CN117498619A - 一种转子共轴的增程器发电机结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种转子共轴的增程器发电机结构，包括电机壳体、电机端盖、定子组件、转子组件、转子支架、后端轴承、导电油封、启动齿圈和绕组护套，电机壳体前端通过内止口和法兰结构与发动机机体固定连接，电机壳体内部设有冷却水道，电机壳体后端连接有电机端盖，电机壳体内腔设置有定子组件，转子支架通过平键连接集成安装于外伸的发动机曲轴上。本方案发动机曲轴末端通过后端轴承支撑，避免了转子悬臂，提高了系统轴系刚度和动力学特性，取消了电机前端盖、前端轴承和电机轴结构，减小了发电机轴向空间占用，转子集成安装于发动机曲轴上，避免了分体转子轴与曲轴的连接，提高了传动效率、装配工艺性和后期维修性，适宜大量推广应用。
Description
技术领域
本发明属于增程器技术领域，特别涉及一种转子共轴的增程器发电机结构。
背景技术
在碳达峰碳中和战略目标的引导下，减排和能源转型成为汽车工业发展的必由之路。在此背景下，越来越多类型的电动汽车被人们设计和开发出来，目前市场上的电动汽车主要分为纯电动汽车和混合动力汽车。纯电动汽车由于电池技术的限制，续驶里程始终不能达到理想水平，另外充电站、电池回收等配套设施和方案仍不完善，使纯电动汽车的日常使用受到很大的限制；混合动力汽车系统集成和控制较为复杂，技术实现难度较大，动力输出部分仍会直接与发动机相连，使发动机无法长时间工作在高效状态，尾气排放及燃油经济性仍不甚理想。增程式电动汽车是在纯电动汽车平台上增加了一套增程器发电系统，当动力电池电量不足时增程器发动机工作，带动发电机为整车提供额外的电能，继而延长续驶里程，因此其兼具了纯电动平台简单、电气化程度高和混动平台无里程焦虑、电池放电程度低等优点，被认为是由传统动力汽车进一步向纯电动汽车过渡的理想方案。
增程器是增程式电动汽车的核心部件，其主要由发电机和发动机组成，二者轴系的匹配和连接是增程器集成设计的一个重要问题。目前常见的增程器发电机与发动机的连接方式包括柔性联轴器和直接轴连接。柔性联轴器连接是通过柔性联轴器将发电机轴和发动机曲轴进行连接，该方式能够在一定程度上补偿两轴间因加工装配造成的偏差。但是柔性联轴器连接常需采用橡胶等弹性材料，存在强度低、寿命短、耐温差等问题，其次，受其自身传动效率的影响，增程器系统效率也会降低，另外，柔性联轴器的安装增加了轴向空间，且成本较高。直接轴连接则是在发电机轴和发动机曲轴连接处增设法兰螺孔等直连结构，通过螺栓将两轴刚性连接，该方式结构简单，能够减小增程器轴向长度，降低成本。但是直接轴连接对两轴间的偏差较为敏感，相关零部件的加工装配公差要求很高，装配性较差。
中国专利公告号：CN206135624U公开了一种增程器用单轴承永磁同步发电机结构。该发电机结构轴的动力端与发动机曲轴的输出端采用直接轴连接，轴的非动力端设置有支撑轴承，转子转动的圆周半径与定子排布所在圆的圆周半径之比设置为大于0.6，取消了发动机飞轮和轴的动力端轴承。该专利将发电机轴与发动机曲轴输出端直接轴连接，曲轴的扭矩完全传递至发电机轴上，取消了发电机轴的动力端轴承，将转子转动的圆周半径与定子排布所在圆的圆周半径之比设置为大于0.6，使转子形成尽可能大的转动惯量以替代飞轮。该专利具有体积小部件少的优势，但同时也存在以下缺陷：
1、发电机与发动机合装过程复杂，壳体前端盖定子组件、转子轴组件和后端盖组件三部分需单独依次进行装配，工艺性及后期维修性较差；
2、装配过程中壳体前端盖定子组件和转子轴组件同轴度难以保证，导致发电机定转子间气隙不均匀度增大，从而影响发电机运行的稳定性和可靠性，使振动噪音加剧；
3、在相关零部件加工装配误差累积的作用下，发电机转子轴组件通过直接轴连接加非动力端轴承支撑的安装方式易产生过定位的问题，从而导致发电机轴和发动机曲轴产生额外的内应力，加剧轴承磨损，降低轴系的可靠性；
4、取消了发动机飞轮及其附属的启动齿圈结构，通过转子的转动惯量替代飞轮存在一定的设计局限性，另外当车辆动力电池失电时无法及时启动发动机运转为电池充电，整车增程系统设计冗余度降低；
5.当发电机运转时，因电磁感应原理会在转子轴上感应产生轴电压，过高的轴电压会击穿发电机轴承和发动机轴瓦的润滑油膜产生放电电流，从而加剧轴承腐蚀磨损，严重影响增程器系统正常运行。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种转子共轴的增程器发电机结构，解决了现有增程器发电机转子组件悬臂安装时系统轴系刚度和动力学特性差、发电机定转子组件单独合装时气隙不均匀度差、发电机与发动机连接时轴向空间占用大及传动效率低的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种转子共轴的增程器发电机结构，包括电机壳体、电机端盖、定子组件、转子组件、转子支架、后端轴承、导电油封、启动齿圈和绕组护套，所述电机壳体前端通过内止口和法兰结构与发动机机体固定连接，所述电机壳体内部设有冷却水道，所述电机壳体后端连接有电机端盖，所述电机壳体内腔设置有定子组件，所述转子支架通过平键连接集成安装于外伸的发动机曲轴上，所述转子支架为一体成型的前端带外伸喇叭口的圆筒状结构，所述转子组件和启动齿圈安装于所述转子支架相应结构上。
进一步地，所述电机端盖通过止口定位和螺栓固定的方式与电机壳体后端连接，所述电机端盖中央设有轴承安装孔。
进一步地，所述后端轴承设置于发动机曲轴末端，所述发动机曲轴通过后端轴承支撑于电机端盖上。
进一步地，所述定子组件与电机壳体内壁过盈连接，所述电机壳体过盈热套于定子组件外侧。
进一步地，所述转子支架包括圆筒本体和外伸喇叭口结构，所述喇叭口外缘设有启动齿圈安装位，喇叭口侧壁设有减重孔，所述圆筒本体内腔设有支撑腹板结构，所述支撑腹板结构包括腹板，所述腹板中央设有中心孔，发动机曲轴外伸穿过中心孔。
进一步地，所述转子组件通过平键连接安装于所述转子支架的圆筒本体外缘上，所述转子组件位于电机壳体内腔且与定子组件对正。
进一步地，所述启动齿圈过盈安装于所述转子支架上的启动齿圈安装位上。
进一步地，所述绕组护套由绝缘材料制成，所述绕组护套通过螺钉安装于所述电机壳体前端并套设于所述定子组件的端部绕组上。
进一步地，所述导电油封由骨架油封和粘接于其端面的导电纤维层组成，所述导电油封外缘安装于发动机机体的油封安装孔内，所述导电油封内缘的唇口和导电纤维与发动机曲轴旋转接触。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、取消了电机前端盖、前端轴承和电机轴结构，显著减小了发电机轴向空间占用，降低了物料成本；
2、转子集成安装于发动机曲轴上，避免了分体转子轴与曲轴的连接，提高了传动效率、装配工艺性和后期维修性；
3、发动机曲轴末端通过后端轴承支撑，避免了转子悬臂，提高了系统轴系刚度和动力学特性，避免了发动机后端轴瓦的额外磨损情况；
4、发电机定转子间装配尺寸链组成环减少，累积偏差降低，有助于保证定转子气隙的不均匀度，从而提高发电机运转的可靠性，降低振动噪音；
5、启动齿圈用于提供外接驱动启动发动机的接口，其外缘齿形可与驱动齿轮啮合传动从而启动发动机运转，能够提高增程器系统运行的可靠性和效率；
6、通过在转子支架喇叭口侧壁上设计减重孔以及在圆筒内腔设计腹板结构能够对转子的转动惯量进行调整匹配，有助于减小发动机转速波动，提高增程器系统的运转平稳性；
7、绕组护套将高压绕组和高速旋转的转子支架隔开，保证了端部绕组的安全绝缘要求，有助于进一步减小发电机轴向空间占用，同时避免了启动齿圈啮合磨损产生铁屑进入定转子气隙对发电机运转产生不利影响；
8、导电油封将发动机腔室和发电机腔室相互隔绝，保证了两腔室独立密封的要求，同时导电油封上的导电纤维层能够将发电机转子轴上的轴电流导入发动机机体进行接地，有效避免了轴电流引起的轴承电腐蚀问题。
附图说明
图1为本发明一种转子共轴的增程器发电机结构的正剖结构示意图。
图2为本发明一种转子共轴的增程器发电机结构转子支架的结构示意图；
图3为本发明一种转子共轴的增程器发电机结构导电油封的结构示意图。
图中：1、发动机机体；2、导电油封；3、发动机曲轴；4、启动齿圈；5、绕组护套；6、电机壳体；7、电机端盖；8、定子组件；9、转子组件；10、后端轴承；11、转子支架；12、冷却水道；13、启动齿圈安装位；14、减重孔；15、腹板；16、中心孔；17、骨架油封；18、导电纤维层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，本发明公开了一种转子共轴的增程器发电机结构，包括电机壳体6、电机端盖7、定子组件8、转子组件9、转子支架11、后端轴承10、导电油封2、启动齿圈4和绕组护套5，电机壳体6前端通过内止口和法兰结构与发动机机体1固定连接，电机壳体6为圆筒状空腔结构，筒壁内部设有冷却水道12，优选地，冷却水道12为螺旋形水道，用于带走发电机运行过程中产生的热量。
进一步地，电机壳体6后端连接有电机端盖7，优选地，电机端盖7通过止口定位和螺栓固定的方式与电机壳体6后端连接，电机端盖7中央设有轴承安装孔。
进一步地，发动机曲轴3末端设置有后端轴承10，发动机曲轴3通过后端轴承10支撑于电机端盖7上。
值得说明的是，发动机机体1和发动机曲轴3为本发明的使用环境及接口，其主体结构均为本领域技术人员所熟知的公知常识，在此不做赘述。本发明所做的改进包括：发动机机体1靠近发电机侧设置有油封安装孔，发动机曲轴3结构外伸延长用于发电机转子的集成安装。
进一步地，定子组件8与电机壳体6内壁过盈连接，电机壳体6过盈热套于定子组件8外侧，通过设计合理的过盈量保证其连接的可靠性。
进一步地，参见图2，转子支架11为一体成型的前端带外伸喇叭口的圆筒状结构，喇叭口外缘设有启动齿圈安装位13，喇叭口侧壁设有减重孔14，圆筒本体内腔设有支撑腹板结构，支撑腹板结构包括腹板15，腹板15中央设有中心孔16，发动机曲轴3外伸穿过中心孔16，优选地，转子支架11通过平键连接集成安装于外伸的发动机曲轴3上。通过设计转子支架11喇叭口侧壁的减重孔14和圆筒内腔的腹板15，能够对转子的转动惯量进行调整匹配，有助于减小发动机转速波动，提高增程器系统的运转平稳性。
进一步地，转子组件9安装于转子支架11上，优选地，转子组件9通过平键连接安装于转子支架11的圆筒本体外缘上，转子组件9位于电机壳体6内腔且与定子组件8对正。
进一步地，启动齿圈4过盈安装于转子支架11上的启动齿圈安装位13上，启动齿圈4外缘带有齿形结构，用于提供外接驱动启动发动机的接口，其外缘齿形可与驱动齿轮啮合传动从而启动发动机运转，能够提高增程器系统运行的可靠性和效率。
进一步地，绕组护套5由绝缘材料制成，绕组护套5通过螺钉安装于电机壳体6前端并套设于定子组件8的端部绕组上，优选地，绕组护套5为塑料材质，能够起到将高压绕组和高速旋转的转子支架11隔开的作用，保证了端部绕组的安全绝缘要求，有助于进一步减小发电机轴向空间占用，同时避免了启动齿圈4啮合磨损产生铁屑进入定转子气隙对发电机运转产生不利影响。
进一步地，参见图3，导电油封2由骨架油封17和粘接于其端面的导电纤维层18组成，导电油封2外缘安装于发动机机体1的油封安装孔内，导电油封2内缘的唇口和导电纤维与发动机曲轴3旋转接触。导电油封2将发动机腔室和发电机腔室相互隔绝，保证了两腔室独立密封的要求，同时导电油封2上的导电纤维层18能够将发电机转子轴上的轴电流导入发动机机体1进行接地，有效避免了轴电流引起的轴承电腐蚀问题。
参见图1，发电机与发动机合装时，转子支架11通过平键连接集成安装于发动机曲轴3的外伸段上，电机壳体6前端通过止口定位和法兰螺栓固定的方式与发动机机体1直接连接，发动机曲轴3末端通过选用合适的轴承支撑于电机端盖7上。该转子共轴的增程器发电机结构取消了电机前端盖、前端轴承和电机轴结构，显著减小了发电机轴向空间占用，降低了物料成本；避免了分体转子轴与发动机曲轴3的连接，提高了传动效率、装配工艺性和后期维修性；发动机曲轴3末端通过后端轴承10支撑，避免了转子悬臂，提高了系统轴系刚度和动力学特性，避免了发动机后端轴瓦的额外磨损情况；发电机定转子间装配尺寸链组成环减少，累积偏差降低，通过合理地安排相关零部件的加工精度，定转子装配的同轴度更易保证，有助于保证定转子气隙的不均匀度，从而提高发电机运转的可靠性，降低振动噪音。
增程器系统工作时，外接驱动齿轮带动启动齿圈4旋转，发动机启动，动力经过发动机曲轴3直接带动转子旋转，进而通过电磁感应在定子线圈内部产生感应电动势，从而完成发电。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种转子共轴的增程器发电机结构，其特征在于：包括电机壳体(6)、电机端盖(7)、定子组件(8)、转子组件(9)、转子支架(11)、后端轴承(10)、导电油封(2)、启动齿圈(4)和绕组护套(5)，所述电机壳体(6)前端通过内止口和法兰结构与发动机机体(1)固定连接，所述电机壳体(6)内部设有冷却水道(12)，所述电机壳体(6)后端连接有电机端盖(7)，所述电机壳体(6)内腔设置有定子组件(8)，所述转子支架(11)通过平键连接集成安装于外伸的发动机曲轴(3)上，所述转子支架(11)为一体成型的前端带外伸喇叭口的圆筒状结构，所述转子组件(9)和启动齿圈(4)安装于所述转子支架(11)相应结构上。
2.根据权利要求1所述的一种转子共轴的增程器发电机结构，其特征在于：所述电机端盖(7)通过止口定位和螺栓固定的方式与电机壳体(6)后端连接，所述电机端盖(7)中央设有轴承安装孔。
3.根据权利要求1所述的一种转子共轴的增程器发电机结构，其特征在于：所述后端轴承(10)设置于发动机曲轴(3)末端，所述发动机曲轴(3)通过后端轴承(10)支撑于电机端盖(7)上。
4.根据权利要求1所述的一种转子共轴的增程器发电机结构，其特征在于：所述定子组件(8)与电机壳体(6)内壁过盈连接，所述电机壳体(6)过盈热套于定子组件(8)外侧。
5.根据权利要求1所述的一种转子共轴的增程器发电机结构，其特征在于：所述转子支架(11)包括圆筒本体和外伸喇叭口结构，所述喇叭口外缘设有启动齿圈安装位(13)，喇叭口侧壁设有减重孔(14)，所述圆筒本体内腔设有支撑腹板结构，所述支撑腹板结构包括腹板(15)，所述腹板(15)中央设有中心孔(16)，发动机曲轴(3)外伸穿过中心孔(16)。
6.根据权利要求1所述的一种转子共轴的增程器发电机结构，其特征在于：所述转子组件(9)通过平键连接安装于所述转子支架(11)的圆筒本体外缘上，所述转子组件(9)位于电机壳体(6)内腔且与定子组件(8)对正。
7.根据权利要求5所述的一种转子共轴的增程器发电机结构，其特征在于：所述启动齿圈(4)过盈安装于所述转子支架(11)上的启动齿圈安装位(13)上。
8.根据权利要求1所述的一种转子共轴的增程器发电机结构，其特征在于：所述绕组护套(5)由绝缘材料制成，所述绕组护套(5)通过螺钉安装于所述电机壳体(6)前端并套设于所述定子组件(8)的端部绕组上。
9.根据权利要求1所述的一种转子共轴的增程器发电机结构，其特征在于：所述导电油封(2)由骨架油封(17)和粘接于其端面的导电纤维层(18)组成，所述导电油封(2)外缘安装于发动机机体(1)的油封安装孔内，所述导电油封(2)内缘的唇口和导电纤维与发动机曲轴(3)旋转接触。
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| CN202311695944.0A CN117498619A (zh) | 2023-12-12 | 2023-12-12 | 一种转子共轴的增程器发电机结构 |
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| CN202311695944.0A CN117498619A (zh) | 2023-12-12 | 2023-12-12 | 一种转子共轴的增程器发电机结构 |
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| CN117498619A true CN117498619A (zh) | 2024-02-02 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN119448706A (zh) * | 2024-11-01 | 2025-02-14 | 格至驱智能科技(上海)有限公司 | 内转子电机 |
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2023
- 2023-12-12 CN CN202311695944.0A patent/CN117498619A/zh active Pending
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