永磁汽車(chē)起動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)
胡廣振 (鞍山鋼鐵學(xué)院114002)
齊慧彬 陳義成 （沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)）
1引 言
隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，對(duì)汽車(chē)起動(dòng)機(jī)提出了體積小、重量輕、功率大的要求，推動(dòng)了永磁起動(dòng)機(jī)發(fā)展。利用永磁材料作磁極，代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車(chē)起動(dòng)中的磁場(chǎng)繞組和磁極鐵心制成永磁起動(dòng)機(jī)，節(jié)省了銅和鐵；永磁體的體積較原來(lái)磁極所占位置小，減小了徑向尺寸；同樣的輸出特性，體積和重量可減少百分之30以上；或者同樣的體積和重量時(shí)，輸出功率可提高百分之50左右；比功率（功率／重量）提高了百分之30～50；在同樣溫升的條件下允許的輸出功率較大，效率亦提高。因沒(méi)有磁場(chǎng)繞組，電感量減少，可改善換向性能，防止由換向火花產(chǎn)生的高頻干擾。
目前，國(guó)內(nèi)起動(dòng)機(jī)制造廠在設(shè)計(jì)起動(dòng)機(jī)時(shí)，大都沿用普通直流電動(dòng)機(jī)的電磁設(shè)計(jì)程序，這不僅不能體現(xiàn)汽車(chē)起動(dòng)的技術(shù)要求和工作特點(diǎn)，而且造成一些重要參數(shù)取值不當(dāng)，計(jì)算結(jié)果很不準(zhǔn)確。對(duì)于永磁起動(dòng)機(jī)，有些工廠在試制時(shí)，不僅無(wú)完整的理論，也無(wú)經(jīng)驗(yàn)，一般是照搬仿制。當(dāng)國(guó)產(chǎn)材料達(dá)不到進(jìn)口電機(jī)材料要求時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一系列的困難。本文在幾神永磁汽車(chē)起動(dòng)機(jī)研制的基礎(chǔ)上，對(duì)其設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了探討。
2汽車(chē)起動(dòng)機(jī)的工作特點(diǎn)
汽車(chē)起動(dòng)機(jī)是在汽車(chē)起動(dòng)瞬間，僅僅工作幾秒至十幾秒的短時(shí)工作電機(jī)。在部標(biāo)jb2741-80中明確規(guī)定了起動(dòng)機(jī)的定額為短時(shí)定額制，不超過(guò)0. 2min (12s)，其主要作用是起動(dòng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中要克服發(fā)動(dòng)機(jī)的阻力矩，并達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速，以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火要求。除此之外，還要能在惡劣環(huán)境下運(yùn)行，保證較高的使用次數(shù)。做到體積小、重量輕，適合汽車(chē)的發(fā)展需要。為此，在電磁設(shè)計(jì)中要準(zhǔn)確計(jì)算出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率隨電流變化的起動(dòng)特性曲線。特別是起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火時(shí)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩尤為重要。
3 起動(dòng)機(jī)電壓的選取
連續(xù)工作制直流電動(dòng)機(jī)的電磁設(shè)計(jì)是以恒定電源電壓為前提的，一般不考慮電源與電動(dòng)機(jī)間連接導(dǎo)線的電壓降。汽車(chē)起動(dòng)機(jī)以蓄電池供電，在起動(dòng)時(shí)輸出低電壓大電流，隨著輸出電流的變化，加在起動(dòng)機(jī)兩端的電壓也在變化，從制動(dòng)到空載，起動(dòng)機(jī)兩端的電壓可相差1倍以上。因此，設(shè)計(jì)汽車(chē)起動(dòng)機(jī)應(yīng)以給定電源的伏安特性為依據(jù)，充分考慮蓄電池的內(nèi)阻和線路壓降，排除一切間接計(jì)算伏安特性的方法。
當(dāng)起動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)的檢查以足夠容量昀直流發(fā)電機(jī)組為電源供電時(shí)，施加到起動(dòng)機(jī)上的端電壓應(yīng)符合下列伏安特性計(jì)算公式。
4 制動(dòng)電流與額定電流的計(jì)算
永磁起動(dòng)機(jī)的等效電路如圖1所示。
忽略電磁開(kāi)關(guān)的影響時(shí)，可列寫(xiě)起動(dòng)過(guò)程的動(dòng)態(tài)方程為：
求解式(2)與(3)可得起動(dòng)機(jī)的工作特性，但式(2)與(3)和氣隙磁通甌有關(guān)，而馥又與電樞電流有關(guān)，故是一非線性方程組，根據(jù)起動(dòng)機(jī)的工作特點(diǎn)可采用近似方法求解，即把整個(gè)起動(dòng)過(guò)程看作是由不同的轉(zhuǎn)速下的穩(wěn)態(tài)情況構(gòu)成的。由此，電流為：
由式(1)求得。根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，起動(dòng)機(jī)的****功率定義為額定功率，由等效電路可推得：
5氣隙磁通與性能計(jì)算
永磁起動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)是永磁體提供的，氣隙磁通的大小與起動(dòng)機(jī)的工作特性密切相關(guān)。永磁體向外磁路提供的磁勢(shì)不僅與本身的技術(shù)參數(shù)有關(guān)，而且與外磁導(dǎo)和電樞反應(yīng)磁勢(shì)有關(guān)。普通串激式起動(dòng)機(jī)在制動(dòng)時(shí)是高度飽和的，氣隙磁通受電樞 |
