46的安装方法如图所示。励磁线圈绕组46的接线通过电刷滑环装置外接直流电源。
[0027]本发明的永磁体19和励磁线圈绕组46均镶嵌安装于转子盘内，相较于筒形结构的发电机可以明显缩短磁路，减少漏磁，且减小了发电机体积。另外，转子盘22上加工有如图2(a)所示的轴向通风孔15、16和17，在提高通风散热能力的同时减轻了发电机重量。
[0028]如图1所示，导磁环6、7紧固套装在两永磁转子的外端面上，中间加工有轴孔和键槽，用于与转轴I的连接，为了减轻重量和提高散热能力，导磁环6、7上均加工有轴向通风孔。导磁环采用高导磁材料加工，由于永磁体的吸引，安装时会紧贴在永磁转子22的外端面上。导磁环6、7可以使磁力线经过导磁环在相邻的两磁体间形成闭合回路，从而使磁阻仅在转子和定子的气隙中产生，缩短了磁路，磁阻很小。相对于筒形电机，提高了磁通密度，发电功率也会有很大提高。
[0029]间隔环8、9如图5(a)、(b)所示，采用低密度的绝缘材料加工，中部加工有用于紧固套装转轴I的轴孔和键槽，同样为了提高散热能力，均加工有轴向通风孔。间隔环8、9用于轴向固定相邻永磁转子和电磁转子，为定子的安装留出固定的空间，以便安装定子31。同样在间隔环8、9上加工有轴向通风孔47、48和49，用于通风散热。
[0030]定子31如图6所示，主要包括:一对互为镜像的定子基板27、28组成的定子框、夹在两定子基板27、28之间并均布在分度圆上的定子绕组。其中，定子基板如图4所示，定子基板中部加工有孔，孔径比间隔环的外径略大，防止间隔环8、9旋转时与定子框碰擦，定子轴向厚度略小于间隔环轴向厚度，防止转子旋转时碰擦定子。定子铁芯18与转轴I的轴线相平行。
[0031]以定子基板27为例，材料采用具有较高机械强度的绝缘体或高电阻材料。定子基板27表面设有的通孔用与安装定子铁芯和线圈绕组，定子基板27外缘设置有3个基板安装孔23、24和25，定子之间的安装螺杆上套装有间隔件40、41、42、43和44。安装螺杆37穿过外壳和端盖13、14和定子框安装孔23、24和25，两端采用紧固螺母38、39将外壳13、端盖14和定子紧固。
[0032]由于每个定子铁心紧邻永磁体，且两端的吸引力不可能完全相等，每个铁芯可能会承受很大的轴向力，从而造成定子在轴向的位移。为了防止定子在轴向的位移，如图9(a)、(b)所示，铁芯的两端设置为台阶面18，且与定子框26的台阶孔配合，从而有效阻止了定子的轴向位移，安装螺杆上套设的间隔件40也可以固定定子框，阻止其轴向位移。
[0033]本发明中的定子和转子均可以根据不同需求轴向叠加，各定子单元中的电动势单独产生，定子绕组的不同连接方式可以实现单相电或者三相电的输出。
[0034]本设计中的定子铁心18米用薄娃钢片置加，所有铁芯18均可参与导磁，可以提尚铁芯利用率。硅钢片的平面平行于转轴I，即硅钢片平面的法线垂直于转轴I，可以最大程度的减少涡流损耗。定子线圈32、33直接缠绕在铁芯18上，线圈和铁芯之间用薄绝缘层隔开，可以很大程度提高硅钢片的利用率，简化硅钢片的加工工艺，降低制造成本。
[0035]外壳和端盖13、14如图8(a)、(b)所示，选用具有较高机械强度的绝缘体或高电阻材料，其端面中心设有用于嵌置轴承2、3的轴承座，从而使转轴I在外壳和端盖13、14轴承中旋转，且外壳和端盖13、14还加工有3个轴向通风孔和3个外壳、端盖安装孔，利用3根安装螺杆、6个螺母与定子31固定。
[0036]当转子转动时，空气从外壳13上的通风孔吸入，穿过限位板4的通风孔，再穿过导磁环6的通风孔，接着经过永磁转子通风孔和电磁转子通风孔进入间隔环，冷却定子铁芯和线圈绕组后，再经电磁转子通风孔、永磁转子通风孔、导磁环通风孔、限位板通风孔和电刷滑环装置，从而使电刷滑环装置散热，再经端盖通风孔排出，起到冷却作用，延长其工作时间。
[0037]综上所述，本发明所述发电机使用时，转子单元旋转，定子线圈串联时可在定子单元的线圈绕组中产生单相电，或根据不同需要，当定子线圈3组并联，组内线圈串联时，可输出三相电。在不同转子转速下，通过调整电磁转子的输入电流，从而改变电磁转子的磁场大小，调整输出电压的大小，使输出电压保持恒定。本发明可以提高发电机的功率质量比、减小体积。汽车的发动机转速随时变化，本发明可以实现车用发电机不同转速下的恒压输出。
【主权项】
1.永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，其特征在于，所述发电机包括:转轴、永磁转子、电磁转子、定子、导磁环、电刷滑环、间隔环、外壳和端盖； 所述外壳和端盖起固定支撑作用； 转轴安装固定于所述外壳和端盖间； 所述转轴一端开始依次交替安装的2个永磁转子、2个定子和I个电磁转子，所述定子与相邻转子之间安装有间隔环，使其具有相同的轴向气隙，所述定子通过3个螺杆和6个螺母与外侧外壳和端盖固定相连； 转轴外缘紧固套装的2个间隔环，用以轴向固定所述转子和定子，且使其具有相同的轴向气隙； 所述永磁转子外侧转轴上分别套设的两导磁环，以减少漏磁，提高发电机功率； 所述转轴安装有为励磁线圈供电的电刷滑环装置。2.根据权利要求1所述的永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，其特征在于，每个所述永磁转子包括: 永磁转子盘，其端面的一分度圆上均布有2m个轴向通孔，以及2m个分别安装固定在所述通孔中的永磁体，该2m个永磁体的充磁方向与所述转轴平行，且该2m个相邻的所述永磁体在所述转子盘同一端面极性相反； 其中，所述永磁转子的永磁体在所述转轴方向相互对齐，且相互对齐的永磁体的磁力线是同方向的，111为自然数。3.根据权利要求1或2所述的永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，其特征在于，每个所述电磁转子包括: 电磁转子盘，其端面上与权利要求2所述的永磁转子盘同直径的分度圆上均布有2m个轴向通孔，以及2m个分别安装固定在所述通孔中的励磁绕组，该2m个励磁绕组通过直流电后，其磁场方向与所述转轴平行，且该2m个相邻的所述励磁绕组产生的磁场在所述转子盘同一端面极性相反； 其中，所述电磁转子的励磁绕组在所述转轴方向相互对齐，其相互对齐的励磁绕组通直流电后的磁力线是同方向的，m为自然数； 所述励磁绕组的线圈缠绕在铁芯上。4.根据权利要求1、2或3中任意一项所述的永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，其特征在于，每个所述定子包括: 定子盘，其端面的一分度圆上均布有3p个用于插入绕制有所述线圈的铁芯的台阶孔，铁芯的外缘设置成台阶面，并与所述定子盘上的台阶孔的尺寸相匹配，P为自然数； 其中所述线圈轴线与所述转轴轴线平行； 所述线圈的轴向厚度与铁芯的轴向厚度相匹配； 所述定子平行安装在所述转轴上，且通过螺杆螺母与外壳和端盖固定连接。5.根据权利要求4所述的永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，其特征在于，所述转轴的一端设置有一个与该转轴垂直且一体成型的限位板，所述导磁环、永磁转子和电磁转子通过另外一个限位板压紧在一起，所述定子与外壳和端盖通过螺杆和螺母轴向压紧成一体。6.根据权利要求5所述的永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，其特征在于， 所述限位板的端面上设置有多个均布在同一分度圆上的轴向通风孔； 所述外壳和端盖的端面上设置有多个均布在同一分度圆上的轴向通风孔； 所述永磁定子盘的端面上设置有多个均布在同一分度圆上的轴向通风孔； 所述导磁环的端面上设置有多个均布在同一分度圆上的轴向通风孔； 所述靠板的端面上设置有多个均布在同一分度圆上的轴向通风孔。7.根据权利要求6所述的永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，其特征在于，所述定子盘的边缘处设置有3个用于穿设所述安装螺杆的安装孔。8.根据权利要求7所述的永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，其特征在于，所述外壳和端盖的边缘处设有3个用于安装螺杆的安装孔，且所述定子单元与外壳和端盖之间设有与所述外壳和端盖安装孔同心的间隔件。9.根据权利要求8所述的永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，其特征在于，相邻的所述定子单元中间设有多个与所述外壳和端盖安装孔同心的间隔环。10.根据权利要求9所述的永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，其特征在于，所述限位板外的转轴上安装有向所述励磁线圈供电的滑环，所述端盖内端面安装有电刷。
【专利摘要】本发明所提出的永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，涉及汽车电气及控制技术领域。其包括：转轴、永磁转子、电磁转子、定子、导磁环、电刷滑环、间隔环、外壳和端盖。所述外壳和端盖起固定支撑作用；转轴安装固定于所述外壳和端盖间；转轴一端开始依次交替紧固套装2个永磁转子、2个定子和1个电磁转子；所述定子通过多个螺杆与外壳和端盖固定相连，且其与相邻转子之间设置有相同的轴向气隙；所述电磁转子装有产生磁场的磁轭和励磁线圈；转轴上装有为励磁线圈供电的滑环；两永磁转子外侧转轴上分别套设有两导磁环；所述永磁转子、电磁转子、间隔环、导磁环、靠板、外壳和端盖上均加工有通风孔，提高本发明发电机的散热能力。本发明发电机的轴向结构形式提高了发电机的比功率，另外，通过控制电磁转子的通电电流，从而改变电磁转子的磁场大小，进而可以在汽车不同转速下控制电压，实现稳压的效果。
【IPC分类】H02K21/24, H02K21/04
【公开号】CN105634230
【申请号】CN201610156589
【发明人】韩加蓬, 范照辉, 侯秀敏
【申请人】山东理工大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年3月18日...