CN103219851B - 一种汽车无空转系统用电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种汽车无空转系统用电机，包括永磁转子、定子、功率变换器、端盖、位置传感器和皮带轮等，其特征在于：定子极数为12k，转子极数为2p，且10k≤2p≤14k，k、p为自然数；转子极上平面永磁体的轴向中心线与电机轴向方向之间存在5°到12°的夹角；12k个定子极上按集中绕组缠绕方式分别缠有一个定子线圈，各个定子线圈的相位差为30°/k，相位角在每隔30°扇区内的定子线圈串联组成一相定子绕组，相位相差120°的三相定子绕组按星形接法接在一体组成两个三相定子绕组，定子绕组的另一端接三相功率变换器。本发明电机既可以发电运行，又可以电动运行，适合作为无空转系统的起动发电机使用。电机气隙磁场更接近正弦，定子铁心的磁密谐波分量少，电机的铁耗小，且电机几乎没有定位力矩，电磁振动小，噪声低；两套绕组组成了双Y移30°六相绕组，高次谐波少、电机效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车无空转系统用电机，属于汽车电机技术领域。
背景技术
汽车无空转系统是指发动机不会在汽车怠速的状态下空转,也就是说汽车怠速时自动关闭发动机，从而达到节省燃油和降低排放的目的。目前，有的国家和地区已经要求发动机怠速超过3分钟必须关闭。目前国内外开始使用的无空转系统电机主要有两类，一类是利用传统的汽车起动系统和电源系统改造，通过改进起动机的材料和结构、增大发电机和蓄电池容量来延长起动系统的寿命，由于该起动机有碳刷和集电器，因此这一类型的无空转系统目前尚存在着寿命过短的问题，而且该起动机起动时会和发动机的飞轮啮合，噪声大；另一类型的无空转系统通过皮带式起动发电机来实现，这种皮带式起动发电机实现了起动机和发电机的集成，提高了材料利用率，起动系统没有碳刷和集电器，寿命长，因此是汽车无空转系统的发展趋势。本发明公开了一种汽车无空转系统用永磁电机，具有发电效率高、谐波少等优点。
在已有技术中，授权的发明专利：ZL200780042653.4，一种车辆用混合发动机辅助系统，包括一个通过配线与发电电动机和旋转机的三相电力端子连接的变换器，在发电电动机侧连接的情况下，将发电电动机产生的所述三相交流电转换成直流电，在与旋转机侧连接的情况下，将电池的直流电转换成三相交流电、向旋转机供给。申请号为201110441696.8的中国发明专利：一种新型自动启停系统，该系统由机械式自动变速箱AMT(120)实现发动机自动熄火和自动挂档和起步,所述自动启停系统根据驾驶员是否使用空调、启动电机发热情况、油门踏板和刹车信号确定是否启用自动启停功能。公告的中国发明专利：发动机智能启停系统及用于汽车的智能启停方法申请号：201110306317.4，给出了一种发动机智能启停系统及用于汽车的智能启停方法。该系统包括：第一开关、用于控制第一开关发动机控制模块、第二开关、以及控制第二开关的智能传感控制单元；其中，第一开关与第二开关相串联以控制起动机，若离合器为完全分离状态或变速箱为空挡状态，则智能传感控制单元使第二开关闭合；否则，智能传感控制单元使第二开关断开。
以上专利给出了汽车或混合动力汽车无空转系统的运行控制原理，但未涉及一种适合无空转系统使用的电机。而电机作为无空转系统的一个关键部件，其性能直接影响到无空转系统的实际效率和可靠性。本发明的电机绕组为新型的分数槽集中绕组，其端部较短，铜损较少；由于本电机永磁磁极采用斜极，因此气隙磁场更接近正弦，其磁动势谐波少，电机的铁损少，且电磁振动小，噪声低；电机的两套绕组组成了双Y移30°六相绕组，其输出波形谐波分量少，电机的定位转矩小。
发明内容
本发明的目的是提供一种功率密度大、发电效率高、转矩脉动小、噪声低的无空转系统用电机。具体是：
一种汽车无空转系统用电机，包括由轴、转子铁心、永磁体、极靴、非导磁螺钉构成的转子，由定子铁心、线圈绕组构成的定子和功率变换器、前端盖、后端盖、位置传感器、轴承和皮带轮等，其特征在于：定子极数为12k，转子极数为2p，且符合10k≤2p≤14k，k、p为自然数；每个转子极上都安装有带有极靴的永磁体，极靴位于永磁体的圆周外侧，永磁体和极靴用非导磁螺钉固定，永磁体为平面永磁体，转子铁心与永磁体的接合面也为平面，永磁体轴向中心线与电机轴向方向之间存在一定夹角，且夹角在5°到12°之间；12k个定子极上按集中绕组缠绕方式分别缠有一个定子线圈，各个定子线圈的相位差为30°/k，相位角在[0°，30°)扇区的k个定子线圈串联再和相位角在[180°，210°)扇区的k个定子线圈反向串联组成A相定子绕组，相位角在[30°，60°)扇区的k个定子线圈串联再和相位角在[210°，240°)扇区的k个定子线圈反向串联组成D相定子绕组，相位角在[240°，270°)扇区的k个定子线圈串联再和相位角在[60°，90°)扇区的k个定子线圈反向串联组成C相定子绕组，相位角在[270°，300°)扇区的k个定子线圈串联再和相位角在[90°，120°)扇区的k个定子线圈反向串联组成F相定子绕组，相位角在[120°，150°)扇区的k个定子线圈串联再和相位角在[300°，330°)扇区的k个定子线圈反向串联组成B相定子绕组，相位角在[150°，180°)扇区的k个定子线圈串联再和相位角在[330°，0°)扇区的k个定子线圈反向串联组成E相定子绕组，相位相差120°的A相定子绕组、B相定子绕组和C相定子绕组的一端按星形接法接在一体组成第一三相定子绕组，相位与A相定子绕组相差30°的D相定子绕组、相位与B相定子绕组相差30°的E相定子绕组和相位与C相定子绕组相差30°的F相定子绕组的一端也按星形接法接在一体组成第二三相定子绕组；A相定子绕组、D相定子绕组的另一端接功率变换器第一桥臂的中点，B相定子绕组、E相定子绕组的另一端接功率变换器第二桥臂的中点，C相定子绕组、F相定子绕组的另一端接功率变换器第三桥臂的中点；需要汽车无空转系统起作用时，发动机可停止怠速运转以节省燃油；当无空转系统停止，需要汽车发动机起动时，所述电机变为电动机状态工作，起动发动机；汽车发动机起动以后，所述电机切换为发电机状态工作，所发出的电被稳压模块稳压后给蓄电池充电或供用电设备使用。
根据以上的技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下的有益效果：
1.本发明的电机绕组为新型的分数槽集中绕组，其端部较短因此节省了大量的铜材，并减少电机发热，提高电机效率；
2.由于本电机永磁磁极采用角度合适的斜极，因此气隙磁场更接近正弦，定子铁心的磁密谐波分量少，电机的铁耗小，电机效率高；
3.电机的永磁磁极采用斜极后，其磁动势谐波少，电机几乎没有定位力矩，电机的电磁振动小，噪声低；
4.电机的两套绕组组成了双Y移30°六相绕组，可有效减少高次谐波、提高电机效率，并提高电机极限容量；
5.发明的电机每个定子齿外侧只有一个线圈，槽满率高，扩大了气隙直径，提高了电机功率密度；
6.发明的电机的磁极采用平面永磁体，可使用线切割制造，比传统的圆弧型永磁体制造成本低。
附图说明
图1是本发明汽车无空转系统用电机连接原理图，其中：1、第一三相定子绕组；2、第二三相定子绕组；3、功率变换器；4、稳压模块；5、转换开关。
图2是本发明汽车无空转系统用电机结构示意图，其中：1、轴；2、轴承；3、后端盖；4、功率变换器；5、螺母；6、转子铁心；7、永磁体；8、极靴；9、定子铁心；10、定子绕组；11、前端盖；12、抓盘；13、位置传感器；14、皮带轮。
图3是本发明电机转子平面磁钢的结构示意图，其中：1、转子铁心；2、平面永磁体；3、非导磁螺钉；4、极靴。
图4是本发明的电机定子极数为12时的电势矢量图。
图5是本发明的电机定子极数为24时的电势矢量图。
图6是本发明的电机嵌线和转子斜极示意图。
具体实施方式
图1是本发明汽车无空转系统用电机连接原理图；
绕组中相位相差120°的A相定子绕组、B相定子绕组和C相定子绕组的一端按星形接法接在一体组成第一三相定子绕组，相位与A相定子绕组相差30°的D相定子绕组、相位与B相定子绕组相差30°的E相定子绕组和相位与C相定子绕组相差30°的F相定子绕组的一端也按星形接法接在一体组成第二三相定子绕组；A相定子绕组、D相定子绕组的另一端接功率变换器第一桥臂的中点，B相定子绕组、E相定子绕组的另一端接功率变换器第二桥臂的中点，C相定子绕组、F相定子绕组的另一端接功率变换器第三桥臂的中点；需要汽车无空转系统起作用时，发动机可停止怠速运转以节省燃油；当无空转系统停止，需要汽车发动机起动时，所述电机利用位置传感器检测位置并被控制器控制换相，转变为电动机状态工作，起动发动机；汽车发动机起动以后，所述电机切换为发电机状态工作，所发出的电被稳压模块稳压后给蓄电池充电或供用电设备使用。
图2是本发明汽车无空转系统用电机结构示意图；发明的电机包括由轴、转子铁心、永磁体、极靴、非导磁螺钉构成的转子，由定子铁心、线圈绕组构成的定子和功率变换器、前端盖、后端盖、位置传感器、轴承和皮带轮等。
图3是本发明电机转子平面磁钢的结构示意图；从图中可以看出，每个转子极上都安装有带有极靴的永磁体，极靴位于永磁体的外侧，永磁体和极靴利用非导磁螺钉固定，永磁体为平面永磁体。
图4是本发明的电机定子极数为12时的电势矢量图；当定子极数为12时，电机每个线圈的电势矢量之间的电位角为30°，定子线圈A和定子线圈-A反向串联组成A相定子绕组，定子线圈B和定子线圈-B反向串联组成B相定子绕组，定子线圈C和定子线圈-C反向串联组成C相定子绕组，定子线圈D和定子线圈-D反向串联组成D相定子绕组，定子线圈E和定子线圈-E反向串联组成E相定子绕组，定子线圈F和定子线圈-F反向串联组成F相定子绕组，相位相差120°的A相定子绕组、B相定子绕组和C相定子绕组的一端按星形接法接在一体组成第一三相定子绕组，相位与A相定子绕组相差30°的D相定子绕组、相位与B相定子绕组相差30°的E相定子绕组和相位与C相定子绕组相差30°的F相定子绕组的一端也按星形接法接在一体组成第二三相定子绕组。
图5是本发明的电机定子极数为24时的电势矢量图。当定子极数为24时，电机每个线圈的电势矢量之间的电位角为15°，相位角在[0°，30°)扇区的2个定子线圈串联再和相位角在[180°，210°)扇区的2个定子线圈反向串联组成A相定子绕组，相位角在[30°，60°)扇区的2个定子线圈串联再和相位角在[210°，240°)扇区扇区的2个定子线圈反向串联组成D相定子绕组，相位角在[240°，270°)扇区的2个定子线圈串联再和相位角在[60°，90°)扇区的2个定子线圈反向串联组成C相定子绕组，相位角在[270°，300°)扇区的2个定子线圈串联再和相位角在[90°，120°)扇区的2k个定子线圈反向串联组成F相定子绕组，相位角在[120°，150°)扇区的2个定子线圈串联再和相位角在[300°，330°)扇区的2个定子线圈反向串联组成B相定子绕组，相位角在[150°，180°)扇区的2个定子线圈串联再和相位角在[330°，0°)的2个定子线圈反向串联组成E相定子绕组，相位相差120°的A相定子绕组、B相定子绕组和C相定子绕组的一端按星形接法接在一体组成第一三相定子绕组，相位与A相定子绕组相差30°的D相定子绕组、相位与B相定子绕组相差30°的E相定子绕组和相位与C相定子绕组相差30°的F相定子绕组的一端也按星形接法接在一体组成第二三相定子绕组。
图6是本发明的电机嵌线和转子斜极示意图；图中的电机定子极数12k＝24，k＝2；转子极数2p＝22，p＝11，符合10k≤2p≤14k。永磁体轴向中心线与电机轴向方向之间存在一定夹角，且夹角在5°到12°之间；24个定子极上按集中绕组缠绕方式分别缠有一个定子线圈，各个定子线圈的相位差为15°，相位角相差15°的第1定子线圈、第2定子线圈串联，再和第13定子线圈、第14定子线圈反向串联组成A相定子绕组，相位角相差15°的第3定子线圈、第4定子线圈串联，再和第15定子线圈、第16定子线圈反向串联组成D相定子绕组，相位角相差15°的第1定子线圈、第2定子线圈串联，再和第13定子线圈、第14定子线圈反向串联组成A相定子绕组，相位角相差15°的第1定子线圈、第2定子线圈串联，再和第13定子线圈、第14定子线圈反向串联组成A相定子绕组，相位角相差15°的第1定子线圈、第2定子线圈串联，再和第13定子线圈、第14定子线圈反向串联组成A相定子绕组；相位相差120°的A相定子绕组、B相定子绕组和C相定子绕组的一端按星形接法接在一体组成第一三相定子绕组，相位与A相定子绕组相差30°的D相定子绕组、相位与B相定子绕组相差30°的E相定子绕组和相位与C相定子绕组相差30°的F相定子绕组的一端也按星形接法接在一体组成第二三相定子绕组。
Claims (1)
1.一种汽车无空转系统用电机，包括由轴、转子铁心、永磁体、极靴、非导磁螺钉构成的转子，由定子铁心、线圈绕组构成的定子和功率变换器、前端盖、后端盖、位置传感器、轴承和皮带轮，其特征在于：定子极数为12k，转子极数为2p，且符合10k≤2p≤14k，k、p为自然数；每个转子极上都安装有带有极靴的永磁体，极靴位于永磁体的圆周外侧，永磁体和极靴用非导磁螺钉固定，永磁体为平面永磁体，转子铁心与永磁体的接合面也为平面，永磁体轴向中心线与电机轴向方向之间存在一定夹角，且夹角在5°到12°之间；12k个定子极上按集中绕组缠绕方式分别缠有一个定子线圈，各个定子线圈的相位差为30°/k，相位角在[0°，30°)扇区的k个定子线圈串联再和相位角在[180°，210°)扇区的k个定子线圈反向串联组成A相定子绕组，相位角在[30°，60°)扇区的k个定子线圈串联再和相位角在[210°，240°)扇区的k个定子线圈反向串联组成D相定子绕组，相位角在[240°，270°)扇区的k个定子线圈串联再和相位角在[60°，90°)扇区的k个定子线圈反向串联组成C相定子绕组，相位角在[270°，300°)扇区的k个定子线圈串联再和相位角在[90°，120°)扇区的k个定子线圈反向串联组成F相定子绕组，相位角在[120°，150°)扇区的k个定子线圈串联再和相位角在[300°，330°)扇区的k个定子线圈反向串联组成B相定子绕组，相位角在[150°，180°)扇区的k个定子线圈串联再和相位角在[330°，0°)扇区的k个定子线圈反向串联组成E相定子绕组，相位相差120°的A相定子绕组、B相定子绕组和C相定子绕组的一端按星形接法接在一体组成第一三相定子绕组，相位与A相定子绕组相差30°的D相定子绕组、相位与B相定子绕组相差30°的E相定子绕组和相位与C相定子绕组相差30°的F相定子绕组的一端也按星形接法接在一体组成第二三相定子绕组；A相定子绕组、D相定子绕组的另一端接功率变换器第一桥臂的中点，B相定子绕组、E相定子绕组的另一端接功率变换器第二桥臂的中点，C相定子绕组、F相定子绕组的另一端接功率变换器第三桥臂的中点；需要汽车无空转系统起作用时，发动机可停止怠速运转以节省燃油；当无空转系统停止，需要汽车发动机起动时，所述电机变为电动机状态工作，起动发动机；汽车发动机起动以后，所述电机切换为发电机状态工作，所发出的电被稳压模块稳压后给蓄电池充电或供用电设备使用。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Effective date of registration: 20151105 Address after: 537000, the Guangxi Zhuang Autonomous Region Yulin Economic Development Zone, East (2nd Ring Road, No. 33) Patentee after: Guangxi Yuchai Bonaite Electric Appliance Co., Ltd. Address before: 255086 Zibo high tech Industrial Development Zone, Shandong Province, Chuang Chuang D block, 1012 Patentee before: Shandong University of Technology |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20150311 Termination date: 20170514 |