作為汽車主電源的汽車發(fā)電機,，它的主要功能是在發(fā)動機正常轉(zhuǎn)速范圍以內(nèi)的時候，向汽車上的所有用電設(shè)備(除起動機外)進(jìn)行供電,，并且同時為蓄電池

充電,。爪極發(fā)電機是因為其爪極結(jié)構(gòu)而被稱為爪極發(fā)電機，如下圖2. 1所示,。爪極發(fā)電機機構(gòu)極弧系數(shù)高，因其爪極的結(jié)構(gòu)可以減小轉(zhuǎn)子的半徑,，縮小整個電機的體積,，降低電機的質(zhì)量。因此爪極發(fā)電機可以廣泛應(yīng)用于對電機所占空間和質(zhì)量有較高要求的車載發(fā)電系統(tǒng)

從電磁效果上分析,，爪極轉(zhuǎn)子做成直爪的效果會更好,，即上下等寬，這樣轉(zhuǎn)子出磁通的面積就會更大,，并且不易飽和,，但實際上爪極做成了上窄下寬的鳥嘴狀，如上圖2. 1所示,，主要有下面三個原因:

1)考慮到爪極發(fā)電機的高速時的安全性,，為保證機械應(yīng)力;

2)爪極轉(zhuǎn)子使得爪極的每一個截面上的磁通密度都均勻相等，保證了爪極發(fā)電機的磁阻和磁動勢最小;

3)為了在電樞繞組中獲得接近正弦波的電壓波形,。

爪極發(fā)電機結(jié)構(gòu)

爪極發(fā)電機由于其結(jié)構(gòu)的簡單,、制造成本的低廉以及結(jié)構(gòu)的可靠性,，使其廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域。但由于電刷和滑環(huán)的存在,，使得傳統(tǒng)的電勵磁爪極發(fā)電機輸出特性差,、效率不高以及噪聲大，因而己經(jīng)不能滿足人們對現(xiàn)代汽車使用性能的要求,。伴隨著社會的發(fā)展和進(jìn)步,，車載電子設(shè)備以及用電設(shè)備的持續(xù)增加，如何去提高汽車發(fā)電機的運行效率和輸出性能成為了汽車爪極發(fā)電機的一個重要研究發(fā)展方向,。爪極發(fā)電機的特殊結(jié)構(gòu)使其爪極轉(zhuǎn)子的漏磁通比較復(fù)雜,，漏磁系數(shù)較大，一般可以分為爪極轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)和外側(cè)漏磁通兩大部分,。內(nèi)側(cè)漏磁通主要有爪極兩斜面之間的漏磁通,、爪極兩側(cè)面之間的漏磁通等;外側(cè)的漏磁通主要有經(jīng)定子鐵心和兩爪極外端之間的漏磁通。

眾所周知,，目前市面上使用的電勵磁爪極發(fā)電機都存在著效率不高的缺點,，一臺汽車用硅整流發(fā)電機的效率大概只有50%，也就是說當(dāng)輸出為3500W的功率時,，就需要大概7000W的功率來驅(qū)動發(fā)電機,。更為糟糕的是，損耗掉的功率將轉(zhuǎn)化為熱量積聚發(fā)電機內(nèi)部,，并且汽車運行時的內(nèi)部發(fā)動機艙的溫度很高,，這將影響到發(fā)電機的使用壽命。為了使汽車用爪極發(fā)電機輸出功率更大,、效率更高,、產(chǎn)生的熱量更少，尤其是需要改善其低速下的輸出性能,。一般可以采用以下幾種方法:一是在發(fā)電機的四周裝上水套,，并與發(fā)動機冷卻系統(tǒng)相連，這樣做使得水套降低了發(fā)電機的升溫或冷卻的速度,，有利于提高發(fā)電機的使用壽命;一種是合理地設(shè)計爪極轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu),，通過改變爪極發(fā)電機的結(jié)構(gòu)參數(shù)來提高效率，減小漏磁;另一種是采用混合勵磁的結(jié)構(gòu),，通過在電機中加入永磁體,，達(dá)到減少漏磁，增加主磁通的目的,。

目前汽車用爪極發(fā)電機有以下三種類型[[23-24],

電勵磁爪極發(fā)電機

永磁爪極發(fā)電機

混合勵磁爪極發(fā)電機

圖2.2} 2.4別為三種發(fā)電機結(jié)構(gòu)示意圖,，圖中黃色物體為永磁體。電勵磁爪極發(fā)電機和永磁爪極發(fā)電機的定子結(jié)構(gòu)基本相同,，兩者主要區(qū)別在轉(zhuǎn)子方面:前者電機轉(zhuǎn)子具有電刷和滑環(huán),、直流勵磁繞組和爪極;后者是由兩個帶爪的法蘭盤和爪極之間的一個圓環(huán)形永磁體組成,，圓環(huán)形永磁體的充磁方向為軸向充磁，裝配時圓環(huán)形永磁體被夾在兩個法蘭盤中間,，相互錯開,，沿圓周均勻分布，使一個法蘭盤上的爪極都是N極,，另一個法蘭盤的爪S極,，沿氣隙表面正好形成多對極磁場;混合勵磁爪極發(fā)電機的轉(zhuǎn)子則同時具有電勵磁和永磁勵磁，兩個磁場相互疊加,，氣隙磁場得以加強,，因而可以地顯著提高發(fā)電機低速時的輸出電壓。

電勵磁爪極發(fā)電機是目前使用最廣泛的汽車發(fā)電機,。它在電勵磁線圈中通入直流電流從而產(chǎn)生軸向的磁通,，依靠法蘭盤和爪極磁扼的作用轉(zhuǎn)換為徑向磁通，再經(jīng)過氣隙,、定子,、重新回到轉(zhuǎn)子上面。電勵磁爪極發(fā)電機通過調(diào)節(jié)勵磁電流控制氣隙磁通,，用以滿足變負(fù)載運行時的恒壓供電,。目前大多的電勵磁爪極發(fā)電機都采用三相橋式全波整流電路，整流器由六只硅二極管組成,。汽車用發(fā)電機運行時隨著汽車轉(zhuǎn)速的變化而變化,，并且車上用電設(shè)備均要求恒壓供電，所以當(dāng)發(fā)電機的電壓過高或者過低時,，用電設(shè)備不能正常運行,，因此一般的汽車用發(fā)電機都帶有一個電壓調(diào)節(jié)器，它的功能就是在轉(zhuǎn)速變化的情況下,，將發(fā)電機的輸出電壓限制在在某一個范圍內(nèi),。

永磁爪極發(fā)電機用永磁體勵磁代替電勵磁，可以省掉電刷和滑環(huán),，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)得以簡化，電機可靠性大大提高,，而且無勵磁和電刷摩擦損耗,，效率提高。然而永磁爪極發(fā)電機一旦勵磁出現(xiàn)故障,，發(fā)電機轉(zhuǎn)速較高時電壓會急劇上升,，存在安全隱患。

針對上述兩種電機所存在的問題,，采用混合勵磁爪極發(fā)電機是一個比較好的解決方案,?；旌蟿畲抛O發(fā)電機相比于傳統(tǒng)的電勵磁爪極發(fā)電機，它通過增加了永磁勵磁來提高了氣隙磁場,，可以較好改善發(fā)電機的低速和效率性能;與永磁爪極發(fā)電機相比,，混合勵磁爪極發(fā)電機具有電勵磁功能，可以提高發(fā)電機的電壓調(diào)節(jié)能力,。因此,，混合勵磁爪極發(fā)電機克服了電勵磁爪極發(fā)電機和永磁爪極發(fā)電機的各自的主要缺點，同時又集合了這二種電機的優(yōu)點,，可謂揚長避短,，是一種極具發(fā)展前景的汽車交流發(fā)電機。

采用了永磁勵磁和電勵磁相結(jié)合的方式的混合勵磁爪極發(fā)電機,，兼有了永磁發(fā)電機和電勵磁發(fā)電機的優(yōu)點,。混合勵磁式的爪極發(fā)電機結(jié)構(gòu),，不僅解決了永磁發(fā)電機的氣隙磁場難以調(diào)節(jié)的缺點,，而且通過對調(diào)節(jié)勵磁繞組上的直流電流，可以實現(xiàn)在轉(zhuǎn)速及負(fù)載變化的范圍里,，滿足恒壓供電的技術(shù)要求,。而相對于電勵磁爪極發(fā)電機，通過添加永磁體可以有效地改善電勵磁爪極發(fā)電機輸出特性差,、效率低等不足,。

混合勵磁爪極發(fā)電機一般由定子總成、爪極轉(zhuǎn)子,、硅整流器,、前后端蓋、電刷,、風(fēng)扇及皮帶輪等組成,。

有刷的混合勵磁爪極發(fā)電機定子由定子鐵心、三相對稱的電樞繞組組成,，如下圖2.5示,。定子鐵心由內(nèi)圈帶槽的硅鋼片疊成，定子片由電工薄鋼板沖制而成,，定子片兩側(cè)涂絕緣漆或者氧化處理以防磁損失,。

定子槽內(nèi)嵌入三相對稱的定子繞組，繞組有星型和三角形兩種接法,，一般采用星型聯(lián)接,。三相繞組線圈的繞法應(yīng)當(dāng)遵循以下的原則:

1)每相繞組的線圈個數(shù)和每個線圈的匝數(shù)完全相等，線圈節(jié)距相等;

2)每個線圈的兩個有效邊應(yīng)相隔180。電角度;

3)三相繞組首端應(yīng)相隔120,。電角度,。

爪極轉(zhuǎn)子主要由兩塊爪極、勵磁繞組,、磁扼,、永磁體、滑環(huán)以及轉(zhuǎn)子軸組成,，如下圖2. 6.

兩塊爪極壓裝在轉(zhuǎn)子軸上,，兩塊爪極的空腔上裝有磁扼，勵磁繞組套在磁扼上,。勵磁繞組的兩根引出線與銅環(huán)相連,，其表面光滑平整，以滿足轉(zhuǎn)子高速運行的要求,。而在爪極爪子上增加永磁體,，永磁體和電勵磁繞組形成并聯(lián)磁路。當(dāng)勵磁繞組通電時,，勵磁電流就會產(chǎn)生軸向的磁通,，使得爪極被磁化為相互交錯的N,S極。而永磁體被加在兩塊爪極斜面之間,，充磁方向為切向,，這樣它不僅僅增加了主磁通，還非常有效地減少了爪極之間的漏磁,。

硅整流器一般是由多個硅二極管和定子三相繞組連接而成為橋式全波式整流電路,。

前后端蓋均由欽合金鑄造而成，漏磁少,、重量輕,、散熱性能好。在后端蓋上裝有電刷,、電刷架及電刷彈簧等,。

待續(xù)