汽车爪极发电机(Automotive claw pole alternator)体积小,成本低,在宽速范围内能有效发电,广泛用于汽车行业。为满足运行及充电需求,车用爪极发电机定子通常设计成低电压大电流绕组,电枢反应明显,若磁路设计不合理,将造成高次谐波偏大,严重影响爪极发电机负载运行性能。因此,分析研究其各运行工况磁场分布显得尤其重要。应用有限元软件Ansoft Maxwell 3D分析计算,优化设计磁路结构,选择合理电磁参数,使汽车爪极发电机输出特性好、运行效率高,具有一定实际意义。爪极发电机的转子结构使电机磁场呈三维分布,电机磁路复杂,电机性能受转子爪极结构以及电枢反应影响严重,设计时采用磁路法难以单独设计完成。本文用磁路法初步确定设计方案,再用有限元计算软件Ansoft Maxwell 3D对电机三维建模,并进行有限元分析计算,为爪极发电机优化设计提供选择参数依据,计算其输出特性,优化运行性能。本文对2.1kW电励磁汽车爪极发电机进行设计研究,首先对汽车爪极发电机结构特点、运行原理以及数学模型进行分析。从磁路设计角度分析各个电磁参数的选择及优势,为汽车爪极发电机设计提供理论依据;编写磁路计算程序,反复校验并初步确定电磁设计方案。根据磁路设计方案建立爪极发电机三维结构模型,应用有限元计算软件Ansoft Maxwell 3D计算爪极发电机内部磁场,获得磁路特性、主要电磁参数、稳态运行性能与效率等,对比磁路法与有限元计算结果,确定最终设计方案。分析与研究外部整流线路及电压调节器工作原理,在软件Simplorer中搭建带有电压调节器与整流电路的爪极发电机运行系统,模拟实际运行工况并得到相应运行特性。研究其结构参数对漏磁影响,并采用神经网路遗传算法优化电机结构,为爪极发电机的优化设计提供参考与借鉴。最后依据设计方案与计算结果制作样机,测试样机电磁参数与性能,通过结果对比验证了本文分析与设计方法的准确性和可行性。