ISG轻混合动力总成开发.ppt

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1、ISG轻混合动力总成开发,ISG电机的布置形式 ISG电机的选择 永磁开关磁阻电机的设计 永磁开关磁阻电机控制器的设计 初步实验结果,介绍内容,ISG电机的布置形式,ISG电机可根据体积和功率的不同，布置在发动机的不同位置:,（1）与发动机同轴，在发动机之后、离合器之前；（2）在离合器之后，与变速箱二轴相结合；（3）与发动机同轴，在离合器之后与变速箱一轴结合；（4）利用带式传动装置（如齿型带）配置的ISG(BSG)电机；（5）双轴侧置，在发动机之后、离合器之前；（6）双轴侧置，在离合器之后、变速箱之前；,上述6种布置形式各有优缺点，同轴布置较双轴布置结构紧凑；双轴布置可以提高电机转速和输出功率

2、，使比功率增大；利用带式传动装置又最大限度地减小了对发动机的改造。综合比较各种布置后，我们认为第（1）种和第（2）种方案最有代表性，我们建议采用第（1）种方案，该方案可以取代飞轮、发电机和起动机，通过对电机的合理设计使电机与发动机合理匹配满足整车需求。,6种布置形式的比较：,第（1）种布置形式,特点:1.电机是扁平的；2.结构紧凑，易于 布置；3.对其它的附件影 响小；4.控制策略相对简 单；5.改造成本低；6.发动机与电机一 同旋转(消耗分 三部分)；,特点:1.电机是柱形的，与 变速器二轴结合，改变扭矩耦合器设 计，增大扭矩；2.对发动机、变速器 进行改造；3.实现纯电动，但需 增加制动和

3、转向助 力系统；4.增加电控离合器；5.现有车型改造布置 有一定难度；,第（2）种布置形式,在现有条件下，本着经济性原则，在轻型轿车上采用第一种方案是最佳选择，若能对发动机进行一些改动则会达到理想效果。第二种方案对提高电机的比功率有好处，但目前存在布置和成本问题。,(1)、(2)布置形式的比较：,ISG电机的选择,各式电机比较,DSPM90年代出现。与开关磁阻电机相适，双凸极。定子或转子上放永久磁铁。转矩电流比是开关磁阻电机的1.7倍，是永磁无刷直流电机的1.7倍，是永磁同步电机的1.2倍，是感应电机的3.2倍。转矩惯量比是开关磁阻电机的1.4倍，是永磁无刷直流电机的5.8倍，是永磁同步电机的

4、3.6倍，是感应电机的10倍，用磁不到永磁无刷直流电机和永磁同步电机的一半。,永磁开关磁阻电机的设计,永磁开关磁阻电机概述,永磁开关磁阻电机原理结构,定子,转子,永久磁铁,线圈,A,B,C,A,A,A,C,C,C,B,B,B,动画演示,电机形式:永磁开关磁阻电机功率:电源电压:(直流 高有利)额定转速:额定效率:运行方式:连续运行绝缘等级:H,给定数据,根据相数和极数的相互关系:(1)相数(其中n为自然数)(2)转子磁极极数为偶数(3)定、转子极数必须满足条件 符号LCM为最小公倍数我们选取:相数定子极数转子极数,1.相数和极数,(1)电磁功率(2)细长比 取0.4(永磁电机需散热性好,故适当

5、取小),2.绕组端电压U,绕组端电压U=144V,3.主要尺寸和参数的选择与计算,(3)转子外径 根据方程 其中 为电流系数比,这里以理想方波电流预取为0.707，计算得。,(5)铁心叠长根据类比和工程结构特点，最终圆整后取70mm。(6)定子外径 由开关磁阻电机尺寸对照表类比得,由于这里采用的是永磁开关磁阻电机，虽然结构与开关磁阻电机相似，但其机构更紧凑，加之考虑到日后要安装在汽车上，故取，则。,(1)气隙g预取0.6mm。(2)定、转子极弧、由开关磁阻电机尺寸对照表类比取 得。(3)定、转子极、,4.其他结构尺寸,(4)第二气隙,(5)定、转子轭高、(由于定子上还要安放永磁体，故定子轭高需

6、要适当增加)圆整后得,(6)轴径 轴径偏大，取,不变，调整 以取得较小的电感。,(7)定子槽深(8)有效铁心长度(为铁心叠压系数)(9)转子极距,综上所述,通过类比法和计算,ISG电机尺寸汇总如下表:,取，重新校核则每极定子绕组匝数 圆整后得,5.每相绕组串联匝数,在理想线性假设下（参考右图）总的电磁转矩为,6.ISG电机总电磁转矩,式中：、永久磁钢单独作用下在转子位置角、时的定子磁极平均磁通密 度(、)定子铁心内径 铁心有效长度 由上式可知，当电机结构和永久磁钢磁特性一定，电机输出转矩取决于绕组电流与每相绕组匝数的乘积，这就给电机的设计提供了更大的空间，最后根据具体要求，优化绕组电流和绕组匝

7、数的组合。,永磁开关磁阻电机控制器的设计,1.主回路与交流异步感应电机相同；2.与开关磁阻电机不同，是交流电机；3.力矩脉动比异步感应电机大，比开关磁阻电机小；4.两相同时通电，比功率大；5.位置传感器比交流异步感应电机简单；6.控制机理与发动机控制相似(点火提前角、爆震、供油量、点火顺序、燃烧速度)；,电机控制特点,控制器框图,开关永磁磁阻电机控制主回路,开关永磁磁阻电机控制原理和时序,DSPM的所有极下转子齿与定子齿的重叠角之和恒等定值，而与转子位置无关，DSPM转矩表达式为：,其中 为一相永磁磁链。如果永磁磁链增加时绕组通正向电流，在永磁磁链减小时通负向电流，均可产生正方向的转矩，这一特

8、点使双凸极电机铁心利用率高。电机转矩由磁阻转矩 和感应转矩 合成。转矩的大小可以通过控制相电流大小或导通区间宽度来实现。改变相电流导通相序，电机工作于反方向电动运行状态；改变相电流的极性，则电机工作于制动或发电模式。因此，双凸极无刷直流电机可以方便地实现四象限运行。,开关永磁磁阻电机提前角控制,角度提前有效提高 换相后绕组内的电流上升率，以及正常工作区内的平均电流。增加提前角可提高输出功率、提高转速，提前角过大不利于系统运行。,实验结果分析,最大电流和匝数对电机性能的影响,1、线圈匝数和电流对力矩的影响,磁路在非饱和状态下，电机的力矩与电流成正比，与匝数成正比；电机匝数大时，高速过渡时间短，电流减小，力矩输出小。类似发动机高速时有效喷油时间短、空燃比大，解决的办法是提高电压（油压）；,2、线圈匝数和电流对功率的影响,在充分利用材料的基础上，减小线圈匝数增大电流，可提高电机输出功率；减小线圈匝数，必须提高电流，特别是低速时电流更大；大电流会给电池的选择带来困难；,尺寸和电压对电机性能的影响,1、尺寸对电机性能的影响,电机轴向长度与电机的力矩成正比；电机的直径与电机的力矩成正比；,2、电压对电机性能的影响,较高的电压可以充分利用主控制电路的性能；在结构不变的情况下，提高电压可以提高功率和效率；,The end,谢谢！,