ISG輕混合動力總成開發(fā)

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(guān)磁阻電機的設(shè)計 永磁開關(guān)磁阻電機控制器的設(shè)計 初步實驗結(jié)果 介紹內(nèi)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(jié)合；）在離合器之后，與變速箱二軸相結(jié)合； （3 3）與發(fā)動機同軸，在離合器之后與變速箱一軸結(jié)合；）與發(fā)動機同軸，在離合器之后與變速箱一軸結(jié)合； （4 4）利用帶式傳動裝置（如齒型帶）配置的）

2、利用帶式傳動裝置（如齒型帶）配置的isg(bsg)isg(bsg) 電機；電機； （5 5）雙軸側(cè)置，在發(fā)動機之后、離合器之前；）雙軸側(cè)置，在發(fā)動機之后、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(jié)構(gòu)緊湊；雙軸布置可以提高電機 轉(zhuǎn)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(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) 電機和起動機，通過對電機的合理設(shè)

3、計使電機 與發(fā)動機合理匹配滿足整車需求。 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(jié)構(gòu)緊湊，易于 布置； 3.對其它的附件影 響?。?4.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(zhuǎn)(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(jié)合， 改變扭矩耦合器設(shè) 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(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 混合動力 總成開發(fā)

4、 在現(xiàn)有條件下，本著經(jīng)濟性原則，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(yīng)電動機感應(yīng)電動機永磁無刷永磁無刷 直流電動機直流電動機 開關(guān)磁阻開關(guān)磁阻 電動機電動機 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)的堅固性差

5、好一般優(yōu)秀 電機的外形尺寸大中小小 電動機的質(zhì)量重中輕輕 電動機的成本/ （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(guān)磁阻電機相適，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(yīng) 電機的3.2倍。 轉(zhuǎn)矩慣量比轉(zhuǎn)矩慣量比是開關(guān)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(yīng) 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(guān)

6、磁阻電機的設(shè)計 永磁開關(guān)磁阻電機概述永磁開關(guān)磁阻電機概述 混合動力 總成開發(fā) 永磁開關(guān)磁阻電機原理結(jié)構(gòu)永磁開關(guān)磁阻電機原理結(jié)構(gòu) 定子 轉(zhuǎn)子 永久磁鐵 線圈 a b c a a a c c c b b b 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(guān)磁阻電機 功率: 電源電壓: (直流 高有利) 額定轉(zhuǎn)速: 額定效率: 運行方式:連續(xù)運行 絕緣等級:h 10 n pkw 144 d uv 2000 / minnr 0.94 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(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l

7、cm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) (,) (,) srr srsr lcm n nqn lcm n nnn 3q 2 s qnn 12 s n 8 r n 1.相數(shù)和極數(shù)相數(shù)和極數(shù) 混合動力 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(dāng)取小) 11 0.94 10k10.32k 22 0.94 n p pww 2.2.繞組端電壓繞組端電壓u u 繞組端電壓u=144v 3.3.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(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， 計算得 。 i

8、m k k a d 2 i aa m k6.1 (1.05)= kn p dd a b a =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(jié)構(gòu)特點，最終圓整后取70mm。 (6)定子外徑 由開關(guān)磁阻電機尺寸對照表類比得 a l a /0.57366.3 s ddmm s d aa l83.52dmm 由于這里采用的是永磁開關(guān)磁阻電機，雖然結(jié)構(gòu)與開關(guān) 磁阻電機相似，但其機構(gòu)更緊湊，加之考慮到日后要安裝在 汽車上，故取 ，則 。336 s dmm a 0.62 s dd 混合動力 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)磁阻電機尺寸對照表類比取

9、 得 。 (3)定、轉(zhuǎn)子極 、 s r 15 ,18 sr a (2 )sin27.4 2 s ps bdgmm ps b a sin32.7 2 r pr bdmm pr b 4.4.其他結(jié)構(gòu)尺寸其他結(jié)構(gòu)尺寸 (4)第二氣隙 i g 13.7 2 ps i b gmm 混合動力 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 cs h 1.219.62 2 pr cr b hmm c r h 2.432.88 2 ps cs b hmm 33 cs hmm 20 cr hmm (6)軸徑 軸徑偏大，取 , , 不變， 調(diào)整 以取得較小的電感

10、 。 2() 2142.6 iaicr ddgghmm i d 120 i dmm/0.57 ia d d c r h u l i g 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(zhuǎn)子極距 a 1 (22)30 2 sscs dddghmm s d a 81.95 r r d mm n r 0.93 7065.1 fefe a lk lmmfe k 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?cè)缦卤? 混合動力 總成開發(fā) 取 ，重新校核 則每極定子繞組匝數(shù) 圓整后得 ph n 1.6 ps btb 0.8050.431 ps

11、ps r b bbt 3.04 78 rc ph a n u n nb d l 5.5.每相繞組串聯(lián)匝數(shù)每相繞組串聯(lián)匝數(shù) 19.5 4 ph s n n 20 s n 混合動力 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 21 21 2 mm e q ti 21 21 () 2sin 42 mpsmps srs phsi fe bb n n ind l 6.isg6.isg電機總電磁轉(zhuǎn)矩電機總電磁轉(zhuǎn)矩 混合動力 總成開發(fā) 式中： 、 永久磁鋼單獨作用下在轉(zhuǎn)子位置角 、 時的定子磁極平均磁通密 度( 、 ) 定子鐵心內(nèi)徑 鐵心有效長度 由上式可知，當(dāng)電機結(jié)構(gòu)和永久磁鋼磁特性一定，電

12、機輸出轉(zhuǎn)矩取決于繞組電流與每相繞組匝數(shù)的乘積，這就 給電機的設(shè)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。 2mps b 1mps b 1 2 2 21 1 6 si d fe l 混合動力 總成開發(fā) 永磁開關(guān)磁阻電機控制器的設(shè)計 1.主回路與交流異步感應(yīng)電機相同； 2.與開關(guān)磁阻電機不同，是交流電機； 3.力矩脈動比異步感應(yīng)電機大，比開關(guān)磁阻電機 ??； 4.兩相同時通電，比功率大； 5.位置傳感器比交流異步感應(yīng)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

13、框圖 混合動力 總成開發(fā) 開關(guān)永磁磁阻電機控制主回路開關(guān)永磁磁阻電機控制主回路 混合動力 總成開發(fā) 開關(guān)永磁磁阻電機控制原理和時序開關(guān)永磁磁阻電機控制原理和時序 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(chǎn)生正方向的轉(zhuǎn)矩，這一 特點使雙凸極電機鐵心利用率高。 電機轉(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)間寬度來實現(xiàn)。改變相電流導(dǎo)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

14、 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。 2 1 2 m emr l tiitt m r t m t 混合動力 總成開發(fā)開關(guān)永磁磁阻電機提前角控制開關(guān)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(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)運行。 混合動力 總成開發(fā) 實驗結(jié)果分析實驗結(jié)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(chǔ)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