研究与交流 现代汽车电机的发展状况 燕来荣 湖北十堰东风汽车公司（442001） Vehicle-use Electrical Machines and Their Development Trend Yan Lairong Hubei Shiyan Dong Feng Auto Corporation 摘 要：根据现代汽车电机的广泛应用，详细地介 出功率大己成为汽车交流发电机的一个重要的 绍了汽车交流发电机、起动机、空调电机和门窗升降器 发展趋势。 电动机的功能和结构，并指出其未来的发展趋势。 多年的技术引进、合作和改造，使我国汽车 关键词：车用电机 结构原理 发展趋势 交流发电机的技术水平有较大的提高，与国外先 Abstract: According to the wide application of the 进水平的差距明显缩小。内装双风叶冷却结构 modern automobile electrical machines, the functions of the automobile alternator starter, air condition motor and doors 的紧凑型发电机已由不少企业进行国产化，为引 & window motor were introduced as well as the structural 进的车型配套供货。一批新工艺、新技术、新材 principle of them and future development trend. 料得到应用，提高了产品开发能力及技术含量， Keywords: Vehicle-use electrical machines Structural 有的产品已经达到了国际先进水平。新产品开发 principle Development trend 不断加强，开发周期明显缩短。行业内骨干企业 定量管理意识明显增强，绝大多数企业已通过 1 发电机 ISO9000质量认证，部分企业正在申请QS9000 和VDA6.1等国际先进的质量管理体系。 发电机是汽车的主要电源，其功用是在发动 机正常运转时，向所有用电设备（启动机除外）供 2 起动机 电，发电机可分为直流发电机和交流发电机，由 于后者的性能在许多方面优于前者，直流发电机 起动机用来起动发动机，是汽车的关键部 已被淘汰。目前，汽车都采用三相交流发电机， 件。现代汽车对起动机的要求是：体积小、重量 内部带有二极管整流电路，将交流电整流为直流 轻、性能可靠、功率大、寿命长。 电，所以，汽车交流发电机输出的是直流电。 起动机是一种带有开关、单向离合驱动装置 汽车发电机一般采用爪极式三相同步交流 和由蓄电池供电的直流电动机。其功能是起动内 发电机，其工作时发出的三相交流电经三相桥式 燃机使其曲轴达到能进行点火或混合气燃烧的 整流电路转换为直流电，并通过电压调节器保持 转速，从而使内燃机由静止状态进入独立工作状 电压基本恒定。在汽车上与蓄电池并联工作，给 态。 汽车上的用电器电源和给蓄电池充电。交流发电 20世纪80年代始，随着我国汽车工业尤其 机是汽车的电源装置，保证起动电机、车灯、空 是轿车工业的掘起与迅猛发展，起动机的发展十 调及其他车载电气装置的用电需求。体积小而输 分迅速，各主要企业先后引进国际先进技术与产 《电机技术》 2009 年第 5 期 41 研究与交流 品，建立合资企业，如湖北神电汽车电机有限公 的超薄型盘式电机。 司引进美国G M公司DEL C O-R E M Y的技术，中 无刷电机以电子换向电路取代换向器及电 汽长电股份有限公司引进德国BOSCH公司的技 刷，结构上与有刷直流电动机有很大的不同。目 术，上海法雷奥汽车电器系统有限公司引进法国 前，国内轿车整车厂家还未提出在散热器风扇 VALEO的技术，天津电装汽车电机有限公司引 系统及车用空调系统的电机中使用无刷电机的 进日本电装的技术。开封拖拉机电机厂引进日本 要求，但国外高档次的轿车已经在应用无刷电机 日立公司的技术，并实施现代化的管理，提高了 了。无刷电机以其运行寿命长、噪声低、对无线 起动机的技术水平，加大了开发与生产能力，使 电波的干扰小、速度控制容易等优点，正日益显 我国的起动机水平向前迈进了一大步。 示出强大的生命力。 目前，在轿车用起动机中，铁氧体永磁减速 型起动机占据了绝对优势，上海桑塔纳、神龙富 4 门窗升降电动机 康、一汽一大众捷达、一汽红旗等轿车均已采用 以引进技术生产的国产永磁减速起动机。这些起 近年来，随着汽车舒适性要求的不断提高， 动机均已达到或接近国际先进水平，代表了我国 在一辆汽车上安装的电机数量也越来越多，配备 当前起动机的水平。 门窗升降器电动机（俗称摇窗电机）的电动窗系 同时，与之配套的压降小、性能好、寿命长 统被国外大多数车型作为标准配置。2006年汽 的电刷制品，也已达到世界先进水平，它们在减 车的总产量达到720万辆左右，因此摇窗电机的 速起动机上的寿命超过4.5万次。 需求量非常可观。 摇窗电机从设计上来看，为直流双极永磁结 3 空调电机 构，双向旋转电机，带双金属片或聚合物PTC过 流保护器，有效保护电机不因外部故障（如开关 汽车空调电机，狭义上包括空调冷凝器风扇 故障）而烧毁。随着车载电子仪器设备的广泛应 电机和空调蒸发器鼓风机电机。在轿车中，发动 用，主机厂对摇窗电机的无线电抗干扰要求日益 机散热器与车辆空调系统的冷凝器往往安装在 提高，摇窗电机带一对电刷与换向器表面接触， 一起，采用同一台风扇进行通风冷却。因此，汽 在电机高速旋转时，通过电刷的电流呈交流变 车空调电机应包括散热器风扇电机、冷凝器风扇 化，与换向器表面会产生火花而发散电磁波（无 电机和空调蒸发器鼓风机电机。高档次的轿车往 线电信号）。针对这一特点，各电机生产厂家采用 往装备有顶窗，则开闭顶窗的电机也可列入车用 满足较高无线电抗干扰要求的EMC电路，能够过 空调系统电机的行列。 滤电机自身发出的电磁波，满足客户的要求。摇 有刷直流电动机是目前绝大多数汽车用空调 窗电机由于需要双向旋转，所以在电机主轴两端 电机生产制造厂家采用的结构型式。定子安装永 设计采用了特殊耐磨耐冲击材料的限位钉，能够 磁磁钢，转子绕电枢绕组，通过换向器进行绕组 经受电机主轴的反复冲击和高速旋转，避免产生 电流的换向，大多安装了L-C网络来抑制对无线 金属冲击及摩擦噪声。摇窗电机装配在车门玻璃 电波的干扰。由于现代汽车特别是轿车设计留给 下，由于洗车时水极易冲到电机上，所以对电机 汽车空调电机的几何空间越来越小，电机轴向尺 防水的要求特别高。现在大多数电机采用全密封 寸不断缩短，甚至完全“缩进”风扇或风罩中，与 设计，电机运转产生温升后容易使电机内外产生 风扇形成一个整体，汽车空调电机的外型由直筒 压差，在最薄弱的密封处冲破密封，此时电机需 形发展到扁平形，电机的极数也由此而增加。而 要一个呼吸器来平衡内外压差，不对薄弱的密封 电机的铁心叠厚则不断缩短，甚至出现了无铁心 （下转第44页） 42 2009 年第 5 期 《电机技术》 研究与交流 置。图3为由IGBT构成的3000kVA的静止无功补 成的电压型自动变换器。 偿装置。 4 用于UPS和瞬低应对装置中 22kV连接点电压 10g/div NORdvc 100S/s 24kV 18kV 风力发电无功电力 UPS即不间断电源系统，也可用于风力发电 感性240kVar/div 的电能贮藏。如日本岛根县一风电站即用UPS做 客性240kVar/div STATCOM出力 电力稳定装置，但因蓄电池会污染环境，该风电 10sec CH Position To -3div -1div 0div +1div +3div 站改用飞轮作电能稳定装置。平时由配电系统 图3 3000kVA无功电力补偿装置 向负荷提供电力，当瞬低发生时，用高速开关把 负荷从系统分离，通过PCS从贮存电能的设备中 由监测装置检测由多台风力发电机构成的 （二次电池或超导线圈）向负载供电。 整个系统的无功功率。通过补偿，消除无功功率 变动，稳定地维持连接点的电压。 5 结语 3 用于电力贮藏设备的变换器中 风力发电等分散型电源的贮藏电能和瞬低 补偿等大功率电子器件技术是十分必要的，使用 夜间对电池充电，而在负荷重的白天放电， 的元件大都是IGBT。 是电力系统一种输入和输出的电力平衡化系统， 大功率电子器件技术，已成为各种技术的基 在二次电池和交流系统间输出或馈入电力。PCS 础，它会继续发展壮大。 的容量范围为数百至数千kVA。通常为用IGBT制 （收稿日期：2009-02-23） （上接第42页） 处产生冲击，透气膜正是起到此作用，它能够通过 退磁试验、绝缘电阻测试、噪声测试等。 气体，平衡内外压差，又能隔断液体水流入电机， 近年来，带电子模块控制防夹摇窗电机在国 使电机真正达到全密封防水设计要求。为达到降 外发展很快，国内一些中、高档轿车已经开始选 低电机重量和成本的目的，采用了高强度工程塑 用，但仍完全依赖进口。国内摇窗电机制造厂家 料代替传统的锌铝合金作为减速箱的材料，同时 应该加快与国内外电子模块生产厂商合作，使电 集成化电子模块的应用使电机具备了单键触发自 机与之相匹配，以适应这种潮流的发展。同时瞄 动上升并带防夹功能，并能与车门控制器集成，通 准国外技术发展动态，开发低电磁干扰、小型化 过总线结构联接与车内其它控制器进行通讯。 的摇窗电机。 摇窗电机的额定功率一般在20W～30W，速 参 考 文 献 比50:1～72:1。根据不同客户系统的要求，空载转 1 徐向阳．汽车电器与电子控制技术．机械工业出版社，1999． 速为60r/min～120r/min，堵转转矩7Nm～16Nm， 2 陈渝光．汽车电器与电子设备．机械工业出版社，1999． 堵转电流＜35A。电机主要试验有寿命试验 3 秦明华编著．汽车电器与电子技术．北京理工大学出版社，2003. 4 陈孟湘．汽车空调．上海交通大学出版社，2001． （-40℃～+80℃）、淋雨试验、无线 孙余凯等．编著汽车电器维修入门．北京人民邮电出版社，2003. 验、热保护器试验、自锁试验、各种环境暴露试 6 叶云岳．现代驱动技术综述．电机技术．2005． 验、卡住试验、跌落试验、振动试验、冲击试验、 （收稿日期：2007-08-01） 44 2009 年第 5 期 《电机技术》

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