[实用新型]车辆用交流发电机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种搭载在乘用车、卡车等的车辆用交流发电机。

背景技术

近年来，对于汽车用交流发电机提出了小型化并且在相同体积规格下改善发电能力的要求。也就是说，要求以合理的价格提供一种体积小并且输出高的车辆用交流发电机。

一般说来，如图1的常规例所示，车辆用交流发电机由具有伦德尔型铁芯的转子芯构成，该伦德尔型铁芯含有轭部、轭铁部、励磁线圈、以及爪状磁极部。如图2所示，该励磁线圈卷绕在由尼龙等合成树脂制成的线圈架上。线圈架通常选择厚度在0.3～1.0mm、热传导率大约0.27[W/mK]的材料。

励磁线圈的周围由合成树脂制的线圈架包围，只有圆周方向受到用于冷却线圈的风吹，十分有利于冷却。车辆用交流发电机总是在励磁线圈温度高的情况下使用，这种情况称为工作状态。

在工作状态，如果励磁线圈的温度低，由于施加于励磁线圈的电压将总是被控制在固定值，因此励磁线圈中流过的电流变多，励磁AT变大，输出电流增加。另一方面，如果励磁线圈的温度变高，励磁线圈的阻抗值就变高，励磁电流将减少，磁力AT减少，输出电流减少。

因此，要增加交流发电机的输出电流，就需要研究如何高效地对励磁线圈进行冷却。

图2所示为励磁线圈的简易传热途径。励磁线圈发热时，会通过热传导和热扩散这两个途径进行冷却。首先，第一个途径是从励磁线圈经过线圈架传导到磁极铁芯，通过热扩散从磁极铁芯的表面进行散热。然后，第二途径是通过直接热扩散，由励磁线圈的表面散热。

通常，热阻由以下算式表示。

     Rs＝1/(h×A)--------------------(1)

Rs表示从励磁线圈表面进行热扩散时的热阻，h为热扩散系数，当采用一般风速的交流发电机（标准大小，外径为Φ128），假设转速为2000rpm时，励磁线圈的表面风速大约为4m/sec，此时h≈50。此外，励磁线圈的表面积A以线圈外径Φ=79㎜、宽度为27㎜计算，此时A=6.7×10^-3。因此，Rs如下所示。

     Rs=1/(50×6.7×10^-3)≈3.0------  (2)

同样，由转子芯表面进行热扩散时的热阻Rf如下所示。

     Rs＝1/(hf×Af)------------------(3)

这里，hf为转子芯表面的热扩散系数，由以下算式表达。

     hf=(λa/ro)×0.33×(Rew.1)^0.5------(4)

λa为空气的热传导率，ro为旋转圆板的传热面半径。Rew.1为旋转雷诺数。

这里，常温下的λa=2.76×10^-2,ro＝106.3㎜/2、Rew.1=3.84 ×10⁴。

Af为转子芯两侧面的面积（极间的凹部除外），Af=0.0144m2。因此，Rf如下所示。

     Rf=1/(33.56×0.0144)=2.07 -------（5）

一方面关于线圈架的热阻，使线圈架的剖面图如图3所示构造时，A部分、B部分、C部分的热阻分别如下所示。

     Rba=Lba/(0.25π(Do²-Di²)×λc)---- (6)

     Rbb=Lbb/(πDiLcλc)---------------(7)

     Rbc=Lbc/(0.25π(Do²-Di²)×λc)-----(8)

这里，Lba、Lbb、Lbc为各部分的线圈架厚度。此外，Do为励磁线圈外径79mm，Di为励磁线圈内径57mm。Lc为线圈架高度26.75mm。λc为线圈架的热传导率，λc=0.2。

这样，线圈架整体的合成热阻Rb则可由以下算式表达。

   1/Rb=1/Rba+1/Rbb+1/Rbc------------(9)

填入上述数值后得到Rb=0.37。

转子芯的热阻Rk由以下算式表达。

   Rk=Lk/(0.25π(Do²-Di²)×λk×2-----(10)

Lk为转子芯两侧板的厚度，这里为15.5mm。λk为转子芯的热传导率，λk=70时，Rk=0.05。