1.永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，其特征在于，所述发电机包括：转轴、永磁转 子、电磁转子、定子、导磁环、电刷滑环、间隔环、外壳和端盖； 所述外壳和端盖起固定支撑作用； 转轴安装固定于所述外壳和端盖间； 所述转轴一端开始依次交替安装的2个永磁转子、2个定子和1个电磁转子，所述定子与 相邻转子之间安装有间隔环，使其具有相同的轴向气隙，所述定子通过3个螺杆和6个螺母 与外侧外壳和端盖固定相连； 转轴外缘紧固套装的2个间隔环，用以轴向固定所述转子和定子，且使其具有相同的轴 向气隙； 所述永磁转子外侧转轴上分别套设的两导磁环，以减少漏磁，提高发电机功率； 所述转轴安装有为励磁线圈供电的电刷滑环装置。
2.根据权利要求1所述的永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，其特征在于，每个所述 永磁转子包括： 永磁转子盘，其端面的一分度圆上均布有2m个轴向通孔，以及2m个分别安装固定在所 述通孔中的永磁体，该2m个永磁体的充磁方向与所述转轴平行，且该2m个相邻的所述永磁 体在所述转子盘同一端面极性相反； 其中，所述永磁转子的永磁体在所述转轴方向相互对齐，且相互对齐的永磁体的磁力 线是同方向的，m为自然数。
3.根据权利要求1或2所述的永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，其特征在于，每个 所述电磁转子包括： 电磁转子盘，其端面上与权利要求2所述的永磁转子盘同直径的分度圆上均布有2m个 轴向通孔，以及2m个分别安装固定在所述通孔中的励磁绕组，该2m个励磁绕组通过直流电 后，其磁场方向与所述转轴平行，且该2m个相邻的所述励磁绕组产生的磁场在所述转子盘 同一端面极性相反； 其中，所述电磁转子的励磁绕组在所述转轴方向相互对齐，其相互对齐的励磁绕组通 直流电后的磁力线是同方向的，m为自然数； 所述励磁绕组的线圈缠绕在铁芯上。
4.根据权利要求1、2或3中任意一项所述的永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，其特 征在于，每个所述定子包括： 定子盘，其端面的一分度圆上均布有3p个用于插入绕制有所述线圈的铁芯的台阶孔， 铁芯的外缘设置成台阶面，并与所述定子盘上的台阶孔的尺寸相匹配，p为自然数； 其中所述线圈轴线与所述转轴轴线平行； 所述线圈的轴向厚度与铁芯的轴向厚度相匹配； 所述定子平行安装在所述转轴上，且通过螺杆螺母与外壳和端盖固定连接。
5.根据权利要求4所述的永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，其特征在于，所述转轴 的一端设置有一个与该转轴垂直且一体成型的限位板，所述导磁环、永磁转子和电磁转子 通过另外一个限位板压紧在一起，所述定子与外壳和端盖通过螺杆和螺母轴向压紧成一 体。
6.根据权利要求5所述的永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，其特征在于， 所述限位板的端面上设置有多个均布在同一分度圆上的轴向通风孔； 所述外壳和端盖的端面上设置有多个均布在同一分度圆上的轴向通风孔； 所述永磁定子盘的端面上设置有多个均布在同一分度圆上的轴向通风孔； 所述导磁环的端面上设置有多个均布在同一分度圆上的轴向通风孔； 所述靠板的端面上设置有多个均布在同一分度圆上的轴向通风孔。
7.根据权利要求6所述的永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，其特征在于，所述定子 盘的边缘处设置有3个用于穿设所述安装螺杆的安装孔。
8.根据权利要求7所述的永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，其特征在于，所述外壳 和端盖的边缘处设有3个用于安装螺杆的安装孔，且所述定子单元与外壳和端盖之间设有 与所述外壳和端盖安装孔同心的间隔件。
9.根据权利要求8所述的永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，其特征在于，相邻的所 述定子单元中间设有多个与所述外壳和端盖安装孔同心的间隔环。
10.根据权利要求9所述的永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，其特征在于，所述限 位板外的转轴上安装有向所述励磁线圈供电的滑环，所述端盖内端面安装有电刷。
1.永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，其特征在于，所述发电机包括：转轴、永磁转 子、电磁转子、定子、导磁环、电刷滑环、间隔环、外壳和端盖； 所述外壳和端盖起固定支撑作用； 转轴安装固定于所述外壳和端盖间； 所述转轴一端开始依次交替安装的2个永磁转子、2个定子和1个电磁转子，所述定子与 相邻转子之间安装有间隔环，使其具有相同的轴向气隙，所述定子通过3个螺杆和6个螺母 与外侧外壳和端盖固定相连； 转轴外缘紧固套装的2个间隔环，用以轴向固定所述转子和定子，且使其具有相同的轴 向气隙； 所述永磁转子外侧转轴上分别套设的两导磁环，以减少漏磁，提高发电机功率； 所述转轴安装有为励磁线圈供电的电刷滑环装置。
2.根据权利要求1所述的永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，其特征在于，每个所述 永磁转子包括： 永磁转子盘，其端面的一分度圆上均布有2m个轴向通孔，以及2m个分别安装固定在所 述通孔中的永磁体，该2m个永磁体的充磁方向与所述转轴平行，且该2m个相邻的所述永磁 体在所述转子盘同一端面极性相反； 其中，所述永磁转子的永磁体在所述转轴方向相互对齐，且相互对齐的永磁体的磁力 线是同方向的，m为自然数。
3.根据权利要求1或2所述的永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，其特征在于，每个 所述电磁转子包括： 电磁转子盘，其端面上与权利要求2所述的永磁转子盘同直径的分度圆上均布有2m个 轴向通孔，以及2m个分别安装固定在所述通孔中的励磁绕组，该2m个励磁绕组通过直流电 后，其磁场方向与所述转轴平行，且该2m个相邻的所述励磁绕组产生的磁场在所述转子盘 同一端面极性相反； 其中，所述电磁转子的励磁绕组在所述转轴方向相互对齐，其相互对齐的励磁绕组通 直流电后的磁力线是同方向的，m为自然数； 所述励磁绕组的线圈缠绕在铁芯上。
4.根据权利要求1、2或3中任意一项所述的永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，其特 征在于，每个所述定子包括： 定子盘，其端面的一分度圆上均布有3p个用于插入绕制有所述线圈的铁芯的台阶孔， 铁芯的外缘设置成台阶面，并与所述定子盘上的台阶孔的尺寸相匹配，p为自然数； 其中所述线圈轴线与所述转轴轴线平行； 所述线圈的轴向厚度与铁芯的轴向厚度相匹配； 所述定子平行安装在所述转轴上，且通过螺杆螺母与外壳和端盖固定连接。
5.根据权利要求4所述的永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，其特征在于，所述转轴 的一端设置有一个与该转轴垂直且一体成型的限位板，所述导磁环、永磁转子和电磁转子 通过另外一个限位板压紧在一起，所述定子与外壳和端盖通过螺杆和螺母轴向压紧成一 体。
6.根据权利要求5所述的永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，其特征在于， 所述限位板的端面上设置有多个均布在同一分度圆上的轴向通风孔； 所述外壳和端盖的端面上设置有多个均布在同一分度圆上的轴向通风孔； 所述永磁定子盘的端面上设置有多个均布在同一分度圆上的轴向通风孔； 所述导磁环的端面上设置有多个均布在同一分度圆上的轴向通风孔； 所述靠板的端面上设置有多个均布在同一分度圆上的轴向通风孔。
7.根据权利要求6所述的永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，其特征在于，所述定子 盘的边缘处设置有3个用于穿设所述安装螺杆的安装孔。
8.根据权利要求7所述的永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，其特征在于，所述外壳 和端盖的边缘处设有3个用于安装螺杆的安装孔，且所述定子单元与外壳和端盖之间设有 与所述外壳和端盖安装孔同心的间隔件。
9.根据权利要求8所述的永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，其特征在于，相邻的所 述定子单元中间设有多个与所述外壳和端盖安装孔同心的间隔环。
10.根据权利要求9所述的永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，其特征在于，所述限 位板外的转轴上安装有向所述励磁线圈供电的滑环，所述端盖内端面安装有电刷。
翻译：技术领域
本发明涉及一种永磁发电机，具体的说涉及一种不同转速下输出电压恒定的轴向 磁路的永磁发电机。
背景技术
一般汽车使用的发电机主要有硅整流发电机和永磁发电机两种。硅整流发电机通 过电磁绕组的励磁电流产生磁场，励磁绕组的电磁转化率较低，电能的消耗大；永磁发电机 取消了励磁绕组，采用永磁体产生磁场，也就无法通过调节励磁磁场的大小来调节输出电 压。
一般的发电机采用的是筒形结构，转子与定子同轴，且径向分布，此种发电机的比 功率（单位电机重量发出的功率）较低，体积较大。而永磁转子和定子盘均轴向布置的发电 机，减轻了发电机重量，减小了发电机体积，从而提高了发电机比功率，其中，永磁体作为转 子，磁场无法改变，这就无法通过调节磁场的大小来调节输出电压，在汽车不同转速下无法 调节其输出电压。
另外，随着汽车工业的迅猛发展，汽车的用电量大大增加，对发电机比功率的要求 愈来愈高。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在设计一种永磁与电磁混合励磁恒 压轴向发电机，以提高发电机比功率，通过调节励磁线圈电流，从而实现恒压输出。
本发明所述的一种永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，其包括：转轴、永磁转 子、电磁转子、定子、导磁环、电刷滑环、间隔环、外壳和端盖。
所述外壳和端盖起固定支撑作用；
转轴安装固定于所述外壳和端盖间；
所述转轴一端开始依次交替安装的2个永磁转子、2个定子和1个电磁转子，所述定子与 相邻转子之间安装有间隔环，使其具有相同的轴向气隙，所述定子通过3个螺杆和6个螺母 与外侧外壳和端盖固定相连；
转轴外缘紧固套装的2个间隔环，用以轴向固定所述转子和定子，且使其具有相同的轴 向气隙；
所述永磁转子外侧转轴上分别套设的两导磁环，以减少漏磁，提高发电机功率；
所述转轴安装有为励磁线圈供电的电刷滑环装置；
所述发电机外壳和端盖采用高导热率的铝合金制成，可以有效降低定子线圈发热。
永磁转子盘，其端面的一分度圆上均布有2m个轴向通孔，以及2m个分别安装固定 在所述通孔中的永磁体，该2m个永磁体的充磁方向与所述转轴平行，且该2m个相邻的所述 永磁体在所述转子盘同一端面极性相反；
其中，所述永磁转子的永磁体在所述转轴方向相互对齐，且相互对齐的永磁体的磁力 线是同方向的，m为自然数；
永磁体采用高性能稀土永磁铁。
电磁转子盘，其端面上与权利要求2所述的永磁转子盘同直径的分度圆上均布有 2m个轴向通孔，以及2m个分别安装固定在所述通孔中的励磁绕组，该2m个励磁绕组通过直 流电后，其磁场方向与所述转轴平行，且该2m个相邻的所述励磁绕组产生的磁场在所述转 子盘同一端面极性相反；
其中，所述电磁转子的励磁绕组在所述转轴方向相互对齐，其相互对齐的励磁绕组通 直流电后的磁力线是同方向的，m为自然数；
所述励磁绕组的线圈缠绕在铁芯上。
定子盘，其端面的一分度圆上均布有3p个用于插入绕制有所述线圈铁芯的台阶 孔，铁芯的外缘设置成台阶面，并与所述定子盘上的台阶孔的尺寸相匹配，p为自然数；
其中所述线圈轴线与所述转轴轴线平行；
所述线圈的轴向厚度与铁芯的轴向厚度相匹配；
所述定子平行安装在所述转轴上，且通过螺杆螺母与外壳和端盖固定连接；
所述定子铁芯采用薄硅钢片叠成。
转轴的一端设置有一个与该转轴垂直且一体成型的限位板，所述导磁环、永磁转 子和电磁转子通过另外一个限位板压紧在一起，所述定子与外壳和端盖通过螺杆和螺母轴 向压紧成一体。
所述限位板的端面上设置有多个均布在同一分度圆上的轴向通风孔；
所述外壳和端盖的端面上设置有多个均布在同一分度圆上的轴向通风孔；
所述永磁定子盘的端面上设置有多个均布在同一分度圆上的轴向通风孔；
所述导磁环的端面上设置有多个均布在同一分度圆上的轴向通风孔；
所述靠板的端面上设置有多个均布在同一分度圆上的轴向通风孔。
定子盘的边缘处设置有3个用于穿设所述安装螺杆的安装孔。
外壳和端盖的边缘处设有3个用于安装螺杆的安装孔，且定子单元与外壳和端盖 之间设有与外壳和端盖安装孔同心的间隔件。
相邻的所述定子单元中间设有多个与所述外壳和端盖安装孔同心的间隔环。
所述限位板外的转轴上安装有向所述励磁线圈供电的滑环，所述端盖内端面安装 有电刷。
上述设计方案很好地解决了盘式、筒式发电机比功率小的缺点。永磁转子和定子 盘均轴向布置，减轻了发电机重量，减小了发电机体积，从而提高了发电机比功率。永磁转 子与电磁转子混合励磁的方式既利用了永磁转子的高效率，又可以利用励磁转子调整不同 转速下的输出电压。本发明能很好地用于汽车电气及控制领域。
附图说明
图1是本发明中永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机的轴向半剖视图；
图2（a）是本发明中永磁转子的结构正视图；
图2（b）是本发明中永磁转子的轴向剖视图；
图3（a）是本发明中电磁转子的结构正视图；
图3（b）是本发明中电磁转子的轴向剖视图；
图4（a）是本发明中定子框的结构正视图；
图4（b）是本发明中定子框的轴向剖视图；
图5（a）是本发明中定子的结构正视图；
图5（b）是本发明中定子的轴向剖视图；
图6（a）是本发明中间隔环的结构正视图；
图6（b）是本发明中间隔环的轴向剖视图；
图7（a）是本发明中限位板的结构正视图；
图7（b）是本发明中限位板的轴向剖视图；
图8（a）是本发明中外壳和端盖的结构正视图；
图8（b）是本发明中外壳和端盖的轴向半剖视图；
图9（a）是本发明中铁芯线圈的结构正视图；
图9（b）是本发明中铁芯线圈的轴向剖视图；
图10（a）是本发明中电刷滑环的结构正视图；
图10（b）是本发明中电刷滑环的轴向剖视图；
图11是本发明中转轴的结构正视图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的实施方式予以详细描述。
参照图1—图11，本发明的永磁与电磁混合励磁恒压轴向发电机，其主要包括：位 于电机两侧用于固定转轴的外壳和端盖13、14，安装在外壳和端盖之间的转轴1，转轴一端 开始依次交替安装的2个永磁转子、2个定子和1个电磁转子，转轴1上安装有滑环36，端盖14 上安装有与滑环36匹配的电刷34，永磁转子两端转轴安装的导磁环6、7，套设在间隔环8、9 外缘的定子31，其中，每个定子和相邻转子之间的轴向气隙固定，且定子边缘通过3个安装 螺杆37与外壳和端盖固定相连。
在本设计中，2个永磁转子安装于2个定子外侧转轴上，电磁转子安装于两定子之 间。
下面分别对上述部件进行详细描述。
转轴1的一端与限位板4一体成型，限位板4、5均设有三个通风孔，转轴1的另一端 通过活动限位板5和端盖14紧固套装在转轴1上，外壳和端盖13、14与定子31通过螺栓37和 螺母38.、39固定成一体。
限位板4、5与外壳和端盖紧靠在一起且垂直于转轴1安装，定子之间通过间隔环轴 向固定，外壳和端盖13、14与定子之间采用三个螺栓紧固连接成一整体，在转子旋转时可以 将定子在轴向的晃动减至最小。为了防止转子10、11和12在旋转过程中产生滑动，转子盘设 有键槽，外壳和端盖13、14与转轴1之间设置有深沟球轴承2、3，承受一定的轴向力。滑环36 安装在导磁环7的右侧转轴上，电刷装置34通过一个紧固螺栓35安装在右侧外壳和端盖上， 且与滑环位置配合。电磁绕组的接线通过转轴上加工的凹槽连接到电刷滑环装置，并外接 直流电源。
永磁转子如图2（a）、（b）所示，主要包括：转子盘22和镶嵌在该转子盘上的2m个永 磁体19，永磁体19均布镶嵌在某一分度圆上，转子盘22采用具有较高机械强度的低密度绝 缘材料，且中间加工有安装转轴1的轴孔和键槽，2m个永磁体的充磁方向与转轴1平行，同一 转子盘端面上相邻永磁体的极性相反。本设计中转子盘采用如图2（a）所示的方案，2m=8，永 磁体19的安装方法和极性如图所示，永磁体19采用圆柱形，或可采用其他合适形状，所述永 磁体采用高性能稀土永磁铁，剩磁高，矫顽力高，磁能积高，能有效提高电机的功率密度。
电磁转子如图3（a）、（b）所示，主要包括：转子盘45和镶嵌安装在该转子盘上的2m 个励磁线圈绕组46，励磁线圈绕组46均布镶嵌在某一分度圆上，转子盘45采用具有较高机 械强度的低密度绝缘材料，且中间加工有安装转轴1的轴孔和键槽，2m个永磁体的励磁方向 与转轴1平行，同一转子盘端面上相邻励磁线圈绕组46的磁场方向相反。本设计中转子盘采 用如图3（a）所示的方案，2m=8，励磁线圈绕组46的安装方法如图所示。励磁线圈绕组46的接 线通过电刷滑环装置外接直流电源。
本发明的永磁体19和励磁线圈绕组46均镶嵌安装于转子盘内，相较于筒形结构的 发电机可以明显缩短磁路，减少漏磁，且减小了发电机体积。另外，转子盘22上加工有如图2 （a）所示的轴向通风孔15、16和17，在提高通风散热能力的同时减轻了发电机重量。
如图1所示，导磁环6、7紧固套装在两永磁转子的外端面上，中间加工有轴孔和键 槽，用于与转轴1的连接，为了减轻重量和提高散热能力，导磁环6、7上均加工有轴向通风 孔。导磁环采用高导磁材料加工，由于永磁体的吸引，安装时会紧贴在永磁转子22的外端面 上。导磁环6、7可以使磁力线经过导磁环在相邻的两磁体间形成闭合回路，从而使磁阻仅在 转子和定子的气隙中产生，缩短了磁路，磁阻很小。相对于筒形电机，提高了磁通密度，发电 功率也会有很大提高。
间隔环8、9如图5（a）、（b）所示，采用低密度的绝缘材料加工，中部加工有用于紧固 套装转轴1的轴孔和键槽，同样为了提高散热能力，均加工有轴向通风孔。间隔环8、9用于轴 向固定相邻永磁转子和电磁转子，为定子的安装留出固定的空间，以便安装定子31。同样在 间隔环8、9上加工有轴向通风孔47、48和49，用于通风散热。
定子31如图6所示，主要包括：一对互为镜像的定子基板27、28组成的定子框、夹在 两定子基板27、28之间并均布在分度圆上的定子绕组。其中，定子基板如图4所示，定子基板 中部加工有孔，孔径比间隔环的外径略大，防止间隔环8、9旋转时与定子框碰擦，定子轴向 厚度略小于间隔环轴向厚度，防止转子旋转时碰擦定子。定子铁芯18与转轴1的轴线相平 行。
以定子基板27为例，材料采用具有较高机械强度的绝缘体或高电阻材料。定子基 板27表面设有的通孔用与安装定子铁芯和线圈绕组，定子基板27外缘设置有3个基板安装 孔23、24和25，定子之间的安装螺杆上套装有间隔件40、41、42、43和44。安装螺杆37穿过外 壳和端盖13、14和定子框安装孔23、24和25，两端采用紧固螺母38、39将外壳13、端盖14和定 子紧固。
由于每个定子铁心紧邻永磁体，且两端的吸引力不可能完全相等，每个铁芯可能 会承受很大的轴向力，从而造成定子在轴向的位移。为了防止定子在轴向的位移，如图9 （a）、（b）所示，铁芯的两端设置为台阶面18，且与定子框26的台阶孔配合，从而有效阻止了 定子的轴向位移，安装螺杆上套设的间隔件40也可以固定定子框，阻止其轴向位移。
本发明中的定子和转子均可以根据不同需求轴向叠加，各定子单元中的电动势单 独产生，定子绕组的不同连接方式可以实现单相电或者三相电的输出。
本设计中的定子铁心18采用薄硅钢片叠加，所有铁芯18均可参与导磁，可以提高 铁芯利用率。硅钢片的平面平行于转轴1，即硅钢片平面的法线垂直于转轴1，可以最大程度 的减少涡流损耗。定子线圈32、33直接缠绕在铁芯18上，线圈和铁芯之间用薄绝缘层隔开， 可以很大程度提高硅钢片的利用率，简化硅钢片的加工工艺，降低制造成本。
外壳和端盖13、14如图8（a）、（b）所示，选用具有较高机械强度的绝缘体或高电阻 材料，其端面中心设有用于嵌置轴承2、3的轴承座，从而使转轴1在外壳和端盖13、14轴承中 旋转，且外壳和端盖13、14还加工有3个轴向通风孔和3个外壳、端盖安装孔，利用3根安装螺 杆、6个螺母与定子31固定。
当转子转动时，空气从外壳13上的通风孔吸入，穿过限位板4的通风孔，再穿过导 磁环6的通风孔，接着经过永磁转子通风孔和电磁转子通风孔进入间隔环，冷却定子铁芯和 线圈绕组后，再经电磁转子通风孔、永磁转子通风孔、导磁环通风孔、限位板通风孔和电刷 滑环装置，从而使电刷滑环装置散热，再经端盖通风孔排出，起到冷却作用，延长其工作时 间。
综上所述，本发明所述发电机使用时，转子单元旋转，定子线圈串联时可在定子单 元的线圈绕组中产生单相电，或根据不同需要，当定子线圈3组并联，组内线圈串联时，可输 出三相电。在不同转子转速下，通过调整电磁转子的输入电流，从而改变电磁转子的磁场大 小，调整输出电压的大小，使输出电压保持恒定。本发明可以提高发电机的功率质量比、减 小体积。汽车的发动机转速随时变化，本发明可以实现车用发电机不同转速下的恒压输出。
