【正文】 量生產(chǎn)，通過起動控制電子裝置可以提高起動機的壽命并能夠?qū)崿F(xiàn)簡單的起 /停功能。電機控制器也經(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 芯片來解決電機控制器不斷增加的計算量和速度需求是目前最為普遍的做法。隨著生產(chǎn)力和科學技術(shù)的不斷發(fā)展， ISG 可選用的電機也由直流電機發(fā)展到交流電機、永磁電機和開關(guān)磁阻電機。可以預(yù)見： ISG 系統(tǒng)是內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)改 進的發(fā)展趨勢， ISG 扭矩和內(nèi)燃蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 機的扭矩相互補充，從而可以使在動力性基本不變的情況下，減少內(nèi)燃機缸數(shù)或排量，從而可以使內(nèi)燃機的效率提高，減少排放。為了提高機動車的舒適性和安全性，機動車上的電氣功率需求不斷上升。電路為 ： 圖 27 啟動發(fā)電機工作電路 蓄電池正極 → 起動機電源接線柱 → 電磁開關(guān) → 勵磁繞阻 → 電樞繞阻 →搭鐵 → 蓄電池負極，于是起動機產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)距，起動發(fā)動機。 起動繼電器控制電路是由點火開關(guān)控制的，被控制對象是繼電器線圈電路。 起動繼電器： 起動繼電器的結(jié)構(gòu)簡圖如圖左上角部分所示，由電磁鐵機構(gòu)和觸點總成組成。活動鐵心前端固定有推桿，推桿前端安裝有開關(guān)觸盤，活動鐵心后段用調(diào)節(jié)螺釘和連接銷與撥叉連接。 太陽輪 : 作為主動軸固定在轉(zhuǎn)子軸上。 行星齒輪式減速機構(gòu) (只用在永勵磁和電勵磁 2 種起動機上 )主要由以下 3個部分組成。 （ 2）在平行嚙合的齒輪上無橫向轉(zhuǎn)矩傳遞 。 起動發(fā)電機的控制裝置包括電磁開關(guān)、起動繼電器和點火起 動開關(guān)燈部件，其中電磁開關(guān)于起動機制作在一起。 圖 26 轎車用啟動機單向離合器 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 離合器又是啟動機的飛散保護裝置，它在啟動時傳遞轉(zhuǎn)矩，而在發(fā)動機發(fā)動后打滑，從而保護啟動電樞不會被飛輪帶動作高速旋轉(zhuǎn)而損壞。 單向離合器自由 式單向離合器機構(gòu) , 是由外座圈、內(nèi)座圈、滾柱、柱塞等件組成。 換向器 ： 在直 流電動機中，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)生的交變電動勢轉(zhuǎn)換為正、負電刷上引出的直流電動勢。 電樞繞組 ： 電樞繞組的作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，是直流電機進行能量變換的關(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)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 電樞鐵心 ： 電樞鐵心是主磁路的主要部分，同時用以嵌放電樞繞組。為保證機座具有足夠的機 械強度和良好的導磁性能，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，上面套勵磁繞組的部分稱為極身，下面擴寬的部分稱為極靴，極靴寬于極身，既可以調(diào)整氣隙中磁場的分布，又便于固定勵磁繞組。 （ 3）控制開關(guān)。其作用是產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩 , 構(gòu)造與發(fā)電機相似桑塔納轎車用發(fā)動機的啟動電機如圖 25. 所示。當換相重疊角小于 時，電機工作過程中會出現(xiàn)兩種交替改變的工作狀態(tài)，即兩相導通狀態(tài)和三相同時導通狀態(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，其導通狀況完全由繞組感應(yīng)電勢的相對大小來決定。理想情況下，輸出電壓應(yīng)該是沒有脈動的。此時，定子繞組電流為零，電機端電壓 U 就是繞組的感應(yīng)電勢 E。驅(qū)動器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成，其功能是：接受電動機的啟動、停止、制動信號，以控制電動機的啟動、停止和制動；接受位置傳感器信號和正反轉(zhuǎn)信號，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，用來控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速；提供保護和顯示等等。三相半橋 式電路雖然結(jié)構(gòu)簡單，但電機的本體利用率很低，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，在整個運行過程中轉(zhuǎn)矩脈動也比較大。 電機的運行原理 : 電機起動 /發(fā)電系統(tǒng)的工作過程可分為兩個階段來考慮，第一個階段，由蓄電池供電，電動機狀態(tài)運行，電機起動；第二個階段，起動完成后，由發(fā)動機拖動，轉(zhuǎn)為發(fā)電機狀態(tài)運行，向電氣設(shè)備供電。在有刷直流電機中，電刷不僅起著引導電流的作用，而且由于電樞導體在經(jīng)過電刷所在位置時，其中的電流要改變方向，所以電刷的位置決定著電機中電流換向的地點。 眾所周知，一般的直流電動機的定子由永久磁鋼組成，其主要的作用是在電動機氣隙中產(chǎn)生磁場。同時也說明子直流發(fā)電機實質(zhì)上是帶有換向器的交流發(fā)電機。因為，電樞在轉(zhuǎn)動過程中，無論電樞轉(zhuǎn)到什么蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（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勢始終是切割 N 極磁力線的線圈邊中的電動勢，因此，電刷 A 始終有正極性。 啟動發(fā)電機的結(jié)構(gòu)設(shè)計 直流電機的工作原理就是把電樞線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的交變電動勢，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時變?yōu)橹绷麟妱觿莸脑怼＿@些試驗對電機的要求極高，電機必須能夠無妨害地吸收發(fā)動機和傳動裝置的震動，甚至在高達 14000r/min 的轉(zhuǎn)速情況下出現(xiàn)的離心力也必須得到機械控制。甚至對電子控制單元（ ECU）也有安裝體積限制。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～ 20kW。m ；當轉(zhuǎn)數(shù)為 2020r/min 時，啟動扭矩在 20～ 60N 對于發(fā)電機來說，要求達到 4～ 10kW 的功率，顯然已超過了傳統(tǒng)發(fā)電機的極限。特別是在低溫時，啟動將變得尤為 困難。但是隨著β值的增大，對電機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 電機功率的取值應(yīng)在滿足整車節(jié)能目標值的前提下，從經(jīng)濟性和制造成本兩方面均衡考慮。具體來說， ISG 系統(tǒng)要求電機能夠短時間（一般不超過 ）起動發(fā)動機點火，因此要求電機必須具有較大的啟動轉(zhuǎn)矩以克服發(fā)動機起動的阻力矩；功率補償要求在汽車加速或爬蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 坡需要大功率時電機能夠提供一部分功率，彌補發(fā)動機功率的不足，電機的峰值功率也是需要確定的參數(shù)之一；另外，由于 ISG 電機需要與發(fā)動機在同軸上耦合，電機的 轉(zhuǎn)速也需與發(fā)動機匹配。 （ 3）起步及大負荷助力 在起步及加速、爬坡等大負荷工況時，電機同發(fā)動機一起提供轉(zhuǎn)矩，滿足轉(zhuǎn)矩不足及大負荷轉(zhuǎn)矩需求，保證發(fā)動機工作在高效區(qū)域。 （ 1）怠速停機及快速啟動 當汽車停車時，發(fā)動機立即停止噴油而不進行怠速，即發(fā)動機沒有怠速工況。 ISG 系統(tǒng)構(gòu)成與主要功能 ISG 型混合動力汽車結(jié)構(gòu)簡圖，如圖 23 所示。啟動運轉(zhuǎn)一般都與高機械功率和高電功率相關(guān)聯(lián)，并且僅在短時間內(nèi)可行，有代表性的啟動時間通常在 10 一 205 之間。當轉(zhuǎn)數(shù)為 I000r/min 時，典型的啟動扭矩將達到 50 一 120N提供這么高扭矩的蓄電瓶功率一般限定在 5 一 7kw。為了啟動發(fā)動 機，必須具有最大扭矩。在這種情況下，電機和整個系統(tǒng)大多要放在一起考慮，一方面要考慮冷啟動時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)電機功率。 過渡到 42V 電源電壓可以顯著提高啟動 發(fā)電機的功率。根據(jù)各汽 車制造商的意見，外部啟動 發(fā)電機與電源電壓無關(guān)，一般只適用于傳送較小的功率。出于價格原因，人們原則上力求盡可能簡蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 單的機械結(jié)構(gòu)。同時 ,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荷。本文將對比各種不同類型的啟動 發(fā)電機，闡述由西門子 VDO 汽車公司（位于德國維茨堡）研制的采用異步發(fā)電機的啟動 發(fā)電機系統(tǒng)。開關(guān)磁阻電機結(jié)構(gòu)較新，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、可靠、成本較低、起動性能好，沒有大的沖擊 電流，它兼有交流感應(yīng)電機變頻調(diào)速和直流電機調(diào)速的優(yōu)點，缺點是噪聲較大，但仍有一定改進余地。 電動汽車驅(qū)動電機是所有電動汽車必不可少的關(guān)鍵部件。其動力部件參數(shù)之間是否協(xié)調(diào)匹配將直接決定混和動力汽車能否達到節(jié)能和環(huán)保的要求，動力部件參數(shù)的匹配是混合動力汽車研究的一個重要內(nèi)容。 ISG 取代飛輪的作用，可以通過自身的轉(zhuǎn)動慣量以及在電動機和發(fā)電機之間來回切換狀態(tài)，平衡內(nèi)燃機曲軸的波動，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)電機時可以提供 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)燃機處于怠速的情況非常多，自動起停系統(tǒng)利用電動機快速起動的特點避開了內(nèi)燃機低速起動和長時間怠速，提高了整車燃油經(jīng)濟性和排蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（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，同時也順應(yīng)了環(huán)保和節(jié)能的趨勢，具有良好的發(fā)展前景。由于ISG 系統(tǒng)需要大的起動轉(zhuǎn)矩，起動電流也比較大。 （四象限運轉(zhuǎn)） ISG 的性能要求： 1）能帶動發(fā)發(fā)動機快速起動，避開怠速工況，降低油耗和污染。直接式曲軸傳動能輸出大功率，效率也更高，是 ISG 系統(tǒng)傳動的發(fā)展方向。 針對永磁電機磁場氣隙難以調(diào)節(jié)和高溫易退磁的缺點， 混合勵磁永磁同步電機也是永磁 ISG 研究的熱點之一。具有起動方便，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。 （ 4）永磁同步電機 與傳統(tǒng)的電勵磁同步電機相比，永磁同步電機運行原理和電勵磁同步電機運行原理相同，但它不需要勵磁繞組勵磁，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)簡單，運行更加可靠。只要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上研究其起動方案，就可以將其改造成起動 /發(fā)電系統(tǒng)。 （ 2）開關(guān)磁阻電機 開關(guān)磁阻電機 (SRM)的轉(zhuǎn)子是簡單的迭片結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)堅固且經(jīng)濟，由于轉(zhuǎn)子沒有繞組和磁鋼，因此可在高速下運行，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單，制造成本低，冷卻方便。 從電機本身的角度來看，可以用作起動發(fā)電系統(tǒng)的有很多種，如有刷直流電機、開關(guān)磁阻電機、電勵磁同步電機、無刷直流電機等。 ISG 系統(tǒng)由電機、整流 /逆變功率變換器和儲能元件（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第一代混合電動汽車。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。傳統(tǒng)發(fā)電機的電壓、功率和效率都不能滿足未來汽車的需求。 關(guān)鍵 字 ：電動汽車； 啟動發(fā)電一體化； 蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（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)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 摘要 隨著電動汽車的發(fā)展，采用一體化起動機 /發(fā)電機（ ISG）是降低汽車燃油消耗和尾氣排放的關(guān)鍵技術(shù)。 本文通過對啟動 /發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理進行分析，實現(xiàn)啟動發(fā)電的雙功能。 隨著人們對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 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。其中，大陸和西門子公司選用的是異步電機， 42V 電源系統(tǒng)，采用直接傳動方式，即把 ISG 安裝在發(fā)動機和變速箱之間的曲軸上；博世公司選用的是永磁同步電機， 14 V 和 42 V 混合電源系統(tǒng)，也采用曲軸直接傳動方式，工作效率在 8%以上；薩克斯選用永磁同步電機，定子和定子支架直接安裝在發(fā)動機曲軸凸緣上，轉(zhuǎn)子則固定在飛輪上，發(fā)電效率高達 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%的停頓過程中實現(xiàn)“零”排放。 ISG 系統(tǒng)性能提高的關(guān)鍵在于以下幾個方面： （ 1）適合 ISG 系統(tǒng)的電機種類選擇、設(shè)計與制造，應(yīng)保證電機具 有高起動轉(zhuǎn)矩、高發(fā)電效率及