本發(fā)明涉及發(fā)電機技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種車用交流發(fā)電機。

背景技術(shù)：

在汽車中，交流發(fā)電機的作用是將發(fā)動機的部分機械能轉(zhuǎn)變成電能，從而為汽車的用電設(shè)備或蓄電池進行供電?，F(xiàn)有車用交流發(fā)電機一般包括端蓋、轉(zhuǎn)子、定子、皮帶輪、整流橋等部件，在運行過程中，由于發(fā)電機自身設(shè)計不合理(如定子結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)子與定子配合間隙等)，容易導(dǎo)致發(fā)電機銅損大、噪音大、漏磁嚴重，進而大大降低了發(fā)電機的能量轉(zhuǎn)化率和發(fā)電功率，影響了發(fā)電機的輸出性能?；谏鲜鲈颍F(xiàn)有車用交流發(fā)電機一般采用大尺寸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以保證汽車的用電需求，然而隨著目前汽車小型化、輕型化的發(fā)展趨勢，這種輸出功率低，體積大的交流發(fā)電機越來越無法滿足用戶的需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于以上所述，本發(fā)明提供一種車用交流發(fā)電機，以解決現(xiàn)有交流發(fā)電機發(fā)電效率低、輸出功率小、體積大、風(fēng)噪大的問題。

為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種車用交流發(fā)電機，包括前端蓋、后端蓋及固定在前端蓋與后端蓋之間的轉(zhuǎn)子和定子，所述轉(zhuǎn)子包括交叉安裝的前極爪和后極爪，所述前極爪與后極爪之間設(shè)置有線圈架，所述線圈架上繞設(shè)有轉(zhuǎn)子線圈，所述定子包括定子鐵芯及纏繞在定子鐵芯上的定子線圈；所述定子線圈每槽的相匝數(shù)ns與轉(zhuǎn)子線圈的匝數(shù)nr比為：0.017≤ns/nr≤0.029，所述前極爪與后極爪之間設(shè)置有磁軛，所述磁軛直徑d2與轉(zhuǎn)子直徑d1之比為：0.55≤d2/d1≤0.62。

作為優(yōu)選，所述定子鐵芯的前端面到前極爪底板內(nèi)側(cè)的距離l2與前極爪底板的厚度l1之比為：l2/l1≤0.19；和/或所述定子鐵芯的后端面到后極爪底板內(nèi)側(cè)的距離l2’與后極爪底板的厚度l1’之比為：l2’/l1’≤0.19。

作為優(yōu)選，所述前極爪的爪尖到定子鐵芯前端面的距離lp與所述定子鐵芯的高度l3之比為：lp/l3≥0.91；和/或所述后極爪的爪尖到定子鐵芯后端面的距離lp’與所述定子鐵芯的高度l3之比為：lp’/l3≥0.91。

作為優(yōu)選，所述前極爪爪跟的厚度x1與所述前極爪底板的厚度l1之比為：0.91≤x1/l1≤1.2；和/或所述后極爪爪跟的厚度x1’與所述后極爪底板的厚度l1’之比為：0.91≤x1’/l1’≤1.2。

作為優(yōu)選，所述前極爪爪尖的厚度x2與所述前極爪爪跟的厚度x1之比為：0.26≤x2/x1≤0.5；和/或所述后極爪爪尖的厚度x2’與所述后極爪爪跟的厚度x1’之比為：0.26≤x2’/x1’≤0.5。

作為優(yōu)選，所述前極爪及后極爪的爪尖均設(shè)有爪尖倒角圓，所述爪尖倒角圓由開設(shè)在模具上的冷擠槽擠壓成型，且所述爪尖倒角圓的半徑r的取值為：r≥2mm。

作為優(yōu)選，所述前極爪到后極爪的周向距離y與所述定子鐵芯的齒腳寬度x之比為：1.5≤y/x≤1.99。

作為優(yōu)選，所述定子鐵芯的齒中寬度bt與鐵芯槽高度ht之比為：0.3≤bt/ht≤0.39。

作為優(yōu)選，所述轉(zhuǎn)子前端安裝有前風(fēng)扇，所述前風(fēng)扇的風(fēng)葉頂部到定子線圈前端的距離t與前風(fēng)扇風(fēng)葉的高度h之比為：t/h≤0.19；和/或所述轉(zhuǎn)子后端安裝有后風(fēng)扇,所述后風(fēng)扇的風(fēng)葉頂部到定子線圈后端的距離t’與后風(fēng)扇風(fēng)葉的高度h’之比為：t’/h’≤0.19。

作為優(yōu)選，所述前極爪及后極爪的根部均開設(shè)有風(fēng)切倒角，所述風(fēng)切倒角為一平面。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明通過調(diào)整定子線圈每槽的相匝數(shù)與轉(zhuǎn)子線圈的匝數(shù)比，能在滿足繞線工藝的前提下，達到漏磁系數(shù)與磁阻的優(yōu)化設(shè)計，大大提高了發(fā)電機的輸出功率；通過調(diào)整磁軛直徑與轉(zhuǎn)子直徑的比例關(guān)系，使極爪的爪尖漏磁量較小，感應(yīng)電動勢較大，提高了該發(fā)電機的功率密度。上述比例的配合設(shè)置，保證了轉(zhuǎn)子與定子鐵芯的磁場飽和程度最佳，同時兼顧了轉(zhuǎn)子的機械強度、風(fēng)噪等因素，使發(fā)電機在擁有高輸出同時，機械強度更好，發(fā)電效率更高，而且振動小，工作平穩(wěn)；進而，在具有同等輸出的基礎(chǔ)上，本發(fā)明有效減小了發(fā)電機的體積，節(jié)約了生產(chǎn)成本和車內(nèi)空間。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對本發(fā)明實施例描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)本發(fā)明實施例的內(nèi)容和這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明提供的車用交流發(fā)電機的爆炸結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明提供的車用交流發(fā)電機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖3是本發(fā)明所涉及的轉(zhuǎn)子的安裝結(jié)構(gòu)圖；

圖4是本發(fā)明所涉及的前極爪的結(jié)構(gòu)圖；

圖5是本發(fā)明所涉及的前極爪的另一角度結(jié)構(gòu)圖；

圖6是本發(fā)明所涉及的前極爪的剖視圖；

圖7是本發(fā)明所涉及的后極爪的剖視圖；

圖8是本發(fā)明所涉及的定子鐵芯槽的局部結(jié)構(gòu)圖；

圖9是本發(fā)明所涉及的定子鐵芯的齒的結(jié)構(gòu)圖；

圖10是車用交流發(fā)電機的電磁噪音曲線圖。

圖中：

11-前端蓋；12-后端蓋；21-前極爪；211-底板；212-爪部；213-前磁軛；214-風(fēng)切倒角；22-后極爪；23-轉(zhuǎn)子線圈；24-轉(zhuǎn)子軸；31-定子鐵芯；32-定子線圈；4-皮帶輪；5-整流橋；6-罩蓋；71-前風(fēng)扇；72-后風(fēng)扇；

s1、s3為現(xiàn)有技術(shù)中車用交流發(fā)電機的電磁噪音曲線；

s2為本發(fā)明的車用交流發(fā)電機的電磁噪音曲線。

具體實施方式

為使本發(fā)明解決的技術(shù)問題、采用的技術(shù)方案和達到的技術(shù)效果更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例的技術(shù)方案作進一步的詳細描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

如圖1-圖10所示，本實施例提供一種優(yōu)選的車用交流發(fā)電機，該交流發(fā)電機包括前端蓋11、后端蓋12、及固定在前端蓋11與后端蓋12之間的轉(zhuǎn)子和定子，其中轉(zhuǎn)子固定在轉(zhuǎn)子軸24上，定子安裝在轉(zhuǎn)子的外部。具體的，上述轉(zhuǎn)子包括相互交叉安裝的前極爪21和后極爪22，用于進行導(dǎo)磁及散熱；前極爪21與后極爪22之間設(shè)置有線圈架，線圈架上繞設(shè)有轉(zhuǎn)子線圈23，用于在通直流電以后產(chǎn)生勵磁。上述的定子包括定子鐵芯31及纏繞在定子鐵芯31上的定子線圈32；定子鐵芯31用于導(dǎo)磁及散熱，定子線圈32用于在變化的磁場里產(chǎn)生交流電。該交流發(fā)電機的前端通過皮帶輪4與汽車的發(fā)動機連接，能夠?qū)l(fā)動機的動能轉(zhuǎn)化為電能；發(fā)電機的后端與整流橋5和調(diào)節(jié)器連接，用于將穩(wěn)定的電能輸送給車內(nèi)用電設(shè)備；發(fā)電機的后端還罩設(shè)有罩蓋6，以起到保護作用。

在本發(fā)明中，定子線圈32每槽的相匝數(shù)ns與轉(zhuǎn)子線圈23的匝數(shù)nr之比為：0.017≤ns/nr≤0.029，這里，每槽的相匝數(shù)ns是指定子鐵芯31中每槽單相嵌入的線圈匝數(shù)。上述比值的設(shè)置，能在滿足繞線工藝的前提下，使發(fā)電機達到漏磁系數(shù)與磁阻的優(yōu)化設(shè)計，大大提高了發(fā)電機的輸出功率；具體地，上述定子線圈32每槽的相匝數(shù)ns為7匝，轉(zhuǎn)子線圈23的匝數(shù)nr為315匝，兩者之比ns/nr為0.022。同時，磁軛直徑d2與轉(zhuǎn)子直徑d1的比值為：0.55≤d2/d1≤0.62，其中，磁軛直徑d2為53.75㎜(即磁軛半徑r2為26.875㎜)，轉(zhuǎn)子直徑d1為96㎜(即轉(zhuǎn)子半徑r1為48㎜)；這里，轉(zhuǎn)子直徑確定后，與之相配的定子直徑也基本確定，從而得到電機的整體尺寸。上述比例的設(shè)置使爪尖漏磁最小，感應(yīng)電動勢最大，在同直徑下保證功率密度最優(yōu)。通過上述具體尺寸的調(diào)整、組合，本發(fā)明保證了轉(zhuǎn)子與定子的磁場飽和程度最佳，同時兼顧了轉(zhuǎn)子的機械強度、風(fēng)噪等因素，使發(fā)電機在擁有高輸出同時，噪音更低，機械強度更好，發(fā)電效率更高；進而，在具有同等輸出的基礎(chǔ)上，本發(fā)明使發(fā)電機的定子直徑尺寸達到124.5㎜，有效減小了發(fā)電機的體積，從而節(jié)約了發(fā)電機的生產(chǎn)成本和所占用的車內(nèi)空間。此外，本發(fā)明的發(fā)電機是在綜合考慮各種因素下的優(yōu)化設(shè)計，其中每個部件的尺寸及相應(yīng)比例均具有確定的配合關(guān)系；因此，本發(fā)明并不是現(xiàn)有技術(shù)中的體積較大的發(fā)電機的同比例縮小，那樣將會嚴重影響發(fā)電機的工作效率。

進一步地，定子線圈32的銅線直徑d與定子鐵芯31每槽開口寬度w之比為：0.4<d/w<0.7，本發(fā)明通過調(diào)整上述比值，使發(fā)電機在高速與低速下輸出較佳，不會出現(xiàn)極端化現(xiàn)象，有效減小了該交流發(fā)電機的銅損。具體地，定子線圈32的銅線直徑d為0.88㎜，定子鐵芯31每槽開口寬度w為1.77㎜，兩者之比d/w為0.497。

本發(fā)明中，如圖4和圖5所示，前極爪21包括底板211及均勻設(shè)置在底板211上的若干爪部212；后極爪22的結(jié)構(gòu)與前極爪21相同，此處不再贅述；前極爪21與后極爪22之間還設(shè)置有磁軛，磁軛可以是獨立設(shè)置、并安裝在前后兩底板之間的結(jié)構(gòu)，也可以是與前極爪21和/或后極爪22的底板一體成型的結(jié)構(gòu)，本實施例中優(yōu)選采用磁軛與極爪一體制作的結(jié)構(gòu)，即前極爪21上設(shè)有一半的前磁軛213，后極爪22上設(shè)有一半的后磁軛，轉(zhuǎn)子安裝時前、后兩半磁軛對接形成整個磁軛。進一步地，如圖2、圖6所示，上述定子鐵芯31的前端面到前極爪21底板內(nèi)側(cè)的距離l2與前極爪21底板的厚度l1之比為：l2/l1≤0.19；同時，為滿足發(fā)電機結(jié)構(gòu)的對稱性并進一步優(yōu)化發(fā)電機性能，本實施例定子鐵芯31的后端面到后極爪22底板內(nèi)側(cè)的距離l2’與后極爪22底板的厚度l1’之比也設(shè)置為：l2’/l1’≤0.19。具體地，上述l2和l2’均為2.19㎜，l1和l1’為12㎜，該設(shè)置有效增大了交流發(fā)電機的感應(yīng)電動勢，從而改善了發(fā)電機輸出功率，提高了電能轉(zhuǎn)化效率。

如圖2所示，本發(fā)明前極爪21的爪尖到定子鐵芯31前端面的距離lp與定子鐵芯31的高度l3之比為：lp/l3≥0.91；同時，后極爪22的爪尖到定子鐵芯31后端面的距離lp’與定子鐵芯31的高度l3之比也為：lp’/l3≥0.91。具體地，上述lp和lp’均為29.92㎜，l3為32.4㎜。同時，本發(fā)明定子鐵芯31的高度l3與磁軛高度l4總之比為：1≤l3/l4總≤1.24，其中l(wèi)4總為26.54㎜。如圖6、圖7所示，由于本實施例中磁軛與極爪為一體式結(jié)構(gòu)，整個磁軛由前極爪21上的前磁軛213與后極爪22上的后磁軛組成，其中前磁軛213的高度為l4，后磁軛的高度為l4’，l4與l4’之和為l4總，考慮到對稱結(jié)構(gòu)，這里，l4及l(fā)4’分別為l4總/2。進一步地，本發(fā)明前后極爪的總高為lr，且lr＝l1+l4總+l1’，這里定子鐵芯31的高度l3與前后極爪的總高lr之比為：0.56≤l3/lr≤0.69，其中l(wèi)r為50.54㎜。該方案使得交流發(fā)電機在同等直徑下能具有最佳的功率密度，在保證極爪的機械強度下感應(yīng)電動勢最大化，使輸出和效率最大化，有利于減小發(fā)電機的體積。

進一步地，上述前極爪21爪跟的厚度x1與前極爪21底板211的厚度l1之比為：0.91≤x1/l1≤1.2；同時，后極爪22爪跟的厚度x1’與后極爪22底板的厚度l1’之比也為：0.91≤x1’/l1’≤1.2。具體地，上述x1和x1’均為11.17㎜，l1和l1’均為12㎜，該方案在保證前、后極爪機械強度的前提下，增大了發(fā)電機感應(yīng)電動勢，從而使發(fā)電機具有較好的輸出能力和發(fā)電效率。

更進一步地，上述前極爪21爪尖的厚度x2與前極爪21爪跟的厚度x1之比為：0.26≤x2/x1≤0.5；同時，后極爪22爪尖的厚度x2’與后極爪22爪跟的厚度x1’之比為：0.26≤x2’/x1’≤0.5。具體地，上述x2和x2’均為3.09㎜，x1和x1’均為11.17㎜，該方案進一步增大了交流發(fā)電機的感應(yīng)電動勢，使發(fā)電機具有更好的輸出能力和發(fā)電效率。

作為優(yōu)選，本發(fā)明前極爪21及后極爪22的爪尖均設(shè)有爪尖倒角圓，爪尖倒角圓由開設(shè)在模具上的冷擠槽擠壓成型，且爪尖倒角圓的半徑r的取值為：r≥2mm，優(yōu)選地可以取r＝3mm。由于現(xiàn)有極爪的爪尖頂部面積太小，加工時無法通過擠壓工藝達到要求的尺寸；而本方案通過增大極爪爪尖倒角圓，擴大了爪尖的面積，方便使用擠壓工藝進行加工，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了成本。

優(yōu)選地，前極爪21到后極爪22的周向距離y與定子鐵芯31的齒腳寬度x之比為：1.5≤y/x≤1.99。上述前極爪21到后極爪22的周向距離y是指，交叉安裝后相鄰的前極爪21爪部與后極爪22爪部形成的槽沿發(fā)電機周向的寬度，具體地，上述的y為7.48㎜，x為4.51㎜，本方案減小了極爪爪尖的漏磁量，增大了發(fā)電機感應(yīng)電動勢。

此外，如圖8所示，定子鐵芯31的齒可以為上下齒寬度一致的結(jié)構(gòu)，上述定子鐵芯31的齒中寬度bt與鐵芯槽高度ht之比為：0.3≤bt/ht≤0.39。具體地，此處的bt為3.28㎜，ht為9.17㎜。本方案在考慮到定子鐵芯31加工工藝的前提下，調(diào)整了定子鐵芯槽的繞線空間，優(yōu)化了鐵芯磁路飽和度，提高了發(fā)電機輸出功率。這里，如圖9所示，定子鐵芯31的齒還可設(shè)為上下齒寬度不一致的結(jié)構(gòu)，如：齒的下端較窄的齒寬為btmin，齒的上端較寬的齒寬為btmax，此時bt＝(btmin+btmax)/2，上述結(jié)構(gòu)與圖8中上下等寬的齒結(jié)構(gòu)相比，在能調(diào)整定子鐵芯槽的繞線空間，優(yōu)化鐵芯磁路飽和度，提高發(fā)電機輸出功率的同時，更重要的是方便扁銅線的嵌入從而提高鐵芯槽空間利用率。

更為優(yōu)選地，上述轉(zhuǎn)子前端安裝有前風(fēng)扇71，前風(fēng)扇71的風(fēng)葉頂部到定子線圈32前端的距離t與前風(fēng)扇71風(fēng)葉的高度h之比為：t/h≤0.19，其中t為1.75㎜，h為11.70㎜；轉(zhuǎn)子后端安裝有后風(fēng)扇72,后風(fēng)扇72的風(fēng)葉頂部到定子線圈32后端的距離t’與后風(fēng)扇72風(fēng)葉的高度h’之比也為：t’/h’≤0.19，其中t’為2.59㎜，h’為14㎜，該比例的設(shè)置，能使發(fā)電機在0-22000轉(zhuǎn)/分鐘之內(nèi)相應(yīng)轉(zhuǎn)速下的噪音降低1-4db，同時增加了發(fā)電機的散熱能力，使進風(fēng)量與被冷卻面積及風(fēng)噪達到最優(yōu)化，從而提高了風(fēng)扇冷卻效率，減小了噪音污染，改善了發(fā)電機性能。

進一步地，上述前極爪21及后極爪22的根部均開設(shè)有風(fēng)切倒角214，風(fēng)切倒角214為一平面，可由三點成面制得，優(yōu)選設(shè)置在極爪轉(zhuǎn)動的迎風(fēng)側(cè)，該結(jié)構(gòu)有效緩和了進風(fēng)沖擊，從而減小了發(fā)電機的工作噪音，而且只設(shè)置在迎風(fēng)側(cè)還能節(jié)約加工制作成本。如圖10所示，s1、s3為現(xiàn)有技術(shù)中車用交流發(fā)電機的電磁噪音曲線，s2為本發(fā)明的車用交流發(fā)電機的電磁噪音曲線，從圖10中可以看出，本發(fā)明的交流發(fā)電機噪音較小，且較為平緩，因而提升了發(fā)電機的整體性能。

如下表1為改進前的交流發(fā)電機的性能試驗結(jié)果，下表2為本發(fā)明改進后的交流發(fā)電機的性能試驗結(jié)果，其中，在車輛用交流發(fā)電機的效率評價中，使用vda(verbandderautomobilindustrie：德國汽車工業(yè)會)作為評價指標。

表1交流發(fā)電機改進前試驗結(jié)果

表2本發(fā)明交流發(fā)電機改進后試驗結(jié)果

在本實施例的設(shè)置下，該發(fā)電機效率可到達69％，而在同等定子直徑條件下的傳統(tǒng)發(fā)電機的效率約是66％，因而本發(fā)明發(fā)電機的效率可提高4.5％。綜上，本發(fā)明提供的車用交流發(fā)電機在經(jīng)過上述各個改進后，有效提高了發(fā)電機的發(fā)電效率，減少了能源浪費，減小了噪音污染；相對于現(xiàn)有同等輸出的發(fā)電機而言，本發(fā)明減小了發(fā)電機的體積，從而節(jié)約了發(fā)電機的生產(chǎn)成本和所占車內(nèi)空間。

注意，上述僅為本發(fā)明的較佳實施例及所運用技術(shù)原理。本領(lǐng)域技術(shù)人員會理解，本發(fā)明不限于這里所述的特定實施例，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說能夠進行各種明顯的變化、重新調(diào)整和替代而不會脫離本發(fā)明的保護范圍。因此，雖然通過以上實施例對本發(fā)明進行了較為詳細的說明，但是本發(fā)明不僅僅限于以上實施例，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的情況下，還可以包括更多其他等效實施例，而本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求范圍決定。