一種高可靠性的四相交流起動發(fā)電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出的一種高可靠性的四相交流起動發(fā)電機，該電機包括端蓋、定子、軸承、磁軛、勵磁繞組、位置傳感器和由軸與爪極組成的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子軸上固定有轉(zhuǎn)子爪極，爪極極數(shù)為4n-2或4n-4，n為自然數(shù)，爪極內(nèi)側(cè)的勵磁繞組通過磁軛固定在電機一端端蓋上；定子位于轉(zhuǎn)子外側(cè)且極數(shù)為4n，定子極上安裝有集中繞組，相近相位的n個定子線圈串聯(lián)組成一相，四相定子繞組首尾依次環(huán)形連接，再分別接在四相橋臂的中點。本發(fā)明公開的四相起動發(fā)電機，既可以作為起動機又可以作為發(fā)電機；采用四相集中定子繞組，可靠性高；采用無刷電勵磁結(jié)構(gòu)，具有良好的電壓調(diào)節(jié)性能，適合用于汽車怠速停機系統(tǒng)使用。
【專利說明】—種高可靠性的四相交流起動發(fā)電機【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高可靠性的四相交流起動發(fā)電機，屬于汽車起動發(fā)電機【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]起動發(fā)電機既能當作電動機運行起動發(fā)動機，又能作為發(fā)電機運行為用電設(shè)備供電，是混合動力汽車、怠速停機汽車等新型節(jié)能汽車的關(guān)鍵部件。隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，對汽車關(guān)鍵部件的可靠性要求越來越高。四相電機具有四相繞組，當其中一相出現(xiàn)故障后，另外三相可以繼續(xù)工作，因此四相電機具有更高的可靠性。目前國內(nèi)外已有部分采用永磁同步電機的起動發(fā)電機的應(yīng)用，但是，永磁電機不具備快速滅磁能力，再切換負載或者遇到大故障時，系統(tǒng)會產(chǎn)生很大的電壓脈動，可能造成其他部件的損壞。因此永磁發(fā)電機需要外接額外的故障保護電路，這提高了系統(tǒng)成本。電勵磁交流發(fā)電機可以通過調(diào)節(jié)勵磁磁場來保持輸出電壓的穩(wěn)定，具有故障滅磁能力，具有良好的發(fā)展前景。
[0003]目前已有的技術(shù)中，授權(quán)的發(fā)明專利:四相永磁發(fā)電機，發(fā)明專利號:ZL200910189672，發(fā)明了一種四相永磁發(fā)電機，包括轉(zhuǎn)子組件、定子組件，轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)子支架、固定在轉(zhuǎn)子支架上由導(dǎo)磁材料制成的轉(zhuǎn)子圈、和緊貼轉(zhuǎn)子圈內(nèi)壁N極、S極相間設(shè)置的多個永磁體。公開的發(fā)明專利:一種四相永磁容錯電動機的控制方法，申請?zhí)?200810022702，公開了一種四相永磁容錯電動機的控制方法，根據(jù)系統(tǒng)故障診斷情況自動決定控制模態(tài)，當系統(tǒng)處于正常狀況時，采用SVPWM控制，當系統(tǒng)發(fā)生缺相故障時，采用容錯轉(zhuǎn)矩控制，且根據(jù)不同的缺相故障類型采用的不同的容錯控制方案?？梢钥闯?，采用冗余繞組的四相電機是提高可靠性的有效措施。在交流起動發(fā)電機方面，公開的發(fā)明專利:變頻交流起動發(fā)電系統(tǒng)勵磁結(jié)構(gòu)及交、直流勵磁控制方法，申請?zhí)?201110407601，公開了一種用于航空起動發(fā)電機的變頻交流起動發(fā)電系統(tǒng)勵磁結(jié)構(gòu)及交、直流勵磁控制方法，所述勵磁結(jié)構(gòu)由開路型定子三相繞組和兩端連接的三相橋式變換器組成。其勵磁磁場有三相繞組產(chǎn)生，是一種交流異步電機，起動時過載能力較弱，不適合作為汽車起動發(fā)電機。授權(quán)的發(fā)明專利:混合動力電動汽車用四相永磁發(fā)電機，授權(quán)號:ZL200410023862，發(fā)明了一種將鐵硼永磁體和極靴固定在轉(zhuǎn)子鐵心上的四相釹鐵硼永磁發(fā)電機，該發(fā)電機繞組采用分布式繞組，每個永磁磁極對應(yīng)4個定子槽，每相線圈跨定子鐵芯上的四個極依次嵌線。
[0004]相對于已有技術(shù)來說，本發(fā)明公開的高可靠性的四相交流起動發(fā)電機采用4n/(4n-2)或4n/(4n-4)極結(jié)構(gòu)，具有首尾依次相接的四相繞組，可靠性高；采用集中式分數(shù)槽繞組，槽滿率高；同時，本發(fā)明公開的四相交流起動發(fā)電機采用無刷爪極式電勵磁轉(zhuǎn)子，沒有碳刷滑環(huán)結(jié)構(gòu)，故障率低?？傊壳皣鴥?nèi)外尚未檢索到采用4n/(4n-2)或4n/(4n_4)極結(jié)構(gòu)、無刷爪極式電勵磁轉(zhuǎn)子和四相環(huán)形繞組的交流起動發(fā)電機。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有發(fā)動機的使用環(huán)境和起動轉(zhuǎn)速特性，提出了一種采用四相集中式繞組、無刷電勵磁轉(zhuǎn)子和四相環(huán)形接法的高可靠性的四相交流起動發(fā)電機，既可以起動發(fā)動機，又可以在起動后發(fā)電為發(fā)動機、汽車等提供電源。
[0006]本發(fā)明為解決其技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案:
一種高可靠性的四相交流起動發(fā)電機，包括前端蓋(12)、后端蓋(9)、定子、軸承(10)、勵磁磁軛(11)、勵磁繞組(7)、位置傳感器⑴和由軸(5)、N極爪極(3)、S極爪極(4)與爪極連接塊(2)組成的轉(zhuǎn)子，其特征在于:所述電機的轉(zhuǎn)子通過軸承定位在兩個端蓋上，可繞轉(zhuǎn)子的軸(5)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子的軸(5)上固定有N極爪極(3)，N極爪極(3)通過不導(dǎo)磁的爪極連接塊(2)焊接固定S極爪極(4)，N極爪極(3)和S極爪極(4)間隔排列，爪極總的極數(shù)為4n-2或4n-4，n為大于I的自然數(shù)，爪極的爪成鳥嘴型，爪極內(nèi)側(cè)的勵磁繞組(7)通過勵磁磁軛(11)固定在電機的其中一個端蓋上，勵磁磁軛(11)和爪極間有氣隙，爪極、氣隙、勵磁磁軛(11)和定子鐵心(8)共同形成閉合磁路；定子鐵心(8)和四相定子繞組(6)組成定子，定子位于轉(zhuǎn)子外側(cè)且極數(shù)為4n，每個定子極上都安裝有集中繞組，相近相位的η個定子線圈串聯(lián)組成一相，共有四相相位角相隔90°電角度的定子繞組(6);所述四相起動發(fā)電機，既可以作為起動機又可以作為發(fā)電機，作為起動機運行時既可以使用四相直流方波驅(qū)動，也可以使用四相正弦波驅(qū)動。
[0007]上述高可靠性的四相交流起動發(fā)電機，其特征在于:四相定子繞組出)首尾依次環(huán)形連接，再分別接在四相全橋變換器的四個橋臂的中點，即B相的首端、A相的尾端接在變換器第一橋臂的中點上，C相的首端、B相的尾端接在變換器第二橋臂的中點上，D相的首端、C相的尾端接在變換器第三橋臂的中點上，A相的首端、D相的尾端接在變換器第四橋臂的中點上。
[0008]本發(fā)明的有益效果如下:
⑴相對于已有技術(shù)來說，本發(fā)明公開的高可靠性的四相交流起動發(fā)電機采用4n/(4n-2)或4n/(4n-4)極結(jié)構(gòu)，具 有首尾依次相接的四相繞組，可靠性高；⑵采用集中式分數(shù)槽繞組，槽滿率高；⑶同時，本發(fā)明公開的四相交流起動發(fā)電機采用無刷爪極式電勵磁轉(zhuǎn)子，沒有碳刷滑環(huán)結(jié)構(gòu)，故障率低；(4)電機既可以當電動機運行起動發(fā)動機，又可以當作發(fā)電機運行在起動后為車載設(shè)備提供電源。作為起動機運行時，低速時使用方波驅(qū)動，輸出轉(zhuǎn)矩大；高速時使用正弦波驅(qū)動，轉(zhuǎn)速快。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明的高可靠性的四相交流起動發(fā)電機橫截面剖視圖，其中:1、位置傳感器；2.爪極連接塊；3、N極爪極；4、S極爪極；5、軸；6、定子繞組；7、勵磁繞組；8、定子鐵心。
[0010]圖2是本發(fā)明高可靠性的四相交流起動發(fā)電機側(cè)向剖視圖，其中:3、N極爪極；4、S極爪極；5、軸；6、定子繞組；7、勵磁繞組；8、定子鐵心；9、后端蓋；10、軸承；11、勵磁磁軛；12、前端蓋。
[0011]圖3為四相交流起動發(fā)電機應(yīng)用傳統(tǒng)的四相全橋變換器接法圖。
[0012]圖4為本發(fā)明高可靠性的四相交流起動發(fā)電機四相環(huán)形繞組及四相全橋變換器接法圖。
[0013]圖5為本發(fā)明高可靠性的四相交流起動發(fā)電機四相仿真反電勢。[0014]圖6為本發(fā)明高可靠性的四相交流起動發(fā)電機直流方波驅(qū)動電流圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明創(chuàng)造做進一步詳細說明。
[0016]如圖1所示的高可靠性的四相交流起動發(fā)電機結(jié)構(gòu)圖，包括前端蓋、后端蓋、定子、軸承、勵磁磁軛、勵磁繞組、位置傳感器和由軸、N極爪極、S極爪極與爪極連接塊組成的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子通過軸承定位在兩個端蓋上，可繞轉(zhuǎn)子的軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子的軸上固定有N極爪極，N極爪極通過不導(dǎo)磁的爪極連接塊固定S極爪極，N極爪極和S極爪極間隔排列，爪極總的極數(shù)為4n-2=14，n=4，爪極內(nèi)側(cè)的勵磁繞組通過勵磁磁軛固定在電機的一個端蓋上，勵磁磁軛和爪極間有氣隙，爪極、氣隙、勵磁磁軛和定子鐵心共同形成閉合磁路；定子鐵心和四相定子繞組組成定子，定子位于轉(zhuǎn)子外側(cè)且極數(shù)為16，每個定子極上都安裝有集中繞組。相近相位的定子線圈A1、A2、A3和A4串聯(lián)組成A相，相近相位的定子線圈B1、B2、B3和B4串聯(lián)組成B相，相近相位的定子線圈Cl、C2、C3和C4串聯(lián)組成C相，相近相位的定子線圈Dl、D2、D3和D4串聯(lián)組成D相，四相繞組相位角相隔90°電角度。
[0017]圖2所示的高可靠性的四相交流起動發(fā)電機側(cè)向剖視圖。轉(zhuǎn)子通過軸承定位在兩個端蓋上，可繞轉(zhuǎn)子的軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子的軸上固定有爪極。爪極內(nèi)側(cè)的勵磁繞組通過勵磁磁軛固定在電機的一個端蓋上，勵磁磁軛和爪極間有氣隙，爪極、氣隙、勵磁磁軛和定子鐵心共同形成閉合磁路。軸通過發(fā)動機曲軸機械連接，可以帶動轉(zhuǎn)子爪極旋轉(zhuǎn)。
[0018]圖3為四相交流起動發(fā)電機應(yīng)用傳統(tǒng)的四相全橋變換器接法圖。此接法為傳統(tǒng)接法，A相和C相繞組反向串聯(lián)后分別接在第一橋臂和第二橋臂的中點，B相和D相繞組反向串聯(lián)后分別接在第三橋臂和第四橋臂的中點。其控制方法和傳統(tǒng)的四相電機控制方法一致。
[0019]圖4為本發(fā)明高可靠性的四相交流起動發(fā)電機四相環(huán)形繞組及四相全橋變換器接法圖。四相繞組首尾依次環(huán)形連接，再分別接在四相全橋變換器的四個橋臂的中點，即A相的首端、D相的尾端接在變換器第一橋臂的中點上，B相的首端、A相的尾端接在變換器第二橋臂的中點上，C相的首端、B相的尾端接在變換器第三橋臂的中點上，D相的首端、C相的尾端接在變換器第四橋臂的中點上。
[0020]圖5為本發(fā)明高可靠性的四相交流起動發(fā)電機四相仿真反電勢。通過四相反電勢可以看出，由于采用分數(shù)槽繞組和鳥嘴型爪極，繞組的磁鏈沒有突變，所以反電勢正弦度較好。如果外接整流橋，所述電機可以作為發(fā)電機，由于具有四相繞組，一相故障后其他各相仍然能夠繼續(xù)容錯輸出。
[0021]圖6為本發(fā)明高可靠性的四相交流起動發(fā)電機直流方波驅(qū)動電流圖。若依據(jù)反電勢波形給四相繞組分別通以電流，則所述電機可以作為起動機運行。起動運行時四相繞組皆通電出力，起動轉(zhuǎn)矩大。
[0022]其工作原理為:
在本電機勵磁繞組上通有電流，此時在電機內(nèi)部會建立起磁場，產(chǎn)生的磁通將經(jīng)過勵磁磁軛、氣隙、N極爪極、氣隙、定子鐵心、S極爪極、氣隙、勵磁磁軛形成閉合磁路。由于采用無刷爪極式電勵磁轉(zhuǎn)子，沒有碳刷滑環(huán)結(jié)構(gòu)，故障率低。
[0023]發(fā)電運行時:原動機帶動本電機按一定方向旋轉(zhuǎn)，四相電樞繞組匝鏈的磁鏈隨著轉(zhuǎn)子位置改變而變化，從而產(chǎn)生四相交變的感應(yīng)電勢。當需要直流輸出時，用外接的四相全橋變換器整流輸出直流電能供給各種電氣負載或向蓄電池充電。
[0024]起動運行時:通過位置傳感器檢測電機轉(zhuǎn)子位置，將位置信號輸送給控制E⑶后，ECU控制四相全橋變換器的相應(yīng)開關(guān)管，給反電勢為正的繞組通以正向電流，給反電勢為負的繞組通以負向電流，電機即可實現(xiàn)對外輸出轉(zhuǎn)矩。
【權(quán)利要求】
1.一種高可靠性的四相交流起動發(fā)電機，包括前端蓋(12)、后端蓋(9)、定子、軸承(10)、勵磁磁軛(11)、勵磁繞組(7)、位置傳感器(I)和由軸(5)、N極爪極(3)、S極爪極(4)與爪極連接塊(2)組成的轉(zhuǎn)子，其特征在于:所述電機的轉(zhuǎn)子通過軸承定位在兩個端蓋上，可繞轉(zhuǎn)子的軸(5)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子的軸(5)上固定有N極爪極(3)，N極爪極(3)通過不導(dǎo)磁的爪極連接塊(2)焊接固定S極爪極(4)，N極爪極(3)和S極爪極(4)間隔排列，爪極總的極數(shù)為4n-2或4n-4，n為大于I的自然數(shù)，爪極的爪成鳥嘴型，爪極內(nèi)側(cè)的勵磁繞組(7)通過勵磁磁軛(11)固定在電機的其中一個端蓋上，勵磁磁軛(11)和爪極間有氣隙，爪極、氣隙、勵磁磁軛(11)和定子鐵心(8)共同形成閉合磁路；定子鐵心(8)和四相定子繞組(6)組成定子，定子位于轉(zhuǎn)子外側(cè)且極數(shù)為4n，每個定子極上都安裝有集中繞組，相近相位的η個定子線圈串聯(lián)組成一相，共有四相相位角相隔90°電角度的定子繞組(6);所述四相起動發(fā)電機，既可以作為起動機又可以作為發(fā)電機，作為起動機運行時既可以使用四相直流方波驅(qū)動，也可以使用四相正弦波驅(qū)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高可靠性的四相交流起動發(fā)電機，其特征在于:四相定子繞組(6)首尾依次環(huán)形連接，再分別接在四相全橋變換器的四個橋臂的中點，即B相的首端、A相的尾端接在變換器第一橋臂的中點上，C相的首端、B相的尾端接在變換器第二橋臂的中點上，D相的首端、C相的尾端接在變換器第三橋臂的中點上，A相的首端、D相的尾端接在變換器第四橋臂的中點上。`
【文檔編號】H02K19/26GK103701286SQ201410011535
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月10日
【發(fā)明者】史立偉 申請人:史立偉