CN102934328A - 具有双轴向气流的交流发电机 - Google Patents

Abstract

一种车辆交流发电机，包括定位在壳体内的转子和定子。壳体包括前表面、后表面、以及在前表面和后表面之间延伸的外壁。前表面包括多个进气孔，而后表面包括多个出气孔。外壁没有贯穿其的气孔。转子定位在壳体内、且配置为绕轴线旋转。定子定位在壳体内，处于转子和壳体的外壁之间。定子包括具有外表面、前端部和后端部的铁心。多个大致轴向的空气通道定位在壳体的外壁和定子铁心的外表面之间。

Description

具有双轴向气流的交流发电机

技术领域

本公开内容大致涉及电机。更特别地，本公开内容涉及对车辆的发电机进行冷却。

背景技术

由于车辆的运动和布置在车辆前部的散热器的冷却风扇的作用，车辆中机舱的气流从车辆的前部流到后部。但是，与之形成对比的，冷却空气通常在处于或靠近交流发电机的后部处进入电机，例如交流发电机。空气通常通过在交流发电机的后部或侧部的多种输入口进入交流发电机、而后沿大致轴向的方向朝交流发电机的前部流动。随着空气朝交流发电机的前部流动，所述空气被交流发电机的构件加热。被加热的空气被排放出交流发电机、与机舱的气流相结合、而后又被带回到交流发电机的后部，此处至少一部分被加热的空气会再次循环通过交流发电机。取决于交流发电机的配置方式，多达30-35%的被加热的空气会再次循环通过交流发电机，将进入交流发电机的冷却空气的温度提高了20-30摄氏度。冷却空气所提高的温度导致空气的冷却能力降低、且可能对交流发电机的性能产生负面影响。因此，期望提供具有改进的冷却构造的交流发电机，从而提高冷却能力和交流发电机性能。

发明内容

车辆的电机包括壳体、定位在壳体内的转子、以及定位在壳体内处于转子和壳体的外壁之间的定子。定子包括铁心，所述铁心具有前端部、后端部、内侧部和围绕内侧部的外侧部。定子还包括定位在定子铁心的内侧部上的定子绕组。电机包括多个从定子铁心的前端部朝定子铁心的后端部延伸的、基本上轴向的空气通道。多个大致轴向的空气通道定位在定子铁心的内侧部和壳体之间。

根据本公开的其它实施例，提供了冷却车辆中的电机的方法。所述方法包括通过电机的第一端部来接收进口气流。所述方法还包括将进口气流分成流过电机的第一气流和第二气流。第一气流在定子铁心的外表面和壳体的无孔性外壁之间流动。第二气流流过从定子铁心径向向内进行定位的转子。所述方法还包括将第一气流和第二气流排出电机的第二端部。

又根据本发明的其它实施例提供了交流发电机，所述交流发电机包括定位在壳体内的转子和定子。转子配置为绕轴线旋转，且定子从转子径向向外进行定位。定子包括定子铁心，所述铁心具有从定子铁心的前端部朝后端部延伸的外表面。壳体包括无孔性外壁，其定位在具有多个进气孔的前表面和具有多个出气孔的后表面之间。多个空气通道定位在壳体的外壁和定子铁心的外表面之间。每个空气通道从定子铁心的前端部朝后端部延伸。

通过参考下面的详细说明和附图，上述以及其它的特征和优势将对本领域普通技术人员而言变得更加显而易见。期望提供一种电机，其具有一个或多个这些或其它的有利的特征，同时在这里所公开的教导将延伸到落入从属权利要求范围的那些实施例，不管它们是否能实现一个或多个上述优势。

附图说明

图1示出了具有双轴向气流的交流发电机的一半的剖视图；

图2示出了图1的交流发电机的定子铁心和壳体沿线II-II的剖视图；

图3示出了图1交流发电机的定子铁心沿线II I-III的剖视图；

图4示出了图2的交流发电机的一半沿线III-III的剖视图；

图5示出了气流穿过的图1的交流发电机的剖视图；

图6示出了图1的交流发电机的壳体的前端透视图；以及

图7示出了图6的壳体的后端视图。

具体实施方式

参考图1，在至少一个实施例中以交流发电机10的形式提供了用于车辆的电机。交流发电机10包括转子12、定子14、整流器16和电压调节器(未示出)，它们都由壳体20承载。转子12包括配置为在定子绕组24中感应出交流电定子输出的励磁线圈22。定子绕组24被连接到整流器16，所述整流器16将交流电定子输出转换为直流电输出，所述直流电输出用于为车辆电池充电。电压调节器通过控制流经励磁线圈的电流来监控系统电压和调节交流发电机的输出。

在图1的实施例中示出了转子12和定子14构造的一个实施例。在该实施例中，转子12被可操作地连接到由传送带驱动的驱动轴26。转子12和驱动轴26配置为绕驱动轴轴线28旋转。驱动轴26的一个端部被连接到与皮带(未示出)相接合的带轮30。驱动轴26的相反的端部包括轴颈32，所述轴颈32与保持在壳体20中的轴承34相接合。

在图1的实施例中，转子12的励磁线圈22绕着环绕铁心38的线轴36缠绕。相对或对立的爪极式区段40从励磁线圈22径向向外地围绕励磁线圈22。爪极式区段40和铁心38都配置为与驱动轴26一起旋转。励磁线圈22配置为在电机操作过程中当电流流过励磁线圈22时产生电磁场。所述电磁场在转子的爪极式区段40上引起多个交替出现的N和S磁极。当驱动轴26旋转时，转子12提供了具有多个N和S磁极的旋转的磁场。虽然前述是一个用于交流发电机的预期的转子的实施例，但是可以认识到其它转子实施例也是可行的。

定子18包括定子铁心44，所述定子铁心44包括通常被称为″层压片″或″叠片″的堆叠的平坦的铁片。所述叠片包括一组前部叠片62、一组后部叠片64、以及一组中心叠片66。前部叠片62和后部叠片64在形状上相同。后部叠片64大致的周边形状可以参看图2的剖视图，其示出了定位在壳体20内的后部叠片64的形状。后部叠片64包括内侧部67、以及定子铁心的齿部54所定位的相关表面。后部叠片还包括限定成圆柱形的外表面的外侧部68a。

与图2示出的后部叠片的形状相对比，中心叠片66大致的周边形状可以参看图3的剖视图。如图3所示，中心叠片66虽然在形状上类似于前部叠片62和后部叠片64，但所述中心叠片66包括延伸的外侧部68b，其围绕着定子铁心的齿部54所定位的内侧部67。所述附加的外侧部68b导致中心叠片66具有比前部叠片62和后部叠片64更大的直径。每个中心叠片66的外侧部68b包括多个被径向肋部71分开的邻近于外周边的开口69。因此，每个中心叠片66的外侧部68b被设置成开孔圆盘构造，其围绕着中心叠片66的内侧部67。开孔圆盘包括开口69，其中径向肋部71定位在相邻开口之间。如下面将进一步详细描述地，中心叠片66的开孔圆盘部68与壳体20相协作配合，以形成沿着定子铁心44的外侧部的轴向空气通道。

定子铁心44的前部叠片、后部叠片和中心叠片被叠放在一起，以提供在形状上大致为圆柱形的定子铁心44，并且所述定子铁心44沿着转子12的长度轴向延伸、还周向地围绕着转子。定子铁心44的外表面45基本上是光滑的和圆柱形的，其中由中心叠片66在定子铁心44的中部形成扩大的部分。如上所述和如图1所示，定子铁心44的前部叠片62和后部叠片64被包含在壳体20内。定子铁心44的中心叠片66在结合部60处延伸至壳体20外部。定子铁心44的前部叠片和后部叠片的外表面45还可包括多个轴向凹槽94、或沿着定子的圆柱形外表面轴向延伸的其它凹部。如下面将进一步详细描述地，轴向凹槽94配置为接收紧固件98，所述紧固件98在前部叠片62和后部叠片64处、于定子铁心44和壳体20之间延伸。中心叠片包括使紧固件98穿过的孔95。

定子铁心44被配置为将定子绕组24保持在形成于定子铁心44的内侧部67上的多个齿部54(参看图2和3)内。定子绕组24包括定位在齿部与前端后端线匝48之间的工作区段，所述前端后端线匝48延伸穿过定子铁心44且连接着工作区段。在电机10操作的过程中，转子12的旋转的磁场在定子绕组24中感应出交流电压。

如前所述，定子绕组24被连接到整流器16。整流器16包括多个安装在金属散热器51上的二极管50，其中冷却肋部52位于交流发电机的前端。金属散热器51可以与壳体20一起整体成体、或作为板状物紧固在壳体上。二极管50被电气连接以提供将交流电定子输出转换为直流电输出的整流器。电压调节器(未示出)通过控制流过励磁线圈的电流来监控系统电压和调节交流发电机的输出。电压调节器通常包括多个包含在电子封装件(未示出)内的器件。在图1中所公开的实施例中，电子封装件与整流器16一起安装在交流发电机的前端。在至少一个实施例中，电子封装件被安装在其中一个散热器上。

定子14和转子12被布置在交流发电机的壳体20内。在至少一个实施例中，壳体包括前部壳体部分56和后部壳体部分58。交流发电机10被定位在车辆(未示出)中，使得前部壳体56基本上面向车辆的前部且后部壳体58基本上面向车辆的后部。在所公开的实施例中，前部壳体部分56没有连接到后部壳体部分58。相反，前部和后部壳体部分被中心叠片66的外侧部68分开，所述外侧部68定位在前部壳体56和后部壳体58之间的结合部60中。前部壳体56和/或后部壳体58可包括其中一个或多个用作散热器的冷却肋部52，以提高冷却能力。腿部88基本上从后部壳体28朝驱动轴14径向向内地延伸。腿部88为后部轴承34提供支撑。

前部壳体部分56和后部壳体部分58一起提供了壳体20的基本上圆柱形的外壁70。所述外壁70位于壳体前端上的前表面72和壳体后端上的后表面76之间。外壁70基本上在交流发电机10的前表面和后表面之间的全部长度上延伸，其中中心叠片66在结合部60处形成了外壁70的唯一的中断。如图1和6所示，前表面72包括一个或多个提供进气口的孔74，用于使冷却空气流入交流发电机10。类似地，如图7所示，后表面76包括一个或多个提供出气口的孔78，用于使冷却空气排出壳体20。如图6最佳所示，圆柱形的外壁70是无孔性的（或非渗透性的），使得所述外壁70没有任何可允许空气进入或排出交流发电机10的孔。中心叠片66的外表面也是无孔性的、以及没有允许空气进入或排出交流发电机的孔。因此，随着空气沿大致轴向的方向从前表面72流到后表面76，穿过交流发电机10的气流在从交流发电机的前端流到交流发电机的后端的范围内被大致包含在壳体20内。

现在参考图2和4，壳体20的圆柱形的外壁70包括外表面80和内表面82。外表面80是大致光滑的和规则的。对比地，内表面82包括多个沿径向向内的方向延伸的轴向肋部84、以及多个沿径向向外方向切入到壳体80的内表面82的轴向凹槽96。轴向凹槽96互补于形成在定子铁心的外表面45上的轴向凹槽94。紧固件以细长的螺栓98的形式、定位在由定子铁心的外表面中的轴向凹槽94和壳体20的外壁70的内表面中的互补的轴向凹槽96所形成的通路中。这些紧固件可用于将多种构件连接在壳体20中，诸如前部壳体部分56和后部壳体部分58。此外，螺栓98还用于将定子铁心44固定就位在壳体20内。

壳体20的内表面82上的轴向肋部84沿轴向方向在壳体的外壁70的近似全部长度上延伸。如图2所示，轴向肋部84的端部接触定子铁心44的外表面45。轴向肋部84与定子铁心44的外表面45的接合导致形成了多个沿定子铁心44的外表面于肋部84之间延伸的空气通道86。在定子铁心44的中心部分，轴向肋部84对准中心叠片66的肋部71。因此，中心叠片66中的开口69也对准轴向肋部84之间的空间，使得交流发电机中的空气通道86上基本上没有障碍物，并且允许冷却空气在交流发电机内、沿轴向方向于定子铁心44的外表面45和壳体20的内表面82之间自由流动。

在一些实施例中，交流发电机10包括至少一个风扇90。在图1中示出的实施例中，风扇90布置在驱动轴26的螺纹部分92处、且被固定在驱动轴26上。风扇90配置为通过在交流发电机的后端形成低压区来在交流发电机的后端处将空气抽吸出交流发电机。虽然图1中示出了一种风扇配置方式，但将认识到的是，也可以预设其它的风扇80的配置方式、位置和附连方法。例如，风扇80可以被固定到非螺纹式驱动轴26或可以被布置在转子12的前端。

在交流发电机的操作过程中，驱动轴26由皮带驱动，从而导致转子12和风扇90旋转。如图5所示，风扇通过交流发电机的前表面72中的孔74将进口冷却气流100抽吸到壳体20。此外，车辆的自然的机舱气流有助于气流流入交流发电机。将被理解的是，壳体20的前表面72用作过滤器，以防止大型污垢微粒和碎屑进入交流发电机、同时又允许冷却空气通过进气口74进入交流发电机。

在穿过前表面冷却孔40、以及流过电子器件（包括整流器和调节器在内）的散热器51之后，进口气流100被分成两个不同的内部路径，如图5中的气流102和104所示。散热器51的配置方式有助于将引入的气流100分成两个分岔的路径。特别地，第一气流102流过转子，而第二气流104流过定子。

流过转子12的第一气流102在其路径上通常是传统的。因此，气流102沿大致轴向的方向流入转子区段40及其周围、并且穿过励磁线圈22。然后，气流102从转子处排出、并且通过壳体的后表面76上的出气口78穿出交流发电机10。虽然所述第一气流102被描述为大致轴向，将被认识到的是，转子的旋转对气流有显著的流量限制，从而导致一些气流会从完全的轴向流动发生偏离、并且通常会限制能被传送到交流发电机构件的冷却空气量。

第二气流104也沿大致轴向的方向流动，但不同于第一气流102，第二气流104不被转子旋转所限制。特别地，第二气流104流过空气通路86，所述空气通路86形成在轴向肋部84之间，所述轴向肋部84从壳体的外壁70径向向内延伸、并且与定子铁心44的外表面45相接触。空气通路86还贯穿定子铁心33的中心叠片66中的开口89。这些沿着定子铁心44的外侧部68a和68b延伸的无障碍通路86完全离开作为障碍物的转子、并且允许显著的冷却空气量经过定子和穿过交流发电机，由此使交流发电机10内的构件的操作温度降低。此外，将被认识到的是，轴向肋部84在交流发电机壳体20上也提供了附加的表面区域，用于促进交流发电机、特别是定子14的冷却。

将被认识到的是，所述分开（或分设的）的路径冷却构造不同于所有空气都流过转子的传统的气流。特别地，在壳体的外表面、定子14和壳体的内表面之间的附加的空气通路86提供了不被转子12的旋转所阻碍的轴向气流的通路。这些附加的通路86保持所有的冷却空气进入所述通路，因为沿着壳体的外壁70没有空气进口或出口。在壳体20中仅有的气孔是设置在前表面和后表面上的孔。

在经过转子12和定子14之后，第一气流102和第二气流104在定子的后侧再次结合。然后，所述被加热的排出气体由风扇90沿着机舱气流朝着车辆后部流动的自然方向被排出交流发电机10。以上述方式将冷却空气引导通过交流发电机10，将使更大的冷却空气量经过交流发电机的构件，并且被加热的空气不会在交流发电机10内再次循环。这提供了交流发电机10的改进的热力性能。此外，冷却配置方式包括防止热污染和碎屑进入交流发电机的前表面过滤器。

然而，图1-7中所描述的实施例只是所预期的多个可选的实施例中的其中一个。例如，虽然这里所描述的中心叠片66不同于前部叠片62和后部叠片64，但在其它的示例性实施例中，中心叠片可能与前部和后部叠片相同。因此，应该认识到的是，具有双轴向气流的交流发电机的实施例的前述详细说明仅借助于示例在此展示且不具限定性。将被认识到的是，有些优势是这里所描述的某些独立的特征和功能将可以不用结合这里所描述的其它特征和功能而获得。此外，将被认识到的是，以上所公开的实施例及其它特征和功能、或替代中的多种可选的修改、变型或改进可按期望结合到许多其它不同的实施例、系统或应用中。当前未预见到的或未预期到的替代、修改、变型或改进可能随后被本领域技术人员所实现，这些也被意于包含在从属权利要求中。因此，任何从属权利要求的精神和范围不应该限制这里所包含的实施例的说明。

Claims (20)

1.一种用于车辆的电机，包括：

壳体；

定位在壳体内且被配置为绕轴线旋转的转子；

定位在转子和壳体的外壁之间的定子，所述定子包括定子铁心，所述定子铁心包括前端部、后端部、内侧部、以及围绕内侧部的外侧部，所述定子还包括定位在定子铁心的内侧部上的定子绕组；以及

从定子铁心的前端部朝定子铁心的后端部延伸的多个基本上轴向的空气通道，所述多个基本上轴向的空气通道定位在定子铁心的内侧部和壳体之间。

2.如权利要求1所述的电机，其特征在于：基本上轴向的空气通道贯穿了形成在定子铁心的叠片的外侧部中的开口。

3.如权利要求2所述的电机，其特征在于：定子铁心的叠片包括前部叠片、后部叠片和中心叠片，其中所述开口形成在定子铁心的中心叠片中，而中心叠片定位在壳体的前部和壳体的后部之间。

4.如权利要求3所述的电机，其特征在于：壳体的前部包括多个与前部叠片的外侧部相接合的细长的轴向肋部，而壳体的后部包括多个与后部叠片的外侧部相接合的细长的轴向肋部，且每个基本上轴向的空气通道被提供成无障碍的空气通路，所述空气通路在相邻的轴向肋部之间延伸、且穿过定子铁心的中心叠片中的所述开口。

5.如权利要求1所述的电机，其特征在于：多个细长的轴向肋部被设置在壳体的内表面上，其中每个基本上轴向的空气通道被设置为在相邻的轴向肋部之间延伸的无障碍空气通路。

6.如权利要求5所述的电机，其特征在于：轴向肋部接合着定子铁心的外侧部的外表面，使得空气通路至少部分地被轴向肋部和定子铁心的外表面所限定。

7.如权利要求1所述的电机，其特征在于：还包括安装在电机的前端部上的整流器和调节器，其中电机的前端部被车辆的前端部所限定。

8.如权利要求1所述的电机，其特征在于：定子铁心的外侧部包括多个轴向凹槽，其中紧固件沿着所述轴向凹槽延伸。

9.如权利要求8所述的电机，其特征在于：还包括形成在壳体的内表面上的互补轴向凹槽，并且紧固件是定位在通路中的细长的螺栓，所述通路由定子铁心的外表面中的轴向凹槽、以及壳体的内表面中的互补轴向凹槽所形成。

10.如权利要求1所述的电机，其特征在于：壳体包括前表面和后表面，其中在前表面和后表面之间的壳体上不形成有气孔，并且电机被配置为将穿过前表面的进口气流分成：

流过多个基本上轴向的空气通道的第一气流，所述空气通道沿着定子铁心的外侧部定位，以及

流过转子的第二气流。

11.如权利要求10所述的电机，其特征在于：电机还被配置为将第一气流和第二气流再次结合为流过电机的后表面的排出气流。

12.如权利要求11所述的电机，其特征在于：还包括定位在壳体的后端部处的风扇，并且所述风扇被配置为将排出气流抽吸出壳体和将排出气流吹离壳体。

13.一种用于冷却车辆中的电机的方法，所述方法包括：

接收穿过电机的第一端部的进口气流；

将进口气流分成流过电机的第一气流和第二气流，第一气流在定子铁心的外表面和壳体的无孔性外壁之间流动，第二气流流过从定子铁心径向向内进行定位的转子；以及

使第一气流和第二气流通过电机的第二端部而排出。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于：进口气流被多个在电机的前表面中的进气口所接收。

15.如权利要求13所述的方法，其特征在于：第一气流和第二气流流经电机的后表面中的多个出气口而排出。

16.如权利要求13所述的方法，其特征在于：电机的第一端部是电机的前端部，并且在进口气流被分成第一和第二气流之前，所述进口气流流过定位在电机的前端部上的整流器和调节器。

17.如权利要求13所述的方法，其特征在于：电机的第二端部是电机的后端部，并且在电机的后端部处的风扇用于将第一气流和第二气流流经电机的后端部而排出。

18.如权利要求13所述的方法，其特征在于：第一气流流过多个基本上轴向的空气通道，所述空气通道定位在壳体的外壁和定子铁心外表面的之间。

19.如权利要求13所述的方法，其特征在于：电机的第一端部面向车辆的前端部，而电机的第二端部面向车辆的后端部。

20.一种交流发电机，包括：

被配置为绕轴线旋转的转子；

从转子径向向外定位的定子，所述定子包括定子铁心，所述定子铁心具有前端部、后端部、被配置为保持定子绕组的内侧部、以及围绕内侧部的外侧部；

壳体，其具有保持在所述壳体内的转子和定子，所述壳体包括具有多个进气孔的前表面、具有多个出气孔的后表面、以及无孔性外壁，所述无孔性外壁定位在前表面和后表面之间，使得壳体在前表面和后表面之间不具有空气通道；以及

沿着定子铁心的外侧部、于定子铁心的前端部和后端部之间延伸的多个空气通道。

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