專利名稱：永磁發電機輸出電壓穩定方法及穩壓永磁發電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種穩壓永磁發電機，尤其是適用于車輛的發電機及在該發電機中所采用的穩壓方法。
現有的車輛發電機絕大多數采取勵磁結構，發電效率較低，另外，現在車輛發電機采用電子調節器穩定所輸出電壓，穩壓效果、環境適應性受電子調節器所限，穩壓調節過程中的能耗也較大。
本發明的目的在于提供一種既簡單又實用的永磁發電機輸出電壓穩定方法，該方法的關鍵在于，轉子與定子之間在轉軸方向上是處在一種動態平衡狀態，從而減少穩壓過程中調節定子與轉子相對位移的難度。本發明在上述方法指導下，還設計出了通過離心塊式調節機構帶動定子或轉子作軸向相對位移實現穩壓調節永磁發電機。
為實現上述目的，本發明所提出的永磁發電機輸出電壓穩壓方法是通過離心機構調節發電機轉子與定子之間的相對位移量來達到實時穩壓調節的，該方法將轉子或定子固定于滑動套上，該滑動套僅能沿轉動軸作軸向位移，在轉動軸的軸向方向上設置有復位彈簧、平衡彈簧及調節裝置，復位彈簧和平衡彈簧共同作用于上述滑動套，復位彈簧與平衡彈簧的合力克服了轉子與定子之間的磁吸合力，使轉子或定子處于動態平衡狀態，調節裝置調整復位彈簧與平衡彈簧合力的大小。具體地講，在永磁結構情形下，發電機輸出電壓過高對應的物理量是發電機轉軸轉速的過高，離心機構則將發電機轉軸的超常量轉變為發電機定子與轉子之間軸向位移量，從而實現發電機輸出電壓的穩定調節。復位彈簧按裝在與轉子、定子吸合相抵消的方向，是將轉子與定子之間由高性能稀土永久磁鐵所產生的很高的吸合力在軸向方向相抵消部分或大部分，達到用較小的離心機構就能輕松實現定子與轉子之間的相對位移量，并使該位移量與發電機轉軸轉速之間保持一個相對穩定的比例關系。平衡彈簧按裝方向與復位彈簧相反，其作用力的方向即是加強吸合力的方向。正是由于設置了平衡彈簧與調節裝置，使在生產發電機過程中，磁性能的公差，加工尺寸公差，彈簧公差，離心塊的公差等等累積誤差因素，均得到有效避免和克服，從而使發電機在同一轉速下，定子或轉子相對位移量一致，進而使發電機輸出的電壓也保持一致，以實現穩壓的目及實現大規模批量產品的生產。如在8000轉/分情況下，每臺發電機轉子與定子之間的相對位移均在5毫米的位置上。
為實現上述發明目的，本發明給出穩壓永磁發電機的具體技術方案之一是，其組成包括有動力轉動軸、轉子、定子、發電機殼體，其特征在于其組成中還包括有轉子滑動套、離心調節機構、平衡彈簧、復位彈簧、彈簧調節螺母等，定子固定于發電機機殼上，轉子固定于轉子滑動套上，轉子滑動套套裝在帶有花鍵的動力轉動軸上，離心調節機構由離心座、離心塊等構成，離心座固定于動力轉動軸，離心塊連接于離心座上，離心塊的力臂端頭卡入至轉子滑動套上的凹槽內，彈簧調節螺母設置于動力轉軸的一端，平衡彈簧設置于轉子滑動套與彈簧調節螺母之間，復位彈簧設置于離心機構支架座與轉子滑動套之間。
為實現上述發明目的，本發明給出穩壓永磁發電機的具體技術方案之二是，其組成包括動力轉動軸、轉子、定子、發電機殼體，其特征在于其組成中還包括有轉子滑動套、離心調節機構、平衡彈簧、復位彈簧、彈簧調節螺母等，定子固定于發電機機殼上，轉子固定于轉子滑動套上，轉子滑動套套裝在帶有花鍵的動力轉動軸上，離心機構由離心座、離心塊、推塊等構成，離心座固定在動力轉動軸上，離心塊上的螺旋斜面緊靠推塊，推塊固定于轉子滑動套上，彈簧調節螺母設置于動力轉軸的一端，平衡彈簧設置于轉子滑動套與彈簧調節螺母之間，復位彈簧設置于離心機構支架座與轉子滑動套之間。
為實現上述發明目的，本發明給出穩壓永磁發電機的具體技術方案之三是，其組成包括動力轉動軸、轉子、定子、發電機殼體，其特征在于其組成中還包括有定子滑動套、離心調節機構、平衡彈簧、復位彈簧、耐磨擦軸套、彈簧調節螺母、導向環等，轉子固定于動力轉軸上，定子固定于定子滑動套上，定子滑動套套裝于轉軸外，定子滑動套的一端設置有彈簧調節螺母，定子滑動套與轉軸之間設置有耐磨擦軸套，導向環固定于發電機機殼上，復位彈簧、平衡彈簧套裝在滑動套外，并分別設置于導向環與定子滑動套之間和導向環與彈簧調節螺母之間，離心調節機構由離心座、離心塊、推塊等構成，離心座固定于動力轉軸上，離心塊連接于離心座上，離心塊的力臂端頭卡入至推塊的凹槽內，推塊與彈簧調節螺母之間設置有耐磨擦軸套及止推墊圈。
為實現上述發明目的，本發明給出穩壓永磁發電機的具體技術方案四是，其組成包括動力轉動軸、轉子、定子、發電機殼體，其特征在于其組成中還包括有定子滑動套、離心調節機構、平衡彈簧、復位彈簧、耐磨擦軸套、彈簧調節螺母、導向環等，轉子固定于動力轉軸上，定子固定于定子滑動套上，定子滑動套套裝于轉軸外，定子滑動套的一端設置有彈簧調節螺母，定子滑動套與轉軸之間設置有耐磨擦軸套，導向環固定于發電機機殼上，復位彈簧、平衡彈簧套裝在滑動套外，并分別設置于導向環與定子滑動套之間和導向環與彈簧調節螺母之間，離心調節機構由離心座、離心塊、推塊等構成，離心座固定在轉子支架上，離心塊上的螺旋斜面緊靠推塊，推塊與定子滑動套之間設置有耐磨擦軸套及止推墊圈。
為實現上述發明目的，本發明給出穩壓永磁發電機的具體技術方案之五是，其組成包括動力轉動軸、轉子、定子、發電機殼體，其特征在于其組成中還包括有離心塊、離心塊座、平衡彈簧、復位彈簧、平面軸承、定子滑動套、定子滑動座等，轉子固定于動力轉動軸上，離心塊連接在離心塊座上，離心塊座固定在轉子支架上，離心塊座內沿軸向安裝有平衡彈簧，發電機定子內孔上固定有定子滑動套，定子滑動套內安裝有復位彈簧，定子滑動套可以在定子滑動座上作軸向移動，但不能作徑向轉動，定子滑動座固定安裝在發電機外殼機座上，在定子滑動座的端頭裝有彈簧調節螺母，發電機轉子軸從定子滑動座內孔、復位彈簧內孔、平面軸承內孔、平衡彈簧內孔、離心塊座內孔中通過并安裝在外殼機座和發電機外殼前座上。
為實現上述發明目的，本發明給出穩壓永磁發電機的具體技術方案之六是，其組成包括動力轉動軸、轉子、定子、發電機殼體，其特征在于其組成中還包括有離心塊、轉子座、平衡彈簧、復位彈簧、平面軸承等，離心塊安裝在轉子座上，轉子座固定在動力轉動軸上并與轉子連結成一體，轉子座的兩個端頭分別安裝有平面軸承A和平面軸承B，在平面軸承A的另一端安裝有復位彈簧，定子內孔內安裝有平衡彈簧，在發電機外殼前座的后端，對應于復位彈簧的端部裝有彈簧調節螺母，發電機轉子軸依次從平衡彈簧內孔、平面軸承B內孔、轉子座內孔、平面軸承A內孔、復位彈簧內孔中通過并安裝在外殼機座和發電機外殼前座上。
在以上技術方案中發電機轉子與定子相應的磁場間隙面，其形狀可以是圓柱面，也可以是圓錐面。采取圓錐面結構，可使定子或轉子較小的位移量得到相對較大的穩壓調節效果。
以上諸技術方案中共同具備的一個重要特點是均在發電機動力轉動軸方向上設置有平衡彈簧和調節彈簧，通過平衡彈簧與調節彈簧的合力克服轉子與定子之間的磁吸引力，使轉子與定子處于動態平衡狀態，而且還設置了彈簧調節裝置用以調節平衡彈簧和調節彈簧的彈性合力。正是由于設置了調節平衡彈簧與彈簧調節裝置，使在生產發電機過程中，磁性能的公差，加工尺寸公差，彈簧公差，離心塊的公差等等累積誤差因素，均得到有效避免和克服，從而使發電機在同一轉速下，定子與轉子之間的位移量一致，進而使發電機輸出的電壓也保持一致，實現穩壓的目的以及實現大規模批量產品的生產。如在8000轉/分情況下，每臺發電機轉子與定子之間的相對位移均在5毫米的位置上。本發明所提供的一系列具體技術方案中的另一個共同具備的重要特點是均采用與發電機動力轉動軸相固定的機械式離心機構來帶動轉子或定子沿軸向產生位移。在永磁結構情形下，發電機輸出電壓過高對應的物理量是發電機轉軸轉速的過高，離心調節機構則將發電機轉軸的超常量轉變為發電機定子與轉子之間軸向位移量，從而實現發電機輸出電壓的穩定調節。
本發明所給出永磁發電機穩壓方法的優點在于通過設置在同一軸線上的兩個彈簧即復位彈簧和平衡彈簧的共同作用，使通過改變轉子與定子之間相對位移量來達到穩定發電機輸出電壓調節更加簡單、有效，整機參數性能的調整也更加方便、易行。
本發明所提供的穩壓永磁發電機的優點在于由于采用高效稀土永磁體結構，使發電機體積小，重量輕，能耗低，節能效果明顯；另由于采用全機械式穩壓調節，克服了電子調節器受環境溫濕度影響，可靠性差的不足。本發明可以全面提高發電機工作的可靠性和全天候環境適應性。適應性增加穩壓調節可靠。
下面結合附圖介紹本發明的兩個實施例附
圖1是本發明實施例一的結構示意圖。
附圖2是本發明實施例二的結構示意圖。
附圖3是本發明實施例三的結構示意圖。
附圖4是本發明實施例四的結構示意圖。
附圖5是本發明實施例五的結構示意圖。
附圖6是本發明實施例六的結構示意圖。
實施例一如附圖1所示，它是通過轉子位移的方式來實現發電機輸出電壓的穩壓調節之目的。圖1中，1是轉子、2是定子、3是轉子滑動套、4是離心塊、5是離心塊座、6是動力轉動軸、7是復位彈簧、8是平衡彈簧、9是調節螺母、10是定子固定座、11是發電機機殼。轉子1固定在轉子滑動套3上，轉子滑動套3套裝在帶有花鍵的動力轉動軸6上，調節螺母9設置于動力轉軸6的一端，該調節螺母9能沿軸向移動調節，并能定位于動力轉軸6上定子2固定于發電機機殼上，復位彈簧7設置于離心機構支架與轉子滑動套3之間，平衡彈簧8設置于轉子滑動套3與調節螺母9之間。離心座5固定于動力轉動軸6，離心塊4連接于離心座5上，離心塊4的力臂端頭卡入至轉子滑動套3上的凹槽內。
實施例二如圖附圖2所示，它也是通過轉子位移的方式來實現發電機輸出電壓的穩壓調節之目的。圖2中，12是轉子、13是定子、14是離心塊、15是推塊、16是轉子滑動套、17是動力轉動軸、18是復位彈簧、19是平衡彈簧、20是調節螺母、21是定子固定座、22是發電機機殼。本實施例與實施例一不同之處在于，離心塊14上的螺旋斜面緊靠推塊15，推塊15固定于轉子滑動套16上。
實施例三如附圖3所示，它是通過定子位移的方式來實現穩壓調節的，圖3中，23是定子，24是平衡彈簧，25是導向環，26是復位平衡彈簧，27是定子滑動套，28是轉動軸，29是轉子，30是發電機殼體，31是調節螺母，32是推塊，33是離心塊，34是離心塊座，35是耐磨擦軸套，36是止推墊圈。轉子29固定在轉軸28上，轉軸28外部套裝有定子滑動套27，定子滑動套27與轉軸28之間設置有耐磨擦軸套35，定子滑動套27上開有導向槽，導向環25固定于發電機機殼30上，該導向環25一方面限制了定子滑動套隨轉軸轉動，另一方面為套裝在定子滑動套上的平衡彈簧24和復位彈簧26提供一個固定點。平衡彈簧24和復位彈簧26的張力合力使定子滑動套27有一個向右移動的力，該力克服了發電機轉子29與定子23之間的磁吸引力，使轉子與定子在轉軸28軸向上達到動態平衡，調節螺母31可以調整并改變上述動態平衡，從而便于整機性能參數的調整。
實施例四如附圖4所示，它同樣是通過定子位移的方式來實施發電機輸出電壓的穩壓調節之目的。圖4中，37是轉子，38是定子，39是平衡彈簧，40是轉動軸，41是耐磨擦軸套，42是推塊，43是復位彈簧，44是帶有螺旋斜面的離心塊，45是導向環，46是調節螺母，47是止推墊圈，48是定子滑動套。本實施例四不同于實施例三之處在于。它的離心塊44固定在轉子支架37上，離心塊44上有一個螺旋斜面，當離心塊高速旋轉張開一定角度時，離心塊上的螺旋斜面擠壓推塊42，進而擠推定子滑動套48及定子38作軸向位移，其穩壓調節過程如實施例一。
實施例五如附圖5所示，它是通過定子位移的方式來實現穩壓調節的，圖5中，51是離心塊座，52是離心塊，53是平衡彈簧，54是平面軸承，55是轉子，56是定子，57是復位彈簧，58是定子滑動套，59是定子滑動座，60是發電機轉子軸，61是發電機外殼機座，62是復位彈簧調節螺母，63是發電機外殼前座。
在發電機的轉子組件55上，有四個與轉子軸60同時旋轉的離心塊52；在發電機轉子軸60上安裝有平衡彈簧53，它使發電機的定子56與轉子55之間的磁場在軸向產生的吸引力，與平衡彈簧53始終保持相對平衡；在轉子軸60上同時安裝有復位彈簧57，它可以調節離心塊52在轉速的作用下，定子沿軸向移動的移動量的大小；發電機的定子56在離心塊52高速旋轉的作用下可以沿著發電機轉子軸60的方向作軸向移動。附圖5中用雙點劃繪出該發電機轉子軸在高速旋轉情況下，離心塊張開與定子位移狀態的示意圖。
實施例六如附圖6所示，它是通過轉子位移的方式來實現發電機穩壓調節的。圖6中，64是轉子軸，65是復位彈簧調節螺母66是發電機外殼前座，67是復位彈簧，68是平面軸承A，69是轉子座，70是離心塊，71是平面軸承B，72是平衡彈簧，73是定子，74是轉子，75是發電機外殼機座。
四個離心塊70均衡安裝在轉子座69上，離心塊與轉子軸64同時旋轉；在發電機轉子軸64上安裝有平衡彈簧72，它使發電機定子與轉子之間在軸向由磁場所產生的吸引力與平衡彈簧張力始終保持相對平衡；在轉子軸64上同時安裝有復位彈簧67，改變復位彈簧67張力的大小可以調節離心塊高速旋轉時，轉子74沿軸向位移量的大小，定子73固定在發電機外殼機座75上，定子內孔中安裝有平衡彈簧72，發電機轉子軸64依次從復位彈簧67內孔、平面軸承A68內孔、轉子座69內孔、平面軸承B71內孔、平衡彈簧72內孔中通過并安裝在外殼機座75和發電機外殼前座66上，轉子座的兩端分別安裝有平面軸承A和平面軸承B，平面軸承A和平面軸承B的動面與轉子座相靠，它們的定面則分別與平衡彈簧和復位彈簧的可移動端面相靠。附圖6中雙點劃線繪出該發電機在小負載情況下，離心塊張開與轉子位移狀態的示意圖。
以上各實施例均是汽車用超小型發電機。
當發電機不工作時，由于復位彈簧與平衡彈簧的作用力同在轉子軸軸線方向，適當選擇復位彈簧和平衡彈簧的材質、彈性系數等，并通過調整調節螺母，既可使定子與轉子之間處于一種相對平衡的位置狀態，又可以調整離心塊張開角度大小與固定在滑動套上的定子或轉子位移量大小的比例關系，同時也提高了產品生產的一致性。
當發電機轉軸的轉速超過正常值時，離心塊隨之被張開，離心塊帶動滑動套作軸向位移，使得正常情況下平衡彈簧與調節彈簧之間的動態平衡打破，滑動套帶動轉子或定子沿軸向移動，使轉子與定子相互背離，進而降低發電機輸出電壓。
當發電機轉軸的轉速恢復正常范圍，離心塊恢復原狀，定子滑動套在平衡彈簧與調節彈簧合力的共同作用下，重新回到原先的動態平衡狀態。
設計此類汽車發電機各性能參數時，可將轉動軸所提供最低轉速時發電機輸出電壓定為標稱額定電壓，這樣就能保證汽車低速行駛過程中，發電機仍然能輸出所需的電壓，而當汽車高速行駛過程中，發電機自動將輸出電壓穩定在標稱額定電壓。
權利要求
1.一種永磁發電機輸出電壓穩定方法，其特征在于它是通過離心機構調節發電機轉子與定子之間的相對位移量來達到實時穩壓調節的，即將轉子或定子固定于滑動套上，該滑動套僅能沿轉動軸作軸向位移，在轉動軸的軸向方向上設置有復位彈簧、平衡彈簧及調節裝置，復位彈簧和平衡彈簧共同作用于上述滑動套，復位彈簧與平衡彈簧的合力克服了轉子與定子之間的磁吸合力，使轉子或定子處于動態平衡狀態，調節裝置調整復位彈簧與平衡彈簧合力的大小。
2.根據權利要求1所述的永磁發電機輸出電壓穩定方法，其特征在于發電機轉子與定子相對應的磁場間隙面，其形狀可以是圓柱面，也可以是圓錐面。
3.一種穩壓永磁發電機，其組成包括動力轉動軸、轉子、定子、發電機殼體，其特征在于其組成中還包括有轉子滑動套、離心調節機構、平衡彈簧、復位彈簧、調節螺母等，定子固定于發電機機殼上，轉子固定于轉子滑動套上，轉子滑動套套裝在帶有花鍵的動力轉動軸上，離心調節機構由離心座、離心塊等構成，離心座固定于動力轉動軸，離心塊連接于離心座上，離心塊的力臂端頭卡入至轉子滑動套上的凹槽內，彈簧調節螺母設置于動力轉軸的一端，平衡彈簧設置于轉子滑動套與彈簧調節螺母之間，復位彈簧設置于離心機構支架座與轉子滑動套之間。
4.一種穩壓永磁發電機，其組成包括動力轉動軸、轉子、定子、發電機殼體，其特征在于其組成中還包括有轉子滑動套、離心調節機構、平衡彈簧、復位彈簧、調節螺母等，定子固定于發電機機殼上，轉子固定于轉子滑動套上，轉子滑動套套裝在帶有花鍵的動力轉動軸上，離心機構由離心座、離心塊、推塊等構成，離心座固定在動力轉動軸上，離心塊上的螺旋斜面緊靠推塊，推塊固定于轉子滑動套上，彈簧調節螺母設置于動力轉軸的一端，平衡彈簧設置于轉子滑動套與彈簧調節螺母之間，復位彈簧設置于離心機構支架座與轉子滑動套之間。
5.一種穩壓永磁發電機，其組成包括動力轉動軸、轉子、定子、發電機殼體，其特征在于其組成中還包括有定子滑動套、離心調節機構、平衡彈簧、復位彈簧、耐磨擦軸套、彈簧調節螺母、導向環等，轉子固定于動力轉軸上，定子固定于定子滑動套上，定子滑動套套裝于轉軸外，定子滑動套的一端設置有彈簧調節螺母，定子滑動套與轉軸之間設置有耐磨擦軸套，導向環固定于發電機機殼上，復位彈簧、平衡彈簧套裝在滑動套外，并分別設置于導向環與定子滑動套之間和導向環與彈簧調節螺母之間，離心調節機構由離心座、離心塊、推塊等構成，離心座固定于動力轉軸上，離心塊連接于離心座上，離心塊的力臂端頭卡入至推塊的凹槽內，推塊與彈簧調節螺母之間設置有耐磨擦軸套及止推墊圈。
6.一種穩壓永磁發電機，其組成包括動力轉動軸、轉子、定子、發電機殼體，其特征在于其組成中還包括有定子滑動套、離心調節機構、平衡彈簧、復位彈簧、耐磨擦軸套、彈簧調節螺母、導向環等，轉子固定于動力轉軸上，定子固定于定子滑動套上，定子滑動套套裝于轉軸外，定子滑動套的一端設置有彈簧調節螺母，定子滑動套與轉軸之間設置有耐磨擦軸套，導向環固定于發電機機殼上，復位彈簧、平衡彈簧套裝在滑動套外，并分別設置于導向環與定子滑動套之間和導向環與彈簧調節螺母之間，離心調節機構由離心座、離心塊、推塊等構成，離心座固定在轉子支架上，離心塊上的螺旋斜面緊靠推塊，推塊與定子滑動套之間設置有耐磨擦軸套及止推墊圈。
7.一種穩壓永磁發電機，其組成包括動力轉動軸、轉子、定子、發電機殼體，其特征在于其組成中還包括有離心塊、離心塊座、平衡彈簧、復位彈簧、平面軸承、定子滑動套、定子滑動座等，轉子固定于動力轉動軸上，離心塊連接在離心塊座上，離心塊座固定在轉子支架上，離心塊座內沿軸向安裝有平衡彈簧，發電機定子內孔上固定有定子滑動套，定子滑動套內安裝有復位彈簧，定子滑動套可以在定子滑動座上作軸向移動，但不能作徑向轉動，定子滑動座固定安裝在發電機外殼機座上，在定子滑動座的端頭裝有彈簧調節螺母，發電機轉子軸從定子滑動座內孔、復位彈簧內孔、平面軸承內孔、平衡彈簧內孔、離心塊座內孔中通過并安裝在外殼機座和發電機外殼前座上。
8.一種穩壓永磁發電機，其組成包括動力轉動軸、轉子、定子、發電機殼體，其特征在于其組成中還包括有離心塊、轉子座、平衡彈簧、復位彈簧、平面軸承等，離心塊安裝在轉子座上，轉子座固定在動力轉動軸上并與轉子連結成一體，轉子座的兩個端頭分別安裝有平面軸承A和平面軸承B，在平面軸承A的另一端安裝有復位彈簧，定子內孔內安裝有平衡彈簧，在發電機外殼前座的后端，對應于復位彈簧的端部裝有彈簧調節螺母，發電機轉子軸依次從平衡彈簧內孔、平面軸承B內孔、轉子座內孔、平面軸承A內孔、復位彈簧內孔中通過并安裝在外殼機座和發電機外殼前座上。
9.根據權利要求3、4、5、6、7、8所述的穩壓永磁發電機，其特征在于轉子定子的磁間隙面與轉子轉動中心軸線之間夾角為0度至20度。
全文摘要
本發明涉及永磁發電機輸出電壓穩定方法及穩壓永磁發電機,本發明穩壓方法的關鍵是通過設置在同一軸線上的復位彈簧和平衡彈簧及彈簧調節螺母的共同作用,使得通過調節轉子與定子之間相對位移量來達到穩定發電機輸出電壓更加簡單、有效,整機參數性能的調整也更加方便、一致性好。運用上述穩壓方法,本發明提出了若干個穩壓永磁發電機的具體技術方案。這些穩壓永磁發明具有體積小,重量輕,能耗低,節能效果明顯,全面提高了汽車發電機工作的可靠性和全天候環境適應性。
文檔編號H02K7/12GK1262547SQ9911426
公開日2000年8月9日 申請日期1999年6月18日 優先權日1999年1月27日
發明者戴珊珊, 劉寶云 申請人:南京仁源磁電機制造有限公司