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

背景技術(shù)：

在汽車中，交流發(fā)電機(jī)的作用是將發(fā)動(dòng)機(jī)的部分機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能，從而為汽車的用電設(shè)備或蓄電池進(jìn)行供電?，F(xiàn)有車用交流發(fā)電機(jī)一般包括端蓋、轉(zhuǎn)子、定子、皮帶輪、整流橋等部件，在運(yùn)行過程中，由于發(fā)電機(jī)自身設(shè)計(jì)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(jī)銅損大、噪音大、漏磁嚴(yán)重，進(jìn)而大大降低了發(fā)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)化率和發(fā)電功率，影響了發(fā)電機(jī)的輸出性能?；谏鲜鲈?，現(xiàn)有車用交流發(fā)電機(jī)一般采用大尺寸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(jī)越來越無法滿足用戶的需求。

技術(shù)實(shí)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(jī)，以解決現(xiàn)有交流發(fā)電機(jī)發(fā)電效率低、輸出功率小、體積大、風(fēng)噪大的問題。

為達(dá)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(jī)，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(dá)到漏磁系數(shù)與磁阻的優(yōu)化設(shè)計(jì)，大大提高了發(fā)電機(jī)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(dòng)勢較大，提高了該發(fā)電機(jī)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(shí)兼顧了轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度、風(fēng)噪等因素，使發(fā)電機(jī)在擁有高輸出同時(shí)，機(jī)械強(qiáng)度更好，發(fā)電效率更高，而且振動(dòng)小，工作平穩(wěn)；進(jìn)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(jī)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(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)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(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)本發(fā)明實(shí)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)的電磁噪音曲線；

s2為本發(fā)明的車用交流發(fā)電機(jī)的電磁噪音曲線。

具體實(shí)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(dá)到的技術(shù)效果更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1-圖10所示，本實(shí)施例提供一種優(yōu)選的車用交流發(fā)電機(jī)，該交流發(fā)電機(jī)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(jìn)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(lì)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(jī)的前端通過皮帶輪4與汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)連接，能夠?qū)l(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能；發(fā)電機(jī)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(jī)的后端還罩設(shè)有罩蓋6，以起到保護(hù)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(jī)達(dá)到漏磁系數(shù)與磁阻的優(yōu)化設(shè)計(jì)，大大提高了發(fā)電機(jī)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(shí)，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(jī)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(dòng)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(shí)兼顧了轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度、風(fēng)噪等因素，使發(fā)電機(jī)在擁有高輸出同時(shí)，噪音更低，機(jī)械強(qiáng)度更好，發(fā)電效率更高；進(jìn)而，在具有同等輸出的基礎(chǔ)上，本發(fā)明使發(fā)電機(jī)的定子直徑尺寸達(dá)到124.5㎜，有效減小了發(fā)電機(jī)的體積，從而節(jié)約了發(fā)電機(jī)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(jī)是在綜合考慮各種因素下的優(yōu)化設(shè)計(jì)，其中每個(gè)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(jī)的同比例縮小，那樣將會(huì)嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)的工作效率。

進(jìn)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(jī)在高速與低速下輸出較佳，不會(huì)出現(xiàn)極端化現(xiàn)象，有效減小了該交流發(fā)電機(jī)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(dú)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(shí)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(shí)前、后兩半磁軛對(duì)接形成整個(gè)磁軛。進(jìn)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(shí)，為滿足發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性并進(jìn)一步優(yōu)化發(fā)電機(jī)性能，本實(shí)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(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢，從而改善了發(fā)電機(jī)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(shí)，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(shí)，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(shí)施例中磁軛與極爪為一體式結(jié)構(gòu)，整個(gè)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(duì)稱結(jié)構(gòu)，這里，l4及l(fā)4’分別為l4總/2。進(jìn)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(jī)在同等直徑下能具有最佳的功率密度，在保證極爪的機(jī)械強(qiáng)度下感應(yīng)電動(dòng)勢最大化，使輸出和效率最大化，有利于減小發(fā)電機(jī)的體積。

進(jìn)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(shí)，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(jī)械強(qiáng)度的前提下，增大了發(fā)電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢，從而使發(fā)電機(jī)具有較好的輸出能力和發(fā)電效率。

更進(jìn)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(shí)，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(jìn)一步增大了交流發(fā)電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢，使發(fā)電機(jī)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(shí)無法通過擠壓工藝達(dá)到要求的尺寸；而本方案通過增大極爪爪尖倒角圓，擴(kuò)大了爪尖的面積，方便使用擠壓工藝進(jìn)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(jī)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(jī)感應(yīng)電動(dòng)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(jī)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(shí)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(jī)輸出功率的同時(shí)，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(jī)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(shí)增加了發(fā)電機(jī)的散熱能力，使進(jìn)風(fēng)量與被冷卻面積及風(fēng)噪達(dá)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(jī)性能。

進(jìn)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(diǎn)成面制得，優(yōu)選設(shè)置在極爪轉(zhuǎn)動(dòng)的迎風(fēng)側(cè)，該結(jié)構(gòu)有效緩和了進(jìn)風(fēng)沖擊，從而減小了發(fā)電機(jī)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(jī)的電磁噪音曲線，s2為本發(fā)明的車用交流發(fā)電機(jī)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(jī)噪音較小，且較為平緩，因而提升了發(fā)電機(jī)的整體性能。

如下表1為改進(jìn)前的交流發(fā)電機(jī)的性能試驗(yàn)結(jié)果，下表2為本發(fā)明改進(jìn)后的交流發(fā)電機(jī)的性能試驗(yàn)結(jié)果，其中，在車輛用交流發(fā)電機(jī)的效率評(píng)價(jià)中，使用vda(verbandderautomobilindustrie：德國汽車工業(yè)會(huì))作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

表1交流發(fā)電機(jī)改進(jìn)前試驗(yàn)結(jié)果

表2本發(fā)明交流發(fā)電機(jī)改進(jìn)后試驗(yàn)結(jié)果

在本實(shí)施例的設(shè)置下，該發(fā)電機(jī)效率可到達(dá)69％，而在同等定子直徑條件下的傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的效率約是66％，因而本發(fā)明發(fā)電機(jī)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(jī)在經(jīng)過上述各個(gè)改進(jìn)后，有效提高了發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率，減少了能源浪費(fèi)，減小了噪音污染；相對(duì)于現(xiàn)有同等輸出的發(fā)電機(jī)而言，本發(fā)明減小了發(fā)電機(jī)的體積，從而節(jié)約了發(fā)電機(jī)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(shí)施例及所運(yùn)用技術(shù)原理。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，本發(fā)明不限于這里所述的特定實(shí)施例，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說能夠進(jìn)行各種明顯的變化、重新調(diào)整和替代而不會(huì)脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，雖然通過以上實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了較為詳細(xì)的說明，但是本發(fā)明不僅僅限于以上實(shí)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(shí)施例，而本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求范圍決定。