一种转子共轴的增程器发电机结构的制作方法

本发明属于增程器，特别涉及一种转子共轴的增程器发电机结构。

背景技术：

1、在碳达峰碳中和战略目标的引导下，减排和能源转型成为汽车工业发展的必由之路。在此背景下，越来越多类型的电动汽车被人们设计和开发出来，目前市场上的电动汽车主要分为纯电动汽车和混合动力汽车。纯电动汽车由于电池技术的限制，续驶里程始终不能达到理想水平，另外充电站、电池回收等配套设施和方案仍不完善，使纯电动汽车的日常使用受到很大的限制；混合动力汽车系统集成和控制较为复杂，技术实现难度较大，动力输出部分仍会直接与发动机相连，使发动机无法长时间工作在高效状态，尾气排放及燃油经济性仍不甚理想。增程式电动汽车是在纯电动汽车平台上增加了一套增程器发电系统，当动力电池电量不足时增程器发动机工作，带动发电机为整车提供额外的电能，继而延长续驶里程，因此其兼具了纯电动平台简单、电气化程度高和混动平台无里程焦虑、电池放电程度低等优点，被认为是由传统动力汽车进一步向纯电动汽车过渡的理想方案。

2、增程器是增程式电动汽车的核心部件，其主要由发电机和发动机组成，二者轴系的匹配和连接是增程器集成设计的一个重要问题。目前常见的增程器发电机与发动机的连接方式包括柔性联轴器和直接轴连接。柔性联轴器连接是通过柔性联轴器将发电机轴和发动机曲轴进行连接，该方式能够在一定程度上补偿两轴间因加工装配造成的偏差。但是柔性联轴器连接常需采用橡胶等弹性材料，存在强度低、寿命短、耐温差等问题，其次，受其自身传动效率的影响，增程器系统效率也会降低，另外，柔性联轴器的安装增加了轴向空间，且成本较高。直接轴连接则是在发电机轴和发动机曲轴连接处增设法兰螺孔等直连结构，通过螺栓将两轴刚性连接，该方式结构简单，能够减小增程器轴向长度，降低成本。但是直接轴连接对两轴间的偏差较为敏感，相关零部件的加工装配公差要求很高，装配性较差。

3、中国专利公告号：cn206135624u公开了一种增程器用单轴承永磁同步发电机结构。该发电机结构轴的动力端与发动机曲轴的输出端采用直接轴连接，轴的非动力端设置有支撑轴承，转子转动的圆周半径与定子排布所在圆的圆周半径之比设置为大于0.6，取消了发动机飞轮和轴的动力端轴承。该专利将发电机轴与发动机曲轴输出端直接轴连接，曲轴的扭矩完全传递至发电机轴上，取消了发电机轴的动力端轴承，将转子转动的圆周半径与定子排布所在圆的圆周半径之比设置为大于0.6，使转子形成尽可能大的转动惯量以替代飞轮。该专利具有体积小部件少的优势，但同时也存在以下缺陷：

4、1、发电机与发动机合装过程复杂，壳体前端盖定子组件、转子轴组件和后端盖组件三部分需单独依次进行装配，工艺性及后期维修性较差；

5、2、装配过程中壳体前端盖定子组件和转子轴组件同轴度难以保证，导致发电机定转子间气隙不均匀度增大，从而影响发电机运行的稳定性和可靠性，使振动噪音加剧；

6、3、在相关零部件加工装配误差累积的作用下，发电机转子轴组件通过直接轴连接加非动力端轴承支撑的安装方式易产生过定位的问题，从而导致发电机轴和发动机曲轴产生额外的内应力，加剧轴承磨损，降低轴系的可靠性；

7、4、取消了发动机飞轮及其附属的启动齿圈结构，通过转子的转动惯量替代飞轮存在一定的设计局限性，另外当车辆动力电池失电时无法及时启动发动机运转为电池充电，整车增程系统设计冗余度降低；

8、5.当发电机运转时，因电磁感应原理会在转子轴上感应产生轴电压，过高的轴电压会击穿发电机轴承和发动机轴瓦的润滑油膜产生放电电流，从而加剧轴承腐蚀磨损，严重影响增程器系统正常运行。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种转子共轴的增程器发电机结构，解决了现有增程器发电机转子组件悬臂安装时系统轴系刚度和动力学特性差、发电机定转子组件单独合装时气隙不均匀度差、发电机与发动机连接时轴向空间占用大及传动效率低的问题。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种转子共轴的增程器发电机结构，包括电机壳体、电机端盖、定子组件、转子组件、转子支架、后端轴承、导电油封、启动齿圈和绕组护套，所述电机壳体前端通过内止口和法兰结构与发动机机体固定连接，所述电机壳体内部设有冷却水道，所述电机壳体后端连接有电机端盖，所述电机壳体内腔设置有定子组件，所述转子支架通过平键连接集成安装于外伸的发动机曲轴上，所述转子支架为一体成型的前端带外伸喇叭口的圆筒状结构，所述转子组件和启动齿圈安装于所述转子支架相应结构上。

3、进一步地，所述电机端盖通过止口定位和螺栓固定的方式与电机壳体后端连接，所述电机端盖中央设有轴承安装孔。

4、进一步地，所述后端轴承设置于发动机曲轴末端，所述发动机曲轴通过后端轴承支撑于电机端盖上。

5、进一步地，所述定子组件与电机壳体内壁过盈连接，所述电机壳体过盈热套于定子组件外侧。

6、进一步地，所述转子支架包括圆筒本体和外伸喇叭口结构，所述喇叭口外缘设有启动齿圈安装位，喇叭口侧壁设有减重孔，所述圆筒本体内腔设有支撑腹板结构，所述支撑腹板结构包括腹板，所述腹板中央设有中心孔，发动机曲轴外伸穿过中心孔。

7、进一步地，所述转子组件通过平键连接安装于所述转子支架的圆筒本体外缘上，所述转子组件位于电机壳体内腔且与定子组件对正。

8、进一步地，所述启动齿圈过盈安装于所述转子支架上的启动齿圈安装位上。

9、进一步地，所述绕组护套由绝缘材料制成，所述绕组护套通过螺钉安装于所述电机壳体前端并套设于所述定子组件的端部绕组上。

10、进一步地，所述导电油封由骨架油封和粘接于其端面的导电纤维层组成，所述导电油封外缘安装于发动机机体的油封安装孔内，所述导电油封内缘的唇口和导电纤维与发动机曲轴旋转接触。

11、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

12、1、取消了电机前端盖、前端轴承和电机轴结构，显著减小了发电机轴向空间占用，降低了物料成本；

13、2、转子集成安装于发动机曲轴上，避免了分体转子轴与曲轴的连接，提高了传动效率、装配工艺性和后期维修性；

14、3、发动机曲轴末端通过后端轴承支撑，避免了转子悬臂，提高了系统轴系刚度和动力学特性，避免了发动机后端轴瓦的额外磨损情况；

15、4、发电机定转子间装配尺寸链组成环减少，累积偏差降低，有助于保证定转子气隙的不均匀度，从而提高发电机运转的可靠性，降低振动噪音；

16、5、启动齿圈用于提供外接驱动启动发动机的接口，其外缘齿形可与驱动齿轮啮合传动从而启动发动机运转，能够提高增程器系统运行的可靠性和效率；

17、6、通过在转子支架喇叭口侧壁上设计减重孔以及在圆筒内腔设计腹板结构能够对转子的转动惯量进行调整匹配，有助于减小发动机转速波动，提高增程器系统的运转平稳性；

18、7、绕组护套将高压绕组和高速旋转的转子支架隔开，保证了端部绕组的安全绝缘要求，有助于进一步减小发电机轴向空间占用，同时避免了启动齿圈啮合磨损产生铁屑进入定转子气隙对发电机运转产生不利影响；

19、8、导电油封将发动机腔室和发电机腔室相互隔绝，保证了两腔室独立密封的要求，同时导电油封上的导电纤维层能够将发电机转子轴上的轴电流导入发动机机体进行接地，有效避免了轴电流引起的轴承电腐蚀问题。