车用交流发电机新平台产品开发过程

唐磊

摘要：本文针对车用交流发电机新平台产品的开展过程展开了详细的论述，首先，对车用交流发电机在开发过程中遇到的问题进行进行了简单的分析，然后在对发电机工作原理充分了解的基础上，提出了新平台汽车发电机按照明确需求、确定关键项、产品设计、实验验证的开发过程，以供参考。

Abstract： This paper discusses in detail the development process of the new platform product of vehicle alternator. Firstly， it makes a simple analysis on the problems encountered in the development process of vehicle alternator， and then on the basis of a full understanding of the working principle of the generator， it puts forward that the new platform vehicle alternator according to the clear requirements， determination of key items， product design Experimental verification of the development process for reference.

关键词：交流发电机;新平台;开发过程

Key words： alternator;new platform;development process

中图分类号：U472.43                                    文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）20-0037-03

1  车用交流发电机在开发过程中遇到的问题

人们对汽车的用电器有了越来越多的要求，各汽车厂商为了适应市场和顾客的需求，将越来越多的电子产品应用于汽车上，使汽车的电子化程度越来越高，用电量越来越大。同时关于发电机质量可靠性要求也逐步升高。开发周期短，产品迭代率快。开发产品不匹配，产品使用过程失效都成为国内外许多发电机生产家面临的问题。

2  发电机工作原理

转子绕组通入直流励磁电流产生磁场，发动机皮带拖动发电机转子转动，定子上的绕组切割转子产生的磁场，在定子绕组中产生交流电，通过整流器整流输出直流电压，发电机输出电压受电子调节器的调节，使发电机输出电压控制在额定值之内。其工作的电气原理如图1所示。

3  问题解决办法

本人在开发新平台发电机时，通过4步骤的方式进行开发，保证了产品顺利开发批产。售后表现良好。在此将新平台发电机开发中的步骤和开发过程予以分享。①明确发电机需求功能。②发电机关键特性识别。③按照功能需求进行产品设计。④产品设计验证。

3.1 明确发电机需求功能

在设计产品之初，首先要明确计划输出什么样的产品 产品边界框图可以帮助设计者明确需求。产品边界图，用于分析范围内的组件和零件及其接口，以及與客户，制造商，服务商等外部接口，并通过边界图展示产品各系统元素之间的物理和逻辑关系。包含电传输、物理接触、能量传递、信息交换、材料转换等关系（图2）。之后将部件间相关量化控制进行传递，形成产品特性矩阵，包含电阻、扭矩、平面度等控制点。保证部件间的关联特性不遗漏，不出现传递错误。最终保证产品功能性、可靠性。

3.2 发电机关键铁性识别

结合客户要求及企业自身经验总结，将客户关注项目以及生产厂的不易控制项进行识别。采用专用符号标出，对直接影响产品匹配和性能的指标识别出关键项目。对于关键项目部件进行特殊管控，100%检测或者满足过程能力，提高产品一致性，降低不良损失（图3）。通过特性排查，筛选出诸多新产品开发关键特性，例如电性能、部件温度、装配、部件强度等等。

3.3 按照功能需求进行产品设计

根据识别出的顾客关键需求和内部经验，对于关键项进行设计及验证。

3.3.1 部件电性相关设计

客户关于产品性能输出，空间尺寸的要求，必须满足，此为关键特性，否则会出现汽车电池严重馈电，最终用电器无法使用情况。这里定子可选用多槽定子，爪极极间选配磁钢，减少极间漏磁方式进行设计（图4），以保证发电机外部尺寸，同时满足高输出的性能要求。

同时定子转子间的间隙参数，对于发电机厂家极其重要，同为关键特性，间隙减小，定转子间磁阻减小，有效磁通大，绕组可以减少以控制成本。但是同时过小的间隙，工艺性不易保证，在发电机极端转速22000r/min时，爪极扩张，易造成定转子旋转干涉，发电机过热，绕组损坏情况。针对不同气隙（0.2～0.4mm），可进行磁通敏感度分析，利用ANSYS软件寻找最优方案，保证低磁阻设计时，可生产装配性。

3.3.2 部件温度设计

在极限使用工况，发电机部件温度大于部件规格，造成发电机漆包线绝缘耐压等问题，导致发电机不能正常输出。所以发电机部件温升情况同为特殊特性。

采用软件进行分析，设置发电机自身温度最高转速与客户端环境温度，进行全负载分析。通过分析计算，发电机风路有无明显涡流，散热是否正常。发电机部件的温度是否满足部件规格要求。确定温升指标安全性（图5）。

3.3.3 部件的强度设计

发电机在使用过程中，由于整车振动，造成发电机端盖疲劳断裂。直接影响客户使用。按照客户端台架及整车振动情况，采用软件进行端盖应力及频率分析，保证产品可靠性安全性。

3.3.4 装配性设计

部件公差按照产品过程能力采用标准均方根法方式计算累积公差。保证产品生产可性能和经济性。关注点包含端盖安装点到带轮槽的距离、挂脚间距、定转子对中，碳刷与集电环对中，风扇与端盖的间隙等安装尺寸。

3.4 产品验证

①性能：产品按照要求进行高低温性能试验，确认各转速性能满足设计目标要求。②温升测试：按照设定温度及转速进行全负载温升测试，确定各部件的温升值小于最高使用温度。③整车电平衡与客户协商按照整车用电需求标准，在实车工况下进行电平衡测试。推荐包含三种工况，怠速、城市模拟、高速情况，确保发电机输出可以满足各条件下用电使用要求。④DV验证。同时按照整体标准完成DV试验，各项试验通过后，发电机技术状态冻结，转入生产过程设计。

4  结论

这是编者工作中经过实践总结出新平台汽车发电机的开发方法及验证情况。当然这其中还有其他的小环节和更多的设计验证细节由于篇幅限制没能展示。希望编者的总结可以为后续开发人员提供一些帮助。

参考文献：

[1]胡光晖，主编.汽车电器设备构造与检修[M].机械工业出版社.

[2]何丹娅，主编.汽车电器与电子设备[M].人民交通出版社.

[3]王正茂，阎治安，崔新艺，苏少平，编著.电机学[M].西安交通大学出版社.

[4]陈世坤，主编.电机设计[M].西安交通大学.

[5]鲍国华，王群京，倪有源，李争.基于支持向基的汽车爪极发电机高效电磁建模分析[J].汽车工程，2006，28（2）：186-189.