模块化混合励磁爪极电机控制器及混合励磁爪极电机与控制方法技术

本发明专利技术公开了模块化混合励磁爪极电机控制器及混合励磁爪极电机与控制方法，包括ISG电机控制器，ISG电机控制器包括桥式逆变电路和逆变器控制器，爪极电机的定子中的线圈绕组通过桥式逆变电路与外部的电池电连接，逆变器控制器根据具体工作状况控制桥式逆变电路工作，使爪极电机处于发电状态或者启动状态，励磁电流控制模块包括励磁控制器、单相桥式电路和励磁电流采样电路，电池与爪极电机的转子中的励磁线圈之间通过单相桥式电路电连接，励磁控制器输出信号控制单相桥式电路工作，励磁电流采样电路检测通过转子中的励磁线圈的反馈电流信号传递到励磁控制器，逆变器控制器与励磁控制器之间用通信线实现信息传递，直接对电流进行控制，比传统的电压控制方式控制精度高、动态响应快。动态响应快。动态响应快。

【技术实现步骤摘要】
模块化混合励磁爪极电机控制器及混合励磁爪极电机与控制方法

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[0001]本专利技术涉及模块化混合励磁爪极电机控制器及混合励磁爪极电机与控制方法。

技术介绍
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[0002]车载启动发电一体机(简称ISG电机)，广泛应用在车辆上，它直接集成在汽车发动机主轴上，替代传统的启动电机,ISG电机在起步阶段短时替代发动机驱动汽车,并同时起到启动发动机的作用,减少发动机的怠速损耗和污染,正常行使时,汽车发动机驱动车辆,该ISG电机断开与汽车发动机主轴的连接，或者起到发电机的作用,刹车时,该汽车发动机主轴还可以起到再生能源的作用。
[0003]现有的ISG电机多采用混合励磁爪极电机，见美国专利US20060267344A1，或者中国同族专利CN100517922(C)的介绍，其结构如图1、图2和图3所示：
[0004]图1所示为本专利技术实施形态1有关的车辆用起动发电一体机的纵向剖视图，图2所示为本专利技术实施形态1有关的车辆用起动发电电机的转子立体图，图3所示为本专利技术实施形态1有关的车辆用起动发电装置的概念图。在图1及图2中，作为车辆用旋转电机的车辆用起动发电电机1,具有由分别是近似碗状的铝制前端盖2及后端盖3构成的机壳4、通过轴承5a及5b支持在该机壳4中并可自由旋转的轴6、固定在机壳4的前端侧伸出的轴6的一端上的皮带轮7、固定在该轴6上并配置在机壳4内可自由旋转的转子8、保持在机壳4的内壁面以包围该转子8的电枢9、固定在轴6的另一端部的一对滑环10、配置在滑环10的外周的刷握11、以及配置在刷握11内与各滑环10滑动接触的电刷12。电枢9(俗称定子)具有被前端盖2及后端盖3夹在当中并包围转子8而配置的电枢铁心13、以及在该电枢铁心13上卷绕的电枢绕组14(俗称线圈绕组)。转子8具有流过电流而产生磁通的励磁绕组15、以及覆盖该励磁绕组15而设置并利用该磁通形成磁极的爪极型(兰德尔型)转子铁心16。
[0005]该转子铁心16利用铁制的一对磁极铁心17及18构成，该一对磁极铁心17及18的各自的爪形磁极17a及18a在圆柱状的轴毂部分17b及18b的外周边缘部分沿圆周方向以等角间距突出设置。另外，各爪形磁极17a是从轴毂部分17b的轴向一端的外周边缘部分，向径向外侧延伸设置，然后向轴向另一端延伸设置而形成。另外，各爪形磁极18a是从轴毂部分18b的轴向另一端的外周边缘部分，向径向外侧延伸设置，然后向轴向一端延伸设置而形成。然后，一对磁极铁心17及18使轴毂部分17b的轴向另一端端面与轴毂部分18b的轴向一端端面面对面，使得爪形磁极17a与18a互相咬合，再将轴6压入轴毂17b及18b的轴心位置，并形成一体。另外，风扇19固定在转子8的轴向两端。再有，永磁体20分别沿圆周方向配置在相邻的爪形磁极17a,18a之间，各永磁体20例如用铁氧体永磁体制成，然后进行磁化，使得形成与相接的爪形磁极17a及18a的极性相同的极性，即在与N极磁极相接的一侧形成N极，在与S极磁极相接的一侧形成S极。另外，在线圈架21上卷绕励磁绕组15,装在被爪形磁极17a及18a、永磁体20及轴毂部分17b及18b包围的空间内。另外，旋转变压器22配置在轴承5b的轴向外侧。该旋转变压器22是检测转子8相对于电枢9的相对位置、好转子8的转速的装置。然后，将
旋转变压器22的检测信号作为旋转信号(f),向后述的控制装置28输出。
[0006]下面，参照图3说明采用这样构成的车辆用起动发电电机1的车辆用起动发电装置的构成。车辆用起动发生电机1的转子8,利用皮带(未图示)与发动机32的曲柄轴连接。这里，电枢绕组14是将三相绕组进行Y连接而构成。逆变器单元23,具有由多个开关元件26及与各开关元件26并联连接的二极管27构成的逆变器组件24、以及与逆变器组件24并联连接的电容器25。该电容器25具有使得流过逆变器组件24的电流平滑的作用。逆变器组件24并联配置三个将两组并联连接的开关元件26及二极管27串联连接的电路，将这些元件26及27封入封装中，形成一体而构成。然后，电枢绕组14的Y连接各端部分别与串联连接的开关元件26的中点连接。逆变器组件24的开关元件26的开关动作早用控制装置28进行控制。然后，对车辆用起动发电电机1供给功率，作为起动电动机动作，使发动机32起动。另外，车辆用起动发电电机1在发动机32起动后，利用发动机32进行旋转驱动，作为交流发电机动作，产生三相交流电压。车辆用起动发电电机1的驱动用电源即36V系统的第1电池29与逆变器组件24并联连接。该车辆用起动发电电机1利用第1电池29,以高电压(36V)运转。另外，由于车辆中安装的电气负载一般是以12V作为额定，因此安装有12V系统的第2电池30。因此，与逆变器单元24并联连接有DC/DC变换器31,使得能够对电气负载驱动用的第2电池30充电。即，在利用车辆用卢动发电电机1使发动机32起动时，必须加大车辆用起动发电电机1产生的转矩，即加大对电枢绕组14的通电电流量。而且，在利用对车辆中安装的电气负载进行驱动用的第2电池30进行运转中，布线损耗增大，进而为了减小布线电阻，而布线本身变大。因此，将电池电压升高，以降低馈电损耗。
[0007]下面，说明这样构成的车辆用起动发电装置的动作。
[0008]首先，控制装置28控制各开关元件26进行导通或关断，利用第1电池29的直流功率来产生三相交流功率。该三相交流功率供给电枢绕组14,对转子8的励磁绕组15提供旋转磁场，驱动转子8旋转。然后，转子8的旋转力通过皮带轮7及皮带(未图示)，向发动机32传递，驱动发动机32旋转、即起动。然后，若发动机32起动，则发动机32的旋转力通过皮带及皮带轮，向车辆用起动发电电机1传递。通过这样，驱动转子8旋转，在电枢绕组14中感应出三相交流电压。因此，控制装置28使各开关元件26关断，利用交流发电模式使车辆用起动发电电机1发电。在这种发电状态下，逆变器单元24变成三相全波整流电路，它是将串联连接的一组两个二极管27并联连接三组而形成的，在电枢绕组14中感应的三相交流电压利用逆变器单元23进行整流，形成直流。然后，然后，利用由逆变器单元23整流的直流功率，对第1电池29充电。另外，由逆变器单元23整流的直流功率利用DC/DC变换器31变换为12V。
[0009]具体描述可以详细阅读美国专利US20060267344A1，或者中国同族专利CN100517922(C)的专利说明书，在此不再叙述。
[0010]以上采用混合励磁爪极电机仍存在如下的问题或缺陷：
[0011]1)传统励磁电流控制为电压控制方式，即以直流侧电压作为控制量，通过电压反馈间接控制励磁电流，所以控制稳态精度差、动态响应速度慢；
[0012]2)控制器的励磁控制电路为单向励磁，控制方式单一，不能很好适应汽车实际的运行工况；
[0013]3))控制器逆变器在启动期间由开关器件按PWM方式工作，在发电期间开关器件不工作，仅由并联在逆变器组件的开关器件旁边的二极管实现整流，不能提高系统输出电流、
电压控制精度，也不能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模块化混合励磁爪极电机控制器，包括ISG电机控制器，ISG电机控制器包括桥式逆变电路和逆变器控制器，爪极电机的定子中的线圈绕组通过桥式逆变电路与外部的电池电连接，逆变器控制器根据具体工作状况控制桥式逆变电路工作，使爪极电机处于发电状态或者启动状态，其特征在于：它还包括励磁电流控制模块，励磁电流控制模块包括励磁控制器、单相桥式电路和励磁电流采样电路，电池与爪极电机的转子中的励磁线圈之间通过单相桥式电路电连接，励磁控制器输出信号控制单相桥式电路工作，励磁电流采样电路检测通过转子中的励磁线圈的反馈电流信号传递到励磁控制器，逆变器控制器与励磁控制器之间用通信线实现信息传递。2.根据权利要求1所述的一种模块化混合励磁爪极电机控制器，其特征在于：单相桥式电路包括开关管Q7、开关管Q8、开关管Q9和开关管Q10，开关管Q7、开关管Q8组成一个桥臂并连接在电池两端，开关管Q9和开关管Q10组成另一个桥臂并连接在电池两端，开关管Q7与开关管Q8之间连接励磁线圈的一端，开关管Q9与开关管Q10之间连接励磁线圈的另一端，励磁控制器输出四路信号分别控制开关管Q7、开关管Q8、开关管Q9和开关管Q10。3.根据权利要求2所述的一种模块化混合励磁爪极电机控制器，其特征在于：励磁控制器通过控制开关管Q7、开关管Q10按照PWM方式导通和关断，控制开关管Q8和开关管Q9关闭，实现励磁线圈一个方向的电流控制；励磁控制器通过控制开关管Q7、开关管Q10关闭，控制开关管Q8和开关管Q9按照PWM方式导通和关断，实现励磁线圈另一个方向的电流控制；这样可以实现流过励磁线圈的双向电流控制。4.根据权利要求1或2或3所述的一种模块化混合励磁爪极电机控制器，其特征在于：ISG电机控制器集成在第一块线路板上，励磁电流控制模块集成在第二块线路板上，第一块线路板与第二块线路板通过接插件对插进行连接通信。5.根据权利要求4所述的一种模块化混合励磁爪极电机控制器，其特征在于：逆变器控制器与励磁控制器均采样具有数字信号处理能力的单片机或者数字信号处理器。6.根据权利要求4所述的一种模块化混合励磁爪极电机控制器，其特征在于：在爪极电机处于启动状态下，逆变器控制器控制桥式逆变电路工作使电池提供的直流电变换成交流电供给爪极电机的定子中的线圈绕组；在爪极电机处于发电状态下，逆变器控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：史伟伟，郭伟，杨妍，钟玉林，维斯瓦夫，
申请(专利权)人：中山大洋电机股份有限公司，
类型：发明
国别省市：