專利名稱：無觸點汽車發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車發(fā)電裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無觸點汽車發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
汽車發(fā)電裝置是汽車的一個重要部件。目前國內(nèi)外普遍采用電勵磁爪極式發(fā)電裝置，主要是由電勵磁爪極發(fā)電機、勵磁調(diào)節(jié)器組成。其基本工作原理是汽車發(fā)電機是由轉(zhuǎn)速時刻變化的發(fā)動機拖動，使得汽車發(fā)電機的輸出電壓也是時刻變化的，因此利用機械或電子調(diào)節(jié)器對發(fā)電機的轉(zhuǎn)子勵磁進行調(diào)節(jié)，使得發(fā)電機的輸出電壓穩(wěn)定。長期的汽車實際運行表明，電勵磁爪極式發(fā)電裝置存在如下問題1.裝置的可靠性差，降低了汽車的可靠性與安全性；2.裝置的效率低，其平均效率僅30％左右，同時由于轉(zhuǎn)子發(fā)熱，使得電機的銅耗與鐵耗有不同程度的增加，降低發(fā)電機的壽命，此種發(fā)電裝置的壽命一般為兩年左右；3.裝置的輸出電壓精度低，穩(wěn)定性差，尤其滿足不了中高檔汽車對電源的要求；4.裝置的功率密度低，由于其轉(zhuǎn)子為爪極的，體積大，工藝復(fù)雜，導(dǎo)致發(fā)電機的功率密度較低，制造成本增高。這對于對體積和成本非常敏感的汽車行業(yè)來說是不經(jīng)濟的。
針對電勵磁爪極式發(fā)電裝置在實際使用中存在的問題，多年來人們對此進行了多項改造和研究，代表性的發(fā)明專利有1.車用電磁離合式無刷硅整流發(fā)電機組(專利號02114384.6)，一種汽車用電磁離合式無刷硅整流發(fā)電機組，由無刷硅整流發(fā)電機、摩擦片式電磁離合器，皮帶輪傳動副及電氣控制裝置組成。這種汽車發(fā)電裝置依然存在效率低，可靠性差，功率密度低等缺點。2.復(fù)合型磁變汽車交流發(fā)電機(專利號02133453.6)，是一種既使用永磁體，又使用勵磁線圈勵磁的復(fù)合型磁變汽車交流發(fā)電機，包括定子，勵磁線圈和由同軸轉(zhuǎn)動的前、后爪極構(gòu)成的轉(zhuǎn)子，前、后爪極上的極爪均勻間隔排列，其中一個爪極或至少其上的極爪由導(dǎo)磁材料制成，而另一個爪極或至少其上的極爪由單磁性磁極永磁體制成或其上鑲嵌有單磁性磁極永磁體。3.車用混合勵磁爪極發(fā)電機(專利號03112909.9)，在現(xiàn)有爪極發(fā)電機的基礎(chǔ)上，在轉(zhuǎn)子的兩個相對閉合的爪極盤上相鄰、且交錯契入的兩個爪極之間鑲嵌有永磁片。后兩種汽車發(fā)電裝置依然采用爪極轉(zhuǎn)子，因此還擺脫不了爪極電機固有的缺點，并且使得電機的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種無觸點汽車發(fā)電裝置。它是用永磁同步發(fā)電機取代傳統(tǒng)的電勵磁爪極發(fā)電機，配合高精度、高效率開關(guān)電源式調(diào)節(jié)器構(gòu)成。
本發(fā)明包括發(fā)電機、整流器、調(diào)節(jié)器，整流器置于發(fā)電機內(nèi)部的后端蓋上，發(fā)電機定子的三相繞組端部，通過整流器的整流二極管與調(diào)節(jié)器相連，該發(fā)電機為永磁同步發(fā)電機，調(diào)節(jié)器為開關(guān)電源式調(diào)節(jié)器，由開關(guān)電源式調(diào)節(jié)器控制發(fā)電裝置的輸出電壓。永磁同步發(fā)電機的定子采用分數(shù)槽繞組來消除電壓諧波；轉(zhuǎn)子采用徑向表面式結(jié)構(gòu)，即轉(zhuǎn)子鐵心固定在轉(zhuǎn)軸上，沿轉(zhuǎn)子鐵心的周圍均布有永磁體，永磁體之間設(shè)有壓條，壓條的作用是加固永磁體磁極，在轉(zhuǎn)子鐵心上沿軸向均勻開有通風(fēng)孔。開關(guān)電源式調(diào)節(jié)器具有穩(wěn)壓作用，把輸入時刻變化的直流電壓穩(wěn)定成恒定值。開關(guān)電源式調(diào)節(jié)器的電路結(jié)構(gòu)包括穩(wěn)定驅(qū)動電壓電路、無源無損ZVS軟開關(guān)電路、場效應(yīng)管S1、電感L1、二極管D1、電容C1，穩(wěn)定驅(qū)動電壓電路與場效應(yīng)管S1串聯(lián)后，與二極管D1并聯(lián)，電容C1、電阻RL并聯(lián)接于電源E兩端后，通過電感L1與無源無損ZVS軟開關(guān)電路并聯(lián)，使開關(guān)電源式調(diào)節(jié)器的輸入電壓是寬范圍變化的，不論負載如何變化，輸出電壓是穩(wěn)定值。穩(wěn)定驅(qū)動電壓電路是利用晶體三極管V1、V2組成一個恒流源電路晶體三極管V1的基極與晶體三極管V2的集電極并聯(lián)接于芯片驅(qū)動控制信號端，晶體三極管V1的集電極并聯(lián)兩個電阻，分別接于電路上和場效應(yīng)管S1端，晶體三極管V1的發(fā)射極與晶體三極管V2的基極并聯(lián)后，串聯(lián)一電阻接于電路上，晶體三極管V2的發(fā)射極接于電路上。無源無損ZVS軟開關(guān)電路為電容C2和二極管D2相并聯(lián)后，與電感L3、主電感的耦合電感L2和二極管D3依次串聯(lián)接于電路兩端。
本發(fā)明在汽車發(fā)電裝置中，不對汽車發(fā)電機的勵磁電流及參數(shù)進行調(diào)整，而利用開關(guān)電源式調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)發(fā)電裝置的輸出電壓，無論是汽車發(fā)電機本身還是調(diào)節(jié)器都沒有機械觸點。
本發(fā)明的基本原理汽車發(fā)動機是一個變速機構(gòu)，相應(yīng)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速也在很大范圍內(nèi)變化，通常要求發(fā)電機在1000～12000r/min甚至更寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)能正常工作。根據(jù)電磁原理可知，永磁發(fā)電機輸出交流電勢與轉(zhuǎn)速成線性比例變化。當(dāng)汽車發(fā)動機轉(zhuǎn)速在很寬的范圍內(nèi)變化時，永磁發(fā)電機的輸出電壓也會隨之變化，開關(guān)電源式調(diào)節(jié)器的作用就是把經(jīng)整流器輸入的變化直流電壓穩(wěn)定成一個恒定值，起到穩(wěn)壓作用。另外，由于整個裝置的電流較大，額定電流可高達100A，因此采用了一種新型的無源無損ZVS(零電壓軟開關(guān))軟開關(guān)電路，它利用主電感電壓極性跟隨開關(guān)狀態(tài)改變的特點，來恰當(dāng)?shù)乜刂芞VS關(guān)斷電容的充電和放電。這種電路具有使用元器件少，無需額外的輔助開關(guān)，且軟開關(guān)效果好，控制方便，成本低等許多優(yōu)點，使整個裝置的效率得到明顯提高，同時減少了發(fā)熱。
本發(fā)明的優(yōu)點是可以從根本上解決傳統(tǒng)汽車發(fā)電裝置的可靠性差，效率低，輸出電壓精度低，功率密度低等不足之處，使得發(fā)電裝置的整體平均效率達到50％以上，輸出紋波電壓在0.1V左右，功率密度提高20％左右，平均壽命是傳統(tǒng)電勵磁發(fā)電裝置的2倍，這樣就使得汽車發(fā)電裝置的整體可靠性得到提高。且工藝簡潔，成本低廉。
圖1是本發(fā)明的整體電路結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明的永磁同步發(fā)電機外形結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是圖2的側(cè)視圖，圖4是本發(fā)明的永磁同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是圖4的側(cè)視圖，圖6是本發(fā)明的開關(guān)電源式調(diào)節(jié)器拓撲電路示意圖；圖中前端蓋1，轉(zhuǎn)子鐵心2，后端蓋3，整流器4，壓條5，永磁體6，通風(fēng)孔7，轉(zhuǎn)軸8，皮帶輪9，永磁同步發(fā)電機電路I，整流器電路II，開關(guān)電源式調(diào)節(jié)器電路III，穩(wěn)定驅(qū)動電壓電路IV，無源無損ZVS電路V，S1為場效應(yīng)管，K端接芯片驅(qū)動控制信號，三相感應(yīng)電動勢eA，eB，eC，二極管VD1、VD2，VD3、VD4、VD5、VD6、D1、D2、D3，效應(yīng)管S1，電感L1、L2、L3，電阻R1、R2、R3、RL，晶體三極管V1、V2，電容C1、C2，電源E，永磁體磁極N、S。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步描述如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明包括永磁同步發(fā)電機、整流器4、開關(guān)電源式調(diào)節(jié)器，整流器4置于永磁同步發(fā)電機的后端蓋3上，永磁同步發(fā)電機定子三相感應(yīng)電動勢eA，eB，eC經(jīng)繞組端部，分別通過整流器的整流二極管VD1、VD2，VD3、VD4，VD5、VD6與開關(guān)電源式調(diào)節(jié)器相連，由開關(guān)電源式調(diào)節(jié)器控制發(fā)電裝置的輸出電壓。本發(fā)明的實施例中，永磁同步發(fā)電機的定子采用分數(shù)槽繞組，轉(zhuǎn)子采用徑向表面式結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)子鐵心2是用A3鋼制成，電機的前端蓋側(cè)的轉(zhuǎn)軸上安裝有皮帶輪9。其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖4、圖5所示轉(zhuǎn)子鐵心2固定在轉(zhuǎn)軸8上，沿轉(zhuǎn)子鐵心2的周圍均布有十塊永磁體6，永磁體6之間設(shè)有壓條5，在轉(zhuǎn)子鐵心2上沿軸向均勻開有5個通風(fēng)孔7。
開關(guān)電源式調(diào)節(jié)器拓撲電路，如圖4所示，包括穩(wěn)定驅(qū)動電壓電路、無源無損ZVS電路、場效應(yīng)管S1、電感L1、二極管D1、電容C1，穩(wěn)定驅(qū)動電壓電路與場效應(yīng)管S1串聯(lián)后，與二極管D1并聯(lián)，電容C1、電阻RL并聯(lián)接于電源E兩端后，通過電感L1與無源無損ZVS電路并聯(lián)，使開關(guān)電源式調(diào)節(jié)器的輸入電壓是寬范圍變化的，輸出電壓是一直穩(wěn)定在一個恒定值。穩(wěn)定驅(qū)動電壓電路IV是利用晶體三極管V1、V2組成一個恒流源電路使得場效應(yīng)管S1的驅(qū)動電壓穩(wěn)定，晶體三極管V1的基極與晶體三極管V2的集電極并聯(lián)接于芯片驅(qū)動控制信號端，晶體三極管V1的集電極并聯(lián)兩個電阻，分別接于電路上和場效應(yīng)管S1端，晶體三極管V1的發(fā)射極與晶體三極管V2的基極并聯(lián)后，串聯(lián)一電阻接于電路上，晶體三極管V2的發(fā)射極接于電路上。本電路利用DC/DC(直流/直流變換器)轉(zhuǎn)換芯片對整個電路進行控制，它時刻檢測與發(fā)電裝置輸出端相連的電瓶E電壓，一旦電瓶電壓高出給定值，芯片就將場效應(yīng)管S1關(guān)斷，將發(fā)電機與電瓶斷開。當(dāng)電瓶電壓低于給定值時，DC/DC轉(zhuǎn)換芯片，輸出高頻脈寬調(diào)制信號，經(jīng)晶體三極管V1，V2組成的恒流源電路，驅(qū)動場效應(yīng)管S1，將發(fā)電機與電瓶按脈寬調(diào)制的規(guī)律接通。儲能電感L1與續(xù)流二極管D1、電瓶和負載RL構(gòu)成一個閉合回路，作用在于緩沖高頻開關(guān)的電流沖擊，以穩(wěn)定發(fā)電裝置的輸出電壓，減小紋波。由于整個裝置的電流較大，額定電流瞬時值可高達100A，因此采用了一種新型的無源無損ZVS(零電壓軟開關(guān))軟開關(guān)電路，其電路連接關(guān)系為電容C2和二極管D2相并聯(lián)后，與電感L3、主電感的耦合電感L2和二極管D3依次串聯(lián)接于電路兩端；電容C2和二極管D2用于實現(xiàn)主開關(guān)的無源無損ZVS軟開關(guān)電路的關(guān)斷；電感L3、主電感的耦合電感L2和二極管D3給電容C2創(chuàng)造充電的準諧振條件，它利用主電感L1電壓極性跟隨開關(guān)狀態(tài)改變的特點，來恰當(dāng)?shù)乜刂芞VS關(guān)斷電容C2的充電和放電。這種電路具有使用元器件少，無需額外的輔助開關(guān)，且軟開關(guān)效果好，控制方便，成本低等許多優(yōu)點，使整個裝置的效率得到明顯提高，同時減少了發(fā)熱。
本發(fā)明的部分性能指標(biāo)與現(xiàn)有的技術(shù)數(shù)據(jù)進行比較表1是本發(fā)明與傳統(tǒng)的汽車發(fā)電裝置效率的對比；表2是本發(fā)明與國內(nèi)外同類技術(shù)的比較。從表中可見，本發(fā)明無論是效率還是功率密度，其優(yōu)勢是顯而易見的。
表1
表2
權(quán)利要求
1.一種無觸點汽車發(fā)電裝置，包括發(fā)電機、整流器、調(diào)節(jié)器，整流器置于發(fā)電機內(nèi)部的后端蓋上，發(fā)電機定子的三相繞組端部，通過整流器的整流二極管與調(diào)節(jié)器相連，其特征在于該發(fā)電機為永磁同步發(fā)電機，調(diào)節(jié)器為開關(guān)電源式調(diào)節(jié)器，由開關(guān)電源式調(diào)節(jié)器控制發(fā)電裝置的輸出電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無觸點汽車發(fā)電裝置，其特征在于所述的永磁同步發(fā)電機的定子采用分數(shù)槽繞組，轉(zhuǎn)子采用徑向表面式結(jié)構(gòu)，即轉(zhuǎn)子鐵心固定在轉(zhuǎn)軸上，沿轉(zhuǎn)子鐵心的周圍均布有永磁體，永磁體之間設(shè)有壓條，在轉(zhuǎn)子鐵心上沿軸向均勻開有通風(fēng)孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無觸點汽車發(fā)電裝置，其特征在于所述的開關(guān)電源式調(diào)節(jié)器的電路包括穩(wěn)定驅(qū)動電壓電路、無源無損ZVS電路、場效應(yīng)管(S1)、電感(L1)、二極管(D1)、電容(C1)，穩(wěn)定驅(qū)動電壓電路與場效應(yīng)管(S1)串聯(lián)后，與二極管(D1)并聯(lián)，電容(C1)、電阻(RL)并聯(lián)接于電源E兩端后，通過電感(L1)與無源無損ZVS軟開關(guān)電路并聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種無觸點汽車發(fā)電裝置，其特征在于所述的穩(wěn)定驅(qū)動電壓電路是利用晶體三極管(V1)、(V2)組成一個恒流源電路晶體三極管(V1)的基極與晶體三極管(V2)的集電極并聯(lián)接于芯片驅(qū)動控制信號端，晶體三極管(V1)的集電極并聯(lián)兩個電阻，分別接于電路上和場效應(yīng)管(S1)端，晶體三極管(V1)的發(fā)射極與晶體三極管(V2)的基極并聯(lián)后，串聯(lián)一電阻接于電路上，晶體三極管(V2)的發(fā)射極接于電路上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種無觸點汽車發(fā)電裝置，其特征在于所述的無源無損ZVS軟開關(guān)電路為電容(C2)和二極管(D2)相并聯(lián)后，與電感(L3)、主電感的耦合電感(L2)和二極管(D3)依次串聯(lián)接于電路兩端。
全文摘要
一種無觸點汽車發(fā)電裝置，屬于汽車發(fā)電裝置技術(shù)領(lǐng)域。包括發(fā)電機、整流器、調(diào)節(jié)器，整流器置于發(fā)電機內(nèi)部的后端蓋上，發(fā)電機定子的三相繞組端部，通過整流器的整流二極管與調(diào)節(jié)器相連，該發(fā)電機為永磁同步發(fā)電機，調(diào)節(jié)器為開關(guān)電源式調(diào)節(jié)器，由開關(guān)電源式調(diào)節(jié)器控制永磁同步發(fā)電機的輸出電壓。本發(fā)明優(yōu)點是可以從根本上解決傳統(tǒng)汽車發(fā)電裝置的可靠性差，效率低，輸出電壓精度低，功率密度低等不足之處，使得發(fā)電裝置的整體平均效率達到50％以上，輸出紋波電壓在0.1V左右，功率密度提高20％左右，平均壽命是傳統(tǒng)電勵磁發(fā)電裝置的2倍，使得汽車發(fā)電裝置的整體可靠性得到提高。且工藝簡潔，成本低廉。
文檔編號H02P9/48GK1794542SQ200510047818
公開日2006年6月28日 申請日期2005年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月25日
發(fā)明者張炳義, 馮桂宏, 蒲延洲 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué)