前言近幾年以來，環保與節能的規定越來越嚴，對今后車輛的要求是進一步降低油耗。而另一方面，顧客對舒適性的要求更加高漲，與此相應的是汽車的耗電量趨向于增加，這一部分電能相應使油耗增加，為向用戶提供更好的汽車，就必須解決這兩個互相矛盾的要求。 由此對交流發電機以下簡稱發電機）的要求是：提高發電機將發動機轉矩轉換成電能的轉換效率；為減輕整車的質量而追求減小體積與減輕質量。此外，為了節油，發動機降低了怠速，與此相應，要求發電機在更低的轉速下能夠供電。 為了適應上述要求，對發電機來說，還需要解決伴隨上述要求而產生的發電機自身的問題：因自身發熱的增加需要提高散熱性，找出因發電量增加引起的發電噪聲惡化的對策。 基于上述背景，進入21世紀以來，出現了一種新型的采用扁銅線定子繞組的交流發電機，下面對此加以說明。 開發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速區域。為了提高效率就需要減少損耗。設發電機的總效率為100、輸出效率為58的話，則損耗占42，將此損耗設為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械損耗鐵損耗勵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，可以說振動是發電機特有磁噪聲的發生源，而振動又是隨著定子與轉子之間的磁場力在不斷變化著的。眾所周知，因為轉子是直流勵磁，所以，定子的磁通脈動是振動的原因，特別是發電機頻率的6次諧波是主要成分。定子是關系到高輸出、高效率、低噪聲及散熱性能好壞的關鍵部件。本文介紹發電機新式定子的開發過程。開發的基本目的是：開發出小型、輕巧而且高輸出、高效率、低噪聲、散熱性好的發電機。 開發的思路與方法3.1降低定子繞組的內阻定子繞組的內阻+可用下式表示+=1/0繞組導線的截面積。 為了降低繞組的內阻，就需要縮短繞組的長度、增大導線的截面積。 車用發電機的定子繞組一般選用繞組系數較好的整距繞組，并采用與爪極極距相等的％節距嵌線。 因為是二相繞組，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，因為需將很多線圈依次從內圓側嵌入鐵心中，所以，先插入的線圈與后插入的線圈會有重疊。結果，槽內就會出現所示的死區或稱中立區，此區阻礙了繞組導線截面積的增加。此外，為了避免重疊部分導線之間產生接觸應力，需要保證線圈端部要有足夠的長度，整個繞組的變長造成定子繞組電阻的增加。可以用槽滿率表示嵌線后導線在定子鐵心槽內的狀況，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，雖然幾經改進，但還沒有達到鐵心槽截面積的一半。可以說，槽滿率的提高已近于頂點。為了減少繞組的內阻，即便是想縮短繞組的長度，增大繞組導線的截面積，但前述的繞組端部的重疊已成為這2項計劃的攔路虎。按這一思路是無法減少繞組內阻的，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，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的死區。 進而，將繞組導線從圓線改為扁銅線，可以增加繞組導線的截面積，即可以提高槽滿率。 提高散熱性能在發電機上，風扇一般設置在與定子繞組相對的位置上，因為定子繞組的發熱量最大，但即便對其冷卻，因線圈端部的重疊部分阻礙了通風，成為通風的風阻。對此，采用了無重疊嵌線方式之后，線圈端部成網狀，確保了線圈之間的氣隙，由此可以降低定子繞組的發熱并改善通風性能，即可以提高散熱性能。此外，隨著線圈電阻的減小，其自身的發熱也會大大地下降。由此可以看出，采用風冷方式是可以實現的。 減少磁振動力要想降低車用發電機的磁噪聲，主要應在傳遞系統上加以改進，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，只能對發生源采取根本的措施。 發電機特有的磁噪聲形成的主要原因是：定子所產生的反作用磁動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，與發動機噪聲的頻率成分相比，它屬于高頻、刺耳的噪聲，算是一個問題，因此，應以6次諧波為對象，研究降低發電機磁噪聲的措施。 反作用磁動勢的6次諧波是以電角度60為周期隨時間而變化的，對此，如果是加上相位差為30.的反作用磁動勢的話，就可以抵消磁動勢的變化。 這種方案的具體構成如所示。也就是說，將分別產生反作用磁動勢6次諧波的2套三相繞組以30.的相位差嵌線，使兩者產生的反作用磁動勢相互抵消，以達到在發生源采取措施降低噪聲的目的。 就傳統的繞組來說，采用2套三相繞組的話，結構就變得復雜，進一步加劇了線圈端部的重疊，而且，發電機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，就可以提高發電機的性能并可以降低磁噪聲。 具體做法若想用連續嵌線方式實現無重疊嵌線是非常困難的，這是因為，傳統方式嵌線是從內圓一側插入繞組的，所以，只有小于槽口寬度的較細導線才能嵌入。因此，另換一個思路，改為每個線圈分別成型，從鐵心的軸向插入。 4.1U字形繞組的組裝各定子繞組用導線經扭頭后成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u字形線圈的端部壓彎，將端部連接后，整個就會形成定子繞組；為確保連接部位的絕緣性能，還要作絕緣處理。傳統發電機與新型定子繞組發電機2種繞組的結果對比如表2所示。 表2 2種繞組的結果對比項目槽滿率端部長度！ 傳統的發電機新型定子繞組發電機結果如所示，與傳統型產品相比，新型的發電機在外徑、全長及質量等項目上都得到了改善。而且，性能也得到了提高，即如所示，由于定子繞組內阻的降低以及散熱性能的改善，與傳統型產品相比，發動機怠速下的發電機輸出提高了從效率來看，如所示，由于定子繞組內阻的降低，發電時的銅損大幅度降低，以及鐵心的改善而降低了鐵損，與傳統型產品相比，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，與傳統型產品相比，磁噪聲減少了10dB；此外，散熱性能也得到了改善。綜合來看，每年約可節省燃油2'.周泉供稿責任編輯成成）
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