【正文】 ..........................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)展狀況 ......................................................................... 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。現(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。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。由于開關(guān)磁阻電機轉(zhuǎn)子沒有繞組和永磁體，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)對溫度不敏感，電機的最高運行溫度取決于絕緣系統(tǒng)，因此其高溫環(huán)境的運行能力優(yōu)良。又因無需勵磁電流，省去了勵磁損耗，提高了電機的效率和功率密度?；旌蟿畲庞来磐诫姍C的磁場由轉(zhuǎn)子上的永磁體和定子上的直流勵磁繞組共同提供，調(diào)節(jié)直流勵磁繞組就可以調(diào)節(jié)氣隙磁場。 2）質(zhì)量和體積與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車飛輪相當，連續(xù)功率： 8— 10KW，峰值功率 15KW 左右，發(fā)電狀態(tài)效率大于 70%，電動狀態(tài)效率大于 80%，起動發(fā)動機時間小于 。 ISG 的功能 （ 1） 自動起停功能 傳統(tǒng)的車用起動機只將內(nèi)燃機加速至起動轉(zhuǎn)速 (例如200r/min)， ISG 作為電動機在短時間內(nèi) (通常加速時間僅為 ～ s)將內(nèi)燃機加速至怠速轉(zhuǎn)速 (例如 800r/min)，然后內(nèi)燃機才開始 缸內(nèi)的燃燒過程。普通車用發(fā)電機通常由內(nèi)燃機曲軸通過皮帶驅(qū)動，最大輸出功率僅為 ～ kW，發(fā)電機的最大效率為 70%，而高速時僅為 30%，無法滿足現(xiàn)代汽車電子產(chǎn)品功率需求。不同結(jié)構(gòu)的混合動力系統(tǒng)，對動力部件參數(shù)的匹配具有不同的要求。 對于電動汽車而言，由于電能是由各類電池提供，價格昂貴而彌足珍貴，所以使用相對效率最高的永磁無刷電機是較為合理的，它已被廣泛用于功率小于100kW 的現(xiàn)代電動汽車上。 IGS 的發(fā)電機最大輸出功率為 8kW,在整個速度范圍內(nèi)輸出效率高于 80%,而傳統(tǒng)發(fā)電機的最大輸出功率是 ,最大效率為 70%。為此，西門子 VDO 汽車公司研發(fā)出這一一體化解決方式。所以接下來的考慮涉及到了直接啟動的 42V 啟動 /發(fā)電機。對于發(fā)電機來說，要求達到 4 一 10kw 的功率，顯然已超過了傳統(tǒng)發(fā)電機的極限。甚至再生制動也與高功率相關(guān)連。當汽車起步時，電機把發(fā)動機快速拖轉(zhuǎn)到怠速轉(zhuǎn)速以上噴油點火。因此根據(jù) ISG 電機工作條件，需要確定的參數(shù)包括：峰值功率、最大轉(zhuǎn)矩、額定轉(zhuǎn)速、最大轉(zhuǎn)速和額定功率。 ISG 混合動力系統(tǒng)中， ISG 電機與發(fā)動機在同軸上進行轉(zhuǎn)矩合成，因此電機與發(fā)動機之間速比為 1， ISG 電機的最大轉(zhuǎn)速應(yīng)等于或大于（主要考慮 ISG 電機的功率儲備）發(fā)動機最大轉(zhuǎn)速，即： maxn和maxen其中： nmaxn、maxen— 電機和發(fā)動機最大轉(zhuǎn)速。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 30℃ 時的冷啟動扭矩要求在 100～ 300Nm 之間。但因為 ECU 可以安裝在車內(nèi)不同的位置上，因此具有較大的靈活性。 電刷上不加直流電壓，用原動機拖動電樞使之逆時針方向恒速轉(zhuǎn)動，線圈兩邊就分別切割不同極性磁極下的磁力線，而在其中感應(yīng)產(chǎn)生電動勢，電動勢方向按右手定則確定。 從基本電磁情況來看，一臺直流電機原則上既可工作為 電動機運行，也可以作為發(fā)電機運行，只是約束的條件不同而已。這就是說，有刷直流電機的電刷起著電樞電流換向位置的檢測作用。因此，目前以星形連接三相橋式主電路的應(yīng)用最多。 下面具體分析發(fā)電時電機帶負載的運行情況： 一般情況下，起動 /發(fā)電系統(tǒng)在發(fā)電過程中都是通過整流裝置向蓄電池或者其他設(shè)備 提供直流電的。任意時刻，總是電勢最高的相繞組和電勢最低的相繞組同時導(dǎo)通形成通路，所對應(yīng)的二極管相應(yīng)導(dǎo)通。也是由電樞、磁極、整流子三部分組成 , 由于串勵式電動機的啟動轉(zhuǎn)矩大 , 故采用串勵式。勵磁 繞組用絕緣銅線繞制而成，套在主磁極鐵心上。一般電樞鐵心采用由 厚的硅鋼片沖制而成的沖片疊壓而成，以降低電機運行時電 樞鐵心中產(chǎn)生的渦流損耗和磁滯損耗。換向器是由許多換向片組成的圓柱體，換向片之間用云母片絕緣 。因為單向離合器內(nèi)外座圈間的間隙寬窄不等，當啟動機電樞旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)矩由套筒傳動內(nèi)座圈，內(nèi)座圈則隨電樞一同旋轉(zhuǎn)。 （ 3）減速裝置上采用了塑料件 。 電磁開關(guān)： 電磁開關(guān)結(jié)構(gòu)特點： 電磁開關(guān)主要由電磁鐵機構(gòu)和電動機開關(guān)兩部分組成。線圈分別與殼體上的點火開關(guān)端子和搭鐵端子“ E”連接，固定觸點與起動機端子“ S”連接，活動觸點經(jīng)觸點臂和支架與電池端 子“ BAT”相連。 第 三章 ISG 發(fā)展趨勢 引言 混合動力電動汽車的關(guān)鍵技術(shù) ISG(Integrated Starter Generator)即集成一體化起動 /發(fā)電機，也有的簡稱為 ISA(Integrated Starter Alternator)或IMA(Integrated Motor Assist)，它形式上將傳統(tǒng)汽車中功能單一的起動機和發(fā)電機二者合而為一，但在汽車節(jié)油、排放、發(fā)動機控制及能源管理等方面都有本質(zhì)的提升。由于 ISG 的介入，使得動力總成零部件間可以得到更加良好的配合，可以實現(xiàn)杰出動力性下的高效率、低油耗和更小的排放。根據(jù)國外的資料表明， ISG 技術(shù)對滿足今天及未來在解決電氣功率、提高效率及降低排放方面的要求是最理想的、最合適的。增加蓄電池的容量，在 42/14 伏或 42 伏電源系統(tǒng)中可蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 采用更大功率電動機（ 10kw 以上），取代飛輪以及原有的起動機、發(fā)電機，這就是集成一體化啟動 /發(fā)電機技術(shù)。因此，國內(nèi)外許多著名的汽車公司都競相研制、采用自己的 ISG 技術(shù)，以順應(yīng)節(jié)能、環(huán)保的世界大趨勢，提高自己的品牌競爭力。 福特的另一款混合動力車 Escape 也采用 ISG 并聯(lián)式結(jié)構(gòu)， ISG 電動機的功率為 35KW，由 288 伏 NiMH 電池組供電（如圖 32） 沃爾沃，西門子， Delphi（ 如圖 33Boush）等汽車零配件公司也對 ISG 技術(shù)進行了研究，并且其產(chǎn)品已經(jīng)批量投入市場。 東風(fēng)汽車公司的 EQ7200HEV 混合動力轎車采用 ISG 技術(shù)，其中 ISG 控制系統(tǒng)由中科院電工研究所為研制， ISG 電機使用永磁同步電動機，系統(tǒng)的大轉(zhuǎn)矩可達 178 Nm，能實現(xiàn) 4 倍弱磁、高效 (92%)電動、高效 (94%)發(fā)電、快速狀態(tài)切換、調(diào)速、轉(zhuǎn)矩對應(yīng)等控制。 （ 2）． BISG 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，與現(xiàn)有內(nèi)燃機汽車的動力總成相比改動很小，13 可以在現(xiàn)有傳統(tǒng)的動力總成結(jié)構(gòu)上進行很小的改動獲得，大大減小了機構(gòu)的復(fù)雜程度，降低了成本。 BISG 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 BISG 系統(tǒng)對特定行駛工況下燃油消耗的減少有著突出的作用，適用于對價格較為敏感的經(jīng)濟車型，特別適合城市某些專門用途的車輛。通用汽車公司的 BAS 系統(tǒng)包括以下幾個組件，起動發(fā)電機單元，新的發(fā)動機附件 (兩個張緊輪和皮帶，用以承受發(fā)電機和起動機的扭矩 )，一個發(fā)動機控制模塊，42V 的鎳氫 (NiMH)蓄電池等。但對于設(shè)計中的有些具體運算還不夠完善。 最后感謝各位老師和同學(xué)在百忙之中來聽我做畢業(yè)答辯，設(shè)計中存在許多問題和不足希望各位老師和同學(xué)批評指正。 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 能夠成功完成自己的課題，首先要感謝 尹新權(quán) 老師花費很多寶貴時間來耐心指導(dǎo)我， 他 不光為我提供了良好的畢業(yè)設(shè)計的環(huán)境和條件，而且由于 他 的耐心指導(dǎo)使我在這次畢業(yè)設(shè)計中不僅學(xué)會了更多的書本及實踐知識， 使我明確設(shè)計思路并確定最終設(shè)計方案。 首先介紹了 ISAD 系統(tǒng)的研究背景及各國發(fā)展狀況。 奇瑞集團的國家節(jié)能環(huán)保汽車工程 技術(shù)研究中心，自主開發(fā)了奇瑞 BSG 混合動力汽車，也采用了類似 BISG 的模式。 蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 （ 5）．電機通過皮帶與發(fā)動機曲軸相連；該傳動方式可以節(jié)省空間，安裝方便，但是輸出功率較低，一般在輕度混合動力系統(tǒng)中采用。與原型車相比該車城市工況燃油經(jīng)濟性可提高 20%以上。油耗降低 30%以上，整車排放達到歐Ⅲ標準，續(xù)駛里程不小于 500KM，加速性能和同類內(nèi)燃機相當，價格只比同檔次的傳統(tǒng)汽車增加不到 30%。 ISG 電機直接安裝在內(nèi)燃機曲軸輸出端，取代了內(nèi)燃機的飛輪。由于電動機具有較大的功率，ISG 電動機對汽車的動力輔助具有重要的作用。但其缺點是顯而易見的，發(fā)電機功率小，功能單一，只能實現(xiàn)起 /?？刂?。電力電子技術(shù)、功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展對電機控制技術(shù)的發(fā)展影響極大，新產(chǎn)品新技術(shù)的不斷出現(xiàn)使復(fù)雜的電機控制策略的實現(xiàn)成為可能?，F(xiàn)代的汽車電源 42/14Volt 適應(yīng)了這種要求，預(yù)期在 23 年后可投入使用。蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 當接通點火開關(guān)起動擋時，電流從蓄電池政界經(jīng)過起動機電源接線柱到電流表，在從電流表經(jīng)點火開關(guān)，繼電器線圈回到蓄電池負極。銅套外面安裝有復(fù)位彈簧，作用是使活動鐵心等可移動部件復(fù)位。 內(nèi)齒圈： 采用尼龍 66 材料 ,含有礦物質(zhì) ,增強了強度 ,同時起到中間支承作 用。 在起動電動機和齒輪軸之間采用減速裝置可以使起動機在較高轉(zhuǎn)速和相同轉(zhuǎn)矩下 ,體積減小、質(zhì)量減輕。工作時踏下啟動機踏板 , 驅(qū)動杠撥動接觸盤的推桿 , 當小齒輪完全嚙人飛輪齒圈后 , 開關(guān)即接通 , 這時蓄電池電流便流經(jīng)啟動機的電樞線圈和磁極線圈 , 于是啟動機便驅(qū)動曲軸旋轉(zhuǎn) , 使發(fā)動機啟動。它是由許多線圈 (以下稱元件 )按一定規(guī)律連接而成，線圈采用高強度漆包線或玻璃絲包扁銅線繞成，不同線圈的線圈邊分上下兩層嵌放在電樞槽中，線圈與鐵心之間以及上、下兩層線圈邊之間都必須妥善絕緣。 電刷裝置 ： 電刷裝置是用來引入或引出直流電壓和直流電流的。用來接通和切斷電動機與蓄電池之間的電路。兩 相導(dǎo)通狀態(tài)是由電機感應(yīng)電勢差最大而形成的電流回路，而三相同時導(dǎo)通的狀態(tài)則是在換流過程中，繞組中電流由于電感的存在而不能馬上消失，而形成了另一個電流回路，一段時間內(nèi)三相繞組同時導(dǎo)通。 圖 24 所示為直流電機和二極管全波整流橋構(gòu)成的系統(tǒng)，功率管 T 用來進行電壓的調(diào)節(jié) , 和 為負