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；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 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：混合动力总成开发第（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)；混合动力总成开发特点: 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（2）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：混合动力总成开发ISG电机的选择混合动力总成开发项目直流电动机感应电动机永磁无刷 直流电动机开关磁阻 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）108101015810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混合动力总成开发永磁开关磁阻电机原理结构定子转子永久磁铁线圈AB CAAACCCBBB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:H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: 相数 定子极数 转子极数1.相数和极数混合动力总成开发(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)2.绕组端电压U绕组端电压U=144V3.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 。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 。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 、4.其他结构尺寸(4)第二气隙混合动力总成开发(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(6)轴径轴径偏大，取 , , 不变， 调整 以取得较小的电感 。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)转子极距混合动力总成开发综上所述,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组匝数圆整后得5.每相绕组串联匝数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6.ISG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。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)；电机控制特点混合动力总成开发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混合动力总成开发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。 混合动力总成开发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，特别是低速时电流更大； l 大电流会给电池的选择带来困难；混合动力总成开发尺寸和电压对电机性能的影响1、尺寸对电机性能的影响l 电机轴向长度与电机的力矩成正比； l 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l 较高的电压可以充分利用主控制电路的性能； l 在结构不变的情况下，提高电压可以提高功率和效率；混合动力总成开发The end 谢谢！