一種起動發(fā)電機(jī)改進(jìn)結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及汽車技術(shù)，更具體地，涉及一種起動發(fā)電機(jī)改進(jìn)結(jié)構(gòu)。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]基于燃油經(jīng)濟(jì)性、降低有害氣體排放和產(chǎn)業(yè)大規(guī)模應(yīng)用成本等多種因素，混合動力汽車成為目前汽車新技術(shù)的發(fā)展方向，業(yè)界相信在未來不長的時間內(nèi)就會取代傳統(tǒng)動力汽車而成為市場主流產(chǎn)品。
[0004]混合動力汽車擁有燃油發(fā)動機(jī)和電動一發(fā)電機(jī)兩組動力源，通過智能化的控制和輸出分配，電動一發(fā)電機(jī)可以作為燃油發(fā)動機(jī)的起動機(jī)，在初始起動過程中克服發(fā)動機(jī)的阻力轉(zhuǎn)矩，使發(fā)動機(jī)達(dá)到足夠的起動轉(zhuǎn)速；起動后電動一發(fā)電機(jī)可以視情況為燃油發(fā)動機(jī)提供輔助動力，也可以在適當(dāng)狀態(tài)下完全關(guān)閉發(fā)動機(jī)，單純依靠電動一發(fā)電機(jī)提供動力。另夕卜，電動一發(fā)電機(jī)具有能量轉(zhuǎn)換的可逆性，即可以實(shí)現(xiàn)從機(jī)械能到電能的逆向轉(zhuǎn)換，因此在汽車減速制動過程中可以將發(fā)動機(jī)的機(jī)械能生成電能，通過逆變器存儲于汽車蓄電池內(nèi)。因此，在混合動力汽車中電動一發(fā)電機(jī)系統(tǒng)一般被稱之為起動發(fā)電機(jī)。
[0005]發(fā)動機(jī)與起動發(fā)電機(jī)的動力耦合方式包括雙軸皮帶傳動動力混合以及單軸扭矩疊加動力混合。在雙軸皮帶傳動動力混合方式中，起動發(fā)電機(jī)與發(fā)動機(jī)通過皮帶傳動實(shí)現(xiàn)雙軸并聯(lián)。發(fā)動機(jī)作為整車動力源，起動發(fā)電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動機(jī)快速啟動。因此，汽車在運(yùn)行過程中遇到各種需要短時停車的情況，發(fā)動機(jī)可以關(guān)閉，關(guān)閉期間的油耗、廢氣、噪聲都可以降至最低；而需要再度起動時，起動發(fā)電機(jī)系統(tǒng)使發(fā)動機(jī)由停機(jī)至達(dá)到怠速以上的起動期間僅為數(shù)百毫秒；另外，在汽車減速制動過程中，起動發(fā)電機(jī)利用發(fā)動機(jī)輸出的機(jī)械能實(shí)現(xiàn)對蓄電。雙軸皮帶傳動動力混合受到皮帶傳動效率的制約，電動系統(tǒng)的功率比較低，而且性能存在不穩(wěn)定，必將會逐漸被更先進(jìn)的技術(shù)所替代。單軸扭矩疊加動力混合方式將發(fā)動機(jī)和電動系統(tǒng)的扭矩進(jìn)行直接疊加，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動機(jī)和電動系統(tǒng)多種形式的工況復(fù)合。在初始起動時，電動系統(tǒng)為發(fā)動機(jī)提供初始轉(zhuǎn)矩以便使發(fā)動機(jī)快速進(jìn)入工作狀態(tài)；在行車加速時，電動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)助力，彌補(bǔ)發(fā)動機(jī)扭矩不足；在減速制動過程中，電動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能量回收，對蓄電池進(jìn)行充電；在停車狀態(tài)下關(guān)閉發(fā)動機(jī)，降低排放和油耗。單軸扭矩疊加動力混合方式是目前綜合性能最完善的混合動力解決方案，具有廣闊的發(fā)展空間。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中，單軸扭矩疊加動力混合方式存在多種實(shí)現(xiàn)方式，圖1是目前技術(shù)水平最為先進(jìn)的混聯(lián)方式，如圖1所示，混合動力系統(tǒng)包括發(fā)動機(jī)、起動發(fā)電機(jī)、離合器、傳動系統(tǒng)、電池以及綜合控制單元。其中，起動發(fā)電機(jī)用于起動發(fā)動機(jī)，以及將發(fā)動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)換為電能從而對電池充電；起動發(fā)電機(jī)和發(fā)動機(jī)在綜合控制單元的協(xié)調(diào)下以不同的動力模式運(yùn)行，包括完全使用電動輸出動力進(jìn)行行駛的電動模式，以發(fā)動機(jī)的輸出作為主要動力并且以電動提供輔助動力的混動模式，以及在剎車和制動過程中通過起動發(fā)電機(jī)回收能量并向電池充電的再生模式等。其中發(fā)動機(jī)、起動發(fā)電機(jī)以及離合器同軸安裝，通過單軸扭矩復(fù)合形成混合動力。
[0007]在單軸扭矩疊加動力混合方式中，起動發(fā)電機(jī)直接集成在發(fā)動機(jī)的主軸上。一般采用盤式永磁體同步起動發(fā)電機(jī)。永磁體同步起動發(fā)電機(jī)包括攜帶永磁體的轉(zhuǎn)子以及帶有線圈繞組的定子；其中轉(zhuǎn)子集成在發(fā)動機(jī)的主軸上，而定子一般固定于發(fā)動機(jī)殼體的配套支撐結(jié)構(gòu)上。在起動過程中，通過定子的繞組勵磁而驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動；而在發(fā)電過程中，轉(zhuǎn)子的磁通作用于定子的繞組而實(shí)現(xiàn)發(fā)電。
[0008]永磁體同步起動發(fā)電機(jī)體積和質(zhì)量較小，能夠提供大起動轉(zhuǎn)矩，具有高發(fā)電效率，運(yùn)行可靠性好。但是其主要缺陷是由于轉(zhuǎn)子采用了永磁體，導(dǎo)致其產(chǎn)生的磁通量不可調(diào)節(jié)。而起動發(fā)電機(jī)在起動過程和發(fā)電過程二者當(dāng)中所需的磁通量存在很大差異，前者的磁通量明顯大于后者。因而為了滿足起動過程的需要而設(shè)置的轉(zhuǎn)子磁通量，在發(fā)電運(yùn)行中就會因磁通量過高而產(chǎn)生過高的功率和電壓輸出。為了應(yīng)對這一情況，現(xiàn)在技術(shù)中不得不采用能夠工作于高壓狀態(tài)下的功率轉(zhuǎn)換電路對起動發(fā)電機(jī)的輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)?，F(xiàn)有技術(shù)中的另一種解決方案是開發(fā)磁通量可調(diào)節(jié)的永磁體同步起動發(fā)電機(jī)，該解決方案是在永磁體轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁通量之上疊加由轉(zhuǎn)子的線圈繞組產(chǎn)生的可調(diào)節(jié)磁通量，從而在起動過程和發(fā)電過程中應(yīng)用不同的磁通量，然而這一解決方案使轉(zhuǎn)子構(gòu)造復(fù)雜度明顯提高，轉(zhuǎn)子設(shè)計加工中需要考慮的影響因素過多，同樣增加了設(shè)備的成本，而且降低了能量效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種起動發(fā)電機(jī)改進(jìn)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所述的起動發(fā)電機(jī)采用了非永磁體和無繞組的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)以及多相繞組的定子結(jié)構(gòu)，基于控制器對各相繞組的同步精確開關(guān)控制實(shí)現(xiàn)具有電動模式和發(fā)電模式的起動發(fā)電機(jī)，可實(shí)現(xiàn)初始起動、穩(wěn)定助力狀態(tài)以及發(fā)電等多種工作狀態(tài)。由于采用了電動模式和發(fā)電模式均全程分段可調(diào)節(jié)的繞組控制技術(shù)，能夠有效控制兩種工作模式下的輸出功率，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中起動過程和發(fā)電過程功率不匹配的難題。
[0010]本發(fā)明所述的起動發(fā)電機(jī)改進(jìn)結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括:主電機(jī)、功率變換器、傳感模組、控制器；所述主電機(jī)包括定子和轉(zhuǎn)子，二者均為非永磁體的凸極結(jié)構(gòu)；所述定子包括多相繞組，其中每一相繞組由在定子的徑向相對的凸極之上的一對繞組線圈構(gòu)成；
所述功率變換器為定子上的每一相中的兩個繞組分別提供一個由主開關(guān)管和續(xù)流二級管構(gòu)成的開關(guān)電路；
所述傳感模組用于檢測多類型的狀態(tài)參數(shù)；
所述控制器用于基于所述狀態(tài)參數(shù)，控制起動發(fā)電機(jī)多個工作狀態(tài)之間的切換，以及在每個工作狀態(tài)下通過對功率變換器中各個主開關(guān)管接通和斷開的狀態(tài)的控制，決定各相繞組的運(yùn)行狀態(tài)以及執(zhí)行保護(hù)控制；
其中，所述起動發(fā)電機(jī)的多個工作狀態(tài)包括初始起動狀態(tài)、穩(wěn)定助力狀態(tài)以及發(fā)電狀態(tài)，所述控制器依據(jù)傳感模組提供的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速參量、蓄電池系統(tǒng)狀態(tài)參量以及油門狀態(tài)參量，確定起動發(fā)電機(jī)的當(dāng)前工作狀態(tài)；
并且，所述控制器在當(dāng)前工作狀態(tài)下確定控制功率變換器中各個主開關(guān)管的狀態(tài)的控制方式。
[0011 ] 優(yōu)選的是，所述控制器判斷轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速是否達(dá)到預(yù)定的發(fā)動機(jī)怠速轉(zhuǎn)速，如果未達(dá)到則確定當(dāng)前工作狀態(tài)為初始起動狀態(tài)；如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)定的發(fā)動機(jī)怠速轉(zhuǎn)速，所述控制器基于蓄電池系統(tǒng)狀態(tài)參量，判斷蓄電池系統(tǒng)處于允許助力范圍還是允許發(fā)電范圍；在所述允許助力范圍，控制器根據(jù)所述油門狀態(tài)參量判斷是否處于油門到底，在處于油門到底狀態(tài)下控制起動發(fā)電切入穩(wěn)定助力狀態(tài)，否則保持停機(jī)等待模式；在所述允許發(fā)電范圍，控制器根據(jù)所述油門狀態(tài)參量判斷是否處于油門到底，在非處于油門到底狀態(tài)下控制起動發(fā)電機(jī)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，在處于油門到底狀態(tài)下控制起動發(fā)電機(jī)進(jìn)入停機(jī)等待模式。
[0012]優(yōu)選的是，所述控制器根據(jù)開通角、關(guān)斷角和電流斬波閾值控制功率變換器中各個主開關(guān)管的狀態(tài)，所述定子的任一相繞組相對于轉(zhuǎn)子軸線的角度在開通角和關(guān)斷角之間，控制器控制功率變換器中與該相繞組對應(yīng)的主開關(guān)管導(dǎo)通；并且控制器根據(jù)相電流或是否達(dá)到電流斬波閾值，控制功率變換器中與該相繞組對應(yīng)的主開關(guān)管導(dǎo)通和斷開。
[0013]優(yōu)選的是，在所述初始起動狀態(tài)下，所述控制器確定所述控制方式為電流斬波控制方式；在電流斬波控制方式中，在轉(zhuǎn)子軸線的角度在開通角和關(guān)斷角之間時，控制器判斷相電流是否大于或等于相電流斬波閾值，當(dāng)相電流處于大于或等于相電流斬波閾值的狀態(tài)下時，則控制器控制關(guān)斷功率變換器中與該相繞組對應(yīng)的主開關(guān)管。
[0014]優(yōu)選的是，在穩(wěn)定助力狀態(tài)下，所述控制器根據(jù)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，確定所述控制方式在電流斬波控制方式和角度位置控制方式之間切換；當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速低于電動控制方式切換閾值時，控制器確定采用電流斬波控制方式；在電流斬波控制方式中，在轉(zhuǎn)子軸線的角度在開通角和關(guān)斷角之間時，控制器判斷相電流是否大于或等于相電流斬波閾值，當(dāng)相電流處于大于或等于相電流斬波閾值的狀態(tài)下時，則控制器控制關(guān)斷功率變換器中與該相繞組對應(yīng)的主開關(guān)管；當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速高于電動控制方式切換閾值時，控制器確定采用角度位置控制方式；在角度位置控制方式中，控制器根據(jù)轉(zhuǎn)速以及蓄電池電