車輛用永磁發(fā)電機(jī)/起動(dòng)機(jī)集成裝置研究報(bào)告

1. 緒論
1.1研究目的及意義
目前汽車傳統(tǒng)的起動(dòng)、發(fā)電技術(shù)是由兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)組成:起動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)，它們必須獨(dú)立的研制、優(yōu)化，裝配和維護(hù)，這樣，傳統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展在空間方面受到很多限制。
發(fā)動(dòng)機(jī)在投入運(yùn)行之前，需要起動(dòng)機(jī)來(lái)起動(dòng)，目前汽車上實(shí)現(xiàn)起動(dòng)的方法一般為電起動(dòng)，即使用一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)作為起動(dòng)機(jī)。起動(dòng)機(jī)只在起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)起作用，在起動(dòng)后就不再起作用，這樣就增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的體積和重量。目前的起動(dòng)機(jī)由于在起動(dòng)時(shí)小齒輪與要與飛輪進(jìn)入嚙合，起動(dòng)完畢以后小齒輪又要推出嚙合，在此過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很大的噪音，并且小齒輪易磨損。而起動(dòng)機(jī)僅能使曲柄機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速最高達(dá)到200rpm(在低溫下更低)，在起動(dòng)過(guò)程中將使燃料燃燒不完全，從而使燃料消耗和排氣量相當(dāng)大。一直以來(lái)人們都在尋找一種更高效、更簡(jiǎn)潔的起動(dòng)方案。
在發(fā)電機(jī)方面：汽車使用的硅整流發(fā)電機(jī)由電勵(lì)磁繞組產(chǎn)生磁場(chǎng)，通過(guò)勵(lì)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(lì)磁繞組線圈發(fā)熱而消耗掉。轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁繞組易燒毀、斷線、消耗電能多，必須由蓄電池提供勵(lì)磁電流才能發(fā)電，這樣勢(shì)必增加了汽車成本。有的硅整流發(fā)電機(jī)帶有碳刷滑環(huán)結(jié)構(gòu)，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(jī)是無(wú)刷發(fā)電機(jī)，該機(jī)增加了磁場(chǎng)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(jī)是由帶驅(qū)動(dòng)，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(jī)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(dòng)滑輪，因而產(chǎn)生較高的皮帶損耗。此外存在缺點(diǎn)的還有：
1.飛輪:在作為能量集收器或阻尼器，和傳動(dòng)裝置都沒(méi)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(jià)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(diǎn)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(diǎn)使目前汽車傳統(tǒng)起動(dòng)、發(fā)電技術(shù)已不適應(yīng)現(xiàn)代汽車發(fā)展需求，并且，隨著近些年汽車工業(yè)上對(duì)大電能供應(yīng)、燃料消耗量和排氣量的減少的要求越來(lái)越高，目前的傳統(tǒng)技術(shù)更不能滿足要求，所以迫切需要一種新的技術(shù)來(lái)代替它。起動(dòng)/發(fā)電雙功能系統(tǒng)正是為了適應(yīng)汽車的電源系統(tǒng)的發(fā)展要求和克服上述缺點(diǎn)而產(chǎn)生的。目前起動(dòng)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(shù)的趨勢(shì)。
本課題研究的車輛用釹鐵硼永磁起動(dòng)發(fā)電集成裝置，針對(duì)目前低壓14V電源系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，既可以在短時(shí)間內(nèi)通過(guò)蓄電池通電起動(dòng)發(fā)電機(jī)工作，又能在發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作以后輸出穩(wěn)定的直流電，且與飛輪整合的設(shè)計(jì)減小發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝尺寸的同時(shí)取代了原來(lái)發(fā)動(dòng)機(jī)上獨(dú)立安裝的發(fā)電機(jī)、起動(dòng)機(jī)，另外永磁無(wú)刷直流電機(jī)的起動(dòng)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(jià)值。
在現(xiàn)有汽車電源系統(tǒng)中，永磁電機(jī)作為發(fā)電機(jī)得到了廣泛應(yīng)用，它既可以為蓄電池提供充電電源，又可以為點(diǎn)火系統(tǒng)提供點(diǎn)火能量。在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，深入研究這種電機(jī)的起動(dòng)方案，能將其改造為起動(dòng)/發(fā)動(dòng)雙功能系統(tǒng)，省去獨(dú)立的起動(dòng)電機(jī)，具有很大的實(shí)用價(jià)值。開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)和對(duì)整個(gè)電源系統(tǒng)的改動(dòng)都較小，研究周期也較短，不僅可用于新機(jī)型的裝備，也可用于老機(jī)型的改造，是一個(gè)很有競(jìng)爭(zhēng)力的方案。
由此可見，永磁無(wú)刷直流電機(jī)起動(dòng)/發(fā)電系統(tǒng)有著廣闊的應(yīng)用前景和很大的研究?jī)r(jià)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(duì)飛輪蓄能、抽水蓄能電站的電機(jī)系統(tǒng)具有參考價(jià)值。