本文以新一代丰田乘用车的充电系统为例，对新型车用发电机的结构、输出电压智能调节以及蓄电池充电控制策略方面的主要变化进行阐述分析，旨在为技术人员提供充电系统维修与诊断的技术参考。

    一、新型车用发电机的主要结构特征
    1．采用扁铜线两组双层定子绕组
    汽车交流发电机是一种爪极轴向自并励磁式三相同步发电机。三相交流电势经过桥式整流后输出，与蓄电池并联供给用电负载。发电机的输出电流I、效率η、温升△t可分别用下列的简化公式来表示：

    根据上述公式分析得知，影响发电机输出电流的主要因素是定子的阻抗，尤其是在频率较低的转速区域。为了提高发电机的输出效率必须减少其损耗，发电机的各种损耗列于表1。
    从表1中可以看出，要想降低发电机输出效率的损耗，也恰是要降低占比例较大的铜损耗，因此，比较有效的办法是增大定子绕组导线的截面积，缩短绕组的长度，达到减小绕组电阻的目的。车用发电机的定子绕组，结构上一般选用绕组系数较好的整距绕组，并采用与爪极极距相等的π节距嵌线（每个线圈的两个有效边应相隔180。电角度）。因为是三相绕组，各相的相位差为2 π /3电角度，所以各相绕组必然要重叠π/3。而传统的车用发电机嵌线方法又是将很多线圈依次从内圆侧嵌入铁心中，先插入的线圈与后插入的线圈会有重叠。结果，槽内就会出现死区，如图1（b）中所示，传统发电机绕组的重叠区，阻碍了绕组导线截面积的增加。此外，为了避免重叠部分导线之间产生接触应力，需要保证线圈端部具有足够的长度，整个绕组的变长造成定子绕组电阻的增加，所有这些原因降低了导线在定子铁心槽内的槽满率（槽满率＝定子铁心槽内导线的总截面积／定子铁心槽的截面积）。

    新型车用发电机的设计考虑到要提高槽的利用率，采用扁铜线绕制的双层两组三相定子绕组，如丰田皇冠轿车的发电机采用了16极、96槽扁铜线绕制的双层两组三相定子绕组，绕组结构如图1（a）所示。其嵌线规则是每个定子铁心槽内有上下两个线圈边，每个线圈的一个边放在某一个槽的上层，另一个边放在相隔跨距6个槽的下层，并且分别将两组乡目绕组以偏移30°电角度的相位差嵌线。这样能使绕组产生反作用磁动势的6次谐波相互抵消，以达到降低电磁噪声的目的，图2为两组三相绕组偏移30°电角度相位差的示意图。

    线圈端部彼此之间没有干涉，可以缩短绕组端部的长度，消除绕组在铁心槽内的死区。将绕组的圆导线改为扁铜线，增加了绕组导线的截面积，减小了绕组的电阻，提高了槽满率。由于采用了无重叠嵌线方式，线圈端部呈网状，因此，改善了定子绕组的通风性能，降低了发电机的发热量。双层绕组的组装工艺是先将各定子绕组用扁铜线经扭头后做成U字型线圈（图3），将每套U字型线圈迭放整理后，从铁芯的轴向插入槽中，然后进行绕组整形，再把各个U字型线圈的端部压弯焊接，形成定子绕组。为提高导线的绝缘性能，最后还要进行导线表面的绝缘处理。

    采用扁铜线两组双层定子绕组的新型车用发电机已在丰田乘用车上普遍使用。它与传统型发电机相比，在外径、全长等项目上都明显缩短，质量也得到了减轻（双层绕组的电枢用铜量比单层绕组少10%，槽满率达到70％以上）。由于定子绕组电阻的减小，发电时的铜损大幅度降低，散热性能得到改善，因而使发电机在怠速工况下的输出功率提高了近50%，总体效率提高了10%，电磁噪声减少了10dB。

    2.采用内置单向离合器发电机驱动皮带轮
    发动机曲轴皮带轮通过皮带传动实现车用发电机的运转。一般发电机的转速是发动机转速的2.5～3倍。发动机燃烧时产生的循环波动，即使微小的循环波动变化，都能引起驱动发电机运转皮带的瞬间抖动、打滑以及噪声的产生。长时间的运行不仅会导致传动皮带的疲劳，甚至还会降低发电机与拖动附件带轮的使用寿命。为了解决这一问题，新型车用发电机上采用了内置单向离合器的驱动皮带轮，单向离合器发电机驱动皮带轮的结构如图4所示。

    在皮带轮外环和内环之间的圆周边方向上安装有支撑滑块和弹簧，使之具有单向离合器的超越功能。此功能可以吸收发动机循环波动的脉冲力矩，避免发电机转子中的励磁线圈因受到正反向冲击而造成损伤，同时也降低了传动皮带上的负荷，延长传动皮带的使用寿命。带有单向离合器皮带轮转速与发电机轴转速差如图5所示。

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