【正文】 量生產(chǎn)，通過起動(dòng)控制電子裝置可以提高起動(dòng)機(jī)的壽命并能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單的起 /停功能。電機(jī)控制器也經(jīng)歷了從模擬控制器到數(shù)字控制器的發(fā)展， 80年代以來不斷發(fā)展的單片可編程數(shù)字信號(hào)處理 (DSP)芯片現(xiàn)在已有了越來越廣泛的應(yīng)用，使用 高性能的 DSP 芯片來解決電機(jī)控制器不斷增加的計(jì)算量和速度需求是目前最為普遍的做法。隨著生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展， ISG 可選用的電機(jī)也由直流電機(jī)發(fā)展到交流電機(jī)、永磁電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)?？梢灶A(yù)見： ISG 系統(tǒng)是內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)改 進(jìn)的發(fā)展趨勢(shì)， ISG 扭矩和內(nèi)燃蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 機(jī)的扭矩相互補(bǔ)充，從而可以使在動(dòng)力性基本不變的情況下，減少內(nèi)燃機(jī)缸數(shù)或排量，從而可以使內(nèi)燃機(jī)的效率提高，減少排放。為了提高機(jī)動(dòng)車的舒適性和安全性，機(jī)動(dòng)車上的電氣功率需求不斷上升。電路為 ： 圖 27 啟動(dòng)發(fā)電機(jī)工作電路 蓄電池正極 → 起動(dòng)機(jī)電源接線柱 → 電磁開關(guān) → 勵(lì)磁繞阻 → 電樞繞阻 →搭鐵 → 蓄電池負(fù)極，于是起動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)距，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。 起動(dòng)繼電器控制電路是由點(diǎn)火開關(guān)控制的，被控制對(duì)象是繼電器線圈電路。 起動(dòng)繼電器： 起動(dòng)繼電器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖左上角部分所示，由電磁鐵機(jī)構(gòu)和觸點(diǎn)總成組成?；顒?dòng)鐵心前端固定有推桿，推桿前端安裝有開關(guān)觸盤，活動(dòng)鐵心后段用調(diào)節(jié)螺釘和連接銷與撥叉連接。 太陽輪 : 作為主動(dòng)軸固定在轉(zhuǎn)子軸上。 行星齒輪式減速機(jī)構(gòu) (只用在永勵(lì)磁和電勵(lì)磁 2 種起動(dòng)機(jī)上 )主要由以下 3個(gè)部分組成。 （ 2）在平行嚙合的齒輪上無橫向轉(zhuǎn)矩傳遞 。 起動(dòng)發(fā)電機(jī)的控制裝置包括電磁開關(guān)、起動(dòng)繼電器和點(diǎn)火起 動(dòng)開關(guān)燈部件，其中電磁開關(guān)于起動(dòng)機(jī)制作在一起。 圖 26 轎車用啟動(dòng)機(jī)單向離合器 l一彈簧 2一外座圈 3一滾柱 4一內(nèi)座圈 5一空心軸 6一小齒輪 單向 離合器又是啟動(dòng)機(jī)的飛散保護(hù)裝置，它在啟動(dòng)時(shí)傳遞轉(zhuǎn)矩，而在發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)后打滑，從而保護(hù)啟動(dòng)電樞不會(huì)被飛輪帶動(dòng)作高速旋轉(zhuǎn)而損壞。 單向離合器自由 式單向離合器機(jī)構(gòu) , 是由外座圈、內(nèi)座圈、滾柱、柱塞等件組成。 換向器 ： 在直 流電動(dòng)機(jī)中，換向器配以電刷，能將外加直流電源轉(zhuǎn)換為電樞線圈中的交變電流，使電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變；在直流發(fā)電機(jī)中，換向器配以電刷，能將電樞線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為正、負(fù)電刷上引出的直流電動(dòng)勢(shì)。 電樞繞組 ： 電樞繞組的作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，是直流電機(jī)進(jìn)行能量變換的關(guān)鍵部件，所以叫電樞。刷桿座裝在端蓋或軸承內(nèi)蓋上，圓周位置可以調(diào)整，調(diào)好以后加以固定 轉(zhuǎn)子 (電樞 ) 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 電樞鐵心 ： 電樞鐵心是主磁路的主要部分，同時(shí)用以嵌放電樞繞組。為保證機(jī)座具有足夠的機(jī) 械強(qiáng)度和良好的導(dǎo)磁性能，一般為鑄鋼件或由鋼板焊接而成。鐵心一般用 ～ 厚的硅鋼板沖片疊壓鉚緊而成，分為極身和極靴兩部分，上面套勵(lì)磁繞組的部分稱為極身，下面擴(kuò)寬的部分稱為極靴，極靴寬于極身，既可以調(diào)整氣隙中磁場(chǎng)的分布，又便于固定勵(lì)磁繞組。 （ 3）控制開關(guān)。其作用是產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩 , 構(gòu)造與發(fā)電機(jī)相似桑塔納轎車用發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電機(jī)如圖 25. 所示。當(dāng)換相重疊角小于 時(shí)，電機(jī)工作過程中會(huì)出現(xiàn)兩種交替改變的工作狀態(tài)，即兩相導(dǎo)通狀態(tài)和三相同時(shí)導(dǎo)通狀態(tài)。電路中三相六只二極管組成了共陽極連接組和共陰極連 接組，其導(dǎo)通狀況完全由繞組感應(yīng)電勢(shì)的相對(duì)大小來決定。理想情況下，輸出電壓應(yīng)該是沒有脈動(dòng)的。此時(shí)，定子繞組電流為零，電機(jī)端電壓 U 就是繞組的感應(yīng)電勢(shì) E。驅(qū)動(dòng)器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成，其功能是：接受電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、制動(dòng)信號(hào)，以控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止和制動(dòng)；接受位置傳感器信號(hào)和正反轉(zhuǎn)信號(hào)，用來控制逆變橋各 功率管的通斷，產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩；接受速度指令和速度反饋信號(hào)，用來控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速；提供保護(hù)和顯示等等。三相半橋 式電路雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但電機(jī)的本體利用率很低，每相繞組只通電 1/3 周期， 2/3 周期處于關(guān)斷狀態(tài)，繞組沒有得到充分利用，在整個(gè)運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)也比較大。 電機(jī)的運(yùn)行原理 : 電機(jī)起動(dòng) /發(fā)電系統(tǒng)的工作過程可分為兩個(gè)階段來考慮，第一個(gè)階段，由蓄電池供電，電動(dòng)機(jī)狀態(tài)運(yùn)行，電機(jī)起動(dòng)；第二個(gè)階段，起動(dòng)完成后，由發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，轉(zhuǎn)為發(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行，向電氣設(shè)備供電。在有刷直流電機(jī)中，電刷不僅起著引導(dǎo)電流的作用，而且由于電樞導(dǎo)體在經(jīng)過電刷所在位置時(shí)，其中的電流要改變方向，所以電刷的位置決定著電機(jī)中電流換向的地點(diǎn)。 眾所周知，一般的直流電動(dòng)機(jī)的定子由永久磁鋼組成，其主要的作用是在電動(dòng)機(jī)氣隙中產(chǎn)生磁場(chǎng)。同時(shí)也說明子直流發(fā)電機(jī)實(shí)質(zhì)上是帶有換向器的交流發(fā)電機(jī)。因?yàn)椋姌性谵D(zhuǎn)動(dòng)過程中，無論電樞轉(zhuǎn)到什么蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 位置，由于換向器配合電刷的換向作用，電刷 A 通過換向片所引出的電動(dòng)勢(shì)始終是切割 N 極磁力線的線圈邊中的電動(dòng)勢(shì)，因此，電刷 A 始終有正極性。 啟動(dòng)發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 直流電機(jī)的工作原理就是把電樞線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時(shí)變?yōu)橹绷麟妱?dòng)勢(shì)的原理。這些試驗(yàn)對(duì)電機(jī)的要求極高，電機(jī)必須能夠無妨害地吸收發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的震動(dòng)，甚至在高達(dá) 14000r/min 的轉(zhuǎn)速情況下出現(xiàn)的離心力也必須得到機(jī)械控制。甚至對(duì)電子控制單元（ ECU）也有安裝體積限制。確切地講，短時(shí)間內(nèi)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶來了較高的功率，典型的再生功率為 15～ 20kW。m ；當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)為 2020r/min 時(shí)，啟動(dòng)扭矩在 20～ 60N 對(duì)于發(fā)電機(jī)來說，要求達(dá)到 4～ 10kW 的功率，顯然已超過了傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的極限。特別是在低溫時(shí)，啟動(dòng)將變得尤為 困難。但是隨著β值的增大，對(duì)電機(jī)支撐要求也隨之增大?？梢耘c電池參數(shù)選擇綜合考慮加以確定。 ISG 電機(jī)功率的取值應(yīng)在滿足整車節(jié)能目標(biāo)值的前提下，從經(jīng)濟(jì)性和制造成本兩方面均衡考慮。具體來說， ISG 系統(tǒng)要求電機(jī)能夠短時(shí)間（一般不超過 ）起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，因此要求電機(jī)必須具有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩以克服發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的阻力矩；功率補(bǔ)償要求在汽車加速或爬蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 坡需要大功率時(shí)電機(jī)能夠提供一部分功率，彌補(bǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)功率的不足，電機(jī)的峰值功率也是需要確定的參數(shù)之一；另外，由于 ISG 電機(jī)需要與發(fā)動(dòng)機(jī)在同軸上耦合，電機(jī)的 轉(zhuǎn)速也需與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配。 （ 3）起步及大負(fù)荷助力 在起步及加速、爬坡等大負(fù)荷工況時(shí)，電機(jī)同發(fā)動(dòng)機(jī)一起提供轉(zhuǎn)矩，滿足轉(zhuǎn)矩不足及大負(fù)荷轉(zhuǎn)矩需求，保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高效區(qū)域。 （ 1）怠速停機(jī)及快速啟動(dòng) 當(dāng)汽車停車時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)立即停止噴油而不進(jìn)行怠速，即發(fā)動(dòng)機(jī)沒有怠速工況。 ISG 系統(tǒng)構(gòu)成與主要功能 ISG 型混合動(dòng)力汽車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，如圖 23 所示。啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)一般都與高機(jī)械功率和高電功率相關(guān)聯(lián)，并且僅在短時(shí)間內(nèi)可行，有代表性的啟動(dòng)時(shí)間通常在 10 一 205 之間。當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)為 I000r/min 時(shí)，典型的啟動(dòng)扭矩將達(dá)到 50 一 120N提供這么高扭矩的蓄電瓶功率一般限定在 5 一 7kw。為了啟動(dòng)發(fā)動(dòng) 機(jī)，必須具有最大扭矩。在這種情況下，電機(jī)和整個(gè)系統(tǒng)大多要放在一起考慮，一方面要考慮冷啟動(dòng)時(shí)電源能夠提供的電瓶功率，另一方面還要考慮提供足夠高的發(fā)電機(jī)功率。 過渡到 42V 電源電壓可以顯著提高啟動(dòng) 發(fā)電機(jī)的功率。根據(jù)各汽 車制造商的意見，外部啟動(dòng) 發(fā)電機(jī)與電源電壓無關(guān)，一般只適用于傳送較小的功率。出于價(jià)格原因，人們?cè)瓌t上力求盡可能簡(jiǎn)蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 單的機(jī)械結(jié)構(gòu)。同時(shí) ,該系統(tǒng)支持 14 伏至 42 伏電源系統(tǒng) ,滿足目前正在日益提高的汽車電器負(fù)荷。本文將對(duì)比各種不同類型的啟動(dòng) 發(fā)電機(jī)，闡述由西門子 VDO 汽車公司（位于德國(guó)維茨堡）研制的采用異步發(fā)電機(jī)的啟動(dòng) 發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)較新，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、成本較低、起動(dòng)性能好，沒有大的沖擊 電流，它兼有交流感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速和直流電機(jī)調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是噪聲較大，但仍有一定改進(jìn)余地。 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)是所有電動(dòng)汽車必不可少的關(guān)鍵部件。其動(dòng)力部件參數(shù)之間是否協(xié)調(diào)匹配將直接決定混和動(dòng)力汽車能否達(dá)到節(jié)能和環(huán)保的要求，動(dòng)力部件參數(shù)的匹配是混合動(dòng)力汽車研究的一個(gè)重要內(nèi)容。 ISG 取代飛輪的作用，可以通過自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及在電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)之間來回切換狀態(tài)，平衡內(nèi)燃機(jī)曲軸的波動(dòng)，成為有源飛輪起到減震器的作用。 （ 3） 高效大功率電能輸出功能 ISG 用作發(fā)電機(jī)時(shí)可以提供 6～ 10 kW 功率輸出，全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的效率 80%以上。在城市工況下，汽車不停地起步和停車以及內(nèi)燃機(jī)處于怠速的情況非常多，自動(dòng)起停系統(tǒng)利用電動(dòng)機(jī)快速起動(dòng)的特點(diǎn)避開了內(nèi)燃機(jī)低速起動(dòng)和長(zhǎng)時(shí)間怠速，提高了整車燃油經(jīng)濟(jì)性和排蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 放性能。ISG 技術(shù)的研制或采用，既提升了汽車品牌的技術(shù)內(nèi)涵，同時(shí)也順應(yīng)了環(huán)保和節(jié)能的趨勢(shì)，具有良好的發(fā)展前景。由于ISG 系統(tǒng)需要大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)電流也比較大。 （四象限運(yùn)轉(zhuǎn)） ISG 的性能要求： 1）能帶動(dòng)發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)快速起動(dòng)，避開怠速工況，降低油耗和污染。直接式曲軸傳動(dòng)能輸出大功率，效率也更高，是 ISG 系統(tǒng)傳動(dòng)的發(fā)展方向。 針對(duì)永磁電機(jī)磁場(chǎng)氣隙難以調(diào)節(jié)和高溫易退磁的缺點(diǎn)， 混合勵(lì)磁永磁同步電機(jī)也是永磁 ISG 研究的熱點(diǎn)之一。具有起動(dòng)方便，能量密度大，效率高，可以輸出高質(zhì)量的直流電壓等優(yōu)點(diǎn)。 （ 4）永磁同步電機(jī) 與傳統(tǒng)的電勵(lì)磁同步電機(jī)相比，永磁同步電機(jī)運(yùn)行原理和電勵(lì)磁同步電機(jī)運(yùn)行原理相同，但它不需要?jiǎng)?lì)磁繞組勵(lì)磁，這樣就取消了容易出問題的集電環(huán)和電刷裝置，因此，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行更加可靠。只要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上研究其起動(dòng)方案，就可以將其改造成起動(dòng) /發(fā)電系統(tǒng)。 （ 2）開關(guān)磁阻電機(jī) 開關(guān)磁阻電機(jī) (SRM)的轉(zhuǎn)子是簡(jiǎn)單的迭片結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固且經(jīng)濟(jì)，由于轉(zhuǎn)子沒有繞組和磁鋼，因此可在高速下運(yùn)行，其定子集中繞組可以預(yù)先繞制好再嵌入定子槽，這使得定子裝配工藝簡(jiǎn)單，制造成本低，冷卻方便。 從電機(jī)本身的角度來看，可以用作起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)的有很多種，如有刷直流電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)、電勵(lì)磁同步電機(jī)、無刷直流電機(jī)等。 ISG 系統(tǒng)由電機(jī)、整流 /逆變功率變換器和儲(chǔ)能元件（主要為蓄電池）組成。 1999 年，本田推出了應(yīng)用了 ISG 技術(shù)的 Insight第一代混合電動(dòng)汽車。國(guó)內(nèi)外汽車公司開始競(jìng)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(shí)也順應(yīng)了環(huán)保和節(jié)能的趨勢(shì)。傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的電壓、功率和效率都不能滿足未來汽車的需求。 關(guān)鍵 字 ：電動(dòng)汽車； 啟動(dòng)發(fā)電一體化； 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 Abstract With the electric vehicle development, use of integrated starter/generator (ISG) is to reduce fuel consumption and exhaust emissions of key technologies. Describes the structure and position, ISG system works, based on the current development of automotive ISG system analysis, analysis of the world39。蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 摘要 隨著電動(dòng)汽車的發(fā)展，采用一體化起動(dòng)機(jī) /發(fā)電機(jī)（ ISG）是降低汽車燃油消耗和尾氣排放的關(guān)鍵技術(shù)。 本文通過對(duì)啟動(dòng) /發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)發(fā)電的雙功能。 隨著人們對(duì)汽車舒適性要求的提高，車上用電設(shè)備越來越多，需求的電功率超出 kW，可達(dá) 3kW 甚至更高，采用 42Ｖ電源系統(tǒng)也是汽 車的發(fā)展方向。 ISG 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及研究方案 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。其中，大陸和西門子公司選用的是異步電機(jī)， 42V 電源系統(tǒng)，采用直接傳動(dòng)方式，即把 ISG 安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱之間的曲軸上；博世公司選用的是永磁同步電機(jī)， 14 V 和 42 V 混合電源系統(tǒng)，也采用曲軸直接傳動(dòng)方式，工作效率在 8%以上；薩克斯選用永磁同步電機(jī)，定子和定子支架直接安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸凸緣上，轉(zhuǎn)子則固定在飛輪上，發(fā)電效率高達(dá) 80%～ 90%；法雷奧開發(fā)的 ISG 選用 42V 電源系統(tǒng)，采用皮帶連接的間接傳動(dòng)方式，與傳統(tǒng)車相比，可節(jié)省 20%的 燃料，在 30%的停頓過程中實(shí)現(xiàn)“零”排放。 ISG 系統(tǒng)性能提高的關(guān)鍵在于以下幾個(gè)方面： （ 1）適合 ISG 系統(tǒng)的電機(jī)種類選擇、設(shè)計(jì)與制造，應(yīng)保證電機(jī)具 有高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、高發(fā)電效率及