一種汽車用起動發電一體化的開關磁通電的制造方法
【專利摘要】一種汽車用起動發電一體化的開關磁通電機，包括定子總成，定子總成通過厭氧膠固定在外殼上，轉子通過前、后套筒和平鍵固定在電機齒輪軸上，定子總成和轉子之間留有氣隙；電機齒輪軸兩端通過軸承支承在端蓋上，前端蓋靠近定轉子一側裝有油封，防止齒輪和軸承的潤滑油污染定轉子，前、后端蓋和行星減速器總成通過拉緊螺栓固定在外殼上，旋轉變壓器總成固定在電機齒輪軸后端。輸出齒輪軸與發動機飛輪齒圈嚙合，當發動機需要起動時輸出動力到發動機曲軸，當發動機正常運轉時輸入動力轉化為電能對蓄電池充電，結構簡單緊湊，生產成本低，滿足汽車起動和發電的功能要求。
【專利說明】一種汽車用起動發電一體化的開關磁通電機
【技術領域】
[0001]本發明屬于汽車【技術領域】，涉及一種汽車用起動發電一體化的開關磁通電機。
【背景技術】
[0002]根據中國社科院發布的《中國汽車社會發展報告2012-2013》披露，我國2012年末全國民用汽車保有量達到12089萬輛，未來10年左右每百戶汽車擁有量將達到或接近60輛，汽車總保有量將超過2億輛。巨大的汽車保有量將使得城市交通擁堵從大城市向中小城市蔓延，在城市工況下，汽車需要頻繁的起停，發動機經常處于怠速運行狀態。研究表明，發動機怠速運行時的能量利用率僅為正常運行時的10%左右，造成能源的大量浪費；同時CO、微粒等污染物排放急劇升高，這將使得城市環境污染加劇。由于這些問題，人們對于汽車的節能和環保要求不斷提高。
[0003]ISG技術(Integrated Starter Generator)是針對原有汽車起動機進行改進的技術，它采用專用的電機來實現起動功能，同時在發動機正常工作后，作為車載發電機進行發電，實現了起動機和發電機一體化。發動機采用了 ISG技術，ISG電機強勁的動力性能可以提高發動機的起動性能，在某些場合，ISG電機可以直接代替發動機驅動汽車進行短暫運行；同時ISG電機的大功率發電可以使汽車上原來需要從發動機處取力的部件直接通過專用的電動機帶動，使整車零部件布置更加靈活。
[0004]現有的ISG電機為稀土永磁電機,永磁體布置在轉子上。在汽車上使用時,發動機的振動傳遞到電機的轉子上，很容易使轉子上的永磁體失磁，當轉子旋轉時，永磁體在離心力的作用下發生脫落。
[0005]一種汽車用起動發電一體化的開關磁通電機，克服了現在ISG電機永磁體在轉子上轉動慣量大的缺點，將永磁體直接布置在定子上，轉子結構簡單、轉動慣量小。開關磁通電機比起稀土永磁電機，有功率密度高、轉矩密度高、適合低速大轉矩工作、效率高等優點。
【發明內容】
[0006]為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種汽車用起動發電一體化的開關磁通電機，提高汽車的起動能力和發電能力，同時能夠實現多種混合動力策略，提高汽車的節能和環保性能。
[0007]為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為:
[0008]一種汽車用起動發電一體化的開關磁通電機，包括定子總成7，定子總成7通過厭氧膠固定在外殼6上，轉子8通過后套筒5、前套筒10和平鍵固定在電機齒輪軸9上，定子總成7和轉子8之間留有0.5?1_的氣隙；電機齒輪軸9 一端通過后端軸承3支承在后端蓋I上，另一端通過前端軸承13支承在前端蓋11上；油封14安裝在前端蓋11靠近定轉子一側，防止齒輪一側的潤滑脂污染定轉子；行星減速器總成12、后端蓋I和前端蓋11通過拉緊螺栓4固定在外殼6上，旋轉變壓器總成2固定在電機齒輪軸9后端；行星減速器殼體12-1半腔內充滿潤滑脂用于齒輪潤滑，輸出齒輪軸12-5與發動機飛輪齒圈嚙合。[0009]所述的旋轉變壓器總成2包括旋變定子2-2，旋變定子2-2安裝在旋變外殼2_1的內孔中，同軸布置在旋變轉子2-3外側，留有間隙；旋變外殼2-1與后端蓋I過盈配合，旋變轉子2-3固定在旋變襯套2-7上，旋變襯套2-7通過鍵2-4、螺釘2_5和蓋板2_6固定在電機齒輪軸9后端。
[0010]所述的定子總成7包括定子鐵芯7-1、定子繞組7-2和釹鐵硼永磁體7-3 ;定子鐵芯7-1采用硅鋼片疊壓而成，每片硅鋼片的外側為圓形，內側相間分布著12個長扇形槽和12個短扇形槽，內側整體呈鋸齒狀,定子鐵芯7-1的12個長扇形槽內布置著12個周向充磁的釹鐵硼永磁體7-3，其中相鄰的兩塊永磁體7-3的N極和S極方向相反；12個短扇形槽內布置繞組7-2，具體布置方式為:每個永磁體7-3兩側的線圈為同一繞組，同時繞組按照A、B、C三相依次排列，最終整個定子鐵芯上有A、B、C相繞組各三個。
[0011]所述的轉子8采用硅鋼片疊壓或電工純鐵加工而成，整體呈中空柱形結構；內側通過平鍵與電機齒輪軸9連接，外側有10個凸出來的扇型齒，沿圓周方向均布。
[0012]所述的行星減速器總成12包括行星減速器殼體12-1、行星齒輪12-2、銷軸12_3、減速器軸承12-4、輸出齒輪軸12-5，銷軸12-3通過過盈配合直接安裝在輸出齒輪軸12_5后端的圓盤上，行星齒輪12-2安裝在銷軸12-3上，與行星減速器殼體12-1上的內齒圈嚙合，行星減速器殼體12-1采用法蘭+半腔的結構形式鑄造而成，端部帶有內齒圈，輸出齒輪軸12-5通過減速器軸承12-4支承在行星減速器殼體12-1上，太陽輪為電機齒輪軸9，行星輪為四個行星齒輪12-2，行星架為和輸出齒輪一體的輸出齒輪軸12-5。
[0013]本發明采用的一種汽車用起動發電一體化的開關磁通電機轉子上無線圈、無永磁體，轉子轉動慣量小，起停速度快，易于伺服控制，能夠實現很高的轉速；永磁體和線圈布置在定子上，結構穩定，易于散熱；以旋轉變壓器作為起動發電一體機的輸出轉速和轉子相位的實時反饋裝置，易于實現交流伺服控制。開關磁通電機輸出軸直接與發動機飛輪齒圈嚙合，中間無其他減速機構，實現對發動機曲軸的直接驅動。該發明的整體結構緊湊，轉子結構簡單，使用維護方便，線圈散熱性能好，生產成本低，與原有起動機互換性強，輸出轉矩和輸出轉速高、功率密度高、傳動效率高，反向拖動時線圈中感應出來的電流易于控制，發電功率大，效率高等優點，適合汽車發動機的起動、助力和發電功能要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明的結構示意圖。
[0015]圖2是圖1的A-A截面剖視圖。
[0016]圖3是本發明外殼6半剖視圖和端面示意圖，其中(a)圖為半剖視圖，(b)圖為端面示意圖。
[0017]圖4是本發明定子鐵芯7-1沖片形狀。
[0018]圖5是本發明轉子8沖片形狀。
[0019]圖6是本發明行星減速器總成12示意圖，其中(a)圖為行星齒輪端示意圖，(b)圖為行星減速器殼體12-1半剖視圖。
[0020]圖7是本發明的繞組分相和永磁體安裝示意圖。
[0021 ] 圖8是本發明的布置方案示意圖。【具體實施方式】
[0022]下面參照附圖對本發明作詳細闡釋。
[0023]參照圖1和圖2，一種汽車用起動發電一體化的開關磁通電機，包括定子總成7，定子總成7通過厭氧膠固定在外殼6上，轉子8通過后套筒5、前套筒10和平鍵固定在電機齒輪軸9上,定子總成7和轉子8之間留有0.5?1_的氣隙；電機齒輪軸9 一端通過后端軸承3支承在后端蓋I上,另一端通過前端軸承12支承在前端蓋11上；油封14安裝在前端蓋11靠近定轉子一側，防止齒輪一側的潤滑脂污染定轉子；行星減速器總成12、后端蓋I和前端蓋11通過拉緊螺栓4固定在外殼6上，旋轉變壓器總成2固定在電機齒輪軸9后端；行星減速器殼體12-1半腔內充滿潤滑脂用于齒輪潤滑，輸出齒輪軸12-5與發動機飛輪齒圈嚙合。當發動機需要起動時輸出動力到發動機曲軸，當發動機正常運轉時輸入動力轉化為電能對蓄電池充電。
[0024]所述的旋轉變壓器總成2包括旋變定子2-2，旋變定子2-2安裝在旋變外殼2_1的內孔中，同軸布置在旋變轉子2-3外側，留有適當的間隙；旋變外殼2-1與后端蓋I過盈配合，旋變轉子2-3固定在旋變襯套2-7上；旋變襯套2-7通過鍵2-4、螺釘2_5和蓋板2_6固定在電機齒輪軸9后端。這樣當電機齒輪軸9轉動時，就會有反饋信號輸出，實現對起動發電一體機轉子轉速和位置的檢測，給I SG控制器提供依據。
[0025]參照圖3,外殼6外側布置一圈散熱翅片，內側加工有定子鐵芯7-1安裝凸臺，定子鐵芯7-1直接與外殼6接觸，利于將起動發電一體機工作時產生的熱量傳遞到空氣中；外殼6的一端加工有進線孔，用于將三相電纜連接到定子鐵芯上。
[0026]參照圖4，所述的定子總成7包括定子鐵芯7-1、定子繞組7-2和釹鐵硼永磁體7-3 ;定子鐵芯7-1是由600片厚度為0.35mm的硅鋼片通過專用設備疊壓而成，每片硅鋼片的外側為圓形，內側相間分布著12個長扇形槽和12個短扇形槽，內側整體呈鋸齒狀，小批量時可采用線切割的方式加工，大批量時采用專用模具沖裁成形。定子鐵芯7-1的12個長扇形槽內布置著12個周向充磁的釹鐵硼永磁體7-3，其中相鄰的兩塊永磁體7-3的N極和S極方向相反；12個短扇形槽內布置繞組7-2，具體布置方式為:每個永磁體7-3兩側的線圈為同一繞組，同時繞組按照A、B、C三相依次排列，最終整個定子鐵芯上有A、B、C相繞組各三個。轉子8的凸齒與定子鐵芯7-1的內側保持0.5mm的間隙，形成磁通轉換所需的磁場氣隙。
[0027]參照圖5，轉子8為中間留有電機齒輪軸9安裝孔和鍵槽的中空結構，由600片厚度為0.35mm的硅鋼片疊壓而成；外側為均布的十個突出齒，小批量時可采用線切割的方式加工，大批量時采用專用模具沖裁成形。轉子8上無線圈和永磁體，使得轉子結構大為簡化，大大降低了轉動慣量，提高了電機的極限轉速，也不會出現線圈和永磁體由于轉速太快脫落的現象。
[0028]參照圖6，所述的行星減速器總成12包括行星減速器殼體12-1、行星齒輪12-2、銷軸12-3、減速器軸承12-4、輸出齒輪軸12-5，銷軸12_3通過過盈配合直接安裝在輸出齒輪軸12-5后端的圓盤上，行星齒輪12-2安裝在銷軸12-3上，與行星減速器殼體12-1上的內齒圈嚙合，行星減速器殼體12-1采用法蘭+半腔的結構形式鑄造而成，端部帶有內齒圈，半腔中充滿潤滑脂，用于輸出齒輪軸12-5的齒輪和飛輪齒圈嚙合處的潤滑，輸出齒輪軸12-5通過減速器軸承12-4支承在行星減速器殼體12-1上，太陽輪為電機齒輪軸9，行星輪為四個行星齒輪12-2，行星架為和輸出齒輪一體的輸出齒輪軸12-5。在傳動時，電機齒輪軸9主動轉動，帶動行星齒輪12-2和輸出齒輪軸12-5 —同轉動，輸出齒輪軸12-5作為輸出帶動飛輪轉動。
[0029]參照圖7，定子鐵芯7-1上布置有A、B、C三相繞組，三相繞組依次布置在短扇形槽中，每個線圈中間的長扇形槽中布置釹鐵硼永磁體7-3，永磁體為周向充磁，相鄰兩塊永磁體的N極和S極沿周向方向相反。
[0030]本發明的工作原理為:
[0031]參照圖8,—種汽車用起動發電一體化的開關磁通電機直接布置在汽車發動機的飛輪一側，與發動機飛輪的外齒圈始終保持嚙合，通過電纜與功率模塊連接，功率模塊又分別與ISG控制器和汽車蓄電池連接。當發動機需要起動時，ISG控制器接收到起動指令，控制汽車蓄電池提供電功率，經功率模塊轉換成起動發電一體機的三相勵磁電流，驅動轉子8和電機齒輪軸9運動，電機齒輪軸9作為行星減速機構的太陽輪，帶動輸出齒輪軸12-5轉動。輸出齒輪軸12-5的齒輪與發動機飛輪齒圈直接嚙合，帶動飛輪轉動，使得發動機開始進入正常的四沖程運轉；當蓄電池電壓低或車內用電器功率需求高時，ISG控制器收到發電指令，控制功率模塊將開關磁通電機的感應電流轉換成蓄電池的充電電流，對蓄電池進行充電或對整車電路提供電功率；當汽車需要較強的動力性時，ISG控制器收到助力指令，使開關磁通電機輸出一定的補償轉矩，提高汽車的動力性能；當汽車進行需要利用發動機倒拖力矩控制在下坡時的行車速度時，ISG控制器收到制動能量再生指令，使開關磁通電機工作在發電狀態，回收一部分動能。本發明能夠使傳統汽車實現混合動力，尤其是在一些重型汽車上，以往的混合動力思路難以實現；本發明通過ISG控制器實現多種混合動力控制策略，可明顯改善汽車的起動性能、發電性能、動力性能和環保性能。
【權利要求】
1.一種汽車用起動發電一體化的開關磁通電機，包括定子總成(7)，其特征在于:定子總成(7)通過厭氧膠固定在外殼(6)上，轉子(8)通過后套筒(5)、前套筒(10)和平鍵固定在電機齒輪軸(9)上，定子總成(7)和轉子(8)之間留有0.5?Imm的氣隙；電機齒輪軸(9)一端通過后端軸承(3)支承在后端蓋(I)上,另一端通過前端軸承(13)支承在前端蓋(11)上；油封(14)安裝在前端蓋(11)靠近定轉子一側，防止齒輪一側的潤滑脂污染定轉子；行星減速器總成(12)、后端蓋(I)和前端蓋(11)通過拉緊螺栓(4)固定在外殼(6)上，旋轉變壓器總成(2)固定在電機齒輪軸(9)后端；行星減速器殼體(12-1)半腔內充滿潤滑脂用于齒輪潤滑，輸出齒輪軸(12-5)與發動機飛輪齒圈嚙合。
2.根據權利要求1所述的一種汽車用起動發電一體化的開關磁通電機，其特征在于:所述的旋轉變壓器總成(2)包括旋變定子(2-2)，旋變定子(2-2)安裝在旋變外殼(2-1)的內孔中，同軸布置在旋變轉子(2-3)外側，留有間隙；旋變外殼(2-1)與后端蓋(I)過盈配合，旋變轉子(2-3 )固定在旋變襯套(2-7 )上，旋變襯套(2-7 )通過鍵(2-4 )、螺釘(2-5 )和蓋板(2-6 )固定在齒輪軸(9 )后端。
3.根據權利要求1所述的一種汽車用起動發電一體化的開關磁通電機，其特征在于:所述的定子總成(7)包括定子鐵芯(7-1)、定子繞組(7-2)和釹鐵硼永磁體(7-3);定子鐵芯(7-1)采用硅鋼片疊壓而成，每片硅鋼片的外側為圓形，內側相間分布著12個長扇形槽和12個短扇形槽，內側整體呈鋸齒狀，定子鐵芯(7-1)的12個長扇形槽內布置著12個周向充磁的釹鐵硼永磁體(7-3)，其中相鄰的兩塊永磁體(7-3)的N極和S極方向相反；12個短扇形槽內布置繞組(7-2)，具體布置方式為:每個永磁體(7-3)兩側的線圈為同一繞組，同時繞組按照A、B、C三相依次排列，最終整個定子鐵芯上有A、B、C相繞組各三個。
4.根據權利要求1所述的一種汽車用起動發電一體化的開關磁通電機，其特征在于:所述的轉子(8)采用硅鋼片疊壓或電工純鐵加工而成，整體呈中空柱形結構；內側通過平鍵與齒輪軸(9)連接，外側有10個凸出來的扇型齒，沿圓周方向均布。
5.根據權利要求1所述的一種汽車用起動發電一體化的開關磁通電機，其特征在于:所述的行星減速器總成(12)包括行星減速器殼體(12-1 )、行星齒輪(12-2)、銷軸(12-3)、減速器軸承(12-4)、輸出齒輪軸(12-5)，銷軸(12-3)通過過盈配合直接安裝在輸出齒輪軸(12-5)后端的圓盤上，行星齒輪(12-2)安裝在銷軸(12-3)上，與行星減速器殼體(12-1)上的內齒圈嚙合，行星減速器殼體(12-1)采用法蘭+半腔的結構形式鑄造而成，端部帶有內齒圈，輸出齒輪軸(12-5)通過減速器軸承(12-4)支承在行星減速器殼體(12-1)上，太陽輪為電機齒輪軸(9),行星輪為四個行星齒輪(12-2),行星架為和輸出齒輪一體的輸出齒輪軸(12-5)。
【文檔編號】H02K1/22GK103715794SQ201310654052
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月5日 優先權日:2013年12月5日
【發明者】趙升噸, 崔敏超, 陳超, 李靖祥, 范淑琴, 張琦 申請人:西安交通大學