CN105763010A - 一种双磁路交流发电机 - Google Patents
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Abstract
一种双磁路交流发电机，包括：相对设置的前端盖和后端盖，所述前端盖和后端盖围合出一容置空间；旋转轴，支撑安装在所述前端盖和后端盖上，所述旋转轴的一端安装有皮带轮；转子，安装在所述旋转轴上并位于所述容置空间内；定子，相对于所述转子安装在所述前端盖和后端盖的内壁上并位于所述容置空间内；滑环和电刷，用于向所述转子提供电流，所述滑环安装在所述旋转轴的另一端，所述电刷与所述滑环的表面滑动连接；整流桥，与所述定子连接，用于将所述定子产生的交流电整流为直流电并输出；所述转子为双磁路转子，包括磁场绕组和永磁体励磁机构，所述永磁体励磁机构环绕所述磁场绕组设置。
Description
技术领域
本发明涉及一种交流发电机，特别是一种用于机动车的双磁路交流发电机。
背景技术
目前，用于机动车的交流发电机装置采用的转子混磁技术在市场中已经得到推广，在现有技术中，在转子内部镶嵌永磁体，还有附加辅助励磁绕组，气隙磁场是这两种励磁方式所建立的混合磁场。这种双磁路电机的主要优点是由于钕铁硼磁钢的磁特性强，磁钢的体积较电机励磁线圈绕组及铁芯体积要小得多，故混磁励磁电机的体积小，重量轻，噪声小；再加上混合磁路电机的所需磁场功率部分由磁钢提供，故输出性能高。
关于28V150A双磁路电机磁钢数量和位置的最佳选择可以决定电机的实用性和经济性，转子与定子长度的最佳比值、定子铁芯前后端和前后盖间距与定子前后端绕组高度的最佳比值决定电机的散热性，继而影响定子的温度和使用寿命，目前没有关于这方面的相关资料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述问题，提供一种用于机动车的双磁路交流发电机。
为了实现上述目的，本发明提供了一种双磁路交流发电机，包括：
相对设置的前端盖和后端盖，所述前端盖和后端盖围合出一容置空间；
旋转轴，支撑安装在所述前端盖和后端盖上，所述旋转轴的一端安装有皮带轮；
转子，安装在所述旋转轴上并位于所述容置空间内；
定子，相对于所述转子安装在所述前端盖和后端盖的内壁上并位于所述容置空间内；
滑环和电刷，用于向所述转子提供电流，所述滑环安装在所述旋转轴的另一端，所述电刷与所述滑环的表面滑动连接；
整流桥，与所述定子连接，用于将所述定子产生的交流电整流为直流电并输出；
其中，所述转子为双磁路转子，包括磁场绕组和永磁体励磁机构，所述永磁体励磁机构环绕所述磁场绕组设置。
上述的双磁路交流发电机，其中，所述永磁体励磁机构包括：
上磁极，包括上磁极本体和上爪极指，所述上磁极本体为圆盘形结构，所述上磁极本体的中间设置有与所述旋转轴适配的内孔，所述上爪极指均布在所述上磁极本体的外缘上，所述上爪极指的两侧设置有磁条键槽；
与所述上磁极扣合的下磁极，包括与所述上磁极本体对应的下磁极本体和下爪极指，所述下磁极本体的中间设置有与所述旋转轴适配的内孔，所述下爪极指均布在所述下磁极本体的外缘上且与所述上爪极指交错设置，所述下爪极指的两侧设置有磁条键槽，所述磁场绕组安装在所述上爪极指、所述下爪极指、所述上磁极本体和所述下磁极本体围合的环形空间内；以及
永磁体，安装在相邻所述上爪极指和下爪极指的磁条键槽内，所述永磁体的磁极分别与所述上爪极指和下爪极指的磁性相同。
上述的双磁路交流发电机，其中，所述磁条键槽的宽度大于所述永磁体的厚度，所述永磁体的长度小于或等于所述上爪极指和下爪极指的长度，所述永磁体的宽度大于相邻所述上爪极指与下爪极指的间隙宽度。
上述的双磁路交流发电机，其中，所述永磁体为轴对称设置，所述永磁体的数目至少为两个。
上述的双磁路交流发电机，其中，所述永磁体为钕铁硼材料件。
上述的双磁路交流发电机，其中，所述上磁极的端面与所述下磁极的端面间距L2与所述定子的铁心长度L1的比值为1.75-1.85。
上述的双磁路交流发电机，其中，所述定子的前端绕组高度L3与所述定子的铁心前端到所述前端盖的内壁的间距L4的比值为0.8-0.9。
上述的双磁路交流发电机，其中，所述定子的后端绕组高度L5与所述定子的铁心后端到所述后端盖的内壁的间距L6的比值为0.6-0.7。
上述的双磁路交流发电机，其中，所述转子和定子表面均涂覆有绝缘漆层。
上述的双磁路交流发电机，其中，还包括调节器，所述调节器通过固定在所述后端盖上的调节器护罩安装在所述后端盖上。
本发明的技术效果在于：
本发明解决了现有技术存在的定子绕组散热问题、电磁参数选择问题和交流发电机的防护问题。本发明提高了交流发电机的性能和散热性，降低了定子绕组温度。对28V150A双磁路电机磁钢数量和位置进行了优化设计，确定了转子与定子长度的相互关系、定子铁芯前后端和前后盖间距与定子前后端绕组高度的相互关系，从而规定了当交流发电机的输出性能较为理想时定转子参数的比值范围。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明一实施例的双磁路交流发电机结构示意图；
图2为本发明一实施例的定子、转子及前后端盖的尺寸比例示意图；
图3为本发明一实施例的转子侧视图；
图4为本发明一实施例的转子剖面图；
图5为对比例的转子侧视图；
图6为对比例的转子剖面图；
图7为本发明一实施例的上爪极结构示意图(爪极指间隔开槽)；
图8为图7的A-A剖视图；
图9为图8的B-B剖视图；
图10为本发明一实施例的下爪极结构示意图(爪极指全部开槽)；
图11为本发明一实施例的L2/L1的数据分析图；
图12为本发明一实施例的L3/L4的数据分析图；
图13为本发明一实施例的L5/L6的数据分析图。
其中，附图标记
1前端盖
2后端盖
3旋转轴
4皮带轮
5转子
51磁场绕组
52永磁体励磁机构
521上磁极
5211上磁极本体
5212上爪极指
5213内孔
5214磁条键槽
522下磁极
5221下磁极本体
5222下爪极指
5223内孔
5224磁条键槽
523永磁体
6定子
7滑环
8电刷
9整流桥
91输出栓
10调节器
11调节器护罩
12风扇
100定子前端温度
200定子后端温度
300输出电流
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
参见图1，图1为本发明一实施例的双磁路交流发电机结构示意图。本发明的双磁路交流发电机，包括：相对设置的前端盖1和后端盖2，所述前端盖1和后端盖2围合出一容置空间；旋转轴3，支撑安装在所述前端盖1和后端盖2上，所述旋转轴3的一端安装有皮带轮4；转子5，安装在所述旋转轴3上并位于所述容置空间内；定子6，相对于所述转子5安装在所述前端盖1和后端盖2的内壁上并位于所述容置空间内；滑环7和电刷8，用于向所述转子5提供电流，所述滑环7安装在所述旋转轴3的另一端，所述电刷8与所述滑环7的表面滑动连接；整流桥9，与所述定子6连接，用于将所述定子6产生的交流电整流为直流电并输出；其中，所述转子5为双磁路转子5，包括磁场绕组51和永磁体励磁机构52，所述永磁体励磁机构52环绕所述磁场绕组51设置。所述转子5和定子6表面均涂覆有绝缘漆层。还包括调节器10，所述调节器10通过固定在所述后端盖2上的调节器护罩11安装在所述后端盖2上。
参见图3、图4以及图7-图10，图3为本发明一实施例的转子5侧视图，图4为本发明一实施例的转子5剖面图，图7为本发明一实施例的上爪极结构示意图(爪极指间隔开槽)；图8为图7的A-A剖视图；图9为图8的B-B剖视图；图10为本发明一实施例的上爪极结构示意图(爪极指全部开槽)。本实施例中，所述永磁体励磁机构52包括：上磁极521，包括上磁极本体5211和上爪极指5212，所述上磁极本体5211为圆盘形结构，所述上磁极本体5211的中间设置有与所述旋转轴3适配的内孔5213，所述上爪极指5212均布在所述上磁极本体5211的外缘上，所述上爪极指5212的两侧设置有磁条键槽5214；与所述上磁极521扣合的下磁极522，包括与所述上磁极本体5211对应的下磁极本体5221和下爪极指5222，所述下磁极本体5221的中间设置有与所述旋转轴3适配的内孔5223，所述下爪极指5222均布在所述下磁极本体5221的外缘上且与所述上爪极指5212交错设置，所述下爪极指5222的两侧设置有磁条键槽5224，所述磁场绕组51安装在所述上爪极指5212、所述下爪极指5222、所述上磁极本体5211和所述下磁极本体5221围合的环形空间内；以及永磁体523，安装在相邻所述上爪极指5212和下爪极指5222的磁条键槽5214、5224内，所述永磁体523的磁极分别与所述上爪极指5212和下爪极指5222的磁性相同。所述永磁体523优选为轴对称设置，所述永磁体523的数目至少为两个。所述永磁体523优选为钕铁硼材料件。
其中，所述磁条键槽5214、5224的宽度大于所述永磁体523的厚度所述永磁体523的长度小于或等于所述上爪极指5212和下爪极指5222的长度，所述永磁体523的宽度大于相邻所述上爪极指5212与下爪极指5222之间的间隙宽度。
参见图2，图2为本发明一实施例的定子、转子及前后端盖的尺寸比例示意图。本实施例中，所述上磁极521的端面与所述下磁极522的端面间距L2与所述定子6的铁心长度L1的比值优选为1.75-1.85。所述定子6的前端绕组高度L3与所述定子6的铁心前端到所述前端盖1的内壁的间距L4的比值优选为0.8-0.9。所述定子6的后端绕组高度L5与所述定子6的铁心后端到所述后端盖2的内壁的间距L6的比值优选为0.6-0.7。
本实施例中，永磁体523数量为4并均匀的分布在各个爪极之间，这样可以解决定子6磁路饱和的问题，从而降低定子6绕组的温度；转子5前后爪端面间距L2与定子6铁心的长度L1的最佳比值范围为1.75-1.85，定子6前端绕组高度L3与定子6铁心前端到前盖的间距L4的最佳比值在0.8-0.85之间，定子6后端绕组高度L5与定子6铁心后端到后盖的间距L6的最佳比值在0.6-0.65之间，可以有效提高电机的散热性，降低定子6绕组温度；在转子5、整流桥9和定子6处涂绝缘漆以加强交流发电机的防护性能。
下面以几个具体实例及对比例对本发明的技术方案进一步予以说明：
实施例1
参见图1-图4，本实施例的双磁路交流发电机包括铝制前端盖1和后端盖2；一端固定有皮带轮4的旋转轴3；固定在该旋转轴3上的转子5，其中转子5表面涂满绝缘漆；在前端盖1和皮带轮4之间有固定在旋转轴3上的风扇12；固定在前端盖1和后端盖2内壁面上的定子6，其中定子6表面涂满绝缘漆；固定在旋转轴3的另一端，并向转子5提供电流的滑环7；在滑环7的表面上滑动的一对电刷8；带电连接于定子6上，并将定子6所产生的交流整流为直流的整流桥9，其中整流桥9上的输出栓91优选为不锈钢材料件；固定在后端盖2上的调节器护罩11以及固定在调节器护罩11上的调节器10。
图2中，转子5前后爪端面间距L2与定子6铁心的长度L1比值为1.8；定子6前端绕组高度L3与定子6铁心前端到前盖的间距L4的比值为0.8；定子6后端绕组高度L5与定子6铁心后端到后盖的间距L6的比值为0.61。
图3至图4中，转子5设有：通过电流，产生磁通的转子5绕组；永磁体523设置在相邻上爪极指5212和下爪极指5222的相对侧表面之间，且永磁体523的磁极与相邻的爪极指具有相同的磁性；永磁体523均是与轴线对称布置，数量为4个。
图7至图9为永磁体523励磁机构52，包括上磁极521和下磁极522及永磁体523，上磁极521和下磁极522均有对应的爪极本体以及设置在爪极本体上的多个爪极指。爪极本体具有用于与轴配合的内孔5213，每间隔一个的爪极指两侧开有磁条键槽5214、5224，该磁条键槽5214、5224的宽度比放入其内的磁条的厚度长0.15mm。上、下磁极521、522装配后爪极指间形成中空的磁铁槽，永磁体523的磁条就镶嵌在这个磁铁槽中，四周留有一定的间隙，便于安装。在装配过程中转子5需浸绝缘油漆，绝缘油漆渗透到缝隙中，凝固后就把磁条紧紧与爪极指结合在一起。此外，也可以将所有爪极指两侧开磁条键槽5214、5224。
对该实施例的电机在3000rpm时进行测温，其输出电流为132.7A，定子6前端最高温度为156℃，定子6后端最高温度为150℃。
对比例1
图5为对比例的转子5侧视图，图6为对比例的转子5剖面图。该对比例中，转子5设有：通过电流，产生磁通的转子5绕组；相邻上爪极和下爪极的相对侧表面之间不镶嵌永磁体523。除上述区别外，其他构成与实施方式1相同。
对该对比例下的电机在3000rpm时进行测温，其输出电流为110.8A，定子6前端最高温度为135℃，定子6后端最高温度为128℃。
实施例2
本实施例中，转子5前后爪端面间距L2与定子6铁心的长度L1比值为2；定子6前端绕组高度L3与定子6铁心前端到前盖的间距L4的比值为0.81；定子6后端绕组高度L5与定子6铁心后端到后盖的间距L6的比值为0.56。
除上述区别外，其他结构与实施例1相同。
对该实施例的电机在3000rpm时进行测温，其输出电流为120A，定子6前端最高温度为192℃，定子6后端最高温度为202℃。
实施例3
本实施例中，转子5前后爪端面间距L2与定子6铁心的长度L1比值为1.54；定子6前端绕组高度L3与定子6铁心前端到前盖的间距L4的比值为0.98；定子6后端绕组高度L5与定子6铁心后端到后盖的间距L6的比值为0.70。
除上述区别外，其他结构与实施例1相同。
对该实施例的电机在3000rpm时进行测温，其输出电流为138A，定子6前端最高温度为252℃，定子6后端最高温度为154℃。
比对上述各实施方式的输出电流和定子6前后端温度，各参数如下表，对数据进行分析如图11至图13，图中，100为定子前端温度曲线，200为定子后端温度曲线，300为输出电流曲线。可见转子5前后爪端面间距L2与定子6铁心的长度L1的最佳比值范围为1.75-1.85，定子6前端绕组高度L3与定子6铁心前端到前盖的间距L4的最佳比值在0.8-0.9之间，定子6后端绕组高度L5与定子6铁心后端到后盖的间距L6的最佳比值在0.6-0.65之间。
| 转速/rpm | 输出电流/A | 定子前端/℃ | 定子后端/℃ | |
| 实施例1 | 3000 | 132.7 | 156 | 150 |
| 对比例1 | 3000 | 110.8 | 135 | 128 |
| 实施例2 | 3000 | 120 | 192 | 202 |
| 实施例3 | 3000 | 138 | 252 | 154 |
本发明解决了现有技术存在的定子6绕组散热问题、电磁参数选择问题和交流发电机的防护问题，提高了交流发电机的性能和散热性，降低了定子6绕组温度，确定了转子5与定子6长度的相互关系、定子6铁芯前后端和前后盖间距与定子6前后端绕组高度的相互关系，从而确定了当交流发电机的输出性能较为理想时定转子5参数的比值范围。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种双磁路交流发电机，包括：
相对设置的前端盖和后端盖，所述前端盖和后端盖围合出一容置空间；
旋转轴，支撑安装在所述前端盖和后端盖上，所述旋转轴的一端安装有皮带轮；
转子，安装在所述旋转轴上并位于所述容置空间内；
定子，相对于所述转子安装在所述前端盖和后端盖的内壁上并位于所述容置空间内；
滑环和电刷，用于向所述转子提供电流，所述滑环安装在所述旋转轴的另一端，所述电刷与所述滑环的表面滑动连接；以及
整流桥，与所述定子连接，用于将所述定子产生的交流电整流为直流电并输出；
其特征在于，所述转子为双磁路转子，包括磁场绕组和永磁体励磁机构，所述永磁体励磁机构环绕所述磁场绕组设置。
2.如权利要求1所述的双磁路交流发电机，其特征在于，所述永磁体励磁机构包括：
上磁极，包括上磁极本体和上爪极指，所述上磁极本体为圆盘形结构，所述上磁极本体的中间设置有与所述旋转轴适配的内孔，所述上爪极指均布在所述上磁极本体的外缘上，所述上爪极指的两侧设置有磁条键槽；
与所述上磁极扣合的下磁极，包括与所述上磁极本体对应的下磁极本体和下爪极指，所述下磁极本体的中间设置有与所述旋转轴适配的内孔，所述下爪极指均布在所述下磁极本体的外缘上且与所述上爪极指交错设置，所述下爪极指的两侧设置有磁条键槽，所述磁场绕组安装在所述上爪极指、所述下爪极指、所述上磁极本体和所述下磁极本体围合的环形空间内；以及
永磁体，安装在相邻所述上爪极指和下爪极指的磁条键槽内，所述永磁体的磁极分别与所述上爪极指和下爪极指的磁性相同。
3.如权利要求2所述的双磁路交流发电机，其特征在于，所述磁条键槽的宽度大于所述永磁体的厚度，所述永磁体的长度小于或等于所述上爪极指和下爪极指的长度，所述永磁体的宽度大于相邻所述上爪极指与下爪极指之间的间隙宽度。
4.如权利要求2或3所述的双磁路交流发电机，其特征在于，所述永磁体为轴对称设置，所述永磁体的数目至少为两个。
5.如权利要求2或3所述的双磁路交流发电机，其特征在于，所述永磁体为钕铁硼材料件。
6.如权利要求2或3所述的双磁路交流发电机，其特征在于，所述上磁极的端面与所述下磁极的端面间距L2与所述定子的铁心长度L1的比值为1.75-1.85。
7.如权利要求6所述的双磁路交流发电机，其特征在于，所述定子的前端绕组高度L3与所述定子的铁心前端到所述前端盖的内壁的间距L4的比值为0.8-0.9。
8.如权利要求7所述的双磁路交流发电机，其特征在于，所述定子的后端绕组高度L5与所述定子的铁心后端到所述后端盖的内壁的间距L6的比值为0.6-0.7。
9.如权利要求1、2、3、7或8所述的双磁路交流发电机，其特征在于，所述转子和定子表面均涂覆有绝缘漆层。
10.如权利要求1、2、3、7或8所述的双磁路交流发电机，其特征在于，还包括调节器，所述调节器通过固定在所述后端盖上的调节器护罩安装在所述后端盖上。
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