功率提升 提高汽车发电机的功率输出和新技术动态研究
发布时间:2018/4/9 9:44:03 点击次数:

 摘要:生活水平的提高,使得人们对于出行的舒适度的要求越来越高,这间接导致汽车内部用电设备的不断增加。为了满足汽车用电需要,提高汽车发电机的功率输出成为汽车行业急需解决的问题。文章从技术进步和发电机改进两方面出发,提出了增加汽车发电机功率输出的四大解决措施。

 
1 概述
 
随着经济的飞速发展以及生活水平的不断提高,汽车作为重要的出行工具,人们对其舒适度的要求也越来越高。为了迎合人们对汽车舒适度的要求,生产商不断增加汽车内部用电设备。发电机作为汽车的主要供电设备,随着汽车用电量的增加,要求发电机有更大的输出功率。然而传统发电机的输出功率多为500~1000瓦,很难满足汽车的用电需求。在满足用电需要且不增加生产成本的目标的指引下,研发人员对汽车发电机进行了一些改造。
 
2 技术进步——增加供电系电压
 
在维持汽车发电机输出电流不发生变化的前提下,将电系电压由12伏增加到42伏,能够将发电机的输出功率提高到原来的3~4倍。但是由于电系电压的增加,使得汽车内部原有的电器都必须重新进行设计、更换,一方面大大增加了生产成本;另一方面对汽车研发工艺提出了更高的要求。在现有的生产技术条件下,很难实现全面推广。我国目前汽车所使用的发电机,多是依据所引进的外国先进的发电机样机,并结合我国目前的生产技术、生产设备等现状,对样机的生产工艺稍加修整。我国自主设计、研发的发电机较少。为了实现增加
 
电压后的电系配套设备的研发以及全面推广,必须积极培养相关创新型研发人才,加大研发资金、人才的投入力度。
 
3 汽车发电机改进
 
3.1 新型永磁复合发电机
新型永磁复合发电机实现了永磁技术与无刷技术的有效结合,其特点为:稳定性好,与励磁发电机相比,可有效避免励磁绕组易磨损、烧毁等故障;该发电机使用永磁转子结构,提高转子速度,增加了发电机的输出功率。同时,采用永磁转子,优化了发电机内部排列结构,相比传统发电机,体积以及重量有所减少;有效增加蓄电池的使用寿命,降低电池维护频率。该发电机使用开关式整流稳压技术,能够保持电压稳定,避免过量充电;同时该发电机可直接被汽车使用,不需要对汽车内部结构进行变动,可以实现大范围地推广。
 
新型永磁复合发电机的核心部件为同心式磁性齿轮,该齿轮由内转子、外转子、永磁体等元件构成,其中永磁体是用导磁材料和非导磁材料做成的调磁铁块,可有效的调节内外转子的磁场。同时,永磁的核心材料为稀土,稀土的载磁力强,但由于稀土的稀缺性,又会增加制作成本。
 
新型永磁复合发电机中的整流电路二极管为特制元件(即雪崩型整流二极管),其对于发电机用电量有着极好的感知能力。当该发电机使用的电量超过其承载力时,能够及时切断电源、停止运行,经过一段时间后又会自行运转,有助于保护电路,避免过量电流烧毁电路的现象出现。
 
3.2 水冷式发电机
水冷式发电机是由传统的风冷发电机改造而来,用水来代替风扇实现发电机的定子、线圈绕组等发热部位的冷却。
 
3.2.1 水冷式发电机的结构。前后盖均为铝制品,且设有水道槽。在定子与转子之间用特制围板将其与水道隔开。同时,水道与进出水管相连,进出水管又同水冷式发电机的冷却系统相连。研发人员为了减少水路循环空间,一般将水冷式发电机安装于发动机内部,将发动机与发电机二者的水道合二为一,使发动机直接运用发电机的水道进行水循环,使得汽车内部空间得到了有效利用。
 
3.2.2 水冷式发电机的运转。发动机开始运转时,其内部水泵为冷却水流动提供动力。冷却水从进水管进入水道,流经发电机,对定子、线圈绕组等进行降温处理,同时也对转子、轴承等其他发热的零部件进行降温处理。
 
3.2.3 水冷式发电机的特点。同风冷式发电机相比,水冷式发电机增加了一套水循环系统,导致其内部零部件增多,结构更为复杂。同时,避免冷却水泄露造成的发电机运作失灵、零部件锈蚀等问题的发生,必须做好防漏密封工作,这间接造成水冷式发电机的制作成本增加。水冷式发电机的水道、进出水管的安装占用空间较大,在安装时有较大的限制,但是水冷式发电机在缩短充电时间、降低噪声方面的效果远远优于风冷式发电机。
 
(1)低速充电是水冷式发电机的核心特征。众所周知,发电机的电流特性曲线图中存在一个重要的拐点,该拐点的出现直接关系到充电效果,同时拐点出现的时间与励磁电流大小有关。当汽车行驶速度降低时,风冷式发电机的关键零部件的温度会有不同程度的上升,致使励磁电流难以提高,从而使得其充电效果不佳;而水冷式发电机能够有效地抑制关键零部件温度的升高,可以有效提高励磁电流,进而提高发电机电压的输出,故其低速充电的效果比较突出;
 
(2)与风冷式发电机相比,水冷式发电机的噪声较小。首先,该发电机没有使用风扇进行冷却,故不用考虑风扇产生的噪音。其次,在比较研究中发现,当转速达到3000转/分钟时,水冷式发电机所产生的噪声比风冷式发电机所产生的噪声低15分贝。
 
总之,风冷式发电机与水冷式发电机各有优势。目前,在汽车发电机领域存在这样一种认知:在电系电压为12伏的汽车中,2500瓦以下使用风冷式发电机效果好,而2500瓦以上或者电系电压为42伏使用水冷式发电机效果好。
 
3.3 新型环式/汽车启动发电机
2006年,我国自主设计、研发的新型环式/汽车启动发电机在甘肃省科学技术厅经过系列测试,得到了参与人员的认可。新型环式/汽车启动发电机的问世,象征着我国新型环式/汽车启动发电机的核心技术——机电一体化技术达到国际先进水平,弥补了我国在汽车发电机自主研发方面的短板。新型环式/汽车启动发电机具有启动、发电、辅助汽车加快速度等多种功能,既优化了汽车性能,又大大降低了汽车元件生产成本。新型环式/汽车启动发电机具有以下特征:
 
3.3.1 输出功率大。新型环式/汽车启动发电机是在传统发电机的基础上加了两个金属环,这样的配置使得输出功率高于国际发电机输出功率,是10千瓦以上混合发电机输出功率的5倍。
 
3.3.2 节油降污效果好。使用新型环式/汽车启动发电机的汽车比其他汽车节省汽油达30%以上,其节油原理为:汽车处于停止状态时,发电机会自动停止运行;当汽车开始运行时,发电机才会开始运作;在汽车放慢速度时,新型环式/汽车启动发电机会将制动能转换为电能,进行重复利用。新型环式/汽车启动发电机可以有效降低汽车对周边环境的污染量,比使用传统发电机的汽车少排放60%的污染。
 
3.3.3 多种功能统一控制。新型环式/汽车启动发电机采用集成电路实行统一控制。该发电机集发电与电动于一身,可有效实现电机转速、燃油等功能的统一管理。
 
4 结语
 
生活水平的提高使得汽车逐渐成为人们生活的必需品。为了让人们更好地享受出行,生产商在车内增加了空调、电视等高功率设备,致使用电量增加。为了提高汽车发电机的输出功率,需要对发电机进行改进。目前的改进方式有:一方面,改变发电机电压,将电系电压由12伏增加到42伏;另一方面,对传统发电机进行改造,如新型永磁复合发电机、水冷式发电机、新型环式/汽车起动发电机等。当然,这些改进技术还存在某一方面的不足,仍需科研人员继续研究。