车辆用永磁发电机/起动机集成装置研究报告.doc

车辆用永磁发电机/起动机集成装置研究报告

1. 绪论
1.1研究目的及意义
目前汽车传统的起动、发电技术是由两个独立系统组成:起动机和发电机，它们必须独立的研制、优化，装配和维护，这样，传统技术的发展在空间方面受到很多限制。
发动机在投入运行之前，需要起动机来起动，目前汽车上实现起动的方法一般为电起动，即使用一台直流电动机作为起动机。起动机只在起动发动机时起作用，在起动后就不再起作用，这样就增加了发动机的体积和重量。目前的起动机由于在起动时小齿轮与要与飞轮进入啮合，起动完毕以后小齿轮又要推出啮合，在此过程中会产生很大的噪音，并且小齿轮易磨损。而起动机仅能使曲柄机构的转速最高达到200rpm(在低温下更低)，在起动过程中将使燃料燃烧不完全，从而使燃料消耗和排气量相当大。一直以来人们都在寻找一种更高效、更简洁的起动方案。
在发电机方面：汽车使用的硅整流发电机由电励磁绕组产生磁场，通过励磁绕组的电能只有很少一部分转换为用于发电的磁能，大部分电能由于励磁绕组线圈发热而消耗掉。转子的励磁绕组易烧毁、断线、消耗电能多，必须由蓄电池提供励磁电流才能发电，这样势必增加了汽车成本。有的硅整流发电机带有碳刷滑环结构，滑环直径大，线速度高，碳刷容易磨损，寿命短，故障率高，另外还有硅整流发电机是无刷发电机，该机增加了磁场气隙，漏磁大，材料利用率低，成本高。而且由于传统发电机是由带驱动，皮带传输很难产生大于2.5千瓦或平均效率大于50%的电能。目前的交流发电机在振荡力下很容易发电失败，须增加皮带张力系统和驱动滑轮，因而产生较高的皮带损耗。此外存在缺点的还有：
1.飞轮:在作为能量集收器或阻尼器，和传动装置都没有发展余地，双飞轮虽然改善了阻尼特性，但是使重量和价格也增加很多，而且还增加了燃料的消耗。
2.阻尼器或减振器:飞轮和其它振荡阻尼器的阻尼功能只能适用于振荡点附近很窄的范围，它不能适用于某些情况的变化(如温度和老化的影响)。
以上这些缺点使目前汽车传统起动、发电技术已不适应现代汽车发展需求，并且，随着近些年汽车工业上对大电能供应、燃料消耗量和排气量的减少的要求越来越高，目前的传统技术更不能满足要求，所以迫切需要一种新的技术来代替它。起动/发电双功能系统正是为了适应汽车的电源系统的发展要求和克服上述缺点而产生的。目前起动发电集成系统正以其优越的性能受到人们重视，有取代目前的传统技术的趋势。
本课题研究的车辆用钕铁硼永磁起动发电集成装置，针对目前低压14V电源系统而设计，既可以在短时间内通过蓄电池通电起动发电机工作，又能在发动机正常工作以后输出稳定的直流电，且与飞轮整合的设计减小发动机的安装尺寸的同时取代了原来发动机上独立安装的发电机、起动机，另外永磁无刷直流电机的起动发电系统研究具有一定的新颖性，也具有重要的理论意义和使用价值。
在现有汽车电源系统中，永磁电机作为发电机得到了广泛应用，它既可以为蓄电池提供充电电源，又可以为点火系统提供点火能量。在现有基础上，深入研究这种电机的起动方案，能将其改造为起动/发动双功能系统，省去独立的起动电机，具有很大的实用价值。开发风险和对整个电源系统的改动都较小，研究周期也较短，不仅可用于新机型的装备，也可用于老机型的改造，是一个很有竞争力的方案。
由此可见，永磁无刷直流电机起动/发电系统有着广阔的应用前景和很大的研究价值，具有重大的意义，可以优化现有车辆的电源系统，又对飞轮蓄能、抽水蓄能电站的电机系统具有参考价值。