CN201613826U - 车载取力供电系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开的车载取力供电系统，包括汽车交流发电机(200)、发电机控制模块(300)、蓄电池(400)、整流滤波逆变(600)、监控面板(500)、整流滤波(610)、交流负载(700)和直流负载(710)；汽车交流发电机(200)输出电压通过整流滤波逆变(600)后输出50Hz单相交流电，每套系统输出单相交流电电压幅值为100V～230V范围内一个单独设定的值，不同功率下电压幅值稳定度不低于0.5％，频率稳定度不低于0.5％。本实用新型的车载取力供电系统结构紧凑，直接由汽车发动机皮带轮或齿轮带动，可在汽车发动机怠速工况和高速工况下向系统提供电力；同时降低了汽车发电机组的成本，安全、可靠。

Description

车载取力供电系统
技术领域
本实用新型涉及需要在移动中同时使用交流电和直流电的车辆供电系统，特别是一种输出功率在3KW～10KW之间的车载取力供电系统。
背景技术
随着能源危机的日益严重，节能、环保已经成为全世界最为关注的两大主题，而汽车行业作为一个能源消耗和污染大户，其节能、环保性能一直备受关注，也必将成为未来汽车行业发展的方向。随着社会的不断发展，救护、紧急卫星通信等特种车辆需求日益提高；而随着人民生活水平的日益提高，房车等高档车辆开始进入人们日常生活；这些特种车辆的用电设备通常都使用220V、50Hz的交流电。
而传统由汽车发动机皮带轮直接拖动的汽车交流发电机，由于其输出功率通常都在0.5～0.7KW，且只提供电压幅值不大于42V单相直流电，不输出220V、50Hz交流电，无法满足这些特种车辆的用电要求；只能安装额外专用的发电机组来满足要求，而额外的发电机组其自身重量通常都在100Kg以上，并且还需要额外的能源才能进行工作，这无疑增加了能源的消耗和汽车污染的排放，并且这种特种车辆发电设备，通常都采用国外的进口产品，所有器件只能依赖进口，维修周期长，成本高，已经无法满足我国现有的社会发展水平。
而且传统的由汽车发动机皮带轮直接拖动的汽车交流发电机，其转子轴与爪极和转子磁轭配合部分是直轴网纹滚花设计，在发电机高速(转速高于5000转/分钟)运转时，容易产生转子轴与爪极和转子磁轭打滑现象，影响发电机正常工作；并且滑环外径小于后轴承内径，无法通过较大励磁电流，从而很难在汽车发动机怠速工况(转速低于900转/分钟)下提高发电机的磁通量，向汽车用电设备提供足够的电力。
实用新型内容
本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种直接由汽车发动机通过皮带轮或齿轮带动，在汽车发动机怠速工况(转速低于900转/分钟)和高速工况下(转速高于5000转/分钟)都能向汽车用电设备提供足够电力的车载取力供电系统。
本实用新型的技术解决方案是：车载取力供电系统，包括汽车交流发电机，发电机控制模块，蓄电池，整流滤波逆变，监控面板，整流滤波，交流负载和直流负载；其中汽车交流发电机与汽车发动机机械连接，汽车交流发电机与发电机控制模块电连接，发电机控制模块同时与整流滤波逆变、监控面板、蓄电池电连接，整流滤波逆变与交流负载电连接；汽车交流发电机、整流滤波、蓄电池及直流负载通过多芯电缆相互电连接；汽车交流发电机输出电压通过整流滤波逆变后输出一50Hz单相交流电，其每套系统输出单相交流电电压幅值为100V～230V范围内一个单独设定的值，不同功率下电压幅值稳定度不低于0.5％，频率稳定度不低于0.5％。
所述汽车交流发电机包括前端盖、后端盖、定子铁芯、定子绕组、转子轴、左爪极、右爪极、转子磁轭、励磁绕组、滑环、前轴承和后轴承；励磁绕组粘接在转子磁轭外侧成为一整体，左爪极、转子磁轭、励磁绕组、右爪极、后轴承和滑环依次过盈压装在转子轴上，转子轴前端过盈压装前轴承上；在定子铁芯的铁芯槽内镶有定子绕组；前端盖、后端盖通过止口分别与定子铁芯相连接。
所述定子绕组有两组引出线，其中一组引出线与整流滤波逆变相连，输出50Hz交流电；另一组引出线与整流滤波连接，输出单向直流电，其每套系统直流电压幅值可单独设定，幅值为12V、28V或42V，不同功率下电压幅值稳定度不低于0.5％。
所述转子轴和左爪极、右爪极、转子磁轭配合部分的台阶轴外径差大于0.5mm。
所述转子轴和左爪极、右爪极、转子磁轭配合部分的直纹滚花范围为×1～×4。
所述转子轴和左爪极、右爪极、转子磁轭配合部分的过盈量双边范围为0.1～0.5mm。
所述滑环的外径与后轴承内径比的范围为110％～150％。
本实用新型与现有技术相比的优点在于：
(1)本实用新型的车载取力供电系统，控制系统由发电机控制模块、整流滤波逆变、监控面板、整流滤波多重模块组成，结构紧凑，减少了发电机系统的体积和重量，使整套发电机系统总重量控制在20Kg以内；取代现有直流发电机及额外发电机组，直接由汽车发动机皮带轮或齿轮带动，即可在汽车发动机怠速工况(转速低于900转/分钟)向系统提供60％电力，高速工况(转速高于5000转/分钟)下向汽车用电设备提供电压幅值在100V～230V范围内一预先设定标准值、频率50Hz、功率3KW～10KW的稳定单相交流电，同时还提供一幅值12V、28V或42V，功率0.5～1KW的直流电。降低了汽车发电机组的成本，安全、可靠，具有较高的性能价格比。
(2)本实用新型的定子绕组有两组引出线，其中一组引出线与整流滤逆变相连，输出100V～230V范围内某一标准电压幅值、频率50Hz交流电，同时另一组引出线与整流滤波连接，输出一直流电，每套系统直流电压幅值可单独设定，幅值为12V、28V或42V。
(3)本实用新型供电系统的汽车发电机采用了转子轴和爪极、转子磁轭配合部分台阶轴过盈配合，保证了转子轴和爪极、转子轴和转子磁轭部分各自的过盈量都在0.1～0.5mm之间，同时轴上采用直纹滚花×1～×4，增强其径向摩擦力，有效防止汽车发动机高速(转速高于5000转/分钟)运行过程中，汽车发电机出现转子轴和爪极、转子磁轭打滑现象。
(4)汽车发电机采用了加大滑环外径的措施，使得滑环外径与后轴承内径比在110％～150％之间(根据最大输出功率进行调整)，避免了励磁电流较大情况下滑环出现打火现象，保证汽车发动机在怠速工作情况下，汽车交流发电机也能向汽车用电设备提供足够电力。
附图说明
图1为本实用新型的系统原理框图；
图2为本实用新型的汽车交流发电机的截面图；
图3为本实用新型的汽车交流发电机的磁路结构图；
图4为本实用新型的汽车交流发电机的定子引出线示意图；
图5为本实用新型的汽车交流发电机的转子轴和爪极、转子磁轭配合部分截面图；
图6为本实用新型的汽车交流发电机的转子轴和爪极、转子磁轭配合部分台阶轴截面图；
图7为本实用新型的汽车交流发电机的滑环和后轴承部分截面图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
如图1为本实用新型的系统原理框图，如图1所示：车载取力供电系统，包括汽车交流发电机200，发电机控制模块300，蓄电池400，整流滤波逆变600，监控面板500，整流滤波610，交流负载700，直流负载710。其中汽车交流发电机200通过皮带轮或者齿轮与汽车发动机100机械连接。
汽车交流发电机200与发电机控制模块300相互电连接，发电机控制模块300同时与整流滤波逆变600、监控面板500、蓄电池400相互电连接，整流滤波逆变600与交流负载700通过多芯电缆相互电连接，同时汽车交流发电机200、整流滤波610、蓄电池400及直流负载710通过多芯电缆相互连接。
发电机控制模块300通过蓄电池400获得起始直流工作电压，系统运行后通过整流滤波模块向蓄电池400充电；发电机控制模块300控制汽车交流发电机200，并同时控制整流滤波逆变600；同时监控面板500显示系统过流、欠压、过载、低速、高温报警信号，并有单独控制开关与发电机模块300相连，以控制整套系统运行与停止。
汽车交流发电机200输出电压通过整流滤波逆变600后输出一50Hz单相交流电，保证最后输出频率50Hz、幅值为100V～230V范围内一个预先设定标准值的单相交流电，不同功率下电压幅值稳定度不低于0.5％，频率稳定度不低于0.5％。
本实用新型的蓄电池400额定电压12V，额定功率35Ah～45Ah。交流负载700的额定电压范围100V～230V(每套系统只有在其范围内某一预先设定值)，额定频率50Hz，功率需求范围3KW～10KW。直流负载710的额定电压12V，功率需求范围0.5KW～1KW，额定电压也可为28V或42V。整流滤波610通过三相全波整流电路将发电机绕组a’、b’、c’输出三相交流电转换成单相直流电，再通过直流滤波电路滤除多余杂波，保证最后输出一电压为12V或28V、42V的单相直流电。
本实用新型的整流滤波逆变600通过三相全波整流电路将发电机绕组a、b、c输出三相交流电转换成单相直流电，再通过直流滤波电路滤除多余杂波，保证直流滤波后输出一电压为310V单相直流电，最后通过正弦逆变及相关辅助电路保证最后输出一电压在100V～230V范围内某一预先设定值、频率50Hz的单相交流电。
本实用新型的发电机控制模块通过微处理器获取整流滤波逆变电路中的直流电压信号，来控制汽车交流发电机的励磁电压，从而保证直流滤波后输出一电压为310V单相直流电；同时通过其它采样电路获取系统过流、欠压、过载、低速、高温等信号，并向监控面板发出相关信号。
如图2所示，本实用新型的汽车交流发电机部分主要由电机前端盖9、后端盖18、定子铁芯10、定子绕组23、转子轴16、左爪极11、右爪极13、转子磁轭15、励磁绕组14、滑环19，前轴承6和后轴承17组成。励磁绕组14粘接在转子磁轭15外侧成为一整体，左爪极11、转子磁轭15和励磁绕组14、右爪极13、后轴承17、滑环19依次过盈压装在转子轴16上，转子轴16前端过盈压装前轴承6共同组成转子体。在定子铁芯10的铁芯槽内镶有定子绕组23，前端盖9、后端盖18通过止口分别与定子铁芯10相连接，再通过轴承室分别与前轴承6、后轴承17以及转子体连接共同组成发电机。
汽车交流发电机200的磁路结构如附图3所示，励磁绕组14通电产生轴向磁通，通过转子磁轭15和左爪极11、右爪极13转换成径向磁通，经过定子铁芯10和左爪极11、右爪极13之间的气隙，再回到转子体上。
本实用新型汽车交流发电机200的定子引出线如附图4所示：定子绕组23有两组引出线a、b、c和a’、b’、c’，其中a、b、c引出线与正流滤波逆变600相连，保证输出50Hz、幅值为100V～230V范围内一预先设定标准值的单相交流电压；同时另一组a’、b’、c’引出线与整流滤波610连接，输出一直流电压，每套系统直流电压幅值可单独设定，a’、b’、c’引出线位置根据设定电压进行调整，设定电压幅值为12V、28V或42V，不同功率下电压幅值稳定度不低于0.5％，系统运行后向蓄电池400充电从而取代传统汽车直流发电机。
本实用新型汽车交流发电机200的转子轴和爪极、转子磁轭配合部分如附图5、6所示：采用了转子轴16和左爪极11、右爪极13、转子磁轭15配合部分台阶轴过盈配合，保证了转子轴16和左爪极11、右爪极13，转子轴16和转子磁轭15部分各自的过盈量范围为0.1～0.5mm，同时转子轴16上采用直纹滚花的范围×1～×4，有效防止汽车发动机高速(转速高于5000转/分钟)运行过程中，汽车发电机出现转子轴16和左爪极11、右爪极13、转子磁轭15脱落现象。
另外，本实用新型还采用了加大滑环19外径的措施。如图7所示，滑环19外径与后轴承17内径比的范围为110％～150％(可以根据最大输出功率进行调整)，避免了在励磁电流较大情况下滑环19出现打火现象，保证汽车发动机在怠速工作的情况下，汽车发电机也能向汽车用电设备提供足够电力。
本实用新型说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术，本实用新型的保护范围并不局限于上述具体方式。根据本实用新型的基本技术构思，本领域技术人员无需经过创造性劳动，即可联想到的实施方式，也落入本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.车载取力供电系统，其特征在于：包括汽车交流发电机(200)，发电机控制模块(300)，蓄电池(400)，整流滤波逆变(600)，监控面板(500)，整流滤波(610)，交流负载(700)和直流负载(710)；其中汽车交流发电机(200)与汽车发动机(100)机械连接，汽车交流发电机(200)与发电机控制模块(300)电连接，发电机控制模块(300)同时与整流滤波逆变(600)、监控面板(500)、蓄电池(400)电连接，整流滤波逆变(600)与交流负载(700)电连接；汽车交流发电机(200)、整流滤波(610)、蓄电池(400)及直流负载(710)通过多芯电缆相互电连接；汽车交流发电机(200)输出电压通过整流滤波逆变(600)后输出一50Hz单相交流电，其每套系统输出单相交流电电压幅值为100V～230V范围内一个单独设定的值，不同功率下电压幅值稳定度不低于0.5％，频率稳定度不低于0.5％。
2.根据权利要求1的车载取力供电系统，其特征在于：所述汽车交流发电机(200)包括前端盖(9)、后端盖(18)、定子铁芯(10)、定子绕组(23)、转子轴(16)、左爪极(11)、右爪极(13)、转子磁轭(15)、励磁绕组(14)、滑环(19)、前轴承(6)和后轴承(17)；励磁绕组(14)粘接在转子磁轭(15)外侧成为一整体，左爪极(11)、转子磁轭(15)、励磁绕组(14)、右爪极(13)、后轴承(17)和滑环(19)依次过盈压装在转子轴(16)上，转子轴(16)前端过盈压装前轴承(6)上；在定子铁芯(10)的铁芯槽内镶有定子绕组(23)；前端盖(9)、后端盖(18)通过止口分别与定子铁芯(10)相连接。
3.根据权利要求2的车载取力供电系统，其特征在于：所述定子绕组(23)有两组引出线，其中一组引出线与整流滤波逆变(600)相连，输出50Hz交流电；另一组引出线与整流滤波(610)连接，输出单向直流电，其每套系统直流电压幅值可单独设定，幅值为12V、28V或42V，不同功率下电压幅值稳定度不低于0.5％。
4.根据权利要求2的车载取力供电系统，其特征在于：所述转子轴(16)和左爪极(11)、右爪极(13)、转子磁轭(15)配合部分的台阶轴外径差大于0.5mm。
5.根据权利要求2的车载取力供电系统，其特征在于：所述转子轴(16)和左爪极(11)、右爪极(13)、转子磁轭(15)配合部分的直纹滚花范围为×1～×4。
6.根据权利要求2的车载取力供电系统，其特征在于：所述转子轴(16)和左爪极(11)、右爪极(13)、转子磁轭(15)配合部分的过盈量双边范围为0.1～0.5mm。
7.根据权利要求2的车载取力供电系统，其特征在于：所述滑环(19)的外径与后轴承(17)内径比范围为110％～150％。
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