[科普中国]-汽车永磁发电机

汽车永磁发电机1，主要由风罩、整流稳压器、后端盖、定子、永磁转子、前端盖、轴承和皮带轮组成。是汽车电系的主要电源。

简介汽车发电机是汽车装配的必需品，是汽车电系的主要电源，更是汽车不可分割的重要组成部分，它在正常工作时，对除起动机以外的所有的用电设备供电，并向蓄电池充电，以补充蓄电池在使用中所消耗的电能。汽车发电机又集高技术、高难度于一身，是保证汽车迅速可靠起动和正常运行的至关重要的产品，是体现汽车的重要标志之一。

应用车用永磁交流发电机采用国际最新导磁材料----钕铁硼为磁场，与线绕励磁发电机相比：没有黑色金属铸（锻）造的爪极和磁厄，没有漆包线绕制的励磁线圈，没有电刷和集电环。

其性能特点主要表现在，可以满足现代汽车在多种情况下对发动机的高标准要求，而且高效节能，无碳刷，可靠性高，对车载电器不产生干扰，并减少电瓶的充、放电频率，延长电瓶的使用寿命，在电瓶完全无电或脱离电瓶的特殊情况下，汽车仍可启动行驶，而且功率大。 由于此系列发电机具有低转发电的独特设计，因此，受到广大城市公交系统及长时间低速慢行，频繁启动停车用户的广泛认可与应用。汽车永磁发电机设计，成功的应用到各类汽油机、柴油机为动力的车辆，但根据它的低转速发电特点，更适用于长时间低速慢行的城市公交车、矿山机械、市政道路施工机械等频繁起步停车的车辆。

组成汽车永磁发电机，主要由风罩、整流稳压器、后端盖、定子、永磁转子、前端盖、轴承和皮带轮组成。

特征汽车永磁发电机特征在于：永磁转子是径向瓦片形磁钢的磁路结构，将转子磁轭和轴套之间的轮幅部分做成轴流风扇，轴流风扇由后端盖的那一端进风，由前端盖的一端出风，在永磁转子两端各有一个离心风扇，称为前风扇和后风扇，前、后风扇的内径等于磁轭内径，外径等于转子直径。发电机工作时，后风扇和轴流风扇同时给整流稳压器散热，所以整流稳压器体积很小；轴流风扇和前风扇的风路串联，前风扇给定子绕组的散热效果也得到了加强，所以整机的体积减小，工作更加可靠。

硅整流发电机目前汽车用发电机主要是硅整流发电机，在实践中发现传统励磁硅整流发电机存在很多缺点如：

1.励磁式发电机是通过蓄电池给作为转子的电磁铁线圈供电后，产生磁场，才具备发电功能。这样在其输出电能时自身将有20%的能源消耗；

2.励磁式发电机用于励磁的集电环与碳刷易磨损，寿命短，故障率高,长时间摩擦必须定期更换；

3.转子内部的电磁铁线圈在工作时易发生烧毁、断线是售后服务比例中的40%的病因；

4.随着市场上价格漆包线的上涨，其制造成本比较高；

5.励磁式发电机的转子是由轴、爪极、铜线绕组、尼龙骨架、碳刷、集电环、弹簧、导电板、绝缘垫等十几种元件组装而成。生产过程需要30几道工序，加工难度大等等。

永磁发电机的特点通过研发与设计实现了永磁发电机在0-15000转及汽车高温环境下的正常工作，其优越性非常突出如：

（1）无蓄电池发电. 因其转子是永久性的磁体无须励磁电流，只要其在发动机带动下转动即可发电，节约了能源，与相同体积的励磁式发电机相比，同等情况下可获得输出的功率高出一倍，并且当汽车在行进中蓄电池损坏时汽车的供电系统仍可正常工作，即使无蓄电池只要摇转发动机或溜车均可实现点火运行；

(2) 低速供电性能好，电压调整率小。低速供电时，在电磁参数相同的情况下，硅整流发电机“零电流”时永磁发电机可以对外输出3A~5A节省下来的“励磁 电流”，对、大大改善了低速供电性能。制造工艺简单，加工方便，漏磁小，直轴和交轴电枢反应电抗小，电枢反应弱，因而电压调整率小，其外特性较为平坦，高速供电时，输出电压稳定性也很好。

（3）结构简单，性能更加稳定。永磁发电机在转子结构上只有轴、爪极、薄片式钕铁硼、磁钢，简化了加工工序。与同功率发电机相比，重量也减少25%，延长了轴承的使用寿命，并有效的降低了电刷与集电环摩擦产生的无线电干扰，省去了由于电刷磨损而更换的烦恼；永磁发电机避免了电励磁发电机的励磁绕组易烧毁、断线及碳刷、滑环易磨损等问题。电子稳压器与发电机联为一体，使发电机整体实现直流输出，体积小、重量轻，使用维护方便。

(4)环境适应性强。该发电机无电励磁绕组、无碳滑环结构，能在潮湿或灰尘尘多的恶劣条件下运行；无需外加励磁电源，发电机只要旋转就能发电，提高了可靠性；永磁发电机无碳刷、滑环结构，消除了碳刷与滑环之间摩擦而产生的无线电干扰，消除了电火花，也能适合在爆炸性危险程度较高的环境中工作。

(5)延长蓄电池使用寿命。首先，永磁发电机具有很好的低速充电性能，可使蓄电池经常处于充足电状态，能有效防止蓄电池的极板硫化。第二稳压精度高，不欠充电，也不会过充电，在充电过程中始终保持微量出气状态，不会产生大量的气泡，这样既不损耗大量的电解液和污染蓄电池表面，同时也有效地避免了因剧烈出气而造成的活性物质脱落，从而提高了蓄电池寿命。第三，三相半波可控整流稳压电路实质上是一个斩波式的开关稳压器，工作时，斩掉(截止)部分波，导通部分波，截止瞬间，即停止充电，蓄电池极化迅速消除，若有负载，则蓄电池还要放电，相当于反充电，极化消除效果会更好，为导通瞬间充电提供了非常好的条件，在导通瞬间、高幅值的脉冲充电电流，可使极板上的活性物进行充分的电化学反应，有较强的去硫化和激活作用，因而蓄电池的容量可增加，从而延长了蓄电池使用寿命。

(6)体积小、重量轻、比功率大、价格合理、用途广。采用高磁能积，高剩磁感应强度及矫顽力，去磁曲线为直线的钕铁硼稀土永磁材料的转子结构，使得发电机内部结构设计排列得很紧凑，体积小、重量轻。永磁转子结构的简化，还使得转子转动惯量减少，实用转速增加，比功率(即功率、体积之比)达到一个较高的值。发电机不仅具有稳压功能，而且还可输出直流电，给蓄电池充电，或直接驱动需用直流电的刮雨器、暖风机、电喇叭等。

（7）采用可控硅整流稳压技术。整流和控制系统采用可控硅与脉冲式开关稳压器，由于车用发电机功率大，额定输出电压为14V或28V，因此输出电流大，电流越大，发热越多。经检验证明它的稳压精度、负载特性及转速特性已达到国家标准，可控硅整流稳压电路的耗电量要比整流桥电路的耗电量低，减少发热量，提高子输出功率，而且该电路集稳压、整流于一体，大大降低了成本。

（8）提高发电效率，减少工作损耗。因其设计的改进，永磁发电机采用钕铁硼永磁体励磁，由于不需要电励磁绕组的电能消耗，仅此一项即可提高效率10%~15%。由于采用永磁转子，没有电励磁发电机的励磁线圈、碳刷和集电环之间的机械损耗，转子在两口轴承间无接触旋转，不在产生任何摩擦，大大延长了养护的周期及发生故障的几率，省去了励磁电流产生的无功损耗及电刷压降，减小了铁损，增大了导磁率，所以使发电机的输出功率又可提高5%以上。

（9）永磁发电机因为磁场不可调节，高速时定子铁芯铁损大，发热严重，效率低！

性能测试（1）冷态工作性能实验；

（2）热态工作性能实验；

（3）电压调节性能；

（4）噪声性能；

（5）温度性能耐；

（6）震动性能；

（7）耐电压性能；

（8）防护性能；

（9）耐盐雾性能；

（10）温度实验；

（11）耐溶剂实验；

（12）高温电压调节性能；

（13）耐温度性能；

（14）温度组合循环实验；

（15）冷态特性曲线；

（16）耐久性检验。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学