蘭 鎮(zhèn)，徐曉玲

（上海法雷奧汽車電器系統(tǒng)有限公司，上海 201201）

發(fā)電機是整車不可分割的組成部分，它在正常工作時，對車內的用電設備供電，并向蓄電池充電，以補充蓄電池在使用中消耗的電能。汽車發(fā)電機集高技術、高難度于一身，是保證汽車迅速可靠起動和正常運行至關重要的產品，是體現汽車技術的標志之一［1］。汽車技術的發(fā)展日新月異，在節(jié)能降噪、減排等方面的要求越來越高，同時新能源技術迅猛發(fā)展，純電動、油電混動、BSG等技術層出不窮。這對發(fā)電機的發(fā)展既是機會又是挑戰(zhàn)，想在競爭的浪潮中立于不敗之地，需要的是不斷地創(chuàng)新和適應市場的靈活策略。

1 緒論

發(fā)電機是發(fā)動機前端驅動系統(tǒng)的一部分，通過轉子軸和皮帶輪形成輪系中的一個轉動節(jié)點，與曲軸、空調壓縮機、水泵等相連 （圖1），將發(fā)動機的動能轉化為電能，給整車電氣負載提供電流，并給蓄電池充電。

追溯到上世紀90年代開始上海汽車電器總廠與法國共同投資成立的“上海法雷奧”汽車電器系統(tǒng)有限公司，開始制造具有當時領先水平的雙風扇發(fā)電機，使中國的汽車發(fā)電機與世界水平處在同一起跑線上。直至現在，上海法雷奧仍然是中國發(fā)電機技術和市場的領跑者。

隨著整車技術日新月異的發(fā)展，對發(fā)電機的要求也日益增高：首先對于傳統(tǒng)的發(fā)電機，整車要求更大電量、更智能的控制策略和更可靠的品質；其次在電動化的大趨勢下，必須緊跟其步伐，開發(fā)適配于微混、中混甚至純電動車的電機，搶占電動車市場的發(fā)電機份額。

圖1 發(fā)電機在輪系中示意圖

2 整車對發(fā)電機的關注點

2.1 法雷奧發(fā)電機的簡單分類

法雷奧的發(fā)電機基于結構的不斷進化和技術的進步在以下幾個方面不斷改進和發(fā)展。

發(fā)電機的類型：早期的JFZ、SG系列電機，體積大、效率低。發(fā)展到中堅力量TG、FGN系列電機，其中TG電機采用了灌膠技術，將定子和前端蓋粘合，起到減振降噪作用，應用廣泛；FGN電機是代表法雷奧成熟技術實力的六相電機，其定子設計為72槽 （圖2），整流電路由正負各6只二極管組成，大大提高了電機的發(fā)電量和整流效率。與此同時由于六相電機的相位抵消作用，使得FGN的電機噪音遠優(yōu)于三相電機，達到國內的領先水平，同時效率達到70%以上，發(fā)電范圍、適用的車型更廣，深受整車廠歡迎。

法雷奧并沒有滿足于現有的成熟產品，在電機的廣度和深度上也不斷擴充：EG電機是近幾年開發(fā)的高智能電機，采用了獨特的Mosfet集成電路板整流，歷史性地將傳統(tǒng)電機的效率提高到80%以上，使上海法雷奧在國際發(fā)電機領域進入一流水準行列。

圖2 FGN定子繞嵌線 （72槽）

上海法雷奧在引進國外先進技術的同時，也在努力打破法國的技術壟斷。 NRG11、NRG12兩個平臺是具有代表性的具有自主產權的電機平臺。其低成本、小體積的特點更適合國內市場，滿足了其排放要求、降低油耗和舒適化駕駛等環(huán)保要求。這是發(fā)電機國產化的重要的嘗試，為平臺本身的開發(fā)，以及平臺向外拓展提供了堅實的基礎和強勁的動力。

2.2 整車關注點介紹

發(fā)電機制造商作為整車的一級供應商，一切產品和服務都要以整車為中心，各種技術創(chuàng)新必須以整車需求為基礎。結合電機在整車上的應用和積累客戶的反饋經驗，總結了下面幾條客戶關注的要素并加以介紹。

2.2.1 噪音

噪音問題放在首位，說明噪音在整車中的重要地位，它是乘用車駕駛員的最直觀的感受［2］。耳朵對于頻率十分敏感，不同相數的電機在對應階次的噪音是我們研究的對象。發(fā)電機噪音由電磁噪音、風噪和機械噪音組成，主要是前兩種合成而來。

電磁噪音是發(fā)電機感應磁場的旋轉，定子漆包線切割磁感線等動作產生的電磁類噪音，是一類比較復雜的噪音，形成示意如圖3所示。磁極的形狀、厚度，轉子軸的剛度、平衡度，定子的壓裝工藝等均能對其產生影響。

風噪是空氣流動產生的噪音，轉子和風葉的轉動配合發(fā)電機殼體和罩蓋上的散熱窗口，使得發(fā)電機在工作的時候內外產生空氣流動形成噪音，形成示意如圖4所示。影響它的直接因素有風葉、散熱窗口的數量和形狀，間接因素有轉子極爪形狀、定子繞嵌線工藝等。

除了上述所提，發(fā)電機噪音還包括一些機械噪音，比如軸承轉動、碳刷與軸的摩擦產生的噪音等，在風噪和電磁噪音背景下機械噪音經常被忽略處理。所以，確定好階次后，風噪與電磁噪音組成了發(fā)電機的整體噪音，如圖5所示。

圖3 電磁噪音形成示意

圖4 風噪形成示意

圖5 噪音合成示意

2.2.2 尺寸和質量

隨著緊湊化和輕量化的發(fā)展，整車發(fā)動機艙的布置越來越緊湊，驅使發(fā)電機朝小型化，輕質化發(fā)展。設計和工藝是電機能否實現“瘦身”的關鍵因素，小型化實質上是提高發(fā)電機的單位發(fā)電密度，比如改善定子繞嵌線工藝、采用扁銅線增加槽滿率、增加轉子磁條、提高勵磁密度等，然后通過設計的標準化來確保同平臺尺寸的一致性。

上海法雷奧的發(fā)電機一直朝著更小更優(yōu)的方向發(fā)展，較早風葉外置的JFZ，體形較大的SG平臺電機，主要是從滿足整車用電量的角度考慮設計。第3代TG電機，通過改進繞嵌線工藝，提高槽滿率，并在轉子上加以改進，能夠在與SG平臺相比尺寸變化不大的情況下大大提高發(fā)電量。到第4代FGN電機，進行了大量的設計改進和創(chuàng)新，例如增加轉子永磁體，增大了發(fā)電磁場 （圖6）；定子從36槽升級為72槽，使得單位發(fā)電量大大增加；整流電路采用了正負各6只二極管，提升了交轉直的效率。

通過以上3個因素，FGN電機將質量和尺寸大大減少。在與TG平臺電機同樣大小和質量的前提下，發(fā)電量輸出增加了30～50A，在國內處于領先地位。EG平臺電機通過其極高的轉換效率，使得電機在尺寸適量增加的基礎上發(fā)電量提升到200A以上，得到了很多高端車型的好評。

2.2.3 性能和效率

圖6 “磁條”轉子

性能和效率是發(fā)電機開發(fā)中最基礎的要求之一，隨著發(fā)電機技術的發(fā)展，大多數發(fā)電機生產商已經基本可以滿足大多數整車的用電需求，故性能和效率已經不是整車廠優(yōu)先考慮的因素，從側面也反映了國內發(fā)電機技術的成熟發(fā)展。

法雷奧的各個平臺的發(fā)電機構成了從90A到250A發(fā)電范圍的產品網，發(fā)電效率也在不斷提升，這與電氣技術的發(fā)展是密不可分的。比如整流電路的不斷進化，從普通二極管到雪崩二極管，不但可以提高電流轉換效率，又能避免反向高電壓沖擊。EG平臺的Mosfet整流板采用了低損耗二極管將整流電路的壓降降低，與普通二極管壓降對比如圖7所示：將整個發(fā)電機的整流效率提升到80%以上。

圖7 Mosfet與普通二極管壓降對比

以上列舉的幾個要素為常見的整車關鍵需求，除此之外，對于發(fā)電機的控制策略、溫升表現、振動狀況、帶輪的選擇等也是整車匹配發(fā)電機時需要考慮的重要問題，將一款合適的發(fā)電機匹配到相應的整車上是一個系統(tǒng)性的工作［3］。

3 從傳統(tǒng)車到混合動力車

整車技術日新月異的發(fā)展對發(fā)電機提出了新要求：

隨著國家減少燃油排放的政策推進，輕混、中混、電動汽車成為熱點，發(fā)電機也扮演起了不一樣的角色。純電動車大多采用高壓驅動電機提供動力，已經蠶食了傳統(tǒng)發(fā)電機的一部分市場份額，所以必須在輕中混領域，抓住市場先機。

3.1 BSG領導者

在混和動力汽車的發(fā)展過程中，更大的功率要求和電能效率的要求使得我們向高電壓的方向發(fā)展。但電壓越高，成本越高 （圖8），48V系統(tǒng)是一種降低成本方法的優(yōu)化設計，是目前中低壓混動起發(fā)電機優(yōu)秀的解決方案。

圖8 動力總成成本隨電壓變化示意圖

BSG為48V混動車型應用的皮帶傳動起發(fā)電一體機，工作過程中能夠提供持續(xù)功率3～15kW、平均功率8kW的輸出，通過回收制動能量，提供扭矩助力等方式達到節(jié)油減排的效果。基于不同的發(fā)動機和車輛，能源存儲大小，不同的減速比，燃油經濟性可以達到13%～15%。

出于成本、集成和安全方面考慮，中國市場正快速推進48V BSG混動系統(tǒng)，據預測在2022年，48V的BSG將占到73%的輕度混合動力e-machines的應用市場，將有超過 400萬輛汽車配備48V混合動力技術?；?0多年的14V BSG（包括集成和分離逆變器）生產經驗和超過120萬的車輛匹配經驗，法雷奧正成為一個48V混動系統(tǒng)BSG領導者。

BSG之后非皮帶傳動混動方案將被用來進一步加強混動功能并降低油耗，而且法雷奧正研發(fā)用于純電動車的48V動力系統(tǒng)，該方案對于低成本電動車將極具吸引力。在上海技術體驗活動中法雷奧將領圖、寶駿以及知豆原來的驅動系統(tǒng)換成48V系統(tǒng)作為唯一的驅動源，汽車起步時有明顯的起步感、響應很快，在跑道上多次加速、制動時動力依然很靈敏，展示了 其48V動力總成系統(tǒng)對于純電動城市汽車的意義，也向世界顯示了其48V動力系統(tǒng)的巨大潛力。

3.2 展望

在汽車電子架構飛速發(fā)展的今天，抓住時代的脈搏，開發(fā)出符合市場需求的電機，是發(fā)電機制造廠商的重要競爭力所在。作為電機行業(yè)的從業(yè)者，我們必須保持前瞻的眼光、靈活的頭腦和與時俱進的策略，為行業(yè)的電氣化發(fā)展貢獻自己的一份力量。