一種緊湊的大功率的功率轉(zhuǎn)換裝置，包括轉(zhuǎn)子和定子。轉(zhuǎn)子包括圓柱形殼和布置在殼上的預(yù)定數(shù)量的永磁體，并且轉(zhuǎn)子適于圍繞殼的軸線旋轉(zhuǎn)。定子包括鐵芯和多組導(dǎo)電繞組，每組導(dǎo)電繞組包括預(yù)定數(shù)量的單獨(dú)導(dǎo)電繞組并與電相位相應(yīng)。各個(gè)收集導(dǎo)體與每組導(dǎo)電繞組相應(yīng)，每組中的每個(gè)單獨(dú)導(dǎo)電繞組與相應(yīng)的收集導(dǎo)體電連接。各個(gè)收集導(dǎo)體布置在冷卻劑流路中，該冷卻劑流路引導(dǎo)冷卻劑與定子繞組相接觸，收集導(dǎo)體彼此電絕緣和彼此隔開并且與繞組電絕緣和隔開。公開了形式為連續(xù)環(huán)和形式為多個(gè)弧的收集導(dǎo)體。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及用于在機(jī)械能和電能之間轉(zhuǎn)換的機(jī)械的電壓和電流控制系統(tǒng)，例如無刷交流發(fā)電機(jī)，尤其涉及一種用于緊湊的大功率永磁交流發(fā)電機(jī)的控制系統(tǒng)，例如適合于車用的緊湊的大功率永磁交流發(fā)電機(jī)。
技術(shù)介紹
交流發(fā)電機(jī)一般包括轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子安裝在旋轉(zhuǎn)軸上，并布置成與靜止的定子同心。 轉(zhuǎn)子通常布置在定子內(nèi)。然而可替代地，定子可以同心地布置在轉(zhuǎn)子內(nèi)。外部能源，如電動(dòng)機(jī)或渦輪機(jī)，通常直接地或者通過中間系統(tǒng)如傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)元件。定子和轉(zhuǎn)子都具有一系列磁極。轉(zhuǎn)子或定子產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)與另一結(jié)構(gòu)的磁極上的繞組相互作用。當(dāng)磁場(chǎng)切割繞組時(shí)產(chǎn)生電場(chǎng)，該電場(chǎng)被提供給合適的負(fù)載。感應(yīng)的電場(chǎng)(其一般稱為電壓源)通常可應(yīng)用于整流器，有時(shí)可被調(diào)節(jié)，并作為直流輸出電源。感應(yīng)的電流一般可應(yīng)用于整流器，有時(shí)可被調(diào)節(jié)，并作為直流輸出電源。在一些情況中，將調(diào)節(jié)的直流輸出信號(hào)施加給直流-交流逆變器，以提供交流輸出。傳統(tǒng)上，機(jī)動(dòng)車輛中采用的交流發(fā)電機(jī)通常包括安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)外部上的殼；布置在殼內(nèi)的具有三相繞組的定子；在定子內(nèi)可旋轉(zhuǎn)地支撐殼內(nèi)的皮帶驅(qū)動(dòng)的爪極式(例如 Lundell)轉(zhuǎn)子。然而，為了增大功率輸出，必須顯著地增大傳統(tǒng)交流發(fā)電機(jī)的尺寸。因此， 車輛內(nèi)的空間限制容易使這種交流發(fā)電機(jī)難以在高輸出(如5KW)應(yīng)用中使用，例如為了給空調(diào)設(shè)備、制冷設(shè)備或通訊設(shè)備提供電力。此外，承載繞組的爪極式轉(zhuǎn)子相對(duì)較重(通常占交流發(fā)電機(jī)全部重量的多達(dá)四分之三)，并產(chǎn)生很大的慣性。實(shí)際上，每當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)加速時(shí)這種慣性都會(huì)給發(fā)動(dòng)機(jī)造成負(fù)載。 這容易降低發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，導(dǎo)致額外的燃料消耗。此外，這種慣性在諸如電動(dòng)車或混合動(dòng)力車輛的應(yīng)用中存在問題。混合動(dòng)力車輛利用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)來以高于預(yù)定閥值如30Kph(通常相應(yīng)于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的效率最高的RPM范圍)的速度推進(jìn)車輛。類似地，在所謂的“輕度混合動(dòng)力車輛”中，利用起動(dòng)器-發(fā)電機(jī)來在駕駛員壓下油門踏板時(shí)提供推進(jìn)力的初始爆發(fā)，從而當(dāng)車輛在交通中停止時(shí)便于關(guān)閉車輛發(fā)動(dòng)機(jī)，以節(jié)省燃料并削減排放。這種輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)通常是預(yù)期使用高電壓(例如42伏特)的電力系統(tǒng)。這種系統(tǒng)中的交流發(fā)電機(jī)必須能使電池再充電到足夠的水平，以便驅(qū)動(dòng)起動(dòng)器-發(fā)電機(jī)，從而在連續(xù)的停止之間特別是在停停走走的交通中提供推進(jìn)力的初始爆發(fā)。因而，需要相對(duì)大功率的低慣性的交流發(fā)電機(jī)。一般地，需要額外的電功率來給車輛中的控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、空調(diào)和電器提供電力。 對(duì)于用于娛樂的、工業(yè)運(yùn)輸應(yīng)用如冷藏、建筑應(yīng)用以及軍事應(yīng)用的車輛來說特別是這樣。例如，機(jī)動(dòng)車輛領(lǐng)域中的趨勢(shì)是利用智能的電控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，而不是利用機(jī)械的或液壓控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，來減小車輛發(fā)動(dòng)機(jī)上的動(dòng)力負(fù)載和增大燃料經(jīng)濟(jì)性。這種系統(tǒng)例如可以與轉(zhuǎn)向伺服機(jī)構(gòu)(其通常僅在需要轉(zhuǎn)向糾正時(shí)才起作用)、減震器(使用反饋來調(diào)節(jié)減震器對(duì)道路和速度狀況的剛度)以及空調(diào)(以保持恒定溫度所需的最小速度運(yùn)行壓縮機(jī))相結(jié)合地使用。這種電控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的使用容易增大對(duì)車輛的電力系統(tǒng)的要求。類似地，期望的是移動(dòng)式制冷系統(tǒng)通過電力驅(qū)動(dòng)。例如，以可變的速度(與車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)無關(guān))驅(qū)動(dòng)制冷系統(tǒng)可提高效率。此外，利用電驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)，連接各個(gè)元件的軟管可以用類似于家用冰箱或空調(diào)器的電驅(qū)動(dòng)密封系統(tǒng)來代替，所述各個(gè)元件例如是壓縮機(jī)(在發(fā)動(dòng)機(jī)上)、冷凝器(布置成暴露在空氣中)以及蒸發(fā)單元(布置在冷藏室中)。 因此，期望的是在這樣的應(yīng)用中的車輛電力系統(tǒng)應(yīng)該能夠?yàn)殡娏︱?qū)動(dòng)的單元提供必需的電力水平。還特別需要一種“可移除和更換”的大功率交流發(fā)電機(jī)，以便改造現(xiàn)有的車輛。通常，在車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙內(nèi)只有有限的空間來容納交流發(fā)電機(jī)。除非更換的交流發(fā)電機(jī)適合于在該可利用的空間內(nèi)，否則，如果可能的安裝非常復(fù)雜，通常需要移除一些主要部件如散熱器、保險(xiǎn)杠等等以及安裝額外的支架、傳動(dòng)帶和硬件。因此，期望的是更換的交流發(fā)電機(jī)適合于在所提供的原始空間內(nèi)，并與原始硬件接口。一般地，永磁交流發(fā)電機(jī)是眾所周知的。這種交流發(fā)電機(jī)使用永磁體來產(chǎn)生必需的磁場(chǎng)。永磁發(fā)電機(jī)傾向于比傳統(tǒng)纏繞的場(chǎng)發(fā)電機(jī)輕得多、小得多。在以下專利中描述了永磁交流發(fā)電機(jī)的實(shí)例1997年4月四日授予給Scott等的美國專利5，625，276 ； 1998年 1月6日授予給Scott等的美國專利5，705，917 ；1999年3月23日授予給Scott等的美國專利5，886，504 ； 1999年7月27日授予給Scott等的美國專利5，929，611 ；2000年3月7 日授予給kott等的美國專利6，034，511 ；2002年8月27日授予給kott等的美國專利 6，441，522。特別地，通過采用“外部”永磁轉(zhuǎn)子和“內(nèi)部”定子可以實(shí)現(xiàn)輕的緊湊的永磁發(fā)電機(jī)。轉(zhuǎn)子包括中空的圓柱形殼，高能永磁體布置在該圓柱形殼的內(nèi)表面上。定子同心地布置在轉(zhuǎn)子殼內(nèi)，并且適當(dāng)?shù)匕ㄜ洿盆F芯和導(dǎo)電繞組。該鐵芯一般為圓柱形，其具有在軸向上成鋸齒形的外周表面，即具有預(yù)定數(shù)量的等間隔的齒和槽。導(dǎo)電繞組(由合適絕緣的導(dǎo)電體構(gòu)成，如涂有清漆的電動(dòng)機(jī)銅線)通過相應(yīng)槽沿鐵芯的側(cè)面向外圍繞預(yù)定數(shù)量的齒纏繞，然后再通過另一個(gè)槽向回纏繞。這里將繞組沿鐵芯的側(cè)面在成鋸齒形的槽外側(cè)延伸的部分稱為端匝。轉(zhuǎn)子圍繞定子的旋轉(zhuǎn)從轉(zhuǎn)子磁鐵產(chǎn)生磁通量，以和定子繞組相互作用并在其中感應(yīng)產(chǎn)生電流。例如在上述的1998年1月6日授予給Scott等的美國專利5，705，917 和1999年7月27日授予給&0 等的美國專利5，929，611中描述了這種交流發(fā)電機(jī)的示例。由永磁發(fā)電機(jī)供給的電力根據(jù)轉(zhuǎn)子的速度顯著地變化。在許多應(yīng)用中，例如由于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)速度的變化或者負(fù)載特性的改變，轉(zhuǎn)子速度的變化是普遍的。因此，通常采用電子控制系統(tǒng)。在上述的1997年4月四日授予給Scott等的美國專利5，625，276中描述了永磁交流發(fā)電機(jī)和用于其的控制系統(tǒng)的實(shí)例。在2000年1月25日授予給Anderson等的美國專利6，018，200中描述了其他控制系統(tǒng)的實(shí)例。在2004年6月6日提交的、名稱為“用于永磁交流發(fā)電機(jī)的控制器”("Controller for Permanent Magnet Alternator，，)的、 Quazi等共同所有的共同未決的美國專利申請(qǐng)No. 10/860, 393中以及在2006年2月2日提交的、名稱為“用于交流發(fā)電機(jī)的控制器”(“Controller for ACGenerator")的、Faber man等(包括本專利技術(shù)人)共同所有的共同未決的美國專利申請(qǐng)No. 11/347，777中描述了控制系統(tǒng)的其他實(shí)例。在此將上述共同所有的申請(qǐng)引入作為參考，就如其在此被全文地描述一樣。適應(yīng)寬范圍的轉(zhuǎn)子速度的需要在機(jī)動(dòng)車輛應(yīng)用中是特別迫切的。例如，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)用于使卡車的速度減小時(shí)，通常大型卡車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)從怠速的600RPM運(yùn)轉(zhuǎn)到高速公路行駛速度的2600RPM，偶爾會(huì)達(dá)到3000RPM。這樣，交流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的RPM變化為5 1。輕負(fù)載柴油機(jī)在稍微更寬的范圍上運(yùn)轉(zhuǎn)，例如從600到4000RPM。和汽油車輛發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用的交流發(fā)電機(jī)通常必須適應(yīng)更寬范圍的RPM，例如從600至6500RPM。此外，交流發(fā)電機(jī)必須適應(yīng)負(fù)載的變化，即零負(fù)載到全負(fù)載。這樣，和汽油車輛發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用的永磁交流發(fā)電機(jī)的本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
１．緊湊、大功率的功率轉(zhuǎn)換裝置，包括：轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子包括圓柱形殼和布置在殼上的預(yù)定數(shù)量的永磁體，該轉(zhuǎn)子適于圍繞殼的軸線旋轉(zhuǎn)；包括鐵芯和多組導(dǎo)電繞組的定子，每組導(dǎo)電繞組包括預(yù)定數(shù)量的單獨(dú)導(dǎo)電繞組并與電相位相應(yīng)；與每組導(dǎo)電繞組相關(guān)聯(lián)的相應(yīng)收集導(dǎo)體，每組導(dǎo)電繞組中的每個(gè)單獨(dú)導(dǎo)電繞組與相應(yīng)的收集導(dǎo)體并聯(lián)電連接；和引導(dǎo)冷卻劑以使其與定子繞組接觸的冷卻劑流路；各個(gè)收集導(dǎo)體布置在冷卻劑流路中，收集導(dǎo)體彼此電絕緣和彼此隔開并且與繞組電絕緣和隔開。
【技術(shù)特征摘要】
...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：C·Y·拉方丹，H·C·斯科特，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：磁應(yīng)用公司，
類型：發(fā)明
國別省市：US
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