【摘 要】結合汽車振動能量回收發(fā)電懸架的技術要求，設計了懸架用永磁直流發(fā)電機，對發(fā)電機主要設計參數(shù)進行了計算，設計出的永磁直流發(fā)電機能夠滿足振動能量回收懸架的需要。

【關鍵詞】振動能量回收；發(fā)電懸架；發(fā)電機；設計

一、發(fā)電機的選擇

目前汽車常用的小型發(fā)電機主要有感應子發(fā)電機、電勵磁發(fā)電機和永磁發(fā)電機等，汽車振動能量回收發(fā)電懸架中的發(fā)電機工作在汽車的底部，是一個多塵的環(huán)境，此外由于路況的不同發(fā)電機的轉速變化頻繁。所以汽車振動能量回收發(fā)電懸架要求發(fā)電機耐塵能力強、轉子轉動慣量小，能量轉化效率高，可以選用永磁發(fā)電機。

二、永磁發(fā)電機主要參數(shù)計算

在進行發(fā)電機設計時，要確定發(fā)電機的額定工作轉速。額定轉速的確定，必須從發(fā)電機在整個轉速范圍內的效率以及最經(jīng)常工作的轉速區(qū)間來綜合考慮。相同容量的發(fā)電機，其體積和重量隨著轉速的降低近似成反比例增加，這不適合懸架發(fā)電機的要求，需要分析發(fā)電機的常在的工作轉速區(qū)間，既要充分考慮震動能量利用效率，又要考慮到發(fā)電機的體積重量及轉動慣性等性能。本文設計的懸架永磁發(fā)電機的額定轉速取為4000r/min，發(fā)電機的零電流轉速和最高轉速分別選為600r/min和5000r/min。永磁發(fā)電機輸出電壓范圍選擇在20～28.5±0.5V之間。經(jīng)過對目標車型所需振動阻尼功率的計算，發(fā)電機額定功率為400W。具體技術指標如下：輸出電壓為U=28V，輸出功率為PN=400W，額定轉速為NN=300r/min，輸出方式為直流，工作方式為斷續(xù)工作，工作溫度為-40℃～+80℃，零電流轉速為NZ=500r/min。

三、永磁材料的選擇

永磁材料經(jīng)過磁化后，無需要外加能量就能在其周圍空間建立磁場，結構簡單，運行可靠，損耗少，效率高，發(fā)電機的尺寸和形狀受永磁材料的影響較大。常用的永磁材料有三種：鋁鎳鈷材料、鐵氧體材料、稀土材料，本設計選用NTP30H稀土釹鐵硼永磁材料，該材料的主要參數(shù)為：Br=1.12T，Hc=796 kA/m，（B·H）max=224 kJ/m3。因此該發(fā)電機轉子用釹鐵硼永磁材料。釹鐵硼永磁材料型號參數(shù)：釹鐵硼永磁材料牌號NTP-240，發(fā)電機工作溫度t=80℃，剩余磁通密度Br20（室溫20度），Br20=1.12T。釹鐵硼永磁材料工作溫度下的剩磁密度：B■=1+（t-20）■（1-■）B■，B■=1.04T，式中a■——B■的溫度系數(shù)a■=-0.12，IL——B■的不可逆損失率IL=0，釹鐵硼永磁材料的計算矯頑力為：Hc20=806.25KA/m，釹鐵硼永磁材料工作溫度下的計算矯頑力：Hc=1+（t-20）■（1-■）Hc20，Hc=748.2KA/m，釹鐵硼永磁材料相對回復磁導率：u■■=■×■=■■=■×■×10■，u■=1.1，式中u■為真空磁導率， u■=4π×10-7，釹鐵硼永磁材料在最高工作溫度時退磁曲線拐點位置：bk=0。

四、永磁體尺寸的確定

根據(jù)懸架發(fā)電機的性能參數(shù)及永磁材料的性能參數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗公式計算永磁體的體積：VM=225■×109mm3。式中，PN-發(fā)電機的額定功率，PN=400；σ0-漏磁系數(shù)，σ0=1.05；Kad-直軸電樞反應磁勢折合系數(shù)，Kad=■，ap-極弧系數(shù)，ap=0.75，Kad=0.38；KF-發(fā)電機短路時每極永磁體磁勢與直軸電樞反應磁勢，KF=■·■，其中，F(xiàn)MK-發(fā)電機短路狀態(tài)永磁體的磁勢，F(xiàn)adk-發(fā)電機短路狀態(tài)電樞反應磁勢，KF=1.1；Ku-電壓波形系數(shù)，K■=■-■sinφ■，U■-發(fā)電機額定相電壓，E■-空載感應電動勢，cosφ-功率因數(shù)，計算得Ku=0.07；f-發(fā)電機的頻率，f=■=■=400Hz；Kφ-波形系數(shù)，當磁場分布為正弦時Kφ=1.1，；C-最大磁能利用系數(shù)，C=4bm0hmk，bm0-發(fā)電機空載時磁感應強度標值，bm0=■，λn-外磁路合成磁導；hmk-發(fā)電機短路時矯頑力標么值hmk=■，fadk-三相穩(wěn)態(tài)短路時折合到轉子的直軸電樞反應磁勢的標么值。（BH）max-最大磁能積（BH）max=250KJ/m3。

本文通過對各種發(fā)電機性能的比較，選擇了適合汽車振動能量回收發(fā)電懸架的永磁發(fā)電機，確定了發(fā)電機的工作轉速范圍、額定功率、額定電壓等參數(shù)，為汽車振動能量回收發(fā)電懸架設計提供了一定的參考。

參 考 文 獻

[1]倪有源，李偉，鮑曉華，姜文東.42V汽車用永磁發(fā)電機的電磁設計[J].微特電機.2012（4）