[实用新型]一种交流发电机的磁芯结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种交流发电机的磁芯结构，特别提到一种具有低启动转速及高输出特性的交流发电机的磁芯结构。 

背景技术

交流发电机(alternator)为一种利用电枢与定子间产生电磁交互作用，因而产生交流电力的发电装置(generator)。其设置于车辆内并由内燃机经皮带带动皮带轮，使其运转，以供应车内电子组件所需电力。当车辆启动时，需由车用蓄电池启动发电机及马达。待马达启动后，再由马达带动发电机运转，并使发电机对车用蓄电池进行充电。其中，发电机包含一转子组、一定子组(stator)、一整流器(rectifier)及一场二极管(field diodes)。 

转子组可相对定子转动，且转子组由一磁芯(rotor core)、转子线圈、转子轴及轴承所组成。当电流通过转子线圈时，其因电磁感应作用磁化而产生一磁场(magnetic field)。当转子组转动时，磁场方向亦随之改变。 

定子组环绕于转子周围，并由一组或多组定子线圈(winding)及磁芯所组成。当转子组相对定子组转动时，将使定子线圈因电磁感应产生交流电流。 

整流器电性连接定子线圈。整流器用以将定子线圈产生的交流电流转 换成直流电流，以对电瓶充电。 

场二极管用以将定子线圈所产生的交流电流整流为直流后，输出给定子线圈使用。因此，此种可自行供应电流至定子线圈。此过程称为自激(self excitation)。 

当转子组从静止状态(resting state)启动时，多数的交流发电机需由残留于磁芯(rotor core)内的剩磁(residual magnetism)来建立磁场，使交流发电机能产生足够的电力以触发自激状态。其中，用以达到自激状态的转子最低转速称为启动转速(turn-on speed)。在发电机达到启动转速之前，发电机需由蓄电池提供电能，带动转子组旋转以进行启动程序。 

由于已知如农业机械、吊车等大型车辆，因其具有特定用途而较少使用。由于车用蓄电池具有自放电效应，其所储存的电能会随着时间逐渐减少。当此大型车辆久未发动，容易造成因蓄电池蓄电量不足，无法驱动发电机的转子组转动的所需的启动转速，导致此种车辆发动不易或无法发动。 

此外，已知如自用轿车等小型车辆，因其启动频率较高(如通勤或营业用轿车)，而较不具有大型车辆蓄电池蓄电量不足导致车辆无法发动的问题，然而因其发电机启动转速较高，而将消耗蓄电池较多电能。 

此外，在交流发电机中，磁芯主要作为以下用途： 

(1)在转子组及定子组的间传递磁通量(magnetic flux)以形成一磁路(magnetic circuit)。 

(2)需具有永久磁石(permanent magnet)的特性，以提供剩磁来产生电力，直到交流发电机到达自激状态，使转子组能持续转动。当剩磁越高，转子的启动速度便可随之降低。 

磁芯通常利用碳钢(carbon steel)来制作，而碳钢可依照其含碳量的高低分为低碳钢，中碳钢及高碳钢。低碳钢通常具有较佳磁通量传递性，而可增进发电机输出特性，如输出电流或输出电压。然而，低碳钢的缺点在于，当磁化后撤除外界磁场，其所残留磁力(residual magnetic force)较低。而高碳钢则较接近永久磁铁的特性，因此其残留磁力较低碳钢为高，然而，其导磁率较低。因此，已知的交流发电机通常选用介于两者之间的中碳钢作为磁芯制造材料，以维持适当的启动转速及输出特性。 

然而，此种以中碳钢制作的磁芯，其截面积的磁动势压降(magnetomotive force drop，MMF drop)较高，即导磁率下降，导致发电机输出特性变差。此外，以中碳钢所制成的磁芯，其磁通量饱和密度(magnetic saturation flux density)较低，因此其重量、体积及质量惯性矩(mass moment of inertia)较高而无法进一步缩小。 

因为上述现有技术存在的问题，提供一种具有可降低启动耗电量、高输出特性及小体积而不占空间的交流发电机，为目前迫切需要解决的问题。 

实用新型内容

为解决上述现有技术存在的问题，本实用新型提出一种交流发电机的磁芯结构，以解决现有技术的交流发电机输出特性不佳的问题。 

本实用新型可通过以下技术方案予以解决：