雅阁和思域混合动力车ISG比较分析_李新华

144 5 ／ 10 1 950 ／ 6 000 24.5 ／ 49 12 ／ 18 232 ／ 315.5 188 ／ 230 41.2 表贴式、瓦片形 集中绕组
54 6 圆形 0.375
2005年 永磁同步电机
144 6.2 ／ 14.2 840 ／ 6 500 67.5 ／ 135
16 ／ 24 232 ／ 315.5 188 ／ 230
3 性能分析
3.1 转矩能力
图6是雅阁ISG和06思域ISG电磁转矩 与 电 枢 电
流的关系曲线［5］。 曲线表明， 电磁转矩与电枢电流
呈线性关系， 但它们的斜率并不一样。 转矩曲线斜
率反映了电机的转矩能力， 即单位电流产生转矩的
大小， 转矩曲线斜率越大， 单位电流产生转矩也越
大， 转矩能力越强。 06思
表4 两款ISG绕组导线比较［5］
图5 两款ISG定子 槽内导体
34 《汽车电器》２０１３ 年第 ５ 期
Design●Research
设计●研究
每相电 阻 下 降 了2%， 同 时 也 提 高 了 槽 内 散 热 能 力 以及电机的功率能力， 然而采用扁平导线不足之处 是槽内导体容易滑动， 固定比较困难。
域ISG的 转 矩 曲 线 的 斜 率
较 大 ， 雅 阁ISG转 矩 曲 线
的 斜 率 较 小 ， 06思 域ISG
的 峰 值 转 矩 比 雅 阁ISG的
峰 值 转 矩 提 高 14% 左 右 。
雅阁ISG和06思域ISG有相
同 的 体 积 ， 由 于 06 思 域 ISG转 矩 能 力 的 提 升 ， 电 机的转矩和功率密度有一
图4 两 款 ISG 转 子磁钢排列
图3 两款ISG的弱 磁电流比较
2.2 磁钢排列方式 雅 阁ISG和06思 域 ISG 磁 钢 都 是 内 置 式 ， 但 雅
阁 ISG 磁 钢 排 列 为 隔 磁 三 桥 V 字 形 ， 06 思 域 ISG 为 隔 磁 二 桥 一 字 形 ， 两 款ISG的 转 子 磁 钢 排 列 如 图 4 所示。
流 比 雅 阁ISG小13 A， 下 降14.8%， 但 雅 阁ISG的 转
矩脉动率比06思域ISG低24.2%， 转矩平稳性比06思
域ISG好。
图7 两款ISG的电磁转矩仿真曲线
齿槽转矩是引起电磁转矩脉动的主要原因。 图 8给 出 了 雅 阁 ISG和06思 域ISG齿 槽 转 矩 的 仿 真 结 果 。 06思 域ISG的 齿 槽 转 矩 峰 值 为4.31 Nm， 雅 阁ISG的 齿 槽 转 矩 峰 值 为2.97 Nm， 雅阁ISG的 齿 槽 转 矩 峰 值 比06思 域ISG下 降 了31%。 雅 阁ISG的 极 ／ 槽 数 比06
图1 本田汽车公司的4款ISG 修改稿收稿日期： 2013-04-08
①音赛特和2002年款思域 （以下 简 称02思 域 ） ISG 采用方波电流驱动的永磁无刷直流电机， 而雅阁和 06思域ISG采用性能更好的正弦波电流驱动 的 永 磁 同步电机； ②音赛特、 02思域和雅阁ISG定 子 绕 组 由圆导线制造， 而06思域ISG则采用矩形扁 平 导 体 绕制， 增加了导电面积， 提高了槽满率； ③前两款 ISG转子为表贴式磁钢， 后两款ISG转子则为内置式 磁钢； ④随着结构和材料的改进和进步， 4款ISG的 功率密度不断提高。
作为IMA的核心装置， 本田汽车公司的集成式 起动-发电机 （Integrated Starter Generator， 以下简 称为ISG） 也经历了4代发展， 推出了4款不同的ISG （图1）， 主要技术指标和结构数据见 表1［3］。 这4款 ISG都 采 用 较 低 的 直 流 电 压 供 电 ， 超 薄 盘 式 外 形 ， 定子铁心内 ／外径尺寸相同， 组合定子铁心结构， 集中绕组， 强迫风冷。 但它们也有一些不同之处：
2 结构比较 永磁同步电机是ISG电机的发展方向。 鉴于此，
本文着重讨论本田汽车公司的第3、 4代雅阁和06思域 ISG同步电机。 图2为雅阁和06思域ISG转子的三维结 构图。 尽管两款ISG推出相差只有一年左右的时间， 但在结构上有较大变化， 主要表现在以下几方面。 2.1 极 ／ 槽配合
电机极槽数较多的优点是电磁转矩的平滑性 好， 电机结构紧凑， 绕组端部变短， 节省用铜； 而 不足之处是电机的弱磁能力下降， 以及高速时由于
关键词： 雅阁和思域混合动力车； ISG； 结构与性能分析 中图分类号： U463.631 文献标识码： A 文章编号： 1003－8639（2013）05－0033－03
Comparative Analysis of ISG on ACCORD and CIVIC Hybrid Vehicles
LI Xin-hua， WU Xiao-jiang， ZHOU Yan， YANG Guo-wei （Hubei University of Technology， Wuhan 430068， China） Abstract： The four generations of IMA （ Integrated Motor Assist） and ISG （ Integrated Starter Generator） of Honda Motors are introduced here. The motor structure differences and impacts of ISG on ACCORD and CIVIC 2006 are compared. Their torque capability and efficiency characteristics are also discussed. Key words： ACCORD and CIVIC hybrid vehicles； ISG； construction and performance analysis
表1 本田汽车公司ISG的主要技术指标和结构数据
音赛无刷直流电机
144 5 ／ 10 1 950 ／ 6v000 24.5 ／ 49 12 ／ 18 232 ／ 315.5 188 ／ 230 60 表贴式、瓦片形 集中绕组 54
6 圆形 0.25
2002年 无刷直流电机
电流频率增高而增加电机稳定控制 的难 度［4］。 雅 阁ISG选用的极 ／ 槽配合 为16 ／ 24， 06思域ISG改为12 ／ 18， 后者 由于极数减小使得电机的弱磁能力 得以提高。 表2给出了雅阁和思域 ISG额定电流时的直、 交轴电枢反应 电感的有限元仿真结果。 由表2可 见， 两电机的直轴电枢反应电感之
表2 电枢反应电感有 限元仿真结果
图2 两款ISG的转子 三维结构图
磁密和相电动势的畸变率分别减小了12.6%和1.4%， 波形的正弦性提高； 此外， 雅阁ISG转子隔 磁 三 桥 结构， 磁桥处的最大应力较小， 而06思域ISG转 子 为隔磁二桥， 磁桥处的最大应力相对较大。
表3 两款ISG仿真结果比较
41.2 内 置 式 、V字 形
集中绕组 54 8
圆形 0.532
06思 域
2006年 永磁同步电机
158 7.5 ／ 15 1 390 ／ 5 500 51.5 ／ 103 12 ／ 18 232 ／ 315.5 188 ／ 230 41.2 内置式、一字形 集中绕组
56 6 扁平 0.562
比 为2.46， 使 得06思 域ISG 的直轴电流弱磁能力明显 增 强 ， 电 机 6 000 r ／ min 时 需要的弱磁电流比雅阁小 16 A 左 右 ［5］， 如 图 3 所 示 ； 另一方面， 06思域ISG的凸 极 比 比 雅 阁 ISG 的 值 提 高 47%， 磁阻转矩利用率增大。
思 域ISG多 ， 故 齿 槽转矩相对较小。 3.2 效率特性
图9是雅阁ISG 和06思 域ISG的 效 率 图 ［5］。 由 图 9 可 图8 两款ISG的齿槽转矩仿真曲线 见 ， 雅 阁ISG输 出 功率20 Nm以 上 、 电 机 效 率 在93%以 上 的 转 速 范 围 是2 000~3 500 r ／ min， 而06思 域ISG输 出 功 率20 Nm 以上、 电机效率在93%以上的转速范围是1 200~5 000 r ／ min， 因此， 06思域ISG高效率区的转速范围比雅 阁ISG明显拓宽， 效率特性改善。
《汽车电器》２０１３ 年第 ５ 期 33
设计●研究
Design●Research
混合动力车车型
上市时间 ISG类 型 直流电压 ／ V 额定 ／ 峰值功率 ／ kW 额定 ／ 最高转速 ／ （r ／ min） 额定 ／ 峰值转矩 ／ Nm 极 ／ 槽配合 定子铁心内 ／ 外径 ／ mm 转子铁心内 ／ 外径 ／ mm 转子轴向长度 ／ mm 永磁体安置 ／ 排列方式 绕组形式 一相串联匝数 并联支路数 导体形状 峰值功率密度 ／ （kW ／ kg）
1 本田汽车公司ISG的发展历程 本田汽车公司致力于混合动力车开发， 旗下的
集 成 式 电 机 助 力 系 统 （Integrated Motor Assist， 以 下简称为IMA） 已经发展了4代， 并全部实现了其应 用车型的量产， 受到市场的欢迎， 在此研发领域中 始终保持着领先地位。 1997年本田汽车公司开发出 第 1 代 IMA 系 统 ， 1999 年 应 用 该 系 统 的 音 赛 特 （Insight） 混合动力汽车在美国上市； 2002年， 装配 了第2代IMA系统的思域 （Civic） 混合动力车投放市 场； 2005年， 装备了第3代IMA系统的雅阁 （Accord） 中型混合动力车投放市场， 深受消费者欢迎； 2006 年， 第4代IMA混合动力系统又应用在2006年款思域 （以下简称06思域） 混合动力车上 。 ［1-2］
Design●Research
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雅阁和思域混合动力车ISG比较分析