汽车取力发电系统结构设计及应用

张巨岭

摘 要：在本研究中设计了新型汽车取力发电机的安装装置，该装置包含发动机，交流发电机，针对该装置的运行原理，功能构成，结构设计等相关内容进行阐述，该汽车取力发电系统是以宽转速输出底盘，发动机作为动力源，能够输出相对稳定的直流电，进而实现特种车型进间不间断供电。

关键词：汽车取力;发电系统;结构;设计;应用

0 引言

近年来随着科学技术的发展，整车供电设备直接增加，对于用电的需求也越来越高，国内汽车发电系统在发展过程中获得一定成果。比如某汽车底盘动力舱中有DC28V直流发动机和两只相互串联的蓄电池，但这种情况下无法满足电压AC220V设备用电需求，因此需要在发动舱中安装交流发电机，能够为供电设备提供交流电。由于动力舱受到空间因素的限制，加装的交流发电机在取力运行时无法干涉直流发电机工作，如何将新安装的交流发电机置于动力舱中，并实现无干涉稳定运行，是当前急需解决的问题。基于这种技术背景下，在本研究中提出汽车取力发电机系统，能够通过电机安装件在发电发动机中安装交流发电机，使其安装于发动机中，并实现无干涉稳定运行。同时该取力发电系统能够解决汽车在行进过程中上装设备不间断供电需求。在汽车行进过程中柴油发电机组一旦出现故障，可以使用蓄电池实现短时间供电，启动取力发电系统之后，能够对上装设备实现不间断供电。该系统是通过底盘发动机变速箱取力口进行取力的，进而通过中频六相同步发电机，能够将车底盘发动机动能转为交流电能，之后通过双并联桥式整流电源，实现整流输出直流电，以满足设备的实际用电需求。

1 方案设计

首先从取力发电系统的构成原理上来看，该取力发电系统是由发动机和交流发电机构成的。在交流发电机中安装了两个孔，包含用于交流发电机固定在发电机的电机安装件，在交流发电机中设置与电机安装件连接的两个安装孔，发电机动力输出端能够与交流发电机动力输入端进行连接，电机安装件包含第一、第二、第三安装件，其中第一安装件和通过固定件固定在交流发电机的一安装孔中，其能够与第二安装件，第三安装件利用固定件固定在交流发电机，另一安装孔与第二安装件，第三安装件，第一安装件固定在第二安装件两相交面。第二安装件能够以两相交面相交的一面连接，并开设一个与发动机固定连接的固定孔。从其运行原理上来看，发电机能够通过汽车发动机，利用底盘取力口传动轴驱动，并与万向节连接，进而带动其旋转。利用上装直流母线电压将其作为立励磁源，经过电压调节模块之后进行励磁调节，进而能够使发电机主绕组输出相对稳定的中频双Y三相交流电。该交流电可通过两个三相整流调试系统整流之后并联输出，直流电源为确保发电机的转速，能够达到每分钟700～2500转内恒压。发电机需要使用分段励磁技术，在处于不同状态下能够通过电压调节模块实现分段电压控制，确保在处于不同转速内发电机励磁可控，能够输入相对稳定的电压，如图1所示为该系统的原理设计图。

根据图1可以发现，同步交流发电机在车底盘额纵梁位置安装，通过电机安装支架能够将其固定在底盘纵梁上，底盘横梁能够用于上装设备箱体的安装。由于发电机的安装空间较小，因此在后续维护中难度较大，维修性较差，因此在设计方面需要关注其可靠性方面。对于该取力发电系统，同时还包含多相桥式整流控制单元，该单元是由指示灯，继电器，接触器，电压调节模块，散热风机等共同构成的。比如在发电机中安装后，后续维修难度较大，并且在汽车行进过程中，尤其对于恶劣路况会影响其性能，因此需要单独设计多相桥式整流控制单元，可以采用钢体结构，在上装箱体中安装通过电缆能够使其与发电机进行连接，遠离发电机的本体，使其能够处于良好的运行环境下，确保可靠性。如下图所示为取力发电系统的装配示意图。

2 发电机

从发电机的功能上来看，当发电机转速能够达到每分钟700～2500r的范围时，此时会切割电机磁极磁场和电子主绕组，并感应交流电源，经过电压调节模块能够用于定位角调节，使发电机输出相对稳定的交流电，这种双Y式三相绕组移动一定电位角，能够确保输出精度。在发电机结构设计过程中，其安装结构形式为IMB3，而发电机的防护结构为Ip54型号，钢板结构覆盖于前端盖和后端盖上，整体机座为铸铝合金结构，发电机是双轴承结构，轴承为宽式设计，可满足其强度要求。轴承使用单件圆柱，能够与主连接进行连接，转轴采用高强度性能的钢材，以确保其具有一定的刚度和强度。为提升电机密封性能，可以在前后端盖装配过程中发电机的止口位置需要涂刷密封胶，发电机内部为励磁机铁芯和铸铁芯。在分布过程中考虑电机温升和引出线出口，相对传统结构来说其以相反的设计方式，经过两铁心前后进行位置交换安装，能够使整体设计结构更加紧凑合理。

对于发电机散热方面，影响发电机的寿命因素包括温升等因素，为能够有效控制绕组温升，需要改善其散热性能，转子冲片利用整体冲片的方式在铁芯上可增加通风道，进而提高散热面积，提升发电机的散热通风性能，为确保电机内部热量能够及时散发，可以使用内外双风路散热系统进行设计。在电机内部转转中和安装两个小风扇，并且能够将电机内部热量传到鱼片状机座内表面中，而外风扇有静风罩和形成外风路线的系统，其可驱散记机座鱼片状的散热。在发电机设计上采用H级绝缘，也就是发电机绝缘材料，连接线，励磁线使用H级绝缘材料，由于电机的可靠性能，使用寿命是与电机温度具有直接联系，为防止电机温升达到限制，需要保留一定的温升裕度，可以减少电机的损耗，同时还能够提升其散热性能，提高绝缘等级，降低温升限制，其是提高电机运行可靠性和延长使用寿命的关键环节。当环温度达到50摄氏度时，此时H级绝缘温升的限制为115k，考核温升达110k，相对来说可降低10k温升，进而显著提升其可靠性能。对于发电机定子铁心其采用斜槽结构设计方式，使用低损高导磁冷轧无取向硅钢片作为冲制，槽数为48。采用正弦型分数槽绕组能够确保实现漏抗低，且具有良好的动态性能，使用具有耐热性强的复合漆包围铜线作为绕组电磁线，而在发电机主转子中采用20级整体全阻尼结构，使用冷轧钢板设计铁心冲片。

除此之外，张紧轮安装机构中设有张紧轮滑动固定槽孔，可通过螺栓将张紧轮固定在槽孔中。在本研究中所设计的汽车取力发电机装置在使用过程中的优点包括：可提供汽车取力发电机安装装置，并且能够利用电机安装件将发电机安装于发动机中，可在动力舱实现无干涉稳定运行，可以有效隔离直流发电机和交流发电机，防止交流发电机在运行过程中干涉直流发电机运行，实现将交流发电机在动力舱中安装，并确定其实现稳定运行，不会影响交流发电机的运行，以满足额定电压为220伏车载设备的实际用电需求。定位销可通过第一安装件水平位置以实现张紧皮带的效果，通过松动张紧轮固定螺栓能够在槽孔中移动张紧轮的位置，进而调节皮带装紧度以实现皮带有效张紧。

3 小结

总而言之，对于汽车取力发电系统能够适应底盘发动机宽，转速变化需求，进而解决汽车在行进过程中直流母线不间断供电。在该系统设计过程中可突破发电机散热，变速励磁等重要技术，以实现系统衡量控制。将交流发电机安装在发动机中，并且在动力舱实现无干涉稳定运行，能够为用电设备提供AC220伏的用电需求。

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