ISG轻混合动力总成介绍-参数计算

1、ISG轻混合动力总成开发 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 混合动力 总成开发 ISG电机的布置形式 ISG电机可根据体积体积和功率功率的不同，布置在发动机的不同位置:（1 1）与发动机同轴，在发动机之后、离合器之前；）与发动机同轴，在发动机之后、离合器之前；（2 2）在离合器之后，与变速箱二轴相结合；）在离合器之后，与变速箱二轴相结合；（3 3）与发动机同轴，在离合器之后与变速箱一轴结合；）与发动机同轴，在离合器之后与变速箱一轴结合；（4 4）利用带式传动装置（如齿型带）配置的）利用带式传

2、动装置（如齿型带）配置的ISG(BSG)ISG(BSG) 电机；电机；（5 5）双轴侧置，在发动机之后、离合器之前；）双轴侧置，在发动机之后、离合器之前；（6 6）双轴侧置，在离合器之后、变速箱之前；）双轴侧置，在离合器之后、变速箱之前； 混合动力 总成开发 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，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，我们建议采建议采用用第（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

3、足整车需求。6种布置形式的比较： 混合动力 总成开发第（第（1）种布置形式）种布置形式特点特点: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)； 混合动力 总成开发特点特点: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（第（2）种布置形式）种布置形式 混合动力 总成开发 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

4、是最佳选择最佳选择，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布置和成本问题。(1)、(2)布置形式的比较： 混合动力 总成开发 ISG电机的选择 混合动力 总成开发项目项目直流电动机直流电动机感应电动机感应电动机永磁无刷永磁无刷直流电动机直流电动机开关磁阻开关磁阻电动机电动机功率密度低中高较高峰值效率/%85898090909590转速范围/（r/min）40008000120001500040001000015000可靠性一般好好优秀结构的坚固性差好一般优秀电机的外形尺寸大中小小电动机的质量重中轻轻电动机的成本/（美元/kw）108

5、101015810控制操作性能最好好好好控制器成本低高高一般 各式电机比较各式电机比较 混合动力 总成开发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概述 混合动力 总成开发 永磁开关磁阻电机原理结构永磁开关磁阻电机

6、原理结构定子转子永久磁铁线圈ABCAAACCCBBB动画演示动画演示 混合动力 总成开发电机形式: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:H10NPkW144dUV2000 / minnr0.94 给定数据给定数据 混合动力 总成开发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我们选取: :相数定子极数转子极数(,)(,)srrsrsrLCM N NqNLCM N NNN3q 2sqNn12sN 8rN 1.相数和极数相数和极数 混合动力

7、总成开发(1)电磁功率(2)细长比 取0.4(永磁电机需散热性好,故适当取小)11 0.9410k10.32k22 0.94NP PWW2.2.绕组端电压绕组端电压U U绕组端电压U=144V3.3.主要尺寸和参数的选择与计算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 。imkkaD2iaamk6.1(1.05)= knPDDA Ba=208.8mmD 混合动力 总成开发(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ala/0.57366.3sDDmmsDaal

8、83.52Dmm 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 。336sDmma0.62sDD 混合动力 总成开发(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 、sr15 ,18sra(2 )sin27.42spsbDgmmpsbasin32.72rprbDmmprb4.4.其他结构尺寸其他结构尺寸(4)第二气隙ig13.72psibgmm 混合动力 总成开发(5)定、转子轭高 、 (由于定子上还要安放永磁体 ，故定子轭高需要适当增加) 圆整后得csh1.2

9、19.622prcrbhmmc rh2.432.882pscsbhmm33cshmm20crhmm(6)轴径 轴径偏大，取 , , 不变，调整 以取得较小的电感 。2() 2142.6iaicrDDgghmmiD120iDmm/0.57iaD D c rhuLig 混合动力 总成开发(7)定子槽深(8)有效铁心长度 ( 为铁心叠压系数)(9)转子极距a1(22)302sscsdDDghmmsda81.95rrDmmNr0.93 7065.1FeFe alk lmmFek 混合动力 总成开发综上所述综上所述,通过类比法和计算ISG电机尺寸汇总如下表: 混合动力 总成开发取 ，重新校核则每极定子绕

10、组匝数 圆整后得phN1.6psBTB0.8050.431pspsrbBBT3.0478rcphaN UNnB D l5.5.每相绕组串联匝数每相绕组串联匝数19.54phsNN 20sN 混合动力 总成开发在理想线性假设下（参考右图）总的电磁转矩为 21212mmeqTi2121() 2sin42mpsmpssrsphsi FeBBN NiND l6.ISG6.ISG电机总电磁转矩电机总电磁转矩 混合动力 总成开发式中： 、 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

11、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数的组合。2mpsB1mpsB1222116 siDFel 混合动力 总成开发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)；电机控制特点电机控制特点 混合动力 总成开发控制器框图控制器框图 混合动力 总成开发开关永磁磁阻电机控制主回路开关永磁磁阻电机控制主

12、回路 混合动力 总成开发开关永磁磁阻电机控制原理和时序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。 212memrLTiiTTmrTmT

13、 混合动力 总成开发开关永磁磁阻电机提前角控制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。 混合动力 总成开发实验结果分析实验结果分析最大电流和匝数对电机性能的影响最大电流和匝数对电机性能的影响1 1、线圈匝数和电流对力矩的影响、线圈匝数和电流对力矩的影响l 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；l 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、线圈匝数和电流对功率的影响l 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；l 减小线圈匝数，必须提高电流，特别是低速时电流