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作为汽车主电源的汽车发电机，它的主要功能是在发动机正常转速范围以内的时候，向汽车上的所有用电设备(除起动机外)进行供电，并且同时为蓄电池 充电。爪极发电机是因为其爪极结构而被称为爪极发电机，如下图2. 1所示。爪极发电机机构极弧系数高，因其爪极的结构可以减小转子的半径，缩小整个电机的体积，降低电机的质量。因此爪极发电机可以广泛应用于对电机所占空间和质量有较高要求的车载发电系统 从电磁效果上分析，爪极转子做成直爪的效果会更好，即上下等宽，这样转子出磁通的面积就会更大，并且不易饱和，但实际上爪极做成了上窄下宽的鸟嘴状，如上图2. 1所示，主要有下面三个原因: 1)考虑到爪极发电机的高速时的安全性，为保证机械应力; 2)爪极转子使得爪极的每一个截面上的磁通密度都均匀相等，保证了爪极发电机的磁阻和磁动势最小; 3)为了在电枢绕组中获得接近正弦波的电压波形。 爪极发电机结构 爪极发电机由于其结构的简单、制造成本的低廉以及结构的可靠性，使其广泛地应用于各个领域。但由于电刷和滑环的存在，使得传统的电励磁爪极发电机输出特性差、效率不高以及噪声大，因而己经不能满足人们对现代汽车使用性能的要求。伴随着社会的发展和进步，车载电子设备以及用电设备的持续增加，如何去提高汽车发电机的运行效率和输出性能成为了汽车爪极发电机的一个重要研究发展方向。爪极发电机的特殊结构使其爪极转子的漏磁通比较复杂，漏磁系数较大，一般可以分为爪极转子内侧和外侧漏磁通两大部分。内侧漏磁通主要有爪极两斜面之间的漏磁通、爪极两侧面之间的漏磁通等;外侧的漏磁通主要有经定子铁心和两爪极外端之间的漏磁通。 众所周知，目前市面上使用的电励磁爪极发电机都存在着效率不高的缺点，一台汽车用硅整流发电机的效率大概只有50%，也就是说当输出为3500W的功率时，就需要大概7000W的功率来驱动发电机。更为糟糕的是，损耗掉的功率将转化为热量积聚发电机内部，并且汽车运行时的内部发动机舱的温度很高，这将影响到发电机的使用寿命。为了使汽车用爪极发电机输出功率更大、效率更高、产生的热量更少，尤其是需要改善其低速下的输出性能。一般可以采用以下几种方法:一是在发电机的四周装上水套，并与发动机冷却系统相连，这样做使得水套降低了发电机的升温或冷却的速度，有利于提高发电机的使用寿命;一种是合理地设计爪极转子的结构，通过改变爪极发电机的结构参数来提高效率，减小漏磁;另一种是采用混合励磁的结构，通过在电机中加入永磁体，达到减少漏磁，增加主磁通的目的。 目前汽车用爪极发电机有以下三种类型[[23-24], 电励磁爪极发电机 永磁爪极发电机 混合励磁爪极发电机 图2.2} 2.4别为三种发电机结构示意图，图中黄色物体为永磁体。电励磁爪极发电机和永磁爪极发电机的定子结构基本相同，两者主要区别在转子方面:前者电机转子具有电刷和滑环、直流励磁绕组和爪极;后者是由两个带爪的法兰盘和爪极之间的一个圆环形永磁体组成，圆环形永磁体的充磁方向为轴向充磁，装配时圆环形永磁体被夹在两个法兰盘中间，相互错开，沿圆周均匀分布，使一个法兰盘上的爪极都是N极，另一个法兰盘的爪S极，沿气隙表面正好形成多对极磁场;混合励磁爪极发电机的转子则同时具有电励磁和永磁励磁，两个磁场相互叠加，气隙磁场得以加强，因而可以地显著提高发电机低速时的输出电压。 电励磁爪极发电机是目前使用最广泛的汽车发电机。它在电励磁线圈中通入直流电流从而产生轴向的磁通，依靠法兰盘和爪极磁扼的作用转换为径向磁通，再经过气隙、定子、重新回到转子上面。电励磁爪极发电机通过调节励磁电流控制气隙磁通，用以满足变负载运行时的恒压供电。目前大多的电励磁爪极发电机都采用三相桥式全波整流电路，整流器由六只硅二极管组成。汽车用发电机运行时随着汽车转速的变化而变化，并且车上用电设备均要求恒压供电，所以当发电机的电压过高或者过低时，用电设备不能正常运行，因此一般的汽车用发电机都带有一个电压调节器，它的功能就是在转速变化的情况下，将发电机的输出电压限制在在某一个范围内。 永磁爪极发电机用永磁体励磁代替电励磁，可以省掉电刷和滑环，转子结构得以简化，电机可靠性大大提高，而且无励磁和电刷摩擦损耗，效率提高。然而永磁爪极发电机一旦励磁出现故障，发电机转速较高时电压会急剧上升，存在安全隐患。 针对上述两种电机所存在的问题，采用混合励磁爪极发电机是一个比较好的解决方案。混合励磁爪极发电机相比于传统的电励磁爪极发电机，它通过增加了永磁励磁来提高了气隙磁场，可以较好改善发电机的低速和效率性能;与永磁爪极发电机相比，混合励磁爪极发电机具有电励磁功能，可以提高发电机的电压调节能力。因此，混合励磁爪极发电机克服了电励磁爪极发电机和永磁爪极发电机的各自的主要缺点，同时又集合了这二种电机的优点，可谓扬长避短，是一种极具发展前景的汽车交流发电机。 采用了永磁励磁和电励磁相结合的方式的混合励磁爪极发电机，兼有了永磁发电机和电励磁发电机的优点。混合励磁式的爪极发电机结构，不仅解决了永磁发电机的气隙磁场难以调节的缺点，而且通过对调节励磁绕组上的直流电流，可以实现在转速及负载变化的范围里，满足恒压供电的技术要求。而相对于电励磁爪极发电机，通过添加永磁体可以有效地改善电励磁爪极发电机输出特性差、效率低等不足。 混合励磁爪极发电机一般由定子总成、爪极转子、硅整流器、前后端盖、电刷、风扇及皮带轮等组成。 有刷的混合励磁爪极发电机定子由定子铁心、三相对称的电枢绕组组成，如下图2.5示。定子铁心由内圈带槽的硅钢片叠成，定子片由电工薄钢板冲制而成，定子片两侧涂绝缘漆或者氧化处理以防磁损失。 定子槽内嵌入三相对称的定子绕组，绕组有星型和三角形两种接法，一般采用星型联接。三相绕组线圈的绕法应当遵循以下的原则: 1)每相绕组的线圈个数和每个线圈的匝数完全相等，线圈节距相等; 2)每个线圈的两个有效边应相隔180。电角度; 3)三相绕组首端应相隔120。电角度。 爪极转子主要由两块爪极、励磁绕组、磁扼、永磁体、滑环以及转子轴组成，如下图2. 6. 两块爪极压装在转子轴上，两块爪极的空腔上装有磁扼，励磁绕组套在磁扼上。励磁绕组的两根引出线与铜环相连，其表面光滑平整，以满足转子高速运行的要求。而在爪极爪子上增加永磁体，永磁体和电励磁绕组形成并联磁路。当励磁绕组通电时，励磁电流就会产生轴向的磁通，使得爪极被磁化为相互交错的N,S极。而永磁体被加在两块爪极斜面之间，充磁方向为切向，这样它不仅仅增加了主磁通，还非常有效地减少了爪极之间的漏磁。 硅整流器一般是由多个硅二极管和定子三相绕组连接而成为桥式全波式整流电路。 前后端盖均由钦合金铸造而成，漏磁少、重量轻、散热性能好。在后端盖上装有电刷、电刷架及电刷弹簧等。 待续 来源：汽车发电机技术 |
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