ISG輕混合動力總成開發(fā)

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1、ISG輕混合動力總成開發(fā) 混合動力 總成開發(fā) ISG電機的布置形式 ISG電機的選擇 永磁開關磁阻電機的設計 永磁開關磁阻電機控制器的設計 初步實驗結果 介紹內容 混合動力 總成開發(fā) ISG電機的布置形式 ISG電機可根據(jù)體積體積和功率功率的不同，布置在發(fā)動機的不同位置:（1 1）與發(fā)動機同軸，在發(fā)動機之后、離合器之前；）與發(fā)動機同軸，在發(fā)動機之后、離合器之前；（2 2）在離合器之后，與變速箱二軸相結合；）在離合器之后，與變速箱二軸相結合；（3 3）與發(fā)動機同軸，在離合器之后與變速箱一軸結合；）與發(fā)動機同軸，在離合器之后與變速箱一軸結合；（4 4）利用帶式傳動裝置（如齒型帶）配置的）利用帶式傳

2、動裝置（如齒型帶）配置的ISG(BSG)ISG(BSG) 電機；電機；（5 5）雙軸側置，在發(fā)動機之后、離合器之前；）雙軸側置，在發(fā)動機之后、離合器之前；（6 6）雙軸側置，在離合器之后、變速箱之前；）雙軸側置，在離合器之后、變速箱之前； 混合動力 總成開發(fā) 上述6種布置形式各有優(yōu)缺點，同軸布置較雙軸布置結構緊湊；雙軸布置可以提高電機轉速和輸出功率，使比功率增大；利用帶式傳動裝置又最大限度地減小了對發(fā)動機的改造。 綜合比較各種布置后，我們認為第（1）種和第（2）種方案最有代表性，我們建議采建議采用用第（1）種方案，該方案可以取代飛輪、發(fā)電機和起動機，通過對電機的合理設計使電機與發(fā)動機合理匹配滿

3、足整車需求。6種布置形式的比較： 混合動力 總成開發(fā)第（第（1）種布置形式）種布置形式特點特點:1.電機是扁平的；2.結構緊湊，易于 布置；3.對其它的附件影 響?。?.控制策略相對簡 單；5.改造成本低；6.發(fā)動機與電機一 同旋轉(消耗分 三部分)； 混合動力 總成開發(fā)特點特點:1.電機是柱形的，與 變速器二軸結合， 改變扭矩耦合器設 計，增大扭矩；2.對發(fā)動機、變速器 進行改造；3.實現(xiàn)純電動，但需 增加制動和轉向助 力系統(tǒng)；4.增加電控離合器；5.現(xiàn)有車型改造布置 有一定難度；第（第（2）種布置形式）種布置形式 混合動力 總成開發(fā) 在現(xiàn)有條件下，本著經濟性原則，在輕型轎車上采用第一種方案

4、是最佳選擇最佳選擇，若能對發(fā)動機進行一些改動則會達到理想效果。 第二種方案對提高電機的比功率有好處，但目前存在布置和成本布置和成本問題。(1)、(2)布置形式的比較： 混合動力 總成開發(fā) ISG電機的選擇 混合動力 總成開發(fā)項目項目直流電動機直流電動機感應電動機感應電動機永磁無刷永磁無刷直流電動機直流電動機開關磁阻開關磁阻電動機電動機功率密度低中高較高峰值效率/%85898090909590轉速范圍/（r/min）40008000120001500040001000015000可靠性一般好好優(yōu)秀結構的堅固性差好一般優(yōu)秀電機的外形尺寸大中小小電動機的質量重中輕輕電動機的成本/（美元/kw）108

5、101015810控制操作性能最好好好好控制器成本低高高一般 各式電機比較各式電機比較 混合動力 總成開發(fā)DSPM90年代出現(xiàn)。 與開關磁阻電機相適，雙凸極。定子或轉子上放永久磁鐵。轉矩電流比轉矩電流比是開關磁阻電機的1.7倍，是永磁無刷直流電機的1.7倍，是永磁同步電機的1.2倍，是感應電機的3.2倍。轉矩慣量比轉矩慣量比是開關磁阻電機的1.4倍，是永磁無刷直流電機的5.8倍，是永磁同步電機的3.6倍，是感應電機的10倍，用磁不到永磁無刷直流電機和永磁同步電機的一半。永磁開關磁阻電機的設計 永磁開關磁阻電機概述永磁開關磁阻電機概述 混合動力 總成開發(fā) 永磁開關磁阻電機原理結構永磁開關磁阻電機

6、原理結構定子轉子永久磁鐵線圈ABCAAACCCBBB動畫演示動畫演示 混合動力 總成開發(fā)電機形式:永磁開關磁阻電機功率:電源電壓: (直流 高有利)額定轉速:額定效率:運行方式:連續(xù)運行絕緣等級:H10NPkW144dUV2000 / minnr0.94 給定數(shù)據(jù)給定數(shù)據(jù) 混合動力 總成開發(fā)根據(jù)相數(shù)和極數(shù)的相互關系:(1)相數(shù) (其中n為自然數(shù))(2)轉子磁極極數(shù)為偶數(shù)(3)定、轉子極數(shù)必須滿足條件 符號LCM為最小公倍數(shù)我們選取我們選取: :相數(shù)定子極數(shù)轉子極數(shù)(,)(,)srrsrsrLCM N NqNLCM N NNN3q 2sqNn12sN 8rN 1.相數(shù)和極數(shù)相數(shù)和極數(shù) 混合動力

7、總成開發(fā)(1)電磁功率(2)細長比 取0.4(永磁電機需散熱性好,故適當取小)11 0.9410k10.32k22 0.94NP PWW2.2.繞組端電壓繞組端電壓U U繞組端電壓U=144V3.3.主要尺寸和參數(shù)的選擇與計算主要尺寸和參數(shù)的選擇與計算(3)轉子外徑 根據(jù)方程 其中 為電流系數(shù)比,這里以理想方波電流預取為0.707， 計算得 。imkkaD2iaamk6.1(1.05)= knPDDA Ba=208.8mmD 混合動力 總成開發(fā)(5)鐵心疊長根據(jù)類比和工程結構特點，最終圓整后取70mm。(6)定子外徑 由開關磁阻電機尺寸對照表類比得ala/0.57366.3sDDmmsDaal

8、83.52Dmm 由于這里采用的是永磁開關磁阻電機，雖然結構與開關磁阻電機相似，但其機構更緊湊，加之考慮到日后要安裝在汽車上，故取 ，則 。336sDmma0.62sDD 混合動力 總成開發(fā)(1)氣隙g預取0.6mm。(2)定、轉子極弧 、 由開關磁阻電機尺寸對照表類比取 得 。(3)定、轉子極 、sr15 ,18sra(2 )sin27.42spsbDgmmpsbasin32.72rprbDmmprb4.4.其他結構尺寸其他結構尺寸(4)第二氣隙ig13.72psibgmm 混合動力 總成開發(fā)(5)定、轉子軛高 、 (由于定子上還要安放永磁體 ，故定子軛高需要適當增加) 圓整后得csh1.2

9、19.622prcrbhmmc rh2.432.882pscsbhmm33cshmm20crhmm(6)軸徑 軸徑偏大，取 , , 不變，調整 以取得較小的電感 。2() 2142.6iaicrDDgghmmiD120iDmm/0.57iaD D c rhuLig 混合動力 總成開發(fā)(7)定子槽深(8)有效鐵心長度 ( 為鐵心疊壓系數(shù))(9)轉子極距a1(22)302sscsdDDghmmsda81.95rrDmmNr0.93 7065.1FeFe alk lmmFek 混合動力 總成開發(fā)綜上所述綜上所述,通過類比法和計算ISG電機尺寸匯總如下表: 混合動力 總成開發(fā)取 ，重新校核則每極定子繞

10、組匝數(shù) 圓整后得phN1.6psBTB0.8050.431pspsrbBBT3.0478rcphaN UNnB D l5.5.每相繞組串聯(lián)匝數(shù)每相繞組串聯(lián)匝數(shù)19.54phsNN 20sN 混合動力 總成開發(fā)在理想線性假設下（參考右圖）總的電磁轉矩為 21212mmeqTi2121() 2sin42mpsmpssrsphsi FeBBN NiND l6.ISG6.ISG電機總電磁轉矩電機總電磁轉矩 混合動力 總成開發(fā)式中： 、 永久磁鋼單獨作用下在轉子位置角 、 時的定子磁極平均磁通密 度( 、 ) 定子鐵心內徑 鐵心有效長度 由上式可知，當電機結構和永久磁鋼磁特性一定，電機輸出轉矩取決于繞組

11、電流與每相繞組匝數(shù)的乘積，這就給電機的設計提供了更大的空間，最后根據(jù)具體要求，優(yōu)化繞組電流和繞組匝數(shù)的組合。2mpsB1mpsB1222116 siDFel 混合動力 總成開發(fā)永磁開關磁阻電機控制器的設計1.主回路與交流異步感應電機相同；2.與開關磁阻電機不同，是交流電機；3.力矩脈動比異步感應電機大，比開關磁阻電機小；4.兩相同時通電，比功率大；5.位置傳感器比交流異步感應電機簡單；6.控制機理與發(fā)動機控制相似 (點火提前角、爆震、供油量、點火順序、燃燒速度)；電機控制特點電機控制特點 混合動力 總成開發(fā)控制器框圖控制器框圖 混合動力 總成開發(fā)開關永磁磁阻電機控制主回路開關永磁磁阻電機控制主

12、回路 混合動力 總成開發(fā)開關永磁磁阻電機控制原理和時序開關永磁磁阻電機控制原理和時序 DSPM的所有極下轉子齒與定子齒的重疊角之和恒等定值，而與轉子位置無關，DSPM轉矩表達式為： 其中 為一相永磁磁鏈。如果永磁磁鏈增加時繞組通正向電流，在永磁磁鏈減小時通負向電流，均可產生正方向的轉矩，這一特點使雙凸極電機鐵心利用率高。 電機轉矩由磁阻轉矩 和感應轉矩 合成。轉矩的大小可以通過控制相電流大小或導通區(qū)間寬度來實現(xiàn)。改變相電流導通相序，電機工作于反方向電動運行狀態(tài)；改變相電流的極性，則電機工作于制動或發(fā)電模式。因此，雙凸極無刷直流電機可以方便地實現(xiàn)四象限運行。 212memrLTiiTTmrTmT

13、 混合動力 總成開發(fā)開關永磁磁阻電機提前角控制開關永磁磁阻電機提前角控制角度提前有效提高 換相后繞組內的電流上升率，以及正常工作區(qū)內的平均電流。增加提前角可提高輸出功率、提高轉速，提前角過大不利于系統(tǒng)運行。 混合動力 總成開發(fā)實驗結果分析實驗結果分析最大電流和匝數(shù)對電機性能的影響最大電流和匝數(shù)對電機性能的影響1 1、線圈匝數(shù)和電流對力矩的影響、線圈匝數(shù)和電流對力矩的影響l 磁路在非飽和狀態(tài)下，電機的力矩與電流成正比，與匝數(shù)成正比；l 電機匝數(shù)大時，高速過渡時間短，電流減小，力矩輸出小。類似發(fā)動機高速時有效噴油時間短、空燃比大，解決的辦法是提高電壓（油壓）；2、線圈匝數(shù)和電流對功率的影響、線圈匝數(shù)和電流對功率的影響l 在充分利用材料的基礎上，減小線圈匝數(shù)增大電流，可提高電機輸出功率；l 減小線圈匝數(shù)，必須提高電流，特別是低速時電流更大；l 大電流會給電池的選擇帶來困難； 混合動力 總成開發(fā)尺寸和電壓對電機性能的影響尺寸和電壓對電機性能的影響1 1、尺寸對電機性能的影響、尺寸對電機性能的影響l 電機軸向長度與電機的力矩成正比；l 電機的直徑與電機的力矩成正比；2、電壓對電機性能的影響、電壓對電機性能的影響l 較高的電壓可以充分利用主控制電路的性能；l 在結構不變的情況下，提高電壓可以提高功率和效率； 混合動力 總成開發(fā)The end 謝謝！