起動發(fā)電一體機動力裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種起動發(fā)電一體機動力裝置，屬于汽車起動及發(fā)電【技術領域】。該裝置包括：起動發(fā)電一體機與發(fā)動機。本發(fā)明設計的一種起動發(fā)電一體機動力裝置，它能使發(fā)電機工作在起動模式和發(fā)電模式。既能代替?zhèn)鹘y(tǒng)起動機用以起動發(fā)動機，又能工作于發(fā)電模式為整車電器、電傳動系統(tǒng)和其它大型用電裝置供電。起動發(fā)電一體機動力裝置取消了起動機，具有功率大、尺寸小、控制性能優(yōu)越、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點。
【專利說明】起動發(fā)電一體機動力裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及汽車起動及發(fā)電【技術領域】，具體涉及一種起動發(fā)電一體機動力裝置?！颈尘凹夹g】
[0002]傳統(tǒng)汽車的起動系統(tǒng)由蓄電池、起動機、傳動機構、起動機控制器組成。發(fā)動機起動時，起動機通過傳動機構與發(fā)動機飛輪齒圈嚙合，將起動機轉矩傳遞給發(fā)動機，當發(fā)動機起動后起動機與飛輪齒圈自動分離。傳統(tǒng)汽車的發(fā)電系統(tǒng)由蓄電池、發(fā)電機及電壓調(diào)節(jié)器等組成。發(fā)動機經(jīng)傳動帶驅動發(fā)電機旋轉，當發(fā)動機轉速變化或者電器負荷變化時，電壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流，使發(fā)電系統(tǒng)輸出的電壓保持穩(wěn)定。隨著汽車技術的發(fā)展，在串聯(lián)混合動力汽車中采用了大功率的永磁同步發(fā)電機代替了傳統(tǒng)的發(fā)無刷硅整流電機，采用不控制/可控整流方式，為整車電器系統(tǒng)及電驅動系統(tǒng)提供電能。
[0003]上述的傳統(tǒng)汽車起動系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)是兩套獨立的系統(tǒng)。起動系統(tǒng)中，由于發(fā)動機從靜止狀態(tài)至工作狀態(tài)的過渡時間相對較長，使得發(fā)動機油耗大、效率低、尾氣排放污染嚴重。而其發(fā)電系統(tǒng)只為整車電器系統(tǒng)供電，不能為動力系統(tǒng)或者為其它大型用電裝置提供電能。在串聯(lián)混合動力車輛用的發(fā)電系統(tǒng)中，目前廣泛采用整流控制技術，不能充分發(fā)揮發(fā)電機的特點使其運行于電動狀態(tài)起動發(fā)動機。此外，民用領域的發(fā)電機功率，因汽車自重較輕，功率一般小于200kW，無法滿足坦克電傳動系統(tǒng)的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一)要解決的技術問題
[0005]本發(fā)明要解決的技術問題是:如何提供一種既能代替?zhèn)鹘y(tǒng)起動機用以起動發(fā)動機，又能工作于發(fā)電模式為整車電器、電傳動系統(tǒng)和其它大型用電裝置供電的起動發(fā)電一體機動力裝置。
[0006](二)技術方案
[0007]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種起動發(fā)電一體機動力裝置，包括:起動發(fā)電一體機與發(fā)動機；所述起動發(fā)電機一體機包括起動發(fā)電機本體、起動發(fā)電機控制器及高壓蓄電池組；
[0008]所述起動發(fā)電機本體的轉子與發(fā)動機的輸出軸連接，起動發(fā)電機本體的定子固定在發(fā)動機的機殼上；高壓蓄電池組通過高壓電纜與起動發(fā)電機控制器的直流母線連接，起動發(fā)電機控制器通過高壓電纜與起動發(fā)電機本體相連；
[0009]所述起動發(fā)電機控制器包括散熱板、電容模塊、IGBT模塊、傳感器組合、主控制板、控制板隔艙、控制器箱體和接插件，所述散熱板、電容模塊、IGBT模塊、傳感器組合、主控制板、控制板隔艙和接插件安裝在控制器箱體內(nèi)，所述電容模塊和IGBT模塊安裝在散熱板上，電容模塊通過疊層母線與IGBT模塊連接，主控制板與IGBT模塊、傳感器組合連接，主控制板安裝在控制板隔艙內(nèi)；主控制板用于接收起動指令，控制起動發(fā)電機本體運行在起動模式，起動發(fā)電機本體拖動發(fā)動機旋轉，待發(fā)動機起動后，控制起動發(fā)電機本體運行在發(fā)電模式，并控制直流母線的輸出電壓或者電流。
[0010]優(yōu)選地，所述主控制板包括微處理器、旋轉變壓器解碼模塊、模數(shù)轉換模塊、隔離驅動模塊和通信模塊；旋轉變壓器解碼模塊與起動發(fā)電機本體內(nèi)部安裝的旋轉變壓器連接，用于為旋轉變壓器提供勵磁信號，同時對旋轉變壓器輸出的正弦和余弦信號進行解碼，得到起動發(fā)電機轉子的位置，實時傳遞給微處理器；模數(shù)轉換模塊與控制器箱體內(nèi)部的傳感器組合連接，將直流母線電壓、直流母線電流、電機繞組電流值傳給微處理器用于進行起動和發(fā)電控制；隔離驅動模塊用于將微處理器發(fā)出的驅動IGBT模塊的脈沖寬度調(diào)制PWM信號傳遞給IGBT模塊，控制各IGBT模塊的開關。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述起動發(fā)電機本體為雙Y結構電機。
[0012]優(yōu)選地，所述起動發(fā)電機本體為永磁同步電機。
[0013]優(yōu)選地，所述傳感器組合包括電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器。
[0014](三)有益效果
[0015]本發(fā)明設計的一種起動發(fā)電一體機動力裝置，它能使發(fā)電機工作在起動模式和發(fā)電模式。既能代替?zhèn)鹘y(tǒng)起動機用以起動發(fā)動機，又能工作于發(fā)電模式為整車電器、電傳動系統(tǒng)和其它大型用電裝置供電。起動發(fā)電一體機動力裝置取消了起動機，具有功率大、尺寸小、控制性能優(yōu)越、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的起動發(fā)電機本體端面示意圖；
[0017]圖2為起動發(fā)電一體機動力裝置結構及其與外部部件的電路連接框圖；
[0018]圖3為起動發(fā)電機控制器的主控制板的結構及其與其他部件連接個關系示意圖；
[0019]圖4為起動發(fā)電一體機起動發(fā)電控制原理框圖。
【具體實施方式】
[0020]為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容、和優(yōu)點更加清楚，下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。
[0021]本發(fā)明實施例的起動發(fā)電一體機動力裝置，由起動發(fā)電一體機與發(fā)動機組成、起動發(fā)電機一體機由起動發(fā)電機本體、起動發(fā)電機控制器及高壓蓄電池組組成。如圖1、圖2所不，起動發(fā)電機本體2的轉子與發(fā)動機I的輸出軸連接，起動發(fā)電機本體2的主軸24與發(fā)動機I主軸通過法蘭同軸連接，起動發(fā)電機本體2的定子25固定在發(fā)動機I的機殼上。起動發(fā)電機本體2采用液體冷卻方式、雙“Y”(兩個三相都是“Y”連接)引線輸出，兩個三相的中點不連接，并同軸安裝旋轉變壓器。起動發(fā)電機本體2采用液體冷卻方式設計有進水口 23，其繞組21和旋轉變壓器信號、內(nèi)部溫度傳感器接口 22與起動發(fā)電機控制器3連接。
[0022]如圖2所示，高壓蓄電池組37通過高壓電纜與起動發(fā)電機控制器3直流母線連接，起動發(fā)電機控制器3通過高壓電纜與起動發(fā)電機本體2相連。起動發(fā)電機控制器由散熱板(圖中未畫出)、電容模塊35、IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)模塊31 (具體是由多個IGBT組成的三相逆變橋)、主控制板32、電壓傳感器33和電流傳感器34、溫度傳感器38、控制板隔艙、控制器箱體和接插件組成，散熱板、電容模塊、IGBT模塊、傳感器組合、主控制板、控制板隔艙、接插件安裝在控制器箱體內(nèi)。電容模塊、IGBT模塊安裝在散熱板上，電容模塊通過疊層母線與IGBT模塊連接，IGBT模塊與直流輸入母線、交流輸出相連，并在輸入、出線纜上安裝有電壓傳感器和電流傳感器。在散熱板、IGBT模塊上也可以放置溫度傳感器?？刂破髦骺刂瓢?2與IGBT模塊31、旋轉變壓器接口 36、電壓傳感器33、電流傳感器34、溫度傳感器38、28V電源39以及整車CAN總線網(wǎng)絡連?？刂瓢甯襞搩?nèi)安裝主控制板，提高主控制板的抗電磁干擾能力。圖2中的IGBT模塊為省略畫法，具體結構見圖3。
[0023]如圖3所示，起動發(fā)電機控制器主控制板由微處理器4、旋轉變壓器解碼模塊41、模數(shù)轉換模塊42、隔離驅動模塊43、通信模塊44 (485/232)組成。旋轉變壓器解碼模塊41與起動發(fā)電機本體2內(nèi)部安裝的旋轉變壓器連接，為旋轉變壓器提供勵磁信號，同時對旋轉變壓器輸出的正弦和余弦信號進行解碼，得到起動發(fā)電機轉子的位置，實時傳遞給微處理器。模數(shù)轉換模塊42與控制器箱體內(nèi)部的電壓傳感器33、電流傳感器34和溫度傳感器38連接，將直流母線電壓、直流母線電流、電機繞組電流值傳給微處理器4用以進行起動和發(fā)電控制。隔離驅動模塊43將微處理器4發(fā)出的驅動IGBT的PWM信號傳遞給IGBT模塊31，控制各IGBT的開關。主控制板通過CAN總線接收來自整車控制器的起動指令，控制起動發(fā)電機本體運行在起動模式，起動發(fā)電機本體拖動發(fā)動機旋轉，待發(fā)動機起動后，控制起動發(fā)電機本體運行在發(fā)電模式，并根據(jù)整車控制器的指令控制直流母線的輸出電壓或者電流。
[0024]圖4為起動發(fā)電一體機起動運行和發(fā)電控制的原理框圖。當電機需作起動運行時，圖4中的轉矩電流給定ζ連接端口 502,即根據(jù)設定的起動力矩計算q軸起動電流?？刂破骼棉D子位置信息將檢測到電流進行坐標變換，得到dq軸電流反饋值。dq軸電流參考信號與實際值以較后，其偏差值被輸入至調(diào)節(jié)器，PI調(diào)節(jié)器(圖4中的“PI”)的輸出得到磁場定向dq軸系中兩軸電壓參考值ud和iv通過Park逆變換,轉換為ab軸參考電壓ua、ub,經(jīng)過SVPWM模塊產(chǎn)生控制逆變橋各功率開關的開通和關斷信號。當電機起動超過某一轉速后，控制器接收整 車控制器的CAN指令控制電機轉入發(fā)電狀態(tài)運行，將圖4中的轉矩電流給定^連接端口 501，這時系統(tǒng)變?yōu)椴捎秒妷?、電流雙閉環(huán)控制方式。將直流母線電壓設定值與直流母線反饋電壓進行比較，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后得到電機的q軸電流設定。其中PMSM是起動發(fā)電機本體，逆變橋下方的三個小圈是電流傳感器，udc是來自電壓傳感器的電壓。
[0025]本發(fā)明在起動發(fā)動機時電機工作于電動狀態(tài)，在發(fā)動機起動后電機工作在發(fā)電狀態(tài)，一套動力裝置集成了起動和發(fā)電兩種的功能，使得整車部件減少，便于整車布置，安裝方便并降低了系統(tǒng)成本。起動發(fā)電一體機動力裝置采用雙Y結構電機和模塊化控制器設計在現(xiàn)有的系統(tǒng)體積和器件性能約束下可輸出幾百千瓦的輸功率，遠遠超出現(xiàn)有技術的功率等級，使得整車采用電驅動系統(tǒng)及其它大功率裝置成為可能。起動發(fā)電一體機動力裝置采用一臺永磁同步電機作為起動發(fā)電機本體。由于永磁同步電機采取永磁體勵磁，電機無電刷和滑環(huán)，其低速輸出轉矩大、轉矩波動小，因此廣泛應用于需低速大轉矩起動和大功率驅動等場合，如在驅動汽油發(fā)動機、柴油發(fā)動機時，在起動過程中永磁同步電機能提供較大的起動轉矩，且輸出轉矩較為平穩(wěn)。此外，在起動發(fā)動機時可以使發(fā)動機在怠速附近點火，提高了發(fā)動機效率既節(jié)能又減少了污染氣體排放。
[0026]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種起動發(fā)電一體機動力裝置，其特征在于，包括:起動發(fā)電一體機與發(fā)動機；所述起動發(fā)電機一體機包括起動發(fā)電機本體、起動發(fā)電機控制器及高壓蓄電池組； 所述起動發(fā)電機本體的轉子與發(fā)動機的輸出軸連接，起動發(fā)電機本體的定子固定在發(fā)動機的機殼上；高壓蓄電池組通過高壓電纜與起動發(fā)電機控制器的直流母線連接，起動發(fā)電機控制器通過高壓電纜與起動發(fā)電機本體相連； 所述起動發(fā)電機控制器包括散熱板、電容模塊、IGBT模塊、傳感器組合、主控制板、控制板隔艙、控制器箱體和接插件，所述散熱板、電容模塊、IGBT模塊、傳感器組合、主控制板、控制板隔艙和接插件安裝在控制器箱體內(nèi)，所述電容模塊和IGBT模塊安裝在散熱板上，電容模塊通過疊層母線與IGBT模塊連接，主控制板與IGBT模塊、傳感器組合連接，主控制板安裝在控制板隔艙內(nèi)；王控制板用于接收起動指令，控制起動發(fā)電機本體運彳丁在起動|吳式，起動發(fā)電機本體拖動發(fā)動機旋轉，待發(fā)動機起動后，控制起動發(fā)電機本體運行在發(fā)電模式，并控制直流母線的輸出電壓或者電流。
2.如權利要求1所述的起動發(fā)電一體機動力裝置，其特征在于，所述主控制板包括微處理器、旋轉變壓器解碼模塊、模數(shù)轉換模塊、隔離驅動模塊和通信模塊；旋轉變壓器解碼模塊與起動發(fā)電機本體內(nèi)部安裝的旋轉變壓器連接，用于為旋轉變壓器提供勵磁信號，同時對旋轉變壓器輸出的正弦和余弦信號進行解碼，得到起動發(fā)電機轉子的位置，實時傳遞給微處理器；模數(shù)轉換模塊與控制器箱體內(nèi)部的傳感器組合連接，將直流母線電壓、直流母線電流、電機繞組電流值傳給微處理器用于進行起動和發(fā)電控制；隔離驅動模塊用于將微處理器發(fā)出的驅動IGBT模塊的脈沖寬度調(diào)制PWM信號傳遞給IGBT模塊，控制各IGBT模塊的開關。
3.如權利要求1所述的起動發(fā)電一體機動力裝置，其特征在于，所述起動發(fā)電機本體為雙Y結構電機。
4.如權利要求3所述的起動發(fā)電一體機動力裝置，其特征在于，所述起動發(fā)電機本體為永磁同步電機。
5.如權利要求1?4中任一項所述的起動發(fā)電一體機動力裝置，其特征在于，所述傳感器組合包括電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器。
【文檔編號】H02K7/18GK103701258SQ201310712290
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月20日 優(yōu)先權日:2013年12月20日
【發(fā)明者】盧權華, 韓志平, 田德文, 邢彥斌, 馬亞青, 鄒艷, 張健, 姜茹 申請人:中國北方車輛研究所