提高汽車發電機的功率輸出和新技術動態研究

邱洪亮 潘惠豐

（浙江安美德汽車配件有限公司，浙江 湖州 313000）

提高汽車發電機的功率輸出和新技術動態研究

邱洪亮 潘惠豐

（浙江安美德汽車配件有限公司，浙江 湖州 313000）

生活水平的提高，使得人們對于出行的舒適度的要求越來越高，這間接導致汽車內部用電設備的不斷增加。為了滿足汽車用電需要，提高汽車發電機的功率輸出成為汽車行業急需解決的問題。文章從技術進步和發電機改進兩方面出發，提出了增加汽車發電機功率輸出的四大解決措施。

汽車發電機；功率輸出；新技術動態；用電設備；汽車舒適度

1 概述

隨著經濟的飛速發展以及生活水平的不斷提高，汽車作為重要的出行工具，人們對其舒適度的要求也越來越高。為了迎合人們對汽車舒適度的要求，生產商不斷增加汽車內部用電設備。發電機作為汽車的主要供電設備，隨著汽車用電量的增加，要求發電機有更大的輸出功率。然而傳統發電機的輸出功率多為500～1000瓦，很難滿足汽車的用電需求。在滿足用電需要且不增加生產成本的目標的指引下，研發人員對汽車發電機進行了一些改造。

2 技術進步——增加供電系電壓

在維持汽車發電機輸出電流不發生變化的前提下，將電系電壓由12伏增加到42伏，能夠將發電機的輸出功率提高到原來的3～4倍。但是由于電系電壓的增加，使得汽車內部原有的電器都必須重新進行設計、更換，一方面大大增加了生產成本；另一方面對汽車研發工藝提出了更高的要求。在現有的生產技術條件下，很難實現全面推廣。我國目前汽車所使用的發電機，多是依據所引進的外國先進的發電機樣機，并結合我國目前的生產技術、生產設備等現狀，對樣機的生產工藝稍加修整。我國自主設計、研發的發電機較少。為了實現增加電壓后的電系配套設備的研發以及全面推廣，必須積極培養相關創新型研發人才，加大研發資金、人才的投入力度。

3 汽車發電機改進

3.1 新型永磁復合發電機

新型永磁復合發電機實現了永磁技術與無刷技術的有效結合，其特點為：穩定性好，與勵磁發電機相比，可有效避免勵磁繞組易磨損、燒毀等故障；該發電機使用永磁轉子結構，提高轉子速度，增加了發電機的輸出功率。同時，采用永磁轉子，優化了發電機內部排列結構，相比傳統發電機，體積以及重量有所減少；有效增加蓄電池的使用壽命，降低電池維護頻率。該發電機使用開關式整流穩壓技術，能夠保持電壓穩定，避免過量充電；同時該發電機可直接被汽車使用，不需要對汽車內部結構進行變動，可以實現大范圍地推廣。

新型永磁復合發電機的核心部件為同心式磁性齒輪，該齒輪由內轉子、外轉子、永磁體等元件構成，其中永磁體是用導磁材料和非導磁材料做成的調磁鐵塊，可有效的調節內外轉子的磁場。同時，永磁的核心材料為稀土，稀土的載磁力強，但由于稀土的稀缺性，又會增加制作成本。

新型永磁復合發電機中的整流電路二極管為特制元件（即雪崩型整流二極管），其對于發電機用電量有著極好的感知能力。當該發電機使用的電量超過其承載力時，能夠及時切斷電源、停止運行，經過一段時間后又會自行運轉，有助于保護電路，避免過量電流燒毀電路的現象出現。

3.2 水冷式發電機

水冷式發電機是由傳統的風冷發電機改造而來，用水來代替風扇實現發電機的定子、線圈繞組等發熱部位的冷卻。

3.2.1 水冷式發電機的結構。前后蓋均為鋁制品，且設有水道槽。在定子與轉子之間用特制圍板將其與水道隔開。同時，水道與進出水管相連，進出水管又同水冷式發電機的冷卻系統相連。研發人員為了減少水路循環空間，一般將水冷式發電機安裝于發動機內部，將發動機與發電機二者的水道合二為一，使發動機直接運用發電機的水道進行水循環，使得汽車內部空間得到了有效利用。

3.2.2 水冷式發電機的運轉。發動機開始運轉時，其內部水泵為冷卻水流動提供動力。冷卻水從進水管進入水道，流經發電機，對定子、線圈繞組等進行降溫處理，同時也對轉子、軸承等其他發熱的零部件進行降溫處理。

3.2.3 水冷式發電機的特點。同風冷式發電機相比，水冷式發電機增加了一套水循環系統，導致其內部零部件增多，結構更為復雜。同時，避免冷卻水泄露造成的發電機運作失靈、零部件銹蝕等問題的發生，必須做好防漏密封工作，這間接造成水冷式發電機的制作成本增加。水冷式發電機的水道、進出水管的安裝占用空間較大，在安裝時有較大的限制，但是水冷式發電機在縮短充電時間、降低噪聲方面的效果遠遠優于風冷式發電機。

（1）低速充電是水冷式發電機的核心特征。眾所周知，發電機的電流特性曲線圖中存在一個重要的拐點，該拐點的出現直接關系到充電效果，同時拐點出現的時間與勵磁電流大小有關。當汽車行駛速度降低時，風冷式發電機的關鍵零部件的溫度會有不同程度的上升，致使勵磁電流難以提高，從而使得其充電效果不佳；而水冷式發電機能夠有效地抑制關鍵零部件溫度的升高，可以有效提高勵磁電流，進而提高發電機電壓的輸出，故其低速充電的效果比較突出；（2）與風冷式發電機相比，水冷式發電機的噪聲較小。首先，該發電機沒有使用風扇進行冷卻，故不用考慮風扇產生的噪音。其次，在比較研究中發現，當轉速達到3000轉/分鐘時，水冷式發電機所產生的噪聲比風冷式發電機所產生的噪聲低15分貝。

總之，風冷式發電機與水冷式發電機各有優勢。目前，在汽車發電機領域存在這樣一種認知：在電系電壓為12伏的汽車中，2500瓦以下使用風冷式發電機效果好，而2500瓦以上或者電系電壓為42伏使用水冷式發電機效果好。

3.3 新型環式/汽車啟動發電機

2006年，我國自主設計、研發的新型環式/汽車啟動發電機在甘肅省科學技術廳經過系列測試，得到了參與人員的認可。新型環式/汽車啟動發電機的問世，象征著我國新型環式/汽車啟動發電機的核心技術——機電一體化技術達到國際先進水平，彌補了我國在汽車發電機自主研發方面的短板。新型環式/汽車啟動發電機具有啟動、發電、輔助汽車加快速度等多種功能，既優化了汽車性能，又大大降低了汽車元件生產成本。新型環式/汽車啟動發電機具有以下特征：

3.3.1 輸出功率大。新型環式/汽車啟動發電機是在傳統發電機的基礎上加了兩個金屬環，這樣的配置使得輸出功率高于國際發電機輸出功率，是10千瓦以上混合發電機輸出功率的5倍。

3.3.2 節油降污效果好。使用新型環式/汽車啟動發電機的汽車比其他汽車節省汽油達30%以上，其節油原理為：汽車處于停止狀態時，發電機會自動停止運行；當汽車開始運行時，發電機才會開始運作；在汽車放慢速度時，新型環式/汽車啟動發電機會將制動能轉換為電能，進行重復利用。新型環式/汽車啟動發電機可以有效降低汽車對周邊環境的污染量，比使用傳統發電機的汽車少排放60%的污染。

3.3.3 多種功能統一控制。新型環式/汽車啟動發電機采用集成電路實行統一控制。該發電機集發電與電動于一身，可有效實現電機轉速、燃油等功能的統一管理。

4 結語

生活水平的提高使得汽車逐漸成為人們生活的必需品。為了讓人們更好地享受出行，生產商在車內增加了空調、電視等高功率設備，致使用電量增加。為了提高汽車發電機的輸出功率，需要對發電機進行改進。目前的改進方式有：一方面，改變發電機電壓，將電系電壓由12伏增加到42伏；另一方面，對傳統發電機進行改造，如新型永磁復合發電機、水冷式發電機、新型環式/汽車起動發電機等。當然，這些改進技術還存在某一方面的不足，仍需科研人員繼續研究。

[1]鄧隱北，張子亮，唐慶偉．汽車發電機的先進技術[J]．時代汽車，2015，（10）.

[2]桂樹國，薛飛舞，劉浩．某型汽車發動機功率提升后NVH試驗研究[J]．佳木斯大學學報（自然科學版），2015，（4）.

[3]張衡．汽車發電機的低速設計與優化[J]．科技創新與應用，2013，（13）.

[4]楊浩．提高汽車發電機的功率輸出研究和新技術動態[J]．內蒙古科技與經濟，2008，（9）.

（責任編輯：黃銀芳）

U463

1009-2374（2017）12-0046-02

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.12.024

邱洪亮（1976-），男，浙江湖州人，供職于浙江安美德汽車配件有限公司，研究方向：汽車發電機相關技術；潘惠豐（1978-），男，浙江湖州人，供職于浙江安美德汽車配件有限公司，研究方向：汽車發電機相關技術。

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