一种混合励磁发电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种发电机，尤其涉及一种混合励磁发电机，属于电机制造领域。
【背景技术】
[0002]电力驱动汽车匹配增程器后，可以解决电动汽车应急充电、或实现串联插电式混合动力驱动的功能。但电动汽车结构紧凑，对发电机的轴向尺寸要求苛刻；同时汽车产品对配件成本控制严格。
[0003]目前市场上的车载增程器所配套的发电机主要采用了两种方案，且大多采用了永磁式转子方案，少部分采用了爪极式发电机方案。永磁式转子发电机可以设计成扁平结构，方便了增程器系统的安装和尺寸控制，但这种结构的发电机输出电流或电压控制需要采用专门的二次电源，较大功率的BUCK稳压电路需采用价格昂贵的功率开关器件和大功率滤波电感。如此，当增程器的功率较大时，采用永磁激磁转子的发电机所配套的控制器不仅成本很难满足使用要求。采用爪极式发电机及其成本较低，但其功率密度低、外形尺寸较大，无法满足车用增程器的要求。
【发明内容】
[0004]本发明为解决现有技术问题，提供一种体积小、效率高的发电机。
[0005]本发明的技术方案是:一种混合励磁发电机，包括机壳，所述机壳内固定安装有定子，所述定子轴心处设置有转子，所述机壳还安装有控制电路；所述定子包括电枢铁芯和套置于所述电枢铁芯上的电枢绕组，所述转子包括位于轴中心的导磁轴和套置于导磁轴上的励磁绕组，所述导磁轴上固定连接有磁极，所述磁极包括分设于所述导磁轴前、后两端的首磁极和尾磁极，所述首磁极和所述尾磁极的圆周外圈的磁极端之间保持有轴间隙；所述磁极的圆周上均匀固设有若干磁钢，所述磁钢的外表面与所述磁极的外圈表面保持有径间隙，且所述磁钢的外表面相比于所述磁极的外圈表面更接近所述导磁轴。
[0006]作为优选，所述磁极包括与所述导磁轴固定连接的导磁磁轭，所述导磁磁磁轭圆周外表面开有若干横截面为燕尾形的容置槽；所述磁钢横截面大致为可与所述容置槽相配合的梯形，所述梯形的上短边和下短边均为弧形，所述磁钢插于所述容置槽内。
[0007]作为优选，位于所述首磁极或所述尾磁极上的所有所述磁钢的磁极方向相同，位于所述首磁极上的所述磁钢和位于所述尾磁极上的所述磁钢的磁极方向相反。
[0008]作为优选，所述轴间隙为电机最小气隙的6~10倍。电机的最小气隙即为电机的定子和转子之间空气缝隙的最小值。
[0009]作为优选，所述径间隙为电机最小气隙的0.5-2倍。
[0010]作为优选，所述电枢绕组为集中绕组；所述电枢铁芯包括伸出于所述电枢绕组之外的导磁区和伸入于所述电枢绕组之内的引磁区，所述引磁区的两侧壁沿靠近所述导磁区指向远离所述导磁区的方向逐次靠近。
[0011]作为优选，所述引磁区的两侧壁之间的夹角为1~3度。
[0012]作为优选，所述引磁区远离所述导磁区的一端开有引线槽。
[0013]作为优选，所述励磁绕组设置于所述首磁极和所述尾磁极之间；所述电枢铁芯在所述导磁轴上的投影位于所述首磁极和所述尾磁极之间。
[0014]本发明工作时，励磁绕组通过小电流，通过导磁磁轭，产生励磁磁场，与导磁磁轭上的磁钢的磁场产生叠加后加载于电枢，转子高速转动，使得加载于电枢的励磁磁场产生交变，电枢绕组将该交变磁场转换成电流。
[0015]本发明的工作过程为:
[0016]当励磁绕组不通电时，励磁绕组产生的磁势为0，等效磁阻约为0，磁钢单独对电机激磁。由于首、尾两端的磁钢直接作用，此时磁力线主要为:尾磁极的磁钢一〉电机气隙一> 电枢铁芯一>机壳一> 电枢铁芯一> 电机气隙一>首磁极的磁钢一>轴，形成闭合的磁通路。电机转子旋转时电枢仅感应出磁钢激磁反电势发电工作。
[0017]当励磁绕组正向通电时，励磁绕组产生的磁势为If*n(If为励磁电流，η为励磁绕组匝数)，等效磁阻约为0，由于磁钢的磁阻非常大，励磁绕组激磁磁通无法通过磁钢，但可以通过左右磁极的凸极直接形成磁回路，此时励磁绕组和磁钢共同对电枢激磁。首、尾两个磁极的磁钢由于其恒流源特性，保持与励磁绕组不通电时相同的磁通回路。此时若记气隙有效磁通为Φ，那么有:Φ = Φ31+ΦΝ1+Φ32+ΦΝ2。OSl为励磁绕组在左凸极对气隙的激磁磁通，ΦΝ1为左磁钢在气隙中的激磁磁通，?S2为右磁钢在气隙中激磁磁通，ΦΝ2为右凸极在气隙中的激磁磁通。此时磁钢和励磁绕组产生的激磁同时经过电机轴和机壳，且方向相反，有避免导磁轴和机壳磁路的过度饱和的效果，进一步增加了磁钢对气隙激磁能力，因此该磁路结构具有并联增磁的功能，励磁绕组增磁效果直接、明显。
[0018]当励磁线圈反向通电时，励磁绕组在整个电机中产生的激磁与磁钢的磁极方向相同，但同样由于磁钢的磁阻较大，励磁绕组产生的磁路仅通过磁极对应的轴气隙产生磁通，但磁通方向随励磁电流方向相反，那么此时气隙有效磁通为Φ = ΦΝ1-Φ51+Φ52-ΦΝ2，与此同时两种励磁磁通同方向进入轴和机壳，使得轴和机壳更加饱和，导致磁钢本体对气隙的磁密降低。可见当励磁绕组同反向电流时，电机弱磁效果明显。
[0019]本发明采用首、尾两个磁极，各磁极由导磁磁轭和磁钢组成。导磁磁轭外圆设计有若干凸齿和燕尾凹槽，燕尾凹槽内嵌有“倒梯形”圆弧磁钢，可以防止转子在高速旋转时，磁钢与磁轭脱离。
[0020]磁极外圆和磁钢外表面存在一个气隙差，由于电机气隙尺寸较小，而在目前工艺下，电机的磁钢与定子之间的间隙公差难以控制，且无法精密加工，但磁极外圆可以精加工，本发明采用气隙结构有效减小磁极和定子之间的间隙，以减小电励磁磁阻，提高电励磁对气隙磁通的控制效果，同时由于磁钢对定子的激磁受气隙大小影响较小，兼顾了加工工艺和电机性能一致性控制。
[0021]首、尾磁极在轴向设置轴间隙，防止励磁线圈的磁路直接短路，电机最小气隙的6至10倍的轴间隙保证了轴间隙有效的基础上避免了尺寸过大而影响电机的轴向长度有效利用率。
[0022]本发明的电枢绕组采用集中绕组，目的是为了减小绕组的端部尺寸。然而对于较大功率的电机，集中绕组的下线工艺一直以来都十个难题，本发明改进了铁芯结构，采用倾斜的作为引磁区的定子齿，电枢绕组可直接