一、交流发电机
背景技术：
在汽车中， 交流发电机 的作用是将发动机的部分机械能转变成电能，从而为汽车的用电设备或蓄电池进行供电。现有车用交流发电机包括 端盖、转子、定子、皮带轮、整流桥 等部件，在运行过程中，由于发电机自身设计不合理，如定子结构、转子结构、转子与定子配合间隙等，容易导致发电机铜损大、噪音大、漏磁严重，进而大大降低了发电机的能量转化率和发电功率，影响了发电机的输出性能。
基于上述原因，现有车用交流发电机一般采用大尺寸的结构设计，以保证汽车的用电需求，然而随着目前汽车小型化、轻型化的发展趋势，这种输出功率低，体积大的交流发电机越来越无法满足用户的需求。
为此，法雷奥发明专利提供了一种交流发电机，包括前端盖、后端盖、转子和定子，转子包括交叉安装的前极爪和后极爪，前极爪与后极爪之间设置有线圈架，线圈架上绕设有转子线圈，定子包括定子铁芯及缠绕在定子铁芯上的定子线圈。通过调整定子线圈每槽的相匝数与转子线圈的匝数比，在满足绕线工艺的前提下，达到漏磁系数与磁阻的优化设计，提高了发电机的输出功率，增大了感应电动势，减小了发电机体积，解决了现有交流发电机发电效率低、输出功率小、体积大和风噪大的问题。
交流发电机的组成：
交流发电机包括前端盖、后端盖以及固定在前端盖与后端盖之间的转子和定子，交流发电机的前端通过皮带轮与汽车的发动机连接，能够将发动机的动能转化为电能。发电机的后端与整流桥和调节器连接，用于将稳定的电能输送给车内用电设备，发电机的后端还罩设有罩盖，以起到保护作用。
11-12、前-后端盖，4、皮带轮，5、整流桥，6、罩盖。
转子 包括相互交叉安装的前极爪和后极爪，用于进行导磁及散热。前极爪与后极爪之间设置有线圈架，线圈架上绕设有转子线圈，用于在通直流电以后产生励磁。 定子 包括定子铁芯及缠绕在定子铁芯上的定子线圈，定子铁芯用于导磁及散热，定子线圈用于在变化的磁场里产生交流电。转子固定在转子轴上，定子安装在转子的外部。
21-22、前-后极爪，23、转子线圈，31、定子铁芯，32、定子线圈，71-72、前-后风扇。
转子前端安装有前风扇，前风扇的风叶顶部到定子线圈前端的距离与前风扇风叶的高度之比为小于等于零点一九。转子后端安装有后风扇，后风扇的风叶顶部到定子线圈后端的距离与后风扇风叶的高度之比也为小于等于零点一九，该比例的设置，能使发电机在相应转速下的噪音降低，同时增加了发电机的散热能力，使进风量与被冷却面积及风噪达到最优化，从而提高了风扇冷却效率，减小了噪音污染，改善了发电机性能。
前极爪与后极爪之间设置有磁轭，磁轭与前极爪和或后极爪的底板一体成型的结构，并安装在前后两底板之间的结构，即前极爪上设有一半的前磁轭，后极爪上设有一半的后磁轭，转子安装时前后两半磁轭对接形成整个磁轭。
综上所述： 本发明通过调整定子线圈每槽的相匝数与转子线圈的匝数比，能在满足绕线工艺的前提下，达到漏磁系数与磁阻的优化设计，大大提高了发电机的输出功率。通过调整定子铁芯的高度与磁轭高度以及前后极爪高度的关系，使得交流发电机在同等直径下具有最优的功率密度，在保证极爪的机械强度下感应电动势最大化，使输出和效率最佳，有利于减小发电机的体积。上述比例的配合设置保证了转子与定子铁芯的磁场饱和程度最佳，同时兼顾了转子的机械强度、风噪等因素，使发电机在拥有高输出同时，噪音更低，机械强度更好，发电效率更高，而且振动小，工作平稳。进而在具有同等输出的基础上，本发明有效减小了发电机的体积，节约了生产成本和车内空间。
总结：
法雷奥车用交流发电机包括前端盖、后端盖、转子和定子，转子包括交叉安装的前极爪和后极爪，前极爪与后极爪之间设置有线圈架，线圈架上绕设有转子线圈，定子包括定子铁芯及缠绕在定子铁芯上的定子线圈。通过调整定子线圈每槽的相匝数与转子线圈的匝数比，在满足绕线工艺的前提下，达到漏磁系数与磁阻的优化设计，提高了发电机的输出功率，增大了感应电动势，减小了发电机体积，解决了现有交流发电机发电效率低、输出功率小、体积大和风噪大的问题。
二、旋转电机
背景技术：
旋转电机在交流发电机模式下将机械能转换成电能，并且可以在电动机模式下操作，以便将电能转换成机械能。传统的旋转电机包括沿轴线延伸的轴、安装在轴上的转子、围绕转子的固定的定子、前后端盖以及电子组件，由转子和轴形成的组件可围绕轴的轴线旋转移动，前端盖中布置有转子、定子和轴的一部分，电子组件安装在后端盖上，并控制旋转电机。在交流发电机模式中，当转子旋转时，其在定子上感应出磁场，定子将磁场转换成电流，以便为车辆的耗电器供电并为电池再充电。在电动机模式中，定子被电气地供电，并感应出使转子旋转的磁场。为了感应磁场，转子包括缠绕在转子主体上的线圈。集电器包括两个供电轨道，每个呈环形形状，其用绝缘材料包覆成型，并且包括两个连接线，每个线从相应的环延伸，以便为转子线圈供电。
旋转电机还包括电刷架，电刷架包括两个电刷，电刷设计成分别与集电器的供电轨道接触，以及用于向电刷供电的装置。每个电刷与相关集电器的轨道之间的电接触由弹簧确保，弹簧支撑在电刷的与同轨道接触的面相对的面上。这些弹簧在电刷上施加相当大的力，因此电刷架很好地保持就位是很重要的。
旋转电机安装成使得在第一步骤中，转子、定子和轴安装在前端盖中；在第二步骤中，将电刷架定位在后端盖上；在第三步骤中，将电子组件定位在与电刷架相同的后端盖上，以便在电刷和电子组件之间形成电连接；以及在第四步骤中，电刷架和电子组件固定在后端盖上，特别是通过穿过形成在电子组件、电刷架和后端盖中的相应开口的螺钉，这最后的拧紧步骤使得可以保证电刷的良好供电。
此外电刷架包括保持装置，保持装置使得可以充分压缩弹簧以使电刷返回到其容座中，以便将电刷架定位成与集电器相对。一旦电刷架固定在后端盖上，保持装置就被推入其最终位置，使得它不再阻挡电刷。因此弹簧被释放，并且电刷返回与集电器的环接触。该机构为装配过程增加了两个步骤，即在将电刷架定位在后端盖上之前阻挡电刷的步骤，以及在用电子组件固定电刷架之后解锁电刷的步骤。
在新的旋转电机配置中新的功能被添加到电子组件中，这导致电子组件的尺寸的大幅增加。因此，在旋转电机的装配期间，一旦安装了电子组件，就不再能够接近电刷架，从而不再能够解锁电刷。然后不对转子线圈供电，因为不能确保电刷和集电环之间的接触。该问题的解决方案包括在定位电子组件之前解锁电刷。然而电刷架还没有固定在后端盖上，因为电刷架在后端盖上的机械连接与电刷架和电子组件之间的电连接同时发生。因此这种固定通过螺钉实现，该螺钉固定电刷架和电子组件。由弹簧施加在与集电环接触的电刷上的力因此引起电刷架的偏移运动，因此电刷架不再正确定位。因此不能进行电子组件的安装，并且不再保证电刷和集电环之间的接触。
为此，法雷奥发明专利提供了一种旋转电机，包括有源部件、外壳、壳体、电子组件以及固定装置，有源部件包括转子和定子。外壳围绕有源部件并包括前、后端盖和电刷架，电刷架包括两个电刷，电刷向转子供电。壳体包括部分容纳电刷的容座，以及允许将电刷架固定在旋转电机的一部分上的固定部分。电子组件安装在外壳上，以便部分的覆盖电刷架。固定装置的布置使得电子组件、电刷架的固定部分和后端盖各自包括允许固定装置通过的开口，以便将它们机械地连接在一起。电刷架包括与固定装置不同的防倾斜装置，后端盖包括保持装置，防倾斜装置和保持装置设计成彼此配合。本发明使得可以在电刷解锁期间防止由电刷施加的力引起电刷架的偏移。因此即使在固定电刷架之前发生电刷的解锁时，也能够保证电刷架的良好定位，从而保证对有源部件的良好供电。
旋转电机的组成：
旋转电机包括 有源部件、外壳、壳体、电子组件以及固定装置， 有源部件包括转子和定子。外壳围绕有源部件包括前端盖、后端盖和电刷架，电刷架包括两个电刷，电刷向转子供电。外壳内还包括轴，转子与轴一体旋转，定子围绕转子，转子的旋转运动围绕轴线发生。
11、外壳，12、转子，15、定子，16-17、前-后端盖，18-19、滚珠轴承，20、皮带轮，23、电刷，25-26、风扇。
组装在一起的前端盖和后端盖具有中空形式，并且每个端盖中心支承相应的滚珠轴承，用于旋转地装配轴。在前端盖处，皮带轮固定在轴的前端，通过支撑在皮带轮的腔的基部上的螺母。皮带轮可以将旋转运动传递到轴，或者使轴将其旋转运动传递到皮带。前端盖和后端盖包括用于空气通过的开口，以便允许通过由在转子的前端盖处的前风扇的旋转和在转子的后端盖处的后风扇的旋转，产生的空气的循环来冷却旋转电机。可替代地，前后端盖还可以包括允许冷却液通过的管道。
13、轴、21、集电环，22、集电器，24、电刷架，36、电子组件，37、壳体，38、保护盖。
壳体 包括部分容纳电刷的容座，以及允许将电刷架固定在旋转电机的固定部分。电子组件安装在后端盖上，以便部分的覆盖电刷架。固定装置的布置使得电子组件、电刷架的固定部分和后端盖各自包括允许固定装置通过的开口，以便将它们机械地连接在一起。轴的后端支承有集电器，集电器包括由电绝缘材料制成的主体以及在主体中包覆成型的集电环。集电环具有环形形状，并与转子一起旋转。属于电刷架的电刷定位成在集电环上摩擦，电刷架电连接到控制施加在电刷上电压的电子组件。
转子包括两个磁轮，磁轮由凸缘和形成磁极的多个爪形成，凸缘具有横向定向，转子还包括插入在两个相邻爪之间的磁性元件。转子还包括圆柱形的芯，芯轴向的插入在磁轮之间。芯由两个半芯形成，每个半芯属于其中一个磁轮。在芯和爪之间，转子还包括线圈，线圈包括绕组毂和在毂上的电绕组，属于集电器的集电环通过有线连接而连接到线圈。定子包括金属板形式的主体，金属板设置有凹口，凹口配备有用于安装电绕组的凹口绝缘。绕组穿过主体中的凹口，并在定子主体的两侧形成前发髻和后发髻。绕组由一个或多个相形成，每个相包括至少一个导体，导体穿过定子的主体中的凹口，并且与所有相一起形成发髻。绕组电连接到电子组件。
27、主体，28、绕组，29-30、发髻，31、磁轮，32、凸缘，33、爪，34、芯，35、线圈，39、容座，40、弹簧。
电子组件 包括电子功率模块和控制模块，电子功率模块控制绕组的相，控制模块控制旋转电机的激励电路。 功率模块形成电流整流器桥， 以便将由旋转电机产生的交流电转换成直流电，以便为电池和车辆的车载网络供电。电子组件还包括散热器，散热器可以接收功率模块和或控制模块。散热器包括延伸突出的散热片，且用于引导不同模块的冷却空气流。散热器还包括通过冷却液循环冷却不同模块的管道。当绕组由电刷供电时，转子被磁化，并成为感应器转子，在爪处形成南北磁极。当轴旋转时，感应器转子在感应定子中产生交变感应电流。然后整流器桥将交变感应电流转换成直流电，给机动车的车载网络的负载和消耗器供电，以及为其电池再充电。
电刷架 安装在后端盖上，围绕集电器，集电器安装在轴的后端。电子组件也安装在后端盖上，并且包括容座，集电器和电刷架部分的插入容座中。电刷架包括由电绝缘材料制成的壳体和两个电刷，每个电刷处于不同的电位，以便通过集电器对转子线圈供电。壳体包括两个不同的容座，电刷部分插入容座中。每个容座通向壳体的内径向壁，使得相关的电刷与相应的集电环接触。每个电刷在相对于轴线径向的方向上延伸，并且具有径向相对的内面和外面，内面与相关的集电环接触。
电刷架还包括定位在容座中的弹簧，每个弹簧与电刷相关，并在相关电刷的外面上施加力，施加的力具有径向方向。当电刷架安装在集电器周围时，每个弹簧处于压缩状态。由弹簧施加在电刷上的力使得可以保证电刷和集电环之间的电接触，同时补偿由环的旋转运动引起的电刷磨损。电刷架还包括从壳体的容座在其中敞开的端部延伸的保护盖。保护盖围绕集电器和轴的端部，因此保护盖使得电刷和集电环之间的相应电触点与外部环境绝缘。
为了将电刷架安装在集电器周围，电刷必须几乎完全保持在容座的内部。换句话说，弹簧必须被充分压缩。为此使用将电刷阻挡在容座内部的装置，装置包含在保护盖中。它可以由滑动以便关闭容座的板形成。一旦电刷架就位，就必须释放电刷以便与集电环接触。为了防止在电刷的解锁期间由弹簧施加的力引起的电刷架的倾斜，电刷架包括防倾斜装置，其由形成在后端盖上的保持装置阻挡。因此防倾斜装置防止电刷架相对于端盖在与弹簧分别对电刷施加力的方向相反的方向上倾斜。
41、防倾斜装置，42、保持装置，48、轨道，49、固定装置，50、夹持部件，60、垫圈。
电刷架 还包括两个供电轨道，供电轨道彼此电绝缘。它们中的每个处于不同的电位，并且为电刷供电。其中一个电刷处于正电位，而另一个电刷处于负或接地电位。供电轨道以相同的方式形成，因此每个轨道具有用于与电子组件连接的第一部分、用于与相关电刷连接的第二部分以及将第一和第二连接部分彼此连接的连接部分，连接部分完全容纳在电刷架的壳体中。第二连接部分电连接到编织物，编织物本身连接到相关的电刷。第二连接部分容纳在壳体的端壁中，以便能够简化与编织物的连接。编织物位于相应容座的内部，并且通过压接和或焊接连接到连接部分。
44、供电轨道，45-46、第一-二部分，47、连接部分。
固定装置 保证轨道和第一连接部分之间的接触。壳体和电子组件都包括开口，这些开口彼此相对定位以允许固定装置通过，固定装置是螺钉或拉杆。连接部分具有圆弧形状，并且围绕形成在壳体中的开口定位。供电轨道的两个连接部分相对于开口对称地定位。电子组件的轨道都具有适合于它们与之接触的连接部分的形状。电子组件的轨道可以从控制模块突出延伸，或者可以用电绝缘材料包覆成型，同时保持用于与电刷架的供电轨道连接的表观部分。
电子组件 还包括夹持部件和垫圈，夹持部件由电绝缘材料制成并且定位成对由电刷架的供电轨道的第一连接部分和轨道形成的组件施加压力，以便保证良好的电接触。夹持部件定位在固定装置的一部分和轨道之间，它还使装置电绝缘以固定轨道。垫圈定位在固定装置的一部分和夹持部件之间。固定装置还将电刷架固定在后端盖上，为此后端盖包括开口，以允许固定装置通过，后端盖中的开口具有与固定装置的螺纹部分配合的攻丝部分。壳体包括固定部分，固定部分支承第一连接部分和固定装置穿过的开口。防倾斜装置从固定部分延伸。装置从固定部分的一轴向端壁延伸，轴向端壁与面向电子组件的轴向端壁相对。另外后端盖中的开口形成在保持装置中，电子组件中的开口形成在夹持部件中。
为了便于将电刷架定位在后端盖上， 电刷架 包括第一分度螺柱以及第二分度螺柱。旋转电机以正激励和负激励操作，其具有通常在十伏至六十伏范围内的可变电位差。电刷架的供电轨道分别连接到正负激励电位，具有不同电位的机器的不同导电部分可彼此绝缘，以防止形成盐桥。通过避免形成盐桥，防倾斜装置使形成在第一连接部分的后端盖中的保持装置电绝缘。
24、电刷架，37、壳体，51、圆筒，52、套筒，53、分隔件，58-59、第一-二分度螺柱。
壳体 包括圆筒、套筒和分隔件，并且形成至少部分地围绕由第一连接部分和轨道形成的组件的圆弧。圆筒的一部分使得组件与外部环境电绝缘。套筒定位在固定装置与由电刷架的第一连接部分和电子组件的轨道形成的组件之间，以便围绕固定装置，套筒使得与后端盖接触的固定装置电绝缘。分隔件定位在两个供电轨道的两个第一连接部分之间，以便将它们彼此电绝缘，并防止形成盐桥。壳体包括两个分隔件，它们在连接部分的每个端部之间彼此相对定位。
54、第一凹槽，55、第二凹槽，56、腔。
夹持部件包括凹槽或腔，这些凹槽或腔使得可以分别容纳圆筒的一部分、套筒和分隔件。其中圆筒的一部分、套筒和分隔件形成在夹持部件上，然后壳体包括使得可以容纳圆筒的一部分的第一凹槽、使得可以容纳套筒的第二凹槽以及使得可以容纳分隔件的腔。
综上所述： 电刷架包括与固定装置不同的防倾斜装置，后端盖包括保持装置。另外防倾斜装置和保持装置设计成彼此配合。本发明可以在电刷解锁期间防止由电刷施加的力引起电刷架的偏移，因此即使在固定电刷架之前发生电刷的解锁时，也能够保证电刷架的良好定位，从而保证对有源部件的良好供电。
总结：
法雷奥的旋转电机包括有源部件、外壳、壳体、电子组件以及固定装置，有源部件包括转子和定子。外壳围绕有源部件并包括前端盖、后端盖和电刷架，电刷架包括两个电刷，电刷向转子供电。壳体包括部分容纳电刷的容座，以及允许将电刷架固定在旋转电机的一部分上的固定部分。电子组件安装在外壳上，以便部分的覆盖电刷架。固定装置的布置使得电子组件、电刷架的固定部分和后端盖各自包括允许固定装置通过的开口，以便将它们机械地连接在一起。电刷架包括与固定装置不同的防倾斜装置，后端盖包括保持装置，防倾斜装置和保持装置设计成彼此配合。本发明使得可以在电刷解锁期间防止由电刷施加的力引起电刷架的偏移。因此即使在固定电刷架之前发生电刷的解锁时，也能够保证电刷架的良好定位，从而保证对有源部件的良好供电。
三、基于主动整流二极管应用的高效汽车发电机
背景技术：
目前应用于 汽车发电机 的 整流二极管 ，基本的正向压降都在零点六至一点二伏之间。以额定输出为一百五十安培的发电机为例，其在满负荷输出的时候，整流桥二极管的热损失为九十至一百八十瓦，损失率为百分之五至十之间。而为保护二极管，这部分热量必须通过 电机的风扇 来强制散热，同样增加了发电机机械功率的损耗。对于汽车发电机，VDA效率一般为百分之六十五，而汽车发动机的热功率目前最高也只有百分之四十左右。因而减小发电机的功率损耗，可以明显的增加汽车的燃油的经济性，减少燃油消耗。
为此，湖北神电发明专利提供了一种基于主动整流二极管应用的发电机，包括前端盖、后端盖及后保护盖，前端盖、后端盖之间设有定子、转子，后端盖与后保护盖内固定有整流组件，整流组件包括负极散热板、负极主动整流二极管、正极散热板、正极主动整流二极管，负极主动整流二极管设置在负极散热板上，负极散热板与后端盖一体设计，正极主动整流二极管设置在正极散热板上。发电机采用主动整流二极管，通过控制金属氧化物半导体场效应晶体管开断来实现整流，相较于现有的被动整流技术，正向压降降低，使主动整流二极管的热损失降低。还可以减小正负极散热板的面积，减小散热风扇叶片高度和大小，节省了材料和减少了发动机力矩损耗，使油耗降低，进而减少了环境污染和成本。
发电机的组成：
基于主动整流二极管应用的高效汽车发电机包括前端盖、后端盖以及后保护盖，前端盖与后端盖之间固定有定子，定子与转子相对设置且转子位于定子内，转子上设有散热风扇，转子的一端与皮带轮连接，转子的另一端与后端盖连接，后端盖与后保护盖内固定有 整流组件 。
1、皮带轮，2、前端盖，3、定子，6、后端盖，10、后保护盖。
整流组件 包括负极散热板、负极主动整流二极管、正极散热板、正极主动整流二极管，负极主动整流二极管设置在负极散热板上， 负极散热板与后端盖一体设计 ，正极主动整流二极管设置在正极散热板上， 正极散热板与负极散热板相对设置并固定连接构成桥式整流电路。
4、转子，5、散热风扇，7-8、负极-正极主动整流二极管，9、正极散热板。
正极主动整流二极管、负极主动整流二极管各设有六个。六个正极主动整流二极管两个为一组共分成三组，每组的两个正极主动整流二极管同向串接；六个负极主动整流二极管两个为一组共分为三组，每组的两个负极主动整流二极管同向串接；十二个，即六队二极管组成相桥式整流电路。
发电机的电路原理图：11、电压调节器，P、相端子。
定子 包括两个瓦尔型连接结构的六相双定子绕组，两个定子绕组的引出线分别与正极主动整流二极管组、负极主动整流二极管组连接，六相整流后的正负极分别与蓄电池的正负极连接，电压调节器的正负结点分别与蓄电池正负极连接，电压调节器的相端子与六相定子引出线中的任意一相连接。电压调节器上还连接有转子励磁线圈，用于控制发电机的输出电压。
正极主动整流二极管、负极主动整流二极管均为集成电路芯片，正极主动整流二极管、负极主动整流二极管均包括金属氧化物半导体场效应晶体管，金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极连接有逻辑模块，通过控制金属氧化物半导体场效应晶体管的开断来实现整流，基于金属氧化物半导体场效应晶体管的特性，整流压降由现有的零点六至一点二之间降低到零点一至零点二之间，热损耗降低到了十五至三十瓦，损失率为百分之零点八至一点六，损失降低了百分之四点二至八点四。
基于此，应用于正负极板的散热面积可以相对减少，例如可以减少散热筋的设计和减少整个散热板正、负极板的大小。应用于通风散热的散热风扇叶片高度、叶片大小、叶片的角度也可适当调整，由于散热风扇旋转的转矩来源于发动机，也即散热实际还是靠消耗燃油来实现，减小风扇的叶片大小或高度之后，可以减小发动机转矩消耗，减少了材料的使用和燃油的消耗。
综上所述： 本发明提出的基于主动整流二极管应用的高效汽车发电机，采用主动整流二极管，通过控制金属氧化物半导体场效应晶体管开断来实现整流，正向压降降低，主动整流二极管的热损失降低。还可以减小正负极散热板的面积，减小散热风扇叶片高度或大小，节省了材料和减少了发动机力矩损耗，使油耗降低，进而减少了环境污染和成本。
总结：
湖北神电基于主动整流二极管应用的发电机，包括前端盖、后端盖及后保护盖，前端盖、后端盖之间设有定子、转子，后端盖与后保护盖内固定有整流组件，整流组件包括负极散热板、负极主动整流二极管、正极散热板、正极主动整流二极管，负极主动整流二极管设置在负极散热板上，负极散热板与后端盖一体设计，正极主动整流二极管设置在正极散热板上。发电机采用主动整流二极管，通过控制金属氧化物半导体场效应晶体管开断来实现整流，相较于现有的被动整流技术，正向压降降低，使主动整流二极管的热损失降低。还可以减小正负极散热板的面积，减小散热风扇叶片高度和大小，节省了材料和减少了发动机力矩损耗，使油耗降低，进而减少了环境污染和成本。