孫瀟

摘 要：該文對(duì)現(xiàn)在汽車用爪極發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了分析，針對(duì)當(dāng)前汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，綜合現(xiàn)有車用發(fā)電機(jī)各自優(yōu)缺點(diǎn)，得出一種新型的車用混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)滿足汽車越來越高用電量的需求，同時(shí)能減少勵(lì)磁電流的消耗，保證電壓的恒定輸出。

關(guān)鍵詞：混合勵(lì)磁 電勵(lì)磁 永磁 爪極式 汽車

中圖分類號(hào)：U463.63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）03（c）-00-01

發(fā)電機(jī)作為汽車主要電源之一，為車用電器供電，同時(shí)為蓄電池供電。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，發(fā)電機(jī)也經(jīng)歷了從直流發(fā)電機(jī)、交流發(fā)電機(jī)到無刷交流發(fā)電機(jī)的三個(gè)發(fā)展階段。爪極發(fā)電機(jī)因其制造工藝簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量輕、成本低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)領(lǐng)域。

爪極發(fā)電機(jī)目前主要有兩種結(jié)構(gòu)形式

（1）電勵(lì)磁爪極發(fā)電機(jī)

應(yīng)用最廣泛的車用發(fā)電機(jī)，即在轉(zhuǎn)子上安裝勵(lì)磁繞組，當(dāng)給勵(lì)磁繞組通入勵(lì)磁電流時(shí)會(huì)產(chǎn)生勵(lì)磁磁場(chǎng)。磁通經(jīng)爪極結(jié)構(gòu)將軸向轉(zhuǎn)化為徑向，經(jīng)過氣隙、定子，再回到轉(zhuǎn)子上。定子繞組切割磁感線產(chǎn)生電流。電勵(lì)磁爪極發(fā)電機(jī)通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的大小控制電機(jī)內(nèi)部氣隙磁通，實(shí)現(xiàn)變負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)電機(jī)輸出電壓的恒定。

此種發(fā)電機(jī)電壓波形良好，且爪極部分機(jī)械強(qiáng)度較好、制作簡(jiǎn)單，但有效磁通受到爪極間氣隙的影響，有所降低，因而可能出現(xiàn)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出力不足的現(xiàn)象，降低發(fā)電機(jī)的效率。這對(duì)于在城市路況上行駛的低速汽車來說，會(huì)出現(xiàn)達(dá)不到發(fā)電機(jī)額定輸出電壓和輸出功率的現(xiàn)象，這樣勢(shì)必會(huì)增加車載蓄電池的充放電次數(shù)，縮短蓄電池的使用壽命。

（2）永磁式爪極發(fā)電機(jī)

與電勵(lì)磁爪極發(fā)電機(jī)相比，體積小、重量輕、比功率大、效率高，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒有電刷和換向器，運(yùn)行安全可靠。但是發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)都是由永磁體產(chǎn)生，電壓調(diào)節(jié)較為困難。而且永磁式爪極發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁一旦出現(xiàn)故障，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，輸出電壓會(huì)急劇上升，造成安全隱患。

現(xiàn)代汽車配備的汽車電器越來越多，耗電量增長(zhǎng)迅速，目前典型值為1.5～3 kW[1]。綜合以上兩種發(fā)電機(jī)各自存在的不可忽視的問題，勢(shì)必要求車載發(fā)電機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)變革來滿足汽車對(duì)電量的需求，混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)便是比較好的解決方案 [2]。

混合勵(lì)磁爪極式發(fā)電機(jī)采用永磁體和電磁線圈同時(shí)勵(lì)磁，保留電勵(lì)磁和永磁體勵(lì)磁各自優(yōu)點(diǎn)，可以較好的提高發(fā)電機(jī)的運(yùn)行效率[3]?；旌蟿?lì)磁發(fā)電機(jī)的最大優(yōu)勢(shì)是在不增加勵(lì)磁電流的前提下，用永磁體來補(bǔ)償爪極的漏磁損失，通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，使得電機(jī)內(nèi)部氣隙磁場(chǎng)平滑可調(diào)，讓發(fā)電機(jī)在其轉(zhuǎn)速、負(fù)載變化范圍內(nèi)可以輸出恒定的電壓，改善發(fā)電機(jī)低速時(shí)的輸出特性，避免了永磁體磁場(chǎng)不可調(diào)節(jié)的問題[4]。

混合勵(lì)磁式爪極發(fā)電機(jī)一般由定子、爪極式轉(zhuǎn)子、整流器、端蓋、風(fēng)扇及帶輪等組成。定子槽中嵌入三相對(duì)稱的定子繞組，一般采用星型聯(lián)接。爪極式轉(zhuǎn)子包括兩塊爪極、勵(lì)磁繞組、磁軛、永磁體及轉(zhuǎn)子軸等結(jié)構(gòu)組成。

目前混合勵(lì)磁爪極式發(fā)電機(jī)中永磁體的放置方式有三種：在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組內(nèi)放置永磁體、在爪極表面放置永磁體和在爪極與爪極之間放置永磁體，其特點(diǎn)分析見表1。

混合勵(lì)磁爪極式發(fā)電機(jī)的工作過程是，轉(zhuǎn)子上同時(shí)裝有永磁體和電勵(lì)磁繞組，當(dāng)在轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁繞組中通入直流電，就會(huì)形成一個(gè)由永磁體和勵(lì)磁繞組共同構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)的勵(lì)磁磁場(chǎng)，定子中的三相對(duì)稱繞組不斷切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在其電樞繞組中感應(yīng)出相應(yīng)的頻率相同、幅值相等、相位相差120 °電位角的正弦交流電動(dòng)勢(shì)。混合勵(lì)磁爪極式發(fā)電機(jī)與普通發(fā)電機(jī)相比，具有更高的氣隙磁密和功率密度，可以在更寬的負(fù)載范圍內(nèi)保持輸出電壓的恒定。

因增加了永磁體結(jié)構(gòu)，氣隙磁場(chǎng)不再由電勵(lì)磁繞組單獨(dú)提供，那么當(dāng)輸出功率一定時(shí)，混合勵(lì)磁爪極式發(fā)電機(jī)需要的勵(lì)磁電流更小，勵(lì)磁損耗也會(huì)大大的降低?；旌蟿?lì)磁爪極式發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)方案應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：發(fā)電機(jī)的本身的安全與性能、永磁材料的選擇及放置位置、發(fā)電機(jī)的加工方法與成本等，基本設(shè)計(jì)原則為在保證當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行到最高轉(zhuǎn)速且電勵(lì)磁部分失去調(diào)節(jié)作用時(shí)，永磁磁通所產(chǎn)生的電壓小于或等于安全電壓。

參考文獻(xiàn)

[1] David J.Perreault，IEEE，Vahe Caliskan.Automotive Power Generation and Control[J].IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS，2004，19（3）.

[2] 李新華，劉剛，章國(guó)光.汽車混合勵(lì)磁爪極發(fā)電機(jī)電流輸出能力分析[J].汽車電器，2012（3）：24-28.

[3] 趙朝會(huì)，張卓然，秦海鴻.混合勵(lì)磁電機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理[M].北京：科學(xué)出版社，2010.

[4] 趙朝會(huì)，郭環(huán)球，楊寧，等.一種新型混合勵(lì)磁爪極同步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)及特性研究[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)，2007（5）：35-37.