專(zhuān)利名稱(chēng)：扁平型永磁同步起動(dòng)發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于機(jī)械領(lǐng)域，具體涉及一種ISG(integrated starter generator)電機(jī)，就是集成一體化的永磁同步起動(dòng)發(fā)電機(jī)，這部電機(jī)具有兩種工作狀態(tài)，可根據(jù)實(shí)際需要運(yùn)行在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)或發(fā)電機(jī)狀態(tài)。
背景技術(shù)：
本實(shí)用新型的初衷是設(shè)計(jì)一種在同一工作過(guò)程中能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)兩種運(yùn)行狀態(tài)的電機(jī)，這種電機(jī)主要迎合汽車(chē)、輪船等的混合動(dòng)力的改造。當(dāng)前的汽車(chē)輪船等交通運(yùn)輸工具的動(dòng)力主要由發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒燃油產(chǎn)生傳輸動(dòng)力。此種動(dòng)力傳輸方式從下述方面顯示出日漸明顯的缺點(diǎn)，從功能上看1、燃油燃燒所產(chǎn)生的廢氣、毒氣對(duì)環(huán)境造成的極大的污染，這些污染除了發(fā)動(dòng)機(jī)燃油的正常排放，大部分是發(fā)動(dòng)機(jī)燃油燃燒不充分造成的，而發(fā)動(dòng)機(jī)燃油燃燒不充分一般發(fā)生在汽車(chē)低溫起動(dòng)、低速升高速及因交通擁擠造成汽車(chē)走走停停等的情況下；2、低溫下的冷起動(dòng)十分困難，一是低溫下燃油不宜點(diǎn)燃，二是傳統(tǒng)的起動(dòng)機(jī)功率較小，因此帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度低，使燃油燃燒不充分，不宜起動(dòng)；3、另外汽車(chē)、輪船等還存在的一個(gè)困擾就是因?qū)ζ?chē)舒適性及混合動(dòng)力的要求而不斷增加的電儀器設(shè)備等對(duì)電能的大量需求，而現(xiàn)有的汽車(chē)輪船上的電機(jī)設(shè)備遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足需要。
現(xiàn)有汽車(chē)起動(dòng)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的位置及工作原理如附圖1所示，汽車(chē)要行走，必須有動(dòng)力，動(dòng)力來(lái)自于發(fā)動(dòng)機(jī)。通常的發(fā)動(dòng)機(jī)處于工作狀態(tài)時(shí)，由發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中的活塞做上下往返運(yùn)動(dòng)來(lái)帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，曲軸再將動(dòng)力傳給下一級(jí)傳動(dòng)系(如變速箱)，如此逐級(jí)傳動(dòng)最終帶動(dòng)車(chē)輪運(yùn)轉(zhuǎn)。而發(fā)動(dòng)機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)(即由靜止到轉(zhuǎn)動(dòng))卻需要借助外界力量，通常使用電動(dòng)機(jī)來(lái)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，這里的電動(dòng)機(jī)就是起動(dòng)電機(jī)。從其結(jié)構(gòu)來(lái)看，通常的起動(dòng)電動(dòng)機(jī)就是普通電動(dòng)機(jī)，具有普通電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，不同的汽車(chē)根據(jù)側(cè)重的功能采用不同的電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)；而且現(xiàn)有的起動(dòng)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的位置不是同軸相連的，而是分別連在變速箱上。通常的汽車(chē)結(jié)構(gòu)中還有個(gè)發(fā)電機(jī)，為整個(gè)汽車(chē)的用電設(shè)備提供電源，還有個(gè)儲(chǔ)存電能的蓄電池(亦稱(chēng)電瓶)。發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，通過(guò)皮帶帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)發(fā)電向汽車(chē)的用電設(shè)備提供電能，同時(shí)向蓄電池充電，即發(fā)電機(jī)消耗部分傳動(dòng)的機(jī)械能將其轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)起來(lái)；發(fā)電機(jī)不發(fā)電時(shí)，汽車(chē)使用貯存在蓄電池中的電能。
而ISG電機(jī)與傳統(tǒng)電機(jī)相比，由于將傳統(tǒng)的單個(gè)的起動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)功能由一個(gè)ISG電機(jī)實(shí)現(xiàn)，且ISG電機(jī)在車(chē)內(nèi)的布置是與發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸直接相連，這與傳統(tǒng)起動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)分別通過(guò)變速箱與發(fā)動(dòng)機(jī)相連不同，這種布置既可使ISG電動(dòng)機(jī)以極小的損耗提供電動(dòng)力矩，又可提高發(fā)電機(jī)效率。
ISG電機(jī)可采用異步電機(jī)也可采用同步電機(jī)實(shí)現(xiàn)。異步動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)定子繞組接在交流電源上，轉(zhuǎn)子繞組自身短路，由于電磁感應(yīng)的關(guān)系，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)、電流，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，所以異步電機(jī)又叫感應(yīng)電機(jī)。
ISG異步電機(jī)在日本和歐美國(guó)家已有發(fā)明和研究，從其發(fā)布的部分參數(shù)和功能來(lái)看，它一般采用鼓式轉(zhuǎn)子和盤(pán)式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，盤(pán)式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)電機(jī)一般采用雙定子結(jié)構(gòu)，雖然它的發(fā)電機(jī)功率6KW時(shí)效率大于80％，但考慮兩個(gè)定子的拉力等因素，使它的設(shè)計(jì)費(fèi)用比較昂貴。而鼓式電機(jī)的最小起動(dòng)扭矩為200Nm，而且發(fā)電機(jī)功率僅在4KW時(shí)系統(tǒng)效率大于80％，可見(jiàn)發(fā)電機(jī)效率不是很高。
總的來(lái)說(shuō)，異步電機(jī)的缺點(diǎn)是1、效率低；2、結(jié)構(gòu)上不適合汽車(chē)、輪船等交通運(yùn)輸工具的震蕩的環(huán)境；3、異步電機(jī)控制比同步電機(jī)復(fù)雜。
同步電機(jī)一般在定子上放置電樞繞組，在轉(zhuǎn)子上裝磁極，磁極上套勵(lì)磁繞組，如用永久磁鐵做成磁極，即為永磁同步電機(jī)。當(dāng)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，由發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，永磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)與定子導(dǎo)體之間有了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在定子繞組中就會(huì)感應(yīng)交流電動(dòng)勢(shì)；如作為同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，則在電機(jī)的定子繞組加上三相交流電，該三相交流電由車(chē)載電平通過(guò)逆變電路實(shí)現(xiàn)，則會(huì)在電機(jī)里產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，帶動(dòng)永磁磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)。交流電動(dòng)勢(shì)的頻率f取決于極對(duì)數(shù)p和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，f＝pn/60，可見(jiàn)當(dāng)極對(duì)數(shù)一定時(shí)，永久磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速和電樞電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速有嚴(yán)格的關(guān)系，此即所謂同步，所以能產(chǎn)生穩(wěn)定轉(zhuǎn)矩。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種全新結(jié)構(gòu)的扁平型永磁同步起動(dòng)發(fā)電機(jī)，該電機(jī)在汽車(chē)、輪船等交能運(yùn)輸工作中，既能代替起動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)功能，又可代替發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)發(fā)電功能。它不同于起動(dòng)機(jī)安裝在變速箱上，也不同于發(fā)電機(jī)通過(guò)皮帶輪與發(fā)動(dòng)機(jī)連接，而是直接安裝在曲軸上，與發(fā)動(dòng)機(jī)同軸連接，如圖2所示。
本專(zhuān)利將汽車(chē)傳統(tǒng)的起動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)兩個(gè)電機(jī)設(shè)計(jì)成一個(gè)電機(jī)，采用外定子內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，該電機(jī)一般呈立式扁平狀結(jié)構(gòu)，在汽車(chē)中應(yīng)用時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子固定在發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸上，永磁體磁極放置在轉(zhuǎn)子上隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)；定子固定在飛輪殼中，電樞繞組放置在定子上，電機(jī)軸兩端分別與汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸和飛輪相連，而飛輪和ISG電機(jī)都處于飛輪殼里，如圖3所示。實(shí)際應(yīng)用中，多數(shù)因受到安裝位置的限制，故采用軸向較短的結(jié)構(gòu)(與直徑相比較)。
本實(shí)用新型所述電機(jī)采用內(nèi)轉(zhuǎn)子式永磁無(wú)刷同步電機(jī)，定子48槽，放置電樞繞組8組(每組各含通abc三相電的三組線(xiàn)圈)，形成電磁場(chǎng)16極，在轉(zhuǎn)子上安裝永久磁鐵16極，形成16極永久磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為橫向結(jié)構(gòu)，橫向結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子槽內(nèi)放置永磁體，此種結(jié)構(gòu)提高了氣隙磁通密度、有效地縮小了電機(jī)體積、減少永磁體的用量、減低了電機(jī)成本。定子鐵心采用硅鋼鐵片疊壓而成，沖片涂絕緣漆，提高疊裝系數(shù)；定子壓卷為反磁鋼板，降低附加損耗，線(xiàn)卷用聚酰亞胺漆包線(xiàn)，以及定子繞組壓力真空浸漆新工藝。繞組結(jié)構(gòu)采用了分?jǐn)?shù)槽繞組(參考感應(yīng)電機(jī))，保證電壓波形，對(duì)地絕緣采用NHN復(fù)合箔。為有效削弱場(chǎng)強(qiáng)，在專(zhuān)用的繞組結(jié)構(gòu)中將電感設(shè)計(jì)得很大。
如圖4所示為6極電機(jī)、轉(zhuǎn)子6極磁極、定子繞組三組的永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，本專(zhuān)利所述16極電機(jī)的16極轉(zhuǎn)子磁極，16組定子繞組的結(jié)構(gòu)布置原理與此相近。從圖4可以看到6極電機(jī)的定子繞組布線(xiàn)圖，如圖所示，因是六極電機(jī)，定子繞組也要產(chǎn)生六個(gè)磁極(三對(duì)極)，當(dāng)a相通電時(shí)，如果說(shuō)a(-a)產(chǎn)生一對(duì)磁極，則aa(-aa)、aaa(-aaa)產(chǎn)生另外兩對(duì)磁極，同理b、c通電時(shí)也分別產(chǎn)生三對(duì)磁極。而且對(duì)于只有一組繞組的電機(jī)通a、b、c三相交流電，各相電角相差120°，對(duì)于6極電機(jī)來(lái)說(shuō)，需要三組這樣的繞組，即a(-a)、b(-b)、c(-c)一組，aa(-aa)、bb(-bb)、cc(-cc)一組，aaa(-aaa)、bbb(-bbb)、ccc(-ccc)一組，各相之間均相差120度電角度，這里假設(shè)各相僅有一個(gè)線(xiàn)圈，根據(jù)電機(jī)公式電角度＝(極數(shù)/2)空間角度，可知三組繞組9個(gè)線(xiàn)圈(a、-a為一個(gè)繞組線(xiàn)圈)在空間以相隔40度空間角度分布，即a、b、c、aa、bb、cc、aaa、bbb和ccc之間彼此相隔40度空間角度，同理各負(fù)相間也相隔40度空間角度；又因當(dāng)a相通電時(shí)，由a(-a)、aa(-aa)、aaa(-aaa)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子的六極磁極，故它們彼此間相差60度空間角度，由以上推知布線(xiàn)位置應(yīng)如圖四(a)。配合上述的布線(xiàn)方式，定子繞組的接線(xiàn)方式是Y型接法。
我們?cè)O(shè)計(jì)的電機(jī)是16極，也通a、b、c三相交流電，則對(duì)于16極電機(jī)來(lái)說(shuō)需要8組這樣的繞組，布線(xiàn)原理、位置同6極電機(jī)相同，參看圖四(a)，8組繞組彼此為Y型接法，接線(xiàn)原理方法同6極電機(jī)接線(xiàn)相同，如圖四(b)。
如圖5所示，電機(jī)轉(zhuǎn)子由電機(jī)軸筒、左軸蓋、右軸蓋、軛鐵、條形永久磁極組成，軸筒由具有一定厚度的無(wú)磁不銹鋼材料制成，其外側(cè)沿圓周等距離分布有嵌軛鐵的凹槽，內(nèi)部中空；軛鐵沿電機(jī)軸向呈梯形，其上下兩邊是同心圓弧，每相鄰的兩個(gè)梯形軛鐵的外弧(遠(yuǎn)離電機(jī)軸的一側(cè))的外圓(6)沿弧向邊沿彼此結(jié)合在一起，構(gòu)成一個(gè)幾乎接近封閉的楔形空間，條形永久磁極嵌入這個(gè)楔形空間內(nèi)，每一軛鐵兩側(cè)安裝的條形磁塊的極性相同；梯形軛鐵內(nèi)弧體軸向兩端有比軛鐵其余部分突出的內(nèi)弧臺(tái)階，軛鐵內(nèi)弧體嵌入軸筒的凹槽中，內(nèi)弧臺(tái)階沿軸筒凹槽伸入到左右電機(jī)蓋中，從而將梯形軛鐵固定在電機(jī)軸筒上；左右軸蓋與電機(jī)軸筒固定安裝在一起。
當(dāng)本專(zhuān)利的起動(dòng)電機(jī)在汽車(chē)中應(yīng)用時(shí)，與電機(jī)軸筒固定安裝在一起的左右軸蓋再分別與汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸(通過(guò)接口法蘭)及飛輪連接，軸筒與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸及飛輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)。
如圖6所示，單塊軛鐵的形狀從電機(jī)軸一端看進(jìn)去如梯形，上下兩個(gè)邊是同心圓弧。其遠(yuǎn)離電機(jī)軸的一側(cè)(構(gòu)成梯形上邊的弧形外圓的一側(cè))相鄰兩個(gè)軛鐵的邊沿沿弧向彼此結(jié)合在一起，構(gòu)成一個(gè)幾乎接近封閉的楔形空間，條形磁鐵塊則嵌入這個(gè)楔形空間內(nèi)，隨軸而轉(zhuǎn)，同時(shí)兩塊軛鐵緊緊夾住磁塊，這樣無(wú)論電機(jī)軸怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)，磁塊都不會(huì)被甩出，也防止磁塊因受震動(dòng)而損壞。從圖中的右視圖可以看出，其連接電機(jī)軸的另一側(cè)(構(gòu)成梯形軛鐵塊的下邊的弧形外圓的一側(cè))沿軸向比上邊大圓伸出一些，這個(gè)伸出部分是起固定軛鐵作用，電機(jī)軸上有嵌軛鐵的凹槽，軛鐵塊就嵌入這個(gè)凹槽中，電機(jī)軸上的凹槽底部繼續(xù)伸入到電機(jī)蓋中，則軛鐵塊下邊的內(nèi)弧臺(tái)階沿電機(jī)軸向伸出的部分就可以嵌入到這里，伸入到軸蓋下，軸蓋就可以將其固定在電機(jī)軸上，而不會(huì)被電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)大的離心力甩出。從而將其牢牢固定住。
如圖7所示，單塊軛鐵是由軛鐵胚加工出來(lái)的。一塊具有一定厚度符合尺寸要求的完整圓柱形純鐵胚<圖7(a)>，被加工成內(nèi)外兩個(gè)圓柱體結(jié)構(gòu)，其內(nèi)圓柱體沿軸向兩側(cè)均高出外圓柱<圖7(c)>，形成沿軸向向外突出的內(nèi)圓柱臺(tái)階形狀，這是為了保證鐵胚被加工成單個(gè)梯形軛鐵塊時(shí)，每個(gè)軛鐵塊下面的圓弧兩端都有沿軸向伸出的部分，以便安裝時(shí)該突出部分能伸進(jìn)電機(jī)軸上被軸蓋蓋住的凹槽內(nèi)。接下來(lái)再利用線(xiàn)切割機(jī)將圓柱鐵胚等分成16部分，再切割成彼此獨(dú)立的梯形軛鐵塊，并且梯形軛鐵塊的外圓能夠彼此連接成標(biāo)準(zhǔn)圓滑曲線(xiàn)，構(gòu)成幾乎接近封閉的楔形空間，形成如圖7<d>所示的形狀，內(nèi)圓柱體具有向外突起部分(內(nèi)弧臺(tái)階)，在轉(zhuǎn)子總裝時(shí)插入軸筒的槽內(nèi)，與軸安裝在一起，起固定軛鐵的作用，最后鐵胚的中間部分被掏空，這樣單個(gè)軛鐵塊就加工出來(lái)了。
磁鐵塊做成長(zhǎng)方體形狀，楔入到兩個(gè)梯形軛鐵中間形成磁極。磁極可采用任何磁性材料，做為本實(shí)用新型最優(yōu)選的實(shí)施方式是采用NdFeB永磁材料。NdFeB磁塊設(shè)計(jì)成這種形狀可使材料達(dá)到最優(yōu)的磁特性，具有最大的磁能積，并且可最大限度的節(jié)省磁性材料的使用，節(jié)約成本，長(zhǎng)方體磁鐵可經(jīng)沖磁使其一側(cè)為N極，另一側(cè)則為S極。在軛鐵的楔形空間內(nèi)，相鄰磁極的極性相反放置，即第一磁極的N極、S極、第二磁極的S極、N極、第三磁極的N極、S極，以下類(lèi)推，從而使得每個(gè)軛鐵兩側(cè)的磁體極性相同。軛鐵嵌在軸筒上的凹槽內(nèi)，由左右軸蓋固定。軸筒采用的材料是具有一定厚度的1Cr18Ni9Ti無(wú)磁不銹鋼或其它類(lèi)似材料，目的是阻斷磁力線(xiàn)通過(guò)軸筒形成閉合磁路，在這種情況下，軛鐵兩側(cè)的兩個(gè)相同極性的磁力線(xiàn)就被從軛鐵表面逼出，在軛鐵的表面形成與軛鐵兩側(cè)磁塊極性相同的極性，如圖8所示，如此在軛鐵的表面就形成了N極和S極交替的情形。
電機(jī)采用NdFeB磁性材料做轉(zhuǎn)子磁極，NdFeB是第三代稀土永磁材料，它含有稀土元素Nd和鐵族元素及B元素，在制造工藝上主要采用快萃法、熱擠壓法等工藝。粉末冶金法生產(chǎn)Nd-Fe-B系永磁體的工藝流程為原材料—冶煉—制粉—磁場(chǎng)取向與壓力成型—燒結(jié)與熱處理—機(jī)械加工—表面處理—檢測(cè)。目前，開(kāi)發(fā)廉價(jià)釹鐵硼永磁材料的途徑，主要集中在四個(gè)方面；即采用富釹混合稀土作原材料，取代純釹金屬；采用還原—擴(kuò)散工藝制備磁粉，采用熔體快淬技術(shù)和開(kāi)發(fā)粘結(jié)磁體等。
采用NdFeB材料作永磁磁極的優(yōu)點(diǎn)1、NdFeB的磁性能優(yōu)異，是目前的稀土永磁材料中磁能積最高的材料(磁能積是指單位體積存儲(chǔ)和可利用的最大磁能密度的量度，即所說(shuō)磁性最強(qiáng)，用(BH)max表示)，磁能積已達(dá)300kJ/m3，其磁能積的理論值達(dá)526.4kJ/m3(66MGOe)。它能吸起相當(dāng)于自身重量640倍的重物。傳統(tǒng)的永磁同步電機(jī)一般采用鐵氧體材料作永磁磁極，NdFeB的磁能積是鐵氧體的十余倍。我國(guó)90年代研制的NdFeB磁能積已高達(dá)392kj/m3。高的磁能積使NdFeB與其他材料相比在產(chǎn)生同等磁場(chǎng)強(qiáng)度的情況下所用材料體積最小，因此用它來(lái)制造永磁發(fā)電機(jī)使轉(zhuǎn)子的構(gòu)造空間比用勵(lì)磁繞組或其他永磁材料所構(gòu)成的轉(zhuǎn)子所需空間要小得多，可以顯著縮小電機(jī)體積，有利于在汽車(chē)等有限的空間內(nèi)輸出電機(jī)扭矩及功率；因其磁性強(qiáng)，可減少永磁材料的使用，降低了成本，提高了效率，改善了性能且價(jià)格低廉。
2、NdFeB磁性材料具有高矯頑力和內(nèi)稟矯頑力(分別為850KA/m和1980KA/m)，它們是抵抗磁的和非磁的干擾而保持其永磁性的量度。因其具有高矯頑力和內(nèi)稟矯頑力，永磁性不易受外界磁性和非磁性環(huán)境因素的干擾，有助于提高系統(tǒng)的可靠性；
3、與其它的稀土永磁材料相比，NdFeB的機(jī)械性能較好，不易破碎。尤其適用于汽車(chē)等震蕩的環(huán)境。
4、NdFeB的居里溫度較低，居里溫度為320攝氏度(所謂居里溫度是指磁性材料在超過(guò)一定的溫度點(diǎn)則磁性消失，這個(gè)溫度點(diǎn)就是該磁性材料的居里溫度)。NdFeB磁性材料在接近居里溫度時(shí)磁性變化明顯，磁性材料溫度穩(wěn)定性常用矯頑力Hc和剩磁Br(永磁體經(jīng)磁化至技術(shù)飽和，并去掉外磁場(chǎng)后，所保留的Br稱(chēng)為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度。簡(jiǎn)稱(chēng)為剩磁。所謂技術(shù)飽和是指各項(xiàng)磁性參數(shù)隨磁化強(qiáng)度的增加變化很小。所謂矯頑力是指)溫度系數(shù)表示，表示每升高1℃，矯頑力和剩磁的相應(yīng)改變量，單位為[％/℃]。NdFeB Br溫度系數(shù)偏高(a＝-0.12％/t)，矯頑力溫度系數(shù)亦偏高，約0.70％/℃。例如三元Nd-Fe-B永磁材料(Neomax35)的退磁曲線(xiàn)和磁參量隨溫度的變化分別如圖9所示?？梢?jiàn)隨溫度的升高，矯頑力的降低比Br、(BH)max的降低更快一些。溫度升高至250℃時(shí)，Hc已降低到零。對(duì)于磁性材料來(lái)說(shuō)，剩磁Br和矯頑力Hc要求它們隨溫度變化越小越好。NdFeB溫度遠(yuǎn)低于居里溫度時(shí)磁性能較好；在溫度升至約250℃時(shí)，磁性能已非常低?！睢断⊥劣来挪牧系拈_(kāi)發(fā)和運(yùn)用》作者任伯勝等1989年12月第1版☆《稀土永磁材料的開(kāi)發(fā)和運(yùn)用》作者任伯勝等1990年12月第1版這種材料在電磁感應(yīng)中明顯地表現(xiàn)出的對(duì)溫度的依賴(lài)性的特點(diǎn)不僅給發(fā)電機(jī)運(yùn)行而且還給電動(dòng)機(jī)運(yùn)行帶來(lái)了好處。
A、隨著溫度的下降，永久磁鐵的磁性感應(yīng)上升。從圖9上可以看出，溫度在0-50℃時(shí)NdFeB的各項(xiàng)磁性能最強(qiáng)，尤其是磁能積(BH)max最高，也就是說(shuō)磁性最強(qiáng)，由此電機(jī)在冷起動(dòng)時(shí)比在熱電機(jī)中由于具有較高磁能積，故而可以達(dá)到更高的扭矩，即電磁轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流和氣隙磁通的關(guān)系為T(mén)＝Cφl(shuí)a(T為電磁轉(zhuǎn)矩，C為常量，φ為氣隙磁通，la為電樞電流)，其中氣隙磁通主要由轉(zhuǎn)子永久磁鐵的磁場(chǎng)產(chǎn)生的，常溫下永久磁鐵磁性不變，當(dāng)溫度下降時(shí)，NdFeB磁性上升，由此產(chǎn)生的氣隙磁通增強(qiáng)，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩隨之增加，產(chǎn)生比常溫下更高的扭矩。在冷起動(dòng)時(shí)要達(dá)到常溫下相同的起動(dòng)扭矩，電動(dòng)機(jī)電樞電流即蓄電池電流可以相應(yīng)地降低。
B、在ISG系統(tǒng)應(yīng)用中需要一個(gè)很大范圍的恒定功率，要求磁場(chǎng)衰減比在1∶10至1∶40之間，所謂磁場(chǎng)衰減比是指帶恒定力矩的轉(zhuǎn)速范圍與帶恒定功率的轉(zhuǎn)速范圍之比。當(dāng)發(fā)電機(jī)高溫度運(yùn)行時(shí)，磁性感應(yīng)下降，可自動(dòng)達(dá)到場(chǎng)強(qiáng)衰減。
C、NdFeB永磁材料中所含的稀土元素在我國(guó)廣有分布，蘊(yùn)藏豐富，這將大大降低電機(jī)的制作成本，使電機(jī)在具有高使用性能的情況下其制作成本卻遠(yuǎn)低于其他的磁性材料，NdFeB的這些特性尤其適于制造大功率永磁發(fā)電機(jī)。
整個(gè)轉(zhuǎn)子部分的安裝過(guò)程1)、將電機(jī)右軸蓋蓋在電機(jī)軸上；2)、先將一塊梯形軛鐵嵌入電機(jī)軸凹槽內(nèi)，軛鐵沿電機(jī)軸向伸出的部分伸進(jìn)軸蓋內(nèi)的凹槽里；3)、緊挨其放置一塊磁鐵，4)、接下來(lái)貼著磁鐵再嵌入一塊軛鐵，5)、再貼著這塊軛鐵另一側(cè)放置第二塊磁鐵，6)、與第二塊軛鐵兩側(cè)相接觸的兩塊磁鐵的側(cè)面極性相同，7)、如此交錯(cuò)排列，完成軛鐵和磁塊的布置，8)、將電機(jī)軸左蓋蓋上、軛鐵的左側(cè)沿軸向伸出的部分伸進(jìn)左側(cè)電機(jī)軸蓋中，9)、固定左右軸蓋與軸筒。
本專(zhuān)利采用了內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)。之所以采用此結(jié)構(gòu)由如下考慮1)效率優(yōu)勢(shì)從功率參數(shù)上看，永磁同步電機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中主要是在功率因數(shù)為1時(shí)工作，因此在低轉(zhuǎn)速時(shí)蓄電池電流相對(duì)小，由此電機(jī)電流和磁路線(xiàn)的飽和度明顯小于其他的電機(jī)。異步電機(jī)的功率因數(shù)較差，在運(yùn)行必須從電網(wǎng)里吸收滯后性的無(wú)功功率，它的功率因數(shù)總是小于1，這使得同步電機(jī)的效率要比異步電機(jī)要高；另外因異步電機(jī)是感應(yīng)電機(jī)所以其定轉(zhuǎn)子上均纏有線(xiàn)圈，因此在同等條件下，比如在產(chǎn)生同樣的功率時(shí)，異步電機(jī)所需的體積要比同步電機(jī)大得多，也就是說(shuō)若同步電機(jī)與異步電機(jī)的體積相同，則同步電機(jī)產(chǎn)生的功率一定要比異步電機(jī)高，這在汽車(chē)等交通工具有限的安裝空間里，受到極大的限制。
2)定子與轉(zhuǎn)子間隙優(yōu)勢(shì)同步電機(jī)中對(duì)定子與轉(zhuǎn)子間空隙要求沒(méi)有異步電機(jī)大，這個(gè)特點(diǎn)適合汽車(chē)震蕩的行車(chē)環(huán)境。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)為了避免轉(zhuǎn)子和定子相互接觸，必須要規(guī)定足夠大的間隙。因此安裝在曲軸上的起動(dòng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中ISG電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙是一個(gè)重要的尺寸。在ISG運(yùn)行中這個(gè)間隙不是常數(shù)，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)使用時(shí)間的延長(zhǎng)，這個(gè)值會(huì)增加。這個(gè)間隙安全的下限約為1mm。而同步電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子之間典型的間隙值在1.0mm～1.5mm之間，符合要求。異步電機(jī)間隙卻在0.3mm～0.35mm之間，間隙過(guò)小，同時(shí)異步電機(jī)的無(wú)功電流隨間隙的增大成比例的上升，從而降低了電機(jī)的效率；
3)最后，同步的ISG電機(jī)比異步ISG電機(jī)好控制，轉(zhuǎn)子參數(shù)可測(cè)，而異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子參數(shù)受溫度影響大，易產(chǎn)生控制誤差，影響控制精度。
4)與非永磁的同步電機(jī)相比，同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組被永久磁鐵代替，使電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，最主要它不再需要外部激勵(lì)及與此相關(guān)的功率損耗來(lái)產(chǎn)生電機(jī)中的磁場(chǎng)，從而提高了汽車(chē)、輪船等的整體效率。
5)材料成本優(yōu)勢(shì)本專(zhuān)利轉(zhuǎn)子采用含有稀土元素的永磁材料構(gòu)成，而稀土元素在我國(guó)廣有分布，蘊(yùn)藏豐富，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，這將大大降低電機(jī)的制作成本，使永磁同步電機(jī)擁有良好的市場(chǎng)前景，考慮所需性能和成本之間的平衡，應(yīng)采用同步電機(jī)。
6)與其它的永磁電機(jī)相比本專(zhuān)利轉(zhuǎn)子采用了NdFeB永磁材料作磁極，這使本專(zhuān)利具有極大的優(yōu)點(diǎn)。
本專(zhuān)利的永磁同步電機(jī)能實(shí)現(xiàn)的功能1、提供大的電動(dòng)功率和動(dòng)力輔助傳統(tǒng)的車(chē)用起動(dòng)電機(jī)一般提供的功率為2KW-5KW，而我們?nèi)サ粢粋€(gè)起動(dòng)電機(jī)和一個(gè)發(fā)電機(jī)，所節(jié)省的空間可以用來(lái)安置一個(gè)比單個(gè)起動(dòng)電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)大的多的ISG永磁同步電機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)峰值30KW以上的輸出功率，從而可以有效地解決汽車(chē)越來(lái)越多的車(chē)載電器用電需要及解決發(fā)動(dòng)機(jī)燃油污染問(wèn)題。之所以發(fā)出這樣大的的功率是因?yàn)榈谝?、ISG電機(jī)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的電機(jī)大的多，也就是說(shuō)定子的永磁體的體積、極數(shù)，轉(zhuǎn)子的電樞線(xiàn)圈布置數(shù)等都比車(chē)用傳統(tǒng)電機(jī)大的多，因此自然產(chǎn)生大的電磁轉(zhuǎn)矩及大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)從而輸出大的功率；第二、傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)通過(guò)變速箱等中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)與發(fā)機(jī)相連，使電動(dòng)機(jī)發(fā)出的機(jī)械功率消耗掉相當(dāng)一部分，而ISG電機(jī)直接與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸相連，此種布置首先使電動(dòng)機(jī)提供的扭矩直接作用在發(fā)動(dòng)機(jī)上，減少了功率損耗，從而快速起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)或提供動(dòng)力輔助。第三結(jié)構(gòu)采用永磁同步電機(jī)，與異步電機(jī)比效率高，容易實(shí)現(xiàn)控制。
在蓄電池能夠提供足夠電功率時(shí)，可使ISG電機(jī)工作在起動(dòng)機(jī)狀態(tài)下，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸產(chǎn)生的力矩方向相同，從而形成合力矩，由于ISG電動(dòng)機(jī)功率與發(fā)動(dòng)機(jī)功率合在一起提供動(dòng)力輔助，在達(dá)到相同動(dòng)力要求下，有了ISG電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輔助，可望減小發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸，從而減少燃料的使用，這將進(jìn)一步降低燃油的排放量，減小污染，同時(shí)降低了成本。
2、實(shí)現(xiàn)制動(dòng)、減速能量的回收，有利于發(fā)電機(jī)提高效率傳統(tǒng)的車(chē)用發(fā)電機(jī)一般提供的功率為2KW-6KW。使用ISG永磁同步電機(jī)時(shí)，由于電機(jī)直接連在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸上，所以本電機(jī)可實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量回收，即能量的再生制動(dòng)功能，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能從而提高發(fā)電機(jī)效率，提供大功率電能，所提供的功率峰值可達(dá)30KW以上。
因與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸直接相連，當(dāng)汽車(chē)制動(dòng)或減速時(shí)，使ISG電機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，根據(jù)發(fā)電機(jī)的電磁關(guān)系(參見(jiàn)《電機(jī)學(xué)》教材，電子工業(yè)出版社，2004年代，Charles Kingsley，Jr等著劉心正等譯)，發(fā)電機(jī)將產(chǎn)生與曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的制動(dòng)力矩，消耗機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在蓄電池中，這一方面有利于汽車(chē)快速制動(dòng)和減速，另一方面將制動(dòng)和減速的機(jī)械能量轉(zhuǎn)化為電能回收在蓄電池中。同時(shí)采用永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)能大大提高電機(jī)的發(fā)電效率。
3、實(shí)現(xiàn)低溫起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度不可過(guò)低，溫度過(guò)低，燃料蒸發(fā)不容易，會(huì)發(fā)生不完全燃燒，潤(rùn)滑油黏度大，摩擦阻力大。溫度越低，摩擦阻力越大，傳統(tǒng)起動(dòng)電機(jī)因起動(dòng)功率小，很難在低溫下克服這種阻力一次性快速起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，而本實(shí)用新型的ISG電機(jī)能發(fā)出幾倍、十幾倍乃至幾十倍于傳統(tǒng)起動(dòng)機(jī)的起動(dòng)功率(取決于不同的車(chē)型和電機(jī)的體積)，它通過(guò)曲軸快速帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)先行轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)后，活塞上下對(duì)其內(nèi)的汽油和空氣的混合氣體做工，活塞做功越多，對(duì)混合氣體壓縮越厲害，氣體越熱，點(diǎn)火后燃燒越快、越充分，則發(fā)動(dòng)機(jī)越易起動(dòng)，起動(dòng)越快，而ISG永磁同步電機(jī)在低溫冷起條件下，可提供高扭矩，快速起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，從而降低燃油燃燒地不充分性，減少污染。ISG永磁同步電機(jī)甚至能在發(fā)動(dòng)機(jī)未起動(dòng)前，帶動(dòng)汽車(chē)行駛一段時(shí)間，而現(xiàn)有技術(shù)的電動(dòng)機(jī)提供的非常低的電動(dòng)機(jī)功率則根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)這種功能。這是因?yàn)闉镮SG提供的電平并非現(xiàn)有24V電，而是42V電，這是ISG的大功率發(fā)電功能實(shí)現(xiàn)的。
4、具有停停走走功能，從而減少環(huán)境污染，節(jié)省燃油在交通擁擠的現(xiàn)代街道停停走走，發(fā)動(dòng)機(jī)都要處于怠速狀態(tài)或處于由慢速到快速的狀態(tài)甚至處于發(fā)動(dòng)機(jī)熄火再起動(dòng)的狀態(tài)，而這些狀態(tài)均易使發(fā)動(dòng)機(jī)燃油燃燒不充分，是產(chǎn)生燃油污染的主要原因。有了ISG電機(jī)就可以在汽車(chē)處于停停走走狀態(tài)時(shí)，干脆將發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)掉，大功率的ISG起動(dòng)電機(jī)可提供足夠的電動(dòng)力帶動(dòng)述汽車(chē)行駛。而在汽車(chē)正常行駛后，再掛上離合由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，起動(dòng)原理同低溫起動(dòng)原理一樣，即起動(dòng)電機(jī)快速帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞做功，混合氣體被高度壓縮，快速點(diǎn)燃，發(fā)動(dòng)機(jī)被快速起動(dòng)。這種起動(dòng)不僅迅速，增加了斷油期間，節(jié)約了燃油，減少了污染，而且噪音小(噪音主要使發(fā)動(dòng)機(jī)燃油燃燒不充分時(shí)發(fā)出的)。因此ISG永磁同步電機(jī)的起動(dòng)—停止功能就是使發(fā)動(dòng)機(jī)在待速狀態(tài)下即刻關(guān)閉，同時(shí)又能在需要時(shí)無(wú)噪聲地迅速重新起動(dòng)，從而降低了發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)或由低速向高速加速時(shí)的燃油燃燒不充分而造成的污染。


圖1傳統(tǒng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、起動(dòng)電機(jī)、發(fā)電機(jī)布置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2使用ISG電機(jī)后的汽車(chē)布置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3ISG電機(jī)在汽車(chē)中的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖4(a)6極電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)布置關(guān)系示意圖；圖4(b)6極電機(jī)的定子線(xiàn)圈Y型接法示意圖；圖5轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)總成示意圖；圖6(a)沿軸向的梯形軛鐵主視圖；圖6(b)圖6(a)所示梯形軛鐵的徑向示意圖；圖6(c)圖6(a)所示梯形軛鐵的弧向示意圖；圖7(a)梯形軛鐵加工示意圖——圓柱形鐵坯立體圖；圖7(b)梯形軛鐵加工示意圖——圓柱形鐵坯前視圖；圖7(c)梯形軛鐵加工示意圖——內(nèi)外兩個(gè)圓柱體結(jié)構(gòu)；圖7(d)梯形軛鐵加工示意圖——呈圓弧排列的梯形軛鐵；圖8從軸向看進(jìn)去的電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖；圖9NdFeB材料磁性能隨溫度變化曲線(xiàn)；圖10ISG電機(jī)運(yùn)行控制示意圖；圖11Y型連接繞組兩兩通電時(shí)的合成轉(zhuǎn)矩矢量圖；(a)T1T2接通時(shí)A相和C相的合成力矩矢量圖；(b)T2T3接通時(shí)B相和C相的合成力矩矢量圖；(c)六個(gè)管兩兩接通時(shí)的全部合成轉(zhuǎn)矩的矢量圖；圖12霍耳傳感器相對(duì)位置示意圖。
如圖5所示，各部分名稱(chēng)為無(wú)磁不銹鋼軸筒1、電機(jī)軸右軸蓋2、電機(jī)軸左軸蓋3、電機(jī)軸內(nèi)部中空4、梯形軛鐵5、軛鐵外圓6、軛鐵內(nèi)圓沿軸向突出部分7、嵌軛鐵的軸筒凹槽8、連接法蘭9、電機(jī)右軸蓋與飛輪連接用銷(xiāo)孔10、電機(jī)右軸蓋與無(wú)磁不銹鋼軸筒連接用銷(xiāo)孔11、電機(jī)左軸蓋與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸連接用銷(xiāo)孔12、電機(jī)左軸蓋與無(wú)磁不銹鋼軸筒連接用銷(xiāo)孔13。
如圖8所示，各部分名稱(chēng)為無(wú)磁不銹鋼軸筒1、電機(jī)軸內(nèi)部中空4、梯形軛鐵5、軛鐵外圓6、軛鐵內(nèi)圓沿軸向突出部分7、嵌軛鐵的軸筒凹槽8、放置長(zhǎng)方體磁塊的空間14、放置磁塊后形成N極15、放置磁塊后形成S極16。
如圖10所示，20為霍耳傳感器。
如圖12所示，各部分名稱(chēng)為9、連接法蘭，17、轉(zhuǎn)子，18、定子，19、霍耳傳感器轉(zhuǎn)子，20、霍耳傳感器，21霍耳傳感器固定架。
具體實(shí)施方式
我們采用了霍耳傳感器來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置。霍爾傳感器是一種利用霍爾效應(yīng)實(shí)現(xiàn)將感應(yīng)的磁信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的傳感器。所謂霍爾效應(yīng)就是當(dāng)一塊半導(dǎo)體薄片被置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中，如果在它相對(duì)的兩邊通以控制電流I且磁場(chǎng)方向與電流方向正交，則在半導(dǎo)體另外兩邊將產(chǎn)生一個(gè)大小與控制電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B乘積成正比的電勢(shì)U，即U＝KIB其中K為霍爾元件的靈敏度，這一現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)。當(dāng)霍爾傳感器感應(yīng)相反的磁場(chǎng)即N極和S極時(shí)，會(huì)輸出正電壓和負(fù)電壓，當(dāng)經(jīng)過(guò)它的磁場(chǎng)的極性為N極，則輸出為正脈沖信號(hào)，當(dāng)經(jīng)過(guò)它的磁場(chǎng)的極性為S極，則輸出為負(fù)脈沖信號(hào)，本專(zhuān)利就是利用它的這個(gè)特性來(lái)感應(yīng)轉(zhuǎn)子的永磁體磁極的極性變化，從而輸出高低的電壓值送給控制電路，也就是說(shuō)其輸入為磁場(chǎng)強(qiáng)度，輸出為開(kāi)關(guān)量信號(hào)。為我們首先在電機(jī)外與電機(jī)同軸處安裝另一個(gè)同為16極的結(jié)構(gòu)和位置均相同的永磁轉(zhuǎn)子(參看圖12)，三個(gè)霍耳傳感器彼此以120度空間角度懸置在這個(gè)轉(zhuǎn)子的上面。其工作原理是當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，霍耳傳感器的永磁轉(zhuǎn)子與電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軌跡相同，這個(gè)永磁轉(zhuǎn)子依次經(jīng)過(guò)霍耳傳感器時(shí)，霍耳傳感器將根據(jù)其極性的不同分別產(chǎn)生三組互差120度電角度的方波信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)運(yùn)算處理后作為控制信號(hào)輸入到為電機(jī)供電的逆變電路中的IGBT的柵極，控制IGBT的開(kāi)關(guān)。由于與電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸安裝，霍耳傳感器的通斷狀態(tài)反映了電機(jī)轉(zhuǎn)子的空間位置。
ISG電機(jī)的控制電路如圖(10)所示，為ISG電機(jī)供電的是含六個(gè)IGBT的開(kāi)關(guān)管的全橋逆變電路，IGBT的柵極控制信號(hào)由霍耳傳感器感應(yīng)信號(hào)經(jīng)DSP運(yùn)算處理后輸出的。對(duì)于含六個(gè)IGBT的開(kāi)關(guān)管的全橋逆變電路我們采用了兩兩通電的方式。(如圖10、11)即每一瞬間有2個(gè)功率管導(dǎo)通，每隔1/6周期(60度電角度)換向一次，每次換向一個(gè)功率管，每一功率管導(dǎo)通120度電角度。假設(shè)各功率管的導(dǎo)通順序依次為T(mén)1T2、T2T3、T3T4、T4T5、T5T6、T6T1，則當(dāng)T1T2導(dǎo)通時(shí)，電流從T1管流入A相繞組，再?gòu)腃相流出，經(jīng)T2管回到電源。如果認(rèn)定流入繞組的電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為正，那麼從繞組流出電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為負(fù)，它們的合成轉(zhuǎn)矩在A相轉(zhuǎn)矩與-C相轉(zhuǎn)矩的角平分線(xiàn)上，大小為A相轉(zhuǎn)矩的 倍(如圖11(a))；當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)60度以后，霍耳傳感器也隨之轉(zhuǎn)過(guò)60度，發(fā)出感應(yīng)信號(hào)給DSP，DSP將信號(hào)處理后輸出到IGBT的柵極，控制T2T3通電，這時(shí)電流從T3流入B相繞組再?gòu)腃相繞組流出，經(jīng)T2管回到電源，此時(shí)的合成力矩是B相力矩與-C相力矩合成的，大小與上次的合成力矩一樣，但方向轉(zhuǎn)過(guò)了60度電角度(如圖11(b))。如此循環(huán)產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩。從上述可以知道每個(gè)繞組通電240度，其中正反向各通電120度。圖11(c)表示了全部合成轉(zhuǎn)矩的方向。電機(jī)在這些合成力矩的作用下連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)總是二相通電為三相六狀態(tài)運(yùn)行。轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過(guò)60電角度，就有一次電流切換，每相繞組通電120°電角度。
當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在發(fā)電機(jī)狀態(tài)時(shí)，所發(fā)電能由與IGBT并聯(lián)的六個(gè)二極管返回蓄電池。
本專(zhuān)利所述電機(jī)的典型數(shù)據(jù)電機(jī)呈立式扁平狀結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子固定在發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸上，永磁體磁極放置在轉(zhuǎn)子上隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)；定子固定，電樞繞組放置在定子上，電機(jī)直徑為40cm，軸向長(zhǎng)度30cm，定子直徑為25.8cm，整個(gè)電機(jī)體積小巧，質(zhì)量?jī)H為300KG，有效利用了結(jié)構(gòu)空間，而所能輸出的功率卻高達(dá)50-60KW以上。電機(jī)采用內(nèi)轉(zhuǎn)子式永磁無(wú)刷同步電機(jī)，定子48槽，放置電樞繞組8組(每組各含通abc三相電的三組繞組)，形成電磁場(chǎng)16極，在轉(zhuǎn)子上安裝永久磁鐵16極，形成16極永久磁場(chǎng)。以4缸2L發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)為例，采用ISG電機(jī)可降低油耗10-15％，電機(jī)快速起動(dòng)小于200ms，能在200ms內(nèi)使動(dòng)力系轉(zhuǎn)速達(dá)700r/min發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)起動(dòng)時(shí)無(wú)噪音，無(wú)加速延遲，無(wú)扭矩撞擊，低溫下大于400000次可靠性。最大起動(dòng)扭矩200Nm，最大起動(dòng)轉(zhuǎn)速700r/min，最大可能的起動(dòng)時(shí)間4s。
權(quán)利要求1.扁平型永磁同步起動(dòng)發(fā)電機(jī)，其特征在于采用外定子內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，電機(jī)轉(zhuǎn)子由電機(jī)軸筒(1)、左軸蓋(3)、右軸蓋(2)、梯形軛鐵(5)、永久條形磁極組成；軸筒(1)由具有一定厚度的無(wú)磁不銹鋼材料制成，其外側(cè)沿圓周等距離分布有嵌軛鐵(5)的凹槽(8)，內(nèi)部中空(4)；梯形軛鐵(5)沿電機(jī)軸向呈梯形，其上下兩邊是同心圓弧，每相鄰的兩個(gè)梯形軛鐵的外圓(6)沿弧向邊沿彼此結(jié)合在一起，構(gòu)成一個(gè)幾乎接近封閉的楔形空間，條形永久磁極嵌入這個(gè)楔形空間內(nèi)，每一軛鐵兩側(cè)安裝的條形磁塊的極性相同；梯形軛鐵(5)內(nèi)弧軸向兩端有比軛鐵其余部分突出的內(nèi)弧臺(tái)階(7)，軛鐵內(nèi)弧體嵌入軸筒的凹槽(8)中，內(nèi)弧臺(tái)階(7)伸入到左右電機(jī)蓋(2)、(3)中，從而將梯形軛鐵固定在電機(jī)軸筒上；左右軸蓋(2)、(3)與電機(jī)軸筒(1)固定安裝在一起。
2.如權(quán)利要求1所述的扁平型永磁同步起動(dòng)發(fā)電機(jī)，其特征在于定子48槽，放置電樞繞組8組，每組各含通abc三相電的三組繞組，形成電磁場(chǎng)16極，在轉(zhuǎn)子上安裝條形永久磁鐵16極，形成16極永久磁場(chǎng)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的扁平型永磁同步起動(dòng)發(fā)電機(jī)，其特征在于條形永久磁體系長(zhǎng)方體形狀，由NdFeB永磁材料制成。
4.如權(quán)利要求1或2所述的扁平型永磁同步起動(dòng)發(fā)電機(jī)，其特征在于左右軸蓋(2)、(3)通過(guò)銷(xiāo)孔(11)、(13)與電機(jī)軸筒(1)固定安裝在一起。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種扁平型永磁同步起動(dòng)發(fā)電機(jī)，在車(chē)內(nèi)與發(fā)動(dòng)機(jī)同軸連接。電機(jī)采用外定子內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，呈扁平形狀，轉(zhuǎn)子由電機(jī)軸筒、左右軸蓋、梯形軛鐵、永久條形磁極組成。軸筒具有一定厚度，外側(cè)有嵌軛鐵凹槽，內(nèi)部中空；軛鐵上下兩邊是同心圓弧，每相鄰的兩個(gè)梯形軛鐵的外圓沿弧向邊沿彼此結(jié)合在一起，構(gòu)成一個(gè)幾乎接近封閉的楔形空間，條形永久磁極嵌入這個(gè)楔形空間內(nèi)，每一軛鐵兩側(cè)安裝的條形磁塊的極性相同；梯形軛鐵內(nèi)弧臺(tái)階伸入到左右電機(jī)蓋中，從而將梯形軛鐵固定在電機(jī)軸筒上。條形永久磁鐵由NdFeB永磁材料制成。在汽車(chē)中應(yīng)用，電機(jī)具有提供大電動(dòng)功率、發(fā)電功率和動(dòng)力輔助，能快速實(shí)現(xiàn)低溫起動(dòng)，減少環(huán)境污染、節(jié)省燃油優(yōu)良效果。
文檔編號(hào)H02K3/28GK2728091SQ20042001237
公開(kāi)日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2004年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月23日
發(fā)明者龔依民, 韓煒, 朱澄, 肖麗梅 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)