專利名稱：雙激勵(lì)電機(jī)、尤其是汽車交流發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及旋轉(zhuǎn)電機(jī)，例如汽車的交流發(fā)電機(jī)。單相或多相發(fā)電機(jī)例如普通的汽車交流發(fā)電機(jī)通常包括一個(gè)定子，一個(gè)轉(zhuǎn)子在定子中轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子配有一個(gè)激勵(lì)線圈。這個(gè)線圈由與兩個(gè)集電環(huán)相接觸的電刷供電，兩個(gè)集電環(huán)布置在轉(zhuǎn)子的軸的一個(gè)凸起部分上。
通過文獻(xiàn)EP-A-0707734，人們已經(jīng)了解了一些旋轉(zhuǎn)電機(jī)，在這些旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，尤其是為了提高其效率，轉(zhuǎn)子的激勵(lì)場(chǎng)同時(shí)通過永久磁鐵和線圈來實(shí)現(xiàn)(一般稱之為“混合激勵(lì)”)；在這些旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，借助激勵(lì)線圈處的轉(zhuǎn)換件控制由電樞供給的電流，這些轉(zhuǎn)換件可以有選擇地改變激勵(lì)方向，以減小甚至基本除去磁鐵的磁通。
這種改變激勵(lì)電流方向的必要性要求使用稱之為"H"形電橋的半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換電橋，這樣，不但費(fèi)用昂貴，而且增加電機(jī)成本。
本發(fā)明旨在彌補(bǔ)這些缺陷并提出一種電機(jī)，尤其是提出一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)、例如交流發(fā)電機(jī)，這種旋轉(zhuǎn)電機(jī)具有一種混合激勵(lì)作用，在這種旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，利用一種單向進(jìn)行的線圈激勵(lì)，尤其是使線圈激勵(lì)在一個(gè)基本為零的數(shù)值和一個(gè)最大值之間加以變化，以便分別供給基本為零的能量和最大能量，從而可以調(diào)節(jié)所供給的電流。
本發(fā)明另一個(gè)目的是，在這種電機(jī)中，對(duì)于一定數(shù)目的轉(zhuǎn)子電極來說，在完全保持彼此平衡的磁鐵激勵(lì)水平和線圈激勵(lì)水平時(shí)，可以減少必要的磁鐵數(shù)目。
因此，本發(fā)明提出一種磁通轉(zhuǎn)換式電機(jī)，這種電機(jī)包括一個(gè)定子和一個(gè)轉(zhuǎn)子，定子包括至少一個(gè)感應(yīng)線圈，感應(yīng)線圈位于至少一對(duì)槽中，轉(zhuǎn)子包括適于有選擇地建立閉合磁路的構(gòu)件，這些閉合磁路圍繞一個(gè)或若干感應(yīng)線圈的線股通過，其特征在于，所述構(gòu)件包括至少一個(gè)激勵(lì)永久磁鐵，適于建立一個(gè)沿轉(zhuǎn)子的圓周方向自行構(gòu)成回路的磁通，所述構(gòu)件還包括至少一個(gè)激勵(lì)線圈，適于局部建立一個(gè)沿著與一個(gè)或若干磁鐵所產(chǎn)生的磁通的方向相反的圓周方向可調(diào)節(jié)的磁通，其特征還在于，一個(gè)或每個(gè)磁鐵位于一個(gè)第一轉(zhuǎn)子部分中，限定第一對(duì)轉(zhuǎn)子磁極，一個(gè)或若干線圈圍繞一個(gè)第二轉(zhuǎn)子部分進(jìn)行布置，其端部限定第二對(duì)轉(zhuǎn)子磁極，轉(zhuǎn)子在相鄰的的第一和第二轉(zhuǎn)子部分之間具有第三轉(zhuǎn)子部分，與所述第一和第二部分形成一個(gè)圓周磁路。
本發(fā)明電機(jī)的非限制性優(yōu)選特征如下-一個(gè)或每個(gè)第二轉(zhuǎn)子部分具有兩個(gè)激勵(lì)線圈，適于產(chǎn)生一個(gè)朝向轉(zhuǎn)子內(nèi)部而另一個(gè)朝向轉(zhuǎn)子外部的磁通。
-轉(zhuǎn)子沿其周邊交替地具有第一部分和第二部分。
-一個(gè)或每個(gè)轉(zhuǎn)子的第二部分一般呈"U"形形狀，在其兩個(gè)臂中的每個(gè)臂上接納一個(gè)激勵(lì)線圈。
-所述第三轉(zhuǎn)子部分在基本小于轉(zhuǎn)子半徑的徑向距離上并且與轉(zhuǎn)子磁極隔一段距離地進(jìn)行延伸。
-第一、第二和第三轉(zhuǎn)子部分由一個(gè)單一骨架加以限定。
-轉(zhuǎn)子由至少兩個(gè)分開的骨架構(gòu)件形成，這兩個(gè)分開的骨架構(gòu)件在各自的若干對(duì)磁鐵之間延伸，并且彼此之間通過所述磁鐵進(jìn)行連接。
本發(fā)明還提出一種例如上面所述的電機(jī)，這種電機(jī)構(gòu)成汽車的交流發(fā)電機(jī)。
參照附圖及非限制性最佳實(shí)施例，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)越性將在說明書中作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
附圖如下

圖1a是本發(fā)明第一實(shí)施例中一個(gè)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的一組轉(zhuǎn)子和定子在激磁線圈非激勵(lì)狀態(tài)下的展開示意圖。
圖1b類似于圖1a，是激勵(lì)線圈在激勵(lì)狀態(tài)下的示意圖。
圖2是本發(fā)明一個(gè)多相電機(jī)的一組轉(zhuǎn)子和定子的橫向剖視圖。
圖3是本發(fā)明第二實(shí)施例中一個(gè)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的一組轉(zhuǎn)子和定子的展開示意圖。
圖4是圖2所示轉(zhuǎn)子骨架的一種可能實(shí)施例的橫向剖面圖。
圖5是圖3所示轉(zhuǎn)子骨架的一種可能實(shí)施例的橫向剖面圖。
首先，圖1a和1b以展開示意圖示出可以配備到本發(fā)明一個(gè)單相或多相電機(jī)、例如一個(gè)交流發(fā)電機(jī)上的一個(gè)定子1的一部分和一個(gè)轉(zhuǎn)子2的對(duì)應(yīng)部分。
定子1具有一個(gè)限定一種連續(xù)環(huán)形結(jié)構(gòu)的骨架12，在其內(nèi)周邊配有若干槽13，這些槽完全以傳統(tǒng)的方法裝有感應(yīng)線圈的線股14。
這些槽13數(shù)目成對(duì)，有規(guī)則地呈一定角度分布，彼此之間布置有磁極15。
轉(zhuǎn)子2由一系列結(jié)構(gòu)加以確定，這些結(jié)構(gòu)是分開的或者最好由鐵磁性材料連在一起。這些結(jié)構(gòu)在圖1a和1b中個(gè)別示出以便于說明。這些結(jié)構(gòu)包括一個(gè)"U"形第一結(jié)構(gòu)21和一個(gè)基座213，第一結(jié)構(gòu)具有兩個(gè)臂211、212，其自由端限定兩個(gè)外凸磁極，在一個(gè)多相電機(jī)的情況下，其角距等于定子磁極15的角距。
在兩個(gè)臂211、212中的每個(gè)臂上環(huán)繞有一個(gè)激勵(lì)線圈，分別為線圈215和216，這些線圈彼此連接成產(chǎn)生兩個(gè)反向磁通，如同后面所述的那樣。
最好配置若干按一定角度有規(guī)則間隔的前面所述的"U"形結(jié)構(gòu)。
在這些"U"形結(jié)構(gòu)21之間布置數(shù)目相同的永磁式結(jié)構(gòu)22，每個(gè)永磁式結(jié)構(gòu)包括一個(gè)永久磁鐵225，永久磁鐵225限定在兩個(gè)鐵磁件221、222之間，其朝向定子轉(zhuǎn)動(dòng)的表面構(gòu)成磁極，"U"形結(jié)構(gòu)211的磁極和鐵磁件221、222的磁極在轉(zhuǎn)子的外周邊有規(guī)則地加以間隔。在一個(gè)三相電機(jī)的情況下，定子的槽13的數(shù)目是上述轉(zhuǎn)子磁極數(shù)目的三倍。
結(jié)構(gòu)21和22彼此之間由鐵磁性材料制成的形成磁連接件的嵌入件23相連，這些嵌入件占據(jù)定子的徑向尺寸(相當(dāng)于圖1a和1b所示的高度)，這個(gè)尺寸基本小于結(jié)構(gòu)21和22的徑向尺寸。
最好如圖所示，這些嵌入件23基本上延伸到"U"形件21的基座213的高度，在它們的上面保持兩個(gè)激勵(lì)線圈215、216的外線股所需的間隙。
顯然，由以上所述可見，轉(zhuǎn)子的不同構(gòu)件可以根據(jù)所需的磁極數(shù)，配置N個(gè)，一組接一組地進(jìn)行布置。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1a和1b來描述一個(gè)旋轉(zhuǎn)電機(jī)即一個(gè)交流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行，其原理上面已經(jīng)述及。
首先來看沒有電流通過激勵(lì)線圈215、216的情況(圖1a)。
在這種情況下，永久磁鐵225所產(chǎn)生的磁通可以沿著一個(gè)閉路本身進(jìn)行傳輸，經(jīng)過鐵磁件221、222、磁連接件23以及"U"形件21的基座部分213。
由此可知，如圖1a中箭頭F1所示，這種磁通不傳輸?shù)蕉ㄗ由?，除非存在可忽略的漏磁通。因此，交流發(fā)電機(jī)處于未激勵(lì)狀態(tài)，定子線圈基本不輸送任何電流。
當(dāng)施加在激勵(lì)線圈215、216上的電流方向使得一種朝下的磁通在位于磁通方向F1上游的線圈215中產(chǎn)生以及一種朝上的磁通在位于下游的線圈216中產(chǎn)生時(shí)，三種主要磁通在轉(zhuǎn)子和定子之間環(huán)流-箭頭F2所標(biāo)示的一種第一磁通，在臂211、212和"U"形件21的基座213中以及在相鄰的兩個(gè)定子磁極之間，沿著圖1b所示的反時(shí)針方向進(jìn)行環(huán)流；-箭頭F3所標(biāo)示的一種第二磁通沿著順時(shí)針方向，經(jīng)由構(gòu)件21的左臂211、形成磁連接件的構(gòu)件23以及與磁鐵225相鄰的構(gòu)件222，并經(jīng)由其相鄰兩個(gè)磁極之間的定子進(jìn)行環(huán)流；-永久磁鐵225產(chǎn)生的磁通在磁連接件23處遇到一種反方向的磁通(磁通F3)，如同后面將進(jìn)一步描述的那樣，這種磁鐵磁通至少部分地經(jīng)由與磁鐵相鄰的兩個(gè)構(gòu)件222、221，并經(jīng)由兩個(gè)相鄰的定子磁極進(jìn)行環(huán)流(磁通F4，沿反時(shí)針方向環(huán)流)；-最后，一種稱為單極磁通的用箭頭F5標(biāo)示的補(bǔ)充磁通，是由磁鐵225和激勵(lì)線圈215、216產(chǎn)生的。
因此，在轉(zhuǎn)子2處形成一系列南北磁極，使定子線圈輸送電流。
這里，重要的是，轉(zhuǎn)子線圈215、216處的轉(zhuǎn)子電流振幅直接確定電機(jī)的激勵(lì)水平，這種激勵(lì)水平隨著所述電流的變化而變化。
確切地說，當(dāng)轉(zhuǎn)子電流為零時(shí)(圖1a所示的情況)，那么，如上所述，激勵(lì)值為零。
相反，如果線圈215、216的電流是這樣的當(dāng)不存在轉(zhuǎn)子電流時(shí)，磁連接件23中朝左延伸的磁通在絕對(duì)值上等于相鄰永久磁鐵所產(chǎn)生的磁通，那么，所述磁鐵產(chǎn)生的總磁通朝定子轉(zhuǎn)移。這樣，電機(jī)的激勵(lì)值最大，配置在交流發(fā)電機(jī)中以產(chǎn)生可變轉(zhuǎn)子電流的構(gòu)件使得對(duì)應(yīng)于后一種情況的電流值為最大電流值。
這樣，實(shí)現(xiàn)了一種電機(jī)，在這種電機(jī)中，利用在零值和預(yù)定的最大值之間變化的單向激勵(lì)電流，獲得一種隨電流變化而變化的激勵(lì)值，變化范圍在零激勵(lì)值和最大激勵(lì)值之間。
因此，可以避免使用一種"H"形電子轉(zhuǎn)換電橋或類似構(gòu)件，在已有技術(shù)中的混合激勵(lì)電機(jī)里，這種電橋用于根據(jù)所需激勵(lì)值獲得一個(gè)雙向電流。因此，基本使轉(zhuǎn)換件的成本降低，轉(zhuǎn)換構(gòu)件可以包括一個(gè)單一半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換件。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2和3來描述本發(fā)明一個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的若干具體實(shí)施例。
這里，人們將看到，在兩種情況下，圖1a和1b所示的一組鐵磁件連成一個(gè)單個(gè)骨架，附圖上用標(biāo)號(hào)20加以標(biāo)示。
圖2示出具有兩個(gè)完全相對(duì)的永久磁鐵225和兩對(duì)激勵(lì)線圈215、216的一個(gè)八磁極轉(zhuǎn)子。
與圖1a和1b所示的鐵磁件相應(yīng)的鐵磁件用同一標(biāo)號(hào)標(biāo)示。骨架部分20圍繞其用于接納轉(zhuǎn)子軸的一個(gè)中央孔20a，同時(shí)限定"U"形件的基座213和磁連接件23，在所述中央孔和接納線圈215、216的外線股的槽的底部之間具有減小的徑向尺寸。
在圖2所示的轉(zhuǎn)子用于一個(gè)三相交流發(fā)電機(jī)的情況下，配置一個(gè)24槽定子，這些槽最好進(jìn)行有規(guī)則的分布，定子的三相線圈布置在其中。
圖3示出具有三個(gè)呈120°等距離布置的磁鐵225和三對(duì)激勵(lì)線圈215、216的一個(gè)12磁極轉(zhuǎn)子。在這種情況下，對(duì)于一個(gè)三相電機(jī)來說，配置一個(gè)36槽定子，這些槽最好進(jìn)行有規(guī)則的分布。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4和5來描述圖2和3所示轉(zhuǎn)子骨架的其它實(shí)施例。
如圖4所示，轉(zhuǎn)子的骨架20制成兩個(gè)扇形區(qū)20a、20b，這兩個(gè)扇形區(qū)在兩個(gè)磁鐵225之間延伸，并且在組裝時(shí)與所述磁鐵相連，以便形成一個(gè)連續(xù)的圓柱形結(jié)構(gòu)。
如圖5所示，三個(gè)扇形區(qū)20a、20b、20c與三個(gè)磁鐵相連，形成轉(zhuǎn)子。
轉(zhuǎn)子分隔成N個(gè)扇形區(qū)(N根據(jù)所需磁極數(shù)目而變化)，其優(yōu)越性在于，便于制作線圈，各個(gè)不同的扇形區(qū)比一個(gè)單個(gè)圓柱形骨架更易于分開進(jìn)行繞線。
另外，人們?cè)谶@里將發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)越性由于磁鐵的磁通在沒有激勵(lì)電流的情況下自行閉合，因此，不存在這樣的危險(xiǎn)當(dāng)電機(jī)進(jìn)行裝配時(shí)，轉(zhuǎn)子不緊貼在電機(jī)裝配線上的鐵磁件上。
顯然，本發(fā)明不局限于所述和所示的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可在不超出本發(fā)明范圍的情況下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行改進(jìn)。
特別是，可以在轉(zhuǎn)子中進(jìn)行磁鐵結(jié)構(gòu)和線圈結(jié)構(gòu)的任何組合，例如在每對(duì)磁鐵結(jié)構(gòu)之間配置兩個(gè)或兩個(gè)以上的線圈結(jié)構(gòu)，或者相反，在每對(duì)線圈結(jié)構(gòu)之間配置兩個(gè)或兩個(gè)以上的磁鐵結(jié)構(gòu)。
在這種情況下，線圈和磁鐵設(shè)計(jì)成線圈的最大磁通基本上能夠阻礙在沒有激勵(lì)電流時(shí)磁鐵所產(chǎn)生的圓周磁通。
也可以使每個(gè)線圈結(jié)構(gòu)只包括一個(gè)合理布置的單個(gè)線圈。
最后，可以使每個(gè)磁鐵結(jié)構(gòu)具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的磁鐵，磁鐵的磁通自行組合，以便當(dāng)線圈處沒有激勵(lì)時(shí)，在轉(zhuǎn)子中獲得圓周磁通的所需效果。
權(quán)利要求
1．一種磁通轉(zhuǎn)換式電機(jī)，它包括一個(gè)定子(1)和一個(gè)轉(zhuǎn)子(2)，定子包括至少一個(gè)感應(yīng)線圈(14)，感應(yīng)線圈位于至少一對(duì)槽(13)中，轉(zhuǎn)子包括若干構(gòu)件，這些構(gòu)件適于有選擇地建立圍繞一個(gè)或若干感應(yīng)線圈的線股的閉合磁路，其特征在于，所述構(gòu)件包括至少一個(gè)激勵(lì)永久磁鐵(225)和至少一個(gè)激勵(lì)線圈(215,216)，所述激勵(lì)永久磁鐵適于沿轉(zhuǎn)子的圓周方向建立一種自行形成回路的磁通，所述激勵(lì)線圈適于沿著與一個(gè)或若干磁鐵產(chǎn)生的磁通的方向相反的圓周方向局部地建立一種可調(diào)節(jié)的磁通，一個(gè)或每個(gè)磁鐵位于一個(gè)第一轉(zhuǎn)子部分(22)，限定第一對(duì)轉(zhuǎn)子磁極，一個(gè)或若干線圈圍繞一個(gè)第二轉(zhuǎn)子部分(21)進(jìn)行布置，其端部限定第二對(duì)轉(zhuǎn)子磁極，在相鄰的第一和第二轉(zhuǎn)子部分之間，轉(zhuǎn)子具有第三轉(zhuǎn)子部分(23)，這些第三部分與所述第一和第二部分一起形成一個(gè)圓周磁路。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于，一個(gè)或每個(gè)第二轉(zhuǎn)子部分(21)具有兩個(gè)激勵(lì)線圈(215,216)，適于產(chǎn)生兩種磁通，一種朝向轉(zhuǎn)子(2)內(nèi)部，另一個(gè)朝向轉(zhuǎn)子(2)外部。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電機(jī)，其特征在于，轉(zhuǎn)子(2)沿其周邊交替地具有第一部分(22)和第二部分(21)。
4．根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的電機(jī)，其特征在于，一個(gè)或每個(gè)第二轉(zhuǎn)子部分(21)一般呈"U"形形狀，在其兩個(gè)臂(211,212)中的每個(gè)臂上接納一個(gè)激勵(lì)線圈(215,216)。
5．根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的電機(jī)，其特征在于，所述第三轉(zhuǎn)子部分(23)在基本小于轉(zhuǎn)子半徑的一個(gè)徑向距離上與轉(zhuǎn)子磁極隔一段距離地加以延伸。
6．根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的電機(jī)，其特征在于，第一、第二和第三轉(zhuǎn)子部分(22,21,23)由一個(gè)單個(gè)骨架(20)加以限定。
7．根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的電機(jī)，其特征在于，轉(zhuǎn)子由至少兩個(gè)分開的骨架構(gòu)件(20a,20b；20a,20b,20c)形成，這些骨架構(gòu)件在各自的若干對(duì)磁鐵(225)之間延伸，并且彼此之間通過所述磁鐵進(jìn)行連接。
8．根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的電機(jī)，其特征在于，它是一臺(tái)汽車的交流發(fā)電機(jī)。
全文摘要
一種磁通轉(zhuǎn)換式電機(jī),具有一個(gè)定子(1)和一個(gè)轉(zhuǎn)子(2)。轉(zhuǎn)子包括若干構(gòu)件,以便建立圍繞定子線圈線股的閉合磁路。根據(jù)本發(fā)明,這些構(gòu)件包括激勵(lì)永久磁鐵(225),產(chǎn)生一種沿圓周方向自行形成回路的磁通,所述構(gòu)件還包括激勵(lì)線圈(215,216),沿著與磁鐵所產(chǎn)生的磁通方向相反的方向局部地建立一種可調(diào)節(jié)磁通;每個(gè)磁鐵位于一個(gè)第一轉(zhuǎn)子部分(22)中,限定第一對(duì)磁極,線圈圍繞一個(gè)第二轉(zhuǎn)子部分(21)進(jìn)行布置,其端部限定第二對(duì)磁極;轉(zhuǎn)子在相鄰的第一和第二部分之間具有第三部分(23),第三部分與第一和第二部分形成一個(gè)圓周磁路。
文檔編號(hào)H02K1/22GK1224945SQ9910138
公開日1999年8月4日 申請(qǐng)日期1999年1月26日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月26日
發(fā)明者杜庫(kù)·安東尼·阿凱馬庫(kù) 申請(qǐng)人:瓦萊奧電機(jī)設(shè)備公司