CN109398082A - 车载式轴带自发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载式轴带自发电系统，包括：发电机及变流控制器，所述发电机为稀土永磁同步发电机；所述变流控制器，包括：整流器以及DC/DC变换器、逆变器，所述稀土永磁同步发电机的转子与车辆发动机的曲轴相连，所述发电机发出变频变压的交流电，经三相全波整流得到直流电，直流电的电压随发电机发出的交流电压的变化而变化，经DC/DC变换器升压或降压变换后得到电压稳定的直流电，再经逆变器变换为恒压恒频的三相交流电提供给负载。本发明研制了一种新型的车载式轴带自发电系统，主要解决大转速变化范围内轴带自发电系统变速恒频恒压发电的问题，使车辆装备可以在行进中发出高品质电源，满足车载装备动中用电要求。

Description

车载式轴带自发电系统

技术领域

本发明涉及发电系统技术领域，特别是涉及一种车载式轴带自发电系统。

背景技术

轴带发电机，是指利用车辆底盘发动机作为原动力，通过取力传动(机械或液压型式)装置带动发电机进行发电，车辆行进过程中以及停驻时均能够通过放置于车厢内的电子控制与变换单元(ECCU)连续输出稳定可靠的电能，在没有外接电源条件下满足车载系统的用电需求。轴带发电机具有增强电力供应能力、降低燃油消耗、使用维护简单方便、降低维修费用、改善车内工作环境、提高车辆经济性等优点，早在直流电制时代就引起了研究人员的重视。

车载式轴带自发电系统，作为在行车中给车载用电设备提供高品质电源的一种手段，由于工作的转速范围较宽，其技术难度相对较高，国内很多高校和企业都在进行研制。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的提供一种车载式轴带自发电系统。

为实现本发明的目的，本发明提供了一种车载式轴带自发电系统，包括：发电机及变流控制器，所述发电机为稀土永磁同步发电机；所述变流控制器，包括：整流器以及DC/DC变换器、逆变器，所述稀土永磁同步发电机的转子与车辆发动机的曲轴相连，所述发电机发出变频变压的交流电，经三相全波整流得到直流电，直流电的电压随发电机发出的交流电压的变化而变化，经DC/DC变换器升压或降压变换后得到电压稳定的直流电，再经逆变器变换为恒压恒频的三相交流电提供给负载。

其中，所述稀土永磁同步发电机的转子通过取力器与车辆发动机的曲轴相连。

与现有技术相比，本发明的有益效果为，研制了一种新型的车载式轴带自发电系统，主要解决大转速变化范围内轴带自发电系统变速恒频恒压发电的问题，使车辆装备可以在行进中发出高品质电源，满足车载装备动中用电要求。

附图说明

图1所示为本申请发电机与变流控制器的结构示意图；

图2所示为本申请取力器的结构示意图；

图3所示为本申请整体结构的结构示意图；

图中，1-同步发电机，2-整流器，3-DC/DC变换器，4-逆变器，5-隔离变压器，6-电感，7-取力器，8-变速速箱，9-离合器，10-发动机，11-EQ2012底盘，12-配电柜，13-变流控制器，15-十字轴式双万向联轴器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

应当说明的是，本申请中所述的“连接”和用于表达“连接”的词语，如“相连接”、“相连”等，既包括某一部件与另一部件直接连接，也包括某一部件通过其他部件与另一部件相连接。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、部件或者模块、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个部件或者模块或特征与其他部件或者模块或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了部件或者模块在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的部件或者模块被倒置，则描述为“在其他部件或者模块或构造上方”或“在其他部件或者模块或构造之上”的部件或者模块之后将被定位为“在其他部件或者模块或构造下方”或“在其他部件或者模块或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该部件或者模块也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1-3所示，本申请提供了一种车载式轴带自发电系统，包括：发电机及变流控制器，所述发电机为稀土永磁同步发电机；所述变流控制器，包括：整流器以及DC/DC变换器、逆变器，所述稀土永磁同步发电机的转子与车辆发动机的曲轴相连，所述发电机发出变频变压的交流电，经三相全波整流得到直流电，直流电的电压随发电机发出的交流电压的变化而变化，经DC/DC变换器升压或降压变换后得到电压稳定的直流电，再经逆变器变换为恒压恒频的三相交流电提供给负载。

其中，所述稀土永磁同步发电机的转子通过取力器与车辆发动机的曲轴相连。

取力方式可以采用如下几种之一：

第一种：如图2所示，夹心式飞轮取力，在飞轮壳后端加装一个夹心式飞轮取力器，夹心式飞轮取力器厚度小于320mm。安装时将变速器至分动器传动轴截断320mm，变速箱后移320mm布置。该方案该优点是结构紧凑，布局合理，对原车换档操作性能无影响，取力器输出功率设计灵活，可实现全功率取力，直接取力于发动机曲轴，换档过程无输出动力瞬间切断现象。

第二种：此种方式是在发动机曲轴前端冷却风扇轴上加装皮带轮，在发动机右侧车架边梁上加装从动皮带轮，通过皮带传动取力后，经多节传动轴将动力输送至发电机。该方案优点是成本低，直接取力于发动机曲轴，换档过程无输出动力瞬间切断现象。

第三种：此种方式是从汽车变速箱取力窗口安装取力器，取力器可选用总湖北云梦新宇齿轮箱制造有限公司生产的4205EPQ-010B，取力器控制开关安装在汽车驾驶室的仪表盘上，操纵方式为电磁气动式。

该方案是最常规的取力方式，优点是安装布局简单，成本低，可选的配套产品多。

本发明的有益效果为，研制了一种新型的车载式轴带自发电系统，主要解决大转速变化范围内轴带自发电系统变速恒频恒压发电的问题，使车辆装备可以在行进中发出高品质电源，满足车载装备动中用电要求。

需要说明的是：

本申请稀土永磁发电机效率高、体积小、重量轻，稀土永磁发电机无电刷，结构简单，可靠性高，使用寿命长，已是经过实际应用考验过的成熟产品。变速恒压控制方式采用三相电压型PWM整流方法，技术先进、成熟，控制较简单。脉宽调制变换技术是目前变频电机控制和交流逆变电源的主流，技术成熟，采用基于空间矢量SVPWM算法的是当今变流技术中最先进的控制算法。

如图3所示，本申请车载式轴带自发电系统核心部分主要由取力装置、防水稀土永磁发电机、变流控制器和配电柜等组成。

总体布置方案的如下：

(1)永磁发电机布置于车架下方，便于与取力器联接，同时也为上装提供了空间。

(2)变流控制器安装于车厢与驾驶室之间，并与备胎支架相连，可以利用备胎的支架安装固定，并充分利用空间，同时节省车厢空间以便于布置上装设备。

(3)配电柜布置于驾驶室内，便于操作，同时可以观察系统运行状态正常与否。

发电机为采用稀土永磁防水轴带同步发电机，发电机的防护等级为IP57全封闭型，定子采用F级绝缘、冷却方式为表面通风自冷式。

本申请中，发电机的工艺方案如下：

1.电缆制作、布线

电缆制作包含接头焊接、冷压、布线、接线等。电缆长度在工艺设计过程中确定，形成电缆下线表。在电缆制作过程中设置焊点检验控制点，并对所有电缆做抗电强度和绝缘电阻测试，测试参数符合相关指标要求。

2.原材料、外购件

原材料、外购件的采购、入厂检验，入库、保管、存放、发放等过程均严格按照产品的质量管理体系和管理控制程序进行。

3.发电机控制器工艺方案

控制器以钣金结构机箱为主，附加十块主要印制电路板、复合变压器、散热器以及其它一些电子元件等组成。

3.1整机装配工艺

整机装配主要是机械性装配，分为准备工作、部件装配、总装三部分。

1.准备工作

总装的准备工作主要包括准备好整机所用的工件、紧固件、元器件及各种辅助性加工,并对各器件的型号规格、尺寸、数量、质量和性能进行必要的检查，必要的装配工具的准备等。熟知质量控制点，对照整机领料清单核实数量、规格、型号。

2.器件装配

所有紧固件必须牢固可靠。顺序：先放平垫，再放弹垫，最后上螺母并拧紧牢固。

元器件排列有序整齐。元器件的标识应置于明显的、便于观察的位置。

前显示板装配时要注意数码管、面膜和机箱面板开孔要一一对应。

整流桥和立式IGBT在装配时要涂抹薄薄的一层导热硅脂，导热硅脂涂抹要均匀，整流桥和IGBT在紧固时不可用力过大以免损伤整流桥和IGBT。

3.总装

整机装配的原则：先轻后重、先铆后装、先里后外、先低后高、易碎后装，上道工序不影响下道工序的安装。

整机装配的基本要求：牢固可靠，不损伤元器件、零件、部(组)件；避免碰伤机箱(壳)、面板及元器件上的涂覆层；不损伤元器件；安装方向、位置正确。

交流接触器、滤波电容、电解电容等在装配时要注意安装方向，同时在紧固时用力要适当，不可损伤元器件。

将已装配好的部件分别固定于机箱内。

飞机头铆钉头部的“小翅”应用小一字螺丝刀翘起，将印制板卡住。

用吸尘器吸干净机箱内的多余物。

检查各部件是否正确，机箱内是否有多余物。

前面膜粘贴要求：表面平整、不得有气泡、起皱现象，A/D型电源按键弹起灵活。

对有出线孔电源，在装配完成后需在出线孔上加装齿形保护带。

4.自检、互检

整机装配完毕后先要进行自检，自检完毕后互检；以上检验均应做好记录并在工艺流程单上签字。完毕后转下一道工序。

3.2线路板的焊接工艺

1.工具及辅料

20W(尖头)、35W(尖头)、50W内热式电烙铁各一把；

镊子、锉刀、斜口钳、尖嘴钳、剥线钳、自制小刀及起子各一把，整形板一块；

焊接电路板用的带海绵的垫板一块；

细纱手套一付；

DIA0.8焊锡丝一卷、助焊剂。

2.准备工艺

按图纸要求准备印制线路板。

按各板元器件明细表备料。

检查元器件有无断裂、锈蚀等。有无和元器件明细表、焊接图的型号、规格数据不一致的元器件。

3.元器件插装

各种元器件在印制线路板上的安装均应严格按照元件表和装配图所标的位置，规定的正负方向，集成电路的第一管脚位置，引出脚的编号进行装配，决不允许出现错装和漏装现象。线路板的插装程序为先低后高，先轻后重。其一般元器件的顺序是：电阻、二极管、集成电路、集成电路底座、三极管、电容、电解电容、继电器等。

卧式元件：卧式元件插装时主件离线路板均应2㎜。

同一印制线路板卧式插装的电阻、二极管等高度均应一致、排列整齐。

色环电阻的色环顺序均应一致，排列整齐。

电阻、二极管等器件的数字标识应朝上，处在便于观察的位置。

插针式散热器装配时为保证其稳定度底面应插到底，也就是说三端稳压器腿的焊接应以散热器插到底，双针焊牢不松动的高度为准，不允许出现散热器的重力压在稳压器上的现象。

4.焊接

操作者首先戴好防静电手环，确保接地良好。

焊前检查元器件插装位置、型号、规格是否正确，是否符合上述要求。

元器件焊接时一般应用20W尖头烙铁；对于面积和直径较大的焊盘用35W、50W烙铁。集成电路焊接时要注意集成电路各管脚间不要短路，对贴装元件要求管脚完全覆盖焊片，不要偏移，焊锡也应尽量保持薄。同时注意防静电处理，如拔下电源，或加地线。焊料和焊剂使用市售的普通焊锡丝和松香，严禁使用带有腐蚀性的“助焊剂”。

3.3布线工艺

1.布线工具及材料

工具：电烙铁20W、50W各一把，剥线钳、斜口钳、尖嘴钳、小平口螺丝刀、小十字花螺丝刀、大平口螺丝刀、大十字花螺丝刀、100cm钢板尺、万用表。

材料：焊锡丝，各种型号软线、动力线、双芯屏蔽线、单芯屏蔽线。

2.布线前的准备工作

1)互检。

主要检查机箱外观是否完好，有无脱漆、起皮现象；检查上一道工序是否有错装、漏装，检查机内是否有多余物(如螺母、平垫、弹垫)，检查器件是否装反方向。

2)各种软线的准备工作

所需的各种连接线按布线图中的所需尺寸裁好；将裁好的各种连接线根据连接器件的不同分别焊接叉子、冷压端子或端头搪锡。

3)各种电源变压器和互感器的整理

带有输入和输出线的变压器，输入和输出端的每一组线均采用双绞线，双绞时网孔要均匀、松紧要适当,而且变压器根部不可绞的过紧。

4)电流互感器的预加工

在距电流互感器根部50mm处将线剪断，把双芯屏蔽线连接上后，用热溶胶将电线和电流互感器本体固定在一起，以防引出线从根部断裂。

5)IGBT模块上并联的无感电容的预加工

引线弯曲成形时应在距根部6～8mm处弯曲，避免根部受力。引线两端均应套热缩管加热缩紧，焊接应牢固无虚焊，OT2.5～6分别套4热缩管加热缩紧，最后将OT2.5～6上的松香等多余物去掉。

3.整机布线

根据布线图进行整机的连线。连线时要仔细认真，严禁接错线漏接线。连线完毕后用尼龙扎带和绕线管绑扎固定，绑扎时松紧适当，平直美观。

布线时，连接线应尽量的短；应尽可能贴紧底板走，竖直方向的线应紧沿框架角或面板走，使其在结构上有依附性，也便于机械固定。

线束穿过金属孔时，应率先在板孔内嵌装橡皮套或专用塑料嵌条，也可在穿孔部位包缠聚氯乙烯带或黄蜡绸。对屏蔽层外露的屏蔽导线在穿过元件引线或跨接印制线路等情况时，应在屏蔽导线的局部或全部加套绝缘套管，以防短路发生。

处理地线时，为方便和改善电路的接地，一般采用公共地线(即地母线)用较粗的导线焊接适当的焊片与底座接通，也起到固定其位置的作用；同时应将接地安装部位的漆层、氧化层刮除，以保证接地良好；地母线的形状决定于电路各接点的实际需要，一般地母线均不构成封闭回路。

线束内的导线应留1～2次重焊备用长度(约20mm)，连接到活动部位的导线长度要有一定的活动余量，以便能适应修理、活动和拆卸的需要。形成线束后要用尼龙扎带绑扎，绑扎时应注意防止勒伤导线。绑扎时尼龙绑扎带间距应在10cm左右。线束弯曲时的弯曲半径一般应为线束直径的5～10倍。

线束中的导线一般不允许有接头，如需接头应采用锡焊连接并套上相应的热缩套管以保证绝缘，而且同一部位只允许对接一根导线。

为提高抗外磁场干扰能力以及长线回路对外界的干扰，应采用交叉扭绞布线。对一个较长回路的两条线，给予多次的交叉(通称麻花线)，以使长线回路中的感生电势为零。

接线点尽可能的集中，信号线不能和电源线平行，以减少分布参数的影响，连接线尽量远离发热器件。导线不应形成环路，避免产生感应电流，整理导线时根部不应承受弯曲力，绑扎带根部应留2mm距离，不能过长或过短。

部件中多余线芯在布线前应剪短，并套上相应的热缩套管，然后与其他导线绑扎在一起。

导线与各种焊片焊接时，导线线芯的直径应小于焊片接线孔的内径，以保证焊料在孔内的流动和渗透，每个焊片连接导线的根数一般不应超过3根。

导线端头搪锡处理：将剥去绝缘皮的导线端头顺着导线线芯扭曲方向扭转30度，然后对导线端头进行搪锡。搪锡后的端头应平滑、光洁、无拉尖，焊料湿润充分，流布均匀，渗透到线芯内部(但不允许渗透到绝缘层内的线芯)。端头的根部应留0.5～1mm的不搪锡长度。

连接接插件的工艺要求：把所需电线剥去绝缘皮(其长度一般要求在12mm左右)并搪锡；搪锡完毕后，用斜口钳对搪锡长度给予适当的修剪以适合插孔压接；然后把搪锡部分水平放入插孔内压紧，要求线皮和压接部位有一定缝隙,保证导线与插孔金属部分良好接触。

线路板连线焊接要求:把所需电线剥去绝缘皮(其长度一般要求在6mm左右)并搪锡；搪锡完毕后插入线路板焊盘孔内从线路板背面焊接，当线径＜1.0mm时允许烙铁在线路板正面焊接，但必需保证焊点牢固，平滑、光洁、无拉尖，对插焊的导线应使线路板两侧的线头都形成一定的湿润角度，避免出现线皮直接顶在焊盘上或线头不吃锡的现象。

对于整流桥(方桥)、船型开关处所用的大插簧(2.8)采用直接插接的方式，即：在插大插簧之前先套好缩管，再插大插簧。热缩后再涂敷硅橡胶固定(注意在操作中应尽量减少大插簧的插拔次数)；

对于线径≤1.5mm2的电线焊片的焊接，要求焊接时焊片压线筒插线一侧不镀锡，尤其是压线筒外面的线芯不得镀锡，焊好后需套两层热缩管缩紧(注意两层热缩管的长度，要求外面一层稍短)；

对CJX2系列交流接触器在压线时注意用手扶住接触器接线端子的保护壳，再用选用合适的螺丝刀或套筒紧固，螺丝刀或套筒在紧固时应垂直插入接线端子的保护壳，紧固中注意保护好接线端子的保护壳不移动，防止保护壳卡子脱落；

布线完毕后，将所有紧固件紧固结实。

4.自检、互检

整机布线完毕后先要进行自检，自检完毕后互检；自检互检无误后转下一道工序。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种车载式轴带自发电系统，其特征在于，包括：发电机及变流控制器，所述发电机为稀土永磁同步发电机；所述变流控制器，包括：整流器以及DC/DC变换器、逆变器，所述稀土永磁同步发电机的转子与车辆发动机的曲轴相连，所述发电机发出变频变压的交流电，经三相全波整流得到直流电，直流电的电压随发电机发出的交流电压的变化而变化，经DC/DC变换器升压或降压变换后得到电压稳定的直流电，再经逆变器变换为恒压恒频的三相交流电提供给负载。

2.根据权利要求1所述的一种车载式轴带自发电系统，其特征在于，所述稀土永磁同步发电机的转子通过取力器与车辆发动机的曲轴相连。

3.根据权利要求1所述的一种车载式轴带自发电系统，其特征在于，所述稀土永磁同步发电机为防水发电机。