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高效率自激式車用發(fā)電機(jī)的制作方法

文檔序號:10491611閱讀:442來源:國知局
高效率自激式車用發(fā)電機(jī)的制作方法
【專利摘要】一種高效率自激式車用發(fā)電機(jī),包括電機(jī)定子、電機(jī)轉(zhuǎn)子,電機(jī)定子具有一套n的繞組,繞組之間相互并聯(lián),每相繞組串聯(lián)一個(gè)電容和一個(gè)開關(guān),電容串聯(lián)在每相繞組的上面,開關(guān)串聯(lián)在每相繞組的下面,繞組的上面連接有模擬控制器。模擬控制器包括:可控硅整流二極管n個(gè),濾波電容,負(fù)載阻抗,續(xù)流二極管,功率開關(guān),觸發(fā)電路,控制信號發(fā)生器;n個(gè)可控硅整流二極管之間并聯(lián),它們一端分別接在n相定子繞組上,另外一端接在一起在和一個(gè)濾波電容串聯(lián);濾波電容是用來消除電壓紋波,穩(wěn)定電壓值。
【專利說明】
高效率自激式車用發(fā)電機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及汽車發(fā)電和制動領(lǐng)域,具體來說涉及一種車用自激式發(fā)電與制動一體機(jī)的發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前,汽車發(fā)電機(jī)是汽車的主要電源,其功用是在發(fā)動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)(怠速以上),向所有用電設(shè)備(起動機(jī)除外)供電,同時(shí)向蓄電池充電。怠速工況時(shí),車輛排放差且白白消耗汽油;而頻繁地手動熄火再起動,又給駕駛帶來不便。在面臨油耗及排放日趨嚴(yán)格的雙重挑戰(zhàn)下,啟停技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。啟停技術(shù)消除了發(fā)動機(jī)怠速,當(dāng)松離合(MT)或踩剎車(AT/AMT)時(shí),發(fā)動機(jī)停轉(zhuǎn);當(dāng)踩離合或松剎車時(shí),自動重起發(fā)動機(jī),從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目的,尤其適合交通擁堵的城市工況。而啟停系統(tǒng)中離不開發(fā)電機(jī)的相關(guān)技術(shù),目前普通爪極式有刷車用交流發(fā)電機(jī)的輸出效率大約在50%左右,造成效率低下原因是這種爪極式轉(zhuǎn)子存在比較大的漏磁現(xiàn)象,并不是所有的磁通都用來切割定子線圈產(chǎn)生電動勢。傳統(tǒng)上的起動機(jī)體積大、重量大、噪音高,并且安全可靠起動次數(shù)只有3.5萬次,降低了起動機(jī)的使用壽命,對汽車使用造成很大的不便。這種爪極式的轉(zhuǎn)子存在較大的漏磁,并且也需要專門的勵(lì)磁電源,使結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。
[0003]另外,由于大部分啟停發(fā)電機(jī)是三相的,其發(fā)電機(jī)沒有多相冗余結(jié)構(gòu)使其系統(tǒng)的可靠性降低,當(dāng)一相或多相定子繞組開路和短路時(shí)不一定可以起動或者繼續(xù)運(yùn)行,轉(zhuǎn)矩脈動大,轉(zhuǎn)子損耗大,運(yùn)行性能降低,如果想增加電機(jī)的容量就必須要提高相電壓。多相電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)低壓大容量的目標(biāo),且提高發(fā)電機(jī)的可靠性,多相電機(jī)相數(shù)的冗余,使得多相電機(jī)在定子一相或多相開路或者短路時(shí)可繼續(xù)正常啟動和運(yùn)行。傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)需要用到電子控制單元ECU,ECU按照預(yù)先設(shè)計(jì)的程序計(jì)算各種傳感器送來的信息,經(jīng)過處理以后,并把各個(gè)參數(shù)限制在允許的電壓電平上,再發(fā)送給各相關(guān)的執(zhí)行機(jī)構(gòu),執(zhí)行各種預(yù)定的控制功能。這樣使得系統(tǒng)復(fù)雜,汽車的成本變高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題,提供一種高效率自激式車用發(fā)電機(jī),效率高,可靠性高,不需要任何外部激勵(lì)功率而能獨(dú)立發(fā)電。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案:這種高效率自激式車用發(fā)電機(jī),包括電機(jī)定子、電機(jī)轉(zhuǎn)子,電機(jī)定子具有一套η相繞組,繞組之間相互并聯(lián),每相繞組串聯(lián)一個(gè)電容和一個(gè)開關(guān),電容串聯(lián)在每相繞組的上面,開關(guān)串聯(lián)在每相繞組的下面,繞組的上面連接有模擬控制器。繞組的相數(shù)η 2 5。
[0006]為了進(jìn)一步完善,電機(jī)轉(zhuǎn)子為鼠籠型。鼠籠式的感應(yīng)電機(jī)由于沒有勵(lì)磁,光靠轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn),其磁場難以建立,故而選擇定子繞組外接電容進(jìn)行勵(lì)磁。電容可以使得轉(zhuǎn)子硅鋼片上的剩磁產(chǎn)生微弱的旋轉(zhuǎn)磁場,之后在定子上產(chǎn)生電流,此時(shí)定子上的電流和電容上的電壓實(shí)現(xiàn)一個(gè)正反饋,并且電機(jī)氣隙磁場也由于這個(gè)正反饋的作用不斷變大,直至磁路飽和,最終穩(wěn)定。
[0007]進(jìn)一步完善,模擬控制器包括一組可控硅整流二極管、濾波電容、負(fù)載阻抗、續(xù)流二極管、功率開關(guān)、觸發(fā)電路、控制信號發(fā)生器;可控硅整流二極管相互之間并聯(lián),可控硅整流二極管一端分別接在η相定子繞組上,可控硅整流二極管另一端接在一起和一個(gè)濾波電容串聯(lián);負(fù)載阻抗由負(fù)載電阻和負(fù)載電抗組成,并且負(fù)載電阻和負(fù)載電抗是串聯(lián)的;續(xù)流二極管跨接在負(fù)載阻抗兩端;控制信號發(fā)生器由兩個(gè)串聯(lián)的電阻與一個(gè)電容并聯(lián)組成,其中一個(gè)電阻是定值電阻,一個(gè)是可調(diào)電阻;觸發(fā)電路里面包括可控硅整流二極管的觸發(fā)電路以及功率開關(guān)的驅(qū)動電路;其與功率開關(guān)的門極相連。
[0008]電容提供了多相自激式感應(yīng)發(fā)電機(jī)所需的勵(lì)磁電流,而多相自激式感應(yīng)發(fā)電機(jī)將給電容充電以增加終端電壓。電容電壓的增加也使感應(yīng)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流增加,以這種方式,電壓累積持續(xù),直到磁化電感減小到其飽和值和達(dá)到平衡點(diǎn),一旦電壓建立,一種自激式車用感應(yīng)發(fā)電和制動一體機(jī)可以給負(fù)載供電。定子繞組電路中串聯(lián)的開關(guān)是投入切除裝置,控制電容器是否接入到定子繞組電路中。開關(guān)閉合自激發(fā)電,系統(tǒng)處于發(fā)電模式;開關(guān)斷開,系統(tǒng)處于制動模式。
[0009]串聯(lián)一個(gè)濾波電容是用來消除電壓紋波,穩(wěn)定電壓值。負(fù)載阻抗由負(fù)載電阻和負(fù)載電抗組成,并且負(fù)載電阻和負(fù)載電抗是串聯(lián)的;續(xù)流二極管跨接在負(fù)載阻抗兩端;功率開關(guān)需要驅(qū)動,將觸發(fā)電路接在功率開關(guān)的門極上;控制信號發(fā)生器由兩個(gè)串聯(lián)電阻和一個(gè)電容并聯(lián)組成,其中一個(gè)電阻是定值電阻,一個(gè)是可調(diào)電阻。當(dāng)系統(tǒng)處于發(fā)電模式時(shí)模擬控制器控制系統(tǒng)輸出穩(wěn)定的電壓進(jìn)行發(fā)電;當(dāng)系統(tǒng)處于制動模式時(shí)模擬控制器控制系統(tǒng)輸出穩(wěn)定的電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行制動。
[0010]定子繞組上串聯(lián)的開關(guān),開關(guān)閉合自激發(fā)電,系統(tǒng)處于發(fā)電模式;開關(guān)斷開,系統(tǒng)處于制動模式。當(dāng)系統(tǒng)處于發(fā)電模式時(shí)模擬控制器控制系統(tǒng)輸出穩(wěn)定的電壓進(jìn)行發(fā)電;當(dāng)系統(tǒng)處于制動模式時(shí)模擬控制器控制系統(tǒng)輸出穩(wěn)定的電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行制動。
[0011]系統(tǒng)處于發(fā)電模式時(shí),輸出最優(yōu)目標(biāo)是一個(gè)穩(wěn)定的電壓值,若輸出電壓大于穩(wěn)定的電壓值,開通功率開關(guān),接入負(fù)載,使得電壓值下降;若輸出電壓小于穩(wěn)定的電壓值,關(guān)斷功率開關(guān),斷開負(fù)載,使得輸出電壓值下降。續(xù)流二級管可以使得負(fù)載電流不會有很大的波動。
[0012]系統(tǒng)處于制動模式時(shí),輸出的最優(yōu)目標(biāo)是一個(gè)穩(wěn)定的電磁轉(zhuǎn)矩,若輸出的電磁轉(zhuǎn)矩小于穩(wěn)定的電磁轉(zhuǎn)矩,開通功率開關(guān),接入負(fù)載,使得電磁轉(zhuǎn)矩上升;若輸出的電磁轉(zhuǎn)矩大于穩(wěn)定的電磁轉(zhuǎn)矩,關(guān)斷功率開關(guān),斷開負(fù)載,使得電磁轉(zhuǎn)矩下降,維持制動轉(zhuǎn)矩的平穩(wěn)。
[0013]本發(fā)明有益的效果是:
[0014](I)本發(fā)明中的發(fā)電機(jī)它不需要任何外部激勵(lì)功率而能獨(dú)立發(fā)電,結(jié)構(gòu)相對簡單,使整個(gè)裝置的重量減輕,體積減小。其轉(zhuǎn)子是鼠籠型也適用于高速運(yùn)行狀態(tài)。
[0015](2)本發(fā)明中多相發(fā)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)低壓大容量的目標(biāo),而且多相發(fā)電機(jī)具有相數(shù)冗余功能,在多相電機(jī)一相或多相開路或者短路時(shí)可繼續(xù)正常啟動和運(yùn)行。提高發(fā)電機(jī)的可靠性。
[0016](3)本發(fā)明中模擬控制器控制既可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓發(fā)電的功能也可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)制動的功能,不需要電子控制單元ECU,性價(jià)比高。
[0017](4)本發(fā)明的發(fā)電和制動一體機(jī),采用多相結(jié)構(gòu),電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動小,從而降低了發(fā)電機(jī)的機(jī)械振動和噪聲。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明一種自激式車用感應(yīng)發(fā)電機(jī)的定子繞組電路圖;
[0019]圖2是本發(fā)明的發(fā)電和制動控制示意圖;
[0020]圖3是本發(fā)明的發(fā)電機(jī)繞線結(jié)構(gòu)實(shí)例。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
[0022]參照附圖:本實(shí)施例中高效率自激式車用發(fā)電機(jī)包括:電機(jī)定子、電機(jī)轉(zhuǎn)子、電容、開關(guān)、定子繞組和一個(gè)模擬控制器等組成。它不需要任何外部激勵(lì)功率而能獨(dú)立發(fā)電。
[0023]本發(fā)明中電機(jī)轉(zhuǎn)子,其結(jié)構(gòu)特征為鼠籠型。鼠籠式的感應(yīng)電機(jī)由于沒有勵(lì)磁,光靠轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn),其磁場難以建立,故而選擇定子繞組I外接電容3進(jìn)行勵(lì)磁。電容3可以使得轉(zhuǎn)子硅鋼片上的剩磁產(chǎn)生微弱的旋轉(zhuǎn)磁場,之后在定子上產(chǎn)生電流,此時(shí)定子上的電流和電容上的電壓實(shí)現(xiàn)一個(gè)正反饋,并且電機(jī)氣隙磁場也由于這個(gè)正反饋的作用不斷變大,直至磁路飽和,最終穩(wěn)定。
[0024]如圖1所示,電機(jī)定子具有一套n(n2 5)相繞組,每套繞組I之間以并聯(lián)的方式連接,定子每相繞組I電路中上面串聯(lián)一個(gè)電容3和下面串聯(lián)一個(gè)開關(guān)4。電容3提供了多相自激式感應(yīng)發(fā)電機(jī)所需的勵(lì)磁電流,而多相自激式感應(yīng)發(fā)電機(jī)將給電容3充電以增加終端電壓。電容3電壓的增加也使感應(yīng)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流增加,以這種方式,電壓累積持續(xù),直到磁化電感減小到其飽和值和達(dá)到平衡點(diǎn),一旦電壓建立,一種自激式車用感應(yīng)發(fā)電和制動一體機(jī)可以給負(fù)載供電。
[0025]當(dāng)多相自激式車用感應(yīng)發(fā)電機(jī)沒有連接負(fù)載時(shí),定子電流和電容電流相等;當(dāng)接入負(fù)載時(shí),定子電流為電容電流和負(fù)載電流的總和,這就說明接入負(fù)載后電容電流減小,這樣感應(yīng)電壓和制動力矩減小。
[0026]定子繞組I電路中串聯(lián)的開關(guān)4是投入切除裝置,控制電容器3是否接入到定子繞組I電路中。開關(guān)4閉合自激發(fā)電,系統(tǒng)處于發(fā)電模式;開關(guān)4斷開,系統(tǒng)處于制動模式。
[0027]如圖2所示,本發(fā)明一種自激式車用感應(yīng)發(fā)電和制動一體機(jī)的模擬控制器包括:可控硅整流二極管2有η個(gè)(η 2 5),濾波電容5,負(fù)載阻抗,續(xù)流二極管9,功率開關(guān)13,觸發(fā)電路12,控制信號發(fā)生器。
[0028]η個(gè)可控硅整流二極管2相互之間并聯(lián),它們一端分別接在η相定子繞組I上,另外一端接在一起在和一個(gè)濾波電容5串聯(lián)。采用這種方式連接可以減少開關(guān)器件的數(shù)目。采用的是半波整流的方式這樣可以不影響制動性能。半波整流器產(chǎn)生的直流電壓的振幅與感應(yīng)電壓的峰值相等??煽毓枵鞫O管2通過觸發(fā)電路12的觸發(fā)信號控制通斷。其中濾波電容5采用的是鋁電解電容。這里的濾波電容5如果太大,其電壓值需要很長的時(shí)間才可以滿足,則導(dǎo)致響應(yīng)時(shí)間過長,如果太小則在開關(guān)切換過程中,整流電壓會變化過大,經(jīng)過計(jì)算分析,最終選用56yF大的濾波電容5。
[0029]負(fù)載阻抗由負(fù)載電阻11和負(fù)載電抗10組成,并且負(fù)載電阻11和負(fù)載電抗10是串聯(lián)的;在開關(guān)切換過程中負(fù)載阻抗可以限制負(fù)載上的電流。如果負(fù)載阻抗非常大,則增加了系統(tǒng)的體積和重量;但是負(fù)載阻抗非常小在切換過程中會產(chǎn)生峰值很大的電流,并且負(fù)載電感11非常小的結(jié)果會產(chǎn)生不連續(xù)的負(fù)載電流,這會使系統(tǒng)不穩(wěn)定。負(fù)載電阻10太大它的熱量損耗增加;負(fù)載電阻10特別是在電流模式不連續(xù)的情況下可以限制負(fù)載電流。為了防止電流模式不連續(xù)情況出現(xiàn),負(fù)載電感11又不能選擇比較大的,只能通過選用頻率高的功率開關(guān)13。對于負(fù)載阻抗,選擇負(fù)載電阻11為1.5 Ω和負(fù)載電抗11為4.16Mh.。功率開關(guān)13被關(guān)閉時(shí),續(xù)流二極管9跨接在負(fù)載阻抗兩端,起到保護(hù)功率開關(guān)13的作用。
[0030]功率開關(guān)13需要驅(qū)動,將觸發(fā)電路12接在功率開關(guān)的門極上。功率開關(guān)13可以優(yōu)選MOSFET,和IGBT相比,它不需要負(fù)向電壓將其關(guān)斷,減少了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。
[0031]控制信號發(fā)生器由兩個(gè)電阻串聯(lián)和一個(gè)電容6并聯(lián)組成的,其中一個(gè)電阻是定值電阻8,一個(gè)是可調(diào)電阻7。定值電阻8和可調(diào)電阻7是用來采樣并輸出電壓信號;電容6產(chǎn)生觸發(fā)電路12中功率開關(guān)13需要的驅(qū)動信號。當(dāng)系統(tǒng)處于發(fā)電模式時(shí)模擬控制器控制系統(tǒng)可以輸出穩(wěn)定的電壓進(jìn)行發(fā)電;當(dāng)系統(tǒng)處于制動模式時(shí)模擬控制器控制系統(tǒng)可以輸出穩(wěn)定的電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行制動。
[0032]系統(tǒng)處于發(fā)電模式時(shí),輸出最優(yōu)目標(biāo)是一個(gè)穩(wěn)定的電壓值,若輸出電壓大于穩(wěn)定的電壓值,開通功率開關(guān)13,接入負(fù)載,使得電壓值下降;若輸出電壓小于穩(wěn)定的電壓值,關(guān)斷功率開關(guān)13,斷開負(fù)載,使得輸出電壓值下降。續(xù)流二級管9可以使得負(fù)載電流不會有很大的波動。系統(tǒng)處于制動模式時(shí),輸出的最優(yōu)目標(biāo)是一個(gè)穩(wěn)定的電磁轉(zhuǎn)矩,若輸出的電磁轉(zhuǎn)矩小于穩(wěn)定的電磁轉(zhuǎn)矩,開通功率開關(guān)13,接入負(fù)載,使得電磁轉(zhuǎn)矩上升;若輸出的電磁轉(zhuǎn)矩大于穩(wěn)定的電磁轉(zhuǎn)矩,關(guān)斷功率開關(guān)13,斷開負(fù)載,使得電磁轉(zhuǎn)矩下降,維持制動轉(zhuǎn)矩的平穩(wěn)。
[0033]雖然本發(fā)明已通過參考優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行了圖示和描述,但是,本專業(yè)普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解,在權(quán)利要求書的范圍內(nèi),可作形式和細(xì)節(jié)上的各種各樣變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高效率自激式車用發(fā)電機(jī),包括電機(jī)定子、電機(jī)轉(zhuǎn)子,其特征是:所述電機(jī)定子具有一套η相繞組,繞組之間相互并聯(lián),每相繞組串聯(lián)一個(gè)電容和一個(gè)開關(guān),電容串聯(lián)在每相繞組的上面,開關(guān)串聯(lián)在每相繞組的下面,繞組的上面連接有模擬控制器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率自激式車用發(fā)電機(jī),其特征是:所述電機(jī)轉(zhuǎn)子為鼠籠型。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率自激式車用發(fā)電機(jī),其特征是:所述繞組的相數(shù)η2 5。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率自激式車用發(fā)電機(jī),其特征是:所述模擬控制器包括一組可控硅整流二極管、濾波電容、負(fù)載阻抗、續(xù)流二極管、功率開關(guān)、觸發(fā)電路、控制信號發(fā)生器; 可控硅整流二極管相互之間并聯(lián),可控硅整流二極管一端分別接在相定子繞組上,可控硅整流二極管另一端接在一起和一個(gè)濾波電容串聯(lián); 負(fù)載阻抗由負(fù)載電阻和負(fù)載電抗組成,并且負(fù)載電阻和負(fù)載電抗是串聯(lián)的; 續(xù)流二極管跨接在負(fù)載阻抗兩端; 控制信號發(fā)生器由兩個(gè)串聯(lián)的電阻與一個(gè)電容并聯(lián)組成,其中一個(gè)電阻是定值電阻,一個(gè)是可調(diào)電阻; 觸發(fā)電路里面包括可控硅整流二極管的觸發(fā)電路以及功率開關(guān)的驅(qū)動電路;其與功率開關(guān)的門極相連。
【文檔編號】H02K17/16GK105846626SQ201610187855
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月29日
【發(fā)明人】閔黎明, 王惠成, 姚建鋒, 胡生生, 涂鑫陽
【申請人】浙江大東吳汽車電機(jī)有限公司
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