ISG輕混合動(dòng)力總成開發(fā)

ISG輕混合動(dòng)力總成開發(fā) 混合動(dòng)力 總成開發(fā) ISG電機(jī)的布置形式 ISG電機(jī)的選擇 永磁開關(guān)磁阻電機(jī)的設(shè)計(jì) 永磁開關(guān)磁阻電機(jī)控制器的設(shè)計(jì) 初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果 介紹內(nèi)容 混合動(dòng)力 總成開發(fā) ISG電機(jī)的布置形式 ISG電機(jī)可根據(jù)體積體積和功率功率的不同，布置在發(fā)動(dòng)機(jī)的不同位置:（1 1）與發(fā)動(dòng)機(jī)同軸，在發(fā)動(dòng)機(jī)之后、離合器之前；）與發(fā)動(dòng)機(jī)同軸，在發(fā)動(dòng)機(jī)之后、離合器之前；（2 2）在離合器之后，與變速箱二軸相結(jié)合；）在離合器之后，與變速箱二軸相結(jié)合；（3 3）與發(fā)動(dòng)機(jī)同軸，在離合器之后與變速箱一軸結(jié)合；）與發(fā)動(dòng)機(jī)同軸，在離合器之后與變速箱一軸結(jié)合；（4 4）利用帶式傳動(dòng)裝置（如齒型帶）配置的）利用帶式傳動(dòng)裝置（如齒型帶）配置的ISG(BSG)ISG(BSG) 電機(jī)；電機(jī)；（5 5）雙軸側(cè)置，在發(fā)動(dòng)機(jī)之后、離合器之前；）雙軸側(cè)置，在發(fā)動(dòng)機(jī)之后、離合器之前；（6 6）雙軸側(cè)置，在離合器之后、變速箱之前；）雙軸側(cè)置，在離合器之后、變速箱之前； 混合動(dòng)力 總成開發(fā) 上述6種布置形式各有優(yōu)缺點(diǎn)，同軸布置較雙軸布置結(jié)構(gòu)緊湊；雙軸布置可以提高電機(jī)轉(zhuǎn)速和輸出功率，使比功率增大；利用帶式傳動(dòng)裝置又最大限度地減小了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的改造。 綜合比較各種布置后，我們認(rèn)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(jī)和起動(dòng)機(jī)，通過對(duì)電機(jī)的合理設(shè)計(jì)使電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)合理匹配滿足整車需求。6種布置形式的比較： 混合動(dòng)力 總成開發(fā)第（第（1）種布置形式）種布置形式特點(diǎn)特點(diǎn):1.電機(jī)是扁平的；2.結(jié)構(gòu)緊湊，易于 布置；3.對(duì)其它的附件影 響??；4.控制策略相對(duì)簡(jiǎn) 單；5.改造成本低；6.發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)一 同旋轉(zhuǎn)(消耗分 三部分)； 混合動(dòng)力 總成開發(fā)特點(diǎn)特點(diǎn):1.電機(jī)是柱形的，與 變速器二軸結(jié)合， 改變扭矩耦合器設(shè) 計(jì)，增大扭矩；2.對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器 進(jìn)行改造；3.實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)，但需 增加制動(dòng)和轉(zhuǎn)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(dòng)力 總成開發(fā) 在現(xiàn)有條件下，本著經(jīng)濟(jì)性原則，在輕型轎車上采用第一種方案是最佳選擇最佳選擇，若能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行一些改動(dòng)則會(huì)達(dá)到理想效果。 第二種方案對(duì)提高電機(jī)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(dòng)力 總成開發(fā) ISG電機(jī)的選擇 混合動(dòng)力 總成開發(fā)項(xiàng)目項(xiàng)目直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)永磁無刷永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)開關(guān)磁阻開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)功率密度低中高較高峰值效率/%85898090909590轉(zhuǎn)速范圍/（r/min）40008000120001500040001000015000可靠性一般好好優(yōu)秀結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性差好一般優(yōu)秀電機(jī)的外形尺寸大中小小電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量重中輕輕電動(dòng)機(jī)的成本/（美元/kw）108101015810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(jī)比較各式電機(jī)比較 混合動(dòng)力 總成開發(fā)DSPM90年代出現(xiàn)。 與開關(guān)磁阻電機(jī)相適，雙凸極。定子或轉(zhuǎn)子上放永久磁鐵。轉(zhuǎn)矩電流比轉(zhuǎn)矩電流比是開關(guān)磁阻電機(jī)的1.7倍，是永磁無刷直流電機(jī)的1.7倍，是永磁同步電機(jī)的1.2倍，是感應(yīng)電機(jī)的3.2倍。轉(zhuǎn)矩慣量比轉(zhuǎn)矩慣量比是開關(guān)磁阻電機(jī)的1.4倍，是永磁無刷直流電機(jī)的5.8倍，是永磁同步電機(jī)的3.6倍，是感應(yīng)電機(jī)的10倍，用磁不到永磁無刷直流電機(jī)和永磁同步電機(jī)的一半。永磁開關(guān)磁阻電機(jī)的設(shè)計(jì) 永磁開關(guān)磁阻電機(jī)概述永磁開關(guān)磁阻電機(jī)概述 混合動(dòng)力 總成開發(fā) 永磁開關(guān)磁阻電機(jī)原理結(jié)構(gòu)永磁開關(guān)磁阻電機(jī)原理結(jié)構(gòu)定子轉(zhuǎn)子永久磁鐵線圈ABCAAACCCBBB動(dòng)畫演示動(dòng)畫演示 混合動(dòng)力 總成開發(fā)電機(jī)形式:永磁開關(guān)磁阻電機(jī)功率:電源電壓: (直流 高有利)額定轉(zhuǎn)速:額定效率:運(yùn)行方式:連續(xù)運(yùn)行絕緣等級(jí):H10NPkW144dUV2000 / minnr0.94 給定數(shù)據(jù)給定數(shù)據(jù) 混合動(dòng)力 總成開發(fā)根據(jù)相數(shù)和極數(shù)的相互關(guān)系:(1)相數(shù) (其中n為自然數(shù))(2)轉(zhuǎn)子磁極極數(shù)為偶數(shù)(3)定、轉(zhuǎn)子極數(shù)必須滿足條件 符號(hào)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(zhuǎn)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(dòng)力 總成開發(fā)(1)電磁功率(2)細(xì)長(zhǎng)比 取0.4(永磁電機(jī)需散熱性好,故適當(dāng)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(jì)算主要尺寸和參數(shù)的選擇與計(jì)算(3)轉(zhuǎn)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(yù)取為0.707， 計(jì)算得 。imkkaD2iaamk6.1(1.05)= knPDDA Ba=208.8mmD 混合動(dòng)力 總成開發(fā)(5)鐵心疊長(zhǎng)根據(jù)類比和工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，最終圓整后取70mm。(6)定子外徑 由開關(guān)磁阻電機(jī)尺寸對(duì)照表類比得ala/0.57366.3sDDmmsDaal83.52Dmm 由于這里采用的是永磁開關(guān)磁阻電機(jī)，雖然結(jié)構(gòu)與開關(guān)磁阻電機(jī)相似，但其機(jī)構(gòu)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(dòng)力 總成開發(fā)(1)氣隙g預(yù)取0.6mm。(2)定、轉(zhuǎn)子極弧 、 由開關(guān)磁阻電機(jī)尺寸對(duì)照表類比取 得 。(3)定、轉(zhuǎn)子極 、sr15 ,18sra(2 )sin27.42spsbDgmmpsbasin32.72rprbDmmprb4.4.其他結(jié)構(gòu)尺寸其他結(jié)構(gòu)尺寸(4)第二氣隙ig13.72psibgmm 混合動(dòng)力 總成開發(fā)(5)定、轉(zhuǎn)子軛高 、 (由于定子上還要安放永磁體 ，故定子軛高需要適當(dāng)增加) 圓整后得csh1.219.622prcrbhmmc rh2.432.882pscsbhmm33cshmm20crhmm(6)軸徑 軸徑偏大，取 , , 不變，調(diào)整 以取得較小的電感 。2() 2142.6iaicrDDgghmmiD120iDmm/0.57iaD D c rhuLig 混合動(dòng)力 總成開發(fā)(7)定子槽深(8)有效鐵心長(zhǎng)度 ( 為鐵心疊壓系數(shù))(9)轉(zhuǎn)子極距a1(22)302sscsdDDghmmsda81.95rrDmmNr0.93 7065.1FeFe alk lmmFek 混合動(dòng)力 總成開發(fā)綜上所述綜上所述,通過類比法和計(jì)算ISG電機(jī)尺寸匯總?cè)缦卤? 混合動(dòng)力 總成開發(fā)取 ，重新校核則每極定子繞組匝數(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(dòng)力 總成開發(fā)在理想線性假設(shè)下（參考右圖）總的電磁轉(zhuǎn)矩為 21212mmeqTi2121() 2sin42mpsmpssrsphsi FeBBN NiND l6.ISG6.ISG電機(jī)總電磁轉(zhuǎn)矩電機(jī)總電磁轉(zhuǎn)矩 混合動(dòng)力 總成開發(fā)式中： 、 永久磁鋼單獨(dú)作用下在轉(zhuǎn)子位置角 、 時(shí)的定子磁極平均磁通密 度( 、 ) 定子鐵心內(nèi)徑 鐵心有效長(zhǎng)度 由上式可知，當(dāng)電機(jī)結(jié)構(gòu)和永久磁鋼磁特性一定，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩取決于繞組電流與每相繞組匝數(shù)的乘積，這就給電機(jī)的設(shè)計(jì)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(dòng)力 總成開發(fā)永磁開關(guān)磁阻電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)1.主回路與交流異步感應(yīng)電機(jī)相同；2.與開關(guān)磁阻電機(jī)不同，是交流電機(jī)；3.力矩脈動(dòng)比異步感應(yīng)電機(jī)大，比開關(guān)磁阻電機(jī)??；4.兩相同時(shí)通電，比功率大；5.位置傳感器比交流異步感應(yīng)電機(jī)簡(jiǎn)單；6.控制機(jī)理與發(fā)動(dòng)機(jī)控制相似 (點(diǎn)火提前角、爆震、供油量、點(diǎn)火順序、燃燒速度)；電機(jī)控制特點(diǎn)電機(jī)控制特點(diǎn) 混合動(dòng)力 總成開發(fā)控制器框圖控制器框圖 混合動(dòng)力 總成開發(fā)開關(guān)永磁磁阻電機(jī)控制主回路開關(guān)永磁磁阻電機(jī)控制主回路 混合動(dòng)力 總成開發(fā)開關(guān)永磁磁阻電機(jī)控制原理和時(shí)序開關(guān)永磁磁阻電機(jī)控制原理和時(shí)序 DSPM的所有極下轉(zhuǎn)子齒與定子齒的重疊角之和恒等定值，而與轉(zhuǎn)子位置無關(guān)，DSPM轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為： 其中 為一相永磁磁鏈。如果永磁磁鏈增加時(shí)繞組通正向電流，在永磁磁鏈減小時(shí)通負(fù)向電流，均可產(chǎn)生正方向的轉(zhuǎn)矩，這一特點(diǎn)使雙凸極電機(jī)鐵心利用率高。 電機(jī)轉(zhuǎn)矩由磁阻轉(zhuǎn)矩 和感應(yīng)轉(zhuǎn)矩 合成。轉(zhuǎn)矩的大小可以通過控制相電流大小或?qū)▍^(qū)間寬度來實(shí)現(xiàn)。改變相電流導(dǎo)通相序，電機(jī)工作于反方向電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)；改變相電流的極性，則電機(jī)工作于制動(dòng)或發(fā)電模式。因此，雙凸極無刷直流電機(jī)可以方便地實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。 212memrLTiiTTmrTmT 混合動(dòng)力 總成開發(fā)開關(guān)永磁磁阻電機(jī)提前角控制開關(guān)永磁磁阻電機(jī)提前角控制角度提前有效提高 換相后繞組內(nèi)的電流上升率，以及正常工作區(qū)內(nèi)的平均電流。增加提前角可提高輸出功率、提高轉(zhuǎn)速，提前角過大不利于系統(tǒng)運(yùn)行。 混合動(dòng)力 總成開發(fā)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析最大電流和匝數(shù)對(duì)電機(jī)性能的影響最大電流和匝數(shù)對(duì)電機(jī)性能的影響1 1、線圈匝數(shù)和電流對(duì)力矩的影響、線圈匝數(shù)和電流對(duì)力矩的影響l 磁路在非飽和狀態(tài)下，電機(jī)的力矩與電流成正比，與匝數(shù)成正比；l 電機(jī)匝數(shù)大時(shí)，高速過渡時(shí)間短，電流減小，力矩輸出小。類似發(fā)動(dòng)機(jī)高速時(shí)有效噴油時(shí)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(duì)功率的影響、線圈匝數(shù)和電流對(duì)功率的影響l 在充分利用材料的基礎(chǔ)上，減小線圈匝數(shù)增大電流，可提高電機(jī)輸出功率；l 減小線圈匝數(shù)，必須提高電流，特別是低速時(shí)電流更大；l 大電流會(huì)給電池的選擇帶來困難； 混合動(dòng)力 總成開發(fā)尺寸和電壓對(duì)電機(jī)性能的影響尺寸和電壓對(duì)電機(jī)性能的影響1 1、尺寸對(duì)電機(jī)性能的影響、尺寸對(duì)電機(jī)性能的影響l 電機(jī)軸向長(zhǎng)度與電機(jī)的力矩成正比；l 電機(jī)的直徑與電機(jī)的力矩成正比；2、電壓對(duì)電機(jī)性能的影響、電壓對(duì)電機(jī)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(jié)構(gòu)不變的情況下，提高電壓可以提高功率和效率； 混合動(dòng)力 總成開發(fā)The end 謝謝！