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汽车门窗升降器电动机市场分析及预测

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1.市场情况

近年来随着汽车舒适性要求的不断提高,汽车电机在一辆汽车上安装的数量也越来越多,配备门窗升降器电动机(俗称摇窗电机)的电动窗系统便是被国外大多数车型作为标准配件选用。近年来,国内的很多汽车生产厂家也开始在很多轿车上将电动窗作为标准配置,在其他轿车、客车等车型上作为可选配置,使摇窗电机的需求量不断提高,1999年全国玻璃升降器产量为3136万门,其中电动升降器约占25%。随着轿车大规模进入家庭的日益临近,电动升降器所占的比率会逐步上升,预计到2005年,客车与轿车的总产量将达180万辆左右,摇窗电机的需求量将非常可观。

2.演变历史

国外摇窗电机起源于60年代末70年代初,第一代产品体积较大,结构复杂,无防水设计, 70年代初期开始在一些中高档轿车上配置。第二代产品较第一代产品在体积上大为减小,同时增加了排水孔,70年代末起开始大规模配置,其改进型至今尚占有一部分市场份额,我国90年代初期引入装车的产品大多为此代产品。第三代产品于80年代末90年代初投放市场,其特点为结构紧凑,使用透气膜技术,防水性能优越,电机性能稳定、可靠,使用寿命长,为90年代主流产品,至今仍占据市场主要份额。第四代产品于90年代末投放市场,由于大量采用新材料新工艺,其部件结构趋向于一体化,体积进一步减小,重量大大降低,并可根据需要配置防夹电子模块,在国外正开始取代第三代电机。目前国外正在研制第五代超小型电机,预计在2006年左右可投放市场。

3.设计思想

摇窗电机从设计上来看,为直流双极永磁结构,双向旋转电机,带双金属片或聚合物PTC过流保护器有效保护电机不因外部故障(如开关故障)而烧毁。随着车载电子仪器设备的广泛应用,主机厂对摇窗电机的无线电抗干扰要求日益提高,摇窗电机带一对电刷与换向器表面接触,在电机高速旋转时,通过电刷的电流呈交流变化,与换向器表面会产生火花而发散电磁波(无线电信号),针对这一特点,各电机生产厂家纷纷采用了满足较高无线电抗干扰要求的EMC电路,能够过滤电机自身发出的电磁波,满足客户的要求。摇窗电机由于需要双向旋转,所以在电机主轴两端设计了采用特殊耐磨耐冲击材料的限位钉,能够经受电机主轴的反复冲击和高速旋转,避免产生金属冲击及摩擦噪声。摇窗电机装配在车门玻璃下,由于洗车时水极易冲到电机上,所以对电机防水的要求特别高,现在大多数电机采用全密封设计,电机运转产生温升后容易使电机内外产生压差,在最薄弱的密封处冲破密封,此时电机需要一个呼吸器官来平衡内外压差,不对薄弱的密封处产生冲击,透气膜正是起到此作用,它能够通过气体,平衡内外压差,又能隔断液体水流入电机,使电机真正达到全密封防水设计要求。为达到降低电机重量和成本的目的,各生产厂家纷纷采用了高强度工程塑料代替传统的锌铝合金作为减速箱的材料,同时集成化电子模块的应用使电机具备了单键触发自动上升并带防夹功能,并能与车门控制器集成,通过总线结构联接与车内其它控制器进行通讯。

4.制造水平

由于一辆汽车往往需要4个摇窗电机,需求量较大,加之各主机厂对电机引起的振动噪声的要求特别高,对电机在负载下的转速及堵转转矩波动都有很严格的要求,所以电机生产一般采用全自动或半自动的生产线。摇窗电机的核心部件是电枢,其主轴高频淬火、蜗杆冷挤压(或铣削)、校直、精磨外圆,电枢压铁芯片、环氧喷涂、压换向器、绕线、点焊、精车、电测、动平衡等对工艺对电机性能的波动及振动噪声水平等非常关键,而电机装配线上磁瓦粘结及对电机防水性能、负载特性与振动噪声的在线测试则是确保电机满足客户要求的重要保证。

5.技术特性

   摇窗电机的额定功率一般在2030W,速比 50721,根据不同客户系统的要求,空载转速为60120转/min,堵转转矩716Nm,堵转电流<35A。电机主要试验有寿命试验(-40℃~+80 )、淋雨试验、无线电抗干扰试验、热保护器试验、自锁试验、各种环境暴露试验、卡住试验、跌落试验、振动试验、冲击试验、退磁试验、绝缘电阻测试、噪声测试等。国内主要摇窗电机生产厂家有上海法雷奥汽车电机雨刮系统有限公司、张家港合力电机有限公司、中国贵航集团万江机电厂等。目前国内维修市场上经销的某些电动门窗升降器在使用中出现电机烧毁、车窗上升困难、噪声增大等故障,主要原因之一就是其电机在原材料选用和制造工艺上的粗制滥造,电机的绝缘强度、剩余力、耐久性等均未达到技术标准所至。

由于摇窗电机在国内发展很快,制订一个行业标准已刻不容缓,最近长沙汽车电器研究所和上海法雷奥汽车电机雨刮系统有限公司正在联合国内主要制造厂家制订行业标准,这对规范我国摇窗电机的设计、制造、试验等起到指导作用。下表是起草中的行业标准与国外标准的主要技术指标的简要对比。

附表

条款

德国大众VW

美丽通用GM

起草中的QC/T

电机性能

具体指标

具体指标

符合产品技术条件

热保护器性能

(双金属片)具体指标

PTC)具体指标

符合产品技术条件

寿命

15000次循环,循环程序

25000次循环

VW

盐雾

240h

240h×15周期

144h

卡住

电动机带动2Nm负载在15V下运行,然后使电动机堵转9s。电动机必须能够带动2Nm负载在9V下反向起动运转。

电机在13.5V DC下运行使电机堵转,电机必须能够在10.5V DC下反向启动运转。

VW

自锁

当一个稳定的12.5Nm的负载在3s之内加到电动机输出花键上时,电动机输出花键的转动不得大于13°。转矩必须径向加在顺时针及逆时针两个转向上。

当电机的输出花键上施加20Nm静态转矩后,电机输出齿轮不能转动,顺时针、逆时针必须同样满足。

VW

进水试验

1)喷淋6h;在喷淋开始时,将电机接在10.5V DC堵转30s并断电30s,重复60次且在每次断电30s后改变电源的极性(电机起动时不带负载);在剩余的喷淋周期内电机处于断电状态2) 喷淋停止18h,电机处于断电状态;3)? 重复14)-29℃环境中冷冻2h

5)冷冻后电机必须能在10.5 VDC下运行。

进水试验按PDW-5033标准进行。

电机安装位置必须与实际装车状态一致。

当进水试验的周期完成且冷冻后,电动机必须能在10.5V运转。电动机内不能有积水的迹象。允许有冷凝水的痕迹存在。密封性高于IP53。试验方法参照GB4942.1相应等级试验条件。

抗电磁干扰

电机的抗电磁十扰值必须符合TL-965L3M3K1U1要求。

电动的抗电磁干扰值推荐采用TL-965L3M3K1U1要求,

机械冲击

IEC60068-2-27,电机必须承受80000次半正弦波冲击,加速度为125m/s2,每次冲击周期为11ms,电机置于标准中规定的位置。

电机从460.0mm高处跌落到固定于钢板上的枫木板上(500.0mm×500.0mm×20.0mm

VW

噪声

    a)采样频率:51.2kHz
b)FFT
区间大小:512
c)FFT
重叠:35%
d)FFT
窗口:Hanning
e)
频率范围:200Hz20 kHz电机两个转向均不得大于下面的极限值
平均值:
58dB(A)
变化率:
28 dB(A)/s

GM

从上表可以看出我国汽车用门窗升降器电动机的行业标准基本上采用了国外先进企业的标准,如按此标准设计、制造、试验,其产品可达到国际先进水平。

6. 思考与建议

近年来,带电子模块控制防夹据窗电机在国外发展很快,国内一些中、高档轿车已经开始选用,但仍完全依赖进口。国内摇窗电机制造厂家应该加快与国内外电子模块生产厂商合作,使电机与之相匹配,以适应这种潮流的发展。同时瞄准国外技术发展动态,开发低电磁干扰、小型化的摇窗电机。


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