專利名稱：高輸出永磁發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有安裝在殼體上的定子、以及相對(duì)于定子旋轉(zhuǎn)的具備永磁構(gòu)件的轉(zhuǎn)子的高輸出永磁發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
以往，在永磁發(fā)電機(jī)中，為了將發(fā)電的電壓控制為恒定電壓，必須使用開關(guān)調(diào)節(jié)器等進(jìn)行間斷電流的操作，但為了對(duì)大電壓以及/或者大電流進(jìn)行開/關(guān)操作，需要大型的功率晶體管，因而裝置變得大型化、冷卻損失變大、并且價(jià)格變高，另外，為了使發(fā)電電壓恒定而間斷電流時(shí)，產(chǎn)生的過(guò)大的沖擊電流會(huì)引起電波干擾或產(chǎn)生干擾，因而減低這些問(wèn)題的對(duì)策尤為重要。
另外，關(guān)于永磁發(fā)電機(jī)，本發(fā)明人已經(jīng)開發(fā)出了自動(dòng)電壓控制型的裝置并先提出了專利申請(qǐng)。該永磁發(fā)電機(jī)在發(fā)電機(jī)的外側(cè)配設(shè)有線圈，由線圈產(chǎn)生制動(dòng)電壓，從而總是以恒定電壓發(fā)電，經(jīng)由開關(guān)，繞線數(shù)被設(shè)定為抑制在繞線上產(chǎn)生的發(fā)電電壓的繞線數(shù)的線圈，分別被連接于由繞線產(chǎn)生三相交流電的U相、V相以及W相的端子上。線圈的端子被連接到電動(dòng)機(jī)。線圈被逆向纏繞在磁軛上，從而構(gòu)成變壓器的一次側(cè)，被纏繞在變壓器的磁軛上的線圈構(gòu)成二次側(cè)，并且線圈被連接到輸出恒定電壓的輸出端子(例如，參照J(rèn)P特開2003-264996號(hào)公報(bào))。
另外，作為永磁發(fā)電·電動(dòng)機(jī)，本發(fā)明者還開發(fā)了這樣的裝置并先提出了專利申請(qǐng)，其具有磁通控制裝置，作為繞線，被分成為在梳部以不同的圈數(shù)纏繞的多個(gè)繞線組即三個(gè)繞線組?？刂破?，以如下方式進(jìn)行控制響應(yīng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)，通過(guò)控制筒構(gòu)件相對(duì)定子鐵心的位置和對(duì)繞線組的串聯(lián)以及/或者并聯(lián)的接線的控制，從而控制獲得的預(yù)定的規(guī)定的電壓。控制器例如以如下方式構(gòu)成，對(duì)于高電壓側(cè)方面，將繞線組串聯(lián)接線從而產(chǎn)生高電壓，另外，對(duì)于低電壓下電流多的一側(cè)，將繞線組并聯(lián)接線而在低電壓下產(chǎn)生大電流，而且，在被纏繞在定子鐵心上的分割型的繞線中，對(duì)于高電壓側(cè)，由從途中引出的繞線的線材來(lái)輸出，從而以隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)的增加而繞線的圈數(shù)減少的方式進(jìn)行控制。另外，對(duì)于產(chǎn)生三相交流電的繞線，1U、2U以及3U、1V、2V以及3V、以及1W、2W以及3W在接線部分別串聯(lián)地被接線，在接線部通過(guò)線路而分別設(shè)有開關(guān)?？刂破饕部梢砸匀缦路绞竭M(jìn)行控制，響應(yīng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)，通過(guò)控制構(gòu)成筒構(gòu)件的半筒構(gòu)件相對(duì)定子的位置、和對(duì)繞線組的串聯(lián)以及/或者并聯(lián)的接線進(jìn)行開關(guān)的開閉控制，從而得到預(yù)定的規(guī)定的交流電壓作為三相交流電源(例如，參照J(rèn)P特開2002-204556號(hào)公報(bào))。
另外，作為發(fā)電機(jī)，本發(fā)明者開發(fā)了雙系統(tǒng)的帶有電子發(fā)電特性的裝置，并先提出了專利申請(qǐng)。該發(fā)電裝置由以下構(gòu)件構(gòu)成內(nèi)側(cè)圓筒部，其在轉(zhuǎn)子的外周與定子之間形成有間隙；外側(cè)圓筒部，其位于立設(shè)在該內(nèi)側(cè)圓筒部上并在圓周方向以形成槽部的方式間隔設(shè)置的梳部的前端部；雙系統(tǒng)的繞線，其由跨過(guò)預(yù)定的槽部之間而在梳部分布纏繞或集中纏繞的圈數(shù)較少的低電力用繞線、與圈數(shù)較多的高電力用繞線構(gòu)成；以及端子線，其具有與規(guī)定的低電力用繞線與高電力用繞線相連接的端子。以對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子的極的磁極為中心集中纏繞或者分布纏繞的繞線，為了調(diào)整發(fā)電的電壓，與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)上升相應(yīng)地，將多個(gè)接線的串聯(lián)接線分割為多個(gè)并聯(lián)接線，，通過(guò)分別被設(shè)在連接繞線的端子線的連接線上開關(guān)的開/關(guān)，對(duì)產(chǎn)生的電力進(jìn)行調(diào)整(例如，參照J(rèn)P特開2001-298926號(hào)公報(bào))。
如前述專利文獻(xiàn)1～3所示，針對(duì)永磁發(fā)電機(jī)，本申請(qǐng)的發(fā)明者為了解決前述的以往發(fā)電機(jī)的問(wèn)題，進(jìn)行了下述開發(fā)，即，在定子與轉(zhuǎn)子之間，配置有相對(duì)定子做相對(duì)移動(dòng)的磁通控制環(huán)，使磁通控制環(huán)相對(duì)定子移動(dòng)，增減磁通控制環(huán)的齒部與定子的梳部之間的磁路空隙，由此對(duì)流向定子側(cè)的磁通進(jìn)行控制，從而以預(yù)定的恒定電壓進(jìn)行發(fā)電。
然而對(duì)于前述的永磁發(fā)電機(jī)，例如，在汽車等移動(dòng)體中，轉(zhuǎn)子從滿負(fù)荷變化到無(wú)負(fù)荷，可知還需要做進(jìn)一步的改善以對(duì)應(yīng)這樣的變化。即，永磁發(fā)電機(jī)被使用于高速旋轉(zhuǎn)的引擎時(shí)，其旋轉(zhuǎn)變動(dòng)的幅度從10倍達(dá)到15倍。并且，永磁發(fā)電機(jī)的發(fā)電能力要求從空轉(zhuǎn)到7000rpm這樣非常高的水平，所以將這期間的電壓控制為規(guī)定的恒定電壓并不容易。以往，通過(guò)設(shè)置轉(zhuǎn)子與定子之間的空隙來(lái)控制永磁鐵所具有的磁力，但在有限的空隙中所能夠進(jìn)行的磁通控制是有限度的，因此希望尤其是在轉(zhuǎn)數(shù)較小的區(qū)域，發(fā)電電壓也不會(huì)變小，而使能夠以規(guī)定的恒定電壓進(jìn)行發(fā)電。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，為了解決上述問(wèn)題，提供一種高輸出永磁發(fā)電機(jī)，其為了在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)數(shù)小的區(qū)域即極低速時(shí)也能夠使發(fā)電電壓不變小而獲得規(guī)定的恒定電壓，并不使三相繞線的圈數(shù)過(guò)大，而是分為兩個(gè)繞線分別纏繞在定子上，在各自的三相繞線間分別配置電容器，使電流能夠積存在電容器中，由此使發(fā)電電壓上升，從而增大輸出。
本發(fā)明涉及一種高輸出永磁發(fā)電機(jī)，其特征在于，具有旋轉(zhuǎn)軸，其可旋轉(zhuǎn)地被支撐在殼體上；轉(zhuǎn)子，其被固定在上述旋轉(zhuǎn)軸上并且具有帶有在圓周方向上間隔放置的永磁片的永磁構(gòu)件；定子，其被固定在上述殼體上，并且具有被纏繞在圓周方向上間隔放置的梳部間的繞線；磁通控制環(huán)，其相對(duì)前述定子能夠移動(dòng)地被配置在該定子與前述轉(zhuǎn)子之間；以及磁通控制機(jī)構(gòu)，其通過(guò)增減前述定子與前述磁通控制環(huán)之間的磁路空隙來(lái)對(duì)通過(guò)定子的磁通進(jìn)行磁通控制，上述繞線由U相、V相以及W相三相即分別獨(dú)立的第一繞線與第二繞線構(gòu)成，上述第一繞線與上述第二繞線錯(cuò)開上述梳部間的一或二個(gè)槽而纏繞在上述梳部，配合輸出來(lái)對(duì)開關(guān)動(dòng)作進(jìn)行切換控制，該開關(guān)動(dòng)作為，將來(lái)自上述第一與上述第二繞線的全繞線端部以及中間部的上述U相、V相以及W相的輸出，連接到三相全波整流電路，同時(shí)將在各相間分別插入了電容器的電路分別進(jìn)行并聯(lián)或串聯(lián)的連接的動(dòng)作。
另外，該高輸出永磁發(fā)電機(jī)的其特征在于，在上述第一繞線的上述三相的各自的第一輸出線上分別設(shè)有第一開關(guān)，并且在上述第一輸出線間分別配置有第一電容器；在上述第二繞線的上述三相的各自的第二輸出線上分別設(shè)有第二開關(guān)，并且在上述第二輸出線間分別配置有第二電容器；在上述第一繞線的中間部所設(shè)的上述三相的各自的第一中間輸出線上分別設(shè)有第三開關(guān)，并且在上述第一中間輸出線間分別配置有第三電容器；在上述第二繞線的中間部所設(shè)的上述三相的各自的第二中間輸出線上分別設(shè)有第四開關(guān)，并且在上述第二中間輸出線間分別配置有第四電容器；上述第一與第二輸出線以及上述第一與第二中間輸出線經(jīng)由上述三相全波整流電路的整流器而分別與負(fù)荷相連接。
另外，上述整流器具有，上述第一輸出線通過(guò)第七開關(guān)連接的第一整流器、上述第二輸出線通過(guò)第六開關(guān)連接的第二整流器、上述第一中間輸出線通過(guò)第九開關(guān)連接的第三整流器、上述第二中間輸出線通過(guò)第十開關(guān)連接的第四整流器；上述第一整流器與上述第二整流器通過(guò)第五開關(guān)而相連接，上述第三整流器與上述第四整流器通過(guò)第八開關(guān)而相連接。
上述第一與上述第二整流器的輸出端子以及上述第三與上述第四整流器的輸出端子，以使第一整流器與第二整流器的輸出以及第三整流器與第四整流器的輸出為串聯(lián)或并聯(lián)的方式，通過(guò)上述第五～第十開關(guān)而連接到上述負(fù)荷。
上述第一～第十開關(guān)響應(yīng)上述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度而進(jìn)行接通·斷開控制，從而以預(yù)定的規(guī)定的恒定電壓進(jìn)行發(fā)電。
該高輸出永磁發(fā)電機(jī)的其特征在于，特別這樣進(jìn)行控制，響應(yīng)上述轉(zhuǎn)子的極低速而將上述第一輸出線與上述第二輸出線進(jìn)行串聯(lián)連接，響應(yīng)上述轉(zhuǎn)子的中低速而將上述第一輸出線與上述第二輸出線進(jìn)行并聯(lián)連接，響應(yīng)上述轉(zhuǎn)子的高速而將上述第一繞線的上述第一中間輸出線與上述第二繞線的上述第二中間輸出線進(jìn)行并聯(lián)連接。
該高輸出永磁發(fā)電機(jī)例如這樣進(jìn)行控制，響應(yīng)上述轉(zhuǎn)子的極低速而將上述第一、第二以及第五開關(guān)接通，將上述第三、第四、第六以及第七開關(guān)斷開，對(duì)上述第一繞線與上述第二繞線通電，將上述第一整流器與上述第二整流器進(jìn)行串聯(lián)連接。另外，該高輸出永磁發(fā)電機(jī)例如這樣進(jìn)行控制，響應(yīng)上述轉(zhuǎn)子的中低速而將上述第一、第二、第六以及第七開關(guān)接通，將上述第三、第四以及第五開關(guān)斷開，對(duì)上述第一繞線與上述第二繞線通電，將上述第一整流器與上述第二整流器進(jìn)行并聯(lián)連接。另外，該高輸出永磁發(fā)電機(jī)例如這樣進(jìn)行控制，響應(yīng)上述轉(zhuǎn)子的高速而將上述第一、第二、第五以及第八開關(guān)斷開，將上述第三、第四、第六、第七、第九以及第十開關(guān)接通，對(duì)上述第二繞線的上述第一與第二中間輸出線通電，將上述第一整流器與上述第二整流器以及上述第三整流器與上述第四整流器進(jìn)行并聯(lián)連接。因此，該高輸出發(fā)電機(jī)通過(guò)響應(yīng)上述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速而進(jìn)行上述第一～第十開關(guān)的接通/斷開控制，確保預(yù)定的規(guī)定的電壓，從而能夠以最佳輸出進(jìn)行發(fā)電。
該高輸出永磁發(fā)電機(jī)由于具有上述結(jié)構(gòu)，所以能夠減少三相繞線的圈數(shù)而由兩個(gè)三相繞線構(gòu)成，在三相間分別配置電容器，從而將電流蓄積在該電容器中，由該電流而增大發(fā)電電力。該高輸出永磁發(fā)電機(jī)雖然例如在上述段落15中例示了確保三個(gè)狀態(tài)的輸出的接線，但也可以進(jìn)行其他接線的控制，通過(guò)響應(yīng)上述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速而對(duì)第一～第十開關(guān)進(jìn)行接通/斷開控制，確保預(yù)定的規(guī)定的電壓，從而能夠以最佳輸出進(jìn)行發(fā)電。
一般的，將永磁鐵作為轉(zhuǎn)子的永磁發(fā)電機(jī)，尤其是在轉(zhuǎn)數(shù)小的區(qū)域中，發(fā)電電壓較小，發(fā)電電力也較小。
發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)E0由下式表示。
E0＝4.44·Φ·f·Ws······(1)E＝E0-I·[R2+(2π·f·L)2]1/2······(2)其中，E0起電電壓，Φ磁力，f頻率(旋轉(zhuǎn)數(shù))，Ws繞線的圈數(shù)，E工作電壓，I電流，L繞線電感。
如果繞線的圈數(shù)、磁力以及頻率不變大，則起電電壓E0也不變大，特別在低旋轉(zhuǎn)速度(低轉(zhuǎn)數(shù))時(shí)電動(dòng)勢(shì)不變大，因此輸出也不增大。當(dāng)繞線的圈數(shù)變大時(shí)，如上述(2)所示，繞線的電感變大，發(fā)電電流不變大。
該高輸出永磁發(fā)電機(jī)不會(huì)為了增大低速時(shí)的電壓和增大發(fā)電電力而使繞線的圈數(shù)過(guò)大，換而言之，著眼于將兩個(gè)電感減小了的繞線重疊的效果，將各極、各相的繞線分為2個(gè)，將其相錯(cuò)開1～2個(gè)槽而纏繞在定子的梳部上，將電容器夾入各自的相間，分別對(duì)輸出電流進(jìn)行三相整流，將整流輸出進(jìn)行并聯(lián)、或串聯(lián)的重疊，從而能夠使發(fā)電電壓、發(fā)電電力上升到1.5倍以上。即，該高輸出發(fā)電機(jī)將槽錯(cuò)開一列或兩列來(lái)纏繞繞線，在并聯(lián)連接時(shí)，由于兩個(gè)繞線互相干涉，在繞線上流過(guò)環(huán)電流，會(huì)發(fā)熱、產(chǎn)生輸出損耗，所以為了彌補(bǔ)該損耗，將電容器分別夾入兩個(gè)繞線間，對(duì)繞線進(jìn)行三相整流，若這些輸出重疊，則會(huì)沒(méi)有干涉，而通過(guò)積層效果使上述電壓上升，從而提高輸出。


圖1是表示本發(fā)明的高輸出永磁發(fā)電機(jī)的一實(shí)施例的電路圖。
圖2是表示向圖1的電路中的定子進(jìn)行繞線的纏繞結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。
圖3是表示永磁發(fā)電機(jī)的電壓與電流的關(guān)系的曲線圖。
圖4是表示該高輸出永磁發(fā)電機(jī)的負(fù)荷對(duì)應(yīng)的開關(guān)的接通/斷開的說(shuō)明圖。
圖5是表示該高輸出永磁發(fā)電機(jī)的一實(shí)施例的剖面圖。
圖6是表示在除去了殼體的狀態(tài)下圖5的高輸出永磁發(fā)電機(jī)的I-I剖面的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的高輸出永磁發(fā)電機(jī)優(yōu)選例如用于被裝載在負(fù)荷大幅度變動(dòng)的、特別是轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)變?yōu)闃O低速的汽車等。
下面，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的高輸出永磁發(fā)電機(jī)的一實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。該高輸出永磁發(fā)電機(jī)優(yōu)選例如利用來(lái)自被裝載在負(fù)荷大幅度變動(dòng)的移動(dòng)體上的引擎的動(dòng)力進(jìn)行發(fā)電。
該高輸出永磁發(fā)電機(jī)的電壓(V)與電流(A)之間的關(guān)系大概如圖3所示，轉(zhuǎn)子3的轉(zhuǎn)數(shù)越大則電壓越大，另外，無(wú)負(fù)荷電壓狀態(tài)曲線則這樣垂下，即因電流的上升，由于反電動(dòng)勢(shì)的作用而使電壓緩緩下降。轉(zhuǎn)子3的轉(zhuǎn)數(shù)越大，雖然無(wú)負(fù)荷電壓上升，但是垂下電流不變。在永磁發(fā)電機(jī)中，為了在低速時(shí)使輸出變大，需要增大無(wú)負(fù)荷電壓，但是繞線14(總稱)的圈數(shù)變大時(shí)，垂下電流會(huì)變小，繞線14的圈數(shù)變小時(shí)，垂下電流變大，但是電壓不會(huì)變大。因此，雖然為了增加電力(I×E)，必須增大電流I，但因此必須減小上式(2)的L(繞線電感)。本發(fā)明的高輸出永磁發(fā)電機(jī)這樣構(gòu)成，即，為了減小L(繞線電感)，將繞線14分為第一繞線18(18U、18V、18W)與第二繞線19(19U、19V、19W)，從而減小了各自的繞線數(shù)，并且在各相間通過(guò)電容器30而使電流暫時(shí)積存。
該高輸出永磁發(fā)電機(jī)這樣構(gòu)成，即，如圖1以及圖2所示，為了實(shí)現(xiàn)上述的現(xiàn)象，減小三相繞線的繞線14的圈數(shù)，并將其分為獨(dú)立的三相繞線的第一繞線18與第二繞線19，通過(guò)將第一繞線18與第二繞線19進(jìn)行重疊，增大電壓，增大輸出，因此將第一繞線18與第二繞線19錯(cuò)開在定子4的梳部10間的1或2個(gè)槽11而纏繞在梳部10上，從而成為輸出沒(méi)有干涉的重疊的結(jié)構(gòu)。即，該高輸出永磁發(fā)電機(jī)如圖所示，為了得到低速時(shí)的電壓上升效果與輸出提高效果，將第二繞線19相對(duì)第一繞線18錯(cuò)開1或2個(gè)槽11而纏繞在定子4的梳部10上。在圖2中，表示了第一繞線18與第二繞線19錯(cuò)開1個(gè)槽而纏繞在梳部10上的類型。該高輸出永磁發(fā)電機(jī)的特征在于，特別的，將來(lái)自第一繞線18與第二繞線19的全繞線端部的輸出線36、37、以及來(lái)自中間部的28、35的中間輸出線38(第一中間輸出線)、42(第二中間輸出線)的U相、V相以及W相的輸出，分別連接到三相全波整流電路，同時(shí)配合輸出，對(duì)在各相間分別插入了電容器30的電路分別進(jìn)行并聯(lián)或串聯(lián)連接的開關(guān)動(dòng)作進(jìn)行切換控制。
該高輸出永磁發(fā)電機(jī)，具體的說(shuō)，通過(guò)在第一繞線18與第二繞線19的U相、V相以及W相的輸出線36(36U、36V、36W)間、輸出線37(37U、37V、37W)間、中間輸出線38(38U、38V、38W)間、以及中間輸出線42(42U、42V、42W)間，分別夾入電容器30，從而磁極移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)電流被蓄入電容器30，當(dāng)N極變化為S極，電流緩緩逆轉(zhuǎn)時(shí)，放出該變換電流，使電力增加，從而提高輸出。如以往的電路(沒(méi)有圖示)那樣，在三相間沒(méi)有電容器時(shí)，由于從N極變?yōu)镾極時(shí)、N極的變換時(shí)產(chǎn)生的大逆流電流在S極波形流動(dòng)，導(dǎo)致波形變?yōu)榘夹?，?dāng)重合到三相時(shí)，電壓的上升下降較少。
另外，該高輸出永磁發(fā)電機(jī)在第一繞線18(18U、18V、18W)的輸出線36(36U、36V、36W)、以及第二繞線19(19U、19V、19W)的輸出線37(37U、37V、37W)上，分別設(shè)有開關(guān)26(26U、26V、26W)(第一開關(guān))、以及開關(guān)24(24U、24V、24W)(第二開關(guān))。進(jìn)而，該高輸出永磁發(fā)電機(jī)這樣進(jìn)行接線，從各自的三相的第一繞線18(18U、18V、18W)的全輸出端17(17U、17V、17W)延出的輸出線36(36U、36V、36W)、以及從三相的第二繞線19(19U、19V、19W)延出的輸出線37(37U、37V、37W)，分別被接線到三相全波整流電路中的齊納二極管即三相整流器23(第一整流器)、三相整流器29(第二整流器)，整流電力被串聯(lián)或并聯(lián)地連接，并通過(guò)三相整流器23、29連接到負(fù)荷12。
在該高輸出永磁發(fā)電機(jī)上，第一繞線18在中間部28(28U、28V、28W)連接有中間輸出線38(38U、38V、38W)，在U相、V相以及W相的中間輸出線38(38U、38V、38W)間分別設(shè)有電容器30，另外，在中間輸出線38(38U、38V、38W)上設(shè)有開關(guān)27(27U、27V、27W)(第三開關(guān))，中間輸出線38(38U、38V、38W)通過(guò)齊納二極管即三相整流器44(第三整流器)而連接到負(fù)荷12。另外，在該高輸出永磁發(fā)電機(jī)上，第二繞線19在中間部35(35U、35V、35W)連接有中間輸出線42(42U、42V、42W)，在U相、V相以及W相的中間輸出線42(42U、42V、42W)間分別設(shè)有電容器30，另外，在中間輸出線42(42U、42V、42W)上分別設(shè)有開關(guān)43(43U、43V、43W)(第四開關(guān))，中間輸出線42(42U、42V、42W)通過(guò)齊納二極管即三相整流器45(第四整流器)而連接到負(fù)荷12。
該高輸出永磁發(fā)電機(jī)，例如如圖5與圖6所示，由以下構(gòu)件構(gòu)成殼體1，其收容轉(zhuǎn)動(dòng)體的轉(zhuǎn)子3與固定體的定子4，并構(gòu)成磁路的一部分；旋轉(zhuǎn)軸2，其經(jīng)由一對(duì)軸承13可旋轉(zhuǎn)地被支撐在殼體1上；轉(zhuǎn)子3，其帶有固定在旋轉(zhuǎn)軸2上的永磁構(gòu)件5；定子4，其從轉(zhuǎn)子3的外圈開始隔離設(shè)置，并被固定在殼體1上；以及磁通控制機(jī)構(gòu)，其由磁通控制環(huán)7構(gòu)成，該磁通控制環(huán)7在定子4的內(nèi)周側(cè)相對(duì)定子4相對(duì)旋轉(zhuǎn)可能地、經(jīng)由絕緣軸承(沒(méi)有圖示)可旋轉(zhuǎn)地被安裝在殼體1上；以及電磁閥或者馬達(dá)等的促動(dòng)器25，其根據(jù)轉(zhuǎn)子3的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，使磁通控制環(huán)7相對(duì)定子4做相對(duì)移動(dòng)。經(jīng)由壓板的端板34用螺釘?shù)裙潭ㄔ谛D(zhuǎn)軸2上的制動(dòng)器位于轉(zhuǎn)子3的一端，在另一端，螺母33通過(guò)壓板的端板34而被擰入旋轉(zhuǎn)軸2，通過(guò)擰緊螺母33而將轉(zhuǎn)子3固定在旋轉(zhuǎn)軸2的規(guī)定位置。另外，例如，旋轉(zhuǎn)軸2由配置在一端側(cè)的軸承13與配置在另一端側(cè)的軸承13，可自由旋轉(zhuǎn)地被支撐在殼體1上。
在該高輸出永磁發(fā)電機(jī)中，定子4被固定在殼體1上，并且具有梳部10，在梳部10之間形成線圈即纏繞了繞線14(總稱)的槽11。轉(zhuǎn)子3被固定在可旋轉(zhuǎn)地被支撐在殼體1上的旋轉(zhuǎn)軸2上，并且具有永磁構(gòu)件5，該永磁構(gòu)件5帶有在圓周方向間隔放置的多個(gè)永磁片20。磁通控制環(huán)7被配置在定子4與轉(zhuǎn)子3之間的間隙22，相對(duì)定子4做相對(duì)旋轉(zhuǎn)來(lái)控制磁通。殼體1例如由兩側(cè)的一對(duì)主體和與它們連接的連接螺栓31構(gòu)成。另外，磁通控制環(huán)7例如通過(guò)由絕緣材料構(gòu)成的絕緣軸承(沒(méi)有圖示)而可自由旋轉(zhuǎn)地被支撐在殼體1上，并相對(duì)定子4可旋轉(zhuǎn)地被支撐。定子4由定子鐵心15與纏繞在定子鐵心15上的繞線14構(gòu)成。定子鐵心15例如由在圓周方向間隔設(shè)置為梳齒狀的狀態(tài)的梳部10和在梳部10之間形成的槽11形成。在該高輸出永磁發(fā)電機(jī)中，被纏繞在定子4的梳部10上的繞線14例如由可通過(guò)U相、V相、W相的三相電流的多個(gè)第一繞線18(18U、18V、18W)與第二繞線19(19U、19V、19W)構(gòu)成。
在磁通控制環(huán)7上，在圓周方向間隔配置并且在與定子4的梳部10相對(duì)的突起了的齒部8的角部設(shè)有切角部(沒(méi)有圖示)。另外，在該高輸出永磁發(fā)電機(jī)中，由定子4的前端部的切角部(沒(méi)有圖示)與磁通控制環(huán)7的齒部8的切角部41之間的空隙、定子4的前端部與齒部8的底部之間的空隙、以及磁通控制環(huán)7的齒部8的前端與定子4的槽11之間的空隙，形成磁路空隙。該高輸出永磁發(fā)電機(jī)具有這樣的功能，即，根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸2的旋轉(zhuǎn)速度而移動(dòng)磁通控制環(huán)7，增減與定子4之間的磁路空隙，對(duì)通過(guò)定子4的磁通進(jìn)行控制，從而以預(yù)定的規(guī)定的恒定電壓來(lái)發(fā)電。另外，轉(zhuǎn)子3例如具有磁軛6，其被配置在旋轉(zhuǎn)軸2的外周；永磁構(gòu)件5，其被配置在磁軛6的外周面；以及一種保持管即加固構(gòu)件16，其被固定在永磁構(gòu)件5的外周面。永磁構(gòu)件5由在圓周方向被配置為隔離放置狀態(tài)并且向軸方向延伸的永磁片20、與介于相鄰的永磁片20之間的非磁性材料21構(gòu)成。另外，轉(zhuǎn)子3的永磁構(gòu)件5具有12個(gè)圓弧狀的永磁片20，每個(gè)永磁片20約占周方向的30°。構(gòu)成轉(zhuǎn)子3的永磁構(gòu)件5的永磁片20這樣配列，即，在圓周方向相鄰的永磁片20交互配置相異的磁極即N極與S極。
該高輸出永磁發(fā)電機(jī)如上述那樣構(gòu)成，由于不會(huì)因永磁片20的作用而減小磁力，所以在高速時(shí)，通過(guò)磁通控制環(huán)7的工作而增減轉(zhuǎn)子3與定子4之間的空隙22，具有控制磁通的功能，從而謀求抑制發(fā)電電壓。但是，因?yàn)榇磐刂蒲b置所產(chǎn)生的磁通控制量為50～60％，例如，當(dāng)設(shè)置為在1000rpm時(shí)輸出規(guī)定的電功率時(shí)，到達(dá)到2000rpm為止，即使有負(fù)荷變動(dòng)、旋轉(zhuǎn)變動(dòng)，也能夠獲得自由的輸出。該高輸出永磁發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)數(shù)較小的區(qū)域的極低速狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)電電壓較小，發(fā)電電力也小。當(dāng)繞線數(shù)、磁力、頻率不大時(shí)，電動(dòng)勢(shì)E0也不增大，特別在低旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，由于電力不會(huì)變大所以輸出不會(huì)變大。因此，由于增加了電動(dòng)勢(shì)E0，如果繞線數(shù)變大，則繞線14的電感變大，發(fā)電電流不變大。
該高輸出永磁發(fā)電機(jī)的特征在于，特別為了增大低速時(shí)的電壓，增大發(fā)電輸出，而不使繞線14的繞線數(shù)過(guò)大，因此，將繞線14分為第一繞線18與第二繞線19，從而縮小構(gòu)成各自的電感，通過(guò)使這些第一繞線18與第二繞線19重疊，不提高繞線14的電感而增大發(fā)電輸出。該高輸出永磁發(fā)電機(jī)的特征在于，具體地說(shuō)，被纏繞在定子4的梳部10上的繞線14例如由可通過(guò)U、V以及W相的三相電流的多個(gè)第一繞線18(18U、18V、18W)與第二繞線19(19U、19V、19W)構(gòu)成，在各自的相U、V、W的繞線間，即，在18U與18V之間、18U與18W之間、18V與18W之間、19U與19V之間、19U與19W之間、19V與19W之間，分別配設(shè)有電容器30。對(duì)于第一繞線18與第二繞線19，由各自獨(dú)立的兩個(gè)繞線14來(lái)構(gòu)成三相饒線，使第二繞線19相對(duì)第一繞線18錯(cuò)開梳部10間的一個(gè)或兩個(gè)槽11而纏入梳部10。
另外，在該高輸出永磁發(fā)電機(jī)中，在從三相繞線的第一繞線18(18U、18V、18W)的全輸出端17(17U、17V、17W)向負(fù)荷12延出的輸出線36(36U、36V、36W)上，分別設(shè)有開關(guān)26(26U、26V、26W)；另外，在三相繞線的第二繞線19(19U、19V、19W)的輸出線24(24U、24V、24W)上，分別設(shè)有開關(guān)24(24U、24V、24W)。第一繞線18通過(guò)三相整流器23而連接到負(fù)荷12，接著，第二繞線19通過(guò)三相整流器29而連接到負(fù)荷12。另外，在三相整流器23的輸出側(cè)，設(shè)有開關(guān)(第七開關(guān))40，另外，在三相整流器29的輸出側(cè)，設(shè)有開關(guān)(第六開關(guān))41。在三相整流器23與三相整流器29之間設(shè)有開關(guān)(第五開關(guān))39。進(jìn)而，繞線14中第一繞線18在中間部28(28U、28V、28W)設(shè)置有輸出端，并中間輸出線38(38U、38V、38W)延伸出來(lái)，在中間輸出線38(38U、38V、38W)的U相、V相、W相的相間分別設(shè)有電容器30，在中間輸出線38(38U、38V、38W)上分別設(shè)有開關(guān)27(27U、27V、27W)，通過(guò)在輸出線38(38U、38V、38W)上并聯(lián)接線的三相整流器44、45而連接到負(fù)荷12。在三相整流器45上設(shè)有開關(guān)43(43U、43V、43W)(第四開關(guān))。
在該高輸出永磁發(fā)電機(jī)中，如圖4所示，控制器例如響應(yīng)轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)速度而對(duì)各開關(guān)進(jìn)行切換控制，從而以預(yù)定的規(guī)定的恒定電壓進(jìn)行發(fā)電。本例只是表示了具有代表性的裝置，當(dāng)然也可以進(jìn)行其他的開關(guān)切換控制。
(1)在轉(zhuǎn)子3為極低速時(shí)，開關(guān)24、開關(guān)26以及開關(guān)39接通，開關(guān)27、開關(guān)40、開關(guān)41、開關(guān)43以及開關(guān)46～48斷開，第一繞線18以及第二繞線19通電，整流器23與整流器29被串聯(lián)接線。因此，該高輸出永磁發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)子3為極低速時(shí)，整流器23與整流器29被串聯(lián)接線，第一繞線18與第二繞線19被串聯(lián)接線，并且被配設(shè)在各相間的電容器30發(fā)揮功能，即，將電流積存在電容器30，所積存的電流被合并到下次的電流中，從而提高這樣大的電壓，提高發(fā)電電力，能夠以預(yù)定的規(guī)定的恒定電壓進(jìn)行發(fā)電并輸出到負(fù)荷12。
(2)在轉(zhuǎn)子3為中低速時(shí)，開關(guān)24、開關(guān)26、開關(guān)40、以及開關(guān)41接通，開關(guān)27、開關(guān)39、開關(guān)43、以及開關(guān)46～48斷開，第一繞線18以及第二繞線19通電，整流器23與整流器29被并聯(lián)接線。因此，該高輸出永磁發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)子3為中低速時(shí)，整流器23與整流器29被并聯(lián)接線，第一繞線18與第二繞線19被并聯(lián)接線，并且被配設(shè)在各相間的電容器30發(fā)揮功能，即，將電流積存在電容器30，所積存的電流被合并到下次的電流中，從而提高這樣大的電壓，提高發(fā)電電力，能夠以預(yù)定的規(guī)定的恒定電壓進(jìn)行發(fā)電并輸出到負(fù)荷12。
(3)在轉(zhuǎn)子3為高速時(shí)，開關(guān)24、開關(guān)26、開關(guān)39、以及開關(guān)47置斷開，開關(guān)27、開關(guān)40、開關(guān)41、開關(guān)43、開關(guān)46以及開關(guān)48接通，從第一繞線18的中間部28(第一中間部)與第二繞線19的中間部35(第一中間部)輸出，整流器44與整流器45被并聯(lián)接線。因此，該高輸出永磁發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)子3為高速時(shí)，整流器44與整流器45被并聯(lián)接線，第一繞線18與第二繞線19的全輸出線36、37不工作，而是這樣進(jìn)行輸出通過(guò)來(lái)自第一繞線18的中間部28與第二繞線19的中間部35的中間輸出線38、42，由并聯(lián)接線的整流器44與整流器45進(jìn)行整流，并且被配設(shè)在各相間的電容器30發(fā)揮功能，即，將電流積存在電容器30，所積存的電流被合并到下次的電流中，從而提高這樣大的電壓，提高發(fā)電電力，能夠以預(yù)定的規(guī)定的恒定電壓進(jìn)行發(fā)電并輸出到負(fù)荷12。
權(quán)利要求
1.一種高輸出永磁發(fā)電機(jī)，其特征在于，具有旋轉(zhuǎn)軸，其能夠旋轉(zhuǎn)地被支撐在殼體上；轉(zhuǎn)子，其被固定在上述旋轉(zhuǎn)軸上并且具有永磁構(gòu)件，該永磁構(gòu)件具有在圓周方向上間隔設(shè)置的永磁片；定子，其被固定在上述殼體上，并且具有被纏繞于在圓周方向上間隔豎立設(shè)置的梳部間的繞線；磁通控制環(huán)，其相對(duì)前述定子能夠移動(dòng)地配置在該定子與前述轉(zhuǎn)子之間；以及磁通控制機(jī)構(gòu)，其通過(guò)增減前述定子與前述磁通控制環(huán)之間的磁路空隙來(lái)對(duì)通過(guò)前述定子的磁通進(jìn)行磁通控制，上述繞線由作為U相、V相以及W相三相的、分別獨(dú)立的第一繞線與第二繞線構(gòu)成，上述第一繞線與上述第二繞線錯(cuò)開上述梳部間的一個(gè)或兩個(gè)槽而纏繞在上述梳部，對(duì)應(yīng)于輸出而對(duì)開關(guān)動(dòng)作進(jìn)行切換控制，該開關(guān)動(dòng)作是將把來(lái)自上述第一繞線與上述第二繞線的全繞線端部以及中間部的上述U相、V相以及W相的輸出連接到三相全波整流電路的同時(shí)并在各相間分別插入了電容器的電路，分別進(jìn)行并聯(lián)或串聯(lián)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的高輸出永磁發(fā)電機(jī)，其特征在于，在上述第一繞線的上述三相的各自的第一輸出線上分別設(shè)有第一開關(guān)，并且在上述第一輸出線間分別配置有第一電容器；在上述第二繞線的上述三相的各自的第二輸出線上分別設(shè)有第二開關(guān)，并且在上述第二輸出線間分別配置有第二電容器；在上述第一繞線的中間部所設(shè)的上述三相的各自的第一中間輸出線上分別設(shè)有第三開關(guān)，并且在上述第一中間輸出線間分別配置有第三電容器；在上述第二繞線的中間部所設(shè)的上述三相的各自的第二中間輸出線上分別設(shè)有第四開關(guān)，并且在上述第二中間輸出線間分別配置有第四電容器；上述第一與第二輸出線以及上述第一與第二中間輸出線經(jīng)由上述三相全波整流電路的整流器而分別與負(fù)荷相連接。
3.如權(quán)利要求2所述的高輸出永磁發(fā)電機(jī)，其特征在于，上述整流器具有上述第一輸出線通過(guò)第七開關(guān)而連接的第一整流器；上述第二輸出線通過(guò)第六開關(guān)而連接的第二整流器；上述第一中間輸出線通過(guò)第九開關(guān)而連接的第三整流器；上述第二中間輸出線通過(guò)第十開關(guān)而連接的第四整流器，上述第一整流器與上述第二整流器通過(guò)第五開關(guān)而相連接，上述第三整流器與上述第四整流器通過(guò)第八開關(guān)而相連接。
4.如權(quán)利要求3所述的高輸出永磁發(fā)電機(jī)，其特征在于，上述第一與上述第二整流器的輸出端子以及上述第三與上述第四整流器的輸出端子，以使第一整流器與第二整流器的輸出以及第三整流器與第四整流器的輸出為串聯(lián)或并聯(lián)的方式，通過(guò)上述第五～第十開關(guān)而被連接于上述負(fù)荷。
5.如權(quán)利要求4所述的高輸出永磁發(fā)電機(jī)，其特征在于，上述第一～第十開關(guān)響應(yīng)上述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度而進(jìn)行接通·斷開控制，從而以預(yù)定的規(guī)定的恒定電壓進(jìn)行發(fā)電。
6.如權(quán)利要求5所述的高輸出永磁發(fā)電機(jī)，其特征在于，如下這樣進(jìn)行控制響應(yīng)上述轉(zhuǎn)子的極低速而將上述第一輸出線與上述第二輸出線串聯(lián)連接，響應(yīng)上述轉(zhuǎn)子的中低速而將上述第一輸出線與上述第二輸出線并聯(lián)連接，響應(yīng)上述轉(zhuǎn)子的高速而將上述第一繞線的上述第一中間輸出線與上述第二繞線的上述第二中間輸出線并聯(lián)連接。
7.如權(quán)利要求6所述的高輸出永磁發(fā)電機(jī)，其特征在于，如下這樣進(jìn)行控制響應(yīng)上述轉(zhuǎn)子的極低速而將上述第一、第二以及第五開關(guān)接通，將上述第三、第四、第六以及第七開關(guān)斷開，對(duì)上述第一繞線與上述第二繞線進(jìn)行加載，將上述第一整流器與上述第二整流器串聯(lián)連接。
8.如權(quán)利要求6所述的高輸出永磁發(fā)電機(jī)，其特征在于，如下這樣進(jìn)行控制響應(yīng)上述轉(zhuǎn)子的中低速而將上述第一、第二、第六以及第七開關(guān)接通，將上述第三、第四以及第五開關(guān)斷開，對(duì)上述第一繞線與上述第二繞線進(jìn)行加載，將上述第一整流器與上述第二整流器并聯(lián)連接。
9.如權(quán)利要求6所述的高輸出永磁發(fā)電機(jī)，其特征在于，如下這樣進(jìn)行控制響應(yīng)上述轉(zhuǎn)子的高速而將上述第一、第二、第五以及第八開關(guān)斷開，將上述第三、第四、第六、第七、第九以及第十開關(guān)接通，對(duì)上述第二繞線的上述第一與第二中間輸出線進(jìn)行加載，將上述第一整流器與上述第二整流器以及上述第三整流器與上述第四整流器并聯(lián)連接。
全文摘要
一種高輸出永磁發(fā)電機(jī)，其為了減少向定子纏繞的繞線的圈數(shù)而將繞線分為第一繞線與第二繞線兩個(gè)繞線，從而減低電感，在各相間插入電容器，將電流積存在電容器中，從而使電壓上升來(lái)增大輸出。由U相、V相以及W相的三相繞線構(gòu)成的相互獨(dú)立的第一繞線與第二繞線錯(cuò)開一或二個(gè)槽而被纏繞在梳部。在三相繞線的各相的輸出線間分別配置有電容器。在第一繞線的輸出線以及第二繞線的輸出線上，分別設(shè)有開關(guān)。
文檔編號(hào)H02P9/48GK1877964SQ200610088788
公開日2006年12月13日 申請(qǐng)日期2006年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月7日
發(fā)明者河村英男 申請(qǐng)人:富士陶瓷技術(shù)株式會(huì)社