唐磊

摘要：本文針對車用交流發(fā)電機(jī)新平臺產(chǎn)品的開展過程展開了詳細(xì)的論述，首先，對車用交流發(fā)電機(jī)在開發(fā)過程中遇到的問題進(jìn)行進(jìn)行了簡單的分析，然后在對發(fā)電機(jī)工作原理充分了解的基礎(chǔ)上，提出了新平臺汽車發(fā)電機(jī)按照明確需求、確定關(guān)鍵項、產(chǎn)品設(shè)計、實驗驗證的開發(fā)過程，以供參考。

Abstract： This paper discusses in detail the development process of the new platform product of vehicle alternator. Firstly， it makes a simple analysis on the problems encountered in the development process of vehicle alternator， and then on the basis of a full understanding of the working principle of the generator， it puts forward that the new platform vehicle alternator according to the clear requirements， determination of key items， product design Experimental verification of the development process for reference.

關(guān)鍵詞：交流發(fā)電機(jī);新平臺;開發(fā)過程

Key words： alternator;new platform;development process

中圖分類號：U472.43? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）20-0037-03

1? 車用交流發(fā)電機(jī)在開發(fā)過程中遇到的問題

人們對汽車的用電器有了越來越多的要求，各汽車廠商為了適應(yīng)市場和顧客的需求，將越來越多的電子產(chǎn)品應(yīng)用于汽車上，使汽車的電子化程度越來越高，用電量越來越大。同時關(guān)于發(fā)電機(jī)質(zhì)量可靠性要求也逐步升高。開發(fā)周期短，產(chǎn)品迭代率快。開發(fā)產(chǎn)品不匹配，產(chǎn)品使用過程失效都成為國內(nèi)外許多發(fā)電機(jī)生產(chǎn)家面臨的問題。

2? 發(fā)電機(jī)工作原理

轉(zhuǎn)子繞組通入直流勵磁電流產(chǎn)生磁場，發(fā)動機(jī)皮帶拖動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，定子上的繞組切割轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場，在定子繞組中產(chǎn)生交流電，通過整流器整流輸出直流電壓，發(fā)電機(jī)輸出電壓受電子調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)，使發(fā)電機(jī)輸出電壓控制在額定值之內(nèi)。其工作的電氣原理如圖1所示。

3? 問題解決辦法

本人在開發(fā)新平臺發(fā)電機(jī)時，通過4步驟的方式進(jìn)行開發(fā)，保證了產(chǎn)品順利開發(fā)批產(chǎn)。售后表現(xiàn)良好。在此將新平臺發(fā)電機(jī)開發(fā)中的步驟和開發(fā)過程予以分享。①明確發(fā)電機(jī)需求功能。②發(fā)電機(jī)關(guān)鍵特性識別。③按照功能需求進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計。④產(chǎn)品設(shè)計驗證。

3.1 明確發(fā)電機(jī)需求功能

在設(shè)計產(chǎn)品之初，首先要明確計劃輸出什么樣的產(chǎn)品 產(chǎn)品邊界框圖可以幫助設(shè)計者明確需求。產(chǎn)品邊界圖，用于分析范圍內(nèi)的組件和零件及其接口，以及與客戶，制造商，服務(wù)商等外部接口，并通過邊界圖展示產(chǎn)品各系統(tǒng)元素之間的物理和邏輯關(guān)系。包含電傳輸、物理接觸、能量傳遞、信息交換、材料轉(zhuǎn)換等關(guān)系（圖2）。之后將部件間相關(guān)量化控制進(jìn)行傳遞，形成產(chǎn)品特性矩陣，包含電阻、扭矩、平面度等控制點。保證部件間的關(guān)聯(lián)特性不遺漏，不出現(xiàn)傳遞錯誤。最終保證產(chǎn)品功能性、可靠性。

3.2 發(fā)電機(jī)關(guān)鍵鐵性識別

結(jié)合客戶要求及企業(yè)自身經(jīng)驗總結(jié)，將客戶關(guān)注項目以及生產(chǎn)廠的不易控制項進(jìn)行識別。采用專用符號標(biāo)出，對直接影響產(chǎn)品匹配和性能的指標(biāo)識別出關(guān)鍵項目。對于關(guān)鍵項目部件進(jìn)行特殊管控，100%檢測或者滿足過程能力，提高產(chǎn)品一致性，降低不良損失（圖3）。通過特性排查，篩選出諸多新產(chǎn)品開發(fā)關(guān)鍵特性，例如電性能、部件溫度、裝配、部件強(qiáng)度等等。

3.3 按照功能需求進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計

根據(jù)識別出的顧客關(guān)鍵需求和內(nèi)部經(jīng)驗，對于關(guān)鍵項進(jìn)行設(shè)計及驗證。

3.3.1 部件電性相關(guān)設(shè)計

客戶關(guān)于產(chǎn)品性能輸出，空間尺寸的要求，必須滿足，此為關(guān)鍵特性，否則會出現(xiàn)汽車電池嚴(yán)重饋電，最終用電器無法使用情況。這里定子可選用多槽定子，爪極極間選配磁鋼，減少極間漏磁方式進(jìn)行設(shè)計（圖4），以保證發(fā)電機(jī)外部尺寸，同時滿足高輸出的性能要求。

同時定子轉(zhuǎn)子間的間隙參數(shù)，對于發(fā)電機(jī)廠家極其重要，同為關(guān)鍵特性，間隙減小，定轉(zhuǎn)子間磁阻減小，有效磁通大，繞組可以減少以控制成本。但是同時過小的間隙，工藝性不易保證，在發(fā)電機(jī)極端轉(zhuǎn)速22000r/min時，爪極擴(kuò)張，易造成定轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)干涉，發(fā)電機(jī)過熱，繞組損壞情況。針對不同氣隙（0.2～0.4mm），可進(jìn)行磁通敏感度分析，利用ANSYS軟件尋找最優(yōu)方案，保證低磁阻設(shè)計時，可生產(chǎn)裝配性。

3.3.2 部件溫度設(shè)計

在極限使用工況，發(fā)電機(jī)部件溫度大于部件規(guī)格，造成發(fā)電機(jī)漆包線絕緣耐壓等問題，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)不能正常輸出。所以發(fā)電機(jī)部件溫升情況同為特殊特性。

采用軟件進(jìn)行分析，設(shè)置發(fā)電機(jī)自身溫度最高轉(zhuǎn)速與客戶端環(huán)境溫度，進(jìn)行全負(fù)載分析。通過分析計算，發(fā)電機(jī)風(fēng)路有無明顯渦流，散熱是否正常。發(fā)電機(jī)部件的溫度是否滿足部件規(guī)格要求。確定溫升指標(biāo)安全性（圖5）。

3.3.3 部件的強(qiáng)度設(shè)計

發(fā)電機(jī)在使用過程中，由于整車振動，造成發(fā)電機(jī)端蓋疲勞斷裂。直接影響客戶使用。按照客戶端臺架及整車振動情況，采用軟件進(jìn)行端蓋應(yīng)力及頻率分析，保證產(chǎn)品可靠性安全性。

3.3.4 裝配性設(shè)計

部件公差按照產(chǎn)品過程能力采用標(biāo)準(zhǔn)均方根法方式計算累積公差。保證產(chǎn)品生產(chǎn)可性能和經(jīng)濟(jì)性。關(guān)注點包含端蓋安裝點到帶輪槽的距離、掛腳間距、定轉(zhuǎn)子對中，碳刷與集電環(huán)對中，風(fēng)扇與端蓋的間隙等安裝尺寸。

3.4 產(chǎn)品驗證

①性能：產(chǎn)品按照要求進(jìn)行高低溫性能試驗，確認(rèn)各轉(zhuǎn)速性能滿足設(shè)計目標(biāo)要求。②溫升測試：按照設(shè)定溫度及轉(zhuǎn)速進(jìn)行全負(fù)載溫升測試，確定各部件的溫升值小于最高使用溫度。③整車電平衡與客戶協(xié)商按照整車用電需求標(biāo)準(zhǔn)，在實車工況下進(jìn)行電平衡測試。推薦包含三種工況，怠速、城市模擬、高速情況，確保發(fā)電機(jī)輸出可以滿足各條件下用電使用要求。④DV驗證。同時按照整體標(biāo)準(zhǔn)完成DV試驗，各項試驗通過后，發(fā)電機(jī)技術(shù)狀態(tài)凍結(jié)，轉(zhuǎn)入生產(chǎn)過程設(shè)計。

4? 結(jié)論

這是編者工作中經(jīng)過實踐總結(jié)出新平臺汽車發(fā)電機(jī)的開發(fā)方法及驗證情況。當(dāng)然這其中還有其他的小環(huán)節(jié)和更多的設(shè)計驗證細(xì)節(jié)由于篇幅限制沒能展示。希望編者的總結(jié)可以為后續(xù)開發(fā)人員提供一些幫助。

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