車輛用永磁發(fā)電機/起動機集成裝置研究報告

1. 緒論
1.1研究目的及意義
目前汽車傳統(tǒng)的起動、發(fā)電技術是由兩個獨立系統(tǒng)組成:起動機和發(fā)電機，它們必須獨立的研制、優(yōu)化，裝配和維護，這樣，傳統(tǒng)技術的發(fā)展在空間方面受到很多限制。
發(fā)動機在投入運行之前，需要起動機來起動，目前汽車上實現(xiàn)起動的方法一般為電起動，即使用一臺直流電動機作為起動機。起動機只在起動發(fā)動機時起作用，在起動后就不再起作用，這樣就增加了發(fā)動機的體積和重量。目前的起動機由于在起動時小齒輪與要與飛輪進入嚙合，起動完畢以后小齒輪又要推出嚙合，在此過程中會產(chǎn)生很大的噪音，并且小齒輪易磨損。而起動機僅能使曲柄機構的轉(zhuǎn)速最高達到200rpm(在低溫下更低)，在起動過程中將使燃料燃燒不完全，從而使燃料消耗和排氣量相當大。一直以來人們都在尋找一種更高效、更簡潔的起動方案。
在發(fā)電機方面：汽車使用的硅整流發(fā)電機由電勵磁繞組產(chǎn)生磁場，通過勵磁繞組的電能只有很少一部分轉(zhuǎn)換為用于發(fā)電的磁能，大部分電能由于勵磁繞組線圈發(fā)熱而消耗掉。轉(zhuǎn)子的勵磁繞組易燒毀、斷線、消耗電能多，必須由蓄電池提供勵磁電流才能發(fā)電，這樣勢必增加了汽車成本。有的硅整流發(fā)電機帶有碳刷滑環(huán)結(jié)構，滑環(huán)直徑大，線速度高，碳刷容易磨損，壽命短，故障率高，另外還有硅整流發(fā)電機是無刷發(fā)電機，該機增加了磁場氣隙，漏磁大，材料利用率低，成本高。而且由于傳統(tǒng)發(fā)電機是由帶驅(qū)動，皮帶傳輸很難產(chǎn)生大于2.5千瓦或平均效率大于50%的電能。目前的交流發(fā)電機在振蕩力下很容易發(fā)電失敗，須增加皮帶張力系統(tǒng)和驅(qū)動滑輪，因而產(chǎn)生較高的皮帶損耗。此外存在缺點的還有：
1.飛輪:在作為能量集收器或阻尼器，和傳動裝置都沒有發(fā)展余地，雙飛輪雖然改善了阻尼特性，但是使重量和價格也增加很多，而且還增加了燃料的消耗。
2.阻尼器或減振器:飛輪和其它振蕩阻尼器的阻尼功能只能適用于振蕩點附近很窄的范圍，它不能適用于某些情況的變化(如溫度和老化的影響)。
以上這些缺點使目前汽車傳統(tǒng)起動、發(fā)電技術已不適應現(xiàn)代汽車發(fā)展需求，并且，隨著近些年汽車工業(yè)上對大電能供應、燃料消耗量和排氣量的減少的要求越來越高，目前的傳統(tǒng)技術更不能滿足要求，所以迫切需要一種新的技術來代替它。起動/發(fā)電雙功能系統(tǒng)正是為了適應汽車的電源系統(tǒng)的發(fā)展要求和克服上述缺點而產(chǎn)生的。目前起動發(fā)電集成系統(tǒng)正以其優(yōu)越的性能受到人們重視，有取代目前的傳統(tǒng)技術的趨勢。
本課題研究的車輛用釹鐵硼永磁起動發(fā)電集成裝置，針對目前低壓14V電源系統(tǒng)而設計，既可以在短時間內(nèi)通過蓄電池通電起動發(fā)電機工作，又能在發(fā)動機正常工作以后輸出穩(wěn)定的直流電，且與飛輪整合的設計減小發(fā)動機的安裝尺寸的同時取代了原來發(fā)動機上獨立安裝的發(fā)電機、起動機，另外永磁無刷直流電機的起動發(fā)電系統(tǒng)研究具有一定的新穎性，也具有重要的理論意義和使用價值。
在現(xiàn)有汽車電源系統(tǒng)中，永磁電機作為發(fā)電機得到了廣泛應用，它既可以為蓄電池提供充電電源，又可以為點火系統(tǒng)提供點火能量。在現(xiàn)有基礎上，深入研究這種電機的起動方案，能將其改造為起動/發(fā)動雙功能系統(tǒng)，省去獨立的起動電機，具有很大的實用價值。開發(fā)風險和對整個電源系統(tǒng)的改動都較小，研究周期也較短，不僅可用于新機型的裝備，也可用于老機型的改造，是一個很有競爭力的方案。
由此可見，永磁無刷直流電機起動/發(fā)電系統(tǒng)有著廣闊的應用前景和很大的研究價值，具有重大的意義，可以優(yōu)化現(xiàn)有車輛的電源系統(tǒng)，又對飛輪蓄能、抽水蓄能電站的電機系統(tǒng)具有參考價值。