汽车发电机定子设计探讨.pdf

学术 汽车发电机定子设计探讨 公司一邱新勤 摘要 溥上虽然装有蓄电池 但它存储的电能十分有限 比如动发动机时 起动机要消耗蓄电池大量电能 若不及时对其进行补充充电就不能 满足汽车上不断增多的用电设备的需求 也就很难保证汽车的频繁启动正常运行 所以可以说发电机是汽车电器系统的主要电源 而定子是汽 车发电机重要的零部件之一 为提高汽车发电机的绕组性能 定子的设计和工艺制作至关重要 本文着重介绍了定子的滴漆处理 20DC时的电阻 电压测试 采用磁性槽楔等方面的设计规定及工艺制作要求 汽车发电机由于定转子间隙不均 定子槽 楔鼓出与转子相擦 定子和内外风叶相擦等缺 陷的存在 使发电机产生振动 发生磨擦 降 低使用寿命 同时也降低了汽车发电机的稳定 性 而且会产生一定程度的噪声 为了提高定 子的工作效率 对定子的滴漆处理 电阻 电 压测试等几方面的控制要求相当严格 1 汽车发电机定子的结构及工作原理 汽车发电机定予一般由定子铁芯 定子线 圈 槽楔和槽绝缘等组成 定子是发电机静止 不动的部分 它的功用是产生旋转磁场 从而 产生交流电 1 1 汽车发电机定子的结构 1 1 1 定子铁芯 定子铁心是构成汽车发电机励磁回路和固 定定子绕组的重要部件 一般采用导磁率高损 耗小的 内圈带槽的硅钢片叠压而成 定子绕 组的导线就嵌放在铁芯的槽中 1 功能 为绕组磁场提供回路的作用 2 组成 内圈带槽的硅钢片叠成 1 1 2 定子线圈 定子绕组有三相 三相绕组采用星形接法 或三角形 大功率 接法 都能产生三相交流电 三相绕组的必须按一定要求绕制 才能使之获 得频率相同 幅值相等 相位互差120 的三相 电动势 a 每个线圈的两个有效边之间的距离应和 一个磁极占据的空间距离相等 b 每相绕组相邻线圈始边之间的距离应和 一对磁极占据的距离相等或成倍数 c 三相绕组的始边应相互间隔2 120o 电角度 一对磁极占有的空间为3600电角度 1 功能 通过转子旋转磁场 在定子上切 割磁力线产生交变 N s 电流 传递给整流桥 2 组成 足够长的高温漆包线绕制而成 共有三组 1 1 3 槽楔 1 功能 槽楔的作用是封槽口 压紧绝缘 纸及线圈 防止绕组松脱跑出来 主要用来固 定绕组线圈 槽绝缘 防止线圈松动损伤绝缘 2 组成 环氧树脂层压板裁制或者定做的 1 1 4 槽绝缘 32 Machine China中国机械 ll功能 保护线圈绕组 作为附加的电绝 缘层 对于电机的绝缘性能也有一定的影响 2 组成 采用聚酯薄膜绝缘纸复合箔 制 成与定子槽相似形状的槽绝缘纸片 绝缘纸厚 度一般为0 18 0 25毫米 1 2 汽车发电机定子的工作原理 定子又称为电枢 定子的功用是产生交流 电 定子安装在转子的外面 和发电机的前后 端盖固定在一起 当激磁电流作用于转子绕组 转子轴在发动机正时齿轮的带动下转动时 引 起定子绕组中磁通的变化 定子绕组中就产生 交变的感应电动势 定子三相绕组的接法有两种 星形接法的 特点是线电流等于相电流 且三相的一端连接 在一起 中性点电压的平均值为发电机输出电 压的一半 带有中性点接线柱的发电机可用中 性点电压来控制各种用途的继电器 三角形接 法的特点是线电流等到于相电流 且三相连接 成一个闭环 无中性点 2 汽车发电机定子的设计 2 1 定子基本尺寸的设计 在不改变爪极基本结构的前提下 计算过 程中选取气隙长度 定子齿宽 定子轭高 定 子齿高 定子叠长为设计变量 因为这些变量 与电机磁路的磁阻有直接的关系 当这些变量 发生变化时 相应磁路的磁阻也会发生变化 其中气隙长度对电机磁路的影响至关重要 故 通常作为设计调整变量 在改变某一结构参数 时 通过分析计算得出变化规律如下 随着气隙 齿高的增大 每极总磁链和每极有效磁链随之 减小 但漏磁系数随之增大 随着定子齿宽 轭高 定子叠长的增加 每极总磁链和每极有 效磁链随之增加 但漏磁系数却随之减小 2 2 定子的滴漆处理 定子加工精度和表面粗糙度对发电机的稳 定运行至关重要 定子与转子之间的间隙直接 影响电机性能 滴漆处理后的定子的装配精度 及绝缘强度得到了有效的改善 浸0840FC环氧 滴浸树脂漆 漆中可以不加溶剂 对环境不造 成污染 不给操作工人带来身体降危害 不存 在火灾隐患 降低制造成本 2 3 20 时的电阻 定子绕阻绝缘电阻值与温度存在着一定的 关系 其关系式为 a 热固性绝缘RI R2 1 6 t2一ti 1o b 热塑性绝缘RI R2 2 t2一t1 10 式中R1为t1温度时的绕阻绝缘电阻值 R2为t2温度时的绕阻绝缘电阻值 定子绕阻绝 缘电阻值是反映定子绕阻的状态 由于接近工 作温度 热状态或温升试验后等状态下的绝缘 电阻值必然存在着差异 故设定常温下20 C时 的绝缘电阻值具有科学意义 2 4 高压测试规定 线圈是汽车发电机的心脏 一台汽车发电 机的定子有三组线圈 每组线圈有很多匝线圈 只要其中某一匝有问题 就会给发电机留下质 量隐患 所以相间或匝间进行高压测试是必不 可少的 是在设计要求中必须规定下来的 以 某一汽车发电机定子为例 设定各相之间 各 相和铁芯之间应能承受50HZ 660V交流电压1 秒钟 其漏电流必须小于1毫安 2 5 采用磁性槽楔 采用磁性槽楔后 发电机的气隙系数减小 相当于有效气隙缩短 可降低励磁电流 使 空载电流下降 当发电机槽口尺寸越大时 磁 性槽楔的节电效果越明显 不论在空荷和负荷 状态下 磁楔磁导率加大 磁密分布都会更加 均匀 脉振幅值减小 磁密最小值增加 铁耗 明显减小 同时由于磁性槽楔内部可流过部分 磁通 使气隙中磁密分布趋于均匀 故可降低 噪声和振动 3 结论 综上所述定子是汽车发电机的一个核心部 件 定子绕阻的设计合理性以及工艺制作的规 范性对定绕阻的质量有着决定性的作用 只有 按照规范的设计和制作才能减少发电机本身的 产生的热量 降低发电机运转过程中的温升 使汽车发电机的损耗降低 提高发电机的发电 效率 从而达到延长寿命目的 参考文献 1 胡梦蛟 汽车用交流发电机定子槽形优 化设计 J 汽车电器 1991年Ol期 2 陈世坤 电机设计EM 北京 机械 工业出版 2008