ISG輕混合動力總成開發(fā)

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）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)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) 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)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(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: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(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(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(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ala/0.57366.3sDDmmsDaal83.52Dmm 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 。336sDmma0.62sDD 混合動力 總成開發(fā)(1)氣隙g預取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 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?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(shè)下（參考右圖）總的電磁轉(zhuǎn)矩為 21212mmeqTi2121() 2sin42mpsmpssrsphsi FeBBN NiND l6.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，當電機結(jié)構(gòu)和永久磁鋼磁特性一定，電機輸出轉(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。2mpsB1mpsB1222116 siDFel 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 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(jié)構(gòu)不變的情況下，提高電壓可以提高功率和效率； 混合動力 總成開發(fā)The end 謝謝！