CN104471841A

CN104471841A - 用于机动车辆的旋转电机

Info

Publication number: CN104471841A
Application number: CN201380036726.4A
Authority: CN
Inventors: M.费克斯; J.卢图恩; D.考伯特
Original assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Current assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Priority date: 2012-07-11
Filing date: 2013-06-21
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2033-06-21
Also published as: US20150194861A1; FR2993420B1; FR2993420A1; CN104471841B; WO2014009623A1; EP2873139B1; EP2873139A1; US9960657B2

Abstract

本发明涉及一种旋转电机，特别是用于机动车辆的交流发电机(A)或交流发电机-起动器，包括，转子(2)，支撑在前部处的前风扇(23)和在后部处的后风扇(24)，所述转子可绕旋转轴线旋转；定子(4)，包括定子本体和至少一个布置在定子本体上的绕组，所述绕组在定子本体的每一侧上形成前髻状部和后髻状部；和壳体(1)，定子和转子布置在所述壳体(1)中。

Description

用于机动车辆的旋转电机

技术领域

本发明特别地涉及一种旋转电机，特别是机动车辆的交流发电机或交流发电机-起动器。

背景技术

专利申请FR 2856532描述了一种用于机动车辆的交流发电机，其包括定子，所述定子设置有永磁体和激励绕组。该交流发电机设置有风扇，以冷却该交流发电机。

专利申请FR 2785464就其本身而言描述了一种设置有定子绕组的交流发电机，所述定子绕组在定子外壳的两侧形成髻状部。在髻状部的轴向跨度上存在不同，以减小气源的操作噪声。

专利申请EP 762607和EP 671802描述了其他交流发电机。

专利申请EP 2157679描述了同步电机。

存在具有包括以下优势的旋转电机的需要，特别是交流发电机：

-增加的性能，即，高输出电流，以及继续令人满意的电机尺寸；

-转子上没有永磁体，或永磁体的数量减少，特别是由稀土制成的永磁体，所述磁体可能极其昂贵。

发明内容

本发明的目标特别是使得可以实现这些优势。

通过该目标，可以增加转子的安匝(N*iex＝匝的数量*激励电流iex)。为了该目的，位于相同的给定转子尺寸，可以减小匝的数量(N)和增加线的直径，因此引起减少线的电阻R(R＝ro*L/S，其中ro是线的电阻率，L是线的长度，且S是其横截面)，且因此引起电流iex的增加。

如果iex增加，通过焦耳效应产生的损失Pj增加(Pj＝铜的电阻*iex²)。电机则需要改变，以经受额外的热量。

例如，为了使绕组能够经受该额外的热量，将可以改变绕组的漆包线的热等级，和/或线和磁轮之间的绝缘材料。这会涉及较高成本，因为漆包线的热等级越高，成本增加越多。

材料的热等级提供材料的耐温性，用于一定数量的使用小时，这根据标准定义。

超过该限制的操作会引起短路和不可靠的风险，且这是不允许的。

本发明提出一种新的旋转电机，其具有高性能和合理的成本价格。

本发明的主题因此是一种旋转电机，特别是用于机动车辆的交流发电机或交流发电机-起动器，包括：

-转子，其支承在前部处的前风扇和在后部处的后风扇，该转子绕旋转轴线旋转；

-定子，包括定子本体和至少一个布置在定子本体上的绕组，所述绕组在定子本体的两侧上形成前髻状部和后髻状部，根据旋转轴线X测得的前髻状部的高度不同于，例如高于，后髻状部的高度；

-壳体(1)，定子和转子布置在所述壳体(1)中，

其特征在于，

-该壳体包括大致侧向的前开口和大致侧向的后开口，所述前开口和后开口至少部分地对着相应的前和后髻状部，这些前开口的总表面积不同于，特别是小于，后开口的总表面积，和/或

-壳体包括突出部，该突出部特别地与壳体的其余部分成一体，或由固连在壳体的其余部分上的支架形成，所述突出部沿一个髻状部的顶部的方向延伸，以减小该髻状部和壳体之间的通道，

以在壳体的前部和壳体的后部之间产生压力差，所述压力差可产生增强的轴向空气流，所述轴向空气流大致平行于旋转轴线，且在转子和定子之间的空气间隙中流通。

当转子包括齿和电激励绕组时，增强的空气流有利地在齿之间的空间中流通，因此扫过转子的绕组。

通过本发明，可以获得具有改进性能的旋转电机，其可供应高输出电流，同时确保转子的温度保持在容差限制内，这是由于通过前述非对称性获得的增强的轴向空气流。特别地，对于转子的制造，本发明使得可以避免必须使用耐高温的材料，该材料成本高。

电机可不具有额外的风扇，特别是区别于转子的风扇，所述风扇设计为产生额外的轴向空气流，因为在该情况下电机中的轴向空气流大致通过前述非对称性生成。

作为变化例，电机可设置有额外的风扇，其特别地区别于转子，以产生额外的轴向空气流，该额外的轴向空气流补充由前述非对称性生成的轴向空气流。

多种非对称性的存在使得可以产生具有对于冷却令人满意的强度的轴向空气流。

前髻状部的高度和后髻状部的高度之间的差优选地为至少为2.5mm。特别地，该差可为2.5mm至8mm。

前部开口水平例如小于后开口水平的90％或80％。

作为变化例，后开口的表面积可小于前开口的表面积的90％或80％。

在本发明的实施方式的例子中，在壳体和前风扇的端部之间的根据旋转轴线测得的游隙不同于在壳体和后风扇的端部之间的游隙，特别是大于在壳体和后风扇的端部之间的游隙。

例如，一方面在壳体和前风扇的端部之间的根据旋转轴线测得的游隙与另一方面在壳体和后风扇的端部之间的游隙之间的差大于2或3mm。

如果适当，一方面在壳体和前髻状部的顶部之间的根据旋转轴线测得的游隙与另一方面在壳体和后髻状部的顶部之间的游隙之间的差大于2.5mm。

有利地，转子不具有永磁体，且特别是插入在转子的爪形件或齿之间的磁体。因此，通过非对称性产生的增强的轴向空气流更大。

在本发明的一个实施例中，转子能够产生大约1500安匝。

如果需要，转子包括线绕组，所述线绕组具有至少200mm²的总横截面。

在本发明的一个实施例中，转子可包括单个风扇，或在转子的前部处或在转子的后部处。

在该情况下，风扇存在于转子的单侧上产生压力不对称性，这使得可以增强轴向空气流。

-定子，包括定子本体和至少一个布置在定子本体上的绕组，所述绕组在定子本体的两侧上形成前髻状部和后髻状部；

-壳体，定子和转子布置在所述壳体中，且在壳体和前风扇的端部之间的根据旋转轴线测得的游隙不同于在壳体和后风扇的端部之间的游隙，特别是大于在壳体和后风扇的端部之间的游隙，

其特征在于，

本发明的主题还是一种旋转电机，特别是用于机动车辆的交流发电机或交流发电机-起动器，包括：

-转子，其支承单个风扇，该单个风扇位于转子的前部处或后部处，该转子绕旋转轴线旋转；

-壳体，定子和转子布置在所述壳体中，

其特征在于，

-该壳体包括大致侧向的前开口和大致侧向的后开口，所述前开口和后开口至少部分地对着各前和后髻状部，这些前开口的总表面积不同于，特别是小于，后开口的总表面积，和/或

附图说明

通过阅读本发明的非限制性实施例的实施方式的以下详细描述以及通过研究附图将更好地理解本发明，在附图中：

图1示意性地且部分地以横截面示出根据本发明的实施例的旋转电机；

图2和3示出本发明的两个其他实施例；和

图4示意性地示出温度按照根据本发明的电机中的轴向空气流的发展。

具体实施方式

图1示出紧凑的多相交流发电机A，特别是用于机动车辆的交流发电机。

该发电机将机械能转化为电能，并且可以是可逆的。该类型的可逆交流发电机称为交流发电机-起动器，其使得可以将电能转化为机械能，特别是为了起动车辆的热机。

该交流发电机A包括壳体1，且在壳体1内部，其包括带有爪形件的转子2和定子4，该转子2直接或间接地与轴3成整体旋转，所述定子4围绕所述转子2且存在小的空气间隙。

轴3的轴线X-X形成转子2的旋转轴线。

在说明书的下文中，相对于该轴线X-X来考虑径向、横向和轴向取向。

定子4包括本体4a，所述本体为设置有凹口的一组板的形式，例如为半封闭型，配备有用于安装定子的相的凹口绝缘件，每一个相包括至少一个绕组，所述绕组穿过位于定子的本体中的凹口，并与所有相一起在定子的本体4a的两侧上均形成前髻状部5a和后髻状部5b。

绕组例如可从连续的覆盖有漆的电线获得，或从为棒的形式的导体元件获得，所示导体元件诸如销，其被连接到彼此，例如通过焊接。

这些绕组例如是三相绕组，所示绕组以星形或三角形形状被连接，所示绕组的输出被连接到至少一个整流桥，所示整流桥包括整流器元件，诸如MOSFET型二极管或晶体管，特别是当包括交流发电机-起动器时，譬如在文档FR A 2745445中所描述的。

定子2包括两个磁轮7、8。每一个轮7、8具有以横向取向的凸缘，所述凸缘在其外边缘上设置有齿9，所述齿9例如具有梯形形状和轴向取向。轮的齿9轴向地面向另一个轮的凸缘，其中一个磁轮的齿穿过存在于另一个磁轮的两个相邻齿9之间的空间，使得磁轮的齿9被有规则地叠盖。

齿9的外周边具有轴向取向，并与定子的本体4a的内周边一起限定出定子4和转子2之间的空气间隙E。

齿的内周边是倾斜的。这些齿9在它们的自由端处更薄。

轮7、8的凸缘具有环形形式。

圆柱形芯部轴向地插置在轮7、8的凸缘之间。在该情况下，该芯部由两个半芯构成，所述两个半芯每一个属于凸缘中的一个。

该芯部在其外边缘上承载激励绕组10，所述激励线圈10缠绕在绝缘件11中，所述绝缘件11径向地插置在所述芯部和该线圈10之间。

在所描述的例子中，该绝缘件11用电绝缘和可模制材料(例如塑料材料)制成，而磁轮7、8和芯部用金属制成，在该情况下，用铁磁材料制成，诸如软钢。轴3也是金属的，且用铁磁材料制成，诸如钢，其比带有爪形件的转子的芯部和磁轮的材料更硬。

壳体1包括组装在一起的前支承件16和后支承件17。

后支承件17承载电刷保持器、调节器、和至少一个整流桥。

支承件16和17具有中空形式，且每一个居中地支承滚珠轴承，分别为19和20，用于安装为与转子2的轴3一起旋转。

带轮12固定在轴3的前端上，在该情况下是借助螺母160固定，所述螺母160被支撑在该带轮12中的腔体的基部上。该带轮12包括衬套，所述衬套与轴承19的内环接触。环形支架159轴向地插置在前磁轮7的前表面和轴承19的内环之间。轴3穿过支架159和带轮12的衬套。

轴3的前端支承带轮12，所述带轮12属于用于将运动传输到至少一个皮带的装置，所述皮带位于机动车辆的交流发电机和热机之间，而轴3的具有减少的直径的后端13支承集电环，所述集电环通过有线连接件被连接到绕组10的端部。属于电刷保持器14的电刷设置为使得毂位于集电环上。电刷保持器连接到电压调节器。

当通过电刷为激励绕组10供电时，转子2被磁化，并变为感应转子，所述感应转子在爪部的水平处，且因此在磁轮的齿的水平处，具有南-北磁极的形式。

当轴3旋转时，该感应转子10在被感应定子中产生交流的感应电流，整流桥(一个或多个)使得可以将感应的交流电流转换为直流电流，特别是为了提供机动车辆的车载网络的充电和消耗，以及为了为所述车辆的电池再充电。

该定子包括永磁体38，永磁体38插置在相邻于转子的外周边的两个齿9之间。

作为变化例，转子可没有该类型的磁体。

在所描述的例子中，前髻状部5a的高度Ha(根据旋转轴线X测得)高于后髻状部5b的高度Hb。

前髻状部5a的高度Ha和后髻状部5b的高度Hb之间的差至少为2.5mm，例如3mm。

前支承件16和后支承件17包括大致侧向的前开口50和后开口51，用于空气的通过，以允许交流发电机被通过转子的前部前表面上的风扇23以及转子的后部背表面上的另一风扇24的旋转产生的空气流通冷却，每一个风扇设置有多个叶片26。

前侧向开口50和后侧向开口51分别对着前髻状部5a和后髻状部5b，前开口50的总表面积小于后开口51的总表面积。

作为变化例，在本发明的另一实施例中，前开口50的表面积可大于后开口51的表面积。

在所描述的例子中，前开口表面积小于后开口水平的90％。

这些非对称性，即，开口的前和后水平之间的差以及Ha和Hb之间的差，使得可以在壳体前部和壳体的后部之间产生压力差，其可产生增强的轴向空气流F，所述空气流大致平行于旋转轴线，且在转子和定子之间的空气间隙E中以及在磁轮的爪间空间之间流通，因此扫过转子的绕组。

该轴向空气流越大，转子的温度越低，如图4所示。

在所描述的例子中，交流发电机A产生3kW的电功率，且轴向空气流为大约2L/s。

除了上述非对称性之外，在壳体和前风扇23的端部之间的根据纵向轴线测得的游隙Ja大于壳体和后风扇24的端部之间的游隙Jb。

一方面在壳体和前风扇(即其叶片)的端部之间的根据旋转轴线测得的游隙Ja和另一方面在壳体和后风扇的端部之间的游隙Jb之间的差例如大约2mm或更多。

在本发明的另一实施例中(未示出)，游隙Ja和Jb可具有相同的值。

在另一实施例中，开口50和51可没有实质的不对称性。

在该情况下，除了髻状部Ha和Hb的高度的非对称性，壳体可包括突出部54，该突出部54与壳体的其余部分一体，如图2所示。

作为变化例，如图3所示，该突出部可由固连至壳体的其余部分的支架55形成，所述突出部沿一个髻状部的顶部的方向延伸，以减小该髻状部和壳体之间的通道。

在图2和3中的这些例子中，一方面在壳体和前髻状部5a的顶部之间的根据旋转轴线测得的游隙Ca与另一方面在壳体和后髻状部5b的顶部之间的游隙Cb之间存在差。

这些突出部可绕轴线X-X分布，例如以相对于彼此恒定的角度分布。

一方面在壳体和前髻状部5a的顶部之间的根据旋转轴线测得的游隙Ca与另一方面在壳体和后髻状部5b的顶部之间的游隙Cb之间的差大于2.5mm。

转子包括线绕组，具有至少200mm²的总横截面。

将意识到，当使用具有非对称性的其他组合时，这不背离本发明的范围。

例如，转子可在前部或后部处设置有单个风扇，该非对称性优选地与前开口和后开口的表面积的非对称性相关联，或与在壳体和髻状部的顶部之间的游隙的非对称性相关联。

Claims

1.一种旋转电机，特别是用于机动车辆的交流发电机(A)或交流发电机-起动器，包括

-转子(2)，其支承在前部处的前风扇和在后部处的后风扇，该转子可绕旋转轴线旋转；

-壳体(1)，定子和转子布置在所述壳体(1)中，且在壳体和前风扇的端部之间的根据旋转轴线测得的游隙不同于在壳体和后风扇的端部之间的游隙，特别是大于在壳体和后风扇的端部之间的游隙，

其特征在于，

2.根据前一项权利要求所述的电机，其特征在于，前髻状部的高度(Ha)和后髻状部的高度(Hb)之间的差不为零，该差特别地为至少2.5mm。

3.如前述权利要求中的任一项所述的电机，其特征在于，前开口的表面积小于后开口的表面积的90％。

4.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，后开口的表面积小于前开口的表面积的90％。

5.根据前一项权利要求所述的电机，其特征在于，一方面在壳体和前风扇的端部之间的根据旋转轴线测得的游隙(Ja)与另一方面在壳体和后风扇的端部之间的游隙(Jb)之间的差大于2mm。

6.如前述权利要求中的任一项所述的电机，其特征在于，一方面在壳体和前髻状部的顶部之间的根据旋转轴线测得的游隙(Ca)与另一方面在壳体和后髻状部的顶部之间的游隙(Cb)之间的差大于2.5mm。

7.如前述权利要求中的任一项所述的电机，其特征在于，转子不具有永磁体，且特别地不具有插入在转子的爪形件之间的磁体。

8.如前述权利要求中的任一项所述的电机，其特征在于，转子能够产生1500安匝。

9.如前述权利要求中的任一项所述的电机，其特征在于，转子包括线绕组，所述线绕组具有至少200mm²的总横截面。