新型高效永磁汽车放电机推荐 延长蓄电池使用寿命

　　汽车使用的发电机主要是硅整流发电机，通过电励磁绕组的励磁电流产生磁场，通过励磁绕组的电能只有一小部分转换为用于发电的磁能，电能利用率低、消耗量大，转子的励磁绕组易出现烧损、断线等故障，这就必然增加了汽车维护成本。硅整流发电机有两种类型，一种是有刷硅整流发电机，发电机存在电刷滑环结构，因电刷滑环容易磨损而大大缩短了发电机的寿命，故障率较高;另一种是无刷硅整流发电机，取消了电刷滑环结构，但它增加了磁路气隙的长度，故使发电机效率降低，增加了励磁电流的消耗。

　　目前国内城市的所有公交车辆，普遍采用电励磁式硅整流汽车发电机。由于城市公交人多车挤，以及众多的红绿灯和停靠站，发电机一般都处于低速(1000?1200r/min)，甚至怠速(800r/min)运转，而传统的汽车发电机额定转速均较高(2500?3500r/min及以上)，低转速下发电机输出电压和输出功率均达不到额定值。这样，发电机既不能为蓄电池充电，也无力向点火系统和其他用电设备供电，整个汽车所需要的电能只能由蓄电池来提供，导致蓄电池本身频繁充/放电操作而大幅度缩短使用寿命。

　　为解决这个问题，我们自主研制了两款新型永磁汽车发电机，在保持原发电机定子结构基本不变的情况下，对关键技术的转子结构进行了改进，由稀土永磁NbFeB励磁取代过去的电励磁，取消了滑环碳刷系统，消除了碳足迹及火花等故障点和污染源，节省了铜线材，减轻了维护量，整体结构简化，效率提高。尤其重要的是，新型高效永磁汽车发电机零电流转速很低，具有优越的低速充电性能。

　　新型永磁汽车发电机结构

　　1.径向磁通空心转子式永磁发电机

　　永磁发电机转子通常为实心结构，如内置式永磁型(IPM)，表面永磁型(SPM)以及镶嵌式永磁型(ISPM)等，质量较大，比功率(W/kg)相对较小。要提高比功率必须减轻质量，我们研制的发电机转子采用空心结构，转子铁心由圆环形硅钢片叠压而成，通过压板和贯穿螺栓上下压紧。为防止轴向漏磁，在压板与铁心端面之间用上下铝合金片加装隔磁。压板的中间圆孔与转轴配合，并焊接固定。铁心外圆周均匀径向配置着极性交替相间的永磁钢(磁极)。为使结构紧凑、工艺简单化，磁极与铁心的尺寸、形状均经过优化设计，不仅磁钢用量少，磁性能好，而且质量减轻，转子与定子之间气隙均匀，加工安装简单可靠。整个发电机的比功率高，在质量相同情况下能输出更大的功率。

　　2.切向磁通高气隙磁密永磁发电机

　　径向磁通的转子结构，永磁钢工作于串联状态，永磁体仅一侧截面提供发电机每极的气隙磁通。这里所述的切向磁通转子结构是轴向漏磁小、气隙磁密高、输出功率大的永磁发电机转子，包括铁心、磁极和转轴。铁心由冷轧硅钢片冲制叠压而成，硅钢片叠压后，由螺栓贯穿固定。铁心外圆开有若干个梯形极槽，极槽内嵌置有稀土永磁钢(NbFeB)，磁钢与极槽采用轻压配合，梯形槽能防止运转中磁钢因离心力被甩出。铁心内部开有扇形孔，旨在减小轴向漏磁，起到隔磁作用，同时也减轻了转子质量。

　　该永磁发电机转子采用优化的切向配置磁钢结构，永磁体是并联的，有两个截面对气隙提供每极磁通，故充分发挥了永磁钢的磁性能，可提高气隙磁密，从而可提高输出功率。

　　上述两种转子结构的永磁发电机，其定子绕组均可采用双层链式绕组。在定子铁心的36个槽中，分上下两层嵌放线圈的两个有效边。线圈的一个有效边放在某一槽的上层，另一个有效边放在相隔槽数Y=4的下层。双层绕组的线圈数目恰好等于定子槽数36。

　　这一双层链式绕组中，为改善电动势和磁动势的波形(接近正弦波)，选用了合适的短距绕组，不仅能提高电动机的电气性能，而且可节省电磁线和减小绕组的漏电抗。此外，双层绕组的所有线圈形状和尺寸都相同，便于绕制，端部排列整齐，有利于散热和增加机械强度。线圈分布紧凑，有效利用率高。对比相同功率的机组，质量轻、尺寸小、节省铜线、硅钢片等，降低了造价，性价比高。

　　新型永磁汽车发电机的优越性

　　1.节能省油

　　零电流转速是指发电机输出额定电压时的最低转速。这是汽车发电机的一项重要的性能指标，零电流转速优，说明汽车发电机转子结构和工艺先进。以郑州宇通客车的2kW发电机(JFZ276w4)为例，经过实测其零电流转速n0=1300r/min，改进后的新型永磁发电机n0则下降到600r/min。也即在0?1300r/min转速范围内，原发电机虽由发动机带动(带传动)运转，但不能输出给蓄电池充电的功率，相当于做无用功，浪费发动机在此转速范围的耗油量。新型电动机在600r/min时就达到额定电压，开始给蓄电池充电，将做无用功的转速范围缩短一半以上。600?1300r/min范围内发动机为驱动发电机所消耗的油不再浪费，也减小了有害的发热量。提前向蓄电池充电和向负载供电，发电机输出的无用功变为有用功，大幅度节约了汽油和提高了能源的利用效率。

　　有的厂家采取减小发电机带轮直径的方法，来满足零电流转速要求。作为发动机负载的发电机，其转速和输入功率是成比例的，也就是说，转速、电压虽达到要求，此时发动机上所消耗的汽油也增加了。故此法治标不治本，未能根本解决节油、节能问题。

　　2.延长蓄电池的使用寿命

　　现在汽车上的蓄电池大多数采用技术成熟的铅酸蓄电池。据统计，铅酸蓄电池完全充/放电循环寿命为300次左右。或通常使用情况下可用1.5?2年。城市公交车辆因较多行驶在偏低的转速下，以郑州市公交总公司数千公交车的统计数据为例，一般的更换周期为1年。

　　发电机零电流转速偏高，势必导致蓄电池工作强度大。蓄电池的频繁充/放电或长时间为负载供电，因而导致过度的放电。当过度放电到其电压超过允许值后，会使得蓄电池内部大量的硫酸铅被吸附到蓄电池的阴极表面，在阴极形成硫酸盐化。作为绝缘体的硫酸铅必然对蓄电池的充/放电性能产生负面影响。因此，在阴极上形成的硫酸盐越多，蓄电池内阻越大，电池的充放电性能就越差，使用寿命必然会缩短。

　　采用新型高效永磁汽车发电机，因其零电流转速显著降低，具有优越的低速充电性能，使蓄电池的充放电特性大幅度改善，能确保蓄电池经常处于充足电状态，有效防止了电池的极板硫化，可确保延长蓄电池的使用期限，大量节约了维修费用。

　　3.显著的经济效益

　　我们开发的新型高效永磁汽车发电机，在原电励磁汽车发电机的基础上，利用永磁技术进行改进，使整体结构紧凑坚固、质量轻;比功率、输出功率、运转效率等各项指标参数均明显改善，具有优越的低速充电性能。

　　结语

　　此产品保留原来发电机的定子结构，仅对转子的铁心、磁钢的形状尺寸及其配置进行优化设计。加工工艺简单，易于安装、批量生产，成本低廉。此外，勿需添置昂贵的OEM设备，可节省大量投资。

　　估计每台发电机新产品的价格较原电励磁发电机低15%?20%，但性能上却大大超过原发电机。如果仅对城市公交车发电机进行改造，制造新型永磁发电机转子，每台转子的造价可限制在100元以内，而公交公司就可避免每年更换一台造价1000多元的蓄电池，每座城市均拥有数千辆公交车，因此，仅改造这一项节约的经费就非常大。