本發明涉及發電機技術領域，尤其涉及一種車用交流發電機。

背景技術：

在汽車中，交流發電機的作用是將發動機的部分機械能轉變成電能，從而為汽車的用電設備或蓄電池進行供電。現有車用交流發電機一般包括端蓋、轉子、定子、皮帶輪、整流橋等部件，在運行過程中，由于發電機自身設計不合理(如定子結構、轉子結構、轉子與定子配合間隙等)，容易導致發電機銅損大、噪音大、漏磁嚴重，進而大大降低了發電機的能量轉化率和發電功率，影響了發電機的輸出性能?；谏鲜鲈?，現有車用交流發電機一般采用大尺寸的結構設計，以保證汽車的用電需求，然而隨著目前汽車小型化、輕型化的發展趨勢，這種輸出功率低，體積大的交流發電機越來越無法滿足用戶的需求。

技術實現要素：

基于以上所述，本發明提供一種車用交流發電機，以解決現有交流發電機發電效率低、輸出功率小、體積大、風噪大的問題。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

一種車用交流發電機，包括前端蓋、后端蓋及固定在前端蓋與后端蓋之間的轉子和定子，所述轉子包括交叉安裝的前極爪和后極爪，所述前極爪與后極爪之間設置有線圈架，所述線圈架上繞設有轉子線圈，所述定子包括定子鐵芯及纏繞在定子鐵芯上的定子線圈；所述定子線圈每槽的相匝數Ns與轉子線圈的匝數Nr比為：0.017≤Ns/Nr≤0.029，所述定子鐵芯的高度L3與磁軛高度L4_總之比為：1≤L3/L4_總≤1.24，所述定子鐵芯的高度L3與前后極爪的總高Lr之比為：0.56≤L3/Lr≤0.69。

作為優選，所述定子鐵芯的前端面到前極爪底板內側的距離L2與前極爪底板的厚度L1之比為：L2/L1≤0.19；和/或所述定子鐵芯的后端面到后極爪底板內側的距離L2’與后極爪底板的厚度L1’之比為：L2’/L1’≤0.19。

作為優選，所述前極爪的爪尖到定子鐵芯前端面的距離Lp與所述定子鐵芯的高度L3之比為：Lp/L3≥0.91；和/或所述后極爪的爪尖到定子鐵芯后端面的距離Lp’與所述定子鐵芯的高度L3之比為：Lp’/L3≥0.91。

作為優選，所述前極爪爪跟的厚度X1與所述前極爪底板的厚度L1之比為：0.91≤X1/L1≤1.2；和/或所述后極爪爪跟的厚度X1’與所述后極爪底板的厚度L1’之比為：0.91≤X1’/L1’≤1.2。

作為優選，所述前極爪爪尖的厚度X2與所述前極爪爪跟的厚度X1之比為：0.26≤X2/X1≤0.5；和/或所述后極爪爪尖的厚度X2’與所述后極爪爪跟的厚度X1’之比為：0.26≤X2’/X1’≤0.5。

作為優選，所述前極爪及后極爪的爪尖均設有爪尖倒角圓，所述爪尖倒角圓由開設在模具上的冷擠槽擠壓成型，且所述爪尖倒角圓的半徑R的取值為：R≥2mm。

作為優選，所述前極爪到后極爪的周向距離Y與所述定子鐵芯的齒腳寬度X之比為：1.5≤Y/X≤1.99。

作為優選，所述定子鐵芯的齒中寬度bt與鐵芯槽高度ht之比為：0.3≤bt/ht≤0.39。

作為優選，所述轉子前端安裝有前風扇，所述前風扇的風葉頂部到定子線圈前端的距離t與前風扇風葉的高度h之比為：t/h≤0.19；和/或所述轉子后端安裝有后風扇,所述后風扇的風葉頂部到定子線圈后端的距離t’與后風扇風葉的高度h’之比為：t’/h’≤0.19。

作為優選，所述前極爪及后極爪的根部均開設有風切倒角，所述風切倒角為一平面。

本發明的有益效果為：

本發明通過調整定子線圈每槽的相匝數與轉子線圈的匝數比，能在滿足繞線工藝的前提下，達到漏磁系數與磁阻的優化設計，大大提高了發電機的輸出功率；通過調整定子鐵芯的高度與磁軛高度、前后極爪高度的關系，使得交流發電機在同等直徑下具有最優的功率密度，在保證極爪的機械強度下感應電動勢最大化，使輸出和效率最佳，有利于減小發電機的體積。上述比例的配合設置，保證了轉子與定子鐵芯的磁場飽和程度最佳，同時兼顧了轉子的機械強度、風噪等因素，使發電機在擁有高輸出同時，噪音更低，機械強度更好，發電效率更高，而且振動小，工作平穩；進而，在具有同等輸出的基礎上，本發明有效減小了發電機的體積，節約了生產成本和車內空間。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對本發明實施例描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據本發明實施例的內容和這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明提供的車用交流發電機的爆炸結構圖；

圖2是本發明提供的車用交流發電機的內部結構剖視圖；

圖3是本發明所涉及的轉子的安裝結構圖；

圖4是本發明所涉及的前極爪的結構圖；

圖5是本發明所涉及的前極爪的另一角度結構圖；

圖6是本發明所涉及的前極爪的剖視圖；

圖7是本發明所涉及的后極爪的剖視圖；

圖8是本發明所涉及的定子鐵芯槽的局部結構圖；

圖9是本發明所涉及的定子鐵芯的齒的結構圖；

圖10是車用交流發電機的電磁噪音曲線圖。

圖中：

11-前端蓋；12-后端蓋；21-前極爪；211-底板；212-爪部；213-前磁軛；214-風切倒角；22-后極爪；23-轉子線圈；24-轉子軸；31-定子鐵芯；32-定子線圈；4-皮帶輪；5-整流橋；6-罩蓋；71-前風扇；72-后風扇；

S1、S3為現有技術中車用交流發電機的電磁噪音曲線；

S2為本發明的車用交流發電機的電磁噪音曲線。

具體實施方式

為使本發明解決的技術問題、采用的技術方案和達到的技術效果更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施例的技術方案作進一步的詳細描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l明中的實施例，本領域技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

如圖1-圖10所示，本實施例提供一種優選的車用交流發電機，該交流發電機包括前端蓋11、后端蓋12、及固定在前端蓋11與后端蓋12之間的轉子和定子，其中轉子固定在轉子軸24上，定子安裝在轉子的外部。具體的，上述轉子包括相互交叉安裝的前極爪21和后極爪22，用于進行導磁及散熱；前極爪21與后極爪22之間設置有線圈架，線圈架上繞設有轉子線圈23，用于在通直流電以后產生勵磁。上述的定子包括定子鐵芯31及纏繞在定子鐵芯31上的定子線圈32；定子鐵芯31用于導磁及散熱，定子線圈32用于在變化的磁場里產生交流電。該交流發電機的前端通過皮帶輪4與汽車的發動機連接，能夠將發動機的動能轉化為電能；發電機的后端與整流橋5和調節器連接，用于將穩定的電能輸送給車內用電設備；發電機的后端還罩設有罩蓋6，以起到保護作用。在本發明中，定子線圈32每槽的相匝數Ns與轉子線圈23的匝數Nr之比為：0.017≤Ns/Nr≤0.029，這里，每槽的相匝數Ns是指定子鐵芯31中每槽單相嵌入的線圈匝數。具體地，上述定子線圈32每槽的相匝數Ns為7匝，轉子線圈23的匝數Nr為315匝，兩者之比Ns/Nr為0.022。上述比值的設置，能在滿足繞線工藝的前提下，使發電機達到漏磁系數與磁阻的優化設計，大大提高了發電機的輸出功率。

同時，本發明定子鐵芯31的高度L3與磁軛高度L4_總之比為：1≤L3/L4_總≤1.24，其中L4_總為26.54㎜。如圖6、圖7所示，由于本實施例中磁軛與極爪為一體式結構，整個磁軛由前極爪21上的前磁軛213與后極爪22上的后磁軛組成，其中前磁軛213的高度為L4，后磁軛的高度為L4’，L4與L4’之和為L4_總，考慮到對稱結構，這里，L4及L4’分別為L4_總/2。進一步地，本發明前后極爪的總高為Lr，且Lr＝L1+L4_總+L1’，這里定子鐵芯31的高度L3與前后極爪的總高Lr之比為：0.56≤L3/Lr≤0.69，其中Lr為50.54㎜。該方案使得交流發電機在同等直徑下能具有最佳的功率密度，在保證極爪的機械強度下感應電動勢最大化，使輸出和效率最大化，有利于減小發電機的體積。

通過上述具體尺寸的調整、配合，本發明保證了轉子與定子的磁場飽和程度最佳，同時兼顧了轉子的機械強度、風噪等因素，使發電機在擁有高輸出同時，噪音更低，機械強度更好，發電效率更高；進而，在具有同等輸出的基礎上，本發明使發電機的定子直徑尺寸達到124.5㎜，有效減小了發電機的體積，從而節約了發電機的生產成本和所占用的車內空間。此外，本發明的發電機是在綜合考慮各種因素下的優化設計，其中每個部件的尺寸及相應比例均具有確定的配合關系；因此，本發明并不是現有技術中的體積較大的發電機的同比例縮小，那樣將會嚴重影響發電機的工作效率。

進一步地，定子線圈32的銅線直徑D與定子鐵芯31每槽開口寬度W之比為：0.4<D/W<0.7，具體地，定子線圈32的銅線直徑D為0.88㎜，定子鐵芯31每槽開口寬度W為1.77㎜，兩者之比D/W為0.497。本發明通過調整上述比值，使發電機在高速與低速下輸出較佳，不會出現極端化現象，有效減小了該交流發電機的銅損。

本發明中，如圖4和圖5所示，前極爪21包括底板211及均勻設置在底板211上的若干爪部212；后極爪22的結構與前極爪21相同，此處不再贅述；前極爪21與后極爪22之間還設置有磁軛，磁軛可以是獨立設置、并安裝在前后兩底板之間的結構，也可以是與前極爪21和/或后極爪22的底板一體成型的結構，本實施例中優選采用磁軛與極爪一體制作的結構，即前極爪21上設有一半的前磁軛213，后極爪22上設有一半的后磁軛，轉子安裝時前、后兩半磁軛對接形成整個磁軛。進一步地，如圖2、圖6所示，上述定子鐵芯31的前端面到前極爪21底板內側的距離L2與前極爪21底板的厚度L1之比為：L2/L1≤0.19；同時，為滿足發電機結構的對稱性并進一步優化發電機性能，本實施例定子鐵芯31的后端面到后極爪22底板內側的距離L2’與后極爪22底板的厚度L1’之比也設置為：L2’/L1’≤0.19。具體地，上述L2和L2’均為2.19㎜，L1和L1’為12㎜，該設置有效增大了交流發電機的感應電動勢，從而改善了發電機輸出功率，提高了電能轉化效率。

優選地，本實施例中，磁軛直徑D2與轉子直徑D1的比值為：0.55≤D2/D1≤0.62，其中，磁軛直徑D2為53.75㎜(即磁軛半徑R2為26.875㎜)，轉子直徑D1為96㎜(即轉子半徑R1為48㎜)；這里，轉子直徑確定后，與之相配的定子直徑也基本確定，從而得到電機的整體尺寸。上述比例的設置使爪尖漏磁最小，感應電動勢最大，在同直徑下保證功率密度最優。

如圖2所示，本發明前極爪21的爪尖到定子鐵芯31前端面的距離Lp與定子鐵芯31的高度L3之比為：Lp/L3≥0.91；同時，后極爪22的爪尖到定子鐵芯31后端面的距離Lp’與定子鐵芯31的高度L3之比也為：Lp’/L3≥0.91。具體地，上述Lp和Lp’均為29.92㎜，L3為32.4㎜。進一步地，上述前極爪21爪跟的厚度X1與前極爪21底板211的厚度L1之比為：0.91≤X1/L1≤1.2；同時，后極爪22爪跟的厚度X1’與后極爪22底板的厚度L1’之比也為：0.91≤X1’/L1’≤1.2。具體地，上述X1和X1’均為11.17㎜，L1和L1’均為12㎜，該方案在保證前、后極爪機械強度的前提下，增大了發電機感應電動勢，從而使發電機具有較好的輸出能力和發電效率。

更進一步地，上述前極爪21爪尖的厚度X2與前極爪21爪跟的厚度X1之比為：0.26≤X2/X1≤0.5；同時，后極爪22爪尖的厚度X2’與后極爪22爪跟的厚度X1’之比為：0.26≤X2’/X1’≤0.5。具體地，上述X2和X2’均為3.09㎜，X1和X1’均為11.17㎜，該方案進一步增大了交流發電機的感應電動勢，使發電機具有更好的輸出能力和發電效率。

作為優選，本發明前極爪21及后極爪22的爪尖均設有爪尖倒角圓，爪尖倒角圓由開設在模具上的冷擠槽擠壓成型，且爪尖倒角圓的半徑R的取值為：R≥2mm，優選地可以取R＝3mm。由于現有極爪的爪尖頂部面積太小，加工時無法通過擠壓工藝達到要求的尺寸；而本方案通過增大極爪爪尖倒角圓，擴大了爪尖的面積，方便使用擠壓工藝進行加工，提高了生產效率，節約了成本。

優選地，前極爪21到后極爪22的周向距離Y與定子鐵芯31的齒腳寬度X之比為：1.5≤Y/X≤1.99。上述前極爪21到后極爪22的周向距離Y是指，交叉安裝后相鄰的前極爪21爪部與后極爪22爪部形成的槽沿發電機周向的寬度，具體地，上述的Y為7.48㎜，X為4.51㎜，本方案減小了極爪爪尖的漏磁量，增大了發電機感應電動勢。

此外，如圖8所示，定子鐵芯31的齒可以為上下齒寬度一致的結構，上述定子鐵芯31的齒中寬度bt與鐵芯槽高度ht之比為：0.3≤bt/ht≤0.39。具體地，此處的bt為3.28㎜，ht為9.17㎜。本方案在考慮到定子鐵芯31加工工藝的前提下，調整了定子鐵芯槽的繞線空間，優化了鐵芯磁路飽和度，提高了發電機輸出功率。這里，如圖9所示，定子鐵芯31的齒還可設為上下齒寬度不一致的結構，如：齒的下端較窄的齒寬為bt_min，齒的上端較寬的齒寬為bt_max，此時bt＝(bt_min+bt_max)/2，上述結構與圖8中上下等寬的齒結構相比，在能調整定子鐵芯槽的繞線空間，優化鐵芯磁路飽和度，提高發電機輸出功率的同時，更重要的是方便扁銅線的嵌入從而提高鐵芯槽空間利用率。

更為優選地，上述轉子前端安裝有前風扇71，前風扇71的風葉頂部到定子線圈32前端的距離t與前風扇71風葉的高度h之比為：t/h≤0.19，其中t為1.75㎜，h為11.70㎜；轉子后端安裝有后風扇72,后風扇72的風葉頂部到定子線圈32后端的距離t’與后風扇72風葉的高度h’之比也為：t’/h’≤0.19，其中t’為2.59㎜，h’為14㎜，該比例的設置，能使發電機在0-22000轉/分鐘之內相應轉速下的噪音降低1-4dB，同時增加了發電機的散熱能力，使進風量與被冷卻面積及風噪達到最優化，從而提高了風扇冷卻效率，減小了噪音污染，改善了發電機性能。

進一步地，上述前極爪21及后極爪22的根部均開設有風切倒角214，風切倒角214為一平面，可由三點成面制得，優選設置在極爪轉動的迎風側，該結構有效緩和了進風沖擊，從而減小了發電機的工作噪音，而且只設置在迎風側還能節約加工制作成本。如圖10所示，S1、S3為現有技術中車用交流發電機的電磁噪音曲線，S2為本發明的車用交流發電機的電磁噪音曲線，從圖10中可以看出，本發明的交流發電機噪音較小，且較為平緩，因而提升了發電機的整體性能。

如下表1為改進前的交流發電機的性能試驗結果，下表2為本發明改進后的交流發電機的性能試驗結果，其中，在車輛用交流發電機的效率評價中，使用VDA(Verband der Automobil industrie：德國汽車工業會)作為評價指標。

表1 交流發電機改進前試驗結果

表2 本發明交流發電機改進后試驗結果

在本實施例的設置下，該發電機效率可到達69％，而在同等定子直徑條件下的傳統發電機的效率約是66％，因而本發明發電機的效率可提高4.5％。綜上，本發明提供的車用交流發電機在經過上述各個改進后，有效提高了發電機的發電效率，減少了能源浪費，減小了噪音污染；相對于現有同等輸出的發電機而言，本發明減小了發電機的體積，從而節約了發電機的生產成本和所占車內空間。

注意，上述僅為本發明的較佳實施例及所運用技術原理。本領域技術人員會理解，本發明不限于這里所述的特定實施例，對本領域技術人員來說能夠進行各種明顯的變化、重新調整和替代而不會脫離本發明的保護范圍。因此，雖然通過以上實施例對本發明進行了較為詳細的說明，但是本發明不僅僅限于以上實施例，在不脫離本發明構思的情況下，還可以包括更多其他等效實施例，而本發明的范圍由所附的權利要求范圍決定。