CN106549543A - 汽车发动机直驱五相电励磁发电机 - Google Patents

汽车发动机直驱五相电励磁发电机 Download PDF

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Abstract

本发明的汽车发动机直驱五相电励磁发电机由外转子铁心、励磁绕组、定子铁心、定子固定块、电枢绕组组成；定子铁心呈“U”形，每个定子铁心有两个定子极，各个定子铁心之间有不导磁的定子固定块隔离；本发明中共有10X个定子极和11X个凸形转子极，X为正整数。在定子铁心逆时针方向一侧的定子极上绕有励磁绕组，所有的励磁绕组绕向一致；顺时针方向一侧的定子极上绕有电枢绕组，所有电枢绕组的绕向一致，各个电枢绕组依据相位不同分为五相电枢绕组，每相电枢绕组都外接一个单相全桥整流器。本发明提供了两种电机安装方式，具有简单、实用的特点，能够满足不同汽车的安装要求，而且转子无励磁绕组，结构简单，可实现高速转动。

Description

汽车发动机直驱五相电励磁发电机
技术领域
本发明涉及汽车发动机直驱五相电励磁发电机，属于汽车电器技术领域。
背景技术
研究汽车性能、提高汽车质量是国家和企业未来发展汽车工业的最好选择。汽车电气***是汽车的重要组成部分之一，其性能的好坏直接影响了汽车的动力性、经济性、舒适性、安全性等性能。科技进步带动汽车工业的高速发展，汽车从最初简单的代步工具已发展成为人们生活高度依赖的生活必需品。最初汽车电气***只有照明***、点火***、起动***等简单的应用功能。21世纪以来，人们对汽车舒适性和安全可靠性的要求越来越高。
发电机是汽车电源***的核心，随着现代汽车正向高可靠性、高速化、轻型化等方向发展，相应地对发电机也提出了更高的要求。目前，汽车用发电机大多数采用永磁式发电机，永磁式发电机以永磁体作为转子磁极来产生旋转磁场，转子直径大幅减小，质量随之减轻，完全取消了电刷。但汽车永磁发电机的主要缺点是：生产成本较高，高温及振动环境适应性差，电压调节技术不够成熟。因此，许多研究者再次将目光转向电励磁式发电机，期望通过设计新型的结构使得电励磁式发电机同样具有高效率和高可靠性。
由于汽车行驶工况复杂，汽车用发电机工作环境也十分恶劣，为使发电机在复杂的工作环境中仍能可靠的工作，研究者通常采用具有多相绕组的发电机。在相关的专利中，已有的相关专利主要有公开号为：CN201410011535.9的发明专利：一种高可靠性的四相交流起动发电机，该电机包括端盖、定子、轴承、磁轭、励磁绕组、位置传感器和由轴与爪极组成的转子。其定子极上安装有集中绕组，相近相位的n个定子线圈串联组成一相，四相定子绕组首尾依次环形连接，再分别接在四相桥臂的中点。该发明采用四相集中定子绕组，可靠性高；采用无刷电励磁结构，具有良好的电压调节性能，适合用于汽车怠速停机***使用。上述一种高可靠性的四相交流起动发电机是一种爪极式的发电机，其主要通过多相绕组的容错功能提高发电机的可靠性。
目前汽车用发电机大多是通过皮带将发电机与发动机连接起来，然而这种方式存在发电效率低、皮带易损坏的缺点。因此本发明采用的是发电机直接与曲轴相连的方式。已有的相关申请主要有申请号为：CN200710053251.6的发明专利申请：一种客车用发电机，该申请的主要特征是包括由转子、定子、机壳、编码器和两端伸出的电机轴构成的车用电机，在电机轴的输入端设有可与汽车发动机转动部件轴向直接连接的连接机构；在电机轴的输出端侧设有飞轮壳；在飞轮壳内的电机轴的输出端上设有飞轮毂和飞轮。该发明具有发电效率高、容量大、布局结构紧凑、可兼作电动机与发动机动力叠加输出的特点。
本发明的技术与上述方案皆不同。本发明的汽车发动机直驱五相电励磁发电机由外转子铁心、励磁绕组、定子铁心、定子固定块、电枢绕组等组成；定子铁心呈“U”形，每个定子铁心有两个定子极；本发明的发电机一共有10X个定子极和11X个均匀分布的凸形转子极。在本发明的定子铁心逆时针方向一侧的定子极上绕有励磁绕组，顺时针方向一侧的定子极上绕有电枢绕组，各个电枢绕组依据相位不同分为五相，每相电枢绕组都外接一个单相全桥整流器，各个单相全桥整流器并联对外输出。本发明的汽车发动机直驱五相电励磁发电机所采用的结构使发电机具有高可靠性、高效率。
目前申请人尚未检索到有关使用上述技术的相关报道。
发明内容
为了发明一种汽车发动机直驱五相电励磁发电机，实现了电励磁发电机和多相发电机的集成，而且具有结构简单、工作可靠、效率高等优点，本发明采用如下技术方案：
汽车发动机直驱五相电励磁发电机，其特征在于：
由外转子铁心(1)、励磁绕组(2)、定子铁心(3)、定子固定块(4)、A相电枢绕组(5)、B相电枢绕组(6)、C相电枢绕组(7)、D相电枢绕组(8)、E相电枢绕组(9)和曲轴(10)组成；
定子铁心(3)呈“U”形，每个定子铁心(3)有两个定子极；
沿圆周方向一共均布有5X个定子铁心(3)， X为正整数，各个定子铁心(3)之间有不导磁的定子固定块(4)隔离；
定子铁心(3)的外侧为外转子铁心(1)，外转子铁心(1)在曲轴(10)的带动下旋转，外转子铁心(1)有11X个均匀分布的凸形转子极，转子极的极弧系数为0.5；
同一个定子铁心(3)的两个定子极极距等于转子极极距；
定子铁心(3)逆时针方向一侧的定子极上绕有励磁绕组(2)，所有的励磁绕组(2)绕向一致；
定子铁心(3)顺时针方向一侧的定子极上绕有电枢绕组，所有的电枢绕组的绕向一致；
各个电枢绕组依据相位不同分为A相电枢绕组(5)、B相电枢绕组(6)、C相电枢绕组(7)、D相电枢绕组(8)和E相电枢绕组(9)。
如上所述的汽车发动机直驱五相电励磁发电机，其特征在于：
定子铁心(3)利用“U”形底部固定在定子固定块(4)上，定子固定块(4)固定在发动机壳体上。
如上所述的汽车发动机直驱五相电励磁发电机，其特征在于：
定子铁心(3)直接固定在发动机壳体上。
如上所述的汽车发动机直驱五相电励磁发电机，其特征在于：
每相电枢绕组都外接一个单相全桥整流器，各个单相全桥整流器并联对外输出。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明的新型定子结构配合在本发明中采用的五相绕组，使其即使有在缺相故障时***仍能维持工作，容错能力强；
(2)励磁绕组和电枢绕组在定子极上，因此转子无励磁绕组，结构简单、工作可靠，可实现高速转动；
(3)励磁绕组和电枢绕组皆为集中式绕组，具有内阻小，效率高的优点；
(4)本发明提供了两种电机安装方式，具有简单、实用的特点，能够满足不同汽车的安装要求，适用范围广；
(5)电机的五相绕组磁路、电路均独立，且各相之间具备热隔离特征，可以把故障限制在一相内。
附图说明
图1是本发明汽车发动机直驱五相电励磁发电机的横向剖视结构示意图。其中：1、外转子铁心，2、励磁绕组，3、定子铁心，4、定子固定块，5、A相电枢绕组，6、B相电枢绕组，7、C相电枢绕组，8、D相电枢绕组，9、E相电枢绕组，10、曲轴。
图2是本发明汽车发动机直驱五相电励磁发电机的嵌线图。其中：1~10分别代表10个极，A、B、C、D、E分别代表A相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组、D相电枢绕组、D相电枢绕组。
图3为本发明汽车发动机直驱五相电励磁发电机的磁链最大时的情况。
图4为本发明汽车发动机直驱五相电励磁发电机的磁链最小时的情况。
图5为本发明汽车发动机直驱五相电励磁发电机的整流桥电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。
图1是本发明汽车发动机直驱五相电励磁发电机的横向剖视结构示意图。如图所示，汽车发动机直驱五相电励磁发电机由外转子铁心(1)、励磁绕组(2)、定子铁心(3)、定子固定块(4)、A相电枢绕组(5)、B相电枢绕组(6)、C相电枢绕组(7)、D相电枢绕组(8)、E相电枢绕组(9)和曲轴(10)组成；定子铁心(3)呈“U”形，每个定子铁心(3)有两个定子极。在本实施例中，沿圆周方向一共有5个定子铁心(3),即X=1，各个定子铁心(3)之间有不导磁的定子固定块(4)隔离；定子铁心(3)的外侧为外转子铁心(1)，外转子铁心(1)在曲轴(10)的带动下旋转，外转子铁心(1)有11个均匀分布的凸形转子极，转子极的极弧系数为0.5；同一个定子铁心(1)的两个定子极极距等于转子极极距。
定子铁心(3)逆时针方向一侧的定子极上绕有励磁绕组(2)，所有的励磁绕组(2)绕向一致，顺时针方向一侧的定子极上绕有电枢绕组，所有的电枢绕组的绕向一致；各个电枢绕组依据相位不同分为A相电枢绕组(5)、B相电枢绕组(6)、C相电枢绕组(7)、D相电枢绕组(8)和E相电枢绕组(9)。
汽车发动机直驱五相电励磁发电机的安装方式有两种：一种方式是定子铁心(3)利用“U”形底部固定在定子固定块(4)上，定子固定块(4)固定在发动机壳体上；另一种方式是定子铁心(3)直接固定在发动机壳体上。
图2是本发明汽车发动机直驱五相电励磁发电机的嵌线图。如图所示，定子极1、定子极3、定子极5、定子极7、定子极9上均绕有电励磁绕组，所有电励磁绕组的绕向一致；定子极2、定子极4、定子极6、定子极8、定子极10绕有集中式的电枢绕组，所有电枢绕组的绕制方向一致，电枢绕组依据相位不同依次分为A相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组、D相电枢绕组、E相电枢绕组。
图3是本发明汽车发动机直驱五相电励磁发电机的磁链最大时的情况。如图所示，当电机转子铁心转到图中位置，即一对定子铁心上的两个定子极与两个转子极对齐，此时磁链路径曲线最短，汽车发动机直驱五相电励磁发电机的磁链最大。
图4是本发明汽车发动机直驱五相电励磁发电机的磁链最小时的情况。如图所示，当电机转子铁心转到图中位置，即一对定子铁心上的两个定子极与两个转子极完全错开，汽车发动机直驱五相电励磁发电机的磁链最小。
图5为本发明汽车发动机直驱五相电励磁发电机的整流桥电路图。汽车发动机直驱五相电励磁发电机的电枢绕组分为A相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组、D相电枢绕组和E相电枢绕组，每相电枢绕组都外接一个单相全桥整流器，各个单相全桥整流器并联对外输出。该电路可以实现各相绕组的电隔离。
下面对本发明提出的汽车发动机直驱五相电励磁发电机工作原理的说明。
转子随着曲轴旋转，当转子极滑入一相电枢绕组所在的定子极时，该相电枢绕组的磁链增加，直到一对定子铁心上的两个定子极与两个转子极对齐，该相电枢绕组的磁链达到最大值；当转子极滑出一相电枢绕组所在的定子极时，该相电枢绕组的磁链减小，直到一对定子铁心上的两个定子极与两个转子极完全错开，该相电枢绕组的磁链达到最小值。五相电枢绕组的磁链随着外转子转动不断变化，可以感应出五相交流电压，再使每相电枢绕组都外接一个单相全桥整流器，各个单相全桥整流器并联对外输出直流电压。

Claims (4)

1.汽车发动机直驱五相电励磁发电机，其特征在于：
由外转子铁心(1)、励磁绕组(2)、定子铁心(3)、定子固定块(4)、A相电枢绕组(5)、B相电枢绕组(6)、C相电枢绕组(7)、D相电枢绕组(8)、E相电枢绕组(9)和曲轴(10)组成；
定子铁心(3)呈“U”形，每个定子铁心(3)有两个定子极；
沿圆周方向一共均布有5X个定子铁心(3)，X为正整数，各个定子铁心(3)之间有不导磁的定子固定块(4)隔离；
定子铁心(3)的外侧为外转子铁心(1)，外转子铁心(1)在曲轴(10)的带动下旋转，外转子铁心(1)有11X个均匀分布的凸形转子极，转子极的极弧系数为0.5；
同一个定子铁心(3)的两个定子极极距等于转子极极距；
定子铁心(3)逆时针方向一侧的定子极上绕有励磁绕组(2)，所有的励磁绕组(2)绕向一致；
定子铁心(3)顺时针方向一侧的定子极上绕有电枢绕组，所有的电枢绕组的绕向一致；
各个电枢绕组依据相位不同分为A相电枢绕组(5)、B相电枢绕组(6)、C相电枢绕组(7)、D相电枢绕组(8)和E相电枢绕组(9)。
2.如权利要求1所述的汽车发动机直驱五相电励磁发电机，其特征在于：
定子铁心(3)利用“U”形底部固定在定子固定块(4)上，定子固定块(4)固定在发动机壳体上。
3.如权利要求1所述的汽车发动机直驱五相电励磁发电机，其特征在于：
定子铁心(3)直接固定在发动机壳体上。
4.如权利要求1所述的汽车发动机直驱五相电励磁发电机，其特征在于：
每相电枢绕组都外接一个单相全桥整流器，各个单相全桥整流器并联对外输出。
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