專利名稱：車輛用交流發(fā)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種搭載在乘用車、卡車等的車輛用交流發(fā)電機。
背景技術(shù)：
近年來，對于汽車用交流發(fā)電機提出了小型化并且在相同體積規(guī)格下改善發(fā)電能力的要求。也就是說，要求以合理的價格提供一種體積小并且輸出高的車輛用交流發(fā)電機。一般說來，如圖1的常規(guī)例所示，車輛用交流發(fā)電機由具有倫德爾型鐵芯的轉(zhuǎn)子芯構(gòu)成，該倫德爾型鐵芯含有軛部、軛鐵部、勵磁線圈、以及爪狀磁極部。如圖2所示，該勵磁線圈卷繞在由尼龍等合成樹脂制成的線圈架上。線圈架通常選擇厚度在0. 3 1. 0mm、熱傳導(dǎo)率大約0. 27[W/mK]的材料。勵磁線圈的周圍由合成樹脂制的線圈架包圍，只有圓周方向受到用于冷卻線圈的風(fēng)吹，十分有利于冷卻。車輛用交流發(fā)電機總是在勵磁線圈溫度高的情況下使用，這種情況稱為工作狀態(tài)。在工作狀態(tài)，如果勵磁線圈的溫度低，由于施加于勵磁線圈的電壓將總是被控制在固定值，因此勵磁線圈中流過的電流變多，勵磁AT變大，輸出電流增加。另一方面，如果勵磁線圈的溫度變高，勵磁線圈的阻抗值就變高，勵磁電流將減少，磁力AT減少，輸出電流減少。因此，要增加交流發(fā)電機的輸出電流，就需要研究如何高效地對勵磁線圈進行冷卻。圖2所示為勵磁線圈的簡易傳熱途徑。勵磁線圈發(fā)熱時，會通過熱傳導(dǎo)和熱擴散這兩個途徑進行冷卻。首先，第一個途徑是從勵磁線圈經(jīng)過線圈架傳導(dǎo)到磁極鐵芯，通過熱擴散從磁極鐵芯的表面進行散熱。然后，第二途徑是通過直接熱擴散，由勵磁線圈的表面散熱。通常，熱阻由以下算式表示。Rs=I/Qi XA)--------------------(1)
Rs表示從勵磁線圈表面進行熱擴散時的熱阻，h為熱擴散系數(shù)，當(dāng)采用一般風(fēng)速的交流發(fā)電機(標(biāo)準(zhǔn)大小，外徑為Φ128)，假設(shè)轉(zhuǎn)速為2000rpm時，勵磁線圈的表面風(fēng)速大約為 4m/sec，此時h 50。此外，勵磁線圈的表面積A以線圈外徑Φ=79ιμ、寬度為27 mm計算， 此時Α=6. 7Χ1(Γ3。因此，Rs如下所示。Rs=I/(50 X 6. 7Χ10-3) ^ 3. 0------ (2)
同樣，由轉(zhuǎn)子芯表面進行熱擴散時的熱阻Rf如下所示。Rs = l/(hfXAf)------------------(3)
這里，hf為轉(zhuǎn)子芯表面的熱擴散系數(shù)，由以下算式表達。hf= ( λ a/ro) X0. 33 X (Rew. 1) 5------(4)
λ a為空氣的熱傳導(dǎo)率，ro為旋轉(zhuǎn)圓板的傳熱面半徑。Rew. 1為旋轉(zhuǎn)雷諾數(shù)。這里，常溫下的Xa=2.76Xl(T2，ro = 106.3mm/2、Rew. 1=3.84 ΧΙΟ4。
Af為轉(zhuǎn)子芯兩側(cè)面的面積(極間的凹部除外)，Af=O. 0144m2o因此，Rf如下所示。Rf=I/(33. 56X0. 0144) =2. 07 -------(5)
一方面關(guān)于線圈架的熱阻，使線圈架的剖面圖如圖3所示構(gòu)造時，A部分、B部分、C部分的熱阻分別如下所示。Rba=Lba/ (0. 25 π (Do2-Di2) X λ c)——(6)
Rbb=Lbb/(π DiLc λ c)---------------(7)
Rbc=Lbc/ (0. 25 π (Do2-Di2) X λ c)-----(8)
這里，Lba, Lbb、Lbc為各部分的線圈架厚度。此外，Do為勵磁線圈外徑79mm，Di為勵磁線圈內(nèi)徑57mm。Lc為線圈架高度沈.75mm。λ c為線圈架的熱傳導(dǎo)率，λ c=0. 2。這樣，線圈架整體的合成熱阻Rb則可由以下算式表達。1/Rb=l/Rba+1/Rbb+1/Rbc------------(9)
填入上述數(shù)值后得到Rb=O. 37。轉(zhuǎn)子芯的熱阻Wc由以下算式表達。Rk=Lk/(0. 25 π (Do2-Di2) X λ kX2-----(10)
Lk為轉(zhuǎn)子芯兩側(cè)板的厚度，這里為15.5mm。Xk為轉(zhuǎn)子芯的熱傳導(dǎo)率，λ k=70時， Rk=O. 05。這里，Rcv (勵磁線圈的周向熱阻)、Rch (勵磁線圈的軸向熱阻)由銅線構(gòu)成，銅的熱傳導(dǎo)率大約為400，非常利于熱的傳導(dǎo)，因此可以認(rèn)為Rcv=Rch ^ 0。綜上所述，可得到圖4所示的熱阻圖。S卩，由勵磁線圈表面進行熱擴散的熱阻為Rs=3(k/w)，而由勵磁線圈架、轉(zhuǎn)子芯、轉(zhuǎn)子芯表面進行熱擴散的熱阻為Rb+I k+Rf=2. 49 (k/w)。因此，如圖4中下圖所示，將勵磁線圈的損失(發(fā)熱)設(shè)為Q(W)時，勵磁線圈表面的熱擴散為45%，勵磁線圈架、轉(zhuǎn)子芯兩側(cè)、轉(zhuǎn)子芯表面的熱擴散為55%。當(dāng)勵磁線圈上升的溫度與接收熱量的空氣的溫度相同時，可以認(rèn)為是Rs與Rb+I k+Rf的合成熱阻，因此為1. 36。 因此，勵磁線圈的溫度上升為1. 36Q。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種車輛用交流發(fā)電機，其能提高勵磁線圈的冷卻性能， 降低工作時勵磁線圈的溫度上升，提高車輛用交流發(fā)電機的輸出電流。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種車輛用交流發(fā)電機，其具有 勵磁線圈，定子鐵芯和轉(zhuǎn)子芯，轉(zhuǎn)子芯具有倫德爾型鐵芯，該倫德爾型鐵芯具有卷裝該勵磁線圈的圓筒部、從該軛的軸向位置向外周方向擴大的軛鐵部、與該軛鐵部連接并且形成為包圍所述勵磁線圈的爪狀磁極部；定子鐵芯在該爪狀磁極部的外周對向配置，由層壓鐵芯和銜鐵線圈構(gòu)成，其特征在于勵磁線圈的最外層繞線間隔排列，并且使表面積增大。申請人:發(fā)現(xiàn)，當(dāng)根據(jù)電磁特性決定了轉(zhuǎn)子形狀，熱阻Rf、Rk隨之確定，同樣勵磁線圈架的尺寸確定了熱阻Rb。要降低勵磁線圈的溫度，只需降低勵磁線圈表面進行熱擴散的熱阻即可。在勵磁線圈表面的下一層以內(nèi)，與以往同樣，進行整列繞制，獲得最多的圈數(shù)，而在最外層繞線間隔排列，并且使表面積增大，這樣就能降低表面進行熱擴散的熱阻。上述勵磁線圈最外層繞線更好地間隔一圈排列。
上述勵磁線圈最外層繞線更好地隔一圈再隔兩圈排列。本發(fā)明的優(yōu)點在實施例中作詳細(xì)的說明。


圖1是現(xiàn)有車輛用交流發(fā)電機的主要部分。圖2是現(xiàn)有車輛用交流發(fā)電機中包含的定子鐵芯、轉(zhuǎn)子芯、勵磁線圈和線圈架的簡易傳熱途徑。圖3是現(xiàn)有線圈架的詳細(xì)尺寸。圖4是現(xiàn)有勵磁線圈表面散熱，線圈架、轉(zhuǎn)子芯和轉(zhuǎn)子芯表面散熱時的簡易熱阻算式圖。圖5是現(xiàn)有勵磁線圈的整列繞制的形態(tài)以及線圈架。圖6是本發(fā)明實施例1所述的卷線形狀。圖7是本發(fā)明實施例2所述的卷線形狀。圖8是圖6所示的實施方式的簡易熱阻算式圖。圖9是是圖7所示的實施方式的簡易熱阻算式圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細(xì)描述。實施例1如圖6所示，在勵磁線圈表面的下一層以內(nèi)，與以往同樣，進行整列繞制，獲得最多的圈數(shù)。在最外周部相對于整列繞制，將一個個卷線以間隔的方式進行繞制。 由于勵磁線圈表面積增加一倍，進行熱擴散的熱阻為RSl=RS/2=1.5(k/w)，而由勵磁線圈架、轉(zhuǎn)子芯、轉(zhuǎn)子芯表面進行熱擴散的熱阻仍為Rb+I k+Rf=2. 49(k/w)。將勵磁線圈的損失 (發(fā)熱)設(shè)為Q(W)時，勵磁線圈表面的熱擴散為38%，勵磁線圈架、轉(zhuǎn)子芯兩側(cè)、轉(zhuǎn)子芯表面的熱擴散為62%。當(dāng)勵磁線圈上升的溫度與接收熱量的空氣的溫度相同時，Rs與Rb+I k+Rf 的合成熱阻為0. 94。如圖8所示，因此，勵磁線圈的溫度上升值為0. 94Q，比原來的1. 36下降了 31%。實施例2如圖7所示，可以以兩圈一個間隔的方式繞制，由于勵磁線圈表面積增加0. 667倍，進行熱擴散的熱阻為Rs2= Rs/1. 667=1. 8 (k/w)，而由勵磁線圈架、轉(zhuǎn)子芯、轉(zhuǎn)子芯表面進行熱擴散的熱阻仍為Rb+I k+Rf=2. 49(k/w)。將勵磁線圈的損失(發(fā)熱)設(shè)為Q(W) 時，勵磁線圈表面的熱擴散為42%，勵磁線圈架、轉(zhuǎn)子芯兩側(cè)、轉(zhuǎn)子芯表面的熱擴散為58%。 當(dāng)勵磁線圈上升的溫度與接收熱量的空氣的溫度相同時，Rs與Rb+I k+Rf的合成熱阻為 1. 04。如圖9所示，因此，勵磁線圈的溫度上升值為1. 04Q,比原來的1. 36下降了對％。
權(quán)利要求
1.一種車輛用交流發(fā)電機，其具有勵磁線圈，定子鐵芯和轉(zhuǎn)子芯，轉(zhuǎn)子芯具有倫德爾型鐵芯，該倫德爾型鐵芯具有卷裝該勵磁線圈的圓筒部、從該軛的軸向位置向外周方向擴大的軛鐵部、與該軛鐵部連接并且形成為包圍所述勵磁線圈的爪狀磁極部；定子鐵芯在該爪狀磁極部的外周對向配置，由層壓鐵芯和銜鐵線圈構(gòu)成，其特征在于勵磁線圈的最外層繞線間隔排列，并且使表面積增大。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電機，其特征在于勵磁線圈最外層繞線間隔一圈排列。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電機，其特征在于勵磁線圈最外層繞線為隔一圈再隔兩圈排列。
全文摘要
一種車輛用交流發(fā)電機，其具有勵磁線圈，定子鐵芯和轉(zhuǎn)子芯，轉(zhuǎn)子芯具有倫德爾型鐵芯，該倫德爾型鐵芯具有卷裝該勵磁線圈的圓筒部、從該軛的軸向位置向外周方向擴大的軛鐵部、與該軛鐵部連接并且形成為包圍所述勵磁線圈的爪狀磁極部；定子鐵芯在該爪狀磁極部的外周對向配置，由層壓鐵芯和銜鐵線圈構(gòu)成，勵磁線圈的最外層繞線間隔排列，并且使表面積增大。其能提高勵磁線圈的冷卻性能，降低工作時勵磁線圈的溫度上升，提高車輛用交流發(fā)電機的輸出電流。
文檔編號H02K3/24GK102420486SQ20111043763
公開日2012年4月18日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者王衛(wèi), 竺韻德 申請人:寧波韻升電機有限公司, 寧波韻升股份有限公司, 日興(寧波)電機有限公司