降低汽车发电机材料成本的研究

白瑶琦

摘要：

随着汽车的不断普及，越来越多的家用车走入寻常百姓家，同时汽车的价格也不断降低。作为汽车配件的生产商，一直要面临着不断要求降价的压力。这种降价的压力来自于客户的主观要求，来自于市场的客观实际。客户的降价要求达不到，就要面临着被减少配套份额;达不到市场的降价预期，在开发新的客户时，就没有进入新的配套体系的先决条件。所以降低产品成本，无论从主观和客观方面来看，都是一项持续不断的工作。而且，在降低成本的同时，要保证产品性能、外观等品质不能有所下降。

作者分析了汽车发电机的成本构成，对成本构成的费用进行了详细研究。在降低材料成本方面，可以通过优化设计，对零部件的参数进行调整，对发电机的主要材料进行调整，对主要功能件实行国产化，通过试验验证，在保证性能不变的前提下，达到降低成本的目的。

关键词：忧化设计;发电机;材料成本

优化设计英文名是optimization design，从多种方案中选择最佳方案的设计方法。它以数学中的最优化理论为基础，以计算机为手段，根据设计所追求的性能目标，建立目标函数，在满足给定的各种约束条件下，寻求最优的设计方案。

优化步骤：建立数学模型，选择最优化算法，程序设计，制定目标要求。优化设计就是在满足设计要求的众多设计方案中选出最佳设计方案的设计方法。

1.通过优化设计变更定子、转子参数进行材料成本节俭

定子的功用是产生交流电。定子由定子铁芯和定子绕组组成。转子的功用是产生旋转磁场。

定子、转子绕组的线径，缠绕的匝数，直接影响发电机的发电量。在保证原有发电量的前提下，通过优化设计，变更定子、转子的绕组的线径，缠绕的匝数，可以达到节俭铜线的重量的目的。在理论设计方案出来之后，要制作样机，然后依据试验标准进行相应的试验测试，根据试验数据进行比较，最终确定最佳的优化方案。

公司为某客户配套的A型号发电机，由于主机厂要求降价，但性能不能有所降低，所以对此产品进行优化设计，以期达到公司及客户的双方面要求。

1.1调整目的：为了节省成本，JFZXXXX定子改变参数，转子改变参数，使用C厂加厚锻造爪极，要求满足性能及噪音标准。按照QC/T729-2005标准进行的性能试验：试验数据略。

1.2经过4次调整得出结论：方案四是使用C厂Φ135锻造加厚爪极后，既满足图纸性能，又节省成本的最佳方案。噪音试验合格。

从整个试验过程可以看出，采用改变定转子参数的方法，并通过试验验证性能及噪音，优选最佳方案，能够达到既保证客户的要求又降低了成本的目的

2.通过优化设计变更主要材料进行材料成本节俭

发电机材料成本中，铜线的成本所占比重最大，如变更铜线的材质构成，能大幅节俭材料成本。[31]

性能调整方案：为节俭成本，拟把JFZXXX转子激磁线圈原用Cu线材改为另一TL线材，验证性能。

性能对比

正常环境性能试验（23℃），105℃性能试验。

结论：

根据两种不同爪极的试验数据对比，转子参数初步选定：Ф0.9X355T，TL线，F厂自制爪极，爪极磁轭外径Ф45.6;

采用上述转子参数（Ф0.9TL线）的激磁线圈比现在量产时（Ф0.78Cu线）的激磁线圈节省5元。

高温耐久试验（发电机转数：3000 RPM，发电机负载：最大输出90%，环境温度：105℃ 时间：300 小时。

试验后状态未发现异常

试验结论：进行高速试验444小时调节器碳刷磨损量过大，与集电环接触不良，更换调节器后，继续进行试验，500小时试验后样机耐久后性能满足标准规定值。

高速断续耐久试验（发电机负载：最大输出，环境温度：90℃ 时间：250 小时）。

试验后各部件状态未发现异常。

试验结论：进行250小时高速断续试验无异常，耐久后性能满足标准规定值。

整车路试试验性能对比满足试验要求。

结论：满足性能要求。

3.通过变更主要部件产地进行成本节俭

变更发电机零部件的结构及产地，也能达到节俭成本的目的。整流桥是发电机的重要部件之一。它的功能是把发电机产生的交流电，通过整流二极管组成的电路变为直流电。

在整流桥的整个价格构成中，二极管的价格约占总价40%-50%，所以如果二极管的价格降低，整个整流桥的总价也会有效降低。D厂为公司配套的整流桥一直用的是进口的二极管，价格较高。目前国产二极管的质量已有大幅提高，在整流桥的制作中，一些厂家已经大批采用国产二极管。进口二极管与目前国产的二极管除价格之外，形状也有很大差别，如果要想国产化二极管，则必须改变整流桥的现有结构。

D厂为国产化二极管，增加国内供应商，重新开发散热板，改造生产线工装，变更生产工艺，达到了用国产的二极管代替进口二极管的目的，降低了配套价格。

4.小结

通过三个实例，验证了：优化定转子参数，某型号电机可节俭3元/台;变更主要线料，某型号电机可节俭5元/台;整流桥使用国产二极管后，某型号电机可节俭1.5元/台。

参考文献：

[1]陈世坤.电机设计.机械工业出版社，2000

[2]林友仰，叶云岳.电机优化技术.杭州： 浙江大学出版社，1989

[3]倪有源.汽车用爪极发电机的分析与研究.合肥工业大学博士学位论文，2006

[4]杨斯泐，王自强.汽车发电机的低速设计与优化.电力电子，2011

[5]鲍晓华，王群京，倪有源，钱喆.爪机极发电机建模及参数优化设计.中国电机工程学报，2006

[6]林友仰，叶云岳.电机优化技术.杭州： 浙江大学出版社，1989

[7]秦明华.汽车电器与电子技术.北京： 北京理工大学出版社，2003.