车辆用混合励磁发电机的设计(附件)【字数：9337】
摘 要本文针对普通永磁同步发电机的输出电压不可调的缺点，对发电机结构进行了改进设计，最终提出一种新型的电机结构---混合励磁结构。这种结构的发电机有效的解决了普通电机磁场调节困难的问题。通过对比串联式和并联式混合励磁发电机的多种结构，即爪极式、径向式、和切向式几种结构方案，最终选择了两条磁路互不干扰并且解决了永磁体磁势强度不可变这一缺点的并联式切向混合励磁爪极式发电机结构。然后根据一般汽车的用电量来确定发电机各个额定数据，依此来计算出发电机各个基础参数。在阐述了混合励磁发电机的工作原理的基础上，对发电机转子中的永磁部分及电励磁部分分别进行设计计算，依据得到的参数对发电机进行三维实体建模。将转子部分设计完后，对发电机定子进行设计计算，依据所得参数对其进行了三维建模。最后再对发电机的其他部件端盖、散热器、带轮进行设计。本文所有的三维实体建模全部是在UG中进行建模，将所有的零部件建模完毕后进行装配，最终得到发电机的装配图和零件图。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2国内外混合励磁发电机研究现状 1
1.2.1国内混合励磁发电机发展现状 2
1.2.2国外混合励磁发电机发展现状 2
1.3本课题的主要研究任务 3
第二章 电机结构和原理 4
2.1电机总体结构的确定 4
2.2发电机基本参数的确定 5
2.3发电机工作原理 6
第三章 电机转子设计及参数的确定 9
3.1混合励磁发电机转子设计 9
3.2转子的电励磁结构 9
3.3转子中永磁体的确定 9
3.3.1辅助电励磁的确定 12
第四章 发电机定子的设计 16
4.1定子相关参数 16
4.2其他部件的设计 17
结束语 18
致 谢 19
参考文献 20
附录：发电机装配图 21
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
就目前来看，因为汽车行业的快速发展使得汽车行业隐隐成为了国家重点发展的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
行业。我国的现代汽车行业快速发展，与时代接轨。我国是一个人口大国因此也就奠定了我国在制造业和出口的地位，无论是交通运输还是正常公民的日常生活汽车都是不可或缺的。据最新统计分析，2016年110月，我国的汽车社会保有量有明显上升的趋势，我们假设以10%的维修和更换率，根据上述计算得出我国每年对汽车发电机的需求量在2.9千万台以上。从而，由此可见对汽车发电机的研究和优化是非常必要的[1][2]。
汽车发电机是为汽车上的车载用电设备的主要电力来源。在发动机正常运转时，发电机为所有用电设备（不包括起动机）提供电源[3]。目前，市场上大多数的汽车都是使用这两种类型发电机：电励磁发电机和永磁电机。对这两种类型的发电机的优缺点来说电励磁同步发电机能够通过调节励磁电流的大小和方向来改变磁场的强弱，所以从磁场调节的方面来说这种发电机具有永磁电机所没有的优点[4]。而另一款发电机永磁电机的磁场是由磁钢磁导所决定的基本是不变的，由于稀土永磁体的矫顽力非常高，所以使得永磁发电机中的磁场强度几乎保持恒定，所以磁场强度在调节方面存在极大的困难。同时，永磁材料对工作温度的要求很高一旦温度不符合材料的特性将会影响负载的正常工作，因此，这些因素限制了发电机的发展。当然，与永磁电机同电励磁电机相比，这也具有一定的优点，例如体积小质量轻、能量效率高、结构简单。结合参考文献，考虑到电励磁同步发电机的许多优越性和永磁发电机的优点，尤其是在电压调节方面。所以，本文对车辆用混合励磁发电机进行了研究设计。
本文混合励磁发电机最大的优点就是将永磁发电机和电励磁发电机这两种发电机的各自明显的特点结合起来，与传统的汽车发电机比较，本文设计的混合励磁汽车发电机的突出特点是：
（1）发电机的怠速性能好，使汽车在怠速的情况下也能为汽车上的用电设备提供稳定的电压和电流；
（2）通过调节励磁电流来改变混合励磁发电机的输出电压。
（3）本文设计的混合励磁发电机采用了稀土永磁材料，保证了发电机的比功率能量高，转动力矩更大。
（4）混合励磁电机通过对构造的特殊设计，不断减小发电机在使用过程中的能量损耗，大大提高了发电机的效率[5]。
综上，相比于普通的电机来说，混合励磁电机解决了永磁体产生的励磁磁场不容易被改变导致永磁电机磁场不能被调整的问题。
1.2国内外混合励磁发电机研究现状
最先提出混合励磁电机这个概念的是一位美国学者。这种集合了永磁电机和电励磁电机两者的优点的新型发电机使国内外的学者都产生了极大的兴趣和热情。就目前这几年来看，各国学者对这种新型的发电机的参数设置、优化和控制等方面都进行了非常深入的研究，使其发展迅速。该种发电机综合了永磁和电励磁发电机的优点，是一种市场需求非常高的新型的汽车发电机[6]。
1.2.1国内混合励磁发电机发展现状
对于混合励磁发电机的设计研究，我国起步较晚，目前的发展水平还不是非常高。下面是几个比较有所研究成果的例子：
（1）沈阳工业大学的唐任远、金万兵等人研究的混合励磁永磁同步发电机，这种电机将磁场分为两部分组成：永磁体和电励磁绕组产生的磁场[7][8]。电机的定子安装了给磁场提供通道的背轭，这种背轭安装在定子的外部同时也可以作为电机的外壳使用。转子是由永磁体和电励磁绕组组合而成的[9]。
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图12混合励磁永磁同步发电机的结构
混合励磁永磁同步发电机的轴向剖面图 b）混合励磁永磁同步发电机的转子结构
（2）湖南大学利用高速输入口HSL.O来获得交流输出的频率，但这种方案结构比较复杂，而且使用制造成本也相比于其他发电机比较高[10]。
（3）通过查阅参考文献，合肥工业大学提出爪极式混合励磁发电机方案，分析了该结构发电机的各部分磁场[11][12]。这种发电机使用效率低，电动机稳定性比较差，容易发生故障。
1.2.2国外混合励磁发电机发展现状
而国外很多国家则在早年就已经使用了大量的人力物力来研究汽车混合励磁发电机，并且也获得了客观的成果。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2国内外混合励磁发电机研究现状 1
1.2.1国内混合励磁发电机发展现状 2
1.2.2国外混合励磁发电机发展现状 2
1.3本课题的主要研究任务 3
第二章 电机结构和原理 4
2.1电机总体结构的确定 4
2.2发电机基本参数的确定 5
2.3发电机工作原理 6
第三章 电机转子设计及参数的确定 9
3.1混合励磁发电机转子设计 9
3.2转子的电励磁结构 9
3.3转子中永磁体的确定 9
3.3.1辅助电励磁的确定 12
第四章 发电机定子的设计 16
4.1定子相关参数 16
4.2其他部件的设计 17
结束语 18
致 谢 19
参考文献 20
附录：发电机装配图 21
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
就目前来看，因为汽车行业的快速发展使得汽车行业隐隐成为了国家重点发展的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
行业。我国的现代汽车行业快速发展，与时代接轨。我国是一个人口大国因此也就奠定了我国在制造业和出口的地位，无论是交通运输还是正常公民的日常生活汽车都是不可或缺的。据最新统计分析，2016年110月，我国的汽车社会保有量有明显上升的趋势，我们假设以10%的维修和更换率，根据上述计算得出我国每年对汽车发电机的需求量在2.9千万台以上。从而，由此可见对汽车发电机的研究和优化是非常必要的[1][2]。
汽车发电机是为汽车上的车载用电设备的主要电力来源。在发动机正常运转时，发电机为所有用电设备（不包括起动机）提供电源[3]。目前，市场上大多数的汽车都是使用这两种类型发电机：电励磁发电机和永磁电机。对这两种类型的发电机的优缺点来说电励磁同步发电机能够通过调节励磁电流的大小和方向来改变磁场的强弱，所以从磁场调节的方面来说这种发电机具有永磁电机所没有的优点[4]。而另一款发电机永磁电机的磁场是由磁钢磁导所决定的基本是不变的，由于稀土永磁体的矫顽力非常高，所以使得永磁发电机中的磁场强度几乎保持恒定，所以磁场强度在调节方面存在极大的困难。同时，永磁材料对工作温度的要求很高一旦温度不符合材料的特性将会影响负载的正常工作，因此，这些因素限制了发电机的发展。当然，与永磁电机同电励磁电机相比，这也具有一定的优点，例如体积小质量轻、能量效率高、结构简单。结合参考文献，考虑到电励磁同步发电机的许多优越性和永磁发电机的优点，尤其是在电压调节方面。所以，本文对车辆用混合励磁发电机进行了研究设计。
本文混合励磁发电机最大的优点就是将永磁发电机和电励磁发电机这两种发电机的各自明显的特点结合起来，与传统的汽车发电机比较，本文设计的混合励磁汽车发电机的突出特点是：
（1）发电机的怠速性能好，使汽车在怠速的情况下也能为汽车上的用电设备提供稳定的电压和电流；
（2）通过调节励磁电流来改变混合励磁发电机的输出电压。
（3）本文设计的混合励磁发电机采用了稀土永磁材料，保证了发电机的比功率能量高，转动力矩更大。
（4）混合励磁电机通过对构造的特殊设计，不断减小发电机在使用过程中的能量损耗，大大提高了发电机的效率[5]。
综上，相比于普通的电机来说，混合励磁电机解决了永磁体产生的励磁磁场不容易被改变导致永磁电机磁场不能被调整的问题。
1.2国内外混合励磁发电机研究现状
最先提出混合励磁电机这个概念的是一位美国学者。这种集合了永磁电机和电励磁电机两者的优点的新型发电机使国内外的学者都产生了极大的兴趣和热情。就目前这几年来看，各国学者对这种新型的发电机的参数设置、优化和控制等方面都进行了非常深入的研究，使其发展迅速。该种发电机综合了永磁和电励磁发电机的优点，是一种市场需求非常高的新型的汽车发电机[6]。
1.2.1国内混合励磁发电机发展现状
对于混合励磁发电机的设计研究，我国起步较晚，目前的发展水平还不是非常高。下面是几个比较有所研究成果的例子：
（1）沈阳工业大学的唐任远、金万兵等人研究的混合励磁永磁同步发电机，这种电机将磁场分为两部分组成：永磁体和电励磁绕组产生的磁场[7][8]。电机的定子安装了给磁场提供通道的背轭，这种背轭安装在定子的外部同时也可以作为电机的外壳使用。转子是由永磁体和电励磁绕组组合而成的[9]。
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图12混合励磁永磁同步发电机的结构
混合励磁永磁同步发电机的轴向剖面图 b）混合励磁永磁同步发电机的转子结构
（2）湖南大学利用高速输入口HSL.O来获得交流输出的频率，但这种方案结构比较复杂，而且使用制造成本也相比于其他发电机比较高[10]。
（3）通过查阅参考文献，合肥工业大学提出爪极式混合励磁发电机方案，分析了该结构发电机的各部分磁场[11][12]。这种发电机使用效率低，电动机稳定性比较差，容易发生故障。
1.2.2国外混合励磁发电机发展现状
而国外很多国家则在早年就已经使用了大量的人力物力来研究汽车混合励磁发电机，并且也获得了客观的成果。
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