邱洪亮 潘惠豐

（浙江安美德汽車配件有限公司，浙江 湖州 313000）

提高汽車發(fā)電機的功率輸出和新技術(shù)動態(tài)研究

邱洪亮 潘惠豐

（浙江安美德汽車配件有限公司，浙江 湖州 313000）

生活水平的提高，使得人們對于出行的舒適度的要求越來越高，這間接導(dǎo)致汽車內(nèi)部用電設(shè)備的不斷增加。為了滿足汽車用電需要，提高汽車發(fā)電機的功率輸出成為汽車行業(yè)急需解決的問題。文章從技術(shù)進(jìn)步和發(fā)電機改進(jìn)兩方面出發(fā)，提出了增加汽車發(fā)電機功率輸出的四大解決措施。

汽車發(fā)電機；功率輸出；新技術(shù)動態(tài)；用電設(shè)備；汽車舒適度

1 概述

隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展以及生活水平的不斷提高，汽車作為重要的出行工具，人們對其舒適度的要求也越來越高。為了迎合人們對汽車舒適度的要求，生產(chǎn)商不斷增加汽車內(nèi)部用電設(shè)備。發(fā)電機作為汽車的主要供電設(shè)備，隨著汽車用電量的增加，要求發(fā)電機有更大的輸出功率。然而傳統(tǒng)發(fā)電機的輸出功率多為500～1000瓦，很難滿足汽車的用電需求。在滿足用電需要且不增加生產(chǎn)成本的目標(biāo)的指引下，研發(fā)人員對汽車發(fā)電機進(jìn)行了一些改造。

2 技術(shù)進(jìn)步——增加供電系電壓

在維持汽車發(fā)電機輸出電流不發(fā)生變化的前提下，將電系電壓由12伏增加到42伏，能夠?qū)l(fā)電機的輸出功率提高到原來的3～4倍。但是由于電系電壓的增加，使得汽車內(nèi)部原有的電器都必須重新進(jìn)行設(shè)計、更換，一方面大大增加了生產(chǎn)成本；另一方面對汽車研發(fā)工藝提出了更高的要求。在現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)條件下，很難實現(xiàn)全面推廣。我國目前汽車所使用的發(fā)電機，多是依據(jù)所引進(jìn)的外國先進(jìn)的發(fā)電機樣機，并結(jié)合我國目前的生產(chǎn)技術(shù)、生產(chǎn)設(shè)備等現(xiàn)狀，對樣機的生產(chǎn)工藝稍加修整。我國自主設(shè)計、研發(fā)的發(fā)電機較少。為了實現(xiàn)增加電壓后的電系配套設(shè)備的研發(fā)以及全面推廣，必須積極培養(yǎng)相關(guān)創(chuàng)新型研發(fā)人才，加大研發(fā)資金、人才的投入力度。

3 汽車發(fā)電機改進(jìn)

3.1 新型永磁復(fù)合發(fā)電機

新型永磁復(fù)合發(fā)電機實現(xiàn)了永磁技術(shù)與無刷技術(shù)的有效結(jié)合，其特點為：穩(wěn)定性好，與勵磁發(fā)電機相比，可有效避免勵磁繞組易磨損、燒毀等故障；該發(fā)電機使用永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，提高轉(zhuǎn)子速度，增加了發(fā)電機的輸出功率。同時，采用永磁轉(zhuǎn)子，優(yōu)化了發(fā)電機內(nèi)部排列結(jié)構(gòu)，相比傳統(tǒng)發(fā)電機，體積以及重量有所減少；有效增加蓄電池的使用壽命，降低電池維護(hù)頻率。該發(fā)電機使用開關(guān)式整流穩(wěn)壓技術(shù)，能夠保持電壓穩(wěn)定，避免過量充電；同時該發(fā)電機可直接被汽車使用，不需要對汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行變動，可以實現(xiàn)大范圍地推廣。

新型永磁復(fù)合發(fā)電機的核心部件為同心式磁性齒輪，該齒輪由內(nèi)轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子、永磁體等元件構(gòu)成，其中永磁體是用導(dǎo)磁材料和非導(dǎo)磁材料做成的調(diào)磁鐵塊，可有效的調(diào)節(jié)內(nèi)外轉(zhuǎn)子的磁場。同時，永磁的核心材料為稀土，稀土的載磁力強，但由于稀土的稀缺性，又會增加制作成本。

新型永磁復(fù)合發(fā)電機中的整流電路二極管為特制元件（即雪崩型整流二極管），其對于發(fā)電機用電量有著極好的感知能力。當(dāng)該發(fā)電機使用的電量超過其承載力時，能夠及時切斷電源、停止運行，經(jīng)過一段時間后又會自行運轉(zhuǎn)，有助于保護(hù)電路，避免過量電流燒毀電路的現(xiàn)象出現(xiàn)。

3.2 水冷式發(fā)電機

水冷式發(fā)電機是由傳統(tǒng)的風(fēng)冷發(fā)電機改造而來，用水來代替風(fēng)扇實現(xiàn)發(fā)電機的定子、線圈繞組等發(fā)熱部位的冷卻。

3.2.1 水冷式發(fā)電機的結(jié)構(gòu)。前后蓋均為鋁制品，且設(shè)有水道槽。在定子與轉(zhuǎn)子之間用特制圍板將其與水道隔開。同時，水道與進(jìn)出水管相連，進(jìn)出水管又同水冷式發(fā)電機的冷卻系統(tǒng)相連。研發(fā)人員為了減少水路循環(huán)空間，一般將水冷式發(fā)電機安裝于發(fā)動機內(nèi)部，將發(fā)動機與發(fā)電機二者的水道合二為一，使發(fā)動機直接運用發(fā)電機的水道進(jìn)行水循環(huán)，使得汽車內(nèi)部空間得到了有效利用。

3.2.2 水冷式發(fā)電機的運轉(zhuǎn)。發(fā)動機開始運轉(zhuǎn)時，其內(nèi)部水泵為冷卻水流動提供動力。冷卻水從進(jìn)水管進(jìn)入水道，流經(jīng)發(fā)電機，對定子、線圈繞組等進(jìn)行降溫處理，同時也對轉(zhuǎn)子、軸承等其他發(fā)熱的零部件進(jìn)行降溫處理。

3.2.3 水冷式發(fā)電機的特點。同風(fēng)冷式發(fā)電機相比，水冷式發(fā)電機增加了一套水循環(huán)系統(tǒng)，導(dǎo)致其內(nèi)部零部件增多，結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。同時，避免冷卻水泄露造成的發(fā)電機運作失靈、零部件銹蝕等問題的發(fā)生，必須做好防漏密封工作，這間接造成水冷式發(fā)電機的制作成本增加。水冷式發(fā)電機的水道、進(jìn)出水管的安裝占用空間較大，在安裝時有較大的限制，但是水冷式發(fā)電機在縮短充電時間、降低噪聲方面的效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于風(fēng)冷式發(fā)電機。

（1）低速充電是水冷式發(fā)電機的核心特征。眾所周知，發(fā)電機的電流特性曲線圖中存在一個重要的拐點，該拐點的出現(xiàn)直接關(guān)系到充電效果，同時拐點出現(xiàn)的時間與勵磁電流大小有關(guān)。當(dāng)汽車行駛速度降低時，風(fēng)冷式發(fā)電機的關(guān)鍵零部件的溫度會有不同程度的上升，致使勵磁電流難以提高，從而使得其充電效果不佳；而水冷式發(fā)電機能夠有效地抑制關(guān)鍵零部件溫度的升高，可以有效提高勵磁電流，進(jìn)而提高發(fā)電機電壓的輸出，故其低速充電的效果比較突出；（2）與風(fēng)冷式發(fā)電機相比，水冷式發(fā)電機的噪聲較小。首先，該發(fā)電機沒有使用風(fēng)扇進(jìn)行冷卻，故不用考慮風(fēng)扇產(chǎn)生的噪音。其次，在比較研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到3000轉(zhuǎn)/分鐘時，水冷式發(fā)電機所產(chǎn)生的噪聲比風(fēng)冷式發(fā)電機所產(chǎn)生的噪聲低15分貝。

總之，風(fēng)冷式發(fā)電機與水冷式發(fā)電機各有優(yōu)勢。目前，在汽車發(fā)電機領(lǐng)域存在這樣一種認(rèn)知：在電系電壓為12伏的汽車中，2500瓦以下使用風(fēng)冷式發(fā)電機效果好，而2500瓦以上或者電系電壓為42伏使用水冷式發(fā)電機效果好。

3.3 新型環(huán)式/汽車啟動發(fā)電機

2006年，我國自主設(shè)計、研發(fā)的新型環(huán)式/汽車啟動發(fā)電機在甘肅省科學(xué)技術(shù)廳經(jīng)過系列測試，得到了參與人員的認(rèn)可。新型環(huán)式/汽車啟動發(fā)電機的問世，象征著我國新型環(huán)式/汽車啟動發(fā)電機的核心技術(shù)——機電一體化技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平，彌補了我國在汽車發(fā)電機自主研發(fā)方面的短板。新型環(huán)式/汽車啟動發(fā)電機具有啟動、發(fā)電、輔助汽車加快速度等多種功能，既優(yōu)化了汽車性能，又大大降低了汽車元件生產(chǎn)成本。新型環(huán)式/汽車啟動發(fā)電機具有以下特征：

3.3.1 輸出功率大。新型環(huán)式/汽車啟動發(fā)電機是在傳統(tǒng)發(fā)電機的基礎(chǔ)上加了兩個金屬環(huán)，這樣的配置使得輸出功率高于國際發(fā)電機輸出功率，是10千瓦以上混合發(fā)電機輸出功率的5倍。

3.3.2 節(jié)油降污效果好。使用新型環(huán)式/汽車啟動發(fā)電機的汽車比其他汽車節(jié)省汽油達(dá)30%以上，其節(jié)油原理為：汽車處于停止?fàn)顟B(tài)時，發(fā)電機會自動停止運行；當(dāng)汽車開始運行時，發(fā)電機才會開始運作；在汽車放慢速度時，新型環(huán)式/汽車啟動發(fā)電機會將制動能轉(zhuǎn)換為電能，進(jìn)行重復(fù)利用。新型環(huán)式/汽車啟動發(fā)電機可以有效降低汽車對周邊環(huán)境的污染量，比使用傳統(tǒng)發(fā)電機的汽車少排放60%的污染。

3.3.3 多種功能統(tǒng)一控制。新型環(huán)式/汽車啟動發(fā)電機采用集成電路實行統(tǒng)一控制。該發(fā)電機集發(fā)電與電動于一身，可有效實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速、燃油等功能的統(tǒng)一管理。

4 結(jié)語

生活水平的提高使得汽車逐漸成為人們生活的必需品。為了讓人們更好地享受出行，生產(chǎn)商在車內(nèi)增加了空調(diào)、電視等高功率設(shè)備，致使用電量增加。為了提高汽車發(fā)電機的輸出功率，需要對發(fā)電機進(jìn)行改進(jìn)。目前的改進(jìn)方式有：一方面，改變發(fā)電機電壓，將電系電壓由12伏增加到42伏；另一方面，對傳統(tǒng)發(fā)電機進(jìn)行改造，如新型永磁復(fù)合發(fā)電機、水冷式發(fā)電機、新型環(huán)式/汽車起動發(fā)電機等。當(dāng)然，這些改進(jìn)技術(shù)還存在某一方面的不足，仍需科研人員繼續(xù)研究。

[1]鄧隱北，張子亮，唐慶偉．汽車發(fā)電機的先進(jìn)技術(shù)[J]．時代汽車，2015，（10）.

[2]桂樹國，薛飛舞，劉浩．某型汽車發(fā)動機功率提升后NVH試驗研究[J]．佳木斯大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2015，（4）.

[3]張衡．汽車發(fā)電機的低速設(shè)計與優(yōu)化[J]．科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013，（13）.

[4]楊浩．提高汽車發(fā)電機的功率輸出研究和新技術(shù)動態(tài)[J]．內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟，2008，（9）.

（責(zé)任編輯：黃銀芳）

U463

1009-2374（2017）12-0046-02

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.12.024

邱洪亮（1976-），男，浙江湖州人，供職于浙江安美德汽車配件有限公司，研究方向：汽車發(fā)電機相關(guān)技術(shù)；潘惠豐（1978-），男，浙江湖州人，供職于浙江安美德汽車配件有限公司，研究方向：汽車發(fā)電機相關(guān)技術(shù)。

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