)中的轉(zhuǎn)子和定子組件的局部橫截面視圖。
首先參見圖1，圖中表示了能夠配備于本發(fā)明的單相交流電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子。
定子1包括一個(gè)環(huán)形構(gòu)架2，它由兩部分構(gòu)成，這兩部分確定出了一個(gè)連續(xù)的環(huán)形構(gòu)件。在該構(gòu)件的內(nèi)周面上設(shè)有裝納著感應(yīng)線圈組4的一些凹槽3。這些凹槽3呈偶數(shù)并且均勻地分布在定子的周邊上。
轉(zhuǎn)子5由一系列H形的構(gòu)件6構(gòu)成，這些構(gòu)件6與一些裝有永久磁體8的凹槽7相互交替。
限定出H形構(gòu)件6的內(nèi)外槽6a、6b中裝納著激勵(lì)線圈9，這些線圈與裝置10相連，以便用可調(diào)節(jié)的激勵(lì)電流向它們供電。
這些H形構(gòu)件6和永久磁體8均勻地分布在轉(zhuǎn)子5上。磁體8和H形構(gòu)件6兩者的數(shù)量都對應(yīng)著該旋轉(zhuǎn)電機(jī)的極對的數(shù)量，也就是說是凹槽3數(shù)量的一半。更準(zhǔn)確地說，磁體8和H形構(gòu)件6這樣分布，使得當(dāng)某個(gè)外槽6a正對著一個(gè)定子槽3時(shí)，該H形構(gòu)件兩邊的磁體8也都分別正對著上述這個(gè)槽3兩邊的凹槽3。
永久磁體8的N/S極的取向是這樣的當(dāng)線圈9中沒有電流時(shí)，這些磁體在轉(zhuǎn)子5上產(chǎn)生出基本上沿圓周的、如圖1中箭頭所示方向的磁通。
因此，在沒有激勵(lì)電流時(shí)，沒有任何磁場會(huì)穿過定子1形成環(huán)路(或者說僅有可以忽略的一小部分)，無論轉(zhuǎn)子5的角位置如何都是如此，因此在感應(yīng)線圈4中不會(huì)產(chǎn)生任何電流(一些可忽略的電流除外)。
因而該裝置未受激勵(lì)。
如果現(xiàn)在把一個(gè)單向的電流引入到激勵(lì)線圈中，以便產(chǎn)生出與磁體8的磁通方向相反的磁通，那么當(dāng)激勵(lì)電流足夠大時(shí)，這種相反就迫使磁體8和線圈9的磁通都穿過磁體空隙并在定子1中延伸。
結(jié)果就會(huì)產(chǎn)生出感應(yīng)電動(dòng)勢。
眾所周知，這個(gè)電動(dòng)勢由于在基本為零和最大值之間變化，該電動(dòng)勢的值取決于激勵(lì)線圈9所產(chǎn)生的電磁場的幅度。
磁體8和激勵(lì)線圈9的尺寸設(shè)定為在一些通常的激勵(lì)電流強(qiáng)度下，使激勵(lì)線圈的磁通大于磁體的磁通。
因此，隨著線圈9中的電流的調(diào)節(jié)變化，不僅可以調(diào)節(jié)激勵(lì)線圈9的磁通，而且還可以調(diào)節(jié)磁體8在定子中的磁通。因此，通過上述的結(jié)構(gòu)，用簡單的直流電就可調(diào)節(jié)該電機(jī)的運(yùn)行。
例如，通過一個(gè)由調(diào)整微處理器控制的獨(dú)立的晶體管來實(shí)現(xiàn)上述的調(diào)節(jié)。
下面參照圖2來描述本發(fā)明的多相電機(jī)的實(shí)施例。
對于圖2的與圖1旋轉(zhuǎn)電機(jī)中相同的那些元件，給予了相同的標(biāo)號并增加了100。
這個(gè)電機(jī)例如是三相的，它包括與圖1相同的轉(zhuǎn)子105，轉(zhuǎn)子包括一些H形構(gòu)件106，這些構(gòu)件106與一些永久磁體108相互交替，H形構(gòu)件106所確定的凹口部分中裝納著激勵(lì)線圈109。
永久磁體108裝在槽107中，槽107的深度略小于轉(zhuǎn)子105的徑向厚度。
定子121在圓周方向上是連續(xù)的，它以傳統(tǒng)的方式由一些疊合的鋼片構(gòu)成。對于轉(zhuǎn)子的每一對磁極，定子121具有6個(gè)槽103，這些槽103是由基本上以均勻的方式呈角度分布的內(nèi)齒122所確定的。這些槽103容納著不同的相位線圈104a、104b、104c，在定子周邊上的連續(xù)的三個(gè)槽103中分別具有上述的三個(gè)相位線圈。
圖2的裝置按照與圖1相同的原理進(jìn)行工作。
具體地說，當(dāng)任何一個(gè)激勵(lì)線圈109都未受到激勵(lì)時(shí)，永久磁體108共同產(chǎn)生出實(shí)際上只在轉(zhuǎn)子中環(huán)通的磁通，因此定子的相位線圈送出的電流基本為零。
與此相反，當(dāng)沿著與永久磁體108所產(chǎn)生的磁場相反的方向進(jìn)行激勵(lì)時(shí)，磁場就會(huì)包圍不同的相位線圈104a、104b、104c，因而當(dāng)轉(zhuǎn)子以給定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該裝置產(chǎn)生出三相的電動(dòng)勢。當(dāng)激勵(lì)電流在零和最大激勵(lì)之間變化時(shí)，該電動(dòng)勢也基本上在零和最大值之間變化。
在圖1和圖2所示的實(shí)例中，轉(zhuǎn)子5和105都裝在(未示出的)軸上，這些軸是由非磁性材料制成的，或者是通過非磁性材料而與永久磁體/H形構(gòu)件/激勵(lì)線圈組件相互隔絕。
其它的實(shí)施方式也是可行的。
正如圖3和圖4所示，尤其可以想到把轉(zhuǎn)子安裝在內(nèi)定子和外定子之間。
對于圖3和圖4實(shí)施例中的與圖1實(shí)施例相同的那些元件，給予了相同的標(biāo)號并增加了200。
因此，圖3和圖4所示的電機(jī)包括一個(gè)外定子201和一個(gè)轉(zhuǎn)子205，它們分別相同于定子1和轉(zhuǎn)子5。
尤其是轉(zhuǎn)子205由一系列H形的構(gòu)件206構(gòu)成，這些構(gòu)件206與一些永久磁體208相互交替，H形構(gòu)件所確定的凹槽中裝納著激勵(lì)線圈209。
外定子201本身由疊合的鋼片構(gòu)成，在外定子的內(nèi)周邊上有一些裝納著感應(yīng)線圈204的槽203。
轉(zhuǎn)子205在這個(gè)外定子201和一個(gè)內(nèi)定子211之間轉(zhuǎn)動(dòng)。內(nèi)定子211也由疊合的鋼片構(gòu)成，在其內(nèi)周邊上有一些也裝納著感應(yīng)線圈214的槽213。槽213的數(shù)量相同于槽203的數(shù)量，所述槽213的位置正對著槽203。
這種結(jié)構(gòu)的電機(jī)的運(yùn)行與圖1和圖2所示電機(jī)相類似。
在沒有激勵(lì)電流時(shí)，永久磁體208的磁場環(huán)繞在轉(zhuǎn)子205中。當(dāng)轉(zhuǎn)子205轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)線圈204和214中不產(chǎn)生任何電流。
與此相反，當(dāng)發(fā)出激勵(lì)電流時(shí)，迫使磁體208的磁通延伸穿過兩個(gè)磁體空隙，到達(dá)內(nèi)定子201和外定子211，并在感應(yīng)線圈204、214中產(chǎn)生出電動(dòng)勢。
將會(huì)注意到，兩個(gè)定子201、211的感應(yīng)線圈是相互獨(dú)立的，這種結(jié)構(gòu)有利地適合于制造雙電壓的三相電機(jī)，第一定子能夠工作在14V，根據(jù)車上電網(wǎng)的需要，第二定子可工作在24V、48V或96V。
當(dāng)然，已經(jīng)描述過的這些類型的這些結(jié)構(gòu)，可以同時(shí)地或依次地予以采用。
此外，將會(huì)看到，圖1～圖4的電機(jī)如果需要可進(jìn)行初始磁化或重新磁化。
更準(zhǔn)確地說，假如磁體在未受到預(yù)先磁化的情況下就裝到了轉(zhuǎn)子中，那么只需向激勵(lì)線圈提供一個(gè)與通常的激勵(lì)電流方向相反的電流，在轉(zhuǎn)子中就產(chǎn)生出了一個(gè)圓周磁場，其方向與永久磁體所產(chǎn)生的磁場方向相同。這個(gè)磁場能夠磁化或重新磁化那些磁體。例如可以借助于半導(dǎo)體切換裝置來建立起這個(gè)用于磁化或重新磁化的反向磁場，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠毫無困難地制造出這類切換裝置。
這個(gè)工作一方面可在汽車上通過蓄電池提供的電能來完成，另一方面也可在車間中在維修工作中完成。
另外，將會(huì)注意到，由于這種結(jié)構(gòu)形式，線圈在H形構(gòu)件上的安裝是很便利的，并且可以獨(dú)立于永久磁體的安裝而單獨(dú)進(jìn)行。
另外，當(dāng)磁體已被磁化時(shí)，將轉(zhuǎn)子安裝到定子上也是很方便的，這是因?yàn)橛谰么朋w的磁場在轉(zhuǎn)子中自行封閉，不會(huì)有轉(zhuǎn)子構(gòu)件貼附到內(nèi)外定子的鐵磁性組成部分上的意外情況。
與現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)相比，所推薦的新結(jié)構(gòu)能夠提高效率10％～20％。
當(dāng)然，本發(fā)明絕不局限于所描述和示出的這些實(shí)施例。
具體地說，根據(jù)上面的論述，人們可以制造出按照發(fā)電機(jī)以及電動(dòng)機(jī)原理運(yùn)行的一些機(jī)器，例如車輛的交流起動(dòng)器，以及具有任何數(shù)量的相位的機(jī)器。
另外，激勵(lì)線圈被制作成圍繞著H形構(gòu)件(即制成環(huán)形線圈)，與凸極電機(jī)的線圈相比，這當(dāng)然有利于改善這些構(gòu)件的抗離心力作用。
眾所周知，用在汽車中永磁體發(fā)電機(jī)的主要缺陷在于總是存在著由一些不具備調(diào)節(jié)功能的永久磁體所產(chǎn)生的有效磁通，這會(huì)導(dǎo)致過壓，進(jìn)而造成車上電網(wǎng)元件的局部或整體的損壞。在本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)沒有激勵(lì)時(shí)，由于永磁體的磁通不能自行穿過定子形成閉合，這些磁通是無效的，因而克服了上述缺陷。
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)，包括至少一個(gè)定子(1,101,201,211)和一個(gè)轉(zhuǎn)子(5,105,205)，定子包括位于至少一對凹槽中的至少一個(gè)感應(yīng)線圈，轉(zhuǎn)子(5,105,205)具有一些元件，這些元件能夠有選擇地建立起圍繞著一個(gè)或一些感應(yīng)線圈的閉合磁路，其特征在于，所述的這些元件包括至少一個(gè)永久磁體(8,108,208)，這能夠建立起沿著轉(zhuǎn)子(5,105,205)圓周方向的自身成環(huán)形的磁通；這些元件還包括至少一個(gè)激勵(lì)線圈(9,109,209)，它能夠建立起與所述永久磁體(8,108,208)所產(chǎn)生的磁通相反的圓周方向的可調(diào)節(jié)的局部磁通。
2.如權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于，轉(zhuǎn)子(5,105,205)的周向長度上具有一些交替的永久磁體(8,108,208)和激勵(lì)線圈(9,109,209)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電機(jī)，其特征在于，轉(zhuǎn)子(5,105,205)具有一些交替的永久磁體(8,108,208)和H形構(gòu)件，這些H形構(gòu)件確定了用以裝納激勵(lì)線圈(9,109,209)的凹槽。
4.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其特征在于，它包括一個(gè)內(nèi)定子(1,101,201,211)和一個(gè)外定子(1,101,201,211)。
5.如權(quán)利要求4所述的電機(jī)，其特征在于，兩個(gè)定子(201,211)分別具有相同數(shù)量的凹槽，這些凹槽相互面對地延伸。
6.如權(quán)利要求1～5中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其特征在于，它具有一些部件，以便借助于激勵(lì)線圈(9,109,209)建立起對永久磁體(8,108,208)進(jìn)行磁化或重新磁化的反向磁場。
7.汽車的交流發(fā)電機(jī)，其特征在于，它由權(quán)利要求1～6中任一項(xiàng)所述的電機(jī)構(gòu)成。
8.雙電壓的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，它由權(quán)利要求5或6所述的電機(jī)構(gòu)成。
9.交流發(fā)電機(jī)起動(dòng)器，其特征在于，它由權(quán)利要求8所述的電機(jī)構(gòu)成。
10.雙激勵(lì)混合電機(jī)的轉(zhuǎn)子，包括一些元件，這些元件能夠有選擇地建立起圍繞著一個(gè)或一些感應(yīng)線圈的閉合磁路，其特征在于，所述的這些元件包括至少一個(gè)永久磁體，它能夠建立起沿著轉(zhuǎn)子(5,105,205)圓周方向的自身成環(huán)形的磁通；這些元件還包括至少一個(gè)激勵(lì)線圈(9,109,209)，它能夠建立起與所述永久磁體(8,108,208)所產(chǎn)生的磁通相反的圓周方向的可調(diào)節(jié)的局部磁通。
全文摘要
一種電機(jī),包括至少一個(gè)定子(201,211)和一個(gè)轉(zhuǎn)子(205),定子包括位于至少一對凹槽中的至少一個(gè)感應(yīng)線圈,轉(zhuǎn)子(205)包括一些磁通換向元件,這些元件能夠有選擇地建立起圍繞著一個(gè)或一些感應(yīng)線圈的閉合磁路,其特征在于,所述的磁通換向元件包括至少一個(gè)永久磁體(208),它能夠建立起沿著轉(zhuǎn)子(205)圓周方向的自身成環(huán)形的磁通;以及至少一個(gè)激勵(lì)線圈(209),它能夠建立起與所述永久磁體(208)所產(chǎn)生的磁通相反的圓周方向的可調(diào)節(jié)的局部磁通。
文檔編號H02K19/26GK1215241SQ98124138
公開日1999年4月28日 申請日期1998年10月7日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月7日
發(fā)明者多克歐·安托伊那·阿克馬克歐 申請人:瓦萊奧電機(jī)設(shè)備公司