車用爪極發(fā)電機的發(fā)展狀況

1、    車用爪極發(fā)電機的發(fā)展狀況    摘 要：針對電勵磁爪極發(fā)電機輸出功率較低、永磁式爪極發(fā)電機磁場不可調節(jié)的缺點，提出了一種混合勵磁無刷爪極發(fā)電機，它可以同時解決上述兩種電機存在的不足，不僅能夠減少勵磁電流的消耗，還能保證輸出恒定的電壓。本文歸納了車用爪極發(fā)電機的類別，分別闡述了其優(yōu)缺點，并對并聯(lián)式混合勵磁無刷爪極發(fā)電機的結構及工作原理進行了闡述，為進一步深入探索和研究混合勵磁無刷爪極發(fā)電機提供了一定的理論基礎和技術參考。關鍵詞：爪極發(fā)電機；混合勵磁；無刷；磁場doi：10.16640/ki.37-1222/t.2016.07.148發(fā)電機是汽車的主

2、要電源，其功能是向汽車上的用電設備提供電能，同時又對蓄電池充電。隨著我國綜合國力的增強、經(jīng)濟社會的發(fā)展，汽車領域發(fā)生了日新月異的變化，發(fā)電機也經(jīng)歷了從直流到交流再到無刷交流的多個發(fā)展階段1。首先，由于汽車數(shù)量的增多，導致了道路交通堵塞，使汽車經(jīng)常起動、且在較長的時間內(nèi)低速行駛，從而使發(fā)電機蓄電池放電量較大，不能輸出額定的電壓和功率。另一方面，人們對汽車安全性和舒適性的要求越來越高，汽車上電子控制裝置和用電設備越來越多，使汽車的耗電量增長迅速，從而導致發(fā)電機經(jīng)常處于超負荷運行，使發(fā)電機整個機體溫度偏高，長期處于這種狀態(tài)的話，會減少它的使用年限。要想完美的解決上述這些缺陷，就得選用功率密度高、大型

3、號的發(fā)電機，但是這樣不僅會增加原材料的消耗、提高了制造成本，而且汽車內(nèi)部結構緊湊，空間有限，使發(fā)動機在安裝、維修等問題上很不方便2。因此，在不減少發(fā)電機輸出功率的條件下，縮小它的體積；或在原來體積的情況下，研發(fā)一種更高輸出功率的發(fā)電機，將成為未來車用發(fā)電機領域重點研究的內(nèi)容和方向。1 爪極發(fā)電機按結構形式可分為以下兩類（1）電勵磁爪極發(fā)電機。市場上絕大多數(shù)汽車上使用的發(fā)電機都是普通電勵磁有刷爪極發(fā)電機，主要是因為它的制造成本低、磁場調節(jié)方便。但它的輸出功率較低，勵磁損耗較大，且它的爪極間很容易漏磁，又沒有取消電刷-滑環(huán)結構，故障率較高、噪聲較大3。（2）永磁式爪極發(fā)電機。與普通電勵磁爪極發(fā)電機

4、不同的是，永磁式爪極發(fā)電機的比功率大、輸出效率高，最重要的是，它沒有采用電刷-滑環(huán)結構，運行安全可靠。但由于永磁材料的固有特性，氣隙磁場的調節(jié)很不方便4。目前，對于車用爪極發(fā)電機的研究，國內(nèi)外學者們提出了一種新的結構混合勵磁無刷爪極發(fā)電機，它采用永磁勵磁和電勵磁相結合的勵磁方式，共同產(chǎn)生氣隙磁場。該電機綜合了電勵磁爪極發(fā)電機和永磁式爪極發(fā)電機各自的優(yōu)點，在原有勵磁電流的基礎上，依靠永磁體補償了爪極間的漏磁損失，解決了電勵磁爪極發(fā)電機輸出功率低的問題；又可通過調節(jié)勵磁電流來輸出恒定的電壓，解決了永磁體磁場不可調節(jié)的問題。但由于爪極轉子的特殊結構，導致其磁路復雜、不規(guī)則，具有明顯的三維特性，因而需

5、采用計算精度高的三維有限元方法進行分析求解5。2 混合勵磁爪極發(fā)電機根據(jù)永磁磁場與電勵磁磁場的串并聯(lián)關系以及有無電刷-滑環(huán)結構可分為以下四類：（1）串聯(lián)式有刷爪極電機。在兩個爪極間的中心軸上，放置一塊圓餅狀永磁體，該永磁體采用軸向充磁，使其產(chǎn)生的磁力線從爪極間通過，從而得到連續(xù)的磁通。此電機的兩個磁場形成串聯(lián)結構，但由于永磁體本身的磁阻很大，繼而導致調節(jié)磁場所需的勵磁電流也很大，因此，這種放置會使永磁體不可逆退磁。且采用電刷-滑環(huán)結構，發(fā)電機的穩(wěn)定性和可靠性大大降低；（2）并聯(lián)式有刷爪極電機。把一塊切向充磁的永磁體加入到傳統(tǒng)電勵磁有刷爪極發(fā)電機的相鄰兩個爪極之間，該發(fā)電機的電勵磁磁場與永磁磁場

6、形成并聯(lián)結構，該結構與傳統(tǒng)的爪極發(fā)電機相比，雖減少了爪極之間的漏磁，但由于永磁體的加入，使一對爪極下的磁場發(fā)生偏斜，沒有充分利用永磁體的優(yōu)點，使得發(fā)電機的氣隙磁密不高。此外，該電機與串聯(lián)式有刷爪極電機一樣，沒有實現(xiàn)發(fā)電機的無刷化，工作可靠性不高；（3）串聯(lián)式無刷爪極電機。在轉子爪極的外極面和相鄰爪極之間，放置一塊圓環(huán)形永磁體，該永磁體采用軸向充磁，此電機的電勵磁磁場與永磁磁場是串聯(lián)關系，與串聯(lián)式有刷爪極電機相同，都可能導致永磁體出現(xiàn)不可逆退磁；（4）并聯(lián)式無刷爪極電機。該電機的電勵磁磁場與永磁磁場形成并聯(lián)關系，且采用無刷結構，彌補了上述三種電機各自的不足。轉子由兩個焊接在一起的爪極組成，這兩爪

7、極中一個極掌上有較大的內(nèi)孔，另一個跟轉軸相連。電機端蓋上固定著勵磁支架，勵磁繞組繞在勵磁支架的上面，它倆都伸入到爪極內(nèi)部。3 并聯(lián)式混合勵磁無刷爪極發(fā)電機的結構組成及工作原理結構組成：定子、爪極式轉子、勵磁支架、整流器、端蓋等。定子由有槽鐵心和三相對稱繞組組成，與普通三相交流發(fā)電機相同，一般采用星型聯(lián)接。爪極式轉子由兩個焊接在一起的爪極、勵磁繞組、磁軛、永磁體及轉子軸等結構組成。發(fā)電原理：當給發(fā)電機的勵磁繞組中通入直流電時，會形成一個旋轉的勵磁磁場，該磁場由勵磁繞組和永磁體共同產(chǎn)生，爪極式轉子在發(fā)動機的帶動下不停的旋轉，定子中的三相對稱繞組切割旋轉的磁場，從而感應出頻率相同、幅值相等、相位相差

8、120°電位角的正弦三相交流電動勢。整流原理：由于定子的三相繞組感應產(chǎn)生的是交流電，整流器的作用是將交流電轉換成直流電，是靠六只二極管組成的三相橋式整流電路完成的。在車用發(fā)電機中，大部分的整流器都采用這種整流電路，又由于蓄電池具有電容的功能，故輸出的直流電壓波形較平坦。4 結論本文詳細介紹了車用爪極發(fā)電機的分類情況，綜合闡述了各自的優(yōu)缺點，得知并聯(lián)式混合勵磁無刷爪極發(fā)電機不僅能夠減少勵磁電流的消耗，還能保證輸出恒定的電壓，具有廣闊的應用前景。參考文獻：1孫瀟.車用爪極發(fā)電機的發(fā)展及展望j.科技創(chuàng)新導報，2013（09）81.2王遠兵.車用混合勵磁爪極發(fā)電機的有限元分析和研究d.合肥：合肥工業(yè)大學，2009.3喬東偉，王秀和，朱常青.環(huán)形永磁體夾置式混合勵磁無刷爪極發(fā)電機的研究j.