汽車發(fā)電懸架用發(fā)電機(jī)的選擇與設(shè)計(jì)

【摘 要】結(jié)合汽車振動(dòng)能量回收發(fā)電懸架的技術(shù)要求，設(shè)計(jì)了懸架用永磁直流發(fā)電機(jī)，對(duì)發(fā)電機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，設(shè)計(jì)出的永磁直流發(fā)電機(jī)能夠滿足振動(dòng)能量回收懸架的需要。

【關(guān)鍵詞】振動(dòng)能量回收；發(fā)電懸架；發(fā)電機(jī)；設(shè)計(jì)

一、發(fā)電機(jī)的選擇

目前汽車常用的小型發(fā)電機(jī)主要有感應(yīng)子發(fā)電機(jī)、電勵(lì)磁發(fā)電機(jī)和永磁發(fā)電機(jī)等，汽車振動(dòng)能量回收發(fā)電懸架中的發(fā)電機(jī)工作在汽車的底部，是一個(gè)多塵的環(huán)境，此外由于路況的不同發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化頻繁。所以汽車振動(dòng)能量回收發(fā)電懸架要求發(fā)電機(jī)耐塵能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，能量轉(zhuǎn)化效率高，可以選用永磁發(fā)電機(jī)。

二、永磁發(fā)電機(jī)主要參數(shù)計(jì)算

在進(jìn)行發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，要確定發(fā)電機(jī)的額定工作轉(zhuǎn)速。額定轉(zhuǎn)速的確定，必須從發(fā)電機(jī)在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的效率以及最經(jīng)常工作的轉(zhuǎn)速區(qū)間來(lái)綜合考慮。相同容量的發(fā)電機(jī)，其體積和重量隨著轉(zhuǎn)速的降低近似成反比例增加，這不適合懸架發(fā)電機(jī)的要求，需要分析發(fā)電機(jī)的常在的工作轉(zhuǎn)速區(qū)間，既要充分考慮震動(dòng)能量利用效率，又要考慮到發(fā)電機(jī)的體積重量及轉(zhuǎn)動(dòng)慣性等性能。本文設(shè)計(jì)的懸架永磁發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速取為4000r/min，發(fā)電機(jī)的零電流轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速分別選為600r/min和5000r/min。永磁發(fā)電機(jī)輸出電壓范圍選擇在20～28.5±0.5V之間。經(jīng)過(guò)對(duì)目標(biāo)車型所需振動(dòng)阻尼功率的計(jì)算，發(fā)電機(jī)額定功率為400W。具體技術(shù)指標(biāo)如下：輸出電壓為U=28V，輸出功率為PN=400W，額定轉(zhuǎn)速為NN=300r/min，輸出方式為直流，工作方式為斷續(xù)工作，工作溫度為-40℃～+80℃，零電流轉(zhuǎn)速為NZ=500r/min。

三、永磁材料的選擇

永磁材料經(jīng)過(guò)磁化后，無(wú)需要外加能量就能在其周圍空間建立磁場(chǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，損耗少，效率高，發(fā)電機(jī)的尺寸和形狀受永磁材料的影響較大。常用的永磁材料有三種：鋁鎳鈷材料、鐵氧體材料、稀土材料，本設(shè)計(jì)選用NTP30H稀土釹鐵硼永磁材料，該材料的主要參數(shù)為：Br=1.12T，Hc=796 kA/m，（B·H）max=224 kJ/m3。因此該發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子用釹鐵硼永磁材料。釹鐵硼永磁材料型號(hào)參數(shù)：釹鐵硼永磁材料牌號(hào)NTP-240，發(fā)電機(jī)工作溫度t=80℃，剩余磁通密度Br20（室溫20度），Br20=1.12T。釹鐵硼永磁材料工作溫度下的剩磁密度：B■=1+（t-20）■（1-■）B■，B■=1.04T，式中a■——B■的溫度系數(shù)a■=-0.12，IL——B■的不可逆損失率IL=0，釹鐵硼永磁材料的計(jì)算矯頑力為：Hc20=806.25KA/m，釹鐵硼永磁材料工作溫度下的計(jì)算矯頑力：Hc=1+（t-20）■（1-■）Hc20，Hc=748.2KA/m，釹鐵硼永磁材料相對(duì)回復(fù)磁導(dǎo)率：u■■=■×■=■■=■×■×10■，u■=1.1，式中u■為真空磁導(dǎo)率， u■=4π×10-7，釹鐵硼永磁材料在最高工作溫度時(shí)退磁曲線拐點(diǎn)位置：bk=0。

四、永磁體尺寸的確定

根據(jù)懸架發(fā)電機(jī)的性能參數(shù)及永磁材料的性能參數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算永磁體的體積：VM=225■×109mm3。式中，PN-發(fā)電機(jī)的額定功率，PN=400；σ0-漏磁系數(shù)，σ0=1.05；Kad-直軸電樞反應(yīng)磁勢(shì)折合系數(shù)，Kad=■，ap-極弧系數(shù)，ap=0.75，Kad=0.38；KF-發(fā)電機(jī)短路時(shí)每極永磁體磁勢(shì)與直軸電樞反應(yīng)磁勢(shì)，KF=■·■，其中，F(xiàn)MK-發(fā)電機(jī)短路狀態(tài)永磁體的磁勢(shì)，F(xiàn)adk-發(fā)電機(jī)短路狀態(tài)電樞反應(yīng)磁勢(shì)，KF=1.1；Ku-電壓波形系數(shù)，K■=■-■sinφ■，U■-發(fā)電機(jī)額定相電壓，E■-空載感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，cosφ-功率因數(shù)，計(jì)算得Ku=0.07；f-發(fā)電機(jī)的頻率，f=■=■=400Hz；Kφ-波形系數(shù)，當(dāng)磁場(chǎng)分布為正弦時(shí)Kφ=1.1，；C-最大磁能利用系數(shù)，C=4bm0hmk，bm0-發(fā)電機(jī)空載時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度標(biāo)值，bm0=■，λn-外磁路合成磁導(dǎo)；hmk-發(fā)電機(jī)短路時(shí)矯頑力標(biāo)么值hmk=■，fadk-三相穩(wěn)態(tài)短路時(shí)折合到轉(zhuǎn)子的直軸電樞反應(yīng)磁勢(shì)的標(biāo)么值。（BH）max-最大磁能積（BH）max=250KJ/m3。

本文通過(guò)對(duì)各種發(fā)電機(jī)性能的比較，選擇了適合汽車振動(dòng)能量回收發(fā)電懸架的永磁發(fā)電機(jī)，確定了發(fā)電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速范圍、額定功率、額定電壓等參數(shù)，為汽車振動(dòng)能量回收發(fā)電懸架設(shè)計(jì)提供了一定的參考。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]倪有源，李偉，鮑曉華，姜文東.42V汽車用永磁發(fā)電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)[J].微特電機(jī).2012（4）