專利名稱：緊湊型高功率交流發(fā)電機的制作方法
緊湊型高功率交流發(fā)電機
背景技術：
由永磁發(fā)電機供給的功率根據(jù)轉(zhuǎn)子的速度顯著變化。在許多應用中，轉(zhuǎn)子速度的 變化通常是由于例如汽車內(nèi)發(fā)動機速度的變化或負載特性的變化。因而，通常采用電子控 制系統(tǒng)。因此于1997年4月四日授予Scott等人的上述美國專利5，625，276中描述了永 磁交流發(fā)電機和控制系統(tǒng)的實例。2000年1月25日授予Anderson等人的美國專利6 018 200中描述了其它控制系統(tǒng)的實例。在與本文本發(fā)明實施例的內(nèi)容不沖突的范圍內(nèi)，為了所 有目的將上述文獻完全以參見的方式納入本文。在這種永磁交流發(fā)電機中，效率與將磁體與定子分隔開的“氣隙”成反比。這些氣 隙通常在一英寸的千分之20至千分之40范圍內(nèi)。由定子產(chǎn)生的輸出與氣隙直徑(另外在 下文結(jié)合IF定義)的平方成比例，因此尤其有利的是使特定應用所允許的氣隙直徑最大。通常，汽車應用中的交流發(fā)電機裝備有安裝附件，其更通常地稱為安裝凸耳，該安 裝凸耳用于通過中間支架將交流發(fā)電機固定到發(fā)動機塊體上并通過稍后將描述的方法允 許交流發(fā)電機適當運行而沒有滑帶。稱為J180或鉸鏈型安裝件的通用布置(也稱為三點 安裝件)包括用于該目的的三個安裝凸耳。兩個安裝凸耳位于交流發(fā)電機的前部和后部并 軸向?qū)?。通過使用穿過兩個凸耳和安裝支架的螺栓將兩個對準的凸耳固定到發(fā)動機上相 應的結(jié)構(gòu)以有效地用作鉸鏈。通常稱為上部調(diào)節(jié)凸耳的第三安裝凸耳通常定位在交流發(fā)電 機的前部并與所述前兩個凸耳徑向相對。該上部調(diào)節(jié)凸耳安裝到裝備有螺旋千斤頂?shù)难b置 以使交流發(fā)電機繞由前兩個凸耳形成的鉸鏈轉(zhuǎn)動且一旦實現(xiàn)適當?shù)膸埩蛯⒔涣靼l(fā)電 機鎖定在位。螺旋千斤頂并不總是存在于該類型的所有支架中，在該情況下，使用杠桿(通 常是木桿)使交流發(fā)電機繞鉸鏈轉(zhuǎn)動，并然后通過設計成用于該功能的簡單支架和鎖定固 定件固定交流發(fā)電機。在任一種情況下，交流發(fā)電機都用作電氣系統(tǒng)的功率產(chǎn)生部件和繞 過交流發(fā)電機帶輪到達相應驅(qū)動帶輪(通常是發(fā)動機曲軸帶輪)的汽車安全帶的張緊器。 在某些發(fā)動機中，通常是大型柴油機，內(nèi)部聯(lián)接輔助驅(qū)動軸裝備有用于代替曲軸帶輪驅(qū)動 交流發(fā)電機的帶輪。盡管J180標準作為安裝交流發(fā)電機和對驅(qū)動安全帶施加張力的方法是有效的， 但J180標準僅有三個安裝點，交流發(fā)電機的大部分仍懸伸著。僅用三個安裝凸耳，交流發(fā) 電機經(jīng)受繞懸伸部分的“擺動”，這又放大了加速度的效果。通常，在汽油和柴油發(fā)動機應用 中發(fā)現(xiàn)這些破壞性的力，但在柴油機啟動期間最劇烈。當車輛經(jīng)受方向的突然改變時，例如 當撞到坑洼或其它類似路障時也會遇到猛烈的加速度。這些力的作用大大縮短交流發(fā)電機 的壽命。汽車安全帶工程最近的改進致使汽車安全帶張緊器組件的發(fā)展，通過使用一體式 扭轉(zhuǎn)彈簧對安全帶施加所要求的拉力，由此不再需要交流發(fā)電機用作安全帶張緊器。在該 布置中，交流發(fā)電機凸耳硬安裝到固定支架，不再需要鉸鏈和螺旋千斤頂。利用汽車安全帶 張緊器的優(yōu)點在于，總是正確地施加正確的安全帶張力，但使用J-180鉸鏈座架和利用三 點安裝凸耳的改型的交流發(fā)電機中仍然發(fā)現(xiàn)破壞性力g，因為沒有安裝凸耳的交流發(fā)電機 的部分仍然會擺動。
在進一步減小觀察到的破壞性力的嘗試中，汽車工程師協(xié)會(SAE)頒布了襯墊安 裝交流發(fā)電機規(guī)格建議(Pad Mount Alternator Specification Proposal)作為將交流發(fā) 電機固定到發(fā)動機的方法(SAE文件2002-01-1282)。襯墊安裝交流發(fā)電機規(guī)格建議包括四 個規(guī)格版本2-1至2-4。2-1和2-4尚待得到廣泛的接受并打算將來使用，而2_2和2_3已 經(jīng)總體被重型發(fā)動機制造商接受，使正在構(gòu)建的交流發(fā)電機符合所提出的標準。如下文將 描述的，襯墊安裝交流發(fā)電機(Pad Mount Alternator)利用將交流發(fā)電機硬安裝到發(fā)動機 塊體的四個安裝凸耳。在降低破壞性力的嘗試中，已經(jīng)開發(fā)出包括第四個安裝凸耳的J180 安裝件的改型。在任一種情況下，都將在四個位置將交流發(fā)電機硬安裝到發(fā)動機。由于用 于固定交流發(fā)電機的安裝凸耳之間的距離固定，所以SAE襯墊安裝標準以及J180四個點改 型在物理上限制總體交流發(fā)電機直徑。當前由于總體直徑被限制，增加襯墊安裝交流發(fā)電 機內(nèi)交流發(fā)電機輸出的唯一有效方法是增加總體軸向長度。該方法將輸出限制成隨著軸向 程度成比例地增加。然后非常需要開發(fā)增加交流發(fā)電機輸出的方法，同時符合SAE襯墊安 裝標準強加的預定幾何形狀或因此符合任何四點安裝交流發(fā)電機。永磁交流發(fā)電機的轉(zhuǎn)動部分包括具有其上固接有永磁鐵的轉(zhuǎn)子。在其中交流發(fā) 電機的總體直徑受限的給定應用中，顯著增加輸出一個方法是增加定子的總體長度。如 Lafontaine等人申請中所討論的那樣，由于該類型交流發(fā)電機中的轉(zhuǎn)子是端部敞開的，所 以它實際上是懸伸的并在暴露于劇烈徑向負載時經(jīng)受偏移。因此，該類型交流發(fā)電機的有 效長度受轉(zhuǎn)子可耐受的徑向負載量的限制，從而防止永磁體與定子碰損。盡管永磁體轉(zhuǎn)子 可設計成耐受最大的負載，但對于尺寸和總體重量的實際限制往往使該方法超過某些長度 是不實際的。因此，理想的是設計其中輸出顯著增加但不受轉(zhuǎn)子長度限制的永磁機器。對遠離電網(wǎng)的電動工具的需求隨著時間日益增加。在接觸到諸如110VAC的線路 級電壓不實際或完全不可能的區(qū)域，負有維修設備任務的現(xiàn)場維修人員對此需求有強烈的 感覺。用于解決該問題的一種方法是通過使用發(fā)電機組來產(chǎn)生手鉆、圓鋸以及診斷設備等 所需要的AC功率。該方法的缺點在于與現(xiàn)場維修人員所做工作不直接相關的發(fā)電機組所 需要的頻繁維護以及攜帶較大重量的設備件的不便。另一方面，如果發(fā)動機罩下交流發(fā)電 機能夠傳輸車輛系統(tǒng)DC功率和AC功率供外部使用，則能夠消除攜帶發(fā)電機組的成本和負 擔?？紤]到單個交流發(fā)電機產(chǎn)生例如12VDC車輛功率和110VAC功率，在交流發(fā)電機優(yōu)化成 產(chǎn)生12VDC將電壓增加到110的情況下或者在交流發(fā)電機優(yōu)化成產(chǎn)生110VAC將電壓相反 逐漸下降到12VDC的情況下固有的低效就成為問題。因此，生產(chǎn)出對為特定任務優(yōu)化的獨 立輸出電壓或電流構(gòu)造能夠使電輸出翻倍的交流發(fā)電機是尤其有利的。具體來說，最佳為 12VDC的輸出電壓范圍且最佳為110VAC的第二獨立的電壓范圍。磁邊緣通量的效果是公知的，且可用來增加永磁機器的功率。在永磁交流發(fā)電機 中，對給定應用限制總可用軸向長度對交流發(fā)電機的軸向定子長度施加限制。這是因為，除 了配裝在交流發(fā)電機內(nèi)的定子之外，前部和后部端板、轉(zhuǎn)子以及對所有線圈必要的間隙必 須都共享相同限制的軸向長度。在永磁機器中，能夠使磁體的長度延伸超過兩定子表面而 不影響交流發(fā)電機的總體長度。在該方法中形成的磁邊緣通量場會延伸超過定子并與也延 伸超過定子的繞組端部線圈相交。結(jié)果是磁通與延伸超過定子表面的線圈相互作用，對于 給定長度的定子，這又產(chǎn)生更多的功率。然后理想的是設計利用磁邊緣通量的交流發(fā)電機 作為對固定長度的定子增加功率的方法。
永磁機器往往顯示出不合要求的嵌齒效應。嵌齒效應是永磁交流發(fā)電機的其中磁 體繞轉(zhuǎn)子徑向等間距設置的幾何形狀的直接結(jié)果，使北極和南極交替并在每個磁體之間形 成間隙。該定子包括齒和槽，與磁體的幾何形狀相匹配。靜止時，由永磁體產(chǎn)生的磁場產(chǎn)生 將磁體預設置成直接對準在定子的相應齒上的力。當轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)時，由永磁體產(chǎn)生的磁 場隨著組件的勢能增加而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動阻力。隨著轉(zhuǎn)動繼續(xù)，當永磁體對準在相鄰定子齒之間 間隙的中部時，勢能達到其最大值。從中部位置，進一步轉(zhuǎn)動產(chǎn)生加速度，該加速度在磁體 再次直接對準在定子上的相鄰齒上時終止。該減速和隨后的加速度產(chǎn)生永磁體交流發(fā)電機 中的嵌齒效應。重要的要指出的是該循環(huán)的凈效應是在用于使交流發(fā)電機轉(zhuǎn)動的能量上的 零凈效應。永磁體交流發(fā)電機的嵌齒效應產(chǎn)生幾個不合要求的特性。這些效應中的兩個僅 在于美觀第一，產(chǎn)生尖銳的像汽笛的聲音，第二是由于永磁體的磁場產(chǎn)生的阻力不能使交 流發(fā)電機自由旋轉(zhuǎn)。由于常規(guī)Limdell交流發(fā)電機在沒有勵磁場時自由旋轉(zhuǎn)，所以可以認 識到永磁體交流發(fā)電機不能正常工作。在較大永磁體交流發(fā)電機中發(fā)現(xiàn)第三或更多的不利 效應，其中嵌齒效應的加速度和減速產(chǎn)生振動，該振動經(jīng)過一定時間可使交流發(fā)電機部件 過早磨損。該加速度和減速也在使交流發(fā)電機旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動帶上產(chǎn)生不合要求的力，縮短其 使用壽命。Lafontaine等人的申請描述了通過使用斜定子來減輕嵌齒。如Lafontaine等 人的申請中所指出的，固定斜定子的一種可能方式是使用壓緊環(huán)。由于其幾何的特性，壓緊環(huán)和其固定件突出到中心芯內(nèi)，可能不利地影響空氣流 動。為了保持足夠的冷卻流體流動，有利的是減少阻礙該流動障礙。因此，有利的是產(chǎn)生一 種固定斜定子而不會不利地影響空氣流動的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于在機械能和電能之間轉(zhuǎn)換的尤其有利的機器。某些實施例提 供在SAE襯墊安裝標準規(guī)定的限制內(nèi)運行的改進的交流發(fā)電機。本發(fā)明的各方面提供一種顯著增加永磁體交流發(fā)電機的輸出同時解決徑向負載 施加到永磁體交流發(fā)電機轉(zhuǎn)子的問題的方法。本發(fā)明的另一方面允許產(chǎn)生兩種不同電壓的功率，且在一替代實施例中，交流發(fā) 電機的至少一個輸出是直流電，另一個輸出是交流電。在直徑和總體軸向長度受限的應用中，該發(fā)明的一方面允許通過使用磁邊緣通量 使輸出能力的顯著增加而不會增加軸向長度。本發(fā)明的一方面提供一種安裝偏斜層疊件的有效方法，該方法消除或減小永磁體 機器內(nèi)存在的嵌齒而不會不利地影響空氣流動。本發(fā)明的一方面通過將雙轉(zhuǎn)子永磁體機器的相對磁體徑向偏移來減小嵌齒。本發(fā)明的一方面包括功率轉(zhuǎn)換裝置，該功率轉(zhuǎn)換裝置包括軸、第一定子、第二定 子、第一轉(zhuǎn)子和直徑相對的第二轉(zhuǎn)子。軸、定子和轉(zhuǎn)子殼體可同軸布置，轉(zhuǎn)子殼體安裝在軸 上。第一和第二定子分別包括至少一個繞組。第一轉(zhuǎn)子還包括第一多個永磁體，該第一多 個永磁體聯(lián)接到第一轉(zhuǎn)子并靠近第一定子設置，并通過第一預定間隙距離與第一定子分隔 開，從而第一定子與第一轉(zhuǎn)子的相對運動使來自磁體的磁通量與第一定子繞組相互磁作 用。此外，第二轉(zhuǎn)子還包括第二多個永磁體，該第二多個永磁體聯(lián)接到第二轉(zhuǎn)子并靠近第二 定子設置，并通過第二預定間隙距離與第二定子分隔開，從而第二定子與第二轉(zhuǎn)子的相對運動使來自磁體的磁通量與第二定子繞組相互磁作用。相應第一和第二多個永磁體的相應 的預定長度超過相應預定的第一和第二定子表面長度。本發(fā)明的另一方面包括一種引導冷卻劑流動與繞組和磁體中的至少一個熱力接 觸的冷卻系統(tǒng)。該冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生以預定速度或高于預定速度流過預定流動路徑的充分冷卻 劑流動，從而消散產(chǎn)生的熱量并保持磁體的溫度低于預定破壞性值第一和第二定子狹槽和 相應永磁體中的至少一個的設置相對于第一和第二定子的軸線偏斜預定的量。此外第一芯 側(cè)表面處狹槽的徑向位置從第二芯側(cè)表面處的狹槽的徑向位置偏移。在一實施例中，軸具 有預定直徑并包括軸錐形部分，該軸錐形部分在相對于第一和第二定子的預定位置設置在 軸的兩端之間。軸錐形部分的直徑根據(jù)預定錐度從最小直徑變化到大于軸預定直徑的預定 最大直徑。第一和第二轉(zhuǎn)子包括轂和中心通孔，該中心通孔的預定錐度對應于軸的至少一 個軸錐形部分的錐度。錐形通孔的直徑根據(jù)預定錐度從大于軸預定直徑的最小通孔直徑變 化到預定最大通孔直徑。第一和第二轉(zhuǎn)子轂設置成軸穿過并延伸通過轂通孔，軸錐形部分 接納在通孔內(nèi)，通孔的內(nèi)表面與軸錐形部分的外表面匹配接觸，其中錐形第一和第二轉(zhuǎn)子 孔的協(xié)作是與軸錐形部分的表面接觸，將第一和第二轉(zhuǎn)子都相對于軸和第一和第二定子軸 向和徑向定位，將第一和第二轉(zhuǎn)子聯(lián)接到軸以隨著軸轉(zhuǎn)動。在一實施例中，第一和第二轉(zhuǎn)子 和軸可構(gòu)成一體單元。第一轉(zhuǎn)子可安裝在第一端板上；且第一定子安裝成相對于第一端板 轉(zhuǎn)動。在另一實施例中，軸可轉(zhuǎn)動地聯(lián)接到第一端板。第一和第二轉(zhuǎn)子包括端帽，該端帽 將圓柱形殼體聯(lián)接到軸；殼體和端帽構(gòu)成一體單元。在本發(fā)明的一方面，冷卻系統(tǒng)還包括穿過第一端板的至少第一通路，該第一通路 與預定流動路徑流體連通。冷卻系統(tǒng)冷卻劑可以是空氣，且冷卻系統(tǒng)還包括設置成使空氣 移動通過第一端板通路和預定流動路徑的強制空氣供給。強制空氣供給包括相對于第一定 子的轉(zhuǎn)動異步的風機。在另一實施例中，冷卻系統(tǒng)還包括至少穿過第一定子芯的通路，且穿 過第一轉(zhuǎn)子的第一通路與第一定子芯通路流體連通。在一實施例中，冷卻系統(tǒng)還包括安裝成隨著第一轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的風機，第一轉(zhuǎn)子設置 成使冷卻劑移動通過第一定子芯通路。定子繞組包括端部線圈，該端部線圈彎曲到穿過第 一定子芯通路的冷卻劑流動路徑內(nèi)。此外，冷卻系統(tǒng)還包括設置在第一定子與第一轉(zhuǎn)子之 間的偏斜件表面以從第一定子通路引導冷卻劑流動與繞組端部線圈熱力接觸。另一實施例 包括第二端板，其中第二轉(zhuǎn)子安裝在第二端板上；且第二定子安裝成相對于第二端板轉(zhuǎn)動。 軸可以可轉(zhuǎn)動地聯(lián)接到第二端板。冷卻系統(tǒng)可還包括穿過第二端板的至少第二通路，該第二通路與預定流動路徑流 體連通。在另一實施例中，冷卻系統(tǒng)冷卻劑是空氣，且冷卻系統(tǒng)還包括設置成使空氣移動 通過第二端板通路和預定流動路徑的強制空氣供給。強制空氣供給可包括相對于第二定子 的轉(zhuǎn)動異步的風機。冷卻系統(tǒng)可還包括至少穿過第二定子芯的通路，且穿過第二轉(zhuǎn)子的第 二通路與第二定子芯通路流體連通。此外，冷卻系統(tǒng)可還包括安裝成隨著第二轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的 風機，第二轉(zhuǎn)子設置成使冷卻劑移動通過第二定子芯通路。第二定子繞組包括端部線圈，該 端部線圈彎曲到穿過第二定子芯通路的冷卻劑流動路徑內(nèi)。此外，冷卻系統(tǒng)還包括設置在 第二定子與第二轉(zhuǎn)子之間的偏斜件表面以從第二定子通路引導冷卻劑流動與繞組端部線圈熱力接觸。在一替代實施例中，冷卻系統(tǒng)還包括設置在第一與第二轉(zhuǎn)子之間的轉(zhuǎn)子偏斜 件。另一實施例可包括第二端板和外殼，其中第一和第二轉(zhuǎn)子殼體、第一和第二定子芯以及 外殼與軸同心，軸可轉(zhuǎn)動地聯(lián)接到第一和第二端板；第二轉(zhuǎn)子安裝在第二端板上；且第一 和第二定子聯(lián)接到軸以隨著軸在第一和第二端板之間并在外殼內(nèi)轉(zhuǎn)動。冷卻系統(tǒng)可包括穿過第一和第二定子芯的通路，且穿過第一和第二轉(zhuǎn)子的通路與 第一和第二定子芯通路流體連通。第一和第二轉(zhuǎn)子通路設置成冷卻劑流動被引導通過第一 端板通路，與第一定子第一繞組端部線圈熱力接觸，穿過所述第一定子芯通路，與所述第一 定子第二繞組端部線圈熱力接觸，與所述第二定子第一繞組端部線圈熱力接觸，穿過第二 定子芯通路，與第二定子第二繞組端部線圈熱力接觸，穿過第二端板通路；并與第一和第二 磁體熱力接觸。另一實施例包括相應系桿，該系桿與第一和第二端板協(xié)作，將第一和第二端 板抵靠外殼壓緊；第一和第二端板、外殼和系桿協(xié)作以保持軸、第一和第二轉(zhuǎn)子以及第一和 第二定子對準。冷卻劑是空氣，且冷卻系統(tǒng)可包括設置成使空氣移動通過第一和第二端板 通路和第一和第二定子芯通路的至少一個強制空氣供給。該強制空氣供給可包括至少一個 電動風機。電動風機可安裝在第一和第二端板上。在另一替代實施例中，強制空氣供給包 括設置成隨著軸轉(zhuǎn)動的至少一個風機。此外，第一轉(zhuǎn)子和第一定子對以及第二轉(zhuǎn)子和第二定子對可包括獨立的電輸出。 獨立輸出可構(gòu)造成分別提供直流電和交流電。例如，第一轉(zhuǎn)子和定子對以及第二轉(zhuǎn)子和定 子對構(gòu)造成提供最佳為12VDC的輸出電壓范圍和最佳為110VAC的第二獨立電壓范圍。在一替代實施例中，磁體的表面長度構(gòu)造成形成磁邊緣通量定子。此外，相對的磁 體可構(gòu)造成徑向偏移以減小嵌齒。第一和第二定子的疊片可構(gòu)造成偏斜以減小嵌齒。在一替代實施例中，第一和第二定子包括多個繞組，這些繞組的端部線圈向外延 伸超出芯變化的距離，以呈冷卻劑流動路徑內(nèi)的柵格狀結(jié)構(gòu)。端部線圈向外延伸超過芯周 向部分側(cè)表面以提供端部線圈與芯周向部分側(cè)表面之間的空間，由此便于線圈內(nèi)產(chǎn)生的熱 的消散。在一實施例中，第一和第二轉(zhuǎn)子、第一和第二定子協(xié)作作為用于車輛的緊湊型高功 率交流發(fā)電機。替代地，第一和第二轉(zhuǎn)子、第一和第二定子協(xié)作作為用于改裝現(xiàn)有車輛的緊 湊型高功率交流發(fā)電機。此外，第一轉(zhuǎn)子和直徑相對的第二轉(zhuǎn)子的設計有助于抵抗由于加速度造成的裝置 變形。第一轉(zhuǎn)子和直徑相對的第二轉(zhuǎn)子的設計縮短了所述裝置的力矩臂長度，其中減小多 個轉(zhuǎn)子的變形。本發(fā)明的一替代實施例包括功率轉(zhuǎn)換裝置，該功率轉(zhuǎn)換裝置包括軸、第一定子、第 二定子、第一轉(zhuǎn)子和直徑相對的第二轉(zhuǎn)子。軸、定子和轉(zhuǎn)子殼體同軸布置，轉(zhuǎn)子殼體安裝在 軸上。第一和第二定子包括至少一個繞組。第一轉(zhuǎn)子包括第一多個永磁體，該第一多個永磁 體靠近第一定子設置，并通過預定間隙距離與第一定子分隔開，從而第一定子與第一轉(zhuǎn)子 的相對運動使來自磁體的磁通量與第一定子繞組相互磁作用。此外，第二轉(zhuǎn)子包括第二多 個永磁體，該第二多個永磁體靠近第二定子設置，并通過預定間隙距離與第二定子分隔開， 從而第二定子與第二轉(zhuǎn)子的相對運動使來自磁體的磁通量與第二定子繞組相互磁作用。相 應第一和第二多個永磁體的預定長度超過預定的第一和第二定子的各自表面長度。此外， 可有將裝置聯(lián)接到表面的四個凸片。第一和第二定子狹槽和相應永磁體中的至少一個的設 置相對于第一和第二定子的軸線偏斜預定的量；且其中第一轉(zhuǎn)子和定子對以及第二轉(zhuǎn)子和定子對包括獨立的輸出電壓。這些獨立輸出電壓可包括直流電和交流電。例如，第一轉(zhuǎn)子和 定子對以及第二轉(zhuǎn)子和定子對構(gòu)造成提供最佳為12VDC的輸出電壓范圍和最佳為110VAC 的第二獨立電壓范圍。應當理解本文中本發(fā)明的描述僅是例示性和說明性的，而不是限制所要求保護的 本發(fā)明。


此后將結(jié)合附圖描述本發(fā)明，其中相同的附圖標記標示相同的構(gòu)件。圖IA是作為本發(fā)明參考的襯墊安裝交流發(fā)電機的現(xiàn)有實施例的正視圖。圖IA包 括沿線B-B的剖視圖。圖IB是圖IA的襯墊安裝交流發(fā)電機的俯視圖。圖IC是圖IA的襯墊安裝交流發(fā)電機的后視圖(圖IB中的視圖C_C)。圖ID是圖IA和IB的襯墊安裝交流發(fā)電機的(沿圖IB的線DD截取)的示意性 剖視圖。圖IE是圖IA和IB的襯墊安裝交流發(fā)電機的(沿圖IB的線EE截取)的示意性 剖視圖。圖IF是圖IA和IB的襯墊安裝交流發(fā)電機的(沿圖IE的線FF截取)的詳圖。圖IG是圖IA和IB的襯墊安裝交流發(fā)電機的(沿圖IA的線AA截取)的示意性 剖視圖。圖IH是圖IA和IB的襯墊安裝交流發(fā)電機的(沿圖IA的線AA截取)的示意性 剖視圖，示出較大直徑的轉(zhuǎn)子。圖II是圖IA和IB的襯墊安裝交流發(fā)電機的(沿圖IA的線AA截取)的示意性 剖視圖，示出軸向較長的轉(zhuǎn)子。圖2A是根據(jù)本發(fā)明的襯墊安裝交流發(fā)電機的第一實施例的正視圖，示出使用兩 個直徑相對但連成一體的轉(zhuǎn)子增加輸出的方法(圖2A包括沿線G-G的剖切圖)。圖2B是圖2A的襯墊安裝交流發(fā)電機的俯視圖。圖2C是圖2A的交流發(fā)電機的后視圖(圖4B中的視圖1_1)。圖2D是圖2B的交流發(fā)電機的剖視圖(沿線J-J截取)。圖2E是圖2A和2B的襯墊安裝交流發(fā)電機的(沿圖2A的線H-H截取)的示意性 剖視圖。圖3A是根據(jù)本發(fā)明的交流發(fā)電機的第二實施例的正視圖，其利用兩個直徑相對 但具有相等直徑和長度的聯(lián)合轉(zhuǎn)子使輸出最大，圖3A包括沿線K-K截取的剖切圖。圖;3B是圖3A的交流發(fā)電機的俯視圖。圖3C是圖3A的交流發(fā)電機的后視圖(圖:3B中的視圖MM)。圖3D是圖3A和;3B的交流發(fā)電機的(沿圖3A的線N-N截取)的示意性剖視圖。圖3E是圖3A和;3B的交流發(fā)電機的(沿圖3A的線L-L截取)的示意性剖視圖。圖3F是圖3A和的交流發(fā)電機的(沿圖3A的線L-L截取)的示意性剖視圖， 其利用兩個直徑相對但具有相等直徑和不等長度的聯(lián)合轉(zhuǎn)子使輸出最大，示出定子和不等 長度的轉(zhuǎn)子組。
圖4A-4C是示出交流發(fā)電機轉(zhuǎn)子(圖1A-1I中的交流發(fā)電機)上徑向負載的效應 的簡化示意圖。圖4D-4F是示出直徑相對但相等直徑和長度的聯(lián)合轉(zhuǎn)子上徑向負載的效應的簡 化示意圖(圖3A-3D中的交流發(fā)電機)。圖4G-4H是示出直徑相對但不等直徑的聯(lián)合轉(zhuǎn)子上徑向負載的效應的簡化示意 圖(圖2A-2E中的交流發(fā)電機)。圖4I-4J是示出直徑相對但相等直徑和不等長度的聯(lián)合轉(zhuǎn)子上徑向負載的效應 的簡化示意圖(圖3F中的交流發(fā)電機)。圖5A是根據(jù)本發(fā)明的交流發(fā)電機的第五實施例的正視圖，其利用兩個不同轉(zhuǎn)子 使對于給定直徑的輸出最大。圖5A包括沿線0-0截取的剖切圖。圖5B是圖5A的交流發(fā)電機的俯視圖。圖5C是沿線Q-Q截取的圖5A的交流發(fā)電機的后視圖(圖5C包括沿線T-T截取 的剖切圖)。圖5D是沿線R-R截取的圖5B的交流發(fā)電機的剖視圖(圖5D包括沿線U-U截取 的剖切圖)。圖5E是沿線S-S截取的圖5B的交流發(fā)電機的局部剖視圖(圖5E包括沿線V_V 截取的剖切圖)。圖5F是圖5A和5B的交流發(fā)電機的示意性剖視圖(沿圖5A的線P-P截取)。圖5G是圖5A和5B的襯墊安裝交流發(fā)電機的(沿圖5A的線P-P截取)的示意性 剖視圖，其選擇兩個緊密隔開的不同轉(zhuǎn)子。圖6A是根據(jù)本發(fā)明的襯墊安裝交流發(fā)電機的第六實施例的正視圖，其利用磁邊 緣通量使輸出最大。圖6B是示出懸置磁體的示意性剖視圖(沿圖6A的線X-X截取)。圖7A-7G是詳細示出固定斜的永磁體交流發(fā)電機定子的方法的詳圖。圖8A是具有偏移磁體的雙轉(zhuǎn)子的詳圖。圖8B是沿線Y-Y截取的圖8A中雙轉(zhuǎn)子的詳細剖切圖。
具體實施例方式現(xiàn)參照圖IA-IGJn Lafontaine等人描述的那樣，為了使永磁體機器內(nèi)的功率輸 出最大，理想的是使諸如定子和轉(zhuǎn)子的直徑之類的某些尺寸最大?；蛘哒f，理想的是給定大 小、殼體和安裝限制，使繞芯156的齒158的外半徑劃出的圓的直徑最大。該直徑在此稱為 氣隙直徑Dag(參見圖1F)。如上所述，汽車工程師協(xié)會(SAE)提出了適于車輛應用的四種 安裝標準，版本2-1至2-4。圖IB所示的安裝孔型式是螺栓103與107之間和螺栓105與 109之間徑向伸展設置為190. 0mm，且螺栓103與105之間和螺栓107與109之間的軸向伸 展設置為126. 3mm，符合SAE襯墊安裝版本2-3，并通常發(fā)現(xiàn)用在卡車應用中。圖IA示出交 流發(fā)電機100的與安裝支架101接觸的安裝表面111，其保持交流發(fā)電機所需要的徑向間 隙，如SAE所提出的最小為70. Omm但通常使用102mm。除非另外指出，所有的尺寸都以英寸 為單位。當考慮襯墊安裝應用中的安裝螺栓103、105、107和109時，有兩個增加功率的當前方法。第一是增加轉(zhuǎn)子直徑，使得其總體長度適合安裝螺栓之間的軸向伸展以避免圖IH 中清楚示出的過盈。第二方法是通過選擇轉(zhuǎn)子直徑增加轉(zhuǎn)子的總體長度，這避免與圖II中 清楚示出的安裝螺栓的徑向伸展的過盈。兩種方法中，增加直徑更為理想，因為功率的增加 與直徑的平方成比例，而增加轉(zhuǎn)子長度僅使功率與長度成比例的增加。傳統(tǒng)交流發(fā)電機制造商選擇設計總體定子和電樞直徑在SAE提出的徑向伸展內(nèi) 的交流發(fā)電機。這部分地由于增加常規(guī)交流發(fā)電機的電樞增大總體直徑，即對傳統(tǒng)交流發(fā) 電機的功率的適度增加轉(zhuǎn)換成不可接受的直徑增加。于是，該方法增加軸向長度而不是直 徑。圖IG示出見證線(witnessline)113，示出從交流發(fā)電機的中心軸線的最大氣隙直徑， 在受到安裝螺栓的徑向伸展的限制時，在交流發(fā)電機中可得到該最大氣隙直徑。實際上，用 于轉(zhuǎn)子的該可得到的最大半徑由于每個安裝螺栓周圍的端板126的材料而進一步減小。盡 管增加輸出的較佳方法是增加總體氣隙直徑，但可能的總體軸向長度受到限制，由此限制 潛在輸出。相反，增加轉(zhuǎn)子的軸向長度來改進輸出由于減小氣隙直徑而受到限制。因此理 想的是在單個襯墊安裝交流發(fā)電機中既增加直徑又增加軸向長度來使?jié)撛谳敵鲎畲蟆，F(xiàn)參照圖1A-1G，符合SAE提出的襯墊安裝標準版本2_3的在機械能和電能之間 轉(zhuǎn)換的裝置，例如交流發(fā)電機100包括軸110，較佳地包括錐形突出部分112和螺紋部分 114(最好參見圖1G)、轉(zhuǎn)子116、定子118、前端板120、前部軸承122、后端板126、后部軸保 持環(huán)128、后部軸承130、外殼132和相應的系桿134。轉(zhuǎn)子116安裝在軸110上以隨著軸轉(zhuǎn) 動。定子118緊密地接納在轉(zhuǎn)子116內(nèi)，通過小的氣隙AG與轉(zhuǎn)子116分隔開。前端板120、 前部軸承122、后部軸承130、后端板126、外殼132和系桿134作為支承組件協(xié)作來保持軸 110、轉(zhuǎn)子116和定子118對準。通過軸承122和130來保持軸110，軸承122和130分別 安裝在前端板120和后端板1 上，并可轉(zhuǎn)動地保持軸110與端板對準并與端板同心且垂 直。轉(zhuǎn)子116安裝成在軸110上轉(zhuǎn)動并通過鎖緊螺母IM軸向固定，鎖緊螺母通過與錐形 軸部分112協(xié)作而積極定位。后端板1 將定子118安裝和定位成使其設置在轉(zhuǎn)子116內(nèi) 與軸110和轉(zhuǎn)子116恰當對準。外殼132具有垂直于其軸線(較佳地為圓柱形)的端面， 并設置在前端板120與后端板1 之間。系桿134將端板120和1 抵靠外殼132壓緊， 保持各部件平直對準。在典型的汽車交流發(fā)電機應用中，帶輪136、風機138和螺母140安裝在軸110的 端部上。功率從發(fā)動機(未示出)通過適當?shù)膸鲃友b置(未示出)傳遞到帶輪136，并因 此傳遞到軸110。這樣施加到軸110的扭矩又使轉(zhuǎn)子116繞定子118轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子116產(chǎn)生 磁場，該磁場與定子118上的繞組相互作用。當磁場穿過繞組，產(chǎn)生電流，該電流提供給適 當?shù)呢撦d。該感應電流通常施加到橋式整流器，有時被調(diào)節(jié)并作為輸出來提供。在某些情 況下，將調(diào)節(jié)過的輸出信號施加到逆變器來提供AC輸出。如圖IG所清楚示出的，轉(zhuǎn)子116較佳地包括端帽142、圓柱形殼體144和設置在殼 體144的內(nèi)側(cè)壁內(nèi)的預定數(shù)量(例如8對)的交替磁極永磁體146。如圖ID所清楚示出的，轉(zhuǎn)子端帽142適當?shù)鼗旧铣ㄩ_，包括周向部分131、相應 交叉臂148和中心轉(zhuǎn)子轂150以提供到軸110的連接。穿過端帽142設有相應的空氣通路 152，由周向部分131、相鄰交叉臂148以及中心轂150界定。中心轉(zhuǎn)子轂150包括具有預定 錐度(例如每英尺1英寸)的通孔154，該錐度對應于軸部分112的錐度。組裝時，軸110的 軸頸穿過通孔154，使得軸錐形部分112在螺紋軸部分114緊接著的前部接納在孔154內(nèi)。螺紋軸部分114與鎖緊螺母IM協(xié)作以將轉(zhuǎn)子115積極地定位在軸110上。一般而言，交 叉臂148的厚度適當?shù)剡x擇成盡可能薄(以使重量和材料成本最低)，同時在其最薄位置 仍能承受預期負載，適當?shù)卦?/8英寸至5/8英寸范圍內(nèi)。由于轉(zhuǎn)子殼體144實際上從端 帽142懸伸出來，必需的厚度與殼體144的長度成比例。孔154附近的轉(zhuǎn)子轂150適當?shù)?足夠厚以提供與錐形軸部分112接觸的充分表面，適當?shù)貫? 英寸的量級。定子118適當?shù)匕ㄐ?56和導體繞組170。芯156適當?shù)匕ㄜ洿挪牧媳∑寞B 片堆疊件，軟磁材料例如非定向的低損(無鉛)鋼，各薄片切割或沖切成所要求的形狀對準 并連結(jié)(例如在精確夾具內(nèi)焊接或環(huán)氧粘合在一起以保持各疊層對準)。如圖IE和IF中 所清楚示出的，芯156大致為圓柱形，具有軸向鋸齒狀外周表面，即包括預定數(shù)量的齒158 和狹槽160。齒通常軸向?qū)?，但在某些要求獲取波形定時和/或消除軸向?qū)石B片中發(fā)現(xiàn) 的嵌齒效應的控制系統(tǒng)中，各疊片可逐漸偏斜預定的首尾齒偏移(較佳地但不限于偏移一 個齒)，如稍后將解釋的那樣，將解釋固定偏斜定子而不會不利地影響空氣流動的方法。芯 156較佳地基本上開有中心孔162，并適當?shù)匕ń徊姹?64和軸向通孔166以便于用安裝 螺栓168安裝到后端板1 上。如稍后將描述的那樣，徑向狹槽可用于將疊片堆疊件安裝 成優(yōu)化通過中心孔162的空氣流動。由適當絕緣的電導體(較佳地是涂漆的銅質(zhì)電動機式導線)形成的繞組170設置 在芯156上，纏繞穿過相應狹槽160，沿芯156的側(cè)面向外繞過預定數(shù)量的齒158，并然后繞 回穿過另一狹槽160。組裝時，定子118與轉(zhuǎn)子116同軸設置，并緊密地接納在轉(zhuǎn)子116的內(nèi)腔內(nèi)。如下 文將解釋的那樣，后端板126將定子118安裝和定位成使其適當?shù)貙试谵D(zhuǎn)子116的內(nèi)腔 內(nèi)。定子芯156的周向表面通過小的預定氣隙AG與磁體146的內(nèi)表面分隔開(如圖IF所 清楚示出的)。氣隙AG適當?shù)卦谇Х种?0至40英寸范圍內(nèi)，且在圖1A-1I的實施例中為 千分之30英寸的量級，例如千分之31英寸。因而，殼體144、磁體146的內(nèi)徑和定子芯156 的外徑較佳地保持成緊密公差以保持對準。重要的是將轉(zhuǎn)子116和定子118小心地對準， 且由交流發(fā)電機上外力造成的各構(gòu)件從其正常位置的移位保持在低于臨界值。如上文所指出的，通過包括前端板120、前部軸承122、后部軸承130、后端板126、 外殼132和系桿134的支承結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)軸110、轉(zhuǎn)子116和定子118的對準。實際上，軸承 122和130提供軸110和支承結(jié)構(gòu)之間相應的可轉(zhuǎn)動連接點。軸承122和130，且因此軸110 與端板120和1 分別同心設置并垂直于端板120和126。轉(zhuǎn)子116較佳地通過錐形轉(zhuǎn)子 轂通孔IM和錐形軸部分112的協(xié)作相對于軸110積極定位。定子118通過后端板1 相 對于軸110且因此相對于轉(zhuǎn)子116定位，并與軸110且因此與轉(zhuǎn)子116對準。通過外殼132 和系桿134保持端板120與1 對準。前端板120適當?shù)卮笾聻閳A柱形，包括中心設置的轂174，包括同軸的孔176，周 向部分178包括與孔176的中心隔開預定徑向距離設置并以相等角距離分布的相應(例如 4個)埋頭的鉆孔180以接納系桿134，并包括相應的(例如4個)將周向部分178連接到 轂174的交叉臂182，并限定相應的空氣通道184。前端板120定尺寸成并加工成高公差 (例如對于孔176是正負0. 0008TYP，對于諸如系桿孔180型式、外殼肩部、安裝孔型式的其 它結(jié)構(gòu)是0. 005TYP)，適當?shù)赜衫玷T鋁的金屬制成，并應當充分堅固以承受由軸110和轉(zhuǎn) 子116轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動負載，以及在帶輪136上拉動皮帶產(chǎn)生的側(cè)向負載。前部軸承122緊密地接納在軸承套筒186內(nèi)。前端板120和軸承套筒186用于分布由從軸110傳遞到軸 承122的負載產(chǎn)生的應力。軸承套筒186定位前部軸承122和軸110。后端板1 承載并定位后部軸承130，安裝并定位定子118。后端板1 適當?shù)匕?括臺階形中心轂188，該中心轂188具有向前直徑減小部分190和穿過其中的中心孔192， 以及大致圓柱形向后延伸的外周部分194，該外周部分較佳地具有與前端板120相同的外 部輪廓，并通過相應交叉臂145連接到轂188。相應的螺紋孔196在距離中心相等徑向距 離處設置在圓柱形外周部分194內(nèi)且角度設置與前端板120上的埋頭鉆孔180相同。與定 子交叉臂孔166對應的預定數(shù)量的螺紋孔196 (例如4個)設置在突起188的臺階形表面 上。直徑減小部分190的外徑大致等于(但稍小于)交叉臂164上同心徑向定位結(jié)構(gòu)198 的直徑，從而后端板部分190可緊密地接納在定子118的交叉臂164上同心徑向定位結(jié)構(gòu) 198內(nèi)。后端板1 定尺寸成并加工成高公差(例如對于中心孔192是正負0. 0008TYP，對 于諸如螺紋孔196型式、外殼肩部、安裝孔型式的其它結(jié)構(gòu)是0. 005TYP)，并適當?shù)赜芍T如 鑄鋁的金屬制成。后部軸承130緊密地接納在后端板轂188的孔192內(nèi)，并因此與軸110 對中。定子118安裝在轂188上，直徑減小轂部分190接納在定子118的交叉臂164上同 心徑向定位結(jié)構(gòu)198內(nèi)，定子后側(cè)壁抵靠轂臺階。相應螺栓168穿過通孔166并固定在螺 紋孔196內(nèi)，將定子118固定到后端板126。因此定子118相對于軸110積極定位并對準。 由于端板120和1 通過外殼132和系桿134保持彼此對準，所以軸110(和錐形部分112) 通過軸承122和130保持與端板120和1 對準，且定子118通過端板1 相對于軸110 積極定位并與軸110對準，轉(zhuǎn)子116在軸110上的積極定位和對中也提供轉(zhuǎn)子116與定子 118之間的相對定位和對準。對于給定的定子長度，增加永磁體機器的定子和轉(zhuǎn)子的直徑，更具體地說，增加氣 隙直徑Dag產(chǎn)生輸出的顯著增加(輸出增加直徑的平方)?，F(xiàn)參照圖1H，增加氣隙直徑顯著增加交流發(fā)電機100的輸出而除了增加轉(zhuǎn)子和定 子的直徑之外不會改變?nèi)魏尾考?。也符合SAE提出的襯墊安裝標準版本2-3的交流發(fā)電機 147包括軸110，較佳地包括錐形突出部分112和螺紋部分114(最好參見圖1H)、轉(zhuǎn)子115、 定子123、前端板120、前部軸承122、后端板126、后部軸保持環(huán)128、后部軸承130、外殼132 和相應的系桿134。轉(zhuǎn)子115安裝在軸110上以隨著軸110轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子115具有比轉(zhuǎn)子116大的直徑 并延伸超過證示線113。像轉(zhuǎn)子116—樣，轉(zhuǎn)子115包括端帽117、圓柱形殼體119和設置 在殼體119的內(nèi)側(cè)壁內(nèi)的預定數(shù)量(例如8對)的交替磁極永磁體121。轉(zhuǎn)子端帽117適 當?shù)鼗旧铣ㄩ_，包括周向部分137，相應的交叉臂(未示出)和中心轉(zhuǎn)子轂139以提供到 軸110的連接。穿過端帽117設有相應的空氣通路152，由周向部分137、相鄰交叉臂(未 示出)以及中心轂139界定。中心轉(zhuǎn)子轂139包括具有預定錐度(例如每英尺1英寸)的 通孔141，該錐度對應于軸部分112的錐度。組裝時，軸110的軸頸穿過通孔141，使得軸錐 形部分112在螺紋軸部分114緊接著的前部接納在孔141內(nèi)。螺紋軸部分114與鎖緊螺母 1 協(xié)作以將轉(zhuǎn)子115積極地定位在軸110上。一般而言，交叉臂(未示出)的厚度適當 地選擇成盡可能薄(以使重量和材料成本最低)，同時在其最薄位置仍能承受預期負載，適 當?shù)卦?/8英寸至5/8英寸范圍內(nèi)。由于轉(zhuǎn)子殼體119實際上從端帽117懸伸出來，必需 的厚度與殼體119的長度大致成比例。孔141附近的轉(zhuǎn)子轂139適當?shù)刈銐蚝褚蕴峁┡c錐形軸部分112接觸的充分表面，適當?shù)貫? 英寸的量級。在所有實際和實用方面，轉(zhuǎn)子115 類似于交流發(fā)電機100的轉(zhuǎn)子116。定子123的直徑有相應增加以與轉(zhuǎn)子115的直徑匹配，這增加氣隙直徑Dag。定 子123適當?shù)匕ㄐ?未示出)和導體繞組170。定子芯適當?shù)匕ㄜ洿挪牧媳∑寞B片 堆疊件，軟磁材料例如非定向的低損(無鉛)鋼，各薄片切割或沖切成所要求的形狀對準并 連結(jié)(例如在精確夾具內(nèi)焊接或環(huán)氧粘合在一起以保持各疊層對準)。該芯大致為圓柱形， 具有軸向鋸齒狀外周表面，即包括預定數(shù)量的齒和狹槽(參照圖1E)，并較佳地大致開口， 具有中心孔127，并適當?shù)匕ń徊姹?未示出)和軸向通孔129以便于使用安裝螺栓168 安裝到后端板126。由適當絕緣的電導體(較佳地是涂漆的銅質(zhì)電動機式導線)形成的繞 組170設置在芯(未示出)上，纏繞穿過相應狹槽(未示出)，沿芯的側(cè)面(未示出)向外 繞過預定數(shù)量的齒(未示出)，并然后繞回穿過另一狹槽(未示出)。組裝時，定子123與轉(zhuǎn)子115同軸設置，并緊密地接納在轉(zhuǎn)子115的內(nèi)腔內(nèi)。定子 芯(未示出)的周向表面通過小的預定氣隙AG與磁體121的內(nèi)表面分隔開(參見例如圖 1F)。氣隙AG適當?shù)卦谇Х种?0至40英寸范圍內(nèi)，且在圖1A-1I的實施例中為千分之30 英寸的量級，例如千分之31英寸。因而，殼體119、磁體121的內(nèi)徑和定子123的外徑較佳 地保持成緊密公差以保持對準。重要的是將轉(zhuǎn)子116和定子118小心地對準，且由交流發(fā) 電機上外力造成的各構(gòu)件從其正常位置的移位保持在低于臨界值。定子123安裝在轂188上，直徑減小轂部分190接納在定子118的交叉臂(未示 出)上同心徑向定位結(jié)構(gòu)198內(nèi)，定子后側(cè)壁抵靠轂臺階。相應螺栓168穿過通孔1 并 固定在螺紋孔196內(nèi)，將定子123固定到后端板126。因此定子123相對于軸110積極定位 并對準。由于端板120和1 通過外殼132和系桿134保持彼此對準，所以軸110(和錐形 部分11 通過軸承122和130保持與端板120和1 對準，且定子123通過端板1 相對 于軸110積極定位并與軸110對準，轉(zhuǎn)子115在軸110上的積極定位和對中也提供轉(zhuǎn)子116 與定子118之間的相對定位和對準。在所有實際和實用方面，定子123類似于交流發(fā)電機 100的定子118。改進永磁體機器輸出的第二方法通過增加轉(zhuǎn)子和定子的軸向長度來實現(xiàn)。加長轉(zhuǎn) 子和定子是不夠理想的方法，因為輸出的增加與長度增加以線性關系變化。但是，在某些應 用中，增加轉(zhuǎn)子和定子的長度可能是增加輸出的唯一可行方法。在增加長度的其它缺點中， 如Lafontaine等人描述的那樣，諸如發(fā)動機安裝之類的應用中轉(zhuǎn)子的長度在實踐中受到 由懸伸配件施加在交流發(fā)電機上的力的限制?，F(xiàn)參照圖II，也符合SAE提出的襯墊安裝標準版本2-3的交流發(fā)電機133包括軸 167，較佳地包括錐形突出部分112和螺紋部分114(最好參見圖1H)、轉(zhuǎn)子135、定子137、前 端板120、前部軸承122、后端板149、后部軸保持環(huán)128、后部軸承130、外殼132和相應的系 桿 134。轉(zhuǎn)子135的外徑設計成使得轉(zhuǎn)子殼體175與后端板149之間保持余隙。轉(zhuǎn)子135 安裝在軸167上以隨著軸110轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子135包括端帽177、圓柱形殼體175和設置在殼體 175的內(nèi)側(cè)壁內(nèi)的預定數(shù)量(例如8對)的交替磁極永磁體173。轉(zhuǎn)子端帽177適當?shù)鼗?本上敞開，包括周向部分179，相應的交叉臂(未示出)和中心轉(zhuǎn)子轂181以提供到軸167 的連接。穿過端帽177設有相應的空氣通路183，由周向部分179、相鄰交叉臂(未示出)以及中心轂181界定。中心轉(zhuǎn)子轂181包括具有預定錐度(例如每英尺1英寸)的通孔 183，該錐度對應于軸部分112的錐度。組裝時，軸167的軸頸穿過通孔183，使得軸錐形部 分112在螺紋軸部分114緊接著的前部接納在孔183內(nèi)。螺紋軸部分114與鎖緊螺母IM 協(xié)作以將轉(zhuǎn)子135積極地定位在軸167上。一般而言，交叉臂(未示出)的厚度適當?shù)剡x 擇成盡可能薄(以使重量和材料成本最低)，同時在其最薄位置仍能承受由于增加的長度 引起的預期負載適當?shù)卦?/8英寸至5 英寸范圍內(nèi)。由于轉(zhuǎn)子殼體175實際上從端帽177 懸伸出來，必需的厚度與殼體177的長度大致成比例?？?83附近的轉(zhuǎn)子轂181適當?shù)刈?夠厚以提供與錐形軸部分112接觸的充分表面，適當?shù)貫? 英寸的量級。在所有實際和實 用方面，轉(zhuǎn)子135類似于交流發(fā)電機100的轉(zhuǎn)子116。后端板149承載并定位后部軸承130，安裝并定位定子137。后端板149包括向后 延伸部151以接受長度增加的定子137，并適當?shù)匕ň哂星安恐睆綔p小部分155和穿過其 中的中心孔157的臺階形中心轂153，以及大致圓柱形向后延伸的外周部分159，較佳地具 有與前端板120相同的外部輪廓。相應的螺紋孔161在距離中心相等徑向距離處設置在圓 柱形外周部分159內(nèi)且角度設置與前端板120上的埋頭鉆孔180相同。與定子137的交叉 臂孔165對應的預定數(shù)量的螺紋孔163(例如4個)設置在突起153的臺階形表面上。直徑 減小部分155的外徑大致等于(但稍小于)交叉臂(未示出)上同心徑向定位結(jié)構(gòu)(未示 出)的直徑，從而后端板部分巧5可緊密地接納在定子137的交叉臂(未示出)上同心徑向 定位結(jié)構(gòu)(未示出)內(nèi)。后端板149定尺寸成并加工成高公差(例如對于中心孔157是正 負0. 0008TYP，對于諸如螺紋孔163型式、外殼肩部、安裝孔型式的其它結(jié)構(gòu)是0. 005TYP)， 并適當?shù)赜芍T如鑄鋁的金屬制成。后部軸承130緊密地接納在后端板轂153的孔157內(nèi)， 并因此與軸167對中。定子137安裝在轂153上，直徑減小轂部分155接納在定子137的 交叉臂(未示出)上同心徑向定位結(jié)構(gòu)(未示出)內(nèi)，定子后側(cè)壁抵靠轂臺階。相應螺栓 169穿過通孔165并固定在螺紋孔163內(nèi)，將定子137固定到后端板149。因此定子137相 對于軸167積極定位并對準。由于端板120和149通過外殼132和系桿134保持彼此對準， 所以軸167(和錐形部分11 通過軸承122和130保持與端板120和149對準，且定子137 通過端板149相對于軸167積極定位并與軸167對準，轉(zhuǎn)子135在軸110上的積極定位和 對中也提供轉(zhuǎn)子135與定子137之間的相對定位和對準。定子137，其長度相應增加以與轉(zhuǎn)子135的長度匹配，適當?shù)匕ㄐ?未示出)和 導體繞組170。定子芯適當?shù)匕ㄜ洿挪牧媳∑寞B片堆疊件，軟磁材料例如非定向的低 損(無鉛)鋼，各薄片切割或沖切成所要求的形狀對準并連結(jié)(例如在精確夾具內(nèi)焊接或 環(huán)氧粘合在一起以保持各疊層對準)。該芯大致為圓柱形，具有軸向鋸齒狀外周表面，即包 括預定數(shù)量的齒和狹槽(參照圖1E)，并較佳地大致開口，具有中心孔171，并適當?shù)匕ń?叉臂(未示出)和軸向通孔165以便于使用安裝螺栓169安裝到后端板149。由適當絕緣 的電導體(較佳地是涂漆的銅質(zhì)電動機式導線)形成的繞組170設置在芯(未示出)上， 纏繞穿過相應狹槽(未示出)，沿芯的側(cè)面(未示出)向外繞過預定數(shù)量的齒(未示出)， 并然后繞回穿過另一狹槽(未示出)。組裝時，定子137與轉(zhuǎn)子135同軸設置，并緊密地接納在轉(zhuǎn)子135的內(nèi)腔內(nèi)。定子 芯(未示出)的周向表面通過小的預定氣隙AG與磁體173的內(nèi)表面分隔開(參照圖1F)。 氣隙AG適當?shù)卦谇Х种?0至40英寸范圍內(nèi)，且在圖II的實施例中為千分之30英寸的量級，例如千分之31英寸。因而，轉(zhuǎn)子殼體175、磁體173的內(nèi)徑和定子芯137的外徑較佳地 保持成緊密公差以保持對準。重要的是將轉(zhuǎn)子135和定子137小心地對準，且由交流發(fā)電 機上外力造成的各構(gòu)件從其正常位置的移位保持在低于臨界值。如上所述，符合提出的SAE襯墊安裝標準的交流發(fā)電機受到安裝螺栓孔形式的限 制。制造商可或者增加氣隙直徑Dag，將轉(zhuǎn)子和定子配裝在軸向安裝螺栓之間，或者利用直 徑顯著較小的轉(zhuǎn)子和定子并位于安裝螺栓的徑向伸展之間?，F(xiàn)參照圖2A-2E，其示出通過將 直徑相對的轉(zhuǎn)子殼體組合同時仍保持符合SAE提出的襯墊安裝標準來顯著增加交流發(fā)電 機輸出的方法。交流發(fā)電機200具有交流發(fā)電機100中發(fā)現(xiàn)的多個類似結(jié)構(gòu)；軸202，較佳地包 括錐形突出部分112和螺紋部分114 ；鎖緊螺母124 ；前端板204 ；前部軸承122 ；軸承套筒 176 ；后部軸承130 ；后部軸保持環(huán)128 ；外殼132以及相應的系桿134。后端板206已延伸 到除了后部定子217和轉(zhuǎn)子部分209。轉(zhuǎn)子201，像轉(zhuǎn)子116—樣，具有類似于轉(zhuǎn)子端板134的支承板203，但中心定位有 兩個直徑相對不同直徑的轉(zhuǎn)子殼體部分207和209。轉(zhuǎn)子殼體部分209具有減小的直徑，足 以避開安裝螺栓105和109。前端板206，不像前端板120，安裝和定位前部定子215以及承 載和定位前部軸承122。定子215和217適當?shù)胤謩e包括芯288和四0以及導體繞組272和254。芯288 和290適當?shù)匕ㄜ洿挪牧媳∑寞B片堆疊件，軟磁材料例如非定向的低損(無鉛)鋼，各 薄片切割或沖切成所要求的形狀對準并連結(jié)(例如在精確夾具內(nèi)焊接或環(huán)氧粘合在一起 以保持各疊層對準)。如圖2D中所清楚示出的，芯288和290大致為圓柱形，具有軸向鋸齒 狀外周表面，即包括預定數(shù)量的齒158和狹槽160。定子215和217都較佳地基本上敞開， 定子215具有中心孔266并適當?shù)匕ń徊姹?24、徑向定位結(jié)構(gòu)222和軸向通孔220以便 于使用安裝螺栓246安裝到前部端板204，且定子217具有中心孔262并適當?shù)匕ń徊姹?觀6、徑向定位結(jié)構(gòu)284和軸向通孔MO以便于使用安裝螺栓246安裝到后端板M8。如稍 后將描述的那樣，徑向狹槽可用于將疊片堆疊件安裝成優(yōu)化通過中心孔262和沈6的空氣 流動。由適當絕緣的電導體(較佳地是涂漆的銅質(zhì)電動機式導線)形成的繞組邪4和 272設置在芯288和290上，纏繞穿過相應狹槽160，沿芯288和四0的側(cè)面向外繞過預定 數(shù)量的齒158，并然后繞回穿過另一狹槽160。組裝時，定子215和217與轉(zhuǎn)子201同軸設置，并緊密地接納在轉(zhuǎn)子201的內(nèi)腔內(nèi)。 如將解釋的那樣，后端板206安裝和定位后部定子217，且前端板204安裝和定位前部定子 215，從而起適當?shù)貙试谵D(zhuǎn)子201的內(nèi)腔內(nèi)。定子芯288和四0的周向表面通過小的預定 氣隙直徑Dag與磁體211和213的內(nèi)表面分隔開(如圖IF所清楚示出的)。前端板204適當?shù)匕ㄅ_階形中心轂208，該中心轂具有前部直徑減小部分210 和穿過其中的中心孔212以及大致圓柱形的通過相應交叉臂252連接到轂208的外周部分 214。相應埋頭鉆孔216設置在圓柱形外周部分214內(nèi)。與定子交叉臂孔220對應的預定 數(shù)量的螺紋孔218(例如4個)設置在突起208的臺階形表面上。直徑減小部分210的外 徑大致等于(但稍小于)交叉臂2M上同心徑向定位結(jié)構(gòu)222的直徑，從而前端板部分210 可緊密地接納在定子215的交叉臂2 上同心徑向定位結(jié)構(gòu)222內(nèi)。前軸承套筒176緊密地接納在前端板轂208的埋頭鉆孔226內(nèi)，且因此與軸202對中。定子215安裝在轂208 上，直徑減小轂部分210接納在定子215的交叉臂2M上同心徑向定位結(jié)構(gòu)222內(nèi)，定子后 側(cè)壁抵靠轂臺階。相應螺栓四3穿過通孔220并固定在螺紋孔218內(nèi)，將定子215固定到 前端板204。因此定子215相對于軸202積極定位并對準。后端板206，為了適應由增加后部轉(zhuǎn)子部分209和定子217產(chǎn)生的軸向長度增加， 具有承載和定位后部軸承130的圓柱形延伸部218，安裝和定位定子217。圓柱形延伸部 248必須具有足夠的強度來支承由安裝定子217產(chǎn)生的增加的應力。后端板206具有大致 圓柱形向后延伸的外周部分234，較佳地具有與前端板204相同的外部輪廓，圓柱形延伸部 248適當?shù)匕ㄍㄟ^相應交叉臂244連接的臺階形中心轂208，該臺階形中心轂208具有前 部直徑減小部分230和穿過其中的中心孔232。相應的螺紋孔236在距離中心相等徑向距 離處設置在圓柱形外周部分234內(nèi)且角度設置與前端板204上的埋頭鉆孔216相同。與定 子交叉臂孔238對應的預定數(shù)量的螺紋孔MO (例如4個)設置在突起228的臺階形表面 上。直徑減小部分230的外徑大致等于(但稍小于)交叉臂286上同心徑向定位結(jié)構(gòu)284 的直徑，從而后端板直徑減小部分230可緊密地接納在定子217的交叉臂286上同心徑向 定位結(jié)構(gòu)觀4內(nèi)。后部軸承130緊密地接納在后端板轂228的孔232內(nèi)，并因此與軸202 對中。定子217安裝在轂2 上，直徑減小轂部分230接納在定子217的交叉臂286上同 心徑向定位結(jié)構(gòu)觀4內(nèi)，定子后側(cè)壁抵靠轂臺階。相應螺栓M6穿過通孔240并固定在螺 紋孔238內(nèi)，將定子217固定到后端板206。因此定子217相對于軸202積極定位并對準。轉(zhuǎn)子201安裝在軸202上以隨著軸轉(zhuǎn)動。定子215和217緊密地接納在轉(zhuǎn)子201 內(nèi)，通過相應氣隙AG與轉(zhuǎn)子201分隔開。前端板204、軸承套筒186、前部軸承122、后部軸 承130、后端板206、外殼132和系桿134作為支承組件協(xié)作來保持軸202、轉(zhuǎn)子201以及定 子215和217對準。通過軸承122和130來保持軸202，軸承122和130分別安裝在前端板 204和后端板206上，并可轉(zhuǎn)動地保持軸202與端板對準并與端板同心且垂直。轉(zhuǎn)子201安 裝成在軸202上轉(zhuǎn)動，通過與錐形軸部分112協(xié)作而積極定位。前端板204將定子215安 裝和定位成使其設置在轉(zhuǎn)子201內(nèi)與軸202和轉(zhuǎn)子201恰當對準。后端板206將定子217 安裝和定位成使其設置在轉(zhuǎn)子201內(nèi)與軸202和轉(zhuǎn)子201恰當對準。外殼132具有垂直于 其軸線(較佳地為圓柱形)的端面，并設置在前端板204與后端板206之間。系桿134將 端板204和206抵靠外殼132壓緊，保持各部件平直對準。參照圖2E，通過采用包括后端板206內(nèi)的空氣通路沈0(由相鄰后端板交叉臂 M4、外部248和轂2 界定)、定子217中心孔沈2、轉(zhuǎn)子空氣通道沈4的冷卻系統(tǒng)引導進 入交流發(fā)電機200的冷卻氣流278經(jīng)過定子繞組254(較佳地分別穿過松弛纏繞的前側(cè)和 后側(cè)端部的相應線圈256和258)，經(jīng)過定子繞組272 (較佳地分別穿過松弛纏繞的前側(cè)和 后側(cè)端部的線圈274和276)、定子215中心孔沈6以及前端板空氣通路沈8。引導進入后 端板空氣通路沈0的氣流278沖擊繞組254(后側(cè)端部線圈258)。借助于適當?shù)南鄬υO置 或輪廓，或如圖2E的實施例中所示與軸安裝后偏斜件270協(xié)作將排出定子中心孔沈2的空 氣引導到?jīng)_擊繞組254(前側(cè)端部線圈256)。將排出轉(zhuǎn)子空氣通道沈4的空氣引導到通過 后側(cè)端部線圈276沖擊定子215的繞組272。在穿過后側(cè)端部線圈276之后，然后通過轉(zhuǎn)子 偏斜件觀2引導到定子215中心孔沈6，然后經(jīng)過前側(cè)端部線圈274，然后穿過前端板204 空氣通路沈8?？蓪惒綇娭瓶諝夤┙o，例如Lafontaine等人描述的電動風機安裝在端板206后部以增強空氣流動。在較佳實施例中，離心式風機138安裝成在帶輪136與前端板 204之間隨著軸202轉(zhuǎn)動。各空氣通路的橫截面、輪廓(轉(zhuǎn)彎和邊緣)和相對設置較佳地選 擇成使空氣速度的減小最少，并使經(jīng)過定子217的端部線圈258、256和定子215的端部線 圈274、276的氣流最大。更具體地說，將總地用箭頭278指示的冷卻空氣通過端板空氣通路沈0引入交流 發(fā)電機200。氣流278沖擊在后端部線圈258上。然后氣流278分成相應的流280和觀2。 在流出端部線圈258之后，氣流280流過定子217中心孔沈2，沖擊后部軸偏斜件270，然后 被引導穿過前側(cè)松弛纏繞的端部線圈256，然后氣流280進入轉(zhuǎn)子通路沈4，沖擊定子215 的端部線圈276，然后與轉(zhuǎn)子偏斜件282協(xié)作被引導到定子215中心孔沈6，并然后通過前 端板204內(nèi)的空氣通路268流出交流發(fā)電機200。氣流282在流出后側(cè)端部線圈258之后， 流過轉(zhuǎn)子殼體部分209外側(cè)之間并然后流過轉(zhuǎn)子部分207與圓柱形部分248的內(nèi)側(cè)和外殼 132之間，然后沖擊定子215的前側(cè)端部線圈，然后通過前端板204內(nèi)的空氣通路268流出 交流發(fā)電機200。氣流282提供對磁體213、211和前側(cè)端部線圈274的冷卻。氣流280提 供對端部線圈258、256和276的冷卻。如上所述，使用直徑相對的定子殼體提供顯著增加交流發(fā)電機輸出而不會在轉(zhuǎn)子 殼體的整體長度否則會懸伸情況下使轉(zhuǎn)子經(jīng)受過度變形的可能性。在SAE襯墊安裝交流發(fā) 電機的情況下，使用在直徑相對轉(zhuǎn)子殼體的一端使用減小的轉(zhuǎn)子直徑以充分避開安裝螺栓 是尤其有利的。在其中轉(zhuǎn)子直徑對于轉(zhuǎn)子的整體長度可最大的應用中，對該應用實現(xiàn)最大 輸出。交流發(fā)電機300，由于增加的長度和單個軸向直徑不僅用于符合提出的SAE襯墊安裝 標準的應用，而且適用于諸如J180SAE標準或其它類似安裝型式的各種其它安裝應用?，F(xiàn)參照圖3A-3E，交流發(fā)電機300具有交流發(fā)電機200中發(fā)現(xiàn)的多個類似結(jié)構(gòu)，但 最顯著的是直徑相對的轉(zhuǎn)子具有相等直徑。交流發(fā)電機300具有軸302，較佳地包括錐形 突出部分112和螺紋部分114 ；鎖緊螺母124 ；前端板304 ；前部軸承122 ；后端板306 ；后部 軸承130 ；后部軸保持環(huán)128 ；外殼308以及相應的系桿310。轉(zhuǎn)子3 具有支承板328，該 支承板中心定位在轉(zhuǎn)子殼體330內(nèi)，轉(zhuǎn)子殼體具有兩個直徑相等的直徑相對的轉(zhuǎn)子殼體部 分 332 和 334。定子340和342適當?shù)胤謩e包括芯312和314以及導體繞組316和318。芯312 和314適當?shù)匕ㄜ洿挪牧媳∑寞B片堆疊件，軟磁材料例如非定向的低損(無鉛)鋼，各 薄片切割或沖切成所要求的形狀對準并連結(jié)(例如在精確夾具內(nèi)焊接或環(huán)氧粘合在一起 以保持各疊層對準)。如圖3D中所清楚示出的，芯312和314大致為圓柱形，具有軸向鋸齒 狀外周表面，即包括預定數(shù)量的齒158和狹槽160。定子340和342都較佳地基本上敞開， 定子340具有中心孔320并適當?shù)匕ń徊姹?49、徑向定位結(jié)構(gòu)351和軸向通孔322以便 于使用安裝螺栓359安裝到前部端板304，且定子342具有中心孔3M并適當?shù)匕ń徊姹?353、徑向定位結(jié)構(gòu)355和軸向通孔393以便于使用安裝螺栓313安裝到后端板306。由適當絕緣的電導體(較佳地是涂漆的銅質(zhì)電動機式導線)形成的繞組316和 318設置在芯312和314上，纏繞穿過相應狹槽160，沿芯312和314的側(cè)面向外繞過預定 數(shù)量的齒158，并然后繞回穿過另一狹槽160。組裝時，定子340和342與轉(zhuǎn)子3 同軸設置，并緊密地接納在轉(zhuǎn)子3 的內(nèi)腔內(nèi)。 如將解釋的那樣，后端板306安裝和定位后部定子342，且前端板304安裝和定位前部定子340，從而其適當?shù)貙试谵D(zhuǎn)子326的內(nèi)腔內(nèi)。定子340和342的周向表面通過小的預定氣 隙AG與磁體336和338的內(nèi)表面分隔開(參見例如圖1F)。前端板304適當?shù)匕ㄅ_階形中心轂397，該中心轂具有前部直徑減小部分317 和穿過其中的中心孔395以及大致圓柱形的通過相應交叉臂325連接到轂323的外周部分 321。前端板空氣通路331由外周部分321、轂323和交叉臂325界定。相應埋頭鉆孔327 設置在圓柱形外周部分321內(nèi)。與定子交叉臂孔322對應的預定數(shù)量的螺紋孔344(例如4 個)設置在突起397的臺階形表面上。直徑減小部分317的外徑大致等于(但稍小于)交 叉臂349上同心徑向定位結(jié)構(gòu)351的直徑，從而直徑減小部分317可緊密地接納在定子340 的交叉臂349上同心徑向定位結(jié)構(gòu)351內(nèi)。前軸承套筒186緊密地接納在前端板轂397的 埋頭孔346內(nèi)，且因此與軸302對中。定子340安裝在轂397上，直徑減小轂部分317接納 在定子340的交叉臂349上同心徑向定位結(jié)構(gòu)351內(nèi)，定子前側(cè)壁抵靠轂臺階。相應螺栓 359穿過通孔322并固定在螺紋孔344內(nèi)，將定子340固定到前端板304。因此定子340相 對于軸302積極定位并對準。后端板306承載并定位后部軸承130，安裝并定位定子342。后端板306適當?shù)匕?括臺階形中心轂348，該中心轂348具有向前直徑減小部分350和穿過其中的中心孔352， 以及大致圓柱形的外周部分354，該外周部分較佳地具有與前端板304相同的外部輪廓，并 通過相應交叉臂356連接到轂348。外周部分354、交叉臂356和轂348形成后端板306空 氣通路358。相應的螺紋孔360在距離中心相等徑向距離處設置在圓柱形外周部分354內(nèi) 且角度設置與前端板304上的埋頭鉆孔327相同。與定子交叉臂孔393對應的預定數(shù)量的 螺紋孔362(例如4個)設置在轂348的臺階形表面突起上。直徑減小部分350的外徑大 致等于(但稍小于)定子342的交叉臂353上同心徑向定位結(jié)構(gòu)355的直徑，從而直徑減 小部分350可緊密地接納在定子342的交叉臂353上同心徑向定位結(jié)構(gòu)355內(nèi)。后部軸承 130緊密地接納在后端板轂348的孔352內(nèi)，并因此與軸302對中。定子342安裝在轂348 上，直徑減小轂部分350接納在定子342的交叉臂353上同心徑向定位結(jié)構(gòu)355內(nèi)，定子后 側(cè)壁抵靠轂臺階。相應螺栓313穿過通孔393并固定在螺紋孔362內(nèi)，將定子342固定到 后端板306。因此定子342相對于軸302積極定位并對準。轉(zhuǎn)子3 安裝在軸302上以隨著軸轉(zhuǎn)動。定子340和342緊密地接納在轉(zhuǎn)子3 內(nèi)，通過小的氣隙AG與轉(zhuǎn)子3 分隔開(參見例如圖1F)。前端板304、軸承套筒186、前部 軸承122、后部軸承130、后端板306、外殼308和系桿310作為支承組件協(xié)作來保持軸302、 轉(zhuǎn)子326以及定子340和342對準。通過軸承套筒186、軸承122和130來保持軸302，軸 承122和130分別安裝在前端板304和后端板306上，并可轉(zhuǎn)動地保持軸302與端板304和 306對準并與端板同心且垂直。轉(zhuǎn)子3 安裝成在軸302上轉(zhuǎn)動，通過與錐形軸部分112協(xié) 作而積極定位。前端板304將定子340安裝和定位成使其設置在轉(zhuǎn)子部分332內(nèi)與軸302 和轉(zhuǎn)子3 恰當對準。后端板306將定子342安裝和定位成使其設置在轉(zhuǎn)子部分334內(nèi)與 軸302和轉(zhuǎn)子3 恰當對準。外殼308具有垂直于其軸線(較佳地為圓柱形)的端面，并 設置在前端板304與后端板306之間。系桿310將端板304和306抵靠外殼308壓緊，保 持各部件平直對準。參照圖3E，通過采用包括后端板306內(nèi)的空氣通路358、定子342中心孔324、轉(zhuǎn)子 空氣通道329、定子340中心孔320和前端板空氣通道331的冷卻系統(tǒng)引導冷卻氣流經(jīng)過定子；342的定子繞組318 (較佳地分別穿過松弛纏繞的后側(cè)和前側(cè)端部線圈364和366)。引 導進入后端板空氣通路358的空氣沖擊繞組318的后側(cè)端部線圈364。借助于適當?shù)南鄬?設置或輪廓，或如圖3E的實施例中所示與軸安裝后偏斜件333協(xié)作將排出定子中心孔3M 的空氣引導到?jīng)_擊繞組318(前側(cè)端部線圈366)。將排出轉(zhuǎn)子空氣通道329的空氣引導到 沖擊定子；340的繞組316 (較佳地分別通過松弛纏繞的后側(cè)和前側(cè)端部線圈335和337)。 在穿過后側(cè)端部線圈335之后，然后通過使用轉(zhuǎn)子偏斜件339引導到定子340中心孔320， 然后經(jīng)過前側(cè)端部線圈337，然后穿過前端板304空氣通路331?？蓪惒綇娭瓶諝夤┙o， 例如Lafontaine等人描述的電動風機安裝在后端板306后部以增強空氣流動。在較佳實 施例中，離心式風機138安裝成在帶輪136與前端板304之間隨著軸302轉(zhuǎn)動。各空氣通 路的橫截面、輪廓(轉(zhuǎn)彎和邊緣)和相對設置較佳地選擇成使空氣速度的減小最少，并使經(jīng) 過定子；342的端部線圈364、366和定子342的端部線圈335、337的氣流最大。更具體地說，將總地用箭頭341指示的冷卻空氣通過后端板空氣通路358引入交 流發(fā)電機300。氣流341沖擊在后端部線圈364上。然后氣流341分成相應的流343和345。 在流出端部線圈364之后，氣流343流過定子342中心孔324，沖擊后部軸偏斜件333，被引 導穿過前側(cè)松弛纏繞的端部線圈366、轉(zhuǎn)子通路329，沖擊定子340的端部線圈335，與轉(zhuǎn)子 偏斜件339協(xié)作被引導到定子340中心孔320，然后部分沖擊端部線圈337，并然后通過前 端板304內(nèi)的空氣通路331流出交流發(fā)電機300。氣流345在流出后側(cè)端部線圈364之后， 流過轉(zhuǎn)子殼體303外側(cè)與外殼308的內(nèi)側(cè)之間，然后沖擊定子340的前側(cè)端部線圈337，然 后通過前端板304內(nèi)的空氣通路331流出交流發(fā)電機300。氣流345提供對磁體336、338 和端部線圈364和337的冷卻。氣流343提供對端部線圈364、366、335和337的冷卻。非常需要單個裝置來提供多種電輸出以用于可能多種輸出電壓和/或電流構(gòu)造， 例如構(gòu)造成向電動車系統(tǒng)提供12VDC并向諸如用在遠程位置的電鋸和電鉆之類的電動設 備提供110VAC的單個裝置。圖3A-3E中描述的交流發(fā)電機定子可獨立地纏繞以產(chǎn)生更接 近地與所要求的應用匹配的電壓范圍。例如，定子342可優(yōu)化成接近地匹配12VDC車輛系 統(tǒng)功率，定子340優(yōu)化成更接近地匹配110VAC功率要求。采用該具有相等尺寸定子的方法 的缺點在于，例如，過剩能力的定子340能夠為12VDC車輛系統(tǒng)供電?，F(xiàn)代卡車通常需要80 安培或更小來對車輛系統(tǒng)供電。由于定子340和342尺寸相等，所以定子340能夠產(chǎn)生250 至350安培功率并不意外。在該特定構(gòu)造中，170至270安培的功率實質(zhì)上歸于“浪費”。因 此在某些應用中具有不同的定子長度來優(yōu)化輸出是有利的。具體來說，定子342可縮短以 更匹配80安培車輛要求，且定子340可加長以能夠為110VAC系統(tǒng)輸送最大安培數(shù)?，F(xiàn)參照圖3F，交流發(fā)電機357具有軸309，較佳地包括錐形突出部分112和螺紋 部分114 ；鎖緊螺母124 ；前端板304 ；前部軸承122 ；后端板306 ；后部軸承130 ；后部軸保持 環(huán)128 ；外殼308以及相應的系桿310。轉(zhuǎn)子368具有支承板370，該支承板與中心偏移定 位在轉(zhuǎn)子殼體372內(nèi)，轉(zhuǎn)子殼體具有兩個直徑相等的直徑相對的轉(zhuǎn)子殼體部分374和376。 轉(zhuǎn)子部分374和定子382比轉(zhuǎn)子部分376和定子384長。定子382和384適當?shù)胤謩e包括芯以及導體繞組392和394。定子382和384的 芯適當?shù)匕ㄜ洿挪牧媳∑寞B片堆疊件，軟磁材料例如非定向的低損(無鉛)鋼，各薄片 切割或沖切成所要求的形狀對準并連結(jié)(例如在精確夾具內(nèi)焊接或環(huán)氧粘合在一起以保 持各疊層對準)。定子382和384的芯大致為圓柱形，具有軸向鋸齒狀外周表面，即包括預定數(shù)量的齒和狹槽(未示出，參照圖3D)。定子382和384都較佳地基本上敞開，定子382 具有中心孔396并適當?shù)匕ń徊姹?未示出，參照圖3D)、徑向定位結(jié)構(gòu)(未示出，參照圖 3D)和軸向通孔398以便于使用安裝螺栓301安裝到前部端板304，且定子384具有中心孔 303并適當?shù)匕ń徊姹?未示出，參照圖3D)、徑向定位結(jié)構(gòu)(未示出，參照圖3D)和軸向 通孔305以便于使用安裝螺栓307安裝到后端板306。由適當絕緣的電導體(較佳地是涂漆的銅質(zhì)電動機式導線)形成的繞組392和 394分別設置在定子382和384的芯上，纏繞穿過相應狹槽，沿芯的側(cè)面向外繞過預定數(shù)量 的齒，并然后繞回穿過另一狹槽。組裝時，定子382和384與轉(zhuǎn)子368同軸設置，并緊密地接納在轉(zhuǎn)子368的內(nèi)腔內(nèi)。 如將解釋的那樣，后端板306安裝和定位后部定子384，且前端板304安裝和定位前部定子 382，從而其適當?shù)貙试谵D(zhuǎn)子368的內(nèi)腔內(nèi)。定子芯382和384的周向表面通過小的預定 氣隙AG與磁體378和380的內(nèi)表面分隔開(參見例如圖1F)。如前所述的前端板304適當?shù)匕ㄅ_階形中心轂397，該臺階形中心轂具有前部 直徑減小部分317。與定子交叉臂孔344對應的預定數(shù)量的螺紋孔398(例如4個)設置在 突起397的臺階形表面上。直徑減小部分317大致等于(但稍小于)交叉臂(未示出，參 照圖3D)上同心徑向定位結(jié)構(gòu)(未示出，參照圖3D)的直徑，從而前端板部分304可緊密地 接納在定子382的交叉臂(未示出，參照圖3D)上同心徑向定位結(jié)構(gòu)(未示出，參照圖3D) 內(nèi)。前軸承套筒186緊密地接納在前端板轂397的埋頭孔346內(nèi)，且因此與軸309對中。 定子382安裝在轂397上，直徑減小轂部分317接納在定子382的交叉臂(未示出，參照圖 3D)上同心徑向定位結(jié)構(gòu)(未示出，參照圖3D)內(nèi)，定子前側(cè)壁抵靠轂臺階。相應螺栓301 穿過通孔398并固定在螺紋孔344內(nèi)，將定子382固定到前端板304。因此定子382相對于 軸309積極定位并對準。后端板306安裝和定位定子384。后端板306適當?shù)匕ㄅ_階形中心轂348，該 臺階形中心轂具有前部直徑減小部分350。與定子交叉臂孔305對應的預定數(shù)量的螺紋孔 362(例如4個)設置在轂348的臺階形表面突起上。直徑減小部分350的外徑大致等于 (但稍小于)定子382的交叉臂(未示出，參照圖3D)上同心徑向定位結(jié)構(gòu)(未示出，參照 圖3D)的直徑，從而后端板306的直徑減小部分350可緊密地接納在定子382的交叉臂(未 示出，參照圖3D)上同心徑向定位結(jié)構(gòu)(未示出，參照圖3D)內(nèi)。后部軸承130緊密地接納 在后端板轂348的孔352內(nèi)，并因此與軸309對中。定子384安裝在轂348上，直徑減小轂 部分350接納在定子384的交叉臂(未示出，參照圖3D)上同心徑向定位結(jié)構(gòu)(未示出，參 照圖3D)內(nèi)，定子后側(cè)壁抵靠轂臺階。相應螺栓307穿過通孔305并固定在螺紋孔362內(nèi)， 將定子382固定到后端板306。因此定子382相對于軸309積極定位并對準。轉(zhuǎn)子3 安裝在軸309上以隨著軸轉(zhuǎn)動。定子382和384緊密地接納在轉(zhuǎn)子368 內(nèi)，通過小的氣隙AG與轉(zhuǎn)子368分隔開(參見例如圖1F)。前端板304、軸承套筒186、前部 軸承122、后部軸承130、后端板306、外殼308和系桿310作為支承組件協(xié)作來保持軸309、 轉(zhuǎn)子368以及定子382和384對準。通過軸承122和130來保持軸309，軸承122和130分 別安裝在前端板302和后端板306上，并可轉(zhuǎn)動地保持軸309與端板304和306對準并與 端板同心且垂直。轉(zhuǎn)子368安裝成在軸309上轉(zhuǎn)動，通過與錐形軸部分112協(xié)作而積極定 位。前端板304將定子384安裝和定位成使其設置在轉(zhuǎn)子部分374內(nèi)與軸309和轉(zhuǎn)子368恰當對準。后端板306將定子384安裝和定位成使其設置在轉(zhuǎn)子部分376內(nèi)與軸309和轉(zhuǎn) 子368恰當對準。外殼308具有垂直于其軸線(較佳地為圓柱形)的端面，并設置在前端 板304與后端板306之間。系桿310將端板304和306抵靠外殼308壓緊，保持各部件平
直對準。再參照圖3F，通過采用包括后端板306內(nèi)的空氣通路358、定子384中心孔303、轉(zhuǎn) 子空氣通道315、定子384中心孔396和前端板空氣通路331的冷卻系統(tǒng)引導冷卻氣流經(jīng)過 定子384的定子繞組394(較佳地分別穿過松弛纏繞的后側(cè)和前側(cè)端部線圈311和313)。引 導進入后端板空氣通路358的空氣沖擊繞組394的后側(cè)端部線圈311。借助于適當?shù)南鄬?設置或輪廓，或如圖3F的實施例中所示與軸安裝后偏斜件317協(xié)作將排出定子中心孔303 的空氣引導到?jīng)_擊繞組394(前側(cè)端部線圈313)。將排出轉(zhuǎn)子空氣通道315的空氣引導到 沖擊定子382的繞組392 (較佳地分別通過松弛纏繞的后側(cè)和前側(cè)端部線圈319和321)。 在穿過后側(cè)端部線圈319之后，然后通過使用轉(zhuǎn)子偏斜件347引導到定子382中心孔396， 然后經(jīng)過前側(cè)端部線圈321，然后穿過前端板304空氣通路331。可將異步強制空氣供給， 例如Lafontaine等人描述的電動風機安裝在后端板306后部以增強空氣流動。在較佳實 施例中，離心式風機138安裝成在帶輪136與前端板304之間隨著軸309轉(zhuǎn)動。各空氣通 路的橫截面、輪廓(轉(zhuǎn)彎和邊緣)和相對設置較佳地選擇成使空氣速度的減小最少，并使經(jīng) 過定子384的端部線圈311、313和定子382的端部線圈319、321的氣流最大。更具體地說，將總地用箭頭341指示的冷卻空氣通過后端板空氣通路358引入交 流發(fā)電機357。氣流341沖擊在后端部線圈311上。然后氣流341分成相應的流343和345。 在流出端部線圈311之后，氣流343流過定子384中心孔303，沖擊后部軸偏斜件317，被引 導穿過前側(cè)松弛纏繞的端部線圈313、轉(zhuǎn)子通路315，沖擊定子382的端部線圈319，與轉(zhuǎn)子 偏斜件347協(xié)作被引導到定子382中心孔396，然后部分沖擊端部線圈321，并然后通過前 端板304內(nèi)的空氣通路331流出交流發(fā)電機357。氣流345在流出后側(cè)端部線圈311之后， 流過轉(zhuǎn)子殼體372外側(cè)與外殼308的內(nèi)側(cè)之間，然后沖擊定子382的前側(cè)端部線圈321，然 后通過前端板304內(nèi)的空氣通路331流出交流發(fā)電機357。氣流345提供對磁體378、380 和端部線圈311和321的冷卻。氣流343提供對端部線圈311、313、319和321的冷卻。圖2和3中所描述的本發(fā)明的各實施例具有的輔助優(yōu)點在于，在加速度期間由于 轉(zhuǎn)子殼體和轉(zhuǎn)子端板的物理構(gòu)造特性造成的轉(zhuǎn)子變形大大降低。如Lafontaine等人描述 的，轉(zhuǎn)子的最大長度收到負載量的限制，轉(zhuǎn)子端板可有效地抵抗防止致使磁體與轉(zhuǎn)子之間 破壞性撞擊的嚴重變形。參照圖4A-4C (為了更清楚已大大簡化)，在沒有外力時，交流發(fā)電機100的轉(zhuǎn)子 116與軸110同心并垂直于軸110，轉(zhuǎn)子殼體144處在與軸110同軸的標稱正常位置(由線 402和404標示)，且轉(zhuǎn)子端帽142的前(最靠近前端板)邊緣處在垂直于軸110的軸線的 標稱正常位置(由線406標示)。通常遇到的外力的平行于軸110的軸線的各分量趨于對 轉(zhuǎn)子116、轉(zhuǎn)子端帽142的布置幾乎沒有影響，且轉(zhuǎn)子轂(未示出)、錐形軸部分112和鎖緊 螺母(未示出)的協(xié)作足夠堅固以抵抗轉(zhuǎn)子116的軸向移動或扭曲，且在任何情況下能夠 更大地容許軸向扭曲。但是，遇到的具有足夠強度的垂直于軸110軸線的外力如果不適當 解決也會使轉(zhuǎn)子116扭曲。更具體來說，轉(zhuǎn)子116具有質(zhì)心(重心)403，該質(zhì)心403延伸出轉(zhuǎn)子端帽142與軸110的結(jié)合處(示意性地示出為樞轉(zhuǎn)(懸臂)點408)，當經(jīng)受垂直于軸110的加速度時形 成力矩臂。對于這些不完全垂直于軸110但具有垂直于軸110的合成加速度分量的加速度 來說也是如此。當經(jīng)受垂直于軸Iio的軸線的加速度時，轉(zhuǎn)子殼體144由于其圓柱形形狀 而趨于抵抗變形，但在轉(zhuǎn)子端帽142內(nèi)的扭曲本身是顯然的。實際上，轉(zhuǎn)子116是懸伸的， 且響應于垂直加速度，轉(zhuǎn)子116實際上圍繞樞轉(zhuǎn)點408樞轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)子116的最遠離樞轉(zhuǎn)點 408的部分，即殼體144的遠(后)端和端帽142的外周(端帽142與殼體144連結(jié)處)， 經(jīng)受從標稱正常位置的最大偏移。如果磁體146附近的偏移超過氣隙AG，例如千分之31英 寸，則磁體146會與定子118撞擊，可能造成破壞性過盈。例如，如圖4B所示，響應于向上的加速度，轉(zhuǎn)子116實際上會向下樞轉(zhuǎn)(如圖所 示，但為了清楚起見進行了放大，沿順時針方向)。轉(zhuǎn)子殼體144的上側(cè)會有效地朝向軸110 向內(nèi)樞轉(zhuǎn)，遠端從標稱正常位置402向內(nèi)偏移大致由附圖標記410指示的量。端帽142的 上周界類似地向其標稱正常位置406的后面移動大致由附圖標記412指示的量。相反，轉(zhuǎn) 子殼體144的下側(cè)的遠端將從標稱正常位置402向外偏移大致由附圖標記414指示的量， 且端帽142的下周界類似地向其標稱正常位置406的前方移動大致由附圖標記416指示的 量。由于圓柱形轉(zhuǎn)子殼體144趨于保持其形狀，相應上部和下部的偏移量基本上成比例，即 偏移量410和412基本上分別與偏移量414和416成比例。來自相反方向的力將引起鏡像偏移。例如，如圖4C所示，響應于向下的加速度，轉(zhuǎn) 子116實際上會向上樞轉(zhuǎn)(如圖所示，沿逆時針方向)。轉(zhuǎn)子殼體144的下側(cè)會有效地朝向 軸110向內(nèi)樞轉(zhuǎn)，遠端從標稱正常位置404向內(nèi)偏移大致由附圖標記418指示的量。端帽 142的下周界類似地向其標稱正常位置406的后面移動大致由附圖標記420指示的量。相 反，轉(zhuǎn)子殼體144的上側(cè)的遠端將從標稱正常位置402向上偏移大致由附圖標記422指示 的量，且端帽142的上周界類似地向其標稱正常位置406的前方移動大致由附圖標記424 指示的量。同樣，由于圓柱形轉(zhuǎn)子殼體144保持其形狀，相應上部和下部的偏移量基本上成 比例，即偏移量418和420基本上分別與偏移量422和似4成比例。如上所述，如果加速度足夠劇烈的話，則垂直于軸110的加速度趨于使轉(zhuǎn)子116偏 移成磁體146會與定子118撞擊。轉(zhuǎn)子偏移的問題隨著其軸向長度的增加而增加，更具體地 隨著力矩臂長度的增加而增加。與任何機械系統(tǒng)一樣，轉(zhuǎn)子可設計成無論加速度多么劇烈 都抵抗破壞性偏移，但在實踐方面，這需要轉(zhuǎn)子具有非常厚的轉(zhuǎn)子端板和殼體來抵抗偏移， 這在汽車和其它重量是重要考慮的應用中是非常不理想的。如圖3所述，能夠利用直徑相 對的轉(zhuǎn)子顯著增加輸出而不使轉(zhuǎn)子經(jīng)受磁體與定子之間的碰撞造成的變形?，F(xiàn)參照圖4D_4F(為了更加清楚已經(jīng)簡化)，交流發(fā)電機300的轉(zhuǎn)子3 包括同軸 設置在單個圓柱形轉(zhuǎn)子殼體330的軸向中心的支承板328，形成兩個直徑相對的圓柱形殼 體部分332和334。圓柱形殼體部分332具有設置在殼體部分332的內(nèi)壁內(nèi)的預定數(shù)量(例 如8對)的交替磁極永磁體336。圓柱形殼體部分334也具有設置在殼體部分334的內(nèi)壁 內(nèi)的預定數(shù)量(例如8對)的交替磁極永磁體338。由于轉(zhuǎn)子326的轉(zhuǎn)子支承板328中心 地定位在殼體330內(nèi)，所以轉(zhuǎn)子3 的質(zhì)心403定位在樞轉(zhuǎn)點408處。當交流發(fā)電機經(jīng)受加 速度時，轉(zhuǎn)子326的轉(zhuǎn)子殼體部分332將趨于繞樞轉(zhuǎn)點408逆時針方向(方向426)偏移。 轉(zhuǎn)子326的轉(zhuǎn)子殼體部分334將趨于繞樞轉(zhuǎn)點408順時針方向(方向428)偏移。轉(zhuǎn)子殼 體330由于其圓柱形形狀非常適于抵抗變形，且由于轉(zhuǎn)子326的質(zhì)心403處于樞轉(zhuǎn)點408處，所以負載將趨于沿路徑430向下通過支承板3 的本體傳遞到軸110。由于通過支承板 328傳遞的力不超出支承板328的本體，因此沒有力矩臂，不發(fā)生轉(zhuǎn)子326的顯著變形。如關于圖2A-2E所描述的那樣，詳細描述了一種顯著增加輸出而符合提出的SAE 襯墊安裝標準的方法。該轉(zhuǎn)子構(gòu)造的優(yōu)點還在于其能夠抵抗由于劇烈加速度造成的變形?，F(xiàn)參照圖4G和4H(為了更清楚已經(jīng)簡化)，交流發(fā)電機200的轉(zhuǎn)子201包括兩個 直徑相對的直徑不等的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子201包括同軸布置在雙圓柱形轉(zhuǎn)子殼體205軸向中心處 的支承板203，雙圓柱形轉(zhuǎn)子殼體205形成兩個直徑相對的具有較小直徑的圓柱形殼體部 分207和209。圓柱形殼體部分207具有設置在殼體部分207的內(nèi)壁內(nèi)的預定數(shù)量(例如 8對)的交替磁極永磁體211。圓柱形殼體部分209也具有設置在殼體部分209的內(nèi)壁內(nèi) 的預定數(shù)量(例如8對)的交替磁極永磁體213。轉(zhuǎn)子201的轉(zhuǎn)子支承板203中心地定位 在殼體205內(nèi)，但因為轉(zhuǎn)子部分207具有比轉(zhuǎn)子部分209大的直徑，其具有轉(zhuǎn)子201的質(zhì)心 403稍微定位在樞轉(zhuǎn)點408左邊的稍大的質(zhì)量。重要的要指出的是注意到轉(zhuǎn)子部分207與 209之間質(zhì)量差相對小，在加速期間形成小的力矩臂，比交流發(fā)電機100的力矩臂小得多， 且如預期的那樣，產(chǎn)生小量扭曲。當交流發(fā)電機200經(jīng)受加速度時，轉(zhuǎn)子201的轉(zhuǎn)子殼體部 分207將趨于繞樞轉(zhuǎn)點408逆時針方向(方向426)偏移。轉(zhuǎn)子201的轉(zhuǎn)子殼體部分209 將趨于繞樞轉(zhuǎn)點408順時針方向(方向428)偏移。轉(zhuǎn)子殼體201由于其圓柱形形狀非常 適于抵抗變形，且由于轉(zhuǎn)子201的質(zhì)心403處于樞轉(zhuǎn)點408稍微左邊，所以負載將趨于傳遞 到軸110，由于存在的小力矩臂使轉(zhuǎn)子支承板203僅稍微變形。通過利用不同輸出優(yōu)化交流發(fā)電機在需要雙電壓輸出的應用中是有利的。通過形 成具有不同長度定子的交流發(fā)電機來以不同電壓產(chǎn)生安培數(shù)輸出，實現(xiàn)了優(yōu)化。在這種應 用中，轉(zhuǎn)子支承板可設計成充分抵抗加速度期間由于存在的增加的質(zhì)心長度引起的變形?，F(xiàn)參照圖4I-4J(為了更清楚已大大簡化)，在沒有外力時，交流發(fā)電機309的轉(zhuǎn) 子368與軸309同心并垂直于軸309 ；轉(zhuǎn)子殼體372處在與軸309同軸的標稱正常位置(由 線432和436標示)，且轉(zhuǎn)子殼體372的前(最靠近前端板304)邊緣處在垂直于軸309的 軸線的標稱正常位置(由線438標示)，且轉(zhuǎn)子殼體372的后(最靠近后端板306)邊緣處 在也垂直于軸309的軸線的標稱正常位置(由線440標示)。通常遇到的外力的平行于軸 309的軸線的各分量趨于對轉(zhuǎn)子368、轉(zhuǎn)子支承板370的布置幾乎沒有影響，且轉(zhuǎn)子轂(未 示出)、錐形軸部分112和鎖緊螺母(未示出)的協(xié)作足夠堅固以抵抗轉(zhuǎn)子368的軸向移動 或扭曲，且在任何情況下能夠更大地容許軸向扭曲。但是，遇到的垂直于軸309軸線的外力 可具有足夠強度，從而如果不適當解決也會使轉(zhuǎn)子368扭曲。更具體來說，轉(zhuǎn)子368具有質(zhì)心(重心)403，該質(zhì)心403延伸出轉(zhuǎn)子支承板370與 軸309的結(jié)合處(示意性地示出為樞轉(zhuǎn)點408)，由于不相等的長度，當經(jīng)受垂直于軸309的 加速度時形成力矩臂(懸臂)。對于這些不完全垂直于軸309但具有垂直于軸110的合成 加速度分量的加速度來說也是如此。當經(jīng)受垂直于軸309的軸線的加速度時，轉(zhuǎn)子殼體372 由于其圓柱形形狀而趨于抵抗變形，但在轉(zhuǎn)子支承板370內(nèi)的扭曲本身是顯然的。實際上， 轉(zhuǎn)子368是懸伸的，且響應于垂直加速度，轉(zhuǎn)子368圍繞樞轉(zhuǎn)點408樞轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)子368的最 遠離樞轉(zhuǎn)點408的部分，即轉(zhuǎn)子殼體372的遠(后部分374)端，經(jīng)受從標稱正常位置的最 大偏移。如果磁體378附近的偏移超過氣隙AG，例如千分之31英寸，則磁體378會與定子 382撞擊，可能造成破壞性過盈。例如，如圖4J所示，響應于向上的加速度，轉(zhuǎn)子368實際上會向下樞轉(zhuǎn)(如圖所示，但為了清楚起見進行了放大，沿逆時針方向)。轉(zhuǎn)子部分374的上 側(cè)將有效地從其標稱正常位置432向下樞轉(zhuǎn)大致由附圖標記442指示的量。轉(zhuǎn)子部分374 的下側(cè)將有效地從其標稱正常位置434向下樞轉(zhuǎn)大致由附圖標記444指示的量。相反，轉(zhuǎn) 子部分376的上側(cè)的遠端將從標稱正常位置432向上偏移大致由附圖標記446指示的量， 且轉(zhuǎn)子部分376的下側(cè)將從其標稱正常位置432向上偏移大致由附圖標記448指示的量。 由于轉(zhuǎn)子部分374最遠離樞轉(zhuǎn)點408，可以看到對于轉(zhuǎn)子368的給定轉(zhuǎn)動量來說最大的偏移 量。因此轉(zhuǎn)子支承板370必須具有足夠的強度來抵抗造成磁體378與定子382之間破壞性 撞擊的變形。圖2和3中所述的交流發(fā)電機，利用具有單個轉(zhuǎn)子支承板的直徑相對的轉(zhuǎn)子殼體， 在增加輸出和抵抗變形能力方面都尤其有利。盡管當然不能抵抗經(jīng)受巨大加速度時的變 形，但在單個軸上直徑相對定位的各包括分開端板的兩個獨立轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子殼體可實現(xiàn)對交 流發(fā)電機300的類似的輸出增加。由于每個轉(zhuǎn)子殼體實質(zhì)上是懸伸的，所以必須小心地適 當設計和選擇轉(zhuǎn)子和板的材料，這將抵抗由于轉(zhuǎn)子磁體與各定子碰撞產(chǎn)生的破壞性變形?，F(xiàn)參照圖5A-5F，交流發(fā)電機500適當?shù)匕ㄝS502，具有兩個錐形突出部分504 和506，以及兩個螺紋部分508和510 ；兩個鎖緊螺母512和514 ；前端板516 ；前部軸承122 ； 軸承套筒186 ；后端板518 ；后部軸保持環(huán)128 ；后部軸承130 ；兩個轉(zhuǎn)子530和532 ；定子 568和570 ；包含氣流進口通氣孔522的外殼520以及相應系桿524。風機537和539與通 氣孔522協(xié)作來冷卻交流發(fā)電機500的發(fā)熱部件。如圖5F所清楚示出的，兩個轉(zhuǎn)子530和 532都較佳地分別包括端帽534和536、圓柱形殼體538和MO以及設置在殼體538的內(nèi)側(cè) 壁內(nèi)的預定數(shù)量(例如8對)交替磁極永磁體542和設置在殼體540的內(nèi)側(cè)壁內(nèi)的預定數(shù) 量(例如8對)交替磁極永磁體M4。如圖5D和5E所清楚示出的，轉(zhuǎn)子530和532適當?shù)鼗旧铣ㄩ_，分別包括周向部 分546和M8、相應交叉臂550和552以及中心轉(zhuǎn)子轂5M和556以分別提供到軸502的連 接。穿過轉(zhuǎn)子530的端帽534設有相應的空氣通路558，由周向部分M6、相鄰交叉臂550以 及中心轂5M界定。穿過轉(zhuǎn)子532的端帽536設有相應的空氣通路560，由周向部分M8、 相鄰交叉臂陽2以及中心轂556界定。中心轉(zhuǎn)子轂5M和556分別包括具有預定錐度(例 如每英尺1英寸)的通孔562和564，該錐度對應于軸部分504和506的錐度。組裝時，軸 502的軸頸穿過通孔562和564，使得軸錐形部分504和506在螺紋軸部分508和510緊接 著的前部接納在孔562和564內(nèi)。螺紋軸部分508和510與鎖緊螺母514和516協(xié)作以將 轉(zhuǎn)子530和532積極地定位在軸502上。如上文所描述的，交叉臂550和552的厚度適當 地選擇成盡可能薄(以使重量和材料成本最少)，同時仍能承受預期負載。定子568和570適當?shù)胤謩e包括芯583和585以及導體繞組572和574。定子568 和570的芯適當?shù)匕ㄜ洿挪牧媳∑寞B片堆疊件，軟磁材料例如非定向的低損(無鉛) 鋼，各薄片切割或沖切成所要求的形狀對準并連結(jié)(例如在精確夾具內(nèi)焊接或環(huán)氧粘合在 一起以保持各疊層對準)。定子568和570的芯大致為圓柱形，具有軸向鋸齒狀外周表面， 即包括預定數(shù)量的齒158和狹槽160。定子568和570都較佳地基本上敞開，定子568具有 中心孔576并適當?shù)匕ń徊姹?75、徑向定位結(jié)構(gòu)577和軸向通孔578以便于使用安裝螺 栓580安裝到前部端板516，且定子570具有中心孔582并適當?shù)匕ń徊姹?79、徑向定 位結(jié)構(gòu)581和軸向通孔584以便于使用安裝螺栓518安裝到后端板586。
由適當絕緣的電導體(較佳地是涂漆的銅質(zhì)電動機式導線)形成的繞組572和 574分別設置在定子568和570的芯583和585上，纏繞穿過相應狹槽160，沿芯的側(cè)面向 外繞過預定數(shù)量的齒158，并然后繞回穿過另一狹槽。組裝時，定子568與轉(zhuǎn)子530同軸設置，并緊密地接納在轉(zhuǎn)子530的內(nèi)腔內(nèi)。如將 解釋的那樣，前端板516將前定子568安裝和定位成使其適當?shù)貙试谵D(zhuǎn)子530的內(nèi)腔內(nèi)， 且定子570與轉(zhuǎn)子532同軸布置并緊密地接納在轉(zhuǎn)子532的內(nèi)腔內(nèi)。如下文將解釋的那樣， 后端板518將后定子570安裝和定位成使其適當?shù)貙试谵D(zhuǎn)子532的內(nèi)腔內(nèi)。定子568和 570的周向表面通過小的預定氣隙AG分別與磁體542和544的內(nèi)表面分隔開(參見例如圖 1F)。前端板516適當?shù)匕ㄅ_階形中心轂592，該中心轂592具有向前直徑減小部分 594和穿過其中的中心孔596，以及大致圓柱形的外周部分598，該外周部分較佳地具有與 后端板518相同的外部輪廓，并通過相應交叉臂501連接到轂592。相應埋頭鉆孔503設置 在圓柱形外周部分598內(nèi)。與定子交叉臂孔578對應的預定數(shù)量的螺紋孔553 (例如4個) 設置在轂592的臺階形表面上。直徑減小部分594大致等于(但稍小于)定子568的交叉 臂575上同心徑向定位結(jié)構(gòu)577的直徑，從而前端板部分594可緊密地接納在定子568的 交叉臂575上同心徑向定位結(jié)構(gòu)577內(nèi)。前軸承套筒186緊密地接納在前端板轂592的埋 頭鉆孔505內(nèi)，且因此與軸承122和軸502對中。定子568安裝在轂592上，直徑減小轂部 分594接納在定子568的交叉臂575上同心徑向定位結(jié)構(gòu)577內(nèi)，定子前側(cè)壁抵靠轂臺階。 相應螺栓580穿過通孔578并固定在螺紋孔553內(nèi)，將定子568固定到前端板516。因此定 子516相對于軸502積極定位并對準。后端板518承載并定位后部軸承130，安裝并定位定子570。后端板518適當?shù)匕?括臺階形中心轂509，該中心轂511具有向前直徑減小部分511和穿過其中的中心孔513， 以及大致圓柱形的外周部分515，該外周部分較佳地具有與前端板516相同的外部輪廓，并 通過相應交叉臂517連接到轂509。相應的螺紋孔519在距離中心相等徑向距離處設置在 圓柱形外周部分515內(nèi)且角度設置與前端板516上的埋頭鉆孔503相同。與定子交叉臂孔 584對應的預定數(shù)量的螺紋孔591(例如4個)設置在轂509的臺階形表面上。直徑減小部 分511的外徑大致等于(或稍小于)交叉臂579上同心徑向定位結(jié)構(gòu)581的直徑，從而后 端板部分511可緊密地接納在定子570的交叉臂579上同心徑向定位結(jié)構(gòu)581內(nèi)。后部軸 承130緊密地接納在后端板轂509的孔513內(nèi)，并因此與軸502對中。定子570安裝在轂 509上，直徑減小轂部分511接納在定子570的交叉臂579上同心徑向定位結(jié)構(gòu)581內(nèi)，定 子后側(cè)壁抵靠轂臺階。相應螺栓586穿過通孔584并固定在螺紋孔591內(nèi)，將定子570固 定到后端板518。因此定子570相對于軸502積極定位并對準。轉(zhuǎn)子530和532安裝在軸502上以隨著軸轉(zhuǎn)動。定子568和570緊密地接納在 轉(zhuǎn)子530和532內(nèi)，通過小的氣隙AG與轉(zhuǎn)子530和532分隔開(參見例如圖1F)。前端板 516、軸承套筒186、前部軸承122、后部軸承130、后端板518、外殼520和系桿5 作為支承 組件協(xié)作來保持軸502、轉(zhuǎn)子530和532以及定子568和570對準。通過軸承套筒186、軸 承122和130來保持軸502，軸承122和130分別安裝在前端板516和后端板518上，并可 轉(zhuǎn)動地保持軸502與端板對準并與端板同心且垂直。轉(zhuǎn)子530和532安裝成在軸502上轉(zhuǎn) 動，通過與錐形軸部分504和506協(xié)作而積極定位。前端板516將定子568安裝和定位成使其設置在轉(zhuǎn)子530內(nèi)與軸502和轉(zhuǎn)子530恰當對準。后端板518將定子570安裝和定位 成使其設置在轉(zhuǎn)子532內(nèi)與軸502和轉(zhuǎn)子532恰當對準。外殼520具有垂直于其軸線(較 佳地為圓柱形)的端面，并設置在前端板516與后端板518之間。系桿5M將端板516和 518抵靠外殼520壓緊，保持各部件平直對準。再參照圖5F，通過采用冷卻系統(tǒng)將冷卻氣流弓I導經(jīng)過定子568的定子繞組572 (較 佳地分別通過松散纏繞的后側(cè)和前側(cè)端部線圈523和52 并穿過定子570的定子線圈 574 (較佳地分別穿過松散纏繞的后側(cè)和前側(cè)端部線圈527和529)，該冷卻系統(tǒng)包括空氣進 口通氣孔522，內(nèi)部定子空隙531，轉(zhuǎn)子空氣通道560和558，定子中心孔580和582，由相鄰 的后端板交叉臂517、外部515和轂509界定的后端板518空氣通路533，由相鄰后端板交 叉臂501、外部598和轂592界定的前端板516空氣通路535，以及風機537和539。通過外 殼520的空氣進口通氣孔522進入轉(zhuǎn)子530和532之間內(nèi)部轉(zhuǎn)子空隙531的空氣分成兩部 分，一半氣流進入轉(zhuǎn)子空氣通道560，另一半進入轉(zhuǎn)子空氣通路558。將離開轉(zhuǎn)子空氣通道 560的氣流引導經(jīng)過定子繞組574的前側(cè)端部線圈529。在離開前端部線圈5 之后，氣流 與轉(zhuǎn)子偏斜件590協(xié)作進入定子570中心孔582，并然后借助于適當?shù)南鄬υO置或輪廓或 如圖5D的實施例中那樣與后部偏斜件535協(xié)作被引導經(jīng)過定子繞組574的松散纏繞的后 端部線圈527。然后氣流進入由后端板518內(nèi)的相鄰后端板交叉臂517、外部515和轂509 界定的通路533并由通過螺母589安裝在軸502上的風機539驅(qū)動。將離開轉(zhuǎn)子空氣通道 558的氣流引導經(jīng)過定子繞組572的后側(cè)端部線圈523。在離開后端部線圈523之后，氣流 與偏斜件541協(xié)作進入定子568中心孔580，并然后借助于適當?shù)南鄬υO置或輪廓或如圖 5D的實施例中那樣與前部偏斜件587協(xié)作被引導經(jīng)過定子繞組574的松散纏繞的后端部線 圈525。然后氣流進入由前端板516內(nèi)的相鄰前端板外部598、交叉臂501和轂592界定的 通路535并由風機537驅(qū)動。在較佳實施例中，離心式風機537安裝成在帶輪136與前端 板516之間隨著軸502轉(zhuǎn)動，且離心式風機539安裝成在螺母589與后端板518之間隨著 軸502轉(zhuǎn)動。各空氣通路的橫截面、輪廓(轉(zhuǎn)彎和邊緣)和相對設置較佳地選擇成使空氣 速度的減小最少，并使經(jīng)過定子568的端部線圈523和525以及定子570的端部線圈527、 529的氣流最大。更具體地說，將總地用箭頭541指示的冷卻空氣通過進口通氣孔522引入交流發(fā) 電機500并進入內(nèi)部轉(zhuǎn)子空隙531。氣流543分成四個不同的氣流路徑545、547、549和 551。氣流545進入轉(zhuǎn)子通路558并沖擊定子端部線圈523。在離開端部線圈523之后，氣 流545被轉(zhuǎn)子空氣偏斜件541改向并進入定子568的孔576。然后氣流545通過使用前端 板空氣偏斜件587改向經(jīng)過端部線圈525，然后由風機537驅(qū)動通過空氣通道535離開定子 500。氣流547移動通過轉(zhuǎn)子殼體538和外殼520之間，由此冷卻附連到轉(zhuǎn)子殼體538的磁 體M2。然后氣流547沖擊端部線圈525，此后其進入空氣通路535，由風機537驅(qū)動離開 交流發(fā)電機500。氣流549進入轉(zhuǎn)子通路560并沖擊定子端部線圈529。在離開端部線圈 529之后，氣流549被轉(zhuǎn)子空氣偏斜件590改向并進入定子570的孔582。然后氣流549通 過使用后端板空氣偏斜件535改向經(jīng)過端部線圈527，然后由風機533驅(qū)動通過空氣通道 533離開定子500。氣流551移動通過轉(zhuǎn)子殼體540和外殼520之間，由此冷卻附連到轉(zhuǎn)子 殼體MO的磁體M4。然后氣流551沖擊端部線圈527，此后其進入空氣通路533，由風機 539驅(qū)動離開交流發(fā)電機500。氣流545和547冷卻前部部件，具體是端部線圈523和525以及磁體M2，且氣流549和551冷卻后部部件，具體是端部線圈5 和527以及磁體M4。盡管有效地冷卻交流發(fā)電機500的各部件，但空氣進口 522不可能總是適于所有 應用，在該情況下，必須利用類似于交流發(fā)電機300的氣流路徑?，F(xiàn)參照圖5G，交流發(fā)電機555適當?shù)匕ㄝS557，包括兩個錐形突出部分559和 561，以及兩個螺紋部分561和593 ；兩個鎖緊螺母512和514 ；前端板516 ；前部軸承122 ；軸 承套筒186 ；后端板518 ；后部軸保持環(huán)128 ；后部軸承130 ；兩個轉(zhuǎn)子5 和528 ；定子568 和570 ；外殼573以及相應系桿595。如圖5G所清楚示出的，兩個轉(zhuǎn)子530和532都較佳地 分別包括端帽534和536、圓柱形殼體538和MO以及設置在殼體538的內(nèi)側(cè)壁內(nèi)的預定 數(shù)量(例如8對)交替磁極永磁體542和設置在殼體MO的內(nèi)側(cè)壁內(nèi)的預定數(shù)量(例如8 對)交替磁極永磁體討4。轉(zhuǎn)子530和532適當?shù)鼗旧铣ㄩ_，分別包括周向部分546和M8、相應交叉臂550 和552以及中心轉(zhuǎn)子轂5M和556以分別提供到軸502的連接。穿過端帽534設有相應的 空氣通路558，由周向部分M6、相鄰交叉臂550以及中心轂M4界定。穿過端帽536設有 相應的空氣通路560，由周向部分M8、相鄰交叉臂552以及中心轂556界定。中心轉(zhuǎn)子轂 554和556分別包括具有預定錐度(例如每英尺1英寸)的通孔562和564，該錐度對應于 軸部分559和561的錐度。組裝時，軸502穿過通孔562和564，使得軸錐形部分559和561 在螺紋軸部分561和563緊接著的前部接納在孔562和564內(nèi)。螺紋軸部分561和563與 鎖緊螺母514和516協(xié)作以將轉(zhuǎn)子530和532積極地定位在軸502上。如上文所描述的， 交叉臂550和552的厚度適當?shù)剡x擇成盡可能薄(以使重量和材料成本最少)，同時仍能承 受預期負載。轉(zhuǎn)子530和532安裝成軸向緊靠軸557，從而當轉(zhuǎn)子530安置在錐形部分559 上且轉(zhuǎn)子532安置在錐形部分561上時，在組裝后保持小間隙565。這確保當分別對螺栓 512和514施加扭矩時各轉(zhuǎn)子將具有適當?shù)拈g隙來完全安置。轉(zhuǎn)子空氣通道558和560在 組裝期間對準以形成不間斷的冷卻流體通路。定子568和570適當?shù)胤謩e包括芯583和585以及導體繞組572和574。定子568 和570的芯適當?shù)匕ㄜ洿挪牧媳∑寞B片堆疊件，軟磁材料例如非定向的低損(無鉛) 鋼，各薄片切割或沖切成所要求的形狀對準并連結(jié)(例如在精確夾具內(nèi)焊接或環(huán)氧粘合在 一起以保持各疊層對準)。定子568和570的芯大致為圓柱形，具有軸向鋸齒狀外周表面， 即包括預定數(shù)量的齒158和狹槽160。定子568和570都較佳地基本上敞開，定子568具有 中心孔576并適當?shù)匕ń徊姹?75、徑向定位結(jié)構(gòu)577和軸向通孔578以便于使用安裝螺 栓580安裝到前部端板516，且定子570具有中心孔582并適當?shù)匕ń徊姹?75、徑向定 位結(jié)構(gòu)581和軸向通孔584以便于使用安裝螺栓586安裝到后端板518。由適當絕緣的電導體(較佳地是涂漆的銅質(zhì)電動機式導線)形成的繞組572和 574分別設置在定子568和570的芯583和585上，纏繞穿過相應狹槽160，沿芯的側(cè)面向 外繞過預定數(shù)量的齒158，并然后繞回穿過另一狹槽。組裝時，定子568與轉(zhuǎn)子530同軸設置，并緊密地接納在轉(zhuǎn)子530的內(nèi)腔內(nèi)。如將 解釋的那樣，前端板516將前定子568安裝和定位成使其適當?shù)貙试谵D(zhuǎn)子530的內(nèi)腔內(nèi)， 且定子570與轉(zhuǎn)子532同軸布置并緊密地接納在轉(zhuǎn)子532的內(nèi)腔內(nèi)。如下文將解釋的那樣， 后端板518將后定子570安裝和定位成使其適當?shù)貙试谵D(zhuǎn)子532的內(nèi)腔內(nèi)。定子568和 570的周向表面通過小的預定氣隙AG分別與磁體542和544的內(nèi)表面分隔開(參見例如圖1F)。前端板516適當?shù)匕ㄅ_階形中心轂592，該中心轂592具有向前直徑減小部分 594和穿過其中的中心孔596，以及大致圓柱形的外周部分598，該外周部分較佳地具有與 前端板518具有相同的外部輪廓，并通過相應交叉臂501連接到轂592。相應埋頭鉆孔503 設置在圓柱形外周部分598內(nèi)。與定子交叉臂孔578對應的預定數(shù)量的螺紋孔553(例如 4個)設置在轂592的臺階形表面上。直徑減小部分594大致等于(但稍小于)定子568 的交叉臂575上同心徑向定位結(jié)構(gòu)577的直徑，從而前端板部分594可緊密地接納在定子 568的交叉臂575上同心徑向定位結(jié)構(gòu)577內(nèi)。前軸承套筒186緊密地接納在前端板轂592 的埋頭鉆孔505內(nèi)，且因此與軸承122和軸502對中。定子568安裝在轂592上，直徑減小 轂部分594接納在定子568的交叉臂575上同心徑向定位結(jié)構(gòu)577內(nèi)，定子前側(cè)壁抵靠轂 臺階。相應螺栓580穿過通孔578并固定在螺紋孔553內(nèi)，將定子568固定到前端板516。 因此定子516相對于軸502積極定位并對準。后端板518承載并定位后部軸承130，安裝并定位定子570。后端板518適當?shù)匕?括臺階形中心轂509，該中心轂511具有向前直徑減小部分511和穿過其中的中心孔515， 以及大致圓柱形的外周部分517，該外周部分較佳地具有與前端板516具有的外部輪廓，并 通過相應交叉臂517連接到轂509。相應的螺紋孔519在距離中心相等徑向距離處設置在 圓柱形外周部分515內(nèi)且角度設置與前端板516上的埋頭鉆孔503相同。與定子交叉臂孔 584對應的預定數(shù)量的螺紋孔591(例如4個)設置在轂509的臺階形表面上。直徑減小部 分511的外徑大致等于(但稍小于)交叉臂579上同心徑向定位結(jié)構(gòu)581的直徑，從而后 端板部分511可緊密地接納在定子570的交叉臂579上同心徑向定位結(jié)構(gòu)581內(nèi)。后部軸 承130緊密地接納在后端板轂509的孔513內(nèi)，并因此與軸502對中。定子570安裝在轂 509上，直徑減小轂部分511接納在定子570的交叉臂579上同心徑向定位結(jié)構(gòu)581內(nèi)，定 子后側(cè)壁抵靠轂臺階。相應螺栓586穿過通孔584并固定在螺紋孔519內(nèi)，將定子570固 定到后端板518。因此定子570相對于軸502積極定位并對準。轉(zhuǎn)子530和532安裝在軸502上以隨著軸轉(zhuǎn)動。定子568和570緊密地接納在 轉(zhuǎn)子530和532內(nèi)，通過小的氣隙AG與轉(zhuǎn)子530和532分隔開(參見例如圖1F)。前端板 516、軸承套筒186、前部軸承122、后部軸承130、后端板518、外殼520和系桿5 作為支承 組件協(xié)作來保持軸502、轉(zhuǎn)子530和532以及定子568和570對準。通過軸承套筒186、軸 承122和130來保持軸502，軸承122和130分別安裝在前端板516和后端板518上，并可 轉(zhuǎn)動地保持軸502與端板對準并與端板同心且垂直。轉(zhuǎn)子530和532安裝成在軸502上轉(zhuǎn) 動，通過與錐形軸部分557和559協(xié)作而積極定位。前端板516將定子568安裝和定位成 使其設置在轉(zhuǎn)子530內(nèi)與軸502和轉(zhuǎn)子530恰當對準。后端板518將定子570安裝和定位 成使其設置在轉(zhuǎn)子532內(nèi)與軸502和轉(zhuǎn)子532恰當對準。外殼520具有垂直于其軸線(較 佳地為圓柱形)的端面，并設置在前端板516與后端板518之間。系桿597將端板516和 518抵靠外殼573壓緊，保持各部件平直對準。參照圖5G，通過采用包括后端板518內(nèi)的空氣通路533、定子570中心孔582、轉(zhuǎn)子 空氣通道558和560、定子568中心孔576和前端板空氣通道535的冷卻系統(tǒng)引導冷卻氣 流經(jīng)過定子570的定子繞組574(較佳地分別穿過松弛纏繞的后側(cè)和前側(cè)端部線圈527和 529)。引導進入后端板空氣通路533的空氣沖擊繞組518的后側(cè)端部線圈527。借助于適當?shù)南鄬υO置或輪廓，或如圖5G的實施例中所示與轉(zhuǎn)子偏斜件590協(xié)作將排出定子中心孔 582的空氣引導到?jīng)_擊繞組574(前側(cè)端部線圈529)。將排出轉(zhuǎn)子空氣通道558和560的 空氣引導到?jīng)_擊定子568的繞組572(較佳地分別通過松弛纏繞的后側(cè)和前側(cè)端部線圈523 和52 。在穿過后側(cè)端部線圈523之后，然后通過使用轉(zhuǎn)子偏斜件Ml引導到定子568中 心孔576，然后經(jīng)過前側(cè)端部線圈525，然后穿過前端板516空氣通路535?？蓪惒綇娭瓶?氣供給，例如Lafontaine等人描述的電動風機安裝在后端板518后部以增強空氣流動。在 較佳實施例中，離心式風機138安裝成在帶輪136與前端板516之間隨著軸557轉(zhuǎn)動。各 空氣通路的橫截面、輪廓(轉(zhuǎn)彎和邊緣)和相對設置較佳地選擇成使空氣速度的減小最少， 并使經(jīng)過定子570的端部線圈527、5四和定子570的端部線圈523、525的氣流最大。更具體地說，將總地用箭頭567指示的冷卻空氣通過后端板空氣通路533引入交 流發(fā)電機陽5。氣流567沖擊在后端部線圈527上。然后氣流567分成相應的流571和569。 在流出端部線圈527之后，氣流571流過定子570中心孔582，沖擊轉(zhuǎn)子偏斜件590，被引導 穿過前側(cè)松弛纏繞的端部線圈529、轉(zhuǎn)子通路558和560，然后與轉(zhuǎn)子偏斜件541協(xié)作沖擊 定子568的端部線圈523，被引導到定子568中心孔576，然后部分沖擊端部線圈525，并然 后通過前端板516內(nèi)的空氣通路535流出交流發(fā)電機555。氣流569在流出后側(cè)端部線圈 527之后，流過轉(zhuǎn)子殼體538和540外側(cè)與外殼573的內(nèi)側(cè)之間，然后沖擊定子568的前側(cè) 端部線圈525，然后通過前端板516內(nèi)的空氣通路535流出交流發(fā)電機555。氣流569提供 對磁體M4、542和端部線圈574和525的冷卻。氣流571提供對端部線圈527、5 、523和 525的冷卻。磁邊緣通量的效果是公知的，且可用來增加永磁機器的功率。在常規(guī)永磁體機器 中，磁體的長度大致等于定子長度。如果能夠?qū)⒋朋w的長度延伸超過定子表面，則形成的磁 邊緣通量場會延伸超過定子并與也延伸超過定子的繞組端部線圈相交。因此，在一實施例 中，永磁體具有超過預定定子表面長度的預定長度，且在一實施例中具有多個定子，多組多 個磁體的預定長度可超過相應定子表面長度的表面長度。結(jié)果是磁通的總體增加與線圈相 互作用，對于給定長度的定子，這又產(chǎn)生更多的功率?，F(xiàn)參照圖6A和6B，也符合SAE提出的襯墊安裝標準版本2_3的交流發(fā)電機600 在所有方便都非常類似于交流發(fā)電機100，除了轉(zhuǎn)子602，其根據(jù)本發(fā)明的各方面包括軸 110，較佳地包括錐形突出部分112和螺紋部分114(最好參見圖1E)、定子118、前端板120、 前部軸承122、鎖緊螺母124、后端板126、后部軸保持環(huán)128、后部軸承130、外殼132和相應 的系桿(未示出)。轉(zhuǎn)子602安裝在軸110上以隨著軸110轉(zhuǎn)動。定子118緊密地接納在 轉(zhuǎn)子602內(nèi)，通過小的氣隙AG與轉(zhuǎn)子602分隔開(參見例如圖1F)。前端板120、軸承套筒 186、前部軸承122、后部軸承130、后端板126、外殼132和系桿(未示出)作為支承組件協(xié) 作來保持軸110、轉(zhuǎn)子602和定子118對準。通過軸承122和130來保持軸110，軸承122和 130分別安裝在前端板120和后端板1 上，并可轉(zhuǎn)動地保持軸110與端板對準并與端板同 心且垂直。轉(zhuǎn)子602安裝成在軸110上轉(zhuǎn)動，通過與錐形軸部分112協(xié)作而積極定位。后 端板126將定子118安裝和定位成使其設置在轉(zhuǎn)子116內(nèi)與軸110和轉(zhuǎn)子602恰當對準。 外殼132具有垂直于其軸線(較佳地為圓柱形)的端面，并設置在前端板120與后端板126 之間。系桿(未示出)將端板120和1 抵靠外殼132壓緊，保持各部件平直對準。如圖6B所清楚示出的，轉(zhuǎn)子602較佳地包括端帽604、圓柱形殼體606和設置在殼體606的內(nèi)壁內(nèi)的預定數(shù)量(例如8對)的交替磁極永磁體608。磁體608延伸超過定子118的定子表面610和612。理想的是，超過定子表面604 和606的延伸部應當在兩側(cè)具有相等長度，且在3/16至5/16英寸范圍內(nèi)。超過上述的增加 在磁性方面幾乎沒有益處，且僅會增加交流發(fā)電機的總成本。由于稀土磁體是永磁體交流 發(fā)電機的最昂貴部件之一，所以有利的是僅使用產(chǎn)生所要求輸出所需的最少量的磁材料。如Lafontaine等人所描述的，永磁體機器運行期間，嵌齒會產(chǎn)生不合要求的效 果。當考慮雙轉(zhuǎn)子交流發(fā)電機時，由于定子、轉(zhuǎn)子和磁體的總體長度增加，嵌齒效應被大大 放大。使疊片偏斜消除大部分嵌齒效應。由于稀土磁體的特性，即磁體必須保持低于一定 溫度(居里溫度)以防止磁體永久退磁，有利的是開發(fā)一種使偏斜定子能夠安裝在后端板 上同時使對冷卻流體的影響最小的方法。現(xiàn)參照圖7A-7F，定子700適當?shù)匕ㄜ洿挪牧媳∑寞B片堆疊件，軟磁材料例如 非定向的低損(無鉛)鋼，具有芯702和導體繞組(未示出)。定子700較佳地基本上敞開， 具有由芯704的圓柱形內(nèi)表面706限定的中心孔704，芯704具有適當?shù)慕徊姹?08和徑向 定位結(jié)構(gòu)710，包括圓柱形通孔718以將定子700固定到端板720。疊片通常為圓柱形，具 有軸向鋸齒狀外周表面，即包括預定數(shù)量的齒714和狹槽716，各疊片切割或沖切成所要求 的形狀對準并連結(jié)(例如在精確夾具內(nèi)焊接或環(huán)氧粘合在一起以保持各疊層預定對準)。如圖7B清楚示出的，無法使用用于安裝偏斜定子的圓柱形通孔718，因為通孔的 總體軸向截面面積由于相鄰片的逐漸偏斜而減小。截面面積的逐漸減小使得由于在位置 724處的過盈而不能用安裝螺栓722穿過通孔718到達端板720并仍保持垂直性。使用 Lafontaine等人所述的夾持環(huán)來固定定子700也是欠佳的，因為其減小定子中心孔706用 于冷卻流體的中心孔的有效直徑。如圖7C所清楚示出的，夾持環(huán)732用于與螺栓722協(xié)作 來壓緊定子700。形成夾持件732的直徑減小部分734。為了克服偏斜定子內(nèi)圓柱形通孔的橫截面積逐漸減小并使氣流最大，交叉臂 710應當適當?shù)匕◤较蛴歇M槽的孔726以便于將芯700安裝到端板720。較佳的是，如 Lafontaine等人所描述的，從定子表面7 到定子表面730的總角度偏斜是形成在定子疊 片的相鄰齒之間的角度(參見圖7A)。因此，為了計算角度偏斜，將定子齒的總數(shù)除360°。 在48齒定子的情況下，就是360/48或7. 50°的偏斜。為了確保螺栓722在通孔732內(nèi)的足 夠間隙，圍繞徑向槽7 的弧必須等于或稍大于所要求的偏斜(在48齒定子中為7. 50° ) 所形成的角度，以確保適當?shù)拈g隙(參見圖7E和7F)。如圖7G所清楚示出的，有徑向狹槽 的通孔732使安裝螺栓722能夠擰入孔738并保持垂直于端板720安裝表面734。有利的 是包括墊圈736以分布施加到定子700的夾持力，因為徑向狹槽可消除否則在圓柱形通孔 內(nèi)可用的某些夾持表面。該安裝定子700的方法能夠使冷卻流體穿過定子700的中心孔的 可能橫截面積最大。如上所述，使定子疊片偏斜一個完整的齒可消除嵌齒。由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時磁體和偏 斜線圈的相互作用，已偏斜該度數(shù)的定子將經(jīng)受磁通密度損失。降低嵌齒而不會不利地影 響磁通密度的唯一可能可在雙轉(zhuǎn)子構(gòu)造中實現(xiàn)。現(xiàn)參照圖8A和8B，轉(zhuǎn)子800包括圓柱形轉(zhuǎn)子殼體802、中心支承板804以及磁體 806和808。磁體806在圓柱形轉(zhuǎn)子殼802內(nèi)均勻地徑向布置。磁體808也在圓柱形轉(zhuǎn)子 殼802內(nèi)均勻地徑向布置。磁體808的軸向邊緣定位在轉(zhuǎn)子殼802內(nèi)，使得由磁體808的邊緣形成的證示線810將磁體806的中心軸線二等分。 本發(fā)明可以其它特定形式來具體實施而不脫離其精神或?qū)嵸|(zhì)特征。上述實施例在 所有方面都將被理解成僅僅是示例性的和非限制性的。所有落入權(quán)利要求書的等同意義和 范圍內(nèi)的改變都將被包含在該范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種功率轉(zhuǎn)換裝置，包括軸、第一定子、第二定子、第一轉(zhuǎn)子和直徑相對的第二轉(zhuǎn)子，所述軸、定子和轉(zhuǎn)子殼體同 軸布置，所述轉(zhuǎn)子殼體安裝在所述軸上，所述第一和第二定子分別包括至少一個繞組；其中所述第一轉(zhuǎn)子還包括第一多個永磁體，所述第一多個永磁體聯(lián)接到所述第一轉(zhuǎn) 子并靠近所述第一定子設置，并通過第一預定間隙距離與所述第一定子分隔開，從而所述 第一定子與第一轉(zhuǎn)子的相對運動使來自所述磁體的磁通量與所述第一定子繞組相互磁作 用；其中所述第二轉(zhuǎn)子還包括第二多個永磁體，所述第二多個永磁體聯(lián)接到所述第二轉(zhuǎn)子 并靠近所述第二定子設置，并通過第二預定間隙距離與所述第二定子分隔開，從而所述第 二定子與第二轉(zhuǎn)子的相對運動使來自所述磁體的磁通量與所述第二定子繞組相互磁作用； 以及所述相應第一和第二多個永磁體的相應的預定長度超過相應預定的第一和第二定子 表面長度。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)用于引導冷 卻劑流動與所述繞組和磁體中的至少一個熱力接觸，所述冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生以預定速度或高于 預定速度流過預定流動路徑的充分冷卻劑流動，從而消散產(chǎn)生的熱量并保持所述磁體的溫 度低于預定破壞性值。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二定子狹槽和相應永磁體中 的至少一個的設置相對于所述第一和第二定子的軸線偏斜預定的量。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述第一芯側(cè)表面處所述狹槽的徑向位置 從所述第二芯側(cè)表面處所述狹槽的徑向位置偏移。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述軸具有預定直徑并包括軸錐形部分，所 述軸錐形部分在相對于所述第一和第二定子的預定位置處設置在所述軸的端部之間，所述 軸錐形部分的直徑根據(jù)預定錐度從最小直徑變化到大于所述軸預定直徑的預定最大直徑； 以及所述第一和第二轉(zhuǎn)子包括轂和中心通孔，所述中心通孔具有對應于所述軸的至少一個 軸錐形部分的錐度的預定錐度，所述錐形通孔的直徑根據(jù)所述預定錐度從大于所述軸預定 直徑的最小通孔直徑變化到預定最大通孔直徑；以及所述第一和第二轉(zhuǎn)子轂設置成所述軸的軸頸穿過并延伸通過轂通孔，所述軸錐形部分 接納在所述通孔內(nèi)，所述通孔的內(nèi)表面與所述軸錐形部分的外表面匹配接觸，其中所述錐 形第一和第二轉(zhuǎn)子孔的協(xié)作是與所述軸錐形部分的表面接觸，將所述第一和第二轉(zhuǎn)子都相 對于所述軸和第一和第二定子軸向和徑向定位，將所述第一和第二轉(zhuǎn)子聯(lián)接到所述軸以隨 著所述軸轉(zhuǎn)動。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二轉(zhuǎn)子和軸構(gòu)成一體單元。
7.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，還包括第一端板，其中所述第一轉(zhuǎn)子安裝在 所述第一端板上；且所述第一定子安裝成相對于所述第一端板轉(zhuǎn)動。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述軸可轉(zhuǎn)動地聯(lián)接到所述第一端板。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二轉(zhuǎn)子包括端帽，所述端帽將 圓柱形殼體聯(lián)接到所述軸；所述殼體和端帽構(gòu)成一體單元。
10.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng)還包括穿過所述第一端板的 至少第一通路，所述第一通路與所述預定流動路徑流體連通。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng)的冷卻劑是空氣，且所述冷 卻系統(tǒng)還包括設置成使空氣移動通過所述第一端板通路和所述預定流動路徑的強制空氣供給。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述強制空氣供給包括相對于所述第一 定子的轉(zhuǎn)動異步的風機。
13.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng)還包括至少穿過所述第一定 子芯的通路，且穿過所述第一轉(zhuǎn)子的第一通路與所述第一定子芯通路流體連通。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng)還包括安裝成隨著所述第 一轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的風機，所述第一轉(zhuǎn)子設置成使冷卻劑移動通過所述第一定子芯通路。
15.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述定子繞組包括端部線圈，所述端部線 圈彎曲到穿過所述第一定子芯通路的冷卻劑流動路徑內(nèi)。
16.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng)還包括設置在所述第一定 子與第一轉(zhuǎn)子之間的偏斜件表面以從所述第一定子通路引導冷卻劑流動與繞組端部線圈 熱力接觸。
17.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，還包括第二端板，其中所述第二轉(zhuǎn)子安裝 在所述第二端板上；且所述第二定子安裝成相對于所述第二端板轉(zhuǎn)動。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述軸可轉(zhuǎn)動地聯(lián)接到所述第二端板。
19.如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng)還包括穿過所述第二端板 的至少第二通路，所述第二通路與所述預定流動路徑流體連通。
20.如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng)的冷卻劑是空氣，且所述冷 卻系統(tǒng)還包括設置成使空氣移動通過所述第二端板通路和所述預定流動路徑的強制空氣 供給。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，所述強制空氣供給包括相對于所述第二 定子的轉(zhuǎn)動異步的風機。
22.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng)還包括至少穿過所述第二定 子芯的通路，且穿過所述第二轉(zhuǎn)子的通路與所述第二定子芯通路流體連通。
23.如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng)還包括安裝成隨著所述第 二轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的風機，所述第二轉(zhuǎn)子設置成使冷卻劑移動通過所述第二定子芯通路。
24.如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述第二定子繞組包括端部線圈，所述端 部線圈彎曲到穿過所述第二定子芯通路的冷卻劑流動路徑內(nèi)。
25.如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng)還包括設置在所述第二定 子與第二轉(zhuǎn)子之間的偏斜件表面以從所述第二定子通路引導冷卻劑流動與繞組端部線圈 熱力接觸。
26.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng)還包括設置在所述第一與第 二轉(zhuǎn)子之間的轉(zhuǎn)子偏斜件。
27.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，還包括第二端板以及外殼，其中所述第一 和第二轉(zhuǎn)子殼體、第一和第二定子芯以及外殼與所述軸同心，所述軸可轉(zhuǎn)動地聯(lián)接到所述第一和第二端板；所述第二轉(zhuǎn)子安裝在所述第二端板上；且所述第一和第二定子聯(lián)接到所 述軸以隨著所述軸在所述第一和第二端板之間并在所述外殼內(nèi)轉(zhuǎn)動。
28.如權(quán)利要求27所述的裝置，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng)包括穿過所述第一和第二 定子芯的通路，且穿過所述第一和第二轉(zhuǎn)子的通路與所述第一和第二定子芯通路流體連通。
29.如權(quán)利要求觀所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二轉(zhuǎn)子通路設置成引導冷 卻劑流動通過第一端板通路，與所述第一定子第一繞組端部線圈熱力接觸，穿過所述第一 定子芯通路，與所述第一定子第二繞組端部線圈熱力接觸，與所述第二定子第一繞組端部 線圈熱力接觸，穿過所述第二定子芯通路，與所述第二定子第二繞組端部線圈熱力接觸，穿 過第二端板通路；并與所述第一和第二磁體熱力接觸。
30.如權(quán)利要求四所述的裝置，其特征在于，還包括相應系桿，所述系桿與所述第一和 第二端板協(xié)作，將所述第一和第二端板抵靠所述外殼壓緊；所述第一和第二端板、外殼和系 桿協(xié)作以保持所述軸、第一和第二轉(zhuǎn)子以及第一和第二定子對準。
31.如權(quán)利要求27所述的裝置，其特征在于，所述冷卻劑是空氣，且所述冷卻系統(tǒng)還包 括設置成使空氣移動通過所述第一和第二端板通路和所述第一和第二定子芯通路的至少 一個強制空氣供給。
32.如權(quán)利要求27所述的裝置，其特征在于，所述強制空氣供給包括至少一個電動風機。
33.如權(quán)利要求32所述的裝置，其特征在于，電動風機安裝在所述第一和第二端板上。
34.如權(quán)利要求27所述的裝置，其特征在于，所述強制空氣供給包括設置成隨著所述 軸轉(zhuǎn)動的至少一個風機。
35.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一轉(zhuǎn)子和第一定子對以及第二轉(zhuǎn)子 和第二定子對包括獨立的電輸出。
36.如權(quán)利要求35所述的裝置，其特征在于，所述獨立輸出構(gòu)造成分別提供直流電和 交流電。
37.如權(quán)利要求35所述的裝置，其特征在于，所述第一轉(zhuǎn)子和定子對以及第二轉(zhuǎn)子和 定子對構(gòu)造成提供最佳為12V DC的輸出電壓范圍和最佳為IlOV AC的第二獨立電壓范圍。
38.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述磁體的所述表面長度構(gòu)造成形成磁邊緣通量定子。
39.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述相對的磁體構(gòu)造成徑向偏移以減小嵌齒。
40.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二定子的疊片構(gòu)造成偏斜以 減小嵌齒。
41.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二定子包括多個繞組，這些 繞組的端部線圈向外延伸超出所述芯變化的距離，以呈所述冷卻劑流動路徑內(nèi)的柵格狀結(jié) 構(gòu)。
42.如權(quán)利要求41所述的裝置，其特征在于，所述端部線圈向外延伸超過所述芯周向 部分側(cè)表面以提供所述端部線圈與芯周向部分側(cè)表面之間的空間，由此便于所述線圈內(nèi)產(chǎn) 生的熱的消散。
43.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二轉(zhuǎn)子、第一和第二定子協(xié) 作作為用于車輛的緊湊型高功率交流發(fā)電機。
44.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二轉(zhuǎn)子、第一和第二定子協(xié) 作作為用于改裝現(xiàn)有車輛的緊湊型高功率交流發(fā)電機。
45.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一轉(zhuǎn)子和直徑相對的第二轉(zhuǎn)子的設 計有助于抵抗由于加速度造成的裝置變形。
46.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一轉(zhuǎn)子和直徑相對的第二轉(zhuǎn)子的設 計縮短所述裝置的力矩臂長度，并減小多個轉(zhuǎn)子的變形。
47.一種功率轉(zhuǎn)換裝置，包括軸、第一定子、第二定子、第一轉(zhuǎn)子和直徑相對的第二轉(zhuǎn)子，所述軸、定子和轉(zhuǎn)子殼體同 軸布置，所述轉(zhuǎn)子殼體安裝在所述軸上，所述第一和第二定子包括至少一個繞組所述第一轉(zhuǎn)子包括第一多個永磁體，所述第一多個永磁體靠近所述第一定子設置，并 通過預定間隙距離與所述第一定子分隔開，從而所述第一定子與第一轉(zhuǎn)子的相對運動使來 自所述磁體的磁通量與所述第一定子繞組相互磁作用；所述第二轉(zhuǎn)子包括第二多個永磁體，所述第二多個永磁體靠近所述第二定子設置，并 通過預定間隙距離與所述第二定子分隔開，從而所述第二定子與第二轉(zhuǎn)子的相對運動使來 自所述磁體的磁通量與所述第二定子繞組相互磁作用；其中所述相應第一和第二多個永磁體的預定長度超過預定的第一和第二定子的各自 表面長度；其中所述裝置還包括將所述裝置聯(lián)接到表面的四個凸片；其中所述第一和第二定子狹槽和相應永磁體中的至少一個的設置相對于所述第一和 第二定子的軸線偏斜預定的量；以及其中所述第一轉(zhuǎn)子和定子對以及第二轉(zhuǎn)子和定子對包括獨立的輸出電壓。
48.如權(quán)利要求47所述的裝置，其特征在于，所述獨立輸出電壓包括直流電和交流電。
49.如權(quán)利要求48所述的裝置，其特征在于，所述第一轉(zhuǎn)子和第一定子對以及第二轉(zhuǎn) 子和第二定子對構(gòu)造成提供最佳為12V DC的輸出電壓范圍和最佳為IlOV AC的第二獨立 電壓范圍。
全文摘要
一種用于在機械能與電能之間轉(zhuǎn)換的裝置，尤其適于用作用于車輛使用的緊湊性高功率交流發(fā)電機和現(xiàn)有車輛的“拆除和替換”改裝。本發(fā)明的各方面提供一種顯著增加永磁體交流發(fā)電機的輸出同時解決徑向負載施加到永磁體交流發(fā)電機轉(zhuǎn)子的問題的方法。本發(fā)明的另一方面能夠產(chǎn)生兩種不同電壓的功率。本發(fā)明的一方面允許通過使用磁邊緣通量使輸出能力的顯著增加而不會增加軸向長度。本發(fā)明的一方面提供一種安裝偏斜層疊件的有效方法，該方法消除或降低永磁體機器內(nèi)存在的嵌齒而不會不利地影響空氣流動。本發(fā)明的另一方面通過將雙轉(zhuǎn)子永磁體機器的相對磁體徑向偏移來減小嵌齒。
文檔編號H02K16/00GK102084579SQ200980112561
公開日2011年6月1日 申請日期2009年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月7日
發(fā)明者C·Y·拉弗塔尼, H·C·斯科特 申請人:磁應用股份有限公司