專利名稱：混合動(dòng)力汽車用三相同步交流發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及混合動(dòng)力汽車(Hybrid Electric Vehicle, HEV)的三相同步交流 電機(jī)，特別是汽車用三相同步交流發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
汽車工業(yè)的發(fā)展帶來了環(huán)境污染和石油能源危機(jī)兩大問題。在以節(jié)能和環(huán) 保為主題的21世紀(jì)，汽車的發(fā)展也就有了一個(gè)明確的方向。純電動(dòng)汽車、混 合動(dòng)力電動(dòng)汽車和燃料電池汽車的問世更為解決能源危機(jī)的問題拓展了一個(gè) 更大的空間。純電動(dòng)汽車是取代傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車、滿足零排放的最終選擇，但 是目前電池的能量密度、充電時(shí)間、價(jià)格、壽命等問題仍未得到理想的解決， 此外，各地方政府對(duì)純電動(dòng)汽車能否上路存在較大分歧， 一些地區(qū)已出臺(tái)了明 確的法律法規(guī)規(guī)定不允許純電動(dòng)汽車上路運(yùn)行，這些問題都限制著純電動(dòng)汽車 的發(fā)展。近年來燃料電池汽車發(fā)展十分迅速，但在成本、氫能源的制備等方面 仍存在一些急需解決的問題。因此，人們把研究的重點(diǎn)投向可實(shí)施性較強(qiáng)的混 合動(dòng)力汽車。本發(fā)明是將普通汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的發(fā)電機(jī)的功能加以拓展，使其也 具有電動(dòng)機(jī)的功能，以協(xié)助汽車行駛，改造完后屬于一種輕度混合動(dòng)力汽車。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種將汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的發(fā)電機(jī)擴(kuò)展為發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)一體化 的IMG (IntegratedMotor-generator)電機(jī)，使普通汽車在不需要過多更改其結(jié) 構(gòu)的基礎(chǔ)上，就可以實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力的目的，從而達(dá)到節(jié)省燃油和環(huán)保的功效。IMG電機(jī)是將普通汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的發(fā)電機(jī)(三相交流同步發(fā)電機(jī))的功 能加以擴(kuò)展，使其在原有功能的基礎(chǔ)上還具有電動(dòng)機(jī)的功能。本發(fā)明中三相同 步交流發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)也稱之為IMG電機(jī)。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的混合動(dòng)力汽車用三相同步交流發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)、IMG電機(jī)、 光電編碼器、鉛酸蓄電池、功率轉(zhuǎn)換器和控制器；IMG電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)以皮帶 傳動(dòng)相連接，光電編碼器與IMG電機(jī)同軸連接，光電編碼器與控制器信號(hào)連 接，控制器還與功率轉(zhuǎn)換器信號(hào)連接，功率轉(zhuǎn)換器還分別與鉛酸蓄電池和IMG 電機(jī)連接；所述光電編碼器為ROQ425絕對(duì)式光電編碼器，用于測(cè)量IMG電 機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速；所述IMG電機(jī)為三相交流同步發(fā)電機(jī)。所述的功率變換器主要由一個(gè)三相橋式不可控整流器和一個(gè)三相橋式逆 變器組成；三相橋式不可控整流器由個(gè)二極管兩兩串聯(lián)后再彼此并聯(lián)組成；三 相橋式逆變器是臂逆變橋，由個(gè)IGBT兩兩串聯(lián)后再彼此并聯(lián)組成，三相橋式 不可控整流器的共陰極組與三相橋式逆變器的共集電極相連接，三相橋式不可 控整流器的共陽極組與三相橋式逆變器的共發(fā)射極相連接，中間為濾波電容； 三相橋式不可控整流器中兩兩串聯(lián)的兩二極管的之間的接點(diǎn)或三相橋式逆變 器中的兩兩串聯(lián)的IGBT的之間的接點(diǎn)可選擇性與轉(zhuǎn)換開關(guān)連接，轉(zhuǎn)換開關(guān)的 輸入端與IMG電機(jī)的三相連接，三相橋式不可控整流器與三相橋式逆變器連接 線路上的連接點(diǎn)與鉛酸蓄電池相連。所述控制器核心控制芯片選用DSP中的TMS320LF2407芯片。當(dāng)汽車處于啟動(dòng)或加速狀態(tài)的時(shí)候，此時(shí)IMG電機(jī)工作于電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)， 功率變換器處于逆變狀態(tài)，蓄電池供電經(jīng)逆變?yōu)榻涣麟姾蠊╇姍C(jī)運(yùn)行；當(dāng)汽車 正常行駛或下坡的時(shí)候，電機(jī)轉(zhuǎn)子拖動(dòng)氣隙等效磁極旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生電能給電 池充電，這個(gè)時(shí)侯I(lǐng)MG電機(jī)就處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，功率變換器處于整流狀態(tài)， 將發(fā)出的交流電整流后充到蓄電池中。電機(jī)和功率變換器狀態(tài)的切換是由控制 器控制的。本發(fā)明的最大優(yōu)勢(shì)就是可以將普通汽車在不需要過多更改其結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ) 上，就可以實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力的目的，從而達(dá)到節(jié)省燃油和環(huán)保的功效。


圖1為混合動(dòng)力汽車用三相同步交流發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 圖2為本發(fā)明的整流/逆變電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。 圖3為本發(fā)明的控制器電氣結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。如圖1所示，混合動(dòng)力汽車用三相同步交流發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)l、三相同步交流發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)(IMG電機(jī))2、光電編碼器3、鉛酸蓄電 池4、功率轉(zhuǎn)換器5、控制器6。 IMG電機(jī)2與發(fā)動(dòng)機(jī)1以皮帶傳動(dòng)相連接， 光電編碼器3與IMG電機(jī)2同軸連接，光電編碼器3與控制器6信號(hào)連接， 控制器6還與功率轉(zhuǎn)換器5信號(hào)連接，功率轉(zhuǎn)換器5還分別與鉛酸蓄電池4 和IMG電機(jī)2連接。光電編碼器3所測(cè)得的轉(zhuǎn)子信號(hào)和電機(jī)本身氣隙磁場(chǎng)轉(zhuǎn) 速信號(hào)經(jīng)控制器6處理比較后，控制功率變換器5處于整流或逆變的狀態(tài)。光電編碼器3具體選用ROQ425 (SSI)絕對(duì)式光電編碼器，主要功能是 測(cè)量IMG電機(jī)2轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。如圖2所示，功率變換器5包含了一個(gè)三相橋式不可控整流器51和一個(gè) 三相橋式逆變器52，由轉(zhuǎn)換開關(guān)53決定當(dāng)前功率變換器工作于何種狀態(tài)。其 中，三相橋式不可控整流器51由6個(gè)二極管兩兩串聯(lián)后再彼此并聯(lián)組成；而 三相橋式逆變器52是6臂逆變橋，也是由6個(gè)IGBT兩兩串聯(lián)后再彼此并聯(lián)組 成。三相橋式不可控整流器51的共陰極組與三相橋式逆變器52的共集電極相 連接，連線上設(shè)有接點(diǎn)cl;三相橋式不可控整流器51的共陽極組與三相橋式 逆變器52的共發(fā)射極相連接，連線上設(shè)有接點(diǎn)c2;中間為濾波電容。三相橋 式不可控整流器51中6個(gè)兩兩串聯(lián)的二極管之間設(shè)有三個(gè)接點(diǎn)al、 a2、 a3; 和三相橋式逆變器52中的兩兩串聯(lián)的IGBT的之間設(shè)有三個(gè)接點(diǎn)bl、 b2、 b3 三點(diǎn)接轉(zhuǎn)換開關(guān)53可選擇與三相橋式不可控整流器51中的接點(diǎn)al、 a2、 a3 或者三相橋式逆變器52中的接點(diǎn)bl、 b2、 b3連接，轉(zhuǎn)換開關(guān)53的輸入端M 與IMG電機(jī)2的三相連接，三相橋式不可控整流器51與三相橋式逆變器52 連接線路上的兩接點(diǎn)cl、 c2與鉛酸蓄電池4相連。如圖3所示，是本發(fā)明的控制器6的電氣結(jié)構(gòu)示意圖。核心控制芯片選用 DSP中的TMS320LF2407芯片。IMG電機(jī)2的輸入信號(hào)經(jīng)過濾波去除干擾后， 再經(jīng)光電隔離裝置的隔離處理以及調(diào)幅電路把電壓調(diào)到DSP所要求的幅值范 圍內(nèi)，輸入到DSP的ADCIN1 ADCIN3引腳。光電編碼器3將測(cè)得的轉(zhuǎn)速信 號(hào)輸入到CAP1 CAP3弓1腳，DSP芯片通過比較IMG電機(jī)2的輸入信號(hào)和光電編碼器3的輸入信號(hào)，由CON引腳輸出信號(hào)確定功率變換器5處于整流還 是逆變的狀態(tài)。DSP芯片從PWM1 PWM6的6個(gè)引腳輸出6路PWM波來控 制功率變換器5中三相橋式逆變電路的IGBT的通斷。IMG電機(jī)2就是一種三相交流同步發(fā)電機(jī)。本發(fā)明主要是利用電機(jī)可 逆原理，沒有改變?nèi)嘟涣魍桨l(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，開發(fā)出汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的三 相交流同步發(fā)電機(jī)也可作為電動(dòng)機(jī)這樣一個(gè)功能。當(dāng)IMG電機(jī)2的轉(zhuǎn)子磁極 軸線超過氣隙等效磁極軸線的時(shí)候，轉(zhuǎn)子磁極拖動(dòng)氣隙等效磁極以同步轉(zhuǎn)速旋 轉(zhuǎn)，此時(shí)IMG電機(jī)2工作于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，同時(shí)由控制器6發(fā)出信號(hào)控制功率 轉(zhuǎn)換器5工作于整流的狀態(tài)，給鉛酸蓄電池4充電。當(dāng)IMG電機(jī)2的轉(zhuǎn)子磁 極軸線落后氣隙等效磁極軸線的時(shí)候，氣隙等效磁極拖動(dòng)轉(zhuǎn)子磁極轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí) IMG電機(jī)2工作于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，同時(shí)由控制器6發(fā)出信號(hào)控制功率轉(zhuǎn)換器5 工作于逆變的狀態(tài)。當(dāng)汽車處于啟動(dòng)或加速狀態(tài)的時(shí)候，IMG電機(jī)工作于電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)，功率變換器處于逆變狀態(tài)，蓄電池供電經(jīng)逆變?yōu)榻涣麟姾蠊╇姍C(jī)運(yùn)行；當(dāng)汽車正 常行駛或下坡的時(shí)候，電機(jī)轉(zhuǎn)子拖動(dòng)氣隙等效磁極旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生電能給電池 充電，此時(shí)IMG電機(jī)就處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，功率變換器處于整流狀態(tài)，將發(fā)出 的交流電整流后充到蓄電池中。本發(fā)明運(yùn)用了電機(jī)可逆的特性，開拓了汽車發(fā)電機(jī)的功能，使其在需要的 時(shí)候變成電動(dòng)機(jī)，并協(xié)助汽車的行駛。最大的優(yōu)勢(shì)就是節(jié)省了燃油的消耗，同 時(shí)又有環(huán)保的功效。
權(quán)利要求
1、混合動(dòng)力汽車用三相同步交流發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)、IMG電機(jī)、光電編碼器、鉛酸蓄電池、功率轉(zhuǎn)換器和控制器；IMG電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)以皮帶傳動(dòng)相連接，光電編碼器與IMG電機(jī)同軸連接，光電編碼器與控制器信號(hào)連接，控制器還與功率轉(zhuǎn)換器信號(hào)連接，功率轉(zhuǎn)換器還分別與鉛酸蓄電池和IMG電機(jī)連接；所述光電編碼器為ROQ425絕對(duì)式光電編碼器，用于測(cè)量IMG電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速；所述IMG電機(jī)為三相交流同步發(fā)電機(jī)。
2、 根據(jù)怒權(quán)糸」要求1所述的混合動(dòng)力汽車用三相同步交流發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī) 系統(tǒng)，其特征在于，所述的功率變換器主要由一個(gè)三相橋式不可控整流器和一 個(gè)三相橋式逆變器組成；三相橋式不可控整流器由個(gè)二極管兩兩串聯(lián)后再彼此 并聯(lián)組成；三相橋式逆變器是臂逆變橋，由個(gè)IGBT兩兩串聯(lián)后再彼此并聯(lián)組 成，三相橋式不可控整流器的共陰極組與三相橋式逆變器的共集電極相連接， 三相橋式不可控整流器的共陽極組與三相橋式逆變器的共發(fā)射極相連接，中間 為濾波電容；三相橋式不可控整流器中兩兩串聯(lián)的兩二極管的之間的接點(diǎn)或三 相橋式逆變器中的兩兩串聯(lián)的IGBT的之間的接點(diǎn)可選擇性與轉(zhuǎn)換開關(guān)連接， 轉(zhuǎn)換開關(guān)的輸入端與IMG電機(jī)的三相連接，三相橋式不可控整流器與三相橋式 逆變器連接線路上的連接點(diǎn)與鉛酸蓄電池相連。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合動(dòng)力汽車用三相同步交流發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)系 統(tǒng)，其特征在于，所述控制器核心控制芯片選用DSP中的TMS320LF2407芯 片。
全文摘要
本發(fā)明公開了混合動(dòng)力汽車用三相同步交流發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)、IMG電機(jī)、光電編碼器、鉛酸蓄電池、功率轉(zhuǎn)換器和控制器；IMG電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)以皮帶傳動(dòng)相連接，光電編碼器與IMG電機(jī)同軸連接，光電編碼器與控制器信號(hào)連接，控制器還與功率轉(zhuǎn)換器信號(hào)連接，功率轉(zhuǎn)換器還分別與鉛酸蓄電池和IMG電機(jī)連接；光電編碼器為ROQ425絕對(duì)式光電編碼器，用于測(cè)量IMG電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速；所述IMG電機(jī)為三相交流同步發(fā)電機(jī)。本發(fā)明的將普通汽車在不需要過多更改其結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，就可以實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力的目的，從而達(dá)到節(jié)省燃油和環(huán)保的功效。
文檔編號(hào)H02J7/14GK101254742SQ20071003268
公開日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2007年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月18日
發(fā)明者盧智鋒, 康龍?jiān)? 徐劍鳴, 寧 李 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)