【正文】 電機是系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，目前可選擇的主要有異步電機、永磁電機、開關(guān)磁阻電機和爪極電機。該 ISG系統(tǒng)采用矩形波永磁電機，電源系統(tǒng)采用 144V 的蓄電池組，電機與發(fā)動機曲軸直接連接，可產(chǎn)生與發(fā)動機相位相反的轉(zhuǎn)矩，降低振動，使運轉(zhuǎn)更平穩(wěn)?，F(xiàn)在，已有幾家公司開始量產(chǎn) ISG， 德國零部件制造商大陸（ Continental）公司下屬的 Tocher 公司首先開發(fā)出了 ISAD（ Integrated Stater Alternator Damer）系統(tǒng)，并于 1997 年裝機試驗，大陸公司因此而獲得 1997 年度工業(yè)革新獎， 1999 年在法蘭克福國際展覽會上， ISG 作為汽車系統(tǒng)零部 件首次亮相。 ISG 技術(shù)將發(fā)動機的起動與發(fā)電功能有效組合，利用先進的電力電子技術(shù)、檢測技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)，可以很方便地根據(jù)汽車在不同運行狀態(tài)，實現(xiàn)快速起動、寬變速大容量發(fā)電、發(fā)動機助力、能量再生制動等功能。s Nations auto starting/power research and development of the situation and development trends. Automotive starter motor and generators are two separate electrical equipment, for starting and power generation, starting/power generation integration is starting and power generation feature set, with the battery low current starting torque, engine speed range, generator power, high efficiency, small size, suitable for installation, etc. Keywords: electric cars； start generating integrated； 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 目錄 第一章 緒論 ............................................................................................................... 4 引言 .................................................................................................................. 4 研究的背景及目的 .......................................................................................... 4 ISG 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及研究方案 ....................................................................... 4 ISG 系統(tǒng)作用 、性能要求 和意義 .................................................................................... 6 1. 5 ISG 的功能 .......................................................................................................6 第二章 啟動發(fā)電機結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 .......................................................................... 8 引言 .................................................................................................................. 8 啟動發(fā)電機結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 .............................................................................. 8 啟動 發(fā)電機的基本方案 ................................................................. 8 對一體化啟動 發(fā)電機系統(tǒng)的獨特要求 ..........................................11 啟動發(fā)電機的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ................................................................... 12 第三章 ISG 發(fā)展趨勢 ............................................................................................. 19 引言 ................................................................................................................ 19 ISG 及其相關(guān)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r ......................................................................... 19 ISG 技術(shù)的發(fā)展 ................................................................................. 19 國外 ISG 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 .................................................................... 20 國內(nèi) ISG 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 .................................................................. 21 總結(jié) ............................................................................................................................. 24 致謝 ............................................................................................................................. 25 參考文獻 ..................................................................................................................... 26 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 第一章 緒論 引 言 本章將首先介紹起動 /發(fā)電一體化系統(tǒng)的發(fā)展背景及研究現(xiàn)狀，并在此基礎(chǔ)上提出本課題的研究意義和方案選擇的理由。介紹了 ISG 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成、工作原理，基于對國內(nèi)外車用 ISG 系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀的分析， 分析了世界各個國家汽車起動 /發(fā)電研究和開發(fā)情況及其發(fā)展趨勢。 車用起動機和發(fā)電機是兩個獨立的電器設(shè)備 ,用于起動和發(fā)電 ,起動 /發(fā)電一體化是將起動與發(fā)電功能集于一體 ,具有在蓄電池低電流下起動轉(zhuǎn)矩大 ,在發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍內(nèi) ,發(fā)電機功率大 ,效率高 ,體積小 ,適于安裝等優(yōu)點 。 研究的背景及目的 起動 /發(fā)電一體機（ Integrated Starter Generator，簡稱 ISG），也有稱 ISA （ Integrated Starter Alternator），是用一個電機代替發(fā)動機上傳統(tǒng)的起動機和發(fā)電機，具有起動和發(fā)電兩種基本功能。國內(nèi)外汽車公司開始競相研制或采用 ISG 技術(shù)，提升自己汽車品牌的技術(shù)內(nèi)涵，同時也順應(yīng)了環(huán)保和節(jié)能的趨勢。 隨后，博世、西門子、薩克斯和德爾福、法雷奧等公司也開發(fā)出這種系統(tǒng)。 國內(nèi)包括中科院電工所、西北工業(yè)大學(xué)、南京航空航天大學(xué)及長安、東風(fēng)、奇瑞等公司都在研究 ISG技術(shù)，已有部分混合動力電動汽車樣車應(yīng)用了 ISG技術(shù)。功率變換器主要由微處理 器、功率主電路、信號檢測及調(diào)理電路構(gòu)成，對電機功能轉(zhuǎn)換及電壓有效調(diào)整起重要的控制作用 。 （ 1）有刷直流電機 有刷直流電機作起動發(fā)電機用時，與一般的直流電動機和直流發(fā)電機略有不同，起動時，以復(fù)勵（串勵為主）直流電動機方式工 作，要求有足夠的起動轉(zhuǎn)矩和起動電流，起動結(jié)束后，電機的串勵繞組被切除改為并勵方式，作發(fā)電機運行。但開關(guān)磁阻電機轉(zhuǎn)矩脈動大，電機存在嚴(yán)重的非線性，優(yōu)化控制有一定的難度，電動和發(fā)電時均需功率變換器工作，發(fā)電的可靠性有所降低。電勵磁交流同步電機靜止時，無法得到勵磁，因而要額 外增加一套輔助起動繞組，起動時，先在輔助繞組中通以電流，提供勵磁，起動完成后退出運行。因而，它是近年來研究較多并且應(yīng)用越來越廣的一種電機。 永磁磁阻混合同步電機是 ISG電機的最優(yōu)選擇之一。因此，該電機綜合了永磁電機和電勵磁電機的優(yōu)點，克服了各自的缺點。 ISG 系統(tǒng)可以使發(fā)動機結(jié)構(gòu)更緊湊，能實現(xiàn)車輛快速起停、高效發(fā)電、輔助動力、減速和制動時能量回收等功能，因而，該技術(shù)研究受到國內(nèi)外眾多學(xué)者及汽車公司的廣泛關(guān)注。 3） 裝置 ISG 的發(fā)動機油耗減小至大于 10%，排放達到歐三標(biāo)準(zhǔn)，ISG 系統(tǒng)成本增加值小于內(nèi)燃機成本的 15%20%。 ISG 技術(shù)作為新一代汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一，將會得到迅速的發(fā)展和應(yīng)用。高轉(zhuǎn)速電起動過程不僅降低了內(nèi)燃機起動時的燃料消耗，還改善了排放。 ISG 可以在內(nèi)燃機低速大負荷時工作在電動機狀態(tài)，提供一部分輔助功率，提高低速時內(nèi)燃機的動力性能。 ISG 高效大功率的電能輸出能力遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)車用發(fā)電機，不僅能使電動助力轉(zhuǎn)向、電動制動以及電子動氣門等需要較大功率供電的新興汽車電子技術(shù)得到充分應(yīng)用，而且原先由齒形皮帶驅(qū)動的汽車附件，如空調(diào)壓縮機等，都可以由專用的電動機帶動，并控制電動機運行在最佳工況點，提高整車效率。 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 第二章 啟動發(fā)電機結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 引言 混合動力汽車由于在節(jié)省燃油和降低排放等方面具備的明顯優(yōu)勢，越來越受到人們的重視。將要討論的 ISG 混合動力汽車從結(jié)構(gòu)上講，屬于輕度并聯(lián)混合動力系統(tǒng)，可以在不改變傳統(tǒng)汽車變速器和驅(qū)動橋的條件下由傳統(tǒng)汽車改裝而成，從而能有效的降低混合動力汽車的制造成本和整車整備質(zhì)量，在提高汽車的性能方面具有重要意義。 美國和德國開發(fā)的電動汽車大多采用交流感應(yīng)電機，主要優(yōu)點是價格較低、效率高、重量輕，但啟動轉(zhuǎn)矩小。 由于常規(guī)發(fā)電機性能的限制，未來的 42V 車用電源不得不考慮采用新型的啟動 發(fā)電機。它使汽車自動協(xié)調(diào)啟動 /停止?fàn)顟B(tài)的轉(zhuǎn)換 ,從而提高燃油效率。 啟動 發(fā)電機的基本方案 啟動 發(fā)電機由兩部分組成：電機部分和電子控制單元（ ECU）部分。 如果可以選擇，人們情愿選擇外部解決方式，利用這種解決方式，電機經(jīng)過傳動帶或齒輪傳動變速與動力傳動系相連。 此設(shè)計 是建立在 12V 基礎(chǔ)之上的帶有一個雙離合器系統(tǒng)的一體化啟動 發(fā)電機。但原則上 42V 啟動 /發(fā)電機也可以采用雙離合器系統(tǒng) 。如圖 22 所示。一方面因為這時出現(xiàn)的摩擦力矩最大，另一方面因為蓄電瓶在低溫條件下限制了有效功率，所以，典型的一 30℃時的冷啟動扭矩要求在 100 一 300N一般把所需的發(fā)電機功率視作曲軸轉(zhuǎn)數(shù)的函數(shù)。當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)為 2020r/niln 時 ，啟動扭矩在 20 一 60N確切地講，短時間內(nèi)發(fā)電機運轉(zhuǎn)帶來了較高的功率，典型的再生功率為 15 一 20kw。這樣的結(jié)構(gòu)可以較好的利用汽車現(xiàn)有的安裝空間，不需要對傳動系做大的改動，是一種比較有前途的混合動力模式。 （ 2）減速斷油 及制動能量回收 汽車在減速行駛時，車速降到一定程度后，發(fā)動機停噴，并進行能量回收。從 ISG 混合動力系統(tǒng)的功能要求可以看出，其主要的特點包括：低速大轉(zhuǎn)矩起動發(fā)動機，驅(qū)動時提供輔助功率和制動能量回收，在 選擇動力部件參數(shù)時需要充分考慮這些因素。 ISG 混合動力汽車行駛時沒有純電動工況，與發(fā)動機功率相比，電機功率相對較小。 一般來說，汽車實際駕駛