專利名稱：車用起動、發電復用電動機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種車用起動、發電復用電動機。
本實用新型由電機定子、轉子、繞組和驅動控制電路組成；電機定子、轉子繞組為六極設計，鐵芯直徑不變，其長度依據輸出、輸入功率而定；定子繞組極相組連接方式為六極36槽顯極接法，尾接尾，頭接頭；小功率Y形接法；大功率△形接法；其特征在于所述定子繞組型式為單層鏈式、連繞連嵌；所述轉子總成鐵芯是由2至3對外端具有槽楔孔的對稱永磁鐵槽孔、相間于上述永磁鐵槽孔間的籠形繞組導條孔、非磁性內環和軸孔結構組成，并且按設計的長度壓疊而成；在所述轉子鐵芯上，切向方式安裝上4至6對條形釹鐵硼永磁體，形成8至12極永磁轉子；所述轉子鐵芯由熔化的鋁液以壓鑄鋁工藝，形成籠形繞組、轉子軸兩端的籠形繞組短路環和軸向兩端內風扇風葉一體的結構，并且形成雙極隔磁，鐵芯與軸之間為第一極隔磁，兩磁塊相鄰槽口為第二極隔磁，由非磁性槽鍥兼作二極隔磁擋片置于槽鍥孔中固定磁體，分斷開磁力線回路，轉子每一級的N極磁力線，穿過定子鐵芯及繞組回到S極形成閉合回路；該籠形繞組在本裝置上作為起動機起動時的起動繞組；所述電機驅動軸伸出30mm的部分是一個花鍵軸，可以嚙合在汽車后橋或者齒合在汽車發動機曲軸與離合器之間，以驅動汽車發動機；專用于電動車時，以驅動后橋，拖動車輛行走；所述驅動控制電路包括一個大功率開關晶體管、一個PWM逆變電路和一個三相半控橋整流器；所述大功率開關晶體管的基極通過駕駛室控制開關接蓄電池正端，發射極直接接蓄電池正端，集電極接所述PWM逆變電路的直流輸入端，所述PWM逆變電路的三相交流輸出接所述復用電動機的定子三相繞組；所述復用電動機的定子三相繞組與一個三相半控橋整流器的輸入端相連接，該三相半控橋整流器的直流輸出接蓄電瓶；所述定子三相繞組分別通過三個正向二極管與A端相連接，所述三相半控橋整流器的三個可控硅觸發端連接后構成K端，A、K端為本控制電路的電壓對比、取樣端，可以與一個觸發電路連接，在汽車轉速變化時，發電機仍能輸出額定恒壓。
如上所述的車用起動、發電復用電動機，其特征在于定子鐵芯由冷軋無取向，厚為0.35mm的硅鋼處沖片疊壓而成。
如上所述車用起動、發電復用電動機，其特征在于定子繞組電磁線選用QY-1/220耐高溫、耐腐，絕緣等級H級的漆包線。
如上所述車用起動、發電復用電動機，其特征在于轉子鐵芯由熱軋無取向硅鋼片，厚度0.5mm，按設計的長度壓疊壓鑄鋁而成。
本實用新型與傳統的汽車發動機和發電機相比具有如下優點一.加大動力性，由原來的1KW-2KW輸出，至現在的2KW-5KW-5輸出；二.經濟性將原發電機、起動機兩機一體化，結構簡單、故障率低，成本低和宜于維修。與原裝置比較減掉了起動機的磁力開關、起動繼電器、起動單向器和軸上螺旋槽等。還省掉了原用帶輪、皮帶拖動發電機的帶輪和三角帶。
三.能適應各型汽車、電動車通用性好；四.作為發電機工作時，省掉了原發電機的爪極繞組、激磁繞組、滑環、碳刷、發電機調節器，對蓄電池充電性能很好，有效延長蓄電池使用壽命三倍。
圖2是本實用新型的復用電機的定子鐵芯沖片結構圖。
圖3是本實用新型的復用電機的六極36槽顯極式布線接線圖。
圖4是本實用新型的復用電機的具有兩對永磁鐵槽孔的預留精磨邊的轉子鐵芯結構示意圖。
圖5是本實用新型復用電機的具有兩對永磁鐵槽孔的精磨后的轉子硅鋼片鐵芯結構示意圖。
圖6是本實用新型復用電機永磁無刷發電機轉子總成結構示意圖。
圖7是本實用新型的復用電機的驅動控制電路原理圖。
圖8是本實用新型復用電機的三相半控橋整流器觸發電路的原理圖。
具體實施方式
本裝置整體結構請參見
圖1所示，其中1是軸承室，2是風葉，3是定子繞組，4是定子機殼，5是定子鐵芯，6是轉子鐵芯，7是后端蓋軸承室，8是后端蓋，9是電機引出線接線柱，10是定子繞組，11是滾珠軸承，12是驅動端花鍵軸部分。
本裝置多功能轉子鐵芯沖片結構參見圖4、5，其中13是預留精磨邊，14是籠形繞組導條，15是永磁鐵槽孔，16是非磁性材料隔磁環，17是軸孔，18是槽楔孔，19是永磁體，20是非磁性槽楔，21是鋁合金風扇葉，22是轉子的轉動軸。
起動/發電復用電機工作原理起動/發電復用電動機在直流電流(14V28V14/42V)通過專用裝置—轉換控制器，將直流電輸給PWM電路，PWM電路的功能將直流電變成接近正弦波的電流，電壓升為50V，輸送給起動/發電復用機，本機此時作為電動機工作，拖動汽車發動機起動。完成傳統單一起動機的工作任務。
起動/發電復用電動機完成汽車發動機起動機，電動機軸前端驅動小齒輸與汽車發動機飛輪齒環齒合并不分離，操縱轉換控制器，切斷PWM電路電源，接通整流器電路，此時發動機拖動復用電機旋轉作為發電機工作，發出交流電來，經三相半控橋整流穩壓器，向系統負載供電，并向蓄電池充電。
至此完成起動/發電復用電動機全部復用功能。
起動/發電復用電動機結構。
為確保汽車在怠速時1000-1100r/min時，發電機能發出(14V28V14/42V)的電壓，電機定、轉子、繞組設制為6極，鐵心長度依據輸出、輸入功率而定的系列產品，大部分電機共用直徑。功率大小在鐵心長度上區分。
定子鐵心的材料選用冷軋無取向硅鋼片，牌號DW310-35，厚0.35的沖片疊壓而成。定子沖片參見圖2，硅鋼片的片絕緣采用生成氧化膜的方法。氧化劑為壓縮空氣和水蒸氣。氧化劑水蒸氣0.05MPa；空氣0.02MPa。氧化溫度550-570℃。
定子繞組與傳統的電機大致一樣，只作形式改進參見圖3。
定子繞組電磁線選用QY-1/220耐高溫、耐腐化包線。絕緣等級H級。
定子繞組三相六極，相帶1-5，線圈節距1-4，繞組換相組連接方法顯極接法、尾接尾、頭接頭。小功率Y形接法；大功率△形接法。
繞組形式單層鏈式，連繞連嵌。
定子總成的質檢繞組直流電阻值三相平衡，繞組對地絕緣電阻無窮大，繞組相間絕緣無窮大。對繞組進行整形，外不碰機殼；內不碰轉子，都有5-10mm以上的間隙，確保良好的絕緣程度及機械強度。
在烘箱內放入定子總成，預烘除潮，烘干溫度于80-110℃，時間3-4小時。
浸漆工藝定子總成保溫在+60-80℃，放入漆中浸漬，直至漆中不冒汽泡為止，取出滴干余漆。一般頭一天下午浸漬；過一夜第二天放到烘箱內進行烘干。
定子浸油后鐵心內膛一一用較干的汽油布擦凈內表面漆層、光滑、漆膜薄不影響總裝時，定、轉子間氣隙長度。烘干溫度、時間分為三個階段。第一階段低溫+60-80℃，3小時。第二階段+100-120℃，2小時，第三階段高度150℃，3小時。
轉子總成(復合功能)制用轉子的鐵心材料，選用國產熱軌無取向硅鋼片，牌號DR265-50，厚度0.5mm，通過沖壓模具沖壓而成的轉子鐵心沖片，按設計的長度壓疊而成，見沖片圖4。
將疊裝好轉子鐵心安裝在壓鑄模內，經予熱后進行壓鑄鋁或鋁合金。
通過壓鑄鋁的工序后一次性完成轉子的復用功能。
將疊裝的分散硅鋼片，熔化的鋁液把它熔粘為一整體，具有一定的機械強度。
通過壓鑄鋁一次性完成籠形繞組的導條形成。本起動、發電復用電動機的制造方法，利用沖制發電機定子鐵芯內圓沖下的余料來沖制轉子導磁體，并沖下余料外徑預留1.5mm尺寸精磨邊；此沖片圓周均勻分布若干個安放永磁體的槽孔；將沖片依據設計發電機的功率的鐵芯長度進行疊裝，壓鉚，成為一個完整的轉子導體；將所述槽孔裝上砂條或槽樣塊封住槽口，除導條孔外。將轉子導磁體的總成安裝在鑄鋁壓鑄模具內，由鋁合金將導磁硅鋼片熔粘為一個整體，磁體導磁兩端形成用于冷卻的風扇；打開鑄模后，將轉子導磁體總成在車床上給兩端頭打中心穿孔，壓入軸；在外圓磨床上進行精磨，磨露出向幾安放永磁塊的槽孔為止，拆出預先防止液體鋁流入的模塊或砂條；在槽口上打上料材為鋁板或壓層玻璃板的槽楔；通過壓鑄鋁一次性完成轉子軸向兩端的籠形繞組短路環，軸向兩端內風扇風葉的形成。此籠形繞級在本電機上作為起動機起動時，擔任起動繞組的功能。
總之本起動/發電復用電動機的轉子總成，通過壓鑄設備對鐵心壓力鑄鋁，一次性完成大功能外，更重要一功能轉子鐵芯上安裝的永磁體雙極隔磁，免除磁極短路，磁場強，確保起動性能及發電性能。
起動/發電復用電機控制機構。
轉換控制器，采用大功率開關晶體管的芯片，GTR電力開關晶閘管IC工藝制成一個轉換控制模塊(無觸點開關)，通過觸發電路指令轉換控制器開始接通起動電路；后斷開起動電路轉換到發電整流電路。
大功率PWM裝置集成模塊。車上直流電源(蓄電池)有12V的汽油車；24V的柴油車；用于下一代的汽車14/42V的通過轉換控制器輸送給PWM電路。
PWM電路工作性能將輸入的直流電逆變成接近正弦波的三相交流電，頻率為300HZ，電壓升為50V交流電，經負載降壓后為42V。見PWM電路原理圖7。
發電機輸出整流穩壓器集成模塊。
采用IC工藝將元件的芯片，制成汽車電氣專用集成模塊—三相關控橋整流器及配套的觸發器模塊。
三相半控橋整流器的結構及工作原理。
本電路由三只功率二極管，三只晶闡管組成。三只晶閘管陰極相連，三只二極管陽極相連，觸發電壓有三組，分別加在相應晶閘管上，但三組觸發電壓必須與主電路三相電源同步。相互之間分別相差120度，每組觸發電壓移向范圍0-180度，當α＜60°度時輸出電壓波形是連續的；當α＞60°以后輸出電壓不是加續的。據此工作原理，通過觸發電路的電壓對比，取樣，達到汽車轉速變化時，發電機輸出的高低不等的電壓得以穩定恒壓在14V制的恒壓在14.07-14.3V之間。24V制的恒壓在28V-28.3V。雙電壓(14/42V)恒壓在42.5V。任何一種電壓制的汽車電氣系統，本起動/發電復用機輸出一恒壓直流電向系統的負載供電，并向蓄電池充電。見三相半控橋整流電路原理圖7。
三相半控橋觸發電路(穩壓器)采用IC的工藝，特制一專用模塊，和半控橋整流器配套使用參見圖8。
機械部分實施方案之一機械傳動過程本機作為起動/發電均由電機軸端頭小齒輪齒合在汽車發動機飛輪齒環上，來驅動發電機起動；或驅動電機旋轉發電。因而二機合一取消了傳統發電機的帶輪及皮帶。
實施方案之二電機驅動端軸伸出30mm，在伸出軸端部分是一個花鍵軸，該花鍵軸嚙合在汽車后橋或者齒合在汽車發動機曲軸與離合器之間，來驅動汽車發動機。當專用于電動車時，驅動其后橋拖動車輛行走，車在滑行時是發電機，加速和上坡時是電動機。
權利要求1.一種車用起動、發電復用電動機，它由電機定子、轉子、繞組和驅動控制電路組成；電機定子、轉子繞組為六極設計，鐵芯直徑不變，其長度依據輸出、輸入功率而定；定子繞組極相組連接方式為六極36槽顯極接法，尾接尾，頭接頭；小功率Y形接法；大功率△形接法；其特征在于所述定子繞組型式為單層鏈式、連繞連嵌；所述轉子鐵芯是由2至3對外端具有槽楔孔的對稱永磁鐵槽孔、相間于上述永磁鐵槽孔間的籠形繞組導條孔、非磁性內環和軸孔結構組成，并且按設計的長度壓疊而成；在所述轉子鐵芯上，切向方式安裝上4至6對條形釹鐵硼永磁體，形成8至12極永磁轉子；所述轉子鐵芯由熔化的鋁液以壓鑄鋁工藝，形成籠形繞組、轉子軸兩端的籠形繞組短路環和軸向兩端內風扇風葉一體的結構，并且形成雙極隔磁，鐵芯與軸之間為第一極隔磁，兩磁塊相鄰槽口為第二極隔磁，由非磁性槽鍥兼作二極隔磁擋片置于槽鍥孔中固定磁體，分斷開磁力線回路，轉子每一級的N極磁力線，穿過定子鐵芯及繞組回到S極形成閉合回路；該籠形繞組在本裝置上作為起動機起動時的起動繞組；所述電機驅動軸伸出30mm的部分是一個花鍵軸，可以嚙合在汽車后橋或者齒合在汽車發動機曲軸與離合器之間，以驅動汽車發動機；專用于電動車時，以驅動后橋，拖動車輛行走；所述驅動控制電路包括一個大功率開關晶體管、一個PWM逆變電路和一個三相半控橋整流器；所述大功率開關晶體管的基極通過駕駛室控制開關接蓄電池正端，發射極直接接蓄電池正端，集電極接所述PWM逆變電路的直流輸入端，所述PWM逆變電路的三相交流輸出接所述復用電動機的定子三相繞組；所述復用電動機的定子三相繞組與一個三相半控橋整流器的輸入端相連接，該三相半控橋整流器的直流輸出接蓄電瓶；所述定子三相繞組分別通過三個正向二極管與A端相連接，所述三相半控橋整流器的三個可控硅觸發端連接后構成K端，A、K端為本控制電路的電壓對比、取樣端，可以與一個觸發電路連接，在汽車轉速變化時，發電機仍能輸出額定恒壓。
2.如權利要求1所述的車用起動、發電復用電動機，其特征在于定子鐵芯由冷軋無取向，厚為0.35mm的硅鋼片沖片疊壓而成。
3.如權利要求1所述車用起動、發電復用電動機，其特征在于定子繞組電磁線選用QY-1/220耐高溫、耐腐，絕緣等級H級的漆包線。
4.如權利要求1所述車用起動、發電復用電動機，其特征在于轉子鐵芯由熱軋無取向硅鋼片，厚度0.5mm，按設計的長度壓疊壓鑄鋁而成。
專利摘要一種車用起動發電復用電動機，它由電機定子、轉子、繞組和驅動控制電路組成；其特征在于轉子鐵芯是由2至3對外端具有槽楔孔的對稱永磁鐵槽孔、相間于上述永磁鐵槽孔間的籠形繞組導條孔、非磁性內環和軸孔結構組成；其中導條是本裝置作為起動機時的起動繞組，永磁體作用是電動機運行時，提供直流磁場與定子繞組的交變磁場相互作用，產生轉矩。發電時的永磁轉子提供發電勵磁磁場。所述驅動控制電路包括大功率開關晶體管、逆變電路、三相半控橋整流器和汽車點火開關。本裝置具有結構簡單、經濟實用、通用性好、輸出功率大和有效延長蓄電池壽命的效果。
文檔編號H02K3/28GK2541989SQ0220886
公開日2003年3月26日 申請日期2002年4月4日 優先權日2002年4月4日
發明者劉載海, 代伯龍 申請人:吳風耀