[发明专利]内燃机的多极磁铁型发电机

说明书

本发明是申请号为09/742751于2000年12月20日提交、名称为“车辆的单相多极磁铁型发电机”，并已转让给本申请的受让人的申请的部分续展申请。

本发明涉及一种多极磁铁型机器，如内燃机的发电机，更具体涉及这种类型的改进的紧凑的高输出且高效率的发电机。

许多类型的发动机关联着旋转电动机器。例如，发动机驱动一发电机以产生电力供发动机工作之用，并供电给相关车辆的附件。通常，这些类型的发电机采用相对可旋转的永久磁铁和包围着电枢的线圈绕组。该种相对旋转在绕组里感应一电流，由于该电流的交流特性，该电流被取出经整流后用于对与该发动机和/或车辆有关的直流电元件进行供电。通常，诸永久磁铁转动，而携带电枢绕组的构件是固定的，尽管可能有其他类型的关系。

在这类装置方面和按照现代的实践，对发电机的需求持续增长。因此，为了提供较大的输出功率，必须加大发电机的尺寸，因此，这样就导致必须增大从发动机到该发电机的驱动动力。在许多应用这样的发电机系统的发动机应用场合，该发动机也驱动事实上十分紧凑的一车辆，如船、摩托车等。因此，增大该发电机的尺寸是不可接受的。

此外，如果该发电机的尺寸和重量增大，那么，驱动它的发动机的输出必须类似地增大。这样就导致从该发动机的排放增大，并能由于被该发电机消耗的功率使该发动机的性能不能令人满意。

因此，本发明的主要目的是提供一种这种类型的改进而紧凑的旋转电动机器。

本发明的又一目的是提供一种改进的发电机，该机具有一紧凑的结构、较高的效率和高的输出功率。

按常规，线圈绕组和具体地说电枢是由多块冷轧钢板坯料层压而制成的。该冷轧钢板是通过将酸洗过的热轧带卷轧制为一薄的轧制钢板而成。此后的工序是退火和表皮光轧。材料根据JIS标准可分为标记为SPCC、SPCD和SPCE的三种规格，这取决于可加工性的程度。SPCC板用于一般的工作，被广泛地用于低加工性的零件，并且也不贵。在常规的发电机里，壁厚为1.0毫米的SPCC板用于电枢芯。

本发明的诸发明人发现：发电机的输出及其尺寸能通过对电枢芯层压件的厚度的最佳化得以改进。一较薄的电磁钢板减少了损耗，因此提高了效率，但较小的厚度将减小占据于定子芯的横截面积里的诸芯板的总横截面积的比例(空间系数)。

所以，按照本发明，诸发明人确定了最佳厚度，以使实现最大的输出功率。

在最佳厚度使用方面，为实现最高效率和性能的结果，另外的因数是重要的。还发现：发电机的输出特别与永久磁铁的一个极的磁化角(magnetization angle)相关，对此将在下文作出限定。又发现这个因数明显影响了该发电机的性能，这是因为在该发电机的非线性正弦输出。

该机器的诸永久磁铁一般是在环形件上形成并可粘接于它，或可通过将一未磁化的环形磁性材料结合于该转子并在此后将它磁化而形成，使提供为提供沿外圆周间隔开的诸磁极所必须的诸交替的极。安装后的磁化是不被优先采用的。

另发现：在磁化角、由一磁铁相对于该永久磁铁的一极的旋转中心占据的角之间存在一种关系，该发电机的输出波造成变形，该变形的大小取决于被包含在输出波形里的谐波分量。这一点在三次谐波或更大的谐波分量方面尤其如此。这种输出波的变形被发现它提高了热形成并减少了该发电机的效率。

所以，按照本发明的另一特点，诸发明人确定了最佳的磁电角比，使实现最大的功率输出而功率损耗、热量产生和变形最小。

本发明适于在一旋转机器上实施，该机器具有一永久磁铁，该磁铁沿着一外圆周方向具有有规则地间隔开的变化的极性，还具有一个可相对旋转的相关的构件，该构件具有多个电枢，围着电枢形成有诸线圈绕组。按照本发明的一主要特点，电枢芯由多块电磁钢板形成层压结构，该钢板的厚度在0.25-0.65毫米范围内。

按照本发明的另一特点，该永久磁铁的诸极的磁化角相对于旋转轴线设定，该角度在120°-140°电角度范围内。

图1是沿着按照本发明一实施例构作的一旋转电动机器的旋转轴线剖切的一横截面图。

图2是总的沿着图1中的箭头“2”方向看的视图，它表示了电枢芯与诸永久磁铁的关系。

图3是一图表，表示了一电枢芯板的厚度t(毫米)与定子芯的空间因数(α)的指数(％)间的关系。

图4是一图表，表示了一电枢芯板的厚度t(毫米)与组成的该发电机的效率(η)指数(％)间的关系。

图5是一图表，表示了一电枢芯板的厚度t(毫米)与空间因数(α)×效率=(αη)的指数(％)间的关系。