車用交流發電機新平臺產品開發過程

唐磊

摘要：本文針對車用交流發電機新平臺產品的開展過程展開了詳細的論述，首先，對車用交流發電機在開發過程中遇到的問題進行進行了簡單的分析，然后在對發電機工作原理充分了解的基礎上，提出了新平臺汽車發電機按照明確需求、確定關鍵項、產品設計、實驗驗證的開發過程，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.

關鍵詞：交流發電機;新平臺;開發過程

Key words： alternator;new platform;development process

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

1? 車用交流發電機在開發過程中遇到的問題

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市場和顧客的需求，將越來越多的電子產品應用于汽車上，使汽車的電子化程度越來越高，用電量越來越大。同時關于發電機質量可靠性要求也逐步升高。開發周期短，產品迭代率快。開發產品不匹配，產品使用過程失效都成為國內外許多發電機生產家面臨的問題。

2? 發電機工作原理

轉子繞組通入直流勵磁電流產生磁場，發動機皮帶拖動發電機轉子轉動，定子上的繞組切割轉子產生的磁場，在定子繞組中產生交流電，通過整流器整流輸出直流電壓，發電機輸出電壓受電子調節器的調節，使發電機輸出電壓控制在額定值之內。其工作的電氣原理如圖1所示。

3? 問題解決辦法

本人在開發新平臺發電機時，通過4步驟的方式進行開發，保證了產品順利開發批產。售后表現良好。在此將新平臺發電機開發中的步驟和開發過程予以分享。①明確發電機需求功能。②發電機關鍵特性識別。③按照功能需求進行產品設計。④產品設計驗證。

3.1 明確發電機需求功能

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

3.2 發電機關鍵鐵性識別

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

3.3 按照功能需求進行產品設計

根據識別出的顧客關鍵需求和內部經驗，對于關鍵項進行設計及驗證。

3.3.1 部件電性相關設計

客戶關于產品性能輸出，空間尺寸的要求，必須滿足，此為關鍵特性，否則會出現汽車電池嚴重饋電，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行設計（圖4），以保證發電機外部尺寸，同時滿足高輸出的性能要求。

同時定子轉子間的間隙參數，對于發電機廠家極其重要，同為關鍵特性，間隙減小，定轉子間磁阻減小，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，在發電機極端轉速22000r/min時，爪極擴張，易造成定轉子旋轉干涉，發電機過熱，繞組損壞情況。針對不同氣隙（0.2～0.4mm），可進行磁通敏感度分析，利用ANSYS軟件尋找最優方案，保證低磁阻設計時，可生產裝配性。

3.3.2 部件溫度設計

在極限使用工況，發電機部件溫度大于部件規格，造成發電機漆包線絕緣耐壓等問題，導致發電機不能正常輸出。所以發電機部件溫升情況同為特殊特性。

采用軟件進行分析，設置發電機自身溫度最高轉速與客戶端環境溫度，進行全負載分析。通過分析計算，發電機風路有無明顯渦流，散熱是否正常。發電機部件的溫度是否滿足部件規格要求。確定溫升指標安全性（圖5）。

3.3.3 部件的強度設計

發電機在使用過程中，由于整車振動，造成發電機端蓋疲勞斷裂。直接影響客戶使用。按照客戶端臺架及整車振動情況，采用軟件進行端蓋應力及頻率分析，保證產品可靠性安全性。

3.3.4 裝配性設計

部件公差按照產品過程能力采用標準均方根法方式計算累積公差。保證產品生產可性能和經濟性。關注點包含端蓋安裝點到帶輪槽的距離、掛腳間距、定轉子對中，碳刷與集電環對中，風扇與端蓋的間隙等安裝尺寸。

3.4 產品驗證

①性能：產品按照要求進行高低溫性能試驗，確認各轉速性能滿足設計目標要求。②溫升測試：按照設定溫度及轉速進行全負載溫升測試，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商按照整車用電需求標準，在實車工況下進行電平衡測試。推薦包含三種工況，怠速、城市模擬、高速情況，確保發電機輸出可以滿足各條件下用電使用要求。④DV驗證。同時按照整體標準完成DV試驗，各項試驗通過后，發電機技術狀態凍結，轉入生產過程設計。

4? 結論

這是編者工作中經過實踐總結出新平臺汽車發電機的開發方法及驗證情況。當然這其中還有其他的小環節和更多的設計驗證細節由于篇幅限制沒能展示。希望編者的總結可以為后續開發人員提供一些幫助。

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