[实用新型]与汽车发动机连为一体的开关磁阻发电机

说明书

本实用新型属于汽车发电机设计技术领域。

以往汽车发电机主要采用常规的同步电机，爪极式永磁电机和直流电机类型，它们都是独立的电机，由汽车发动机带动而发出电来供给汽车上的蓄电池充电。随着汽车自动化程度愈来愈高，汽车需要的电功率亦愈来愈多，单个蓄电池已远远不能满足其需要，而应用常规汽车电机，由于汽车内部空间有限，功率与体积比小，能量转换率低，因而难以提高汽车自动化程度。

本实用新型目的在于为克服已有技术的不足之处，设计出一种与汽车发动机直接相连的开关磁阻发电机来补充或替代常规汽车发电机。它具有体积小、功率大，不用改变原汽车上的零部件位置、结构和大小，直接利用汽车发动机转轴上的机械动能来发电的特点。

本实用新型提出一种汽车开关磁阻发电机，其特征在于，利用与汽车发动机活塞相连的曲柄转轴上的一个以上的扇形平衡块作为转子，在该转子下端空间安装与转子数目相同且形状相匹配的定子，在所说转子和定子相对的端部上开有数目相同的多个齿槽，所说的每个定子上绕有一个多匝集中绕组，该绕组通过一个开关电路控制器与蓄电池相连接，所说的控制器还与转子位置传感器相连组成电机控制电路，所说的一个以上的定子固定在汽车底盘上的适当位置成为一体，但每个定子的电磁独立。所说的每个定子、转子的齿槽可为5-7个，其齿和槽的宽度相等，齿高为扇形半径的1/3左右。所说的每个定子可为b或d型，其上端面为开有齿槽的半圆弧状，该定子的多匝集中绕组安装在该定子下部磁路中。所说的控制电路可由转子位置传感器和两个三极管和两个二极管组成，所说的传感器安装在所说定子的一个齿上并与所说的三极管的基极相连，所说的三极管的另外两极分别与定子绕组和蓄电池相连，所说的两个二极管的两极也分别与定子绕组和蓄电池相连。所说的转子位置传感器可为光耦片，所说的三极管可为晶闸三极管，所说的二极管可为续流二极管。

本实用新型结构及其工作原理结合图1所示简述如下：

当汽车发动机拖动转子旋转时，由于定子转子齿槽相互交错，而使该电机上的磁路呈周期性改变。控制器根据转子位置传感器传来的信息，在电感减小区域内，将开关合上，从而将定子绕组与蓄电池连通，该电机处于发电机状态，而向蓄电池充电。根据发电机设计原则和该发电机发电原理，在有限的尺寸空间里，有效材料(铜和铁)所占的比例愈大，则输出功率愈多。另外，转矩正比于磁阻变化率，它意味着转子旋转时，磁阻变化越大，转矩就越大，则输出功率就越大，基于这些关系，本实用新型结构设计具有以下特点：

(1)最大程度地利用所给定的空间来放置铜和铁材料；

(2)获得最大磁阻变化率来得到最大转矩；

(3)尽可能提高每圈脉冲数目以得到最大平均输出功率。

采用本实用新型制做的汽车发电机，适用于普通轿车，大型汽车和大中、小型卡车。它直接利用汽车发动机的曲柄转轴输出的动能来发电，省去中间转换环节，从而提高了总的能量转换效率。对低电压等级蓄电池(14.8伏)，平均输出功率可达2000瓦左右，而对高电压等级电池(如48伏)，平均输出功率可达3000瓦左右。增加的电功率对提高汽车自动化程度具有积极意义。

附图简要说明：

图1为本实用新型结构原理示意图。

图2为本实用新型的实施例总体结构示意图。

图3为本实施例转子、定子的齿槽结构示意图。

图4为本实施例控制电路图。

本实用新型设计出一种与汽车发电机直接相连的开关磁阻电机，实施例如图2-4所示，结合附图详细说明如下：

本实施例基于一种实际汽车上的发动机曲柄转轴结构设计的发电机，利用该曲柄转轴上6块厚薄尺寸不相同的扇形平衡铁块11,12…16作为发电机转子，6个结构相似(b或d型)但电磁独立的铁块21,22…26组合的定子结构，与相应的转子部分相匹配，6个定子铁块被固定在两根平行铁棍上而形成一个整体，再被固定在汽车底盘连接梁柱上，如图2所示。定子结构占据了整个转轴下面空间，其上端面为开有齿槽的半圆弧状，该定子的多匝集中绕组31、32…36安装在定子下部磁路中，且磁通可经由全部定、转子铁块构成的回路，铜材也有相当的空间，该结构充分利用给定的空间来得到最大铜铁利用率。

本实用新型的基本结构和尺寸已由给定的转轴平衡块来决定，它们分别是一些厚度为23.5cm或12.5cm的大约为160度展开的扇形铁块。为了增加磁阻变化率和每圈脉冲数目，则在该扇形平衡块上开出七个齿与相应宽度的槽，如图3所示。图中，中间小圆41为曲柄转轴截面，与此相连的是带齿边扇形421的平衡块42，即转子；齿高为扇形半径的1/3左右，格子圆环为定子齿槽431，下面是定子块43。该电机里通过的磁通不是一个常数，每次脉冲来时，磁场经由零开始建立，在发电运行模式中，磁场建立时间应与转子齿离开相应定子齿时的时段(即磁阻增加时段)相一致。这段磁场建立时间由转子位置传感器和控制器来确定，转子位置传感器为安装在定子第一个齿上的光耦片，其线路图如图9所示。所说的控制电路由转子位置传感器和两个三极管和两个二极管组成，所说的传感器与所说的三极管的基极相连，所说的三极管的另外两极分别与定子绕组和蓄电池相连，所说的两个二极管的两极也分别与定子绕组和蓄电池相连。其中，V为蓄电池电压，T₁和T₂为可控开关元件(晶闸三极管)，D₁和D₂为续流二极管，W为定子绕组。当转子齿离开定子齿时，传感器给出此信息到开关元件，使T₁和T₂同时开通，从而使定子绕组与蓄电池相连通，该发电机向蓄电池充电；当转子齿与定子槽位置要重合时，磁阻最大，电感最小，传感器给出此信息，使两开关元件同时关闭，此时该电机已转入电动机状态，但蓄电池电流不能进入定子绕组，则蓄电池与定子绕组相脱离。当下一轮转子齿叠又开始离开定子齿时，控制器重复此过程，从而随着转子的连续稳转，而不间断地发出脉冲电来。