紧凑型高功率交流发电机制造技术

一种用于在机械能与电能之间转换的装置，尤其适于用作用于车辆使用的紧凑性高功率交流发电机和现有车辆的“拆除和替换”改装。本发明专利技术的各方面提供一种显著增加永磁体交流发电机的输出同时解决径向负载施加到永磁体交流发电机转子的问题的方法。本发明专利技术的另一方面能够产生两种不同电压的功率。本发明专利技术的一方面允许通过使用磁边缘通量使输出能力的显著增加而不会增加轴向长度。本发明专利技术的一方面提供一种安装偏斜层叠件的有效方法，该方法消除或降低永磁体机器内存在的嵌齿而不会不利地影响空气流动。本发明专利技术的另一方面通过将双转子永磁体机器的相对磁体径向偏移来减小嵌齿。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】紧凑型高功率交流发电机
技术介绍
由永磁发电机供给的功率根据转子的速度显著变化。在许多应用中，转子速度的 变化通常是由于例如汽车内发动机速度的变化或负载特性的变化。因而，通常采用电子控 制系统。因此于1997年4月四日授予Scott等人的上述美国专利5，625，276中描述了永 磁交流发电机和控制系统的实例。2000年1月25日授予Anderson等人的美国专利6 018 200中描述了其它控制系统的实例。在与本文本专利技术实施例的内容不冲突的范围内，为了所 有目的将上述文献完全以参见的方式纳入本文。在这种永磁交流发电机中，效率与将磁体与定子分隔开的“气隙”成反比。这些气 隙通常在一英寸的千分之20至千分之40范围内。由定子产生的输出与气隙直径(另外在 下文结合IF定义)的平方成比例，因此尤其有利的是使特定应用所允许的气隙直径最大。通常，汽车应用中的交流发电机装备有安装附件，其更通常地称为安装凸耳，该安 装凸耳用于通过中间支架将交流发电机固定到发动机块体上并通过稍后将描述的方法允 许交流发电机适当运行而没有滑带。称为J180或铰链型安装件的通用布置(也称为三点 安装件)包括用于该目的的三个安装凸耳。两个安装凸耳位于交流发电机的前部和后部并 轴向对准。通过使用穿过两个凸耳和安装支架的螺栓将两个对准的凸耳固定到发动机上相 应的结构以有效地用作铰链。通常称为上部调节凸耳的第三安装凸耳通常定位在交流发电 机的前部并与所述前两个凸耳径向相对。该上部调节凸耳安装到装备有螺旋千斤顶的装置 以使交流发电机绕由前两个凸耳形成的铰链转动且一旦实现适当的带张力就将交流发电 机锁定在位。螺旋千斤顶并不总是存在于该类型的所有支架中，在该情况下，使用杠杆(通 常是木杆)使交流发电机绕铰链转动，并然后通过设计成用于该功能的简单支架和锁定固 定件固定交流发电机。在任一种情况下，交流发电机都用作电气系统的功率产生部件和绕 过交流发电机带轮到达相应驱动带轮(通常是发动机曲轴带轮)的汽车安全带的张紧器。 在某些发动机中，通常是大型柴油机，内部联接辅助驱动轴装备有用于代替曲轴带轮驱动 交流发电机的带轮。尽管J180标准作为安装交流发电机和对驱动安全带施加张力的方法是有效的， 但J180标准仅有三个安装点，交流发电机的大部分仍悬伸着。仅用三个安装凸耳，交流发 电机经受绕悬伸部分的“摆动”，这又放大了加速度的效果。通常，在汽油和柴油发动机应用 中发现这些破坏性的力，但在柴油机启动期间最剧烈。当车辆经受方向的突然改变时，例如 当撞到坑洼或其它类似路障时也会遇到猛烈的加速度。这些力的作用大大缩短交流发电机 的寿命。汽车安全带工程最近的改进致使汽车安全带张紧器组件的发展，通过使用一体式 扭转弹簧对安全带施加所要求的拉力，由此不再需要交流发电机用作安全带张紧器。在该 布置中，交流发电机凸耳硬安装到固定支架，不再需要铰链和螺旋千斤顶。利用汽车安全带 张紧器的优点在于，总是正确地施加正确的安全带张力，但使用J-180铰链座架和利用三 点安装凸耳的改型的交流发电机中仍然发现破坏性力g，因为没有安装凸耳的交流发电机 的部分仍然会摆动。在进一步减小观察到的破坏性力的尝试中，汽车工程师协会(SAE)颁布了衬垫安 装交流发电机规格建议(Pad Mount Alternator Specification Proposal)作为将交流发 电机固定到发动机的方法(SAE文件2002-01-1282)。衬垫安装交流发电机规格建议包括四 个规格版本2-1至2-4。2-1和2-4尚待得到广泛的接受并打算将来使用，而2_2和2_3已 经总体被重型发动机制造商接受，使正在构建的交流发电机符合所提出的标准。如下文将 描述的，衬垫安装交流发电机(Pad Mount Alternator)利用将交流发电机硬安装到发动机 块体的四个安装凸耳。在降低破坏性力的尝试中，已经开发出包括第四个安装凸耳的J180 安装件的改型。在任一种情况下，都将在四个位置将交流发电机硬安装到发动机。由于用 于固定交流发电机的安装凸耳之间的距离固定，所以SAE衬垫安装标准以及J180四个点改 型在物理上限制总体交流发电机直径。当前由于总体直径被限制，增加衬垫安装交流发电 机内交流发电机输出的唯一有效方法是增加总体轴向长度。该方法将输出限制成随着轴向 程度成比例地增加。然后非常需要开发增加交流发电机输出的方法，同时符合SAE衬垫安 装标准强加的预定几何形状或因此符合任何四点安装交流发电机。永磁交流发电机的转动部分包括具有其上固接有永磁铁的转子。在其中交流发 电机的总体直径受限的给定应用中，显著增加输出一个方法是增加定子的总体长度。如 Lafontaine等人申请中所讨论的那样，由于该类型交流发电机中的转子是端部敞开的，所 以它实际上是悬伸的并在暴露于剧烈径向负载时经受偏移。因此，该类型交流发电机的有 效长度受转子可耐受的径向负载量的限制，从而防止永磁体与定子碰损。尽管永磁体转子 可设计成耐受最大的负载，但对于尺寸和总体重量的实际限制往往使该方法超过某些长度 是不实际的。因此，理想的是设计其中输出显著增加但不受转子长度限制的永磁机器。对远离电网的电动工具的需求随着时间日益增加。在接触到诸如110VAC的线路 级电压不实际或完全不可能的区域，负有维修设备任务的现场维修人员对此需求有强烈的 感觉。用于解决该问题的一种方法是通过使用发电机组来产生手钻、圆锯以及诊断设备等 所需要的AC功率。该方法的缺点在于与现场维修人员所做工作不直接相关的发电机组所 需要的频繁维护以及携带较大重量的设备件的不便。另一方面，如果发动机罩下交流发电 机能够传输车辆系统DC功率和AC功率供外部使用，则能够消除携带发电机组的成本和负 担。考虑到单个交流发电机产生例如12VDC车辆功率和110VAC功率，在交流发电机优化成 产生12VDC将电压增加到110的情况下或者在交流发电机优化成产生110VAC将电压相反 逐渐下降到12VDC的情况下固有的低效就成为问题。因此，生产出对为特定任务优化的独 立输出电压或电流构造能够使电输出翻倍的交流发电机是尤其有利的。具体来说，最佳为 12VDC的输出电压范围且最佳为110VAC的第二独立的电压范围。磁边缘通量的效果是公知的，且可用来增加永磁机器的功率。在永磁交流发电机 中，对给定应用限制总可用轴向长度对交流发电机的轴向定子长度施加限制。这是因为，除 了配装在交流发电机内的定子之外，前部和后部端板、转子以及对所有线圈必要的间隙必 须都共享相同限制的轴向长度。在永磁机器中，能够使磁体的长度延伸超过两定子表面而 不影响交流发电机的总体长度。在该方法中形成的磁边缘通量场会延伸超过定子并与也延 伸超过定子的绕组端部线圈相交。结果是磁通与延伸超过定子表面的线圈相互作用，对于 给定长度的定子，这又产生更多的功率。然后理想的是设计利用磁边缘通量的交流发电机 作为对固定长度的定子增加功率的方法。永磁机器往往显示出不合要求的嵌齿效应。嵌齿效应是永磁交流发电机的其中磁 体绕转子径向等间距设置的几何形状的直接结果，使北极和南极交替并在每个磁体之间形 成间隙。该定子包括齿和槽，与磁体的几何形状相匹配。静止时，由永磁体产生的磁场产本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率转换装置，包括：　　轴、第一定子、第二定子、第一转子和直径相对的第二转子，所述轴、定子和转子壳体同轴布置，所述转子壳体安装在所述轴上，所述第一和第二定子分别包括至少一个绕组；　　其中所述第一转子还包括第一多个永磁体，所述第一多个永磁体联接到所述第一转子并靠近所述第一定子设置，并通过第一预定间隙距离与所述第一定子分隔开，从而所述第一定子与第一转子的相对运动使来自所述磁体的磁通量与所述第一定子绕组相互磁作用；　　其中所述第二转子还包括第二多个永磁体，所述第二多个永磁体联接到所述第二转子并靠近所述第二定子设置，并通过第二预定间隙距离与所述第二定子分隔开，从而所述第二定子与第二转子的相对运动使来自所述磁体的磁通量与所述第二定子绕组相互磁作用；以及　　所述相应第一和第二多个永磁体的相应的预定长度超过相应预定的第一和第二定子表面长度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·Y·拉弗塔尼，
申请(专利权)人：磁应用股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US