从汽车发电机风扇输出的警报信号有“高电平”和“低电平”两种状态,两种电平所代表的意义一般按照正逻辑体制,高电平表示“故障”,“低电平”表示“正常”。从风扇电路输出的转速信号通常为脉冲形式,每个波头表示风扇转过一圈,这样的信号可直接通过数据总线提供给主机进行呈现。某些风扇输出的转速信号并不是风扇的真实转速,而是转速的倍数,譬如每转一圈产生2个、4个或6个脉冲,经过处理才能形成反映风扇的真实转速信号。如欲辨别风扇转速是真实转速还是某个倍数,可使用转速表测量实际转速,然后与呈现的数据进行比较。
尽管电机风扇有很高的可靠性,但它仍然是机械器件,在长时间使用时,其速度可能会下降甚至停转,所以好对风扇的运行状态进行实时监测,便于及时发现问题。利用警报传感器可在风扇速度低于某个门限值时给出警报信号,而速度信号输出则可实现风扇速度的实时监控。
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<一>、风扇冲压工艺分析
风扇叶是汽车发电机产品中的一个主要零件,由于产品性能和结构的需要,叶片形状复杂。在采用板材冲压零件时,外形落料尺寸确定、冲凸成形回弹、弯曲变形开裂等问题都会影响到零件的成形和尺寸精度。
笔者通过对十几种汽车发电机风扇叶零件的模具开发,初步摸索到一些材料变形规律和弯曲长度展开与模具结构之间的关系,现就此问题进行阐述。
风扇叶结构材料:SPCC-UZ镀锌钢板)和08冷轧钢板,厚度1.2mm,工作转速2000转/min。
风叶从外观看,叶片特点为不等分布,筋和外形边离压弯线都较近,弯曲线呈直线、外圆弧、内圆弧3种形状。压弯后叶片外侧竖边为直线并要求与底面垂直,高度公差一般要控制在0.5mm以内,且不可成凸形。对风扇叶的平衡性能要求严格,所以对确定落料尺寸展开和压弯成形、尺寸精度控制、成形的稳定性,在冲压工艺及模具设计上显得重要。
风扇叶冲压工艺方案为:落料冲孔一压筋冲凸点一压弯冲中心孔。由于该零件落料形状为不规则且压弯线成圆弧,使落料工序尺寸计算很难一次确定,所以采取先制造工序2压筋冲凸点和工序3压弯冲中心孔模具。对工序1落料冲孔采取线切割方式,制作备件,供调模试验。在压弯线为直线时,落料尺寸可按照一般压弯件来确定,而对于压弯线为内圆弧形和外圆弧形时,则不能按压弯件的计算方法来确定落料尺寸,而应将其视为平面翻边。
这是因为:
1)当压弯线为内凹曲线时,则板料变形区内切向拉应力和切向伸长变形沿全部翻边线的分布是不均匀的,在远离边缘部位较大,而在边缘的自由表面上的切向拉应力和切向伸长变形都为零,切向伸长变形对板料高度方向上的变形的影响大小,沿全部翻边线的分布也是不均匀的,假如这时采用宽度一致的落料形状,翻边的零件的高度就不是平齐的,而是两端高度大中间高度小。另外,竖边的端边线不垂直,而是向内倾斜成一定的角度,为了得到平齐一致的翻边高度,应在落料毛坯两端对叶片落料形状做一些的修正。
2)当压弯线为外凸曲线时,由于切向压应力和压缩变形沿翻边线的分布是不均匀的,因此翻边后的竖边中间高两端低,而且两端的边缘线也不与零件平面垂直而向外倾斜。为了得到竖边高度平齐而两端边线垂直的零件,也对落料毛坯的形状做的修正,修正的方向恰好与内凹曲线翻边相反。
<二>、汽车舒适性的要求
随着社会的巨大发展和人民生活水平的改变,汽车从早期富人的玩具逐渐演变成普通家用消费品,成为了人们日常出行的工具。铁芯机壳需求的增加直接刺激了我国的汽车市场。2015年,我国汽车产销量多达2450万,创世界汽车产量之较,这使得我国己经成为竞争较激烈的汽车市场,我国机遇与风险并存。我国要实现汽车大国到汽车强国的升级,发展壮大汽车产业,就研究汽车性能,提高汽车质量。
自21世纪以来,汽车增加了许多电气设备,以此来满足人们对、舒适性的要求,如仪表系统,电源系统,点火系统,启动系统,信号系统,灯光系统和辅助设备系统等。
以上这些电气设备都需要汽车发电机的支持,发电机的性能直接影响着汽车的、舒适性、经济性、动力学性能等等。汽车上电气设备的增多,对汽车发电机是一个严峻的考验,汽车发电机需要不断提升性能才能跟上汽车的发展。目前,有关提高发电机效率和噪音的研究一直在稳步前进之中。汽车发电机包括了电磁场,流场,温度场,应力场,这些物理场之间互相作用、互相制约,导致发电机在运行时的工况极度复杂。
一般情况下,可以通过加合理的设计,实现各物理状态之间的平衡,使得发电机可以正常运行。
目前,主要采取两种方式来提高发电机的输出功率:一是加大发电机的整体尺寸,二是提高汽车发电机转子和定子的负荷。然而,在现实的工作中,汽车发电机与汽车发动机相邻,空间的尺寸大小受到限制,汽车发电机的尺寸因此不能无限的增大。
所以,增加汽车发电机输出功率的方法只能是提高定转子的电磁负荷。但是增大发电机的电磁负荷的同时,提高了磁场绕组的铜损,其将导致磁场绕组的温度升高,从而影响发电机的运行。
先,温度的升高会导致绝缘材料的寿命下降。在发电机的运行过程中,局部区域的过高温升是非常容易发生的;其次,发电机内的金属材料的材料特性也会随着温度的升高而发生变化,长时间持续的在高温环境中运行,金属材料会出现劣化现象,导致材料性能下降,影响发电机的运行。发电机的温度若是过高,就会造成线圈的绝缘损坏的问题,包括绝缘分层、老化、脱壳等。
这些问题在平时不易发现,但较终会导致各种发电机的故障,包括放电、短路等,给发电机造成结构上的损伤。因此,我们采用合理的汽车发电机内部结构,风扇散热技术。
对于采取空气冷却的汽车发电机,其流体分析是温度场、声场、热应力场分析的基础。汽车发电机内部冷却介质的流场分析能提高电机内部复杂的温度场分析以及噪声分析的准确性。然而,汽车发电机内部结构的非常复杂以及电机转子的高速旋转运动,导致其电机内部的流动非常复杂,增加了电机流体分析的难度。因此,发电机内部流场分析对发电机的散热冷却及噪声控制具有重要的意义。
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