CN1249882C - 汽车无槽交流发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种汽车无槽交流发电机，包括定子、转子和整流器，转子包括转轴，转轴上套固有皮带轮、两个极盘和与碳刷接触的滑环，定子包括定子铁芯和缠绕在定子铁芯上的定子线圈，转子的每一极盘包括呈辐射状均匀排列的偶数个磁极，每一磁极上绕有励磁线圈，相邻磁极上的励磁线圈的缠绕方向相反，定子铁芯的数量是磁极数量的3的整数倍，定子铁芯按圆周排列、间隔均布、并固定在两个圆环盘的凹槽内，每块定子铁芯的两端外侧相对应的磁极的极性相反，每个磁极和每一定子铁芯各由多片冷轧取向硅钢片叠加并固接在一起，每片冷轧取向硅钢片按取向方向制作，各磁极与定子铁芯之间留有间隙。这种汽车无槽交流发电机，发电效率达到75%以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种交流发电机，更具体说是一种汽车无槽交流发电机。
背景技术
目前，各种类型的汽车上所采用的交流发电机都是有槽的交流发电机，即在由彼此绝缘的圆形矽钢片叠压制成的定子铁芯上冲制若干个凹槽，凹槽内嵌有定子线圈。这种汽车上用的有槽交流发电机，虽然具有体积小、功率大的特点，但发电效率低，最高只能达到50％。究其原因是因为发电机的定子铁芯和转子铁芯是选用低硅硅钢片或电工纯铁，而低硅硅钢片或电工纯铁由于导磁率低、铁损大，发电机容易发热，因而发电效率低。随着社会的进步和生活水平的提高，人们对汽车的舒适性和安全性的需求日益迫切，汽车上的电器设备在不断增加、用电量也随之增大，因此，如何提高汽车发电机的效率，满足汽车电器设备的用电需求，就成了汽车交流发电机设计者急需研究的课题。由国家机械工业局主管、长沙汽车研究所主办的《汽车电器》2003年第四期刊登的“交流发电机铁芯的新材料”一文，所介绍的新材料的机械特性和磁特性的参数是：材料厚度0.35mm、铁损56W/kg、最小磁通量密度1.72T、屈服点200-220Mpa，采用这种新材料制造汽车交流发电机的铁芯，发电效率仅提高10％，即发电效率还不够高。
发明内容
本发明的目的是提供一种发电效率更高的汽车无槽交流发电机。
为了实现本发明的目的，所提供的汽车无槽交流发电机，包括定子、转子和整流器，转子包括转轴，转轴上套固有皮带轮、两个极盘和与碳刷接触的滑环，定子包括定子铁芯和缠绕在定子铁芯上的定子线圈，定子线圈的输出端与整流器构成电连接，其结构特点是转子的每一极盘包括呈辐射状均匀排列的偶数个磁极，各磁极的内段紧密邻接、外段呈加粗的梯形面，该梯形面的底边呈弧形，每一磁极上绕有励磁线圈，相邻磁极上的励磁线圈的缠绕方向相反，定子铁芯的数量是磁极数量的3的整数倍，定子铁芯按圆周排列、间隔均布、并固定在两个圆环盘的凹槽内，每块定子铁芯的两端外侧相对应的磁极的极性相反，每个磁极和每一定子铁芯各由多片冷轧取向硅钢片叠加并固接在一起，每片冷轧取向硅钢片按取向方向制作，使各磁极及定子铁芯的导磁方向与冷轧取向硅钢片的取向方向完全一致，各磁极与定子铁芯之间留有间隙。
上述的偶数个磁极，其数量优选范围在2-18个之间，最好是8个，各磁极之间留有通风孔。
为了使每个磁极与转轴牢固地固定在一起，在转轴上还套固有位于每一极盘正反两个盘面外的两对夹盘，每对夹盘由紧固件紧固在一起。
上述的紧固件可以是穿过夹盘和磁极的紧固螺栓，也可以是其它的构件，如固定销。
上述的转轴是呈圆柱状阶梯形，两个极盘之间的中段最粗、两端段最细，在转轴位于两个极盘之间的中段上套固有风扇叶片。
上述的各磁极与定子铁芯之间的间隙耦合面是圆台形弧面，也可以是圆柱形弧面或平面。
本发明所述的汽车无槽交流发电机，工作时，激磁电流通过碳刷、滑环、连接导线，进入励磁线圈，产生感应磁场，其极性的分布是N极、S极相间排列，并且两个极盘安装在定子铁芯的两端外侧，对每块定子铁芯来说，它的两端外侧相对应的极盘磁极的极性是相反的，当原动机经皮带将动力传递给皮带轮，再由皮带轮带动转轴旋转时，两个极盘也同时旋转，当相邻的下一个磁极转动到该定子铁芯的外侧时，该定子铁芯两端的极性同时改变，即由S极变为N极、N极变为S极，因此，绕在定子铁芯上的定子线圈就感应出交变的电动势，产生交流电，若定子线圈按三相交流电的要求接线，就可得到三相交流电，再经过三相桥式整流器整流，变为直流电，向汽车上的电器设备供电。
本发明所述的汽车无槽交流发电机的结构特点是：1、转子两个极盘上的每一个磁极和定子铁芯在制作时都按照冷轧取向硅钢片的取向方向选材，充分有效地利用了冷轧取向硅钢片的取向特性，使转子各磁极及定子铁芯的导磁方向与硅钢片的取向方向完全一致，优化了导磁性能，使感应磁场强度相应地增强，从而提高了发电机的效率；2、由于两个极盘上的磁极呈辐射状均匀排列，相当于叶片，在转子旋转时起到风扇的作用，风从发电机两端的端盖吸入、从定子线圈处吹出，一方面冷却定子，另一方面将转子的热量带走，显著地降低了发电机的温升，风扇叶片进一步增强了散热效果。
通过以上的叙述可知，本发明的汽车无槽交流发电机，其有益效果是：1、充分有效地利用了冷轧取向硅钢片的取向特性，导磁率高，铁损低，发电效率比通用的有槽交流发电机提高25％以上，即由50％提高到75％以上；2、由于定子铁芯和转子的磁极近似于长条形，无需冲槽，一方面是模具简单，容易制作，降低了模具的制作费用，另一方面提高了材料的利用率，由原来的18％-30％提高到90％-95％。
附图说明
本发明的实施例结合附图加以说明，其中：
图1是汽车无槽交流发电机的结构示意图；
图2是极盘的结构示意图，图中只在一个磁极上画出励磁线圈；
图3是图2的A-A剖视图；
图4是极盘结构的分解示意图，图中未画出励磁线圈；
图5是定子铁芯按圆周排列、间隔均布的示意图；
图6是极盘磁极与定子铁芯之间磁力线的走向展开示意图；
图7是整流器的电路原理图。
图中，1为转轴，2为皮带轮，3为极盘，4为碳刷，5为滑环，6为磁极，7为励磁线圈，8为夹盘，9为紧固件，10为定子铁芯，11为端盖，12为轴承，13为端盖固定螺栓，14为连接导线，15为定子线圈，16为圆环盘，17为间隙耦合面，18为整流器，19为三相桥式整流器的二极管，20为蓄电池，21为电压调节器，22为充电指示灯，23为点火开关，24为风扇叶片，25为通风孔。图2和图4中在四个磁极上的线条表示冷轧取向硅钢片的取向方向。
具体实施方式
参照附图，实施例所述的汽车无槽交流发电机，包括定子、转子和整流器18。转子包括通过轴承12支撑在左右两个端盖11上的转轴1，左右两个端盖11由端盖固定螺栓13固定，转轴1上套固有皮带轮2、两个极盘3和与碳刷4接触的滑环5，转轴1是呈圆柱状阶梯形，两个极盘3之间的中段最粗、两端段最细，在转轴1位于两个极盘3之间的中段上套固有风扇叶片24，转子的每一极盘3包括呈辐射状均匀排列的8个磁极6，各磁极6的内段紧密邻接、外段呈加粗的梯形面，该梯形面的底边呈弧形，各磁极6之间留有通风孔25，每一磁极6上绕有励磁线圈7，相邻磁极6上的励磁线圈7的缠绕方向相反，各励磁线圈7既可以串联连接，也可以并联连接，为了使每个磁极6与转轴1牢固地固定在一起，在转轴1上还套固有位于每一极盘3正反两个盘面外的两对夹盘8，每对夹盘8由紧固件9紧固在一起，紧固件9是穿过夹盘8和磁极6的紧固螺栓。定子包括定子铁芯10和缠绕在定子铁芯10上的定子线圈15，定子线圈15的输出端与整流器18构成电连接，定子铁芯10的数量是24个，定子铁芯10按圆周排列、间隔均布、并固定在两个圆环盘16的凹槽内，每块定子铁芯10的两端外侧相对应的磁极6的极性相反，每个磁极6和每一定子铁芯10各由多片冷轧取向硅钢片叠加并固接在一起，每片冷轧取向硅钢片按取向方向制作，使各磁极6及定子铁芯10的导磁方向与冷轧取向硅钢片的取向方向完全一致，各磁极6与定子铁芯10之间留有间隙，间隙耦合面17是圆台形弧面。整流器18的结构和工作原理是公知技术，省略。
当励磁线圈选用线径0.85mm、每个磁极6上绕160匝时：表1列出的是在拖动功率相同的情况下，本发明的汽车无槽交流发电机与桑塔纳车用有槽发电机发电量的数据比较；表2列出的是在拖动负载相同的情况下，本发明的汽车无槽交流发电机与桑塔纳车用有槽发电机的耗能数据比较。
当励磁线圈选用线径0.90mm、每个磁极6上绕156匝时：表3列出的是在拖动功率相同的情况下，本发明的汽车无槽交流发电机与桑塔纳车用有槽发电机发电量的数据比较；表4列出的是在拖动负载相同的情况下，本发明的汽车无槽交流发电机与桑塔纳车用有槽发电机的耗能数据比较。
表1
| 拖动功率(单相电动机220V 1.5HP额定电流：9.3A) | 模拟负载(组合灯泡) | 无槽发电机发电(自制8极1.2KW) | 有槽发电机发电(桑塔纳车用发电机1260W、14V90A) | 无槽机发电量比有槽机多发电量 |
| 210V 5.5A | 220W | 13V×22A 286W | 8.5V×17A 144.5W | 141.5W |
| 210V 6A | 450W | 10.5V×34A 357W | 7V×26A 182W | 175W |
| 210V 7A | 450W | 13V×38A 494W | 9.5V×32A 304W | 190W |
| 210V 8A | 670W | 10V×52A 520W | 8V×44A 352W | 168W |
表2
| 拖动模拟负载(组合灯泡) | 拖动无槽发电机消耗的功率 | 拖动有槽发电机消耗的功率 | 拖动无槽发电机比拖动有槽发电机少耗能 |
| 10V 18A | 215V 5.2A 1118W | 210V 6.2A 1302W | 16％ 184W |
| 10V 33A | 210V 6A 1260W | 210V 7.4A 1554W | 19％ 294W |
| 10V 50A | 210V 7.8A 1638W | 210V 9.8A 2058W | 21％ 420W |
| 8V 60A | 210V 8.4A 1764W | 210V 10.4A 2184W | 20％ 420W |
| 9V 63A | 210V 9.4A 1974W | 2O8V 12A 2496W | 22％ 522W |
表3
| 拖动功率(单相电动机220V 1.5HP额定电流：9.3A) | 模拟负载(组合灯泡) | 无槽发电机发电(自制8极1.2KW) | 有槽发电机发电(桑塔纳车用发电机1260W、14V 90A) | 无槽机发电量比有槽机多发电量 |
| 210V 5.5A | 220W | 13V×22A 286W | 8V×16A 128W | 158W |
| 210V 6A | 450W | 10V×33A 330W | 6.8V×26A 176.8W | 153W |
| 210V 7A | 450W | 12.5V×38A 475W | 9.5V×32A 304W | 171W |
| 210V 8A | 670W | 10V×52A 520W | 8V×44A 352W | 168W |
表4
| 拖动模拟负载(组合灯泡) | 拖动无槽发电机消耗的功率 | 拖动有槽发电机消耗的功率 | 拖动无槽发电机比拖动有槽发电机少耗能 |
| 10V 18A | 210V 5.2A 1092W | 210V 5.9A 1239W | 147W |
| 10V 34A | 210V 6.2A 1302W | 210V 7.2A 1512W | 210W |
| 10V 51A | 210V 8A 1680W | 205V 9.8A 2009W | 329W |
| 8V 61A | 210V 8.6A 1806W | 205V 10.5A 2152.5W | 346W |
| 9V 64A | 205V 9.6A 1968W | 200V 12.4A 2480W | 512W |
Claims (9)
1、一种汽车无槽交流发电机，包括定子、转子和整流器(18)，转子包括转轴(1)，转轴(1)上套固有皮带轮(2)、两个极盘(3)和与碳刷(4)接触的滑环(5)，定子包括定子铁芯(10)和缠绕在定子铁芯(10)上的定子线圈(15)，定子线圈(15)的输出端与整流器(18)构成电连接，其特征是转子的每一极盘(3)包括呈辐射状均匀排列的偶数个磁极(6)，各磁极(6)的内段紧密邻接、外段呈加粗的梯形面，该梯形面的底边呈弧形，每一磁极(6)上绕有励磁线圈(7)，相邻磁极(6)上的励磁线圈(7)的缠绕方向相反，定子铁芯(10)的数量是磁极(6)数量的3的整数倍，定子铁芯(10)按圆周排列、间隔均布、并固定在两个圆环盘(16)的凹槽内，每块定子铁芯(10)的两端外侧相对应的磁极(6)的极性相反，每个磁极(6)和每一定子铁芯(10)各由多片冷轧取向硅钢片叠加并固接在一起，每片冷轧取向硅钢片按取向方向制作，使各磁极(6)及定子铁芯(10)的导磁方向与冷轧取向硅钢片的取向方向完全一致，各磁极(6)与定子铁芯(10)之间留有间隙。
2、根据权利要求1所述的汽车无槽交流发电机，其特征是偶数个磁极(6)的数量在2-18个之间。
3、根据权利要求2所述的汽车无槽交流发电机，其特征是磁极(6)是8个。
4、根据权利要求1或2所述的汽车无槽交流发电机，其特征是各磁极(6)之间留有通风孔(25)。
5、根据权利要求1所述的汽车无槽交流发电机，其特征是在转轴(1)上还套固有位于每一极盘(3)正反两个盘面外的两对夹盘(8)，每对夹盘(8)由紧固件(9)紧固在一起。
6、根据权利要求5所述的汽车无槽交流发电机，其特征是紧固件(9)是穿过夹盘(8)和磁极(6)的紧固螺栓。
7、根据权利要求5所述的汽车无槽交流发电机，其特征是转轴(1)是呈圆柱状阶梯形，两个极盘(3)之间的中段最粗、两端段最细。
8、根据权利要求7所述的汽车无槽交流发电机，其特征是在转轴(1)位于两个极盘(3)之间的中段上套固有风扇叶片(24)。
9、根据权利要求1、2或3所述的汽车无槽交流发电机，其特征是各磁极(6)与定子铁芯(10)之间的间隙耦合面(17)是圆台形弧面。
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