摘 要:普通汽車發(fā)電機大多采用爪極式三相同步交流發(fā)電機，目前，交流發(fā)電機無論是在結(jié)構(gòu)設(shè)計、原材料使用，還是加工工藝和理論計算等各個方面都取得了很大程度的改進。結(jié)合具體的生產(chǎn)工藝對發(fā)電機定子設(shè)計進行探討。

0 、引言

       隨著國內(nèi)外汽車市場的發(fā)展和汽車技術(shù)的不斷進步，人們對汽車的使用性能也越來越關(guān)注，汽車上的用電設(shè)備和電子控制裝置也相應(yīng)地增加。一方面，發(fā)電機作為汽車的主要電源，在汽車正常運轉(zhuǎn)時為所有的用電設(shè)備供電。另一方面，它還要向車上的蓄電池充電，發(fā)電機的功率隨著車上用電設(shè)備的增加而增加。常見的汽車發(fā)電機可以分為交流發(fā)電機與直流發(fā)電機，而交流發(fā)電機因在許多方面都具有明顯的優(yōu)勢而成為主流。為了提高發(fā)動機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，發(fā)動機的主要部件與交流發(fā)電機相連接的支架一般都在發(fā)動機的主部件上，因此，要求發(fā)電機體積小，防震性能好，同時有較大的輸出功率，交流發(fā)電機的熱阻小，以便于抵御發(fā)動機室的不停升溫。爪極式交流發(fā)電機由于制造工藝簡單、生產(chǎn)成本較小而得到廣泛應(yīng)用。

1 、汽車發(fā)電機定子的工作原理及組成結(jié)構(gòu)

       每個廠家生產(chǎn)的汽車發(fā)電機定子幾乎都具有相同的結(jié)構(gòu)，一般由定子線圈、定子鐵芯、槽楔和槽絕緣等構(gòu)成。其中，定子是發(fā)電機靜止的部分，它的作用主要是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，為轉(zhuǎn)子產(chǎn)生交流電提供條件。汽車發(fā)電機的定子結(jié)構(gòu)主要由定子鐵芯、定子線圈、槽楔和槽絕緣組成。

1. 1 定子鐵芯

       定子鐵芯是構(gòu)成汽車發(fā)電機的主要部件，其作用是提供發(fā)電機勵磁回路和固定定子繞組，這樣的定子鐵芯一般采用導(dǎo)磁率較高、熱損耗較小、內(nèi)圈帶槽的硅鋼片疊壓而成，定子繞組的導(dǎo)線就鑲嵌在定子鐵芯的槽中。

1. 2 定子線圈

       定子線圈是通過發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生磁場，在定子上發(fā)生切割磁力線的動作以產(chǎn)生交變的電流，最后傳遞給整流橋。它一般有三相，表面包裹足長的高溫漆包線，常見的三相線圈一般采用星形接法或者大功率(三角形接法)，這兩種接法都能夠產(chǎn)生三相交流電。三相線圈必須按照一定的規(guī)則去繞制，以獲得相等的頻率和相等的幅值以及相位互差 120°的三相電動勢。

1. 3 槽楔

       槽楔一般由環(huán)氧樹脂層壓板裁定制作而成，它的作用就是封住槽口，壓緊絕緣線圈以及絕緣紙，防止線圈繞組松脫。

1. 4 槽絕緣

       槽絕緣一般采用聚酯薄膜絕緣復(fù)合箔制成，它的形狀類似于定子槽楔，這樣的槽絕緣紙片一般厚度為 0． 18 ～ 0． 25 mm。槽絕緣的作用就是保護線圈繞組，也可以作為附加的電絕緣層看待，對于發(fā)電機的整體絕緣性能有一定的影響。

2 、鐵芯電子采用帶狀材料

       傳統(tǒng)發(fā)電機的定子鐵芯采用沖壓成形的加工方法，這種加工工藝的原材料使用率僅有30%左右，常常造成很大的資源浪費。新型帶狀加工工藝是將原材料加工成一些帶狀的薄片，自動卷繞成形之后再利用疊壓和焊接工藝完成定子鐵芯的加工制作。這種新型的加工方法將原材料使用率提升至90%，而且更加便于實現(xiàn)鐵芯加工生產(chǎn)過程的自動化。我國安徽省的華鼎汽車零部件制造有限公司在制造汽車發(fā)電機的一系列產(chǎn)品中，采用了上述的工藝生產(chǎn)出來的定子鐵芯，不僅節(jié)約了大量的原材料，而且降低了生產(chǎn)成本。而且這些產(chǎn)品都具有較高的加工工藝和生產(chǎn)質(zhì)量，得到了配套廠江淮汽車的認可。

       卷繞加工的工藝過程:首先，將高速沖床沖制的齒形帶狀料從卷繞裝置的動壓盤與定壓盤之間送入;之后，依靠凸輪頂出的驅(qū)動銷帶動，通過成型的預(yù)制板的作用卷曲成形;最后，驅(qū)動銷越過凸輪自動退回，帶料由導(dǎo)出口導(dǎo)出，當卷繞的圈數(shù)增至產(chǎn)品要求時，自動切斷帶料完成整個加工過程。

3 、定子繞組自動嵌線技術(shù)

       由于汽車上的用電設(shè)備不斷增加，同步發(fā)電機的輸出電流也不斷增加，電子繞組的繞線直徑也需要相應(yīng)地加粗。傳統(tǒng)的人工嵌線將無法滿足這樣大電流的需求，也無法保證批量生產(chǎn)以及生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量。

       爪極式交流發(fā)電機目前主要有電勵磁以及混合勵磁兩種工藝結(jié)構(gòu)，發(fā)電機的主磁路由轉(zhuǎn)子磁軛、氣隙、爪極、定子齒和定子軛等構(gòu)成。當轉(zhuǎn)子開始運轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子磁場就會形成一種旋轉(zhuǎn)磁場，它可以不斷切割定子繞組，這樣繞組中就會感應(yīng)出相應(yīng)的交流電勢，產(chǎn)生交流電流以供發(fā)電。當發(fā)電機帶有較大負載時，繞組中產(chǎn)生的電流又感應(yīng)出電樞磁場，能夠?qū)D(zhuǎn)子磁場產(chǎn)生影響。在爪極式發(fā)電機的構(gòu)成要素中，定子繞組的結(jié)構(gòu)對發(fā)電機的體積與整體性能都影響深遠。大功率的汽車交流發(fā)電機具有低電壓和大電流的特點，為了減小發(fā)電機的體積，在最初設(shè)計定子繞組時，應(yīng)該考慮采取合適的辦法提高槽的利用率，減小端部的焊接空間，盡量減小電阻以及改善發(fā)電機的熱阻。

       現(xiàn)階段，大多數(shù)企業(yè)通過不斷地摸索，采用定子繞組自動嵌線技術(shù)，這項技術(shù)定子繞組的繞線與推入式嵌線相組合，完全可以克服上述的缺點與不足。一些企業(yè)制造了這樣的機器，最大程度上彌補了以上兩種繞線工藝的不足，擁有嵌線快速、質(zhì)量較高的優(yōu)勢，但同時需要較大的資金投入。其突出優(yōu)勢在于:①繞線與嵌線相統(tǒng)一。②繞線的端部較短，較其他類型的繞線工藝更加節(jié)約銅線。③工作效率有了較大提高，一般為人工繞線或者嵌線的十倍。④可以滿足小批量的多種品類產(chǎn)品生產(chǎn)。

       在目前銅價飛漲的市場行情下，僅此一項深入挖掘的技術(shù)就能使每臺發(fā)電機節(jié)約成本 3 元，同時也使發(fā)電機產(chǎn)品在國外市場更加具有競爭力。

4 、定子導(dǎo)線的絕緣設(shè)計

       發(fā)電機定子的繞組絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計對電機的整體性能以及合理性起著十分重要的作用，這將在一定程度上影響電機的容量系數(shù)、槽滿率、工作效率以及設(shè)備可靠性。在各個發(fā)電機制造廠設(shè)計定子繞組絕緣結(jié)構(gòu)時，大多投入了較多的人力和物力去研究開發(fā)更加先進、合理與可靠的絕緣結(jié)構(gòu)。多年來，我國的電機絕緣結(jié)構(gòu)研究主要集中在主絕緣材料和防暈材料及其結(jié)構(gòu)的研究上，而對導(dǎo)線絕緣材料及其結(jié)構(gòu)的研究投入較少。

       隨著發(fā)電機絕緣設(shè)計工作的深入研究，線圈的絕緣性能也在導(dǎo)線結(jié)構(gòu)、工藝水平、產(chǎn)品質(zhì)量等方面受到越來越多的限制。由于電機旋轉(zhuǎn)過程中勵磁繞組會出現(xiàn)交變的旋轉(zhuǎn)磁場，發(fā)電機定子內(nèi)部不同的位置上的繞組也將感應(yīng)出不同強度的電勢，同時在同一槽中處于不同位置的電磁線也將感應(yīng)出不同的電勢，

兩種電勢絕大部分時間都不會呈現(xiàn)相同的強度，這兩組相鄰的電磁線之間就會出現(xiàn)電勢差。電勢差的產(chǎn)生為線圈內(nèi)部電流產(chǎn)熱提供條件，相當部分的電能將通過導(dǎo)線的熱阻轉(zhuǎn)化為熱能擴散掉，這一部分的電能不僅沒能夠為汽車發(fā)電機提供有效的利用率，而且還為汽車發(fā)電機零部件提早老化帶來隱患。為了盡量消除發(fā)電機定子電磁線之間的這種電位差，減少定子線圈內(nèi)部渦流發(fā)熱帶走的電能損耗，對定子線圈的部分導(dǎo)線采用換位方式進行處理是企業(yè)十分明智的選擇。

5 、結(jié)語

       定子是汽車發(fā)電機的一個關(guān)鍵部件，定子線圈的合理設(shè)計以及成熟的制作工藝對定子繞組的質(zhì)量有重大的影響。只有充分了解定子繞組的制作工藝規(guī)范，才能盡量減少發(fā)電機本身的熱能損耗。通過采用日漸成熟的汽車發(fā)電機定子絕緣設(shè)計，能夠降低發(fā)電機運行過程中不必要的升溫，盡可能降低汽車發(fā)電機的損耗，提高發(fā)電機的使用效率，從而達到延長汽車使用壽命的目的。