一種繞組自動(dòng)切換的起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種繞組自動(dòng)切換的起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)，屬于汽車電器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車的起動(dòng)發(fā)動(dòng)系統(tǒng)既能當(dāng)作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，又能作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，以在起動(dòng)后為用電設(shè)備供電，或在驅(qū)動(dòng)汽車后回收制動(dòng)能量。
[0003]在已有的文獻(xiàn)中，永磁同步電機(jī)、永磁直流無刷電機(jī)和電勵(lì)磁同步電機(jī)已被許多學(xué)者認(rèn)為可以作為起動(dòng)發(fā)電機(jī)。這些電機(jī)多采用三相繞組。在磁場大小不變的情況下，其感應(yīng)電動(dòng)勢(或反電勢)會(huì)與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比。
[0004]以傳統(tǒng)的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)為例，發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)速為200r/min左右，而起動(dòng)后發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速為700r/min左右，起動(dòng)后正常轉(zhuǎn)速為1500r/min以上。電機(jī)是依靠感應(yīng)電動(dòng)勢(或反電勢)進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的，而不同轉(zhuǎn)速下電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(或反電勢)不同，這就不能適應(yīng)恒定電壓的汽車電源。以12V電源系統(tǒng)為例，如果發(fā)動(dòng)機(jī)在200r/min左右能達(dá)到1V左右的反電勢，則在2000r/min左右將會(huì)產(chǎn)生100V左右的感應(yīng)電動(dòng)勢，4000r/min能產(chǎn)生約200V的感應(yīng)電動(dòng)勢，這將不能正常給12V的蓄電池充電。
[0005]因此，很有必要發(fā)明一種起動(dòng)狀態(tài)和發(fā)電狀態(tài)采用不同匝數(shù)的繞組的起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)，使起動(dòng)發(fā)電機(jī)在兩種狀態(tài)下都能發(fā)揮最佳性能。
[0006]在已有技術(shù)中，授權(quán)的發(fā)明專利:ZL200780042653.4，一種車輛用混合發(fā)動(dòng)機(jī)輔助系統(tǒng)，包括一個(gè)通過配線與發(fā)電電動(dòng)機(jī)和旋轉(zhuǎn)機(jī)的三相電力端子連接的變換器，在發(fā)電電動(dòng)機(jī)側(cè)連接的情況下，將發(fā)電電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的所述三相交流電轉(zhuǎn)換成直流電，在與旋轉(zhuǎn)機(jī)側(cè)連接的情況下，將電池的直流電轉(zhuǎn)換成三相交流電并向旋轉(zhuǎn)機(jī)供給。
[0007]本發(fā)明的發(fā)明人也曾經(jīng)針對這一問題提出采用開關(guān)磁阻和雙凸極兩種工作模式實(shí)現(xiàn)起動(dòng)和發(fā)電的切換，并申請了發(fā)明專利:一種雙模電動(dòng)發(fā)電機(jī)，申請?zhí)?2014105380702。
[0008]申請人至今為檢索到利用一個(gè)逆變器、一個(gè)整流橋和一個(gè)雙觸點(diǎn)電磁開關(guān)實(shí)現(xiàn)繞組匝數(shù)的切換，以適應(yīng)低速起動(dòng)狀態(tài)和高速發(fā)電狀態(tài)兩種工況要求的起動(dòng)發(fā)電機(jī)技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了發(fā)明一種繞組自動(dòng)切換的起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)，以提高低速起動(dòng)運(yùn)行時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩，并降低高速發(fā)電運(yùn)行時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種繞組自動(dòng)切換的起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:
包括三相電機(jī)、三相逆變器、三相整流橋、雙觸點(diǎn)電磁開關(guān)和控制器；
所述三相電機(jī)的三相電樞繞組中間帶有抽頭，三相電樞繞組的一端分別接在三相逆變器的三個(gè)橋臂的中點(diǎn)，三相電樞繞組的中間三個(gè)抽頭分別接在三相整流橋的三個(gè)橋臂的中占.V，
三相電樞繞組的末端分別接在雙觸點(diǎn)電磁開關(guān)的三個(gè)接線柱上，控制器控制雙觸點(diǎn)電磁開關(guān)閉合或斷開，以將三相電樞繞組的末端接在一起或斷開；
三相逆變器和三相整流橋的正極和負(fù)極分別接在蓄電池的正極和負(fù)極上。
[0010]如上所述的一種繞組自動(dòng)切換的起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，控制器控制雙觸點(diǎn)電磁開關(guān)閉合，三相電樞繞組的末端接在一起，控制器控制三相逆變器上的開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)閉，給三相電樞繞組通電，三相電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)；
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，三相電機(jī)被發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)，控制器控制雙觸點(diǎn)電磁開關(guān)斷開，三相電樞繞組的末端懸空；三相逆變器上的整流管和三相整流橋上的整流管組成三個(gè)單相H橋整流電路，對三相繞組的一部分線圈進(jìn)行整流，所述三相電機(jī)輸出直流電。
[0011]如果發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后長期處于低速工作，三相整流橋和三相逆變器之間的線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢過低，不能保證足夠的充電電壓，控制器將雙觸點(diǎn)電磁開關(guān)閉合，三相電機(jī)的三相繞組的末端連接在一起，三相電機(jī)為全橋整流，輸出電壓高。
[0012]本發(fā)明的有益效果如下:
⑴起動(dòng)時(shí)，所有的線圈都參與工作，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。由于起動(dòng)時(shí)間短，因此起動(dòng)機(jī)能夠承受短時(shí)間的過電流；
⑵發(fā)電時(shí)，只有部分線圈參與工作，解決了高速發(fā)電運(yùn)行時(shí)的弱磁擴(kuò)速問題，電機(jī)的內(nèi)阻小，電機(jī)的效率高。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明一種繞組自動(dòng)切換的起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)的原理圖。
[0014]圖2是本發(fā)明一種繞組自動(dòng)切換的起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)作為起動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的原理圖。
[0015]圖3為本發(fā)明一種繞組自動(dòng)切換的起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的原理圖。
[0016]圖4為本發(fā)明一種繞組自動(dòng)切換的起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)低速發(fā)電運(yùn)行時(shí)的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明創(chuàng)造做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0018]圖1所示的一種繞組自動(dòng)切換的起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)，包括三相電機(jī)、三相逆變器、三相整流橋、雙觸點(diǎn)電磁開關(guān)和控制器。
[0019]所述三相電機(jī)的三相電樞繞組中間帶有抽頭，三相電樞繞組被分成由線圈Al、線圈B1、線圈Cl組成的一部分三相繞組，以及由線圈A2、線圈B2、線圈C2組成的第二部分三相繞組。
[0020]三相電樞繞組的一端分別接在三相逆變器的三個(gè)橋臂的中點(diǎn)，三相電樞繞組的中間三個(gè)抽頭分別接在三相整流橋的三個(gè)橋臂的中點(diǎn)。
[0021]三相電樞繞組的末端分別接在雙觸點(diǎn)電磁開關(guān)的三個(gè)接線柱上，控制器控制雙觸點(diǎn)電磁開關(guān)閉合或斷開，以將三相電樞繞組的末端接在一起或斷開。
[0022]三相逆變器和三相整流橋的正極和負(fù)極分別接在蓄電池的正極和負(fù)極上。
[0023]當(dāng)從三相繞組中抽頭時(shí)，可以在同一個(gè)槽內(nèi)按照不同匝數(shù)比找出抽頭的位置，也可以在分布時(shí)繞組中按照不同的槽區(qū)分找出抽頭的位置。另外，可以根據(jù)調(diào)速范圍的對比合理選擇繞組抽頭前后的比例。
[0024]圖2所示的一種繞組自動(dòng)切換的起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)，作為起動(dòng)機(jī)運(yùn)行，控制器控制雙觸點(diǎn)開關(guān)閉合，三相電樞繞組的末端接在一起，控制器控制三相逆變器上的開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)閉，給三相電樞繞組通電，三相電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。
[0025]圖3所示的一種繞組自動(dòng)切換的起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)，作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，三相電機(jī)被發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)，控制器控制雙觸點(diǎn)開關(guān)斷開，三相逆變器上的開關(guān)管也全關(guān)閉，三相電樞繞組的末端懸空；三相逆變器上的整流管和三相整流橋上的整流管組成三個(gè)單相H橋整流電路，對三相繞組的一部分線圈進(jìn)行整流，所述三相電機(jī)輸出直流電。
[0026]圖4為本發(fā)明一種繞組自動(dòng)切換的起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)低速發(fā)電運(yùn)行時(shí)的原理圖。如果發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后長期處于低速工作，三相整流橋和三相逆變器之間的線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢過低，不能保證足夠的充電電壓，控制器將雙觸點(diǎn)電磁開關(guān)閉合，三相電機(jī)的三相繞組的末端連接在一起，三相電機(jī)中線圈Al和線圈A2串聯(lián)，線圈BI和線圈B2串聯(lián)，線圈C2和線圈Cl串聯(lián)，三相電機(jī)為全橋整流，輸出電壓高，可保證低速時(shí)的充電電壓。
[0027]下面對本發(fā)明提出的起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行工作原理的說明。
[0028]本發(fā)明的起動(dòng)發(fā)電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)時(shí)，電樞繞組有磁鏈通過。當(dāng)外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組耦合的磁鏈發(fā)生變化，因此電樞繞組的磁鏈就會(huì)發(fā)生變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。由于此時(shí)三相電樞繞組中間抽頭被短接在一起，因此電樞線圈Al、電樞線圈BI和電樞線圈Cl產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢經(jīng)過第一逆變器上的二極管和三相整流橋上的二極管整流后對外輸出。電樞線圈A2、電樞線圈B2和電樞線圈C2有與懸空，因此沒有電流對外輸出。設(shè)電樞線圈Al的匝數(shù)為A相總匝數(shù)的一半，因此其與傳統(tǒng)的方案相比，其輸出電壓也下降一半。
[0029]本發(fā)明的起動(dòng)發(fā)電機(jī)工作在起動(dòng)狀態(tài)時(shí)，若給磁鏈增加的一相繞組通以正向電流，給磁鏈減小的一相繞組通以反向電流，則電機(jī)會(huì)產(chǎn)生正的轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。在起動(dòng)狀態(tài)時(shí)，由于三相電樞繞組的末端被雙觸點(diǎn)電磁開關(guān)巧妙地短接在一起，因此電樞線圈Al和電樞線圈A2串聯(lián)，即所有線圈皆會(huì)被通電，其輸出轉(zhuǎn)矩大。
[0030]由于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)速為200r/min，而起動(dòng)以后發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)升到700r/min以上，因此發(fā)動(dòng)機(jī)在這期間有一個(gè)加速過程，在此過程中起動(dòng)發(fā)電機(jī)只是空轉(zhuǎn)而不對外輸出電流，此時(shí)雙觸點(diǎn)開關(guān)閉合，且不會(huì)產(chǎn)生大的電火花及電壓波動(dòng)。
[0031]常言道，大道至簡。越是看起來越簡單的有技術(shù)越具備實(shí)用價(jià)值，因?yàn)楹唵蔚臇|西可靠性高、成本也低。本發(fā)明的技術(shù)雖然看起來簡單，但確實(shí)經(jīng)過了很多的思考才得出的。
[0032]需要指出的是，以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化和替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種繞組自動(dòng)切換的起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于: 包括三相電機(jī)、三相逆變器、三相整流橋、雙觸點(diǎn)電磁開關(guān)和控制器； 所述三相電機(jī)的三相電樞繞組中間帶有抽頭，三相電樞繞組的一端分別接在三相逆變器的三個(gè)橋臂的中點(diǎn)，三相電樞繞組的中間三個(gè)抽頭分別接在三相整流橋的三個(gè)橋臂的中占.V， 三相電樞繞組的末端分別接在雙觸點(diǎn)電磁開關(guān)的三個(gè)接線柱上，控制器控制雙觸點(diǎn)電磁開關(guān)閉合或斷開，以將三相電樞繞組的末端接在一起或斷開； 三相逆變器和三相整流橋的正極和負(fù)極分別接在蓄電池的正極和負(fù)極上。
2.如權(quán)利要求1所述的一種繞組自動(dòng)切換的起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于: 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，控制器控制雙觸點(diǎn)電磁開關(guān)閉合，三相電樞繞組的末端接在一起，控制器控制三相逆變器上的開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)閉，給三相電樞繞組通電，三相電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)； 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，三相電機(jī)被發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)，控制器控制雙觸點(diǎn)電磁開關(guān)斷開，三相電樞繞組的末端懸空；三相逆變器上的整流管和三相整流橋上的整流管組成三個(gè)單相H橋整流電路，對三相繞組的一部分線圈進(jìn)行整流，所述三相電機(jī)輸出直流電； 如果發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后長期處于低速工作，三相整流橋和三相逆變器之間的線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢過低，不能保證足夠的充電電壓，控制器將雙觸點(diǎn)電磁開關(guān)閉合，三相電機(jī)的三相繞組的末端連接在一起，三相電機(jī)為全橋整流，輸出電壓高。
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種繞組自動(dòng)切換的起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)，包括中間帶抽頭的三相電機(jī)、三相逆變器、三相整流橋和電磁開關(guān)。當(dāng)系統(tǒng)用于起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，電磁開關(guān)將三相繞組的末端短接，A相繞組的第一部分繞組A1和第二部分線圈A2串聯(lián)，匝數(shù)多，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大；當(dāng)系統(tǒng)用于發(fā)電時(shí)，電磁開關(guān)斷開，三相繞組的第一部分繞組被分別接于三個(gè)H橋整流器中，匝數(shù)少，適合發(fā)電時(shí)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)。本發(fā)明的技術(shù)十分適合起動(dòng)低轉(zhuǎn)速和發(fā)電高轉(zhuǎn)速運(yùn)行。
【IPC分類】H02P27-08, H02J7-14
【公開號(hào)】CN104767466
【申請?zhí)枴緾N201510188216
【發(fā)明人】史立偉, 陳祥菁, 張學(xué)義, 鞏合聰, 徐進(jìn)彬
【申請人】山東理工大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月21日