简论发电机汽车发电悬架用发电机选择与设计

论文导读：材料有三种：铝镍钴材料、铁氧体材料、稀土材料，本设计选用NTP30H稀土钕铁硼永磁材料，该材料的主要参数为：Br=1.12T，Hc=796kA/m，（B·H）max=224kJ/m3。因此该发电机转子用钕铁硼永磁材料。钕铁硼永磁材料型号参数：钕铁硼永磁材料牌号NTP-240，发电机工作温度t=80℃，剩余磁通密度Br20（室温20度），Br20=1.12T。钕铁硼永磁材料工作
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】结合汽车振动能量回收发电悬架的技术要求，设计了悬架用永磁直流发电机，对发电机主要设计参数进行了计算，设计出的永磁直流发电机能够满足振动能量回收悬架的需要。
【关键词】振动能量回收；发电悬架；发电机；设计

一、发电机的选择

目前汽车常用的小型发电机主要有感应子发电机、电励磁发电机和永磁发电机等，汽车振动能量回收发电悬架中的发电机工作在汽车的底部，是一个多尘的环境，此外由于路况的不同发电机的转速变化频繁。所以汽车振动能量回收发电悬架要求发电机耐尘能力强、转子转动惯量小，能量转化效率高，可以选用永磁发电机。

二、永磁发电机主要参数计算

在进行发电机设计时，要确定发电机的额定工作转速。额定转速的确定，必须从发电机在整个转速范围内的效率以及最经常工作的转速区间来综合考虑。相同容量的发电机，其体积和重量随着转速的降低近似成反比例增加，这不适合悬架发电机的要求，需要分析发电机的常在的工作转速区间，既要充分考虑震动能量利用效率，又要考虑到发电机的体积重量及转动惯性等性能。本文设计的悬架永磁发电机的额定转速取为4000r/min，发电机的零电流转速和最高转速分别选为600r/min和5000r/min。永磁发电机输出电压范围选择在20～28.5±0.5V之间。经过对目标车型所需振动阻尼功率的计算，发电机额定功率为400W。具体技术指标如下：输出电压为U=28V，输出功率为PN=400W，额定转速为NN=300r/min，输出方式为直流，工作方式为断续工作，工作温度为-40℃～+80℃，零电流转速为NZ=500r/min。

三、永磁材料的选择

永磁材料经过磁化后，无需要外加能量就能在其周围空间建立磁场，结构简单，运行可靠，损耗少，效率高，发电机的尺寸和形状受永磁材料的影响较大。常用的永磁材料有三种：铝镍钴材料、铁氧体材料、稀土材料，本设计选用NTP30H稀土钕铁硼永磁材料，该材料的主要参数为：Br=1.12T，Hc=796 kA/m，（B·H）max=224 kJ/m3。因此该发电机转子用钕铁硼永磁材料。钕铁硼永磁材料型号参数：钕铁硼永磁材料牌号NTP-240，发电机工作温度t=80℃，剩余磁通密度Br20（室温20度），Br20=1.12T。钕铁硼永磁材料工作温度下的剩磁密度：B■=1+（t-20）■（1-■）B■，B■=1.04T，式中a■——B■的温度系数a■=-0.12，IL——B■的不可逆损失率IL=0，钕铁硼永磁材料的计算矫顽力为：Hc20=806.25KA/m，钕铁硼永磁材料工作温度下的计算矫顽力：Hc=1+（t-20）■（1-■）Hc20，Hc=748.2KA/m，钕铁硼永磁材料相对回复磁导率：u■■=■×■=■■=■×■×10■，u■=1.1，式中u■为真空磁导率， u■=4π×10-7，钕铁硼永磁材料在最高工作温度时退磁曲线拐点位置：bk=0。

四、永磁体尺寸的确定

根据悬架发电机的性能参数及永磁材料的性能参数，根据经验公式计算永磁体的体积：VM=225■×109mm3。式中，PN-发电机的额定功率，PN=400；σ0-漏磁系数，σ0=1.05；Kad-直轴电枢反应磁势折合系数，Kad=■，ap-极弧系数，ap=0.75，Kad=0.38；KF-发电机短路时每极永磁体磁势与直轴电枢反应磁势，KF=■·■，其中，FMK-发电机短路状态永磁体的磁势，Fadk-发电机短路状态电枢反应磁势，KF=1.1；Ku-电压波形系数，K■=■-■sinφ■，U■-发电机额定相电压，E■-空载感应电动势，cosφ-功率因数，计算得Ku=0.07；f-发电机的频率，f=■=■=400Hz；Kφ-波形系数，当磁场分布为正弦时Kφ=1.1，；C-最大磁能利用系数，C=4bm0hmk，bm0-发电机空载时磁感应强度标值，bm0=■，λn-外磁路合成磁导；hmk-发电机短路时矫顽力标么值hmk=■，fadk-三相稳态短路时折合到转子的直轴电枢反应磁势的标么值。（BH）max-最大磁能积（BH）max=250KJ/m3。
本文通过对各种发电机性能的比较，选择了适合汽车振动能量回收发电悬架的永磁发电机，确定了发电机的工作转速范围、额定功率、额定电压等参数，为汽车振动能量回收发电悬架设计提供了一定的参考。
参 考 文 献
倪有源，李伟，鲍晓华，姜文东.42V汽车用永磁发电机的电磁设计[J].微特电机.2012（4）