一种车载轴带发电机系统的制作方法

本实用新型涉及车载发电机领域，更具体的说，涉及一种车载轴带发电机。

背景技术：

目前，油机式车载发电机组在安装空间上占用过大，存在降噪困难的问题。

车载发动机驱动，变速箱取力车载发电机，存在不能在行车过程中发电的问题；使用原车硅整流发电机，存在供电能力过弱小，大功率用电设备不能持续工作的问题。

技术实现要素：

为了方便在行车、驻车状态下发电，保证体积小、噪声小，本实用新型提供一种采用轴带发动机取力的车载发电机。

一种车载轴带发电机系统，所述的车载轴带发电机系统包括轴带磁电单元、控制处理单元、储能供电单元和人机交互单元；控制处理单元通过电缆分别与轴带磁电单元、储能放电单元和人机交互单元连接；

所述轴带磁电单元由前端盖、后端盖、转子和定子组成；由前端盖和后端盖构成的壳体从中心穿过转轴，壳体内设置转轴，所述定子采用纯铜线圈绕制后并联形成圆盘状结构，是带状硅钢片开槽后卷制的环形结构，所述转子采用钢铝复合转子盘状结构，所述转子两侧分布两个镜像对称的定子；

所述储能供电单元即蓄电池组，蓄电池组为发动机关闭状态下短时间供电；

所述人机交互单元嵌入在控制面板上，包括按键输入模块、LED显示模块、液晶显示模块、通信接口模块和状态指示模块；所述按键输入模块设置4个按键，分别是：系统总开关、AC220V供电输出开关、DC24V供电输出开关和DC12V供电输出开关；所述LED显示模块采用6组4位LED数码管，实时显示三路供电输出的电压和电流；

所述控制处理单元采用数字化微处理器，由电路整流模块、电压转化模块、供电控制模块、逆变控制模块、双向供电转换模块、协议通信模块和传感器信号处理模块组成；

所述控制处理单元采用三相电转换原理，通过三相高频脉冲宽度调制(PWM)开关电路将发电机输入的三相电进行高频功率转换为与中性线作参考值的正负标称值为200V的直流总线；

所述轴带磁电单元感应出两组三线制幅值为200V，频率为30–70kHz的高频交流电，然后输入到所述控制处理单元，先通过电路整流模块进行电路整流，而后输出一组稳定工频交流电功率，同时，电子控制单元通过电池组和双向功率转换单元，为轴带磁电单元的定子绕组线圈提供初始的励磁电能，

所述逆变控制模块以DC总线为输入源，对应中性线可以产生120V AC和240V AC的逆变组合，DC/AC逆变器电路仍是一个PWM型全桥开关电源电路。通过DSP数字处理器中，PGU(PWM GENERATION UNIT)和DCU(DIGITAL CONTRAL UNIT)实现信号采集调制与正弦波的信号，经过滤波器达到高品质的交流工频电的功率输出,发动机转速高低只改变输出功率大小，而电压和频率保持不变。

双向供电转换模块由一个具有隔离变压器的初次极都有脉冲宽度调制功率转换功能的电路和高速数字信号处理系统及其对应参数传感器组成；

所述协议通信模块分别与轴带磁电单元、储能供电单元和人机交互单元相连，分别用于信息传输与控制。在汽车发动机工作且带动发电机转子转动并切割定子绕组的磁场时，双向供电转换器通过电池能量的升压变换，向DC总线送出电能。DC总线一旦获得了足够的能量，即可通过驱动器产生交流能量为发电机定子绕组产生励磁电流，从而促使发电机启动发电功能。所述传感处理模块用于采集处理发电机转速和温度。

电压转换控制模块与轴向轴带发电机之间通过控制线进行连接，储能供电单元分别通过电源线与电压转换控制模块、双向供电控制模块、逆变控制模块进行连接。

人机交互单元为用户提供人机交互的接口，显示三路供电输出的电压和电流，故障指示和报警，提供系统开关机以及三路独立输出的控制开关。

储能供电单元作为发电机系统必需的组成部分，其作用一是提供控制器自身工作电源供给；二是保障直流供电输出；三是作为供电输出能量的“蓄水池”，在发动机关闭状态下，提供短时间的能量供给。

所述的轴带磁电单元，由定子、转子、上端盖、下端盖、4个套环、转轴、轴承、磁钢及若干紧固件组成。发电机采用双转子、四定子结构，转子呈薄圆盘结构。定子和外壳、前后外壳之间均采用长螺栓连接。

两个定子与一个转子的结构形式，即一个转子两面磁场对两个定子结构。定子采用无铁芯结构，线圈绕制后并联，采用模具、耐高温树脂浇注固化。由于无铁芯结构，同时解决了定子在磁场力的作用下的变形问题。

转子盘采用导磁性好且有一定厚度的低碳钢制成，磁钢采用在转子盘上加工凹槽粘结镶嵌和卡箍加固方法，保证磁钢在高速旋转时的可靠性和负载变化时的应力均匀。

转子轴有一定刚度和可加工性，采用碳钢材料，两端加装轴承。驱动皮带轮根据每个发动机的传动比配备不同直径皮带轮。

定子固定支架采用两端盖中间分别层压定位的固定方式，最后贯通螺栓紧固，确保定子固定牢固。

磁感应发电机的散热采用了24个散热槽，转子风扇铆接在转子周边，采用铝挤压工艺，确保质量均匀和强度要求。

采用空心转轴，与转子结合部位各开四个径向通风孔，孔径适当。外界空气由轴一端被吸入，由于转子的离心力作用，将冷空气吹向发电机的定子和转子表面，带走发电机产生的热量。

转子磁钢盘内圈各开四个圆孔，直径适当，主要起轴向通风作用。使发电机内互通加大散热力度。

发电机壳弧面按一定角度，分别开适当的缺口，保证热量从缺口处排出发电机外。

定子盘内环直径留出足够的空间，以满足通风要求。

发电机两侧端盖靠近轴承座外位置，按一定距离间隔开弧形槽孔，增强外侧定子散热效率。

在两组定子之间空间较大的位置，转轴对称开四个通孔，通孔外安装径向风叶，提高通风压力。

控制器包括嵌入式控制板、电压转换模块、直流12V供电控制模块、直流24V供电控制模块、逆变控制模块、传感器信号处理模块、人机接口模块、通信模块和系统供电模块。

本实用新型具有如下技术效果：

车载轴带发电机是一种安装在汽车上的发电装置，通过从汽车发动机取得转动的机械动能，利用轴带磁电单元转化为电流，再利用控制处理单元整流，可存储在储能放电单元中，为车载用电设备提供交直流电源。

本实用新型行车和驻车状态下下均可用于发电；发电机组不占用车厢内的工作空间，提高了车厢内有限空间的利用率；减轻车辆自重，提高负重能力；噪音低、震动小、不额外产生尾气，改善车内工作环境。

附图说明

图1是轴带磁电单元结构示意图；

图2是控制处理单元原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步描述。

车载轴带发电机系统包括轴带磁电单元、控制处理单元、储能供电单元和人机交互单元；控制处理单元通过电缆分别与轴带磁电单元、储能放电单元和人机交互单元连接；

如图1所示，轴带磁电单元由前端盖1、后端盖2、转子4和定子3组成；由前端盖和后端盖构成的壳体从中心穿过转轴5，壳体内设置转轴，所述定子采用纯铜线圈绕制后并联形成圆盘状结构，是带状硅钢片开槽后卷制的环形结构，所述转子采用钢铝复合转子盘状结构，所述转子两侧分布两个镜像对称的定子；

所述储能供电单元即蓄电池组，蓄电池组为发动机关闭状态下短时间供电；

所述人机交互单元嵌入在控制面板上，包括按键输入模块、LED显示模块、液晶显示模块、通信接口模块和状态指示模块；

所述控制处理单元采用数字化微处理器，由电路整流模块、电压转化模块、供电控制模块、逆变控制模块、双向供电转换模块、协议通信模块和传感器信号处理模块组成；

所述轴带磁电单元感应出两组三线制幅值为200V，频率为30–70kHz的高频交流电，然后输入到所述控制处理单元，先通过电路整流模块进行电路整流，而后输出一组稳定工频交流电功率，同时，电子控制单元通过电池组和双向功率转换单元，为轴带磁电单元的定子绕组线圈提供初始的励磁电能，

所述逆变控制模块以DC总线为输入源，对应中性线可以产生120V AC和240V AC的逆变组合，

双向供电转换模块由一个具有隔离变压器的初次极都有脉冲宽度调制功率转换功能的电路和高速数字信号处理系统及其对应参数传感器组成；

所述协议通信模块分别与轴带磁电单元、储能供电单元和人机交互单元相连，分别用于信息传输与控制；

电压转换控制模块与轴向轴带发电机之间通过控制线进行连接，储能供电单元分别通过电源线与电压转换控制模块、双向供电控制模块、逆变控制模块进行连接。

轴带磁电单元的转子采用钢铝复合转子结构，其特点是不同于鼠笼状结构，是盘状而非传统的桶状。不同于传统单个定子环绕在转子外侧，所述转子两侧分布2个镜像对称的定子。不同于传统低压转子，所述转子适用于实心转子，其特点是更短的磁通回路，更短的丁次线圈，采用两边镜像对称式定子减少了体积，避免磁泄露，对称结构使得次磁场在整个磁环路中更加均匀，对称式的几何结构使得转子可以在不用牺牲有效功率的前提下使用实心钢转子。采用这种结构使得轴带磁电单元质量和体积明显减小，由于转子质量与主动机转动其所需的力矩直接成正比，因此更轻的重量意味着仅需要消耗更少的功来带动，从而实现节省燃油。所述转子采用了铁铝复合材料铸造，转动惯量小，在微处理主控制器检测到没有向外供电时，发电机处于自由空转状态，对发动机动力损失无任何影响，一旦外部车载设备需要供电，打开发电开关，所述控制处理单元立刻控制发电机开始向定子励磁线圈供电，使定子产生磁场，转子切割磁力线产生交变电流，即可发电。一旦定子励磁电路关闭，磁场立即消失，转子处于无阻力空转状态。

机箱在车辆装备上使用，考虑密封性的要求，具备一定的防水、防尘能力，机箱内的电子电路由机箱实现密封隔离；二是散热的要求，机箱作为控制器内部电路模块的载体，元器件工作过程中产生的热量必须由机箱传递并散发出去，机箱结构设计需要与热设计一体考虑实施；三是电磁兼容性的要求，机箱要保护内部控制电路免受外界干扰，同时防止内部电磁辐射向外泄漏，故机箱采用全金属铝板设计，对外接口使用标准军用航空插头。

控制面板使用6组4位LED数码管实时显示三路供电输出的电压和电流；控制面板使用一片OLED屏显示当前时间、发动机转速、控制器温度和通信状态等信息；控制面板共使用了4个按键，每个按键只包含开/关两个状态，设计了明确的位置指示，4个按键的功能分别是：系统总开关、AC220V供电输出开关、DC24V供电输出开关和DC12V供电输出开关；控制面板和控制器之间只有一根线束连接，内含电源线和控制线，接头采用航空插头，通信电气接口使用CAN总线。

轴带磁电单元安装在发动机舱内，从发动机缸体上找到四个固定点，其中三个固定点位于发动机输出轴平面，第四个固定点用于平面垂直方向的限位与支撑。这种安装方式能够保证发电机与发动机的刚性一体，作为一体共振。

控制处理单元布置在车厢或方舱内，主要是考虑车厢的安装空间比较宽裕。控制器在车辆上的固定是基于机箱底座上的固定槽，考虑车辆环境使用的震动和冲击条件，加装了4个CG型钢丝绳减震器，确保控制器在车辆承受最大的安全冲击条件下具备良好的隔震性能。

储能供电单元则根据具体车辆情况，考虑使用车辆底盘自带蓄电池，如果容量计算不满足要求，可另行增加；控制面板设计为安装在车辆车厢或方舱的标准19英寸机柜内。

根据图2所示的控制处理单元原理，轴向磁感应车载发电机系统的工作顺序如下：

第一步：车辆启动，发动机转动，通过皮带传动带动发电机转子转动；

第二步：用户启动发电开关，触发电子控制单元发电指令；

第三步：电子控制单元从蓄电池取电，向发电机定子线圈供电，产生励磁电流；

第四步：励磁电流产生磁场，转子转动切割磁力线，发电机定子感应出交变电流，交变电流自三线输出至电源总线；

第五步：电源总线电压经过交流变换处理，调制为AC220V/50Hz输出，为交流负载供电；

第六步：总线电压经过双向供电电路(BCU)，电源总线电压调制为直流电压DC24V，为蓄电池充电的同时为直流负载供电；

第七步：车辆发动机停止，发电机停止转动时，双向供电电路自动地将蓄电池直流电逆变为交流电，继续为交流负载供电。