АВТОМОБИЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 2008 года по МПК H02K19/22 B60L1/00 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к конструкции автомобильных генераторов переменного тока, которые используются в качестве источников электроэнергии в автомобилях.

Известен автомобильный генератор переменного тока (В.Е.Барабанов, В.И.Василевский, С.М.Левин. Электрооборудование тракторов и автомобилей. - М.: Колос, 1974. с.57, рис.25, 26), содержащий магнитную систему, включающую ротор с цилиндрическим постоянным магнитом, установленным на валу между клювообразными полюсными половинами.

Недостатком известной конструкции является сложность регулирования напряжения генератора, которое осуществляется изменением магнитного потока в сердечнике статора генератора путем механического перемещения полюсов ротора, что не может поддерживать величину выходного напряжения генератора с необходимой точностью.

Известен также генератор (Чижков Ю.П., Акимов С.В. Электрооборудование автомобилей. - М.: Издательство «За рулем», 1999. с.102, 103, 104, рис.3.10, 3.11, 3.12), содержащий обмотку возбуждения, установленную между клювообразными полюсными половинами, намагничивающая сила которой создает магнитный поток.

Такая конструкция позволяет регулировать магнитный поток в сердечнике статора, путем снижения или увеличения тока в обмотке возбуждения. Это дает возможность поддерживать напряжение генератора в необходимых пределах с достаточной точностью.

Недостатком известной конструкции является значительная величина тока, потребляемого обмоткой возбуждения, что снижает КПД генератора и приводит к увеличению расхода медного провода для изготовления обмотки. Низкий КПД генератора вызывает повышенный отбор мощности от двигателя автомобиля и увеличению расхода топлива.

Задачей изобретения является повышение КПД автомобильного генератора с сохранением возможности регулирования его напряжения с необходимой точностью, а также снижение расхода медного провода для изготовления обмотки возбуждения.

Поставленная задача решается тем, что в автомобильном генераторе, содержащем статор с трехфазной обмоткой и ротор, включающий в себя выполненные из магнитно-мягкого материала клювообразные полюсные половины, между которыми расположена втулка из магнитно-мягкого материала с установленной на ней обмоткой возбуждения, к внешней стороне полюсных половин примыкают торцевой поверхностью кольцеобразные постоянные магниты, намагниченные в осевом направлении согласно с обмоткой, а к другой торцевой поверхности каждого из постоянных магнитов примыкают магнитные шунты тарельчатой формы из магнитно-мягкого материала, охватывающие своей цилиндрической частью постоянные магниты со стороны наружного диаметра и примыкающие торцом цилиндрической части к соответствующей полюсной половине.

На чертеже схематично изображен автомобильный генератор с двумя кольцеобразными постоянными магнитами, установленными с внешней стороны полюсных половин и намагниченными в осевом направлении согласно с обмоткой.

Автомобильный генератор содержит статор 1 с трехфазной обмоткой и ротор. Между ротором и статором 1 имеется воздушный зазор 2. Ротор включает магнитную систему, содержащую выполненные из магнитно-мягкого материала полюсные половины 3, 4 и втулку 5. Магнитный поток в магнитной системе создается обмоткой возбуждения 6 и постоянными магнитами 7 и 8, выполненными в виде колец. К внешней стороне полюсной половины 3 примыкает одна из торцевых поверхностей постоянного магнита 7, а к внешней стороне полюсной половины 4 примыкает одна из торцевых поверхностей постоянного магнита 8. Постоянные магниты 7 и 8 намагничены в осевом направлении согласно с обмоткой возбуждения 6. К другой торцевой поверхности каждого постоянного магнита 7 и 8 примыкают магнитные шунты 9 и 10 тарельчатой формы, охватывающие своей цилиндрической частью постоянные магниты 7 и 8 со стороны наружного диаметра. Цилиндрическая часть магнитных шунтов 9 и 10 примыкает торцевой поверхностью к соответствующей полюсной половине 3 и 4, образуя магнитную цепь для прохождения магнитного потока постоянных магнитов 7 и 8.

Когда обмотка возбуждения 6 выключена, магнитный поток в магнитной системе генератора создается только постоянными магнитами 7 и 8. В этом случае большая часть магнитного потока Ф₁ постоянного магнита 7 замыкается через примыкающую к нему полюсную половину 3 и магнитный шунт 9, так как этот путь имеет наибольшую магнитную проводимость по сравнению с параллельным путем замыкания магнитного потока от постоянного магнита 7: полюсная половина 3, втулка 5, полюсная половина 4, воздушный зазор 2, сердечник статора 1, воздушный зазор 2, полюсная половина 3, магнитный шунт 9, по которому проходит меньшая часть Ф₂ потока постоянного магнита 7. Таким же образом, большая часть создаваемого магнитного потока Ф₃ от постоянного магнита 8 замыкается через примыкающий к нему магнитный шунт 10 и полюсную половину 4, так как этот путь имеет наибольшую магнитную проводимость по сравнению с параллельным путем замыкания магнитного потока от постоянного магнита 8: магнитный шунт 10, полюсная половина 4, воздушный зазор 2, сердечник статора 1, воздушный зазор 2, полюсная половина 3, втулка 5, полюсная половина 4, по которому проходит меньшая часть Ф₄ потока постоянного магнита 8.

Так как части Ф₂ и Ф₄ магнитного потока постоянных магнитов 7 и 8, проходящие через воздушный зазор 2 в сердечник статора 1 при выключенной обмотке 6, незначительны, ЭДС, индуктируемая потоками Ф₂ и Ф₄ в обмотке статора 1, мала, и выходное напряжение генератора минимально.

При включении обмотки 6 проходящий по ней ток создает свой магнитный поток Ф_к, который замыкается через втулку 5, полюсную половину 4, воздушный зазор 2, сердечник статора 1, воздушный зазор 2, полюсную половину 3.

Магнитный поток Ф_к в полюсных половинах 3 и 4 ротора направлен навстречу магнитным потокам Ф₁ и Ф₃. Поэтому под действием намагничивающей силы обмотки 6 эти магнитные потоки в полюсных половинах 3 и 4 исчезают, за счет чего потоки Ф₂ и Ф₄ возрастают и составляют (пренебрегая потоками рассеивания) полный магнитный поток, создаваемый постоянными магнитами 7 и 8.

Таким образом, при включенной обмотке возбуждения 6 магнитный поток Ф₂, создаваемый постоянным магнитом 7, проходит через полюсную половину 3, втулку 5, полюсную половину 4, воздушный зазор 2, сердечник статора 1, воздушный зазор 2, полюсную половину 3, магнитный шунт 9. Магнитный поток Ф₄, создаваемый постоянным магнитом 8, проходит через магнитный шунт 10, полюсную половину 4, воздушный зазор 2, сердечник статора 1, воздушный зазор 2, полюсную половину 3, втулку 5, полюсную половину 4.

При этом магнитный поток в сердечнике статора 1, индуктирующий в трехфазной обмотке ЭДС, имеет максимальную величину и состоит из суммы магнитных потоков Ф_к, созданного обмоткой возбуждения 6 и магнитных потоков Ф₂ и Ф₄, созданных постоянными магнитами 7 и 8.

Регулирование выходного напряжения генератора производится путем включения и выключения тока в обмотке возбуждения 6. В соответствии с этим магнитный поток в сердечнике статора 1, индуктирующий ЭДС в трехфазной обмотке, изменяется от минимального значения, когда обмотка 6 выключена, до максимального, когда обмотка 6 включена.

Так как магнитный поток в сердечнике статора является суммой потоков Ф_к, Ф₂ и Ф₄, намагничивающая сила обмотки возбуждения 6 может быть снижена на величину (Ф₂+Ф₄). Снижение требуемой намагничивающей силы обмотки возбуждения 6 позволит уменьшить потребляемый обмоткой ток, что приведет к увеличению КПД генератора, а также создаст условия для снижения расхода медного провода при изготовлении обмотки 6.

Изобретение относится к области электрических машин, в частности к автомобильным генераторам. В автомобильном генераторе, согласно изобретению, на роторе с внешней стороны полюсных половин размещены кольцевые постоянные магниты, намагниченные согласно с обмоткой возбуждения и создающие дополнительный магнитный поток в магнитной системе генератора, что снижает ток обмотки возбуждения. Для замыкания магнитного потока постоянных магнитов к ним примыкают магнитные шунты. Магнитные потоки, создаваемые постоянными магнитами и обмоткой возбуждения, взаимодействуют таким образом, что не нарушается регулировка выходного напряжения при изменении нагрузки и оборотов генератора. Технический результат заключается в уменьшении электроэнергии, потребляемой обмоткой возбуждения, и повышении КПД генератора. 1 ил.

Автомобильный генератор, содержащий статор с трехфазной обмоткой и ротор, включающий в себя выполненные из магнитно-мягкого материала клювообразные полюсные половины, между которыми расположена втулка из магнитно-мягкого материала с установленной на ней обмоткой возбуждения, отличающийся тем, что к внешней стороне полюсных половин примыкают торцевой поверхностью кольцеобразные постоянные магниты, намагниченные в осевом направлении согласно с обмоткой, а к другой торцевой поверхности каждого из постоянных магнитов примыкают магнитные шунты тарельчатой формы из магнитно-мягкого материала, охватывающие своей цилиндрической частью постоянные магниты со стороны наружного диаметра и примыкающие торцом цилиндрической части к соответствующей полюсной половине.