专利名称：多极型磁石发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多极型磁石发电机，该多极型磁石发电机具有磁性转子和对置的多极式定子，用于从缠绕定子铁心的输出绕组取出所产生的电力。
背景技术：
多极型磁石发电机尽管小型轻质，然而却能生成较大能量。因此最近，多极型磁石发电机广泛用作发动机驱动型便携式发电机的电源，例如，逆变器控制式发电机的发电部分。
在从这种多极型磁石发电机取出诸如不同电压输出那样的不同独立输出时，正如在第7-13405号日本已审查实用新型专利公报中所揭示的那样，典型作法是采用为所需输出而调整的绕组来独立地缠绕定子的多个发电部。
图9示出了作为该公报所揭示的多极型磁石发电机的外转子型发电机的定子O1。在图9中，定子铁心O2具有23个向外径向突出的凸极O2a。在这些凸极O2a中，15个凸极采用发电用电枢线圈C1缠绕，6个凸极采用电池充电用发电线圈C2缠绕，1个凸极采用单相点火用发电线圈C3缠绕，以及最后一个凸极采用单相电源用发电线圈C4缠绕。发电用电枢线圈C1和电池充电用发电线圈C2三相连接，以便分别生成三相交流电。这样，线圈C1、C2、C3和C4以作用共享方式缠绕在23个凸极上，以便能取出不同电压输出。
尽管常规多极型磁石发电机可用于高输出驱动，然而由于它以作用共享方式独立使用多个凸极作为在输出特性方面不同的发电部，因而该多极型磁石发电机的总发电输出不会达到充分利用实际发电能力时应获得的输出。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种多极型磁石发电机，该多极型磁石发电机可在充分发挥其发电能力的情况下进行操作，同时可取出各种电压输出，并且空间效率优良。
为了实现该目的，根据本发明的多极型磁石发电机具有磁性转子；以及多极式定子，其包括与磁性转子对置的定子铁心和围绕定子铁心缠绕的输出绕组，用于从输出绕组取出发电输出；其特征在于，该多极型磁石发电机包括变压器，其具有铁心，该铁心位于与面向定子的磁性转子的周面相对的周面上；初级绕组，其围绕变压器铁心缠绕，并与输出绕组连接；以及次级绕组，其围绕变压器铁心缠绕，用于取出变压器的输出。
采用具有上述构成的根据本发明的多极型磁石发电机，可从定子铁心的所有凸极上的输出绕组获得相同输出特性的输出。因此，通过在高效率范围内驱动多极型磁石发电机，可获得高输出。此外，通过使输出绕组与变压器部上的初级绕组连接，并从次级绕组仅取出各种电压的必要输出量，不仅可在作为多极型磁石发电机充分发挥原有发电能力的情况下取出高输出，而且可同时取出各种电压的输出。
此外，由于变压器铁心设置成与定子周面邻近，而该定子周面和与磁性转子对置的定子周面相对，因而可使用大体不用的定子的一侧作为定子铁心的磁路，从而可防止定子的大型化。并且，由于变压器部与定子形成整体，因而变压器部可与定子的输出绕组同时进行冷却。
变压器铁心优选地与定子铁心相关联，以形成闭合磁路。通过使用定子铁心，可容易形成变压器部的闭合磁路，并且可有效使用定子铁心中与用作发电用磁路的部分相对的部分，作为变压器用磁路。
磁性转子优选地是围绕定子设置的外转子，这样在定子铁心内部径向形成空间，并且变压器铁心形成为在该空间内从定子铁心向内径向延伸。作为外转子构成的磁性转子可使难以在常规发电机中使用的定子铁心的内部空间内的变压器部得到有效使用，并可可靠防止多极型磁石发电机的大型化。
变压器的径向内端部可在圆周方向延伸，以形成臂部，从而使用这些臂部来形成通过变压器铁心的变压器磁路。臂部从变压器铁心的内周端在圆周方向的这种延伸使得容易与定子铁心合作形成闭合磁路。
用于固定配线端子的支撑突起可形成为定子铁心的向内径向突起，并且这些支撑突起可用于形成通过变压器铁心的变压器磁路。通过把这种配线端子固定用支撑部形成为向内径向突出，不仅可支撑定子铁心内部的配线端子和有效利用空间，而且可使用该支撑部来与变压器铁心一起形成闭合磁路。
转子的转轴可通过空间在变压器铁心内部径向延伸，以使包含转轴在内的部分形成通过变压器铁心的变压器磁路。通过采用把转子的转轴设置成通过变压器内周面内部空间延伸的这种构成，可直接有效地使用转轴作为变压器磁路。
变压器铁心可具有多层钢板结构，并且是与定子铁心分开设置的元件，这样，该变压器铁心可在组装到定子铁心上之前，采用初级和次级线圈缠绕。在这种情况下，通过与定子铁心同时使用压模从层叠钢板进行冲孔，可制成变压器铁心。这样，可有效制造变压器，并可提高昂贵电磁钢板的产品成品率。并且，由于变压器铁心可作为单独构件与定子铁心分开制造，因而可使变压器铁心的绕组缠绕工作变得更容易。
优选的是使变压器铁心的径向内端在圆周方向延伸，以形成臂部，并且支撑突起被形成为定子铁心的径向向内延伸部，以便支撑两个相邻臂部之间的变压器铁心。采用这种结构，可把变压器铁心可靠组装在定子铁心内。
多个支撑突起可形成为定子铁心的径向向内延伸部，以便支撑两个相邻支撑突起之间的配线端子保持器。采用这种结构，可把配线端子保持器可靠组装在定子铁心内。
图1是根据本发明实施例的多极型磁石发电机的正视图；图2是相同多极型磁石发电机的后视图；
图3是沿图1的III-III线所取的断面图；图4是示出定子铁心和变压器铁心组装在一起的状态的正视图；图5是变压器铁心的正视图；图6是示出相同多极型磁石发电机中的发电输出电路的一例的图；图7是根据上述实施例修改的包含变压器的多极型磁石发电机的要部的放大图；图8是根据另一实施例的多极型磁石发电机的后视图；以及图9是已知多极型磁石发电机的定子的一例的正视图。
具体实施例方式
以下将参照图1至图6，对本发明的实施例进行说明。根据本实施例的多极型磁石发电机的正视图如图1所示，其后视图如图2所示。此外，图3示出了沿图1的III-III线所取的断面图。根据本发明的多极型磁石发电机是围绕定子10(图2)设置环状磁性转子3的外转子型发电机。
磁性转子3构成常用作飞轮的外转子。如图3最佳所示，磁性转子3具有圆板状底壁4和圆筒状外壁5，该圆板状底壁4和圆筒状外壁5形成一个有底圆筒或杯状物。磁性转子3通过套筒7装配在通过底壁4延伸的转轴2上，并由转轴2来支撑，以便与转轴2一起旋转。圆筒状磁性转子3的底壁4具有在其内收纳中心套筒7的圆孔，并已围绕该圆孔等间隔形成冷却空气开口4a，该开口4a例如可以是四个开口。
在圆筒状外壁5的内周面上，在圆周方向成圆环状设置多个磁石6，这些磁石6可以是20个磁石。各磁石6均在发电机1的径向极化为N极和S极，并且相邻磁石6的径向内外端对着相反的极性。
在面向圆环状排列的磁石6的内部空间包含定子10。如图2所示，定子10围绕套筒7设置，并具有定子铁心11，该定子铁心11固定在其中心部分。该定子包括例如30个凸极13，这些凸极13在定子外圆周区域向外径向突出。凸极13采用输出绕组30缠绕。凸极13与磁石6径向对置，并且两者之间留有微小空隙。
定子铁心11是通过使用压模对电磁钢板进行冲孔并使该冲孔构件层叠而制成的。图4示出了通过模压冲孔而获得的定子铁心11。例如，30个凸极13从定子铁心基部12向外径向延伸，并且例如四个支撑突起14朝中心等间隔地向内径向延伸。
在相邻支撑突起14、14之间形成扇形空间15，并在该扇形空间15内设有变压器20和配线端子保持器34和35。变压器20具有变压器铁心21，如图4所示，当从电磁钢板对形成定子铁心11的各铁心板进行冲孔时，可同时对变压器铁心21进行冲孔。变压器铁心21形成为使其缠绕绕组的绕组缠绕铁心部22在通过一个扇形空间15的中心的同时，在径向向外方向延伸，并且该绕组缠绕铁心部22的内周端部沿圆周方向在相反方向延伸，以形成臂部23。臂部23被构成为分别与定子铁心11的支撑突起14的远端压接。定子铁心基部12在与形成变压器铁心21的扇形空间15对准的外周部设有具有梯形断面的凹槽15a，并且变压器铁心21在绕组缠绕铁心部22的远端设有突起22a，用于与凹槽15a啮合。
这样，具有图5所示形状的变压器铁心21作为单独个体与定子铁心11分开形成。然而，如图4所示，通过对由定子铁心11的支撑突起14、14从对置两侧压入配合和夹持的变压器铁心21的臂部23、23进行压接，并通过在凹槽15a对绕组缠绕铁心部22的远端的突起22a进行压入配合，可使变压器铁心21保持就位。变压器铁心21可同时与定子铁心11一起通过采用压模对层叠钢板进行冲孔而制成，因此，可有效制造变压器铁心21，同时可提高昂贵电磁钢板的产品成品率。
如图2所示，一个初级绕组31和两个次级绕组32和33围绕变压器铁心21的铁心部22缠绕。初级绕组31围绕铁心部22的径向外部缠绕，而次级绕组32中的一个围绕铁心部22的径向内部缠绕，另一个次级绕组33围绕前一次级绕组32缠绕。这样，由于变压器铁心21与定子铁心11分开形成，因而初级绕组31和次级绕组32和33的缠绕工作较容易，并且可把配装必要绕组的变压器20插入在预定扇形空间15内。这完全会使发电机的制造过程变得更容易。
并且，由于发电机为外转子型，因而变压器部可设置在难以在常规多极型磁石发电机中加以利用的定子铁心的内部空间内，并且空间的有效利用可防止包含变压器的多极型磁石发电机的大型化。一旦变压器20组装到定子10上，变压器铁心22的绕组缠绕铁心部22和臂部23以及定子铁心基部12的支撑突起14就构成磁路，并形成闭合磁路25(图2)。
因此，通过使用定子铁心11，可容易形成变压器20的闭合磁路25，同时在定子铁心11中与用作发电用磁路的部分(更靠近凸极13)对置一侧的部分(更靠近支撑突起14)可用作变压器磁路。
在变压器20中，如图7所示，臂部23可较短，以便更远离支撑突起14。如果臂部23较短，则沿变压器铁心21的内壁表面的内侧延伸的磁性转子3的转轴部(转轴2和套筒7)可用作磁路，以形成闭合磁路55。
由于变压器20与定子10形成整体，因而定子10的输出绕组30和变压器20可同时容易地进行冷却。
如图2所示，在定子铁心11的另两个扇形空间15内收纳配线端子保持器34，并且在配线端子保持器34对置两侧的定子铁心11的支撑突起14和在配线端子保持器35的对置两侧的支撑突起14分别夹持和保持该配线端子保持器34和35。因此，配线端子保持器34和35可有效设置和保持在空间内。
当驱动具有上述构成的多极型磁石发电机1时，形成发动机驱动型发电机。以下将参照图6，对该类型的发动机驱动型发电机进行说明。
多极型磁石发电机1的转轴2与未示出的发动机的曲轴连接。当驱动发动机时，从围绕多极式定子铁心11缠绕的三相输出绕组30输出三相交流电。围绕多极式定子铁心11缠绕的三相输出绕组30的输出端子与逆变器装置41的输入端连接。对导入逆变器装置41的三相交流电进行整流和平滑，然后变换为商用频率(50Hz或60Hz)的交流电，并作为100V交流电压从插座42输出。
三相输出绕组30的输出的两相部分与变压器20的初级绕组31连接。变压器的次级绕组32和33作为发动机的点火器电源与点火装置43连接，并作为用于控制整个系统驱动的电源与直流电源装置47连接。
根据来自后述的驱动控制装置40的控制信号，点火装置43使用52V的直流电压来驱动点火线圈44，以使火花塞45点火或者使发动机停止开关46启动。
直流电源装置47通过逆流防止二极管48与驱动控制装置40、电池49和发动机起动用电动机51连接，以便作为其14V直流供给用电源进行操作。
驱动控制装置40对整个系统的驱动进行监控，以便通过起动用电磁开关50来起动发动机，对上述的点火装置43和发动机停止开关46进行控制，或者对逆变器装置41的功能进行控制。
发动机转数是根据与插座42连接的负荷，即电力需求量来进行控制的，并且三相输出绕组30的输出电压也随着该转数的变化而变动。例如，如果发动机转数在2300～4000rpm范围内变动，则三相输出绕组30的输出电压在119～248V(线间电压；有效值)的范围内变动，变压器20的变压器次级绕组32的输出电压在19.8～41.4V的范围内变动，并且变压器20的次级绕组33的输出电压在8.5～17.7V的范围内变动。
然而，由于来自三相输出绕组的输出电力中的实际所需量从变压器20的次级绕组32和33被提供给点火装置43和直流电源装置47，因而可从插座42取出剩余电力而不浪费。因此，通过对三相绕组30的输出特性加以考虑，可把多极型磁石发电机1调整成可进行高效驱动，而且可在对多极型磁石发电机1的发电能力进行充分利用的状态下驱动该多极型磁石发电机1，并可有效取出各自电压输出。
上述多极型磁石发电机1被构成为把一个变压器20插入在定子10的内部。然而，可添加一个或多个变压器。图8示出了在添加变压器60时的上述实施例的修改。
在定子铁心11的四个扇形空间15中，在直径方向对置的两个扇形空间15内分别收纳上述变压器20和附加变压器60。在另两个对置的扇形空间15内收纳配线端子保持器61和62。变压器60的形状与变压器20相同，并且该变压器60被收纳在形状相同的扇形空间15内。
通过以这种方式使用附加变压器，可容易获得更多的各种电压输出。同时，由于可通过利用定子10的内部空间来设置变压器20和60，因而无需使多极型磁石发电机大型化。
权利要求
1.一种多极型磁石发电机，该多极型磁石发电机具有磁性转子(3)；以及多极式定子(10)，其包括与磁性转子(3)对置的定子铁心(11)和围绕定子铁心(11)缠绕的输出绕组(30)，用于从输出绕组(30)取出发电输出；其特征在于，该多极型磁石发电机包括变压器(20)，其具有铁心(21)，该铁心(21)位于与面向磁性转子(3)的周面相对的周面上；初级绕组(31)，其围绕变压器(20)的铁心(21)缠绕，并与输出绕组(30)连接；以及次级绕组(32，33)，其围绕变压器(20)的铁心(21)缠绕，用于取出变压器输出。
2.根据权利要求1所述的多极型磁石发电机，其特征在于，变压器铁心(21)与定子铁心(11)相关联，以形成闭合磁路(25)。
3.根据权利要求2所述的多极型磁石发电机，其特征在于，磁性转子(3)构成围绕定子(10)设置的外转子，在定子铁心(11)内部径向形成空间(15)，并且变压器铁心(21)形成为在空间(15)内从定子铁心(11)向内径向延伸。
4.根据权利要求3所述的多极型磁石发电机，其特征在于，变压器铁心(21)的径向内端部在圆周方向延伸，以形成臂部(23)，该臂部(23)形成通过变压器铁心(21)的变压器磁路(25)。
5.根据权利要求3所述的多极型磁石发电机，其特征在于，用于固定配线端子的支撑突起(14)形成为定子铁心(11)的径向向内延伸部，并且支撑突起(14)形成通过变压器铁心(21)的变压器磁路(25)。
6.根据权利要求3所述的多极型磁石发电机，其特征在于，转子(3)具有通过变压器铁心(21)沿其径向内周面延伸的转轴(2)，并且包含转轴(2)在内的部分(2，7)形成通过变压器铁心(21)的变压器磁路(55)。
7.根据权利要求1所述的多极型磁石发电机，其特征在于，变压器铁心(21)具有多层钢板结构，其作为单独元件与定子铁心(11)分开制备，并且该变压器铁心(21)具有初级绕组和次级绕组，在将变压器铁心(21)组装到定子铁心(11)上之前，该初级绕组和次级绕组被缠绕在变压器铁心(21)上。
8.根据权利要求3所述的多极型磁石发电机，其特征在于，变压器铁心(21)的径向内端部在圆周方向延伸，以形成臂部(23)，并且多个支撑突起(14)形成为定子铁心(11)的径向向内延伸部，并支撑两个相邻支撑突起(14)之间的臂部(23)。
9.根据权利要求3所述的多极型磁石发电机，其特征在于，多个支撑突起(14)形成为定子铁心(11)的径向向内延伸部，并且支撑两个相邻支撑突起(14)之间的配线端子保持器(34，35)。
全文摘要
一种多极型磁石发电机，该多极型磁石发电机可在充分发挥其发电能力的情况下进行操作，同时可取出各种电压输出，并且空间效率优良。该多极型磁石发电机包括磁性转子(3)，作为外转子；以及多极式定子(10)，其与磁性转子(3)的径向内面对置，用于从围绕定子铁心(10)缠绕的输出绕组(30)取出发电输出。变压器铁心(21)将初级绕组(31)和次级绕组(32，33)缠绕其上，并设置成与远离磁性转子(3)的定子(10)的径向内周面相邻，并且输出绕组(30)与初级绕组(32)连接，以便从次级绕组(32，33)取出变压输出。
文档编号H02K19/34GK1453921SQ0312231
公开日2003年11月5日 申请日期2003年4月25日 优先权日2002年4月26日
发明者平野勉, 新川康浩 申请人:本田技研工业株式会社