關(guān)注：
前言近幾年以來，環(huán)保與節(jié)能的規(guī)定越來越嚴(yán)，對今后車輛的要求是進(jìn)一步降低油耗。而另一方面，顧客對舒適性的要求更加高漲，與此相應(yīng)的是汽車的耗電量趨向于增加，這一部分電能相應(yīng)使油耗增加，為向用戶提供更好的汽車，就必須解決這兩個(gè)互相矛盾的要求。 由此對交流發(fā)電機(jī)以下簡稱發(fā)電機(jī)）的要求是：提高發(fā)電機(jī)將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成電能的轉(zhuǎn)換效率；為減輕整車的質(zhì)量而追求減小體積與減輕質(zhì)量。此外，為了節(jié)油，發(fā)動(dòng)機(jī)降低了怠速，與此相應(yīng)，要求發(fā)電機(jī)在更低的轉(zhuǎn)速下能夠供電。 為了適應(yīng)上述要求，對發(fā)電機(jī)來說，還需要解決伴隨上述要求而產(chǎn)生的發(fā)電機(jī)自身的問題：因自身發(fā)熱的增加需要提高散熱性，找出因發(fā)電量增加引起的發(fā)電噪聲惡化的對策。 基于上述背景，進(jìn)入21世紀(jì)以來，出現(xiàn)了一種新型的采用扁銅線定子繞組的交流發(fā)電機(jī)，下面對此加以說明。 開發(fā)方針下列的簡化公式來表示）出+）損）Z同步阻抗；'定子繞組的電阻；角速度；（電感；）出輸出功率；）入輸入功率；）損損耗功率；+熱阻，發(fā)熱量；"周圍溫度。 從上面的公可以看出，決定輸出電流的主要因素是定子的阻抗，尤其是在頻率較低的轉(zhuǎn)速區(qū)域。為了提高效率就需要減少損耗。設(shè)發(fā)電機(jī)的總效率為100、輸出效率為58的話，則損耗占42，將此損耗設(shè)為100，則各種損耗所占比例如表1所示。 表1各種損耗所占比例總損耗銅損耗機(jī)械損耗鐵損耗勵(lì)磁損耗整流損耗由表1中也可以看出，要想降低損耗，比較有效的辦法是降低定子繞組的電阻。 另一方面，可以說振動(dòng)是發(fā)電機(jī)特有磁噪聲的發(fā)生源，而振動(dòng)又是隨著定子與轉(zhuǎn)子之間的磁場力在不斷變化著的。眾所周知，因?yàn)檗D(zhuǎn)子是直流勵(lì)磁，所以，定子的磁通脈動(dòng)是振動(dòng)的原因，特別是發(fā)電機(jī)頻率的6次諧波是主要成分。定子是關(guān)系到高輸出、高效率、低噪聲及散熱性能好壞的關(guān)鍵部件。本文介紹發(fā)電機(jī)新式定子的開發(fā)過程。開發(fā)的基本目的是：開發(fā)出小型、輕巧而且高輸出、高效率、低噪聲、散熱性好的發(fā)電機(jī)。 開發(fā)的思路與方法3.1降低定子繞組的內(nèi)阻定子繞組的內(nèi)阻+可用下式表示+=1/0繞組導(dǎo)線的截面積。 為了降低繞組的內(nèi)阻，就需要縮短繞組的長度、增大導(dǎo)線的截面積。 車用發(fā)電機(jī)的定子繞組一般選用繞組系數(shù)較好的整距繞組，并采用與爪極極距相等的％節(jié)距嵌線。 因?yàn)槭嵌嗬@組，各相的相位差為2%/3，所以，各相繞組必然要重疊％/3，具體來說，如所示，因?yàn)樾鑼⒑芏嗑�圈依次從內(nèi)圓側(cè)嵌入鐵心中，所以，先插入的線圈與后插入的線圈會(huì)有重疊。結(jié)果，槽內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)所示的死區(qū)或稱中立區(qū)，此區(qū)阻礙了繞組導(dǎo)線截面積的增加。此外，為了避免重疊部分導(dǎo)線之間產(chǎn)生接觸應(yīng)力，需要保證線圈端部要有足夠的長度，整個(gè)繞組的變長造成定子繞組電阻的增加�？梢杂貌蹪M率表示嵌線后導(dǎo)線在定子鐵心槽內(nèi)的狀況，如下式所示槽滿率=01/02��！定子鐵心槽的截面積。 近些年來，槽滿率的演變狀況如所示，從可以看出，雖然幾經(jīng)改進(jìn)，但還沒有達(dá)到鐵心槽截面積的一半�？梢哉f，槽滿率的提高已近于頂點(diǎn)。為了減少繞組的內(nèi)阻，即便是想縮短繞組的長度，增大繞組導(dǎo)線的截面積，但前述的繞組端部的重疊已成為這2項(xiàng)計(jì)劃的攔路虎。按這一思路是無法減少繞組內(nèi)阻的，需要另辟途徑，其中的一種方案是取消造成端部線圈重疊的嵌線方式。 如所示，采用雙層嵌線法，在相距！/2處下層線圈翻轉(zhuǎn)，同樣地在距離！/2處的槽中，嵌入上層線圈。以這種形式嵌入所有線圈的話，則如所示，端部線圈彼此之間沒有干涉，而且可以縮短繞組端部的高度，即可以消除鐵心槽內(nèi)的死區(qū)。 進(jìn)而，將繞組導(dǎo)線從圓線改為扁銅線，可以增加繞組導(dǎo)線的截面積，即可以提高槽滿率。 提高散熱性能在發(fā)電機(jī)上，風(fēng)扇一般設(shè)置在與定子繞組相對的位置上，因?yàn)槎ㄗ永@組的發(fā)熱量最大，但即便對其冷卻，因線圈端部的重疊部分阻礙了通風(fēng)，成為通風(fēng)的風(fēng)阻。對此，采用了無重疊嵌線方式之后，線圈端部成網(wǎng)狀，確保了線圈之間的氣隙，由此可以降低定子繞組的發(fā)熱并改善通風(fēng)性能，即可以提高散熱性能。此外，隨著線圈電阻的減小，其自身的發(fā)熱也會(huì)大大地下降。由此可以看出，采用風(fēng)冷方式是可以實(shí)現(xiàn)的。 減少磁振動(dòng)力要想降低車用發(fā)電機(jī)的磁噪聲，主要應(yīng)在傳遞系統(tǒng)上加以改進(jìn)，即從提高端蓋的剛性等方面入手，但從已采用過的措施來看，能想的辦法都采用了，所以，只能對發(fā)生源采取根本的措施。 發(fā)電機(jī)特有的磁噪聲形成的主要原因是：定子所產(chǎn)生的反作用磁動(dòng)勢中含有的高次諧波，而且電頻率6次諧波的成分是主要的，與發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的頻率成分相比，它屬于高頻、刺耳的噪聲，算是一個(gè)問題，因此，應(yīng)以6次諧波為對象，研究降低發(fā)電機(jī)磁噪聲的措施。 反作用磁動(dòng)勢的6次諧波是以電角度60為周期隨時(shí)間而變化的，對此，如果是加上相位差為30.的反作用磁動(dòng)勢的話，就可以抵消磁動(dòng)勢的變化。 這種方案的具體構(gòu)成如所示。也就是說，將分別產(chǎn)生反作用磁動(dòng)勢6次諧波的2套三相繞組以30.的相位差嵌線，使兩者產(chǎn)生的反作用磁動(dòng)勢相互抵消，以達(dá)到在發(fā)生源采取措施降低噪聲的目的。 就傳統(tǒng)的繞組來說，采用2套三相繞組的話，結(jié)構(gòu)就變得復(fù)雜，進(jìn)一步加劇了線圈端部的重疊，而且，發(fā)電機(jī)的特性還有可能變壞；但一旦采用了端部線圈無重疊的嵌線方式及2套三相繞組，就可以提高發(fā)電機(jī)的性能并可以降低磁噪聲。 具體做法若想用連續(xù)嵌線方式實(shí)現(xiàn)無重疊嵌線是非常困難的，這是因?yàn)�，傳統(tǒng)方式嵌線是從內(nèi)圓一側(cè)插入繞組的，所以，只有小于槽口寬度的較細(xì)導(dǎo)線才能嵌入。因此，另換一個(gè)思路，改為每個(gè)線圈分別成型，從鐵心的軸向插入。 4.1U字形繞組的組裝各定子繞組用導(dǎo)線經(jīng)扭頭后成U字形線圈，將一套U字形線圈迭放整理后，就可以利用從軸方向插入的辦法插入槽中，接著是繞組的整形，如所示。 將各個(gè)u字形線圈的端部壓彎，將端部連接后，整個(gè)就會(huì)形成定子繞組；為確保連接部位的絕緣性能，還要作絕緣處理。傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)與新型定子繞組發(fā)電機(jī)2種繞組的結(jié)果對比如表2所示。 表2 2種繞組的結(jié)果對比項(xiàng)目槽滿率端部長度！ 傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)新型定子繞組發(fā)電機(jī)結(jié)果如所示，與傳統(tǒng)型產(chǎn)品相比，新型的發(fā)電機(jī)在外徑、全長及質(zhì)量等項(xiàng)目上都得到了改善。而且，性能也得到了提高，即如所示，由于定子繞組內(nèi)阻的降低以及散熱性能的改善，與傳統(tǒng)型產(chǎn)品相比，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速下的發(fā)電機(jī)輸出提高了從效率來看，如所示，由于定子繞組內(nèi)阻的降低，發(fā)電時(shí)的銅損大幅度降低，以及鐵心的改善而降低了鐵損，與傳統(tǒng)型產(chǎn)品相比，效率的絕對值提高了10'.電磁噪聲的對比如所示，通過配置相位相差30.的2套繞組，與傳統(tǒng)型產(chǎn)品相比，磁噪聲減少了10dB；此外，散熱性能也得到了改善。綜合來看，每年約可節(jié)省燃油2'.周泉供稿責(zé)任編輯成成）
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