车用交流发电机（共7篇）
车用交流发电机 篇1
交流发电机是农业机械等电气系统的重要元器件, 在发动机工作时, 由发电机向全车用电设备供电, 同时向蓄电池进行补充充电。自20世纪60年代起, 随着大功率半导体的发展, 交流发电机也随之取代了传统的直流发电机。下面介绍一下交流发电机的常见故障。
1 不充电
1.1 故障现象及原因
发动机在正常工作时充电指示灯不熄灭。产生这种故障的原因一般有发电机传动皮带打滑或连接线断路、接错;因整流二极管被击穿短路或断路;发电机滑环脏污, 电刷弹簧弹力过弱, 电刷严重磨损至其高度低于极限值;发电机磁场绕组有短路或断路;发电机定子绕组之间短路、搭铁或断路。
1.2 故障诊断及排除
首先检查发电机传动皮带是否过松或打滑, 再看各元器件之间的连线是否正确和完好, 如有问题要急时纠正。经上述检查仍查不出故障时, 再按下列步骤进行诊断:检查发电机对外连线是否正确可靠, 磁场接线柱连线是否有电, 若正常起动发动机至中速运转仍不充电, 可用万用表直流电压挡或试灯接发电机输出接柱 (B) 和外壳 (搭铁) , 使发动机转速由怠速逐渐升至中速, 这时可能出现两种情况:①万用表指示电压值在正常范围内 (12V供电系统发电机输出电压为14～15V) , 或试灯亮度随转速升高而增强, 说明发电机本身正常;②万用表指示电压值不变, 或试灯亮度无变化, 说明故障在发电机自身, 应拆卸发电机进一步检查。
2 充电量过小
2.1 故障现象及原因
发动机起动后充电指示灯亮, 发动机高速运转时充电指示灯熄灭。这说明发电量低或充电线路不好, 产生的原因有发电机传动皮带过松、打滑等;发电机输出端到蓄电池的线路上有接触不良地方, 造成电压降过大;发电机个别整流二极管损坏, 引线脱焊断开, 定子中的三相绕组或转子中的励磁绕组局部短路, 这种情况需将发动机拆下解体检查;发电机滑环脏污, 电刷弹簧弹力不足, 电刷磨损过多, 造成电刷与滑环接触不良;抗干扰用的电容短路等。
2.2 故障诊断及排除
首先检查发电机传动皮带有无松弛、打滑现象, 有则处理。如果传动皮带的松紧度合适, 在发电机处于中转速运转时, 用导线将发电机“B”接柱与磁场“F”接柱直接短接, 若此时充电量仍然很小, 说明是发电机内部故障, 应分解检修;若充电量有所增大, 则可能是调节器故障。若发电机“B”接柱至电瓶正接柱之间导线有氧化现象, 也可造成充电量小的故障, 处理时将这段导线更换即可。
3 充电电流过大
运行中常发生烧灯泡、保险丝及各种开关等, 发电机过热。产生这种故障的原因有:①发电机“B”接柱与磁场“F”接柱间有短路之处, 致使发电机电压不再经调节器控制, 解决办法是检查线路排除线路故障;②电压调节器故障, 在发动机转速2000r/min左右时, 用电压表测量蓄电池电压, 如果大于正常值, 说明电压调节器有故障, 应更换调节器。
4 充电电流不稳
4.1 故障现象及原因
发动机正常运转后, 充电指示灯闪烁。产生这种故障的原因有发电机皮带过松、打滑、跳动或转子轴弯曲;连接导线间歇短路, 接触不良;发电机电刷磨损过多, 电刷弹簧弹力减弱严重或折断, 滑环积污过多或失圆, 导致接触不良;电枢刮碰磁极铁心或磁场绕组漏电。
4.2 故障诊断及排除
先检查发电机传动皮带及外部连线, 确属正常后按下列步骤诊断:将发电机输出接柱 (B) 引线拆下并悬空, 用试灯或电压表并接于发电机“B”接柱和外壳 (搭铁) 之间, 然后逐渐提高发动机转速, 观察电压表指数或试灯情况。如果电压表指数稳定, 或试灯正常发亮, 说明故障在发电机外部, 如外部连线不良, 接线松动, 间歇短路等;如果电压表指数忽高忽低, 或试灯闪烁, 说明故障在发电机内部, 需对发电机分解检修。
5 打开点火开关, 充电指示灯不亮
打开点火开关, 充电指示灯不亮, 说明充电指示灯电路有故障, 故障可能是充电指示灯线路有断路的地方。
车用交流发电机 篇2
一、JTO3型电压调节器的作用及原理
A、电压调节器在机动车供电系统中的作用:顾名思义, 调节电压, 使发电机输出的电压变化范围适配整车需求, 不随发电机转速和负载的变化而超差, 对电瓶进行有效充电。
B、JTO3型调节器在点火开关接通时由2～3W他励驱动, 使电流流过转子线圈, 发电机转动后, 定子线圈产生电流经整流桥输出给用电器和辅助输出给调节器供电自励, 当系统电压超过设定电压时, 调节器关断转子磁场线圈, 当电压低于设定电压时调节器打开转子磁场线圈, 周而复始, 使电压在规定的范围内为用电器和电瓶供电。JTO3型调节器是国内广泛流行的产品, 大体分为14V、28V两个系列, 如普桑、重卡等等, 其外形及内部功能如下图:
二、JTO3型电压调节器测试的主要参数
A、调节电压:在各种转速下、各种负载 (电流) 下和各种温度下的调节器D+与Gnd之间调节电压值。
B、输出级饱和压降:当调节器功率器件额定负载全导通状态时输出级对Gnd电压。
三、调节器测试工装的要求
A、电源供应端应与测试端分离, 以保证在大电流通过时线路压降而产生的测试误差。
B、操作简单易行, 提高检测效率, 减少人为失误。
C、材料易采购, 加工工艺可行, 维护方便。
四、调节器测试工装材料选择
A、针对测试电流电压的特点, 导线采用带屏蔽多股镀锡绝缘铜线, 探针为镀镍专用钢针, 端部为镀锡铜瓦, 以保证不伤及被测端子。
B、合压驱动为快速夹钳, 也可以采用电磁驱动与测试机连接。
C、主体框架为亚克力板, 基座为层压玻璃纤维板。
五、调节器测试工装结构与测试状态
六、电压调节器测试工装应用效果
A、防止了因为测试人员使用鳄鱼夹误夹而产生的产品失效或测试失效。
B、降低了由鳄鱼夹单线测试而产生的测试误差。
C、大大提高了检测效率, 降低了检测人员的劳动强度。
车用发电机维修经验2则 篇3
农用三轮车、四轮车的照明, 有的原来采用飞轮式永磁交流发电机供电, 但是发电量不够用, 为此许多车上同时安装了硅整流发电机。硅整流发电机功率大, 发电足, 但是低速时不容易自激发电。为了解决这一问题, 可以加接一个二极管, 通过二极管的半波整流, 把永磁交流发电机的交流电变为直流电, 供硅整流发电机激磁, 硅整流发电机发电后, 二极管截止。如此改造后, 闲置的飞轮式永磁交流发电机起到了给硅整流发电机激磁的作用。
具体改造方法是:将二极管的正极接到永磁交流发电机的引出线上, 负极接到电压调节器的火线上。
案例2 发电机剩磁消失的原因及充磁方法
根据发电机的工作原理, 发电机之所以能够发出电, 是导线在磁场中切割磁力线运动产生感应电流, 因此存在磁场和导线切割磁力线是两个必不可少的条件。但是发电机的磁极并不是永久磁铁, 而是需要采取“自激”或“他激”的方式产生磁场, 因此在发电机刚开始工作时, 磁极中必须存在少量的剩磁。如果剩磁消失殆尽, 发电机将发不出电来, 这种情况在新发电机、维修后的发电机或者长期存放的直流发电机上时有发生。
1.发电机剩磁消失或者磁场方向改变的判断方法
① 用螺丝刀做后端盖的“磁化试验”。若发电机接线正确和机械性能正常, 在发动机运转的情况下, 发电机仍不发电, 说明剩磁可能已经消失, 可以停车做后端盖的“磁化试验”, 接通启动开关, 用螺丝刀靠近硅整流发电机后端盖的中心部位, 如果有被吸引的感觉, 说明发电机还存在剩磁, 电压调节器能够向发电机供给励磁电流, 不发电的故障原因在发电机本身, 例如:
a发电机的电刷已经磨损超限或者被卡住, 也可能是电刷与转子滑环之间接触不良。
b发电机的转子存在故障。
c转子的激磁电路断路, 它往往是线路插接器因生锈引起, 应当重插、拧紧、插紧或者进行除锈处理。
用螺丝刀靠近硅整流发电机后端盖的中心部位, 如果没有磁场吸引感觉, 说明发电机磁场没有剩磁, 电压调节器不能向发电机提供励磁电流。后端盖不被磁化, 故障原因可能在发电机上, 也可能出在电压调节器上。
② 让发电机做电动机试验时, 若耗电正常, 响声也正常, 但是发不出电来, 说明发电机的磁场剩磁消失或者磁场方向改变。
③ 发电机发出的电流方向改变, 说明发电机的剩磁方向已经改变。
④ 发电机、蓄电池经过拆装, 装车后试验, 如果发现电流表的指针在0～-25A范围内大幅度摆动, 说明发电机励磁线圈铁芯的剩磁方向与设计方向相反。
2.发电机剩磁消失或者磁场方向改变的主要原因
① 发电机剩磁消失的常见原因
a发电机曾经被猛烈碰撞, 造成磁铁分子的排列严重紊乱。
b磁极铁芯质量不好。
c发电机存放的时间太长。
d使用中发电机因某种原因造成温升过高。
② 发电机的极性改变的常见原因
a检修发电机时, 励磁线圈装反或者接头装错。
b用蓄电池做电源, 用划火法检查励磁线圈断路和短路时, 或者做电动机试验时, 将蓄电池的搭铁极性搞错 (本应正极搭铁的, 进行了负极搭铁;或者相反) , 改变了励磁电流的方向, 所产生的磁场方向与原方向相反, 因而造成极性改变。
c发电机的磁极铁芯质量低劣。
d使用中如果输出电流陡然增大, 电机内部将产生强烈的“电枢反应”, 使磁极的剩磁方向改变。
3.对发电机充磁的方法
下面以正极搭铁直流发电机为例, 说明对发电机充磁的几种方法。
① 将蓄电池正极与发电机机壳连接, 蓄电池负极与发电机“磁场”接线柱接触2～3S。
② 把几只蓄电池串联起来, 使充磁电压从12V提高到24V, 然后按上述方法充磁。
③ 在发动机高速运转后, 将发电机“电枢”与“磁场”接线柱搭接在一起, 再与蓄电池负极相连, 即以蓄电池做电源, 把发电机作为电动机运转, 以便对发电机充磁。
④ 如果蓄电池亏电或者严重损坏, 无法对发电机充磁, 可以用两节5号干电池串联起来, 在发电机刚开始运转时对励磁线圈短暂励磁, 能够使发电机顺利发电。具体方法是:将干电池的负极与发电机的“磁场”接线柱连接, 再找一根导线, 其一端与干电池的正极连接, 另一端与发电机的外壳接触大约1min, 即可完成充磁。
⑤ 如果车上的线路尚未拆卸, 可以打开发电机电压调节器的盖子, 在发电机高速运转的情况下, 用手指轻轻按一下调节器截流器的活动触点, 使截流器短时间闭合 (3～5S) , 让蓄电池的电流流过励磁线圈, 给磁极充磁, 或者将剩磁的方向纠正过来。
车用发电机噪声一致性试验研究 篇4
发电机在正常运转状态下,其主要噪声包括机械噪声、电磁噪声、气动噪声3大类[1,2]。其中,机械噪声是由轴承振动、转子偏心等引起的结构噪声;电磁噪声主要来源于电磁力引起的结构共振,在低速段对噪声贡献比较大[3];气动噪声产生的根源是叶片表面压力周期性脉动以及涡的脱落、产生和破裂,在发电机高速段起主导作用[4]。目前对发电机噪声的研究更多的是对单个电机进行测试分析,然后找到原因,提出降噪措施。但是,由于加工工艺(比如转子同轴度、螺栓预紧力、装配公差等)的存在,同一批次发电机的噪声一致性并不能保证。因此,为了更好地对批量发电机实施降噪,迫切需要对发电机噪声的一致性进行研究。本文针对这一情况,采用阶次分析的方法,随机抽取同一批次的3台发电机进行噪声测试分析,研究了总噪声声压级和主要阶次噪声的一致性,找到了噪声一致性的影响因素,对下一步电机降噪具有很好的指导意义。
1试验准备
本次试验使用成都华川电装有限责任公司供某车型的交流发电机,从同一批次发电机中随机抽取3台样机,为方便说明,分别计为1#、2#、3#电机,在专用的声学实验室中进行噪声试验。
1.1测试设备
(1)麦克风:丹麦G.R.A.S.公司生产。
(2)转速传感器:日本基恩士公司生产
(3)数据采集卡:德国HeadAcoustics公司生产,能同时进行24路信号采集。
(4)笔记本电脑一台。
(5)Artemis后处理软件:能对采集到的信号进行转速声压分析、FFT分析、阶次分析等。
1.2测试条件
试验在西南交通大学汽车工程研究所的电机声功率测试实验室内整机状态下进行,驱动电机不工作时,背景噪声小于30dBA,如图1所示,该实验室的声学环境已达到标准GB/T6882-2008的要求[5]。实验室温度控制在25°左右,发电机在驱动电机带动下,在负载工况下预热30min,转速从1200r/min连续变化到6000r/min进行噪声测试。分别选择距发电机中心0.5m处的前、后、左、右、上5个测点进行声压测试,试验台架示意图如图2所示。
2声压级和阶次分析
2.1声压级
由于声压能量范围广,为方便表示,常常使用对数坐标而不使用绝对坐标;同时,从声音的接收来讲,人耳主观上产生的“响度感觉”并不正比于声压的绝对值,而是近似地与声压的对数成正比。因此,考虑这两方面的原因,在声学中普遍使用对数坐标来衡量声压,用声压级来表示,单位为dBA(分贝)。
定义待测点声压的有效值为pe,则声压级Lp定义为:
其中:pref为参考声压,取为2×10-5Pa,这个数值是正常人耳对1kHz声音的可听阀声压。
再根据能量叠加原理,可得到声压级的平均值Lpm:
其中:Lpi(i=1,2,…,m)为第i个测点测得的声压级;m为测点总数。本实验中m=5,所使用的声压级均为A声级。
2.2阶次分析
阶次分析实质上是将等时间间隔的信号转换成等角度间隔的信号,再对其进行频谱分析的一种信号处理方法,又称阶比分析。阶次与转速的关系可表示为:
其中:f为信号的频率,Hz;O为阶次;n为参考轴 转速,r/min。
3发电机总声压级一致性研究
图3为发电机在预热后负载状态下测得的总声压级转速曲线。从图3中可以看出,发电机总声压级随着转速的上升而增大,噪声的线性度不是很好,噪声波动变化大,并且在某些转速点有较大的峰值出现。如图3(a)所示,1#发电机总声压级在转速1400r/min、2500r/min、3900r/min和4500r/min附近出现了较大的峰值;如图3(b)所示,2#发电机总声压级在转速1600r/min、2000r/min和2800r/min附近出现了较大的峰值;如图3(c)所示,3#发电机总声压级在转速1500r/min、1900r/min和3800r/min附近出现了较大的峰值。3台发电机声压级峰值对应不同的转速,一致性较差。
4发电机主要阶次一致性研究
4.16阶次、12阶次、18阶次一致性分析
图4为发电机6阶次、12阶次、18阶次噪声声压级转速曲线。从图4中可以看出:3台发电机6阶次、12阶次、18阶次噪声声压级随着转速的上升而增大,但波动不大,变化较平缓,且没有明显的峰值出现;每台发电机各阶次声压级平均值相差在1dBA左右。因此,3台发电机6阶次、12阶次、18阶次噪声声压级随着转速变化一致性较好。
4.236阶次一致性分析
图5为1#、2#、3#发电机36阶次噪声声压级转速曲线。从图5中可以看出,发电机36阶次噪声声压级随着转速的上升波动变化大,且在某些转速点有较大的峰值出现。如图5(a)所示,1#发电机36阶次噪声声压级在转速1400r/min、2500r/min、4000r/min和4500r/min附近出现了较大的峰值;如图5(b)所示,2#发电机36阶次噪声声压级在转速1300r/min、1600r/min、2000r/min和2800r/min附近出现了较大的峰值;如图5(c)所示,3#发电机36阶次噪声声压级在转速1500r/min、1900r/min、3800r/min和4200r/min附近出现了较大的峰值。3台发电机36阶次声压级随着转速变化一致性较差。
对比图3的发电机总声压级转速曲线,各台发电机36阶次噪声声压级的这些峰值点能与总声压级峰值点很好地吻合,且声压级峰值相差在2dBA左右。因此,发电机36阶次噪声的一致性好坏决定了总声压级的一致性好坏。
5结论
车用交流发电机 篇5
汽车生产需要消耗大量资源与能源, 如果对这些报废汽车回收再利用, 则能达到节约资源, 减少能耗的目的, 更能进一步减少碳排放, 防止环境污染。据美国Argonne国家实验室的研究人员估算, 由原生钢生产汽车的能耗为5 908 k J/t, 而用再生钢生产汽车的能耗仅有4 748万k J/t;具体到车用电机, 新制造1台汽车发电机的能耗是再制造的7倍[4]。因此对车用电机的回收与再制造是汽车零部件再制造产业的一个重要组成部分。
1 车用电机
1.1 车用电机的定义
车用电机是用于汽车等机械的一类专用电机。广义的车用电机泛指车辆上一切使机械能转化为电能、电能转化为机械能的机械装置, 包括有风扇电机、雨刷电机、起动电机、发电机、泵电机、空调电机等。据统计, 每辆普通汽车约有15台微特电机, 高级轿车配置约50台, 豪华型轿车配有约80台[5]。
本文所阐述的车用电机是指广义车用电机中的起动机和发电机。起动机又叫马达, 它将蓄电池的电能转化为机械能, 由直流电动机产生动力, 经起动齿轮传递动力给飞轮齿环, 带动飞轮、曲轴转动而起动发动机。汽车发电机是汽车的主要电源, 其功用是在发动机正常运转时 (怠速以上) , 向所有用电设备 (起动机除外) 供电, 同时向蓄电池充电。
1.2 车用电机的基本结构
汽车起动机的主要结构可分为电枢总成、定子总成、驱动端盖总成、电磁开关总成、单向器总成或减速器总成、后端盖、电刷架总成、中盖总成等。
汽车发电机的主要结构可分为皮带轮、风扇、罩盖、调节器总成、前端盖组件、转子总成、后端盖组件、定子总成等。
2 车用电机再制造的必要性
2.1 再利用、再使用与再制造
车用电机汽车零部件的再生资源化可分为再制造、再使用和再利用。
再利用是指对汽车电机零部件材料的再生利用, 其主要技术包括材料分类技术、资源化预处理技术、产品粉碎及粒化技术、材料物理及化学分选技术、产品循环利用技术等。再利用技术只是将废电机的原材料价值回收, 产品中所蕴含的劳动价值、能源价值则没有得到充分利用。仅适用于已丧失使用功能的废电机, 但在缺乏再使用和再制造技术能力的地区则对于所有废电机均采用这种方式, 从而造成浪费。
再使用是指将废旧车用电机再次应用在汽车上。因为汽车各个零部件不可能是等寿命的, 所以在汽车报废时会有一部分零部件性能完好。在对这部分零部件进行检测合格后, 则可再用于汽车上, 从而可以充分节约能源和资源。但是再使用具有随机性和应急性, 虽然也会对可再使用的零部件进行修复和翻新, 但其质量和性能是无法与新品相提并论的。
再制造是指以产品全寿命周期理论为指导, 以优质、高效、节能、节材、环保为目标, 以先进技术和产业化生产为手段, 进行修复、改造废旧产品的一系列技术措施或工程活动的总称[6]。再制造不仅保留了零部件中的原材料的价值, 同时也有制造时所需要的能源、劳动力、设备损耗等附加值, 极大减少了CO2的排放, 并且创造了新的就业岗位。
再利用、再使用与再制造的关系见图1。
2.2 车用电机再制造的重要性
再利用、再使用与再制造技术都具有一定的节能减排效果, 而再制造能够充分利用废旧产品中的附加值, 节能减耗。在技术水平允许的情况下, 再制造技术是最好的报废汽车零部件资源的循环利用方式。
机器零件的制造成本, 由原材料成本、制造活动劳动力成本、能源消耗成本和设备工具损耗成本构成[7]。汽车起动机和发电机的寿命远远高于汽车本身报废时的寿命, 其原材料主要是铜、铁等金属, 体积较小, 作为原材料回收价值较小。但是其在制造过程中包含的劳动力成本、能源消耗成本和设备工具损耗成本很高, 所以具有很高的再制造价值。
据美国Argonne国家实验室统计, 新制造1台汽车的能耗是再制造的6倍;新制造1台汽车发电机的能耗是再制造的7倍;新制造汽车发动机中关键零部件的能耗是再制造的2倍[8]。由此可推断, 车用电机的附加值也非常大, 其再制造在汽车零部件再制造产业中占有重要地位。
3 车用电机再制造现状
3.1 国外车用电机等汽车零部件再制造规模
美国汽车零部件再制造产业规模是全球最大的, 20世纪90年代中期, 从事汽车再制造的公司已达5万多家, 创造销售总额360亿美元, 目前产业规模已达750亿美元。其再制造技术成熟, 其中车用电机的再制造覆盖了发电机、起动机、电动机、雨刮电机, 以及制动总泵、分泵、水泵、油泵等泵电机。在汽车维修行业中, 再制造汽车零部件占到汽车售后服务市场份额的70%, 部分再制造零部件所占市场份额甚至接近100%[9]。
在欧洲, 德国、英国、法国的再制造业发展最为成熟。以宝马公司为例, 宝马公司已建立起一套完善的全国性回收品经营连锁店体系, 其回收的旧发动机在再制造过程中, 有94%被高技术修复, 5.5%回炉再生, 只有0.5%被填埋处理[10]。欧洲的再制造产品大部分在原制造企业的售后服务网络中流通, 很少流向维修市场。到2015年, 欧洲汽车零部件再利用率可以达到95%以上。
日本通产省于1997年发表了“汽车回收再利用倡议”, 制定了汽车回收再利用率在2002年提高到85%、2015年提高到95%的目标。
3.2 国内车用电机等汽车零部件再制造政策与规模
2008年3月, 国家发改委发布了“关于组织开展汽车零部件再制造试点工作的通知”, 将一汽集团、奇瑞汽车、上海大众联合、潍柴再制造、柏科 (常熟) 电机、武汉东风鸿泰、陕西法士特等14家企业作为汽车零部件再制造试点企业。再制造试点的汽车零部件产品范围暂定为发动机、变速器、发电机、起动机、转向机等5类产品。
2010年5月, 国家发改委等11部委联合印发了《关于推进再制造产业发展的意见》, 其中提到, 至2009年底, 已形成汽车发动机、变速器、转向机、发电机共23万台 (套) 的再制造能力。至2010年, 再制造发动机约1万台, 变速器约6万台, 发电机和起动机100万台左右[11]。
2012年6月16日, 国务院印发《“十二五”节能环保产业发展规划》, 提出到2015年, 实现再制造发动机80万台, 变速箱、起动机、发电机等800万件。
2013年1月, 国务院印发《循环经济发展战略及近期行动计划》, 提出支持建立以汽车4S店、特约维修站点为主渠道, 回收拆解企业为补充的汽车零部件回收体系。
2013年7月, 国家五部委发布《再制造产品“以旧换再”试点实施方案》, 提出“以旧换再”试点工作, 明确年内率先以汽车发动机、发电机等再制造产品为试点。
3.3 车用电机再制造技术水平
目前国内车用电机再制造的基本流程包括废旧零部件的拆解与清洗、检测与评估、再制造方案确定、各个零部件 (定子、转子、端盖、风扇、风罩、接线盒) 的制造与装配、出厂试验等。其主要过程为, 首先对废旧电机进行清洗、拆解、检测, 以鉴别其是否符合再使用的质量标准, 如果不能够再使用, 则可以通过再制造进行资源化利用。如果由于经济或技术的原因而达不到再制造水平的企业或地区, 则通过原料再利用进行资源化。由于不同电机产品的型号和大小区别, 制造过程可以顺序颠倒或省略某一步骤, 例如检测可以放在拆解和清洗之后, 从而对严重损坏的或不能再制造的零部件进行甄别筛选。
车用电机可分为导电材料、绝缘材料、磁性材料和结构材料。其中绝缘材料一般为有机材料, 容易老化, 使用寿命远低于导线和铁芯, 是电机寿命长短的决定因素。车用电机再制造主要是针对机座、轴、端盖、转子和定子铁芯等结构材料和磁性材料, 对于易于老化的绝缘材料则直接采用新品部件替换。电机再制造的关键技术包括再制造产品设计技术、产品剩余寿命评估、经济环保的拆解和清洗、微纳米表面工程、无损检测技术, 以及旧件性能评价和再制造产品安全检测等。
根据维修电机经验, 普通电机除旋转机械部件磨损外, 其他正常使用的机械部件寿命是电机绝缘寿命的3~5倍[12]。因此剩余寿命评价主要是针对电机的机械部件, 首先对部件进行清洗, 剔除不可修复部件, 然后进行尺寸的检测、标志和记录, 利用超声波和振动时效技术检测部件无损情况。对于检测评价合格的零部件, 采用绝缘材料、表面工程等技术进行加工, 其中的电磁绕组则通过电磁场设计分析软件重新设计、加工, 从而保障再制造的电机达到新品电机的质量性能水平。
目前国内车用电机再制造技术水平与欧美保持同步。以三立 (厦门) 汽车配件有限公司为例, 该公司目前是亚洲最大的汽车发电机、起动机再制造企业, 涉及范围从原材料到成品。依据美国SAE起动机、发电机再制造标准和中国汽车行业标准, 首先对所有外购零部件的材料、硬度、尺寸等技术参数进行严格控制及检验;其次, 电机的每个零部件在处理、加工、测试的过程中要经过检验员和每个工序操作人员的严格检验和筛选;然后, 成品检验员要对电机成品的外观、尺寸、性能等技术参数进行控制, 每台电机成品经严格的空载、负载测试;最后, 交付检验员对成品进行严格的包装检验和交付检验。目前, 再制造发电机的配件回用比例约72%, 再制造起动机的配件回用比例约68%, 资源综合利用量在70%以上。
车用电机再制造过程见图2。
4 我国车用电机再制造产业存在的问题
4.1 非技术性难题
4.1.1 起步晚, 规模小
汽车零部件再制造, 尤其是车用电机的再制造在发达国家已经是成熟产业, 但在国内才刚刚开始。2008年设立的14家再制造试点企业中, 除了一汽、奇瑞和江淮汽车3家整车再制造外, 专业从事汽车电机再制造的企业只有柏科 (常熟) 电机1家。2013年发改委确定了28家第二批再制造试点单位, 其中从事车用电机再制造的企业有北京首钢、滁州洪武、湖南博世、广东明杰、厦门三立, 以及大连报废车辆拆解公司、青岛联合报废汽车回收公司等。目前我国汽车累积报废量约为700万辆, 但车用电机的再制造规模仍然很小。
4.1.2 市场接受程度低
再制造车用电机, 主要是在汽车售后市场流通, 其品质可与新品媲美, 且价格实惠, 但消费者却很难接受。一般私家车主对于再制造产品认识有误, 多数认为是维修翻新的“假冒伪劣”产品, 因此在心理上非常抵触, 所以再制造电机就很难在售后市场上发挥价值。因此, 需要通过加大媒体宣传, 举办再制造技术、产品、工艺设备展览会, 建立再制造产品体验交流论坛等多种形式, 普及再制造知识, 来引导用户和消费者使用再制造产品。近期, 国家五部委颁布了“以旧换再”政策, 或许会使这一现状得到改善。
4.1.3 缺乏行业标准
汽车零部件再制造产业发展已有数年, 但至今仍没有一套规范的行业技术标准, 这使得整个行业发展无章可循。2010年5月, 由上海汽车工业 (集团) 总公司、东风汽车公司、常熟柏科电机有限公司、上海出入境检验检疫局起草的《汽车零部件再制造产品技术要求交流发电机》和《汽车零部件再制造产品技术要求起动机》等十一项汽车零部件再制造国家标准已完成征求意见稿, 但目前仍有待报批。
4.2 技术性难题
4.2.1 再制造设计困难
车用电机要达到高效率等级, 在设计技术、制造工艺、材料成本等方面需要较高的技术支持。原则上可以通过调整绕组数据、更换绝缘材料来平衡电机的各项损耗和性能, 以达到高效。但铁芯与槽形不易更改, 会使设计受到限制。并且不同厂家生产的电机设计裕度和所用材料都不尽相同, 因此再制造设计需要针对每一款电机来进行。
4.2.2 用于替换的新品零部件供应不畅
在修复与装配过程中某些零件可能受损过大, 需要采用新品零件替换, 这些零件则要从下游零部件生产厂商处购买。报废汽车拆解所得的废旧电机品牌与型号多种多样, 这就造成了所配用的零件差异性很大。因此, 对于购买的这些新品零件的质量和时间就具有了不确定性。所以, 现代化再制造过程要比传统制造更复杂, 更难预测, 并且需要更高的检验和测试来保证产品的高质量。这需要车用电机零部件的标准化设计, 以期为再制造打下基础。
4.2.3 检测过程缺乏规范的技术标准和条件
对废旧电机的鉴别检测是为了能够准确地评估电机性能状态和零件的损耗情况, 区分出需要修复和需要更换的零件, 以及进一步的加工步骤。鉴别检测可以说是再制造过程中十分关键的一步。目前国内的电机再制造企业尚没有规范的检测技术标准和鉴别判断指标, 以及精细高效的检测条件和设备, 对于废旧电机是否具有再制造价值和条件只是进行主观定性判断。这也使得后续的拆解加工缺乏依据, 工作效率较低, 难以形成产业规模以及完善的产业链。
5 发展构想
5.1 采用精细化再制造, 扩大产业规模
精细化拆解废旧车用电机, 并将各零部件严格分类, 零部件照片及文字信息通过可视化控制技术[13]展示给相关工序人员, 为后面进行加工再制造和装配的员工提供可靠信息, 对产品质量、生产速度以及成本消耗等进行全局和细节的把握和控制。这样可以显著地提高再制造效率, 为扩大车用电机再制造的产业规模提供条件。
5.2 加强车用电机综合测试, 确定再利用技术参数
对再制造全过程进行严格测试与检验, 包括对拆解零部件再用性的检测、成品出厂的安全质量检测等, 确定检测的参数指标, 建立车用电机再制造定量化标准, 从而使后续加工修复工作更加有据可依, 减少工作中的错误, 提高效率, 形成流水线式的再制造流程。
5.3 研发车用电机再制造关键技术
加强再制造产品设计技术和产品剩余寿命评估、经济环保的拆解和清洗、微纳米表面工程、无损检测等技术研发, 开展旧件性能评价、再制造产品安全检测等方面的技术攻关, 使车用电机的再制造能够产业化, 流水线化, 提高再制造率。
5.4 完善物流支撑体系
加快完善废旧汽车零部件的逆向回收物流体系, 加强有效分类和回收管理, 形成与再制造规模相匹配的废旧电机收集能力。利用条码管理系统, 对电机的各个零部件进行标注, 针对每一台电机需要修复或者更换的零件创建再制造报告, 从而整个再制造过程有序进行, 有效控制。
6 结论
车用交流发电机 篇6
能源与环境污染的日益严重, 致使电动汽车成为了目前的重要发展趋势。电机驱动系统是电动汽车的重要组成部分, 它的驱动方式分为集中电机驱动和轮毂电机驱动[1], 其中, 轮毂电机驱动将动力、传动和制动装置都集整在轮毂内, 略去许多笨重的机械部件, 精简了车辆的结构, 成为电动汽车驱动方式的重要发展方向。但是, 采用轮毂电机驱动方式, 必然会增加车辆的非簧载质量, 进而会使车辆行驶的平稳性与操控性变差, 因此, 研制集成度高、体积小、重量轻的高效率、高转矩密度轮毂电机驱动系统十分重要。
本文提出的电动车用Halbach永磁轮毂电机, 基于磁齿轮的磁场调制原理[2], 采用低速外转子型结构, 使得电机结构简单、无减速机构及齿轮的磨损问题, 再利用Halbach阵列的自屏蔽效应[3], 提高了轮毂驱动电机的运行效率与转矩密度。
1 Halbach永磁轮毂电机结构
本文提出的电动车用Halbach永磁轮毂电机结构如图1所示, 从图中可以看出, 该电机外转子与定子之间只有一层气隙, 电机的外转子可以直接与轮胎轮辋相粘合, 采用Halbach阵列充磁方式的钕铁硼永磁体嵌入在电机外转子的轭部, 每极由三个永磁块组成。
图2 (a) 中展示了具体的永磁块的充磁方向, 为了对比电机的性能, 相应设计了径向充磁方式的永磁轮毂电机, 如图2 (b) 所示。
该Halbach永磁轮毂电机基于磁齿轮的磁场调制原理, 直接利用定子齿的端部来调制定子电枢绕组产生的高速旋转磁场和外转子上永磁体产生的低速旋转磁场。与磁齿轮或其他磁场调制型单气隙永磁电机相似[4,5], 本电机满足:
其中, zs是定子齿数, pr是外转子永磁体极对数, ps是定子电枢绕组极对数。相应的, 电机的变速比Gr为:
设计该电机时, 选取m=1, k=-1, 因为此时能产生最大的磁场调制。定子槽中绕有三相对称电枢绕组, 因此zs应该为3的倍数, 综合考虑电机的制作工艺、电机的高性能、低转矩波动以及高转矩传输能力, 将外转子极对数和电枢绕组极对数分别设计成23和4, 根据公式 (1) 、 (2) , 分别得到zs=27, Gr=–5.75, 也就是说电枢绕组产生的高速旋转磁场经磁场调制的作用, 带动外转子低速旋转, 转速只有电枢绕组旋转磁场的4/23, 具有直驱能力, 无需配备减速齿轮箱。
2 Halbach永磁轮毂电机设计
2.1 Halbach阵列
Halbach阵列通常可以通过将不同磁化方向的永磁块按规律组合而成。每极永磁块的个数不同, halbach阵列形式也就不同。每极永磁块的个数越多, 得到的气隙磁密分布就越正弦, 这可以帮助减小齿槽转矩。然而, 每极永磁的块数越多, 加工维护费用也越高。此外, 不同的每极永磁体块数和磁化方向也会带来不同的磁场密度。
基于上述因数, 将该Halbach永磁轮毂电机的每极永磁体块数设计为3。每极中三块永磁体的磁化方向如图2 (a) 所示, 中间那块采用径向充磁, 旁边两块的充磁方向相互对称, 与中间的永磁块充磁方向成一角度θ。为了分析三块永磁体的宽度比 (用b/2a表示) 和磁化方向 (用θ表示) 这两个量对电机的性能的影响, 先将每极整个永磁体的宽度和厚度设定好。受永磁体加工工艺的限制, 将b/2a选定在0.3到0.55之间, 考虑到气隙磁场密度, 将θ选定在10°到80°之间。利用有限元仿真软件得出如图3所示的关系图, 可以看出, 在整个永磁体的宽度和厚度一定的情况下, θ在45°~50°之间时, 电机的输出转矩比较大;b/2a在0.48到0.55的范围内, 电机转矩变化幅度比较小, 且当b/2a为0.54时, 可以得到最大转矩。考虑到永磁块宽度过小后容易发生退磁, 最终将Halbach阵列充磁角度θ和宽度比b/2a分别设计为45°和0.48。
2.2 永磁体宽度
导致车辆动力系统振动和车辆内部噪音的主要原因之一就是轮毂电机的振动, 因此, 减小电机的转矩波动尤为重要。本文所提出的Halbach永磁轮毂电机中, 永磁体的宽度是影响电机转矩波动的一个重要参数。图4展示了电机转矩波动随永磁体 (磁化方向已优化) 的宽度的变化关系。其中, X轴代表每极转子轭部宽度与整个永磁体宽度的比值, 用图2 (a) 中的c/ (2a+b) 来表示。图4中可看出, 当c/ (2a+b) 取0.6时, 能获得最小转矩波动。
2.3 永磁体厚度
永磁体的厚度对电机运行性能的影响也很大。最佳永磁体厚度的选取可以得到最大转矩传输能力。图5展示了永磁体厚度对输出转矩的影响。从图中可以看出, 当永磁体厚度设计为3.8mm时, 能得到最大转矩。
3 Halbach永磁轮毂电机性能分析
在分析电机性能过程中, 将Halbach永磁轮毂电机与径向充磁的永磁轮毂电机 (如图2 (b) 所示) 一起对比分析, 两电机各个部分尺寸一模一样, 唯一的不同就是永磁体的充磁方向。采用有限元软件对电机建模, 并对其性能进行分析。图6 (a) 和 (b) 展示了两电机在初始位置时的空载磁场分布图。可以看出, (a) 中定子齿上的磁力线比 (b) 中要密集许多, 而 (a) 中外转子轭部磁力线比 (b) 中要稀疏很多。这也正体现出Halbach阵列的自屏蔽效应, 即能使磁体一边磁场显著曾强, 而是另一边磁场显著减弱。因此, Halbach永磁轮毂电机与径向永磁轮毂电机相比, 可以提供更高的气隙磁密和更少的转子轭部磁密, 进而可以减少铁芯损耗, 提高电机效率。此外, 通过减小转子轭部的厚度, 可以减小Halbach永磁轮毂电机的体积和重量, 这也有利于减小电动汽车驱动系统的非簧载质量, 提高轮毂驱动电机转矩密度。
图7展示的是电机在转速为800 rpm时的空载反电势波形图, 从图中可以看出, 空载反电势波形为正弦波, Halbach永磁轮毂电机的反电势波形幅值比径向充磁方式电机的高了17.57%。图8展示的一定负载下的电机转矩波形图, 从图中可以得出, Halbach充磁方式比径向充磁方式的永磁轮毂电机的转矩高了16.13%。相同质量或体积下, 驱动电机的转矩密度自然得到了提高。
4 总结
本文提出的Halbach永磁轮毂电机用于电动汽车, 可以提供低速大转矩的运行方式。与径向永磁轮毂电机相比, 它可以减小铁芯损耗、电机体积, 并能获得更高的转矩和电机效率。基于有限元分析法, 分析了该电机的磁密、空载反电势以及转矩等性能。结果显示该电机特别适用于电动汽车的直驱系统。
参考文献
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车用交流发电机 篇7
对于发电机与控制器的连接形式,文献[1,2]采用三相无刷交流发电机连接二极管整流器的结构,通过解耦控制优先调节发动机的转速,再调节发电机的励磁电流,从而实现增程发电系统未到限幅值时恒压输出、达到限幅值时恒功率输出;文献[3,4]采用开关磁阻发电机作为车用发电机,通过电流斩波控制、脉冲宽度控制等方法调节电机励磁电流来实现其发电控制;文献[5]提出了电励磁双凸极发电机连接二极管整流器的结构。本文采用永磁同步发电机连接PWM整流器的系统结构,使发动机工作在万有特性曲线的优化运行区,保证发动机具有较好的排放和油耗,通过检测驱动需求功率,进行永磁同步发电机矢量控制实现能量在增程发电系统、电池、驱动电机之间的有效分配。系统结构如图1所示。
1 能量管理策略
为了保证发动机具有良好的油耗和排放水平,根据发动机工作曲线(见图2),本文选取3 000 r/min作为固定转速,根据发动机推荐使用范围选取PH,PL2个工作点,进行增程发电系统双功率点控制策略。
整车处于不同工况时,通过控制永磁同步发电机的输出功率来分配增程发电系统和蓄电池的输出功率,即可实现对电动汽车系统母线上功率流动的分配。
不同的工况下母线上各系统之间的能量流动方式决定了3种工作模式。
1)纯电动模式。当蓄电池电量比较充足时,整车作为纯电动汽车行驶,增程发电系统不工作。整车处于低速、中速、高速等工况时,由蓄电池单独提供功率。
2)增程发电系统+蓄电池联合驱动模式。当蓄电池电量较低时,增程发电系统开始工作。当整车运行于低速时,驱动电机系统需求功率小于PL,增程发电系统不输出功率,由蓄电池提供功率;整车运行于中速时,驱动电机系统需求功率大于PL、小于PH,增程发电系统输出功率PL,不足的部分由蓄电池提供;整车运行于高速时,驱动电机系统需求功率大于PH,增程发电系统输出功率PH,不足的部分由蓄电池提供。
3)增程发电系统充电模式。增程式发电系统启动后,当整车制动时,驱动电机系统需求功率为零,而此时增程发电系统的输出功率大于驱动电机系统需求功率,则增程发电系统给蓄电池短时充电。
当整车的驱动电机系统需求功率长时间低于PL,或者为零时,则增程发电系统停机;当蓄电池电压低于下限值Udcmin时,蓄电池SOC已经极低,整车驱动电机控制器已停止工作,增程发电系统停机。
2 增程发电系统性能仿真
增程发电系统在不同车速等级下的性能仿真框图如图3所示。
图4a、图4b所示方框分别为整车运行于低速时母线电压Udc、驱动电流Iload的波形。驱动功率Pload=Udc×Iload=0.7 k W,小于1.5 k W,根据控制策略,增程发电系统不输出功率。
图5a、图5b所示方框分别为整车运行于中速时母线电压Udc、驱动电流Iload的波形。驱动功率为Pload=Udc×Iload=2.2 k W,大于1.5 k W且小于3 k W,根据控制策略,增程发电系统输出功率1.5 k W,蓄电池输出额外的0.7 k W功率,增程发电系统输出功率占驱动功率的68.2%,提供大部分的驱动功率。
图6a、图6b所示方框分别为整车运行于高速时母线电压Udc、驱动电流Iload的波形。驱动功率为Pload=Udc×Iload=3.4 k W,大于3 k W,根据控制策略,增程发电系统输出功率为3 k W,蓄电池输出额外的0.4 k W功率。增程发电系统输出功率占驱动功率的88.2%,提供主要的驱动功率。
3 增程发电系统实验
实验平台以异步电动机模拟通用发动机,采用72 V/200 A·h蓄电池组,用功率电阻作为负载模拟整车驱动电机系统的功率需求。
电阻由3.2Ω切换到母线断开状态来模拟整车低速行驶或滑行工况,实验波形如图7所示。Udc,ig,ia,ib,分别为母线电压、增程发电系统输出电流、A相电流、B相电流。负载切换后增程发电系统进入不可控整流状态,输出电流ig和相电流迅速减小为零。由于电阻负载切换瞬间增程发电系统输出功率给电池充电,导致母线电压短暂上升。
电阻由3.2Ω来模拟整车中速行驶工况,实验波形如图8所示。由于增程发电系统母线与蓄电池并联,增程发电系统输出功率瞬间母线电压Udc较平稳。稳态下增程发电系统实际输出电流ig为20.1 A,母线电压Udc为74.4 V,相电流有效值为19.82 A,可计算出发电机输出功率为1.5k W。电阻负载功率Pload为1 730 W,增程发电系统的输出功率占总负载功率的86.4%,蓄电池电量消耗明显减少。
电阻负载1.6Ω模拟整车高速行驶工况,实验波形如图9所示。电阻切换瞬间,母线电压略有降低,增程发电系统开始大功率输出后母线电压恢复。稳态下增程发电系统实际输出电流ig为40.14 A,母线电压Udc为75.2 V,相电流有效值为38.57 A,计算出发电机输出功率为k W。电阻负载总负载功率Pload为3 534 W,增程发电系统的输出功率占总负载功率的85.4%,蓄电池输出功率仅占14.6%,蓄电池的电量消耗减少。
4 结论
微型电动车增程发电系统所用通用发动机的转速难以精确调节,宜采用固定发动机转速的永磁同步发电机矢量控制输出功率调节方式。增程发电系统的输出功率根据整车工况来控制,应尽可能避免单独给蓄电池充电的工况,有助于提升整车续行里程。
摘要：为了提高微型电动车的续行里程,设计了由小功率发动机、永磁同步发电机及PWM整流器组成的增程式发电机系统。根据微型电动车的运行特点,提出双功率点能量管理策略,并进行了系统仿真和实验。研究结果表明,采用的双功率点能量管理策略适用于小功率发动机,有助于提升整车的续行里程。
关键词：微型电动车,増程发电系统,能量控制策略
参考文献
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