車用永磁發(fā)電機(jī)的研究
王 自1，張曉英2，陳國(guó)弟3
（1．貴州省機(jī)電學(xué)校，貴州貴陽(yáng)550003；2．貴州省電子研究所，貴州貴陽(yáng)550002；3．貴州大科達(dá)技術(shù)實(shí)業(yè)公司，貴州貴陽(yáng) 550003)
摘要：介紹了車用永磁發(fā)電機(jī)的研制過(guò)程，闡述了設(shè)計(jì)特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)及其解決辦法，其中提出了兩個(gè)技術(shù)方案：?jiǎn)螛O隔磁永磁轉(zhuǎn)子的磁路結(jié)構(gòu)，采用橋式半控整流穩(wěn)壓電路來(lái)控制永磁發(fā)電機(jī)的輸出電壓。并對(duì)其技術(shù)的可行性作了相應(yīng)的論證．簡(jiǎn)要介紹了單極隔磁結(jié)構(gòu)的磁路設(shè)計(jì)方法。
關(guān)鍵詞：電機(jī)}永磁發(fā)電機(jī)}車用發(fā)電機(jī)}磁路；整流穩(wěn)壓
中圖分類號(hào)：tm313 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：1001-6848(2000)01-0049-05
1 引 言
永磁發(fā)電機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、效率高、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，早在非電起動(dòng)的摩托車、拖拉機(jī)等機(jī)動(dòng)車上廣泛應(yīng)用。但由于穩(wěn)壓性能極差，發(fā)電機(jī)要做成多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的電樞繞組，相當(dāng)于多個(gè)獨(dú)立的小發(fā)電機(jī)，如圖1所示，每個(gè)繞組對(duì)應(yīng)于一個(gè)負(fù)載并聯(lián)連接，形成獨(dú)立的供電回路，而且負(fù)載與發(fā)電機(jī)的功率還要相互匹配，否則會(huì)因負(fù)載輕、發(fā)電機(jī)功率大、端黽壓升高而導(dǎo)致用電器被燒壞；或者負(fù)載大，發(fā)電機(jī)功率小，端電壓偏低，造成工作不正常。盡管將發(fā)電機(jī)做得如此復(fù)雜，而且嚴(yán)格按要求匹配負(fù)載，其發(fā)電機(jī)的輸出端電壓仍會(huì)隨發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化。在實(shí)際使用中，摩托車和小型拖拉機(jī)的大燈，在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)燈光很暗，不能滿足照明要求，發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)燈光很亮，又容易燒毀燈泡。車用發(fā)電機(jī)，在這里主要是指汽車上使用的發(fā)電機(jī)，也包括各種電起動(dòng)車輛及固定動(dòng)力用發(fā)電機(jī)，由于使用中的轉(zhuǎn)速和負(fù)載變化范圍都很大，而且還與蓄電池并聯(lián)工作，因此，對(duì)其輸出端電壓的穩(wěn)定性有很高的要求。所以，長(zhǎng)期以來(lái)電起動(dòng)車輛都是采用電勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，即直流發(fā)電機(jī)（早期）和硅整流交流發(fā)電機(jī)，通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出端電壓的調(diào)節(jié)。而以前的永磁發(fā)電機(jī)，由于穩(wěn)壓性能差而一直不能用于電起動(dòng)車輛。貴州大科達(dá)技術(shù)實(shí)業(yè)公司研制的車用永磁發(fā)電機(jī)，成功地解決了永磁發(fā)電機(jī)在變轉(zhuǎn)速變負(fù)載工況下的電壓穩(wěn)定的重大難題，而且還設(shè)有短路和極性錯(cuò)接保護(hù)。于1993年4月通過(guò)省級(jí)技術(shù)鑒定：“屬國(guó)內(nèi)空白”，其“中試”系貴州省科技“八五”攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目，1996年6月通過(guò)“中試”鑒定：“屬國(guó)內(nèi)****水平”，1998年被國(guó)家科委列入“九五”國(guó)家科技成果重點(diǎn)推廣計(jì)劃指南項(xiàng)目。
2主要技術(shù)指標(biāo)
主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。
3設(shè)計(jì)特點(diǎn)
3.1永磁材料的選擇
選擇釹鐵硼稀土永磁材料
剩余磁通密度：br=l. 08～1.12t
內(nèi)矯頑力：hcj=2t
****磁能積：[bh]max=222. 88～238. 8kj/m3
回復(fù)磁導(dǎo)率：u rec =1.1
韋氏硬度；hv=600
密度：d=7.5×l03kg/m3
工作溫度：to=120攝氏度
3.2轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
車甩發(fā)電機(jī)一般都采用爪極式轉(zhuǎn)子，因?yàn)樽O式結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度較高，容易滿足發(fā)電機(jī)高速工作的強(qiáng)度要求。爪極式轉(zhuǎn)子的漏磁較大，縱軸電樞反應(yīng)對(duì)永體的去磁作用較小，具有較強(qiáng)的過(guò)載能力。本課題采用的爪極式永磁轉(zhuǎn)子如圖2所示，由轉(zhuǎn)子軸1、隔磁套2、隔磁爪極3、隔磁圈4、永磁體5和爪極6構(gòu)成。
3. 2,1鋼軸及其結(jié)構(gòu)
一般的永磁轉(zhuǎn)子軸都采用不導(dǎo)磁材料如青銅、鎳基不銹鋼等制成，以免磁短路，但這些不導(dǎo)磁材料的剛性和強(qiáng)度都很差，且成本高，我們采用鋼軸加單極隔磁的結(jié)構(gòu)，可提高強(qiáng)度，降低成本。該軸的另一特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)上采用臺(tái)肩后置，裝配后如圖3所示，擰緊前端的螺母8，由螺母和軸的臺(tái)肩1將皮帶輪7、風(fēng)扇6、外襯套5、軸承（內(nèi)圈）4、內(nèi)襯套3和爪極2全部夾緊，這種結(jié)構(gòu)可有效防止爪極在軸上打滑，提高轉(zhuǎn)子的工作可靠性，還提高了轉(zhuǎn)子組件的剛性。
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