用于交通工具的单相多极磁力式发电机制造技术

一种旋转电气机器，诸如一发电机，它能够以紧凑的结构提供较高的效率和输出。这通过使多个具有相对极性的隔开的永久磁铁与电枢线圈相配合来实现。永久磁铁以在１２０°到１４０°范围内的磁铁电气角相对于相对旋转轴线而设置成沿圆周方向隔开。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于交通工具的单相多极磁力式发电机，更具体地是涉及这种类型的一种改进的、紧凑的、高输出和高效率的发电机。许多类型的交通工具采用发动机驱动的发电机来产生用于发动机运转的电能以及为相关交通工具的附件提供电能。通常，这些类型的发电机可采用相对转动的永久磁铁和围绕电枢的线圈绕组。相对转动可在绕组中引发电流，该电流被提取出并因其交流特性而经整流用于驱动与发动机和/或交通工具相关的直流电气元件。通常，永久磁铁转动，而带电枢绕组的部件固定，但它们之间的关系也可以是其它的类型。关于这种类型的装置，根据现代交通工具方面的实践，对发电机的需求正日益上升。这样，为了提供更大的电能输出，需要增大发电机的尺寸，这因此也需要提高发动机的功率来驱动发电机。在许多采用这种发电系统的交通工具应用场合，交通工具本身相当紧凑，诸如载人水运工具或摩托车等。因此，发电机尺寸的增大并不合适。另外，如果发电机的尺寸和质量增加，驱动它的发动机输出同样必须提高。这可能导致发动机排放的升高，并可能导致发动机性能因发电机所消耗的功率而不如人意。因此，本专利技术的一个主要目的在于提供这种类型的一种改进的、紧凑的发电机。本专利技术的另一目的在于提供一种结构紧凑而具有高效率和高输出功率的改进的发电机。本专利技术的专利技术人发现，发电机的输出与永久磁铁的一个磁极的磁化角特别相关，这将在下面限定。业已发现，发电机的性能因其非线性的正弦输出而受该因素的显著影响。从以上描述可以清楚，永久磁铁通常形成于一环形件上并可粘附固定于它，也可以通过将一未磁化的环形磁性材料粘接于转子，然后对其进行磁化，以提供必要的交替磁极以实现沿圆周方向隔开的磁极来形成。不主张进行安装后磁化。业已发现，在磁化角之间存在某种关系，一磁铁相对于永久磁铁的一个磁极的旋转中心所占据的角度和发电机的输出波所造成的失真在大小上取决于输出波形内所含的谐波分量。这对于三次谐波或更大的谐波分量来说尤为明显。业已发现，输出波中的这种失真会增加热量积累和降低发电机效率。因此，按照本专利技术，专利技术人确定了最佳的磁电气角率，从而以最低的功率损失、热量生成和失真实现最大的功率输出。本专利技术适于实施于一旋转机器中，该机器在圆周方向上以规则的间隔具有变化数目的永久磁铁，并具有一可相对旋转的相关元件，该元件具有多个电枢，围绕电枢形成有线圈绕组。按照本专利技术，永久磁铁的磁极的磁化角相对于旋转轴线而设定在120°到140°的电气范围内。附图说明图1是按本专利技术一实施例而构成的一旋转电气机器沿旋转轴线剖开的剖视图。图2是大致沿图1的箭头2方向观察的视图，表示电枢电枢铁芯与永久磁铁的关系。图3是表示永久磁铁磁极的机械角、磁电气角和磁铁间电气角以及输出中的谐波变化之间的关系的图表。图4是表示机器效率随磁电气角的实际变化的图表。首先参见图1和2，标号11总的表示按照本专利技术一实施例而构成的旋转机器。在所示的实施例中，机器11由一定子组件12和一转子组件13构成。在所示的实施例中，机器11是一发电机，但应予理解，本专利技术可以用于其它类型的旋转电气机器和那些永久磁铁支承于转子和/或定子的机器。电气机器11尤其适于结合内燃机一起使用，如果用作发电机，它可从发动机输出轴14的旋转提供电力输出。标号14表示一小位移发动机的发动机曲轴，它延伸通过一部分发动机本体，并且电气机器11固定于它，下面将描述其固定方式。转子13由一轮毂部分15构成，它具有一接纳曲轴14一端的孔。曲轴14中形成有一键槽16，它接纳一键17，该键与轮毂15的一内孔18形成键连接，从而在它们之间提供无旋转驱动关系。轮毂部分15通过多个沿圆周方向隔开的铆钉19固定于一带飞轮的环件21。该环件21形成有多个沿圆周方向隔开的磁铁22，它们的形成方式将在下面描述，在所示的实施例中，包括6个磁铁，它们具有相对设置和交替布置的磁极，从而提供总共12个磁极。磁铁22由一分隔环24与带飞轮的环件21的径向延伸的内壁23保持隔开的关系。如果需要的话，在带飞轮的环件21的内表面上与永久磁铁22成围绕关系可形成一保护涂层25，以为其提供保护。轮毂部分15通过一单向离合器27连接有一起动齿轮26，该离合器具有一通过螺纹紧固件29固定于轮毂部分15的支架28。一合适的电动机(未示出)与该起动齿轮26相连，用于通过转动曲轴14而使相关的发动机起动。定子组件12包括一层叠环，它具有许多齿，它们形成电枢磁极31。围绕这些磁极31形成有各线圈绕组32，它们连接于一合适的外部电路用于提供电力输出。定子12由许多层叠板构成，它们形成一系列部分冲压内侧孔33和一系列部分冲压外侧孔34，后者形成于磁极齿31上。这些部分冲压孔33和34形成凹孔和突起，它们彼此相互配合而使层压物彼此对齐并在它们之间提供一机械连接。在各层压物之间可形成诸如树脂材料的绝缘片。另外，定子12，具体说是其形成于中心孔35周围的轮毂部分，具有孔36用于接纳螺纹紧固件(未示出)，这些螺纹紧固件固定定子而防止其相对于发电机壳体转动，该壳体未示出，但它固定于相关发动机的曲轴箱。转子磁铁22由盘状磁铁材料(铁氧体、铝镍钴合金等)形成，它们固定粘接于飞轮件21的内圆周面上。然后，用一磁化机(未示出)以30°(360°/12)的角度间隔对该环进行磁化，使0°＜θ＜30°，其中θ是磁化角(机械角)，如图2所示。相邻磁化部分的极性相反。或者，磁化角θ=30°的磁铁可以以30°的角度间隔粘接。磁铁22的一个磁极的磁铁电气角Θ和输出波形的谐波分量的大小已通过计算机模拟进行了分析，其结果示于图3中。它表示第3、第5和第7谐波的谐波分量A1、A5、A7的最大值(振幅)。这是通过对输出波形的傅立叶分析而得到的。图3表示基本分量A1，但它在电气角Θ中具有一个360°的周期，因而在此不需考虑。偶次谐波分量，诸如第2、第4和第8谐波不需要考虑，这是因为这些谐波的正、负分量在单相输出中相抵销。这里所使用的磁铁电气角Θ与一给定磁极的极性角θ的关系如下。假设电动势的频率为f；如果具有2p磁极的转子旋转一圈，则产生一个p循环的交流电压。一磁极走过两个磁极节距的时间长度等于电动势(输出电压)完成一个循环的时间长度。也就是说，与两个磁极节距相应的2π/p的机械角对应于2π的电气角(磁铁电气角)。因此，pθ=Θ。图3中的“磁铁间电气角”是随着永久磁铁22的机械角θ变小，未磁化部分或相邻永久磁铁22之间所产生的间隙的角度，它表示为(180-Θ)/2。通过分析，比较第3、第5和第7谐波分量的振幅(波长)；最大分量确定为谐波的最大值Amax。而且，取电气角Θ=180°处的谐波的最大值Amax(0.424)为基准，确定最大值与基准0.424的比率B(B=Amax/0.424)。由此可见，电气角θ的范围Θopt是比率B小于约0.5的最佳值。也就是说，已证实，如果磁铁电气角Θ设定在该范围Θopt内，则因谐波分量而造成的输出波形的失真较小，波形较为平滑，因而发电机的效率得以提高。从图3可以看出，对比率B低于0.5而言，电气角θ的范围Θopt最好是122°＜Θ＜140°。然而，考虑到对于120°以下的电气角Θ，比率急剧增大，因此认为磁铁电气角的范围Θopt包括直至Θ=120°的电气角是合理的，该角度是急剧增本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋转机器，它在圆周方向上以规则的间隔具有变化数目的多个永久磁铁，并具有一可相对旋转的相关元件，该元件具有多个电枢，围绕电枢形成有线圈绕组，永久磁铁的磁极的磁铁电气角相对于旋转轴线而设定在１２０°到１４０°的电气范围内。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：安间达也，高桥秀明，
申请(专利权)人：株式会社萌利克，
类型：发明
国别省市：JP[日本]