专利名称：一种与发动机连接成一体的永磁发电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种应用于车辆领域的发电机装置，尤其是一种应用于混合动力 车的与发动机直接连接成一体，具有内、外两套绕组对外输出的全封闭永磁发电机，本实用 新型也可以应用于其他类似领域。
背景技术：
发动机通过传动轴(或连接器)与发电机机械连接，固定在同一底座上，发动机带 动发电机旋转，发动机的机械能转换成发电机的电能，对外供电，这一类发电机组在目前的 市场上有很多产品，容量从1000VA到lOOOkVA。常用的柴油发电机组一般采用电励磁发电 机，固定电压和固定频率输出电能，在应急电源方面，如野外施工和移动作业中有广泛的应 用。在串联式混合动力客车中，受安装空间的限制，可供选择的电励磁发电机是单转速发电 机，体积较大，输出特性单一且转速受到限制，不能完全转换发动机的能量，特别是不能通 过提高发动机的转速提高电能输出，使客车中的电力供应受到诸多限制，在整车设计时通 过安装大容量的动力电池，并以动力电池供电为主、发电机辅助供电的策略来解决电驱动 系统的电力需求。现有的串联式混合动力客车的发电机组体积较大，连接器占用空间也较 大，性能匹配差，尤其转速适应差，发电机容量偏低，额定转速时效率较高，其它转速输出能 力降低、效率也偏低，这不利电动客车的节能降耗。虽然用永磁发电机可以提高机组的电输 出能力以及和发动机的转速匹配性能，但发电机的传统结构使得体积依然较大，有限的安 装空间使得永磁发电机的输出并不能完成满足整车对发电机的供电能力需求，尤其负荷大 时，电枢反应使得发电机输出能力下降很多，效率也大幅下降；转速升高时发电机自身损耗 加大，效率下降很多，适用性差。目前串联式混合动力客车上的发电机组占用空间较大，主要是发电机与发动机的 传统连接方式轴向长度过长，高效的转速范围很窄，其它转速区域效率普遍偏低低速时输 出电压较低，高速时输出电压偏高，输出大电流时输出电压降幅较大，极大的影响和动力电 池并联协同供电，限制发动机的运行速度，从而影响客车节能效果。因此可以看出目前和发动机配套的发电机尚存在一些不足，尤其是占用空间大、 性能不能完成满足串联式混合动力客车的需求，因此有必要进一步对永磁发电机的结构加 以改进，基本和发动机的性能匹配，提高其适用性和输出能力，在有效的转速范围内，高效 输出。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服传统结构的发电机输出能力小，占用空间大，与发动 机匹配性较差、效率低等缺点，提供一种新型结构的与发动机连成一体全封闭的永磁发电 机，该发电机具有空间利用好，体积较小，容量较大的优点，并且发电机的特性可以很好地 与发动机匹配，从而使“提高发动机转速而增大电功率输出”成为可能。按照本实用新型，上述技术问题是通过下述技术方案来实现的[0007]—种与发动机连接成一体的永磁发电机，包括外定子、转子和内定子，其特征在 于外定子的机壳固定在发动机飞轮罩上，内定子的支架固定在轴上，转子固定在发动机飞 轮上，转子上布置永磁体，采用切向激磁结构，永磁体通过内气隙、内定子铁芯形成第一个 主磁场闭合回路和通过外气隙、外定子铁芯形成第二个主磁场闭合回路，转子随飞轮旋转， 带动永磁体旋转，旋转的磁场在内定子绕组和外定子绕组中产生感应电动势，对外提供电 能。作为本实用新型进一步的实施方式，所述转子采用横卧式杯体结构，转子的杯体 由不导磁和不导电的材料制成，两端留有风道，杯底布置有辐射状加强筋，加强筋上布置有 风叶，转子转动时在电机内部的内定子和外定子间形成循环风。作为本实用新型进一步的实施方式，所述的发电机采用内、外整体水冷却结构，外 定子和内定子都通水冷却，连接盘的水路串联内定子的水路，再与外定子的水路并联，发电 机内部同时采用循环风冷结构，发电机采用全封闭安装结构。作为本实用新型进一步的实施方式，所述的内定子绕组和外定子绕组作为两个独 立的电源单独对外提供电能，两绕组之间没有电联系。作为本实用新型的另一种实施方式，所述的内定子绕组和外定子绕组通过外部连 线成串联方式一起对外提供电能，这样可以极大地提高输出电压。作为本实用新型的另一种实施方式，所述的内定子绕组和外定子绕组通过外部连 线成并联方式一起对外提供电能，这样可以极大地提高输出电流。作为本实用新型进一步的实施方式，所述的内定子绕组和外定子绕组均采用分布 式绕组结构。作为本实用新型的另一种实施方式，所述的外定子绕组采用分布式绕组结构，内 定子绕组采用集中绕组结构。作为本实用新型的另一种实施方式，所述的外定子绕组采用集中绕组结构，内定 子绕组采用分布式绕组结构。作为本实用新型的另一种实施方式，所述的外定子绕组和内定子绕组均采用集中 绕组结构。由于发电机与发动机直接相连，不再需要传动轴连接器，使发电机组长度缩短。采 用定子上布置线圈、转子上固定永磁体的方式，通过提升发电机的输出能力，使混合动力客 车以“发电机供电为主，动力电池供电为辅”的策略成为可能，减少动力电池的配备和容量， 有效提高客车节油效果。其特点是定子分为外定子和内定子，都布置有固定绕组，转子由发 动机的飞轮带动旋转，转子上的永磁体在电机内部内、外定子中分别产生旋转磁场，在其绕 组中产生感应电势，对外供电。随着转速的升高，电压升高，供电能力增大。通过应用此种 实施方式所描述的装置，此发电机结构紧凑，空间利用好，体积较小，散热效果好，单位体积 输出的电功率较大，随着转速的提高，电输出能力提升，与发动机的输出特性基本匹配，特 别适用于串联式混合动力客车。
图1为本实用新型实例的发电机总体结构示意图；图2为本实用新型的发电机的实施例一磁路结构示意图；[0020]图3为本实用新型的发电机的实施例二磁路结构示意图；图4为本实用新型的发电机的实施例三磁路结构示意图；图5为本实用新型的发电机的实例施四磁路结构示意图；图中1-飞轮罩，2-飞轮，3-机壳，4-外定子，5-永磁体，6_转子，7-内定子，8_支 架，9-轴，10-连接盘。
具体实施方式
附图给出了本实用新型的具体实施例，下面将通过附图和实施例对本实用新型作 进一步的描述。作为该一种与发动机连接成一体的永磁发电机一种较佳的实施方式，如图1所 示，发电机具有内定子7和外定子4，其绕组采用分布式绕组，也可采用集中绕组。通过组合 内定子7和外定子4的绕组型式，发电机具有不同的外输出特性。外定子4通过机壳3固 定在发动机的飞轮罩1上，机壳3内部布有水道，设置有进、出水口和外部散热系统的水路 相连。内定子7的铁芯固定在支架8上，采用支架8内部通水冷却，支架8固定在轴9上， 并留有轴向通风孔。轴9不旋转，一端通过轴承安装在发动机的飞轮2内孔，一端固定在连 接盘10上，其上安装有轴承，用来支撑转子6，轴9内留有水道用来连通支架8的水路和连 接盘10的水路；轴9内开有引出线孔。转子6采用杯体横卧结构，没有转轴，杯体为不导磁、不导电材料，其上固定永磁 体5并在杯口端留通风孔，杯口的法兰固定在发动机的飞轮2上，使转子6和飞轮2 —起旋 转，在电机内部形成旋转磁场。杯底开孔，其上的布置辐射状加强筋和通风道，部分筋上布 置有风叶，在转子6旋转时形成电机内部内、外定子间的风循环，有利于电机快速形成等温 体，杯底布置有迷宫类油封结构，和连接盘10的油封结构匹配，用于轴承的防护。永磁体5提供主磁场，切向激磁结构，形成主磁场的内、外双闭合回路，如图2或图 3或图4或图5所示，第一个主闭合回路，从磁极的N极出发，经外气隙、外定子铁芯、外气 隙、进入磁极的S极回到N极；第二个主闭合回路，从磁极的N极出发，经内气隙、内定子铁 芯、内气隙、进入磁极的S极回到N极。连接盘10外接机壳3，内部固定轴9，使发电机成为封闭体。连接盘10内部布置 有油封结构，和转子6的油封配套。连接盘10上布置有同心环形水路，和机壳3的水路并 联，通过轴9内水道和内定子的支架8的水路串连。电机的散热依靠内部的风循环和整体 的水循环冷却，效果很好。如图2所示的实施例一是内、外定子均为分布式定子绕组的磁路结构，该发电机 包括外定子4、转子6、内定子7以及连接盘10，外定子4通过机壳3固定在发动机飞轮罩1 上。内定子7通过轴9，一端安装轴承放置在发动机飞轮2的内孔中，另一端固定在连接盘 10上，外部安装轴承，用来支撑转子。连接盘10固定在机壳3上。内、外定子采用水冷，管 道相互连通，其绕组都采用分布式绕组。转子6为横卧杯型结构，杯口法兰盘固定在发动机飞轮2上，杯体上布置永磁体5 并两端留有通风道，杯底开孔，其上的辐射状加强筋布置有风叶，在转子6和飞轮2 —起旋 转时，在电机内部内、外定子间形成循环风，转子6另一端通过轴承安装在内定子的轴9上。永磁体5提供主磁场，切向激磁结构，通过外气隙、外定子铁芯形成第一个闭合回路，通过内气隙和内定子铁芯形成第二个闭合回路。当转子旋转时，旋转磁场在内、外定子 绕组中产生感应电势，对外供电。内、外定子绕组可以单独对外供电外定子绕组提供主电 源，内定子绕组提供辅助电源。如图3所示的实施例二是外定子为分布式绕组、内定子为集中式绕组的磁路结 构，该发电机包括外定子4、转子6、内定子7以及连接盘10，外定子4通过机壳3固定在发 动机飞轮罩1上；内定子7通过轴9，一端安装轴承放置在发动机飞轮2的内孔中，另一端 固定在连接盘10上，外部安装轴承，用来支撑转子。连接盘10固定在机壳3上。内、外定 子采用水冷，管道相互连通，外定子采用分布式绕组，内定子采用集中式绕组。转子6为横卧杯型结构，杯口法兰盘固定在发动机飞轮2上，杯体上布置永磁体5 并两端留有通风道，杯底开孔，其上的辐射状加强筋布置有风叶，在转子6和飞轮2 —起旋 转时，在电机内部内、外定子间形成循环风，转子6另一端通过轴承安装在内定子的轴9上。永磁体5提供主磁场，切向激磁结构，通过外气隙、外定子铁芯形成第一个闭合回 路，通过内气隙和内定子铁芯形成第二个闭合回路。当转子旋转时，旋转磁场在内、外定子 绕组中产生感应电势，对外供电。内、外定子绕组可以单独对外供电。通过外部连接，内、外 定子绕组可以以串联方式一起对外供电。如图4所示的实施例三是外定子为集中式绕组、内定子为分布式绕组的磁路结 构，该发电机包括外定子4、转子6、内定子7以及连接盘10，外定子4通过机壳3固定在发 动机飞轮罩1上。内定子7通过轴9，一端安装轴承放置在发动机飞轮2的内孔中，另一端 固定在连接盘10上，外部安装轴承，用来支撑转子。连接盘10固定在机壳3上。内、外定 子采用水冷，管道相互连通，外定子采用集中式绕组，内定子采用分布式绕组。转子6为横卧杯型结构，杯口法兰盘固定在发动机飞轮2上，杯体上布置永磁体5 并两端留有通风道，杯底开孔，其上的辐射状加强筋布置有风叶，在转子6和飞轮2 —起旋 转时，在电机内部内、外定子间形成循环风，转子6另一端通过轴承安装在内定子的轴9上。永磁体5提供主磁场，切向激磁结构，通过外气隙、外定子铁芯形成第一个闭合回 路，通过内气隙和内定子铁芯形成第二个闭合回路。当转子旋转时，旋转磁场在内、外定子 绕组中产生感应电势，对外供电。内、外定子绕组可以单独对外供电。通过外部连接，内、外 定子绕组可以以并联方式一起对外供电。如图5所示的实施例四是内、外定子均为集中式绕组的磁路结构，该发电机包括 外定子4、转子6、内定子7以及连接盘10，外定子4通过机壳3固定在发动机飞轮罩1上。 内定子7通过轴9，一端安装轴承放置在发动机飞轮2的内孔中，另一端固定在连接盘10 上，外部安装轴承，用来支撑转子。连接盘10固定在机壳3上。内、外定子采用水冷，管道 相互连通，内、外定子采用集中式绕组。转子6为横卧杯型结构，杯口法兰盘固定在发动机飞轮2上，杯体上布置永磁体5 并两端留有通风道，杯底开孔，其上的辐射状加强筋布置有风叶，在转子6和飞轮2 —起旋 转时，在电机内部内、外定子间形成循环风，转子6另一端通过轴承安装在内定子的轴9上。永磁体5提供主磁场，切向激磁结构，通过外气隙、外定子铁芯形成第一个闭合回 路，通过内气隙和内定子铁芯形成第二个闭合回路。当转子旋转时，旋转磁场在内、外定子 绕组中产生感应电势，对外供电。内、外定子绕组可以单独对外供电外定子绕组提供主电 源，内定子绕组提供辅助电源。通过外部连接，内、外定子绕组可以以串联方式一起对外供[0041]本实用新型的发电机采用直接和发动机的飞轮罩和飞轮连接，空间利用好，结构 紧凑。与传统结构相比，去掉了联轴器、端盖等部件，有效缩短了发电机组的轴向长度，从而 大幅减小机组的体积，特别是当内、外定子均使用集中式绕组时，发电机的端部长度很短， 机组的轴相长度缩短的效果愈加显著。转子是杯体横卧结构，没有转轴，杯体为不导磁、不导电材料，转子的电磁损耗非 常小、接近0。采用切向激磁结构，磁通双闭合回路，单位体积的容量大，对外输出电功率能 力强。内、外定子绕组的不同组合具有不同的输出特性。内、外定子绕组可同时独立输出。 通过外部连线，可以非常方便的实现内、外定子绕组的串联，极大提高输出电压，同时也可 以非常方便的实现内、外定子绕组的并联，极大提高输出电流。发电机还可以通过提升转速 提高输出电压，增加对外输出电功率能力。采用循环水冷和循环风冷相结合的冷却方式，整 体水冷，机壳、固定轴、支架、连接盘通水冷却，内、外定子间有循环冷却风。虽然结合附图描述了本实用新型的实施方式，但是本领域的普通技术人员可以在 所附权利要求的范围内作出各种变形或修改。
权利要求一种与发动机连接成一体的永磁发电机，包括外定子(4)、转子(6)和内定子(7)，其特征在于外定子(4)的机壳(3)固定在发动机飞轮罩(1)上，内定子(7)的支架(8)固定在轴(9)上，轴(9)固定在连接盘(10)上，转子(6)固定在发动机飞轮(2)上，转子(6)上布置永磁体(5)，采用切向激磁结构，永磁体(5)通过内气隙、内定子铁芯形成第一个主磁场闭合回路和通过外气隙、外定子铁芯形成第二个主磁场闭合回路，转子(6)随飞轮(2)旋转，带动永磁体(5)旋转，旋转的磁场在内定子绕组和外定子绕组中产生感应电动势，对外提供电能。
2.根据权利要求1所述的一种与发动机连接成一体的永磁发电机，其特征在于所述 转子(6)采用横卧式杯体结构，转子的杯体由不导磁和不导电的材料制成，两端留有风道， 杯底布置有辐射状加强筋，加强筋上布置有风叶，转子转动时在电机内部的内定子和外定 子间形成循环风。
3.根据权利要求1或2所述的一种与发动机连接成一体的永磁发电机，其特征在于 所述的发电机采用内、外整体水冷却结构，外定子(4)和内定子(7)都通水冷却，连接盘 (10)的水路串联内定子(7)的水路，再与外定子⑷的水路并联，发电机内部同时采用循环 风冷结构，发电机采用全封闭安装结构。
4.根据权利要求3所述的一种与发动机连接成一体的永磁发电机，其特征在于所述 的内定子绕组和外定子绕组作为两个独立的电源单独对外提供电能，两绕组之间没有电联 系。
5.根据权利要求3所述的一种与发动机连接成一体的永磁发电机，其特征在于所述 的内定子绕组和外定子绕组通过外部连线成串联方式一起对外提供电能。
6.根据权利要求3所述的一种与发动机连接成一体的永磁发电机，其特征在于所述 的内定子绕组和外定子绕组通过外部连线成并联方式一起对外提供电能。
7.如权利要求4或5或6所述的一种与发动机连接成一体的永磁发电机，其特征在于 所述的内定子绕组和外定子绕组均采用分布式绕组结构。
8.如权利要求4或5或6所述的一种与发动机连接成一体的永磁发电机，其特征在于 所述的外定子绕组采用分布式绕组结构，内定子绕组采用集中绕组结构。
9.如权利要求4或5或6所述的一种与发动机连接成一体的永磁发电机，其特征在于 所述的外定子绕组采用集中绕组结构，内定子绕组采用分布式绕组结构。
10.如权利要求4或5或6所述的一种与发动机连接成一体的永磁发电机，其特征在 于所述的外定子绕组和内定子绕组均采用集中绕组结构。
专利摘要一种与发动机连接成一体的永磁发电机，包括外定子、转子和内定子，外定子的机壳固定在发动机飞轮罩上，内定子的支架固定在轴上，轴固定在连接盘上，转子固定在发动机飞轮上，转子上布置永磁体，采用切向激磁结构，永磁体通过内气隙和内铁芯形成一个主磁场闭合回路、通过外气隙和外定子铁芯形成另一个主磁场闭合回路，转子随飞轮旋转，带动永磁体旋转，旋转的磁场在内定子绕组和外定子绕组中产生感应电势，对外提供电能。此发电机结构紧凑，空间利用好，体积较小，散热效果好，单位体积输出的电功率较大，随着转速的提高，电输出能力提升，与发动机的输出特性基本匹配，特别适用于串联式混合动力客车。
文档编号H02K7/18GK201629633SQ201020105268
公开日2010年11月10日 申请日期2010年2月2日 优先权日2010年2月2日
发明者元约平, 朱嘉, 李华湘, 胡勇峰, 陈致初 申请人:株洲南车时代电气股份有限公司