【正文】 電機(jī)是系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，目前可選擇的主要有異步電機(jī)、永磁電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)和爪極電機(jī)。該 ISG系統(tǒng)采用矩形波永磁電機(jī)，電源系統(tǒng)采用 144V 的蓄電池組，電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸直接連接，可產(chǎn)生與發(fā)動(dòng)機(jī)相位相反的轉(zhuǎn)矩，降低振動(dòng)，使運(yùn)轉(zhuǎn)更平穩(wěn)?，F(xiàn)在，已有幾家公司開(kāi)始量產(chǎn) ISG， 德國(guó)零部件制造商大陸（ Continental）公司下屬的 Tocher 公司首先開(kāi)發(fā)出了 ISAD（ Integrated Stater Alternator Damer）系統(tǒng)，并于 1997 年裝機(jī)試驗(yàn)，大陸公司因此而獲得 1997 年度工業(yè)革新獎(jiǎng)， 1999 年在法蘭克福國(guó)際展覽會(huì)上， ISG 作為汽車(chē)系統(tǒng)零部 件首次亮相。 ISG 技術(shù)將發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與發(fā)電功能有效組合，利用先進(jìn)的電力電子技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)，可以很方便地根據(jù)汽車(chē)在不同運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)快速起動(dòng)、寬變速大容量發(fā)電、發(fā)動(dòng)機(jī)助力、能量再生制動(dòng)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(jì)（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(dòng)發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) .......................................................................... 8 引言 .................................................................................................................. 8 啟動(dòng)發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) .............................................................................. 8 啟動(dòng) 發(fā)電機(jī)的基本方案 ................................................................. 8 對(duì)一體化啟動(dòng) 發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的獨(dú)特要求 ..........................................11 啟動(dòng)發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ................................................................... 12 第三章 ISG 發(fā)展趨勢(shì) ............................................................................................. 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(guó)外 ISG 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 .................................................................... 20 國(guó)內(nèi) ISG 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 .................................................................. 21 總結(jié) ............................................................................................................................. 24 致謝 ............................................................................................................................. 25 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................................... 26 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第一章 緒論 引 言 本章將首先介紹起動(dòng) /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(duì)國(guó)內(nèi)外車(chē)用 ISG 系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀的分析， 分析了世界各個(gè)國(guó)家汽車(chē)起動(dòng) /發(fā)電研究和開(kāi)發(fā)情況及其發(fā)展趨勢(shì)。 車(chē)用起動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)是兩個(gè)獨(dú)立的電器設(shè)備 ,用于起動(dòng)和發(fā)電 ,起動(dòng) /發(fā)電一體化是將起動(dòng)與發(fā)電功能集于一體 ,具有在蓄電池低電流下起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大 ,在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi) ,發(fā)電機(jī)功率大 ,效率高 ,體積小 ,適于安裝等優(yōu)點(diǎn) 。 研究的背景及目的 起動(dòng) /發(fā)電一體機(jī)（ Integrated Starter Generator，簡(jiǎn)稱(chēng) ISG），也有稱(chēng) ISA （ Integrated Starter Alternator），是用一個(gè)電機(jī)代替發(fā)動(dòng)機(jī)上傳統(tǒng)的起動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)，具有起動(dòng)和發(fā)電兩種基本功能。國(guó)內(nèi)外汽車(chē)公司開(kāi)始競(jìng)相研制或采用 ISG 技術(shù)，提升自己汽車(chē)品牌的技術(shù)內(nèi)涵，同時(shí)也順應(yīng)了環(huán)保和節(jié)能的趨勢(shì)。 隨后，博世、西門(mén)子、薩克斯和德?tīng)柛?、法雷奧等公司也開(kāi)發(fā)出這種系統(tǒng)。 國(guó)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(zhǎng)安、東風(fēng)、奇瑞等公司都在研究 ISG技術(shù)，已有部分混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)樣車(chē)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(hào)檢測(cè)及調(diào)理電路構(gòu)成，對(duì)電機(jī)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(jī) 有刷直流電機(jī)作起動(dòng)發(fā)電機(jī)用時(shí)，與一般的直流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)略有不同，起動(dòng)時(shí)，以復(fù)勵(lì)（串勵(lì)為主）直流電動(dòng)機(jī)方式工 作，要求有足夠的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流，起動(dòng)結(jié)束后，電機(jī)的串勵(lì)繞組被切除改為并勵(lì)方式，作發(fā)電機(jī)運(yùn)行。但開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大，電機(jī)存在嚴(yán)重的非線(xiàn)性，優(yōu)化控制有一定的難度，電動(dòng)和發(fā)電時(shí)均需功率變換器工作，發(fā)電的可靠性有所降低。電勵(lì)磁交流同步電機(jī)靜止時(shí)，無(wú)法得到勵(lì)磁，因而要額 外增加一套輔助起動(dòng)繞組，起動(dòng)時(shí)，先在輔助繞組中通以電流，提供勵(lì)磁，起動(dòng)完成后退出運(yùn)行。因而，它是近年來(lái)研究較多并且應(yīng)用越來(lái)越廣的一種電機(jī)。 永磁磁阻混合同步電機(jī)是 ISG電機(jī)的最優(yōu)選擇之一。因此，該電機(jī)綜合了永磁電機(jī)和電勵(lì)磁電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，克服了各自的缺點(diǎn)。 ISG 系統(tǒng)可以使發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)更緊湊，能實(shí)現(xiàn)車(chē)輛快速起停、高效發(fā)電、輔助動(dòng)力、減速和制動(dòng)時(shí)能量回收等功能，因而，該技術(shù)研究受到國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者及汽車(chē)公司的廣泛關(guān)注。 3） 裝置 ISG 的發(fā)動(dòng)機(jī)油耗減小至大于 10%，排放達(dá)到歐三標(biāo)準(zhǔn)，ISG 系統(tǒng)成本增加值小于內(nèi)燃機(jī)成本的 15%20%。 ISG 技術(shù)作為新一代汽車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)之一，將會(huì)得到迅速的發(fā)展和應(yīng)用。高轉(zhuǎn)速電起動(dòng)過(guò)程不僅降低了內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)時(shí)的燃料消耗，還改善了排放。 ISG 可以在內(nèi)燃機(jī)低速大負(fù)荷時(shí)工作在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，提供一部分輔助功率，提高低速時(shí)內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性能。 ISG 高效大功率的電能輸出能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)車(chē)用發(fā)電機(jī)，不僅能使電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向、電動(dòng)制動(dòng)以及電子動(dòng)氣門(mén)等需要較大功率供電的新興汽車(chē)電子技術(shù)得到充分應(yīng)用，而且原先由齒形皮帶驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)附件，如空調(diào)壓縮機(jī)等，都可以由專(zhuān)用的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，并控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在最佳工況點(diǎn)，提高整車(chē)效率。 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 第二章 啟動(dòng)發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 引言 混合動(dòng)力汽車(chē)由于在節(jié)省燃油和降低排放等方面具備的明顯優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越受到人們的重視。將要討論的 ISG 混合動(dòng)力汽車(chē)從結(jié)構(gòu)上講，屬于輕度并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)，可以在不改變傳統(tǒng)汽車(chē)變速器和驅(qū)動(dòng)橋的條件下由傳統(tǒng)汽車(chē)改裝而成，從而能有效的降低混合動(dòng)力汽車(chē)的制造成本和整車(chē)整備質(zhì)量，在提高汽車(chē)的性能方面具有重要意義。 美國(guó)和德國(guó)開(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車(chē)大多采用交流感應(yīng)電機(jī)，主要優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格較低、效率高、重量輕，但啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小。 由于常規(guī)發(fā)電機(jī)性能的限制，未來(lái)的 42V 車(chē)用電源不得不考慮采用新型的啟動(dòng) 發(fā)電機(jī)。它使汽車(chē)自動(dòng)協(xié)調(diào)啟動(dòng) /停止?fàn)顟B(tài)的轉(zhuǎn)換 ,從而提高燃油效率。 啟動(dòng) 發(fā)電機(jī)的基本方案 啟動(dòng) 發(fā)電機(jī)由兩部分組成：電機(jī)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(jī)經(jīng)過(guò)傳動(dòng)帶或齒輪傳動(dòng)變速與動(dòng)力傳動(dòng)系相連。 此設(shè)計(jì) 是建立在 12V 基礎(chǔ)之上的帶有一個(gè)雙離合器系統(tǒng)的一體化啟動(dòng) 發(fā)電機(jī)。但原則上 42V 啟動(dòng) /發(fā)電機(jī)也可以采用雙離合器系統(tǒng) 。如圖 22 所示。一方面因?yàn)檫@時(shí)出現(xiàn)的摩擦力矩最大，另一方面因?yàn)樾铍娖吭诘蜏貤l件下限制了有效功率，所以，典型的一 30℃時(shí)的冷啟動(dòng)扭矩要求在 100 一 300N一般把所需的發(fā)電機(jī)功率視作曲軸轉(zhuǎn)數(shù)的函數(shù)。當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)為 2020r/niln 時(shí) ，啟動(dòng)扭矩在 20 一 60N確切地講，短時(shí)間內(nèi)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶來(lái)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(chē)現(xiàn)有的安裝空間，不需要對(duì)傳動(dòng)系做大的改動(dòng)，是一種比較有前途的混合動(dòng)力模式。 （ 2）減速斷油 及制動(dòng)能量回收 汽車(chē)在減速行駛時(shí)，車(chē)速降到一定程度后，發(fā)動(dòng)機(jī)停噴，并進(jìn)行能量回收。從 ISG 混合動(dòng)力系統(tǒng)的功能要求可以看出，其主要的特點(diǎn)包括：低速大轉(zhuǎn)矩起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)時(shí)提供輔助功率和制動(dòng)能量回收，在 選擇動(dòng)力部件參數(shù)時(shí)需要充分考慮這些因素。 ISG 混合動(dòng)力汽車(chē)行駛時(shí)沒(méi)有純電動(dòng)工況，與發(fā)動(dòng)機(jī)功率相比，電機(jī)功率相對(duì)較小。 一般來(lái)說(shuō)，汽車(chē)實(shí)際駕駛