[發明專利]可精密控制的汽車用起動發電機及其工作方法

在審

• 申請號: 201711159104.7
• 申請日: 2015-08-24
• 公開（公告）號: CN107834719A
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 蔡留鳳
• 主分類號: H02K1/14
• 分類號: H02K1/14;H02K1/24;H02K11/33;H02K11/21;H02K11/22;H02K11/225;H02K11/27;H02K11/26;H02P23/06;H02P101/45
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技術領域

本發明涉及汽車技術，更具體地，涉及一種可精密控制的汽車用起動發電機及其工作方法。

背景技術

基于燃油經濟性、降低有害氣體排放和產業大規模應用成本等多種因素，混合動力汽車成為目前汽車新技術的發展方向，業界相信在未來不長的時間內就會取代傳統動力汽車而成為市場主流產品。

混合動力汽車擁有燃油發動機和電動—發電機兩組動力源，通過智能化的控制和輸出分配，電動—發電機可以作為燃油發動機的起動機，在初始起動過程中克服發動機的阻力轉矩，使發動機達到足夠的起動轉速；起動后電動—發電機可以視情況為燃油發動機提供輔助動力，也可以在適當狀態下完全關閉發動機，單純依靠電動－發電機提供動力。另外，電動－發電機具有能量轉換的可逆性，即可以實現從機械能到電能的逆向轉換，因此在汽車減速制動過程中可以將發動機的機械能生成電能，通過逆變器存儲于汽車蓄電池內。因此，在混合動力汽車中電動－發電機系統一般被稱之為起動發電機。

發動機與起動發電機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，起動發電機與發動機通過皮帶傳動實現雙軸并聯。發動機作為整車動力源，起動發電機能夠實現發動機快速啟動。因此，汽車在運行過程中遇到各種需要短時停車的情況，發動機可以關閉，關閉期間的油耗、廢氣、噪聲都可以降至最低；而需要再度起動時，起動發電機系統使發動機由停機至達到怠速以上的起動期間僅為數百毫秒；另外，在汽車減速制動過程中，起動發電機利用發動機輸出的機械能實現對蓄電。雙軸皮帶傳動動力混合受到皮帶傳動效率的制約，電動系統的功率比較低，而且性能存在不穩定，必將會逐漸被更先進的技術所替代。單軸扭矩疊加動力混合方式將發動機和電動系統的扭矩進行直接疊加，能夠實現發動機和電動系統多種形式的工況復合。在初始起動時，電動系統為發動機提供初始轉矩以便使發動機快速進入工作狀態；在行車加速時，電動系統實現助力，彌補發動機扭矩不足；在減速制動過程中，電動系統實現能量回收，對蓄電池進行充電；在停車狀態下關閉發動機，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，具有廣闊的發展空間。

現有技術中，單軸扭矩疊加動力混合方式存在多種實現方式，圖1是目前技術水平最為先進的混聯方式，如圖1所示，混合動力系統包括發動機、起動發電機、離合器、傳動系統、電池以及綜合控制單元。其中，起動發電機用于起動發動機，以及將發動機的輸出轉換為電能從而對電池充電；起動發電機和發動機在綜合控制單元的協調下以不同的動力模式運行，包括完全使用電動輸出動力進行行駛的電動模式，以發動機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電機回收能量并向電池充電的再生模式等。其中發動機、起動發電機以及離合器同軸安裝，通過單軸扭矩復合形成混合動力。

在單軸扭矩疊加動力混合方式中，起動發電機直接集成在發動機的主軸上。一般采用盤式永磁體同步起動發電機。永磁體同步起動發電機包括攜帶永磁體的轉子以及帶有線圈繞組的定子；其中轉子集成在發動機的主軸上，而定子一般固定于發動機殼體的配套支撐結構上。在起動過程中，通過定子的繞組勵磁而驅動轉子轉動；而在發電過程中，轉子的磁通作用于定子的繞組而實現發電。

永磁體同步起動發電機體積和質量較小，能夠提供大起動轉矩，具有高發電效率，運行可靠性好。但是其主要缺陷是由于轉子采用了永磁體，導致其產生的磁通量不可調節。而起動發電機在起動過程和發電過程二者當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置的轉子磁通量，在發電運行中就會因磁通量過高而產生過高的功率和電壓輸出。為了應對這一情況，現在技術中不得不采用能夠工作于高壓狀態下的功率轉換電路對起動發電機的輸出進行調節。現有技術中的另一種解決方案是開發磁通量可調節的永磁體同步起動發電機，該解決方案是在永磁體轉子產生的磁通量之上疊加由轉子的線圈繞組產生的可調節磁通量，從而在起動過程和發電過程中應用不同的磁通量，然而這一解決方案使轉子構造復雜度明顯提高，轉子設計加工中需要考慮的影響因素過多，同樣增加了設備的成本，而且降低了能量效率。

發明內容