爪极锻件是车用爪极式发电机中最重要的零件,它的磁性能直接决定了同种型号爪极式发电机的发电性能。不同的生产工艺会对爪极锻件磁性能产生较大影响,然而目前对爪极锻件工艺参数的研究缺乏有效的评价方法。目前评价爪极锻件性能的方法主要有基于整机输出特性曲线的整体测试方法和基于标准试样磁性能测量的磁环法及磁导计法,前者可以评价工艺参数对爪极式发电机发电性能的影响,后者可以评价工艺参数对爪极局部磁性能的影响,但这两种方法用于研究爪极锻件的工艺参数时都存在不同的缺陷。为了关联爪极锻件磁性能评价结果和整机发电性能评价结果,本文基于有限元模拟方法研究了爪极锻件的基本磁化曲线、磁滞回线特性和电导率对爪极式发电机发电性能的影响规律,确定了影响爪极式发电机发电性能最主要的材料磁性能参数;结合爪极在工作状态下的磁场分布特点,设计和验证了用于评价爪极和转子整体磁性能的方法和装置;最后基于爪极整体磁性能测量装置,研究了不同热处理工艺参数对爪极锻件磁性能的影响规律,获得了如下研究结果:(1)爪极材料的相对磁导率和饱和磁感应强度直接影响爪极式发电机的发电性能和功率密度,饱和磁感应强度越大,爪极式发电机的发电性能越好,功率密度越高;由于磁滞损耗十分微小,爪极材料的矫顽力和剩余磁感应强度对爪极式发电机发电性能的影响可以忽略;爪极材料的电导率越低,则爪极转子的涡流损耗越小,发电机输出功率越高。(2)相对于传统磁性能测量方法,整体磁性能评价方法通过构建与爪极式发电机工作磁场分布相类似的测量磁场,获得爪极和转子的整体磁化曲线,可以更灵敏地反映爪极磁性能的变化,且测量结果分别代表了爪极式发电机的工作总磁通和主磁通随励磁电流变化的关系。(3)一段式退火工艺中,保温时间对爪极整体磁性能的影响最大,出炉温度的影响最小;最佳保温温度随着爪极碳含量的不同而不同;相同保温温度下,保温时间越短,出炉温度越高,爪极锻件的整体磁性能越好;在以铁素体为主要相的低碳钢中,碳化物是削弱爪极饱和磁感应强度最主要的因素;碳含量相对较高的爪极锻件,通过风冷可以抑制碳化物的析出,提高其饱和磁感应强度,降低电导率,进而提高爪极式发电机的发电性能。