CN106887916B - 汽车用皮带传动式六相起动发电一体机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种应用于汽车的、具备电动助力模式和发电充电模式的六相起动发电一体机，包括皮带轮、驱动端盖、定子总成、转子总成、电刷端盖、接线架总成、碳刷架总成、塑料后罩，定子总成包含相互独立的两组星形联接的三相电机绕组，构成相互独立并可独立工作的两台电机，两组三相电机绕组电相位相互隔开0、30或者60度。本发明的汽车用皮带传动式六相起动发电一体机结构简单，工作可靠，在保证各汽车制造企业严苛的安装空间下顺利安装的同时，亦能灵活应用工作模式，减少电能消耗，提高使用寿命，达到节省燃油，降低排放的目的，有益于解决现有同类产品工作模式单一、功率体积比偏低的技术问题。

Description

汽车用皮带传动式六相起动发电一体机
技术领域
本发明涉及汽车用皮带传动式六相起动发电一体机，具体来说，本发明涉及一种应用于汽车的、具备电动助力模式和发电充电模式的六相起动发电一体机。
背景技术
汽车用皮带传动式起动发电一体机是一种遵循电磁感应原理和能量守恒定律的能量转换构件，为降低汽车燃油消耗和提升效率是不错的选择。汽车用皮带传动式起动发电一体机可根据发动机的工作状态，通过皮带对动力系统进行助力或对蓄电池进行充电，以优化发动机工作状况，故有一定的节省燃油和降低排放的效果。
由于国家法律法规对汽车的燃油消耗和排放的要求越来越高，各汽车制造企业对具备节省燃油、能降低排放的产品和技术有强烈的需求，汽车用皮带传动式起动发电一体机顺应了该要求，作为目前各汽车制造企业普遍认可的一种解决方案被越来越重视。
现有技术中，普遍应用的汽车用皮带传动式起动发电一体机均采用三相交流电机的设计，具备设计简单、工作可靠的特点，但由于其工作模式单一，无法达到最优的节省燃油的效果，同时功率体积比偏低，在很多发动机有限的空间无法顺利安装到位，故对其推广应用形成了制约。结合图1来说，三相交流电机从该电机原理相序图可看到，该电机的基本结构为电角度相距120度的三个电机绕组均匀分布在定子铁芯的空间上，工作时输入电角度相距120度的三相正弦交流电，通过定子绕组在空间的均匀分布，形成旋转磁场，然后通过电机气隙与转子发生相互作用，使电机旋转起来。
发明内容
为克服上述不足，本发明的目的是向本领域提供一种汽车用皮带传动式六相起动发电一体机，使其解决现有同类产品工作模式单一、功率体积比偏低的技术问题。本发明通过如下技术方案实现。
一种汽车用皮带传动式六相起动发电一体机，包括皮带轮（1）、驱动端盖（3）、定子总成（4）、转子总成（5）、电刷端盖（6）、接线架总成（7）、电刷架总成（8）、塑料后罩（9），驱动端盖（3）、定子总成（4）、电刷端盖（6）三者装配形成一腔室，转子总成（5）置于该腔室内且两端分别通过轴承连接驱动端盖（3）和电刷端盖（6），接线架总成（7）、电刷架总成（8）和塑料后罩（9）装配于电刷端盖（6）外侧，接线架总成（7）、电刷架总成（8）置于塑料后罩（9）内，安装在转子上的皮带轮（1）通过皮带与发动机联接，电动模式时对外输出力矩，发电模式时吸收发动机能量发电对蓄电池进行充电，定子总成（4）包含相互独立的两组星形联接的三相电机绕组，构成相互独立并可独立工作的两台电机，两组三相电机绕组电相位相互隔开0、30或者60度，其中在电动模式下，该起动发电一体机根据整车助力的需求，采用单电机工作模式、双电机交替工作模式或双电机同时并联工作模式，其中转子总成的极对数为六对极，对应定子总成槽数为36或72槽。另一种方案是，其中转子总成的极对数为七对极，对应定子总成槽数为42或84槽。第三种方案是，其中转子总成的极对数为八对极，对应定子总成槽数为48或96槽。
从电机原理相序图可看到，该六相电机的基本结构是在一个电机壳体内相隔一定的电角度平行安放了两台相互独立的50%额定功率的三相电机，这两台电机的基本工作原理与普通三相电机一致，每台电机均可单独工作，每台电机的中性点独立联结相互不相通。本发明结构简单，工作可靠，在保证各汽车制造企业严苛的安装空间下顺利安装的同时，亦能灵活应用工作模式，减少电能消耗，提高使用寿命，达到节省燃油，降低排放的目的，适合作为汽车用皮带传动式起动发电一体机使用。
附图说明
图1是现有技术三相电机的原理相序图。
图2是本发明六相电机的原理相序图。
图3是本发明六相电机的剖视结构示意图。
图4是本发明36槽定子电角度相隔0度的嵌线示意图。
图5是本发明72槽定子电角度相隔30度的嵌线示意图。
具体实施方式
考虑到本发明附图标记较多，在详细说明具体实施方式之前，对附图标记进行解释说明。
图2中标记的名称为：A1相正极方向（A1）、A1相负极方向（X1）、B1相正极方向（B1）、B1相负极方向（Y1）、C1相正极方向（C1）、C1相负极方向（Z1）、A2相正极方向（A2）、A2相负极方向（X2）、B2相正极方向（B2）、B2相负极方向（Y2）、C2相正极方向（C2）、C2相负极方向（Z2）。
图3中标记的名称为：皮带轮（1）、驱动端盖（3）、定子总成（4）、转子总成（5）、电刷端盖（6）、接线架总成（7）、电刷架总成（8）、塑料后罩（9）。
图4中标记的名称为：一号电机第一相首线（A）、一号电机第一相尾线（A’）、 一号电机第二相首线（B）、一号电机第二相尾线（B’）、 一号电机第三相首线（C）、一号电机第三相尾线（C’）、 二号电机第一相首线（U）、二号电机第一相尾线（U’）、 二号电机第二相首线（V）、二号电机第二相尾线（V’）、 二号电机第三相首线（W）、二号电机第三相尾线（W’）、定子槽标记（1’—36’）。
图5中标记的名称为：一号电机第一相首线（A）、一号电机第一相尾线（A’）、 一号电机第二相首线（B）、一号电机第二相尾线（B’）、 一号电机第三相首线（C）、一号电机第三相尾线（C’）、 二号电机第一相首线（U）、二号电机第一相尾线（U’）、 二号电机第二相首线（V）、二号电机第二相尾线（V’）、 二号电机第三相首线（W）、二号电机第三相尾线（W’）、定子槽标记（1’—72’）。
下面结合图2-5来详细说明本发明。
本发明的汽车用皮带传动式六相起动发电一体机，包括皮带轮（1）、驱动端盖（3）、定子总成（4）、转子总成（5）、电刷端盖（6）、接线架总成（7）、电刷架总成（8）、塑料后罩（9），驱动端盖（3）、定子总成（4）、电刷端盖（6）三者装配形成一腔室，转子总成（5）置于该腔室内且两端分别通过轴承连接驱动端盖（3）和电刷端盖（6），接线架总成（7）、电刷架总成（8）和塑料后罩（9）装配于电刷端盖（6）外侧，接线架总成（7）、电刷架总成（8）置于塑料后罩（9）内，安装在转子上的皮带轮（1）通过皮带与发动机联接，定子总成（4）包含相互独立的两组星形联接的三相电机绕组，构成相互独立并可独立工作的两台电机，两组三相电机绕组电相位相互隔开0、30或者60度。
从六相电机的相序原理图可看出，本发明的上述六相电机实质上是二个完全独立的三相电机平行安装在同一个电机壳体中，下面进一步说明两个独立的三相电机怎样嵌入定子铁芯，怎样实现电角度相隔0，30，60度，现分别钟对不同的转子总成极对数对应的定子进行分析。
根据电机转子总成的极对数不同，转子总成的极对数为六对极时，对应定子总成槽数分别为36、72槽；转子总成的极对数为七对极时，对应定子总成槽数分别为42、84槽；转子总成的极对数为八对极时，对应定子总成槽数分别为48、96槽。
现对电机转子总成的极对数为六对极，定子总成槽数为36、72槽进行分析：36槽定子每槽的机械角度为360/36=10，72槽定子每槽的机械角度为360/72=5。定子槽的电角度为转子总成的极对数乘以定子槽的机械角度，故36槽定子每槽的电角度为6*10=60，72槽定子每槽的电角度为6*5=30。由于三相电机的相距为120度电角度，36槽定子相距为2槽，72槽定子相距为4槽，可见电机转子总成的极对数为六对极，定子总成槽数为36槽的定子只能嵌入电角度相隔0度和60度的六相电机，对应节距为0和1。电机转子总成的极对数为六对极，定子总成槽数为72槽的定子能嵌入电角度相隔0度、30度、60和90度（90度按照减去30度而归入30度）的六相电机，对应节距为0、1、2、3。
同理对电机转子总成的极对数为七对极，定子总成槽数为42、84槽进行分析：42槽定子每槽的机械角度为360/42=60/7，84槽定子每槽的机械角度为360/84=30/7。定子槽的电角度为转子总成的极对数乘以定子槽的机械角度，故42槽定子每槽的电角度为7*60/7=60，84槽定子每槽的电角度为7*30/7=30。由于三相电机的相距为120度电角度，42槽定子相距为2槽，84槽定子相距为4槽，可见电机转子总成的极对数为七对极，定子总成槽数为42槽的定子只能嵌入电角度相隔0度和60度的六相电机，对应节距为0和1。电机转子总成的极对数为七对极，定子总成槽数为84槽的定子能嵌入电角度相隔0度、30度、60和90度（90度按照减去30度而归入30度）的六相电机，对应节距为0、1、2、3。
同理对电机转子总成的极对数为八对极，定子总成槽数为48、96槽进行分析：48槽定子每槽的机械角度为360/48=7.5，96定子每槽的机械角度为360/96=15/4。定子槽的电角度为转子总成的极对数乘以定子槽的机械角度，故48槽定子每槽的电角度为7.5*8=60，96槽定子每槽的电角度为8*15/4=30。由于三相电机的相距为120度电角度，48槽定子相距为2槽，96槽定子相距为4槽，可见电机转子总成的极对数为八对极，定子总成槽数为48槽的定子只能嵌入电角度相隔0度和60度的六相电机，对应节距为0和1。电机转子总成的极对数为八对极，定子总成槽数为96槽的定子能嵌入电角度相隔0度、30度、60和90度（90度按照减去30度而归入30度）的六相电机，对应节距为0、1、2、3。
从六相电机的相序原理图可看出，六相电机实质上是两个完全独立的50%额定功率的三相电机平行安装在同一个电机壳体中，二个独立的三相电机均是具备全部电机功能的独立电机，均能独立工作，所以六相电机具备两台电机分别独立工作、两台电机交替工作、两台电机并联同时工作的三种工作模式。
六相电机因为是两台独立的50%额定功率的三相电机安放到同一个电机壳体中，从结构上来说省约了一套电机的安装机构空间和一些辅助空间，加之两台独立的50%额定功率的三相电机其单台电机相电流是一台全功率三相电机相电流的一半左右，电机的磁饱和深度和电机损耗均比单台全功率三相电机要低，同时六相电机具备三种不同的工作模式，其热负荷可设计得比单台全功率三相电机要高，故其体积比同功率的三相电机要小，效率要高。
以六对极电机为例，分别配36槽和72槽定子，说明六相电机的实施方式和相隔0、30度电角度怎样实现，从前面原理分析可知36槽定子只能嵌入电角度相隔0度和60度的六相电机，此例按节距0嵌入电角度为0度的六相电机，同样从前面原理分析可知72槽定子能嵌入电角度相隔0度、30度和60度的六相电机，此例按节距1嵌入电角度为30度的六相电机。
（1）36槽、转子极对数为6对极的六相双电机模式的BSG电机定子结构如图4所示，其中电机1的A相首端从1’号槽中穿出，电机1的A相尾端从4’号槽中穿出，电机1的B相首端从3’号槽中穿出，电机1的B相尾端从6’号槽中穿出，电机1的C相首端从5’号槽中穿出，电机1的C相末端从8’号槽中穿出；电机2的U相首端从13’号槽中穿出，电机2的U相末端从16’号槽中穿出，电机2的V相首端从15号中穿出，电机2的V相末端从18’号槽中穿出，电机2的的W相首端从17’号槽中穿出，电机2的W相尾端从20’号槽中穿出。将A、B、C相的尾端连接起来组成电机1的中性点N1，U、V、W相的尾端连接起来组成电机2的中性点N2。
36槽定子每槽的机械角度为10度，转子为六对极，则每槽的电角度为60度，1号电机的A相首端从1’号槽穿出，2号电机的U相首端从13’号槽穿出，两台电机第一相首端间隔12槽，电角度间隔为12X60=720，720为360的整倍数，故1号电机与2号电机电角度相隔0度。
（2）72槽、转子极对数为6对极的六相双电机模式的BSG电机定子结构如图5所示，其中电机1的A相首端从1’号槽中穿出，电机1的A相尾端从7’号槽中穿出，电机1的B相首端从5’号槽中穿出，电机1的B相尾端从11’号槽中穿出，电机1的C相首端从9’号槽中穿出，电机1的C相末端从15’号槽中穿出；电机2的U相首端从26’号槽中穿出，电机2的U相末端从32’号槽中穿出，电机2的V相首端从30号中穿出，电机2的V相末端从36’号槽中穿出，电机2的的W相首端从34’号槽中穿出，电机2的W相尾端从40’号槽中穿出。将A、B、C相的尾端连接起来组成电机1的中性点N1，U、V、W相的尾端连接起来组成电机2的中性点N2。
72槽定子每槽的机械角度为5度，转子为六对极，则每槽的电角度为30度，1号电机的A相首端从1’号槽穿出，2号电机的U相首端从26’号槽穿出，两台电机第一相首端间隔25槽，电角度间隔为25X30=750，750除以360，等于2加余数30，故1号电机与2号电机电角度相隔30度。

Claims (3)

1.一种汽车用皮带传动式六相起动发电一体机，包括皮带轮（1）、驱动端盖（3）、定子总成（4）、转子总成（5）、电刷端盖（6）、接线架总成（7）、电刷架总成（8）、塑料后罩（9），驱动端盖（3）、定子总成（4）、电刷端盖（6）三者装配形成一腔室，转子总成（5）置于该腔室内且两端分别通过轴承连接驱动端盖（3）和电刷端盖（6），接线架总成（7）、电刷架总成（8）和塑料后罩（9）装配于电刷端盖（6）外侧，接线架总成（7）、电刷架总成（8）置于塑料后罩（9）内，安装在转子上的皮带轮（1）通过皮带与发动机联接，电动模式时对外输出力矩，发电模式时吸收发动机能量发电对蓄电池进行充电，定子总成（4）包含相互独立的两组星形联接的三相电机绕组，构成相互独立并可独立工作的两台电机，两组三相电机绕组电相位相互隔开0、30或者60度，其中在电动模式下，该起动发电一体机根据整车助力的需求，采用单电机工作模式、双电机交替工作模式或双电机同时并联工作模式，其中转子总成的极对数为六对极，对应定子总成槽数为36或72槽。
2.一种汽车用皮带传动式六相起动发电一体机，包括皮带轮（1）、驱动端盖（3）、定子总成（4）、转子总成（5）、电刷端盖（6）、接线架总成（7）、电刷架总成（8）、塑料后罩（9），驱动端盖（3）、定子总成（4）、电刷端盖（6）三者装配形成一腔室，转子总成（5）置于该腔室内且两端分别通过轴承连接驱动端盖（3）和电刷端盖（6），接线架总成（7）、电刷架总成（8）和塑料后罩（9）装配于电刷端盖（6）外侧，接线架总成（7）、电刷架总成（8）置于塑料后罩（9）内，安装在转子上的皮带轮（1）通过皮带与发动机联接，电动模式时对外输出力矩，发电模式时吸收发动机能量发电对蓄电池进行充电，定子总成（4）包含相互独立的两组星形联接的三相电机绕组，构成相互独立并可独立工作的两台电机，两组三相电机绕组电相位相互隔开0、30或者60度，其中在电动模式下，该起动发电一体机根据整车助力的需求，采用单电机工作模式、双电机交替工作模式或双电机同时并联工作模式，其中转子总成的极对数为七对极，对应定子总成槽数为42或84槽。
3.一种汽车用皮带传动式六相起动发电一体机，包括皮带轮（1）、驱动端盖（3）、定子总成（4）、转子总成（5）、电刷端盖（6）、接线架总成（7）、电刷架总成（8）、塑料后罩（9），驱动端盖（3）、定子总成（4）、电刷端盖（6）三者装配形成一腔室，转子总成（5）置于该腔室内且两端分别通过轴承连接驱动端盖（3）和电刷端盖（6），接线架总成（7）、电刷架总成（8）和塑料后罩（9）装配于电刷端盖（6）外侧，接线架总成（7）、电刷架总成（8）置于塑料后罩（9）内，安装在转子上的皮带轮（1）通过皮带与发动机联接，电动模式时对外输出力矩，发电模式时吸收发动机能量发电对蓄电池进行充电，定子总成（4）包含相互独立的两组星形联接的三相电机绕组，构成相互独立并可独立工作的两台电机，两组三相电机绕组电相位相互隔开0、30或者60度，其中在电动模式下，该起动发电一体机根据整车助力的需求，采用单电机工作模式、双电机交替工作模式或双电机同时并联工作模式，其中转子总成的极对数为八对极，对应定子总成槽数为48或96槽。
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