专利名称：一种启发一体式电机及其控制方法
技术领域：
本发明涉及电机领域，尤其涉及一种具有启动机、发电机一体功能的电机系统。
背景技术：
汽车上常用电机是直流电动机和带有调节器的交流发电机，并且分属启动系统和 充电系统，生产制造耗费资源，安装布置不方便，所需安装空间大，零部件多故障率高。缺乏 有效的监控控制器，发电效率不高，不能随车需求快速实现调速调节功率的要求，缺乏有效 的监控，不能随车需求快速实现调速调节功率的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是实现一种具有启动功能和发电功能的一体式电机，同 时配合电机控制器，且具有先进的电机电控系统能，而且还要具有很强的通用性。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种启发一体式电机，该电机为同 步电机，其转子为永磁体结构，定子为硅钢片且上面缠绕线圈，所述的定子通过螺栓与定位 销固定在电机壳体内壁的键槽上，定子的引线端子固定在连接壳体的陶瓷上。壳体设有冷却水套，水套的内部设有铸造一体式的冷却水道。所述的水道内设有向内部凸出的散热片结构。所述的转子上设有测量转子位置的霍尔传感器，其固定在电机壳体上，并用后盖 板加强固定。该电机还设有电控单元，所述的电控单元控制电机启闭、速度且设有与外部设备 通信的通讯接口。6、一种启发一体式电机控制方法，其启动阶段为a、向定子提供直流电产生磁场，其与永磁体转子产生的恒定磁场作用推动转子旋 转，带动同轴的发动机曲轴运转，使得发动机得以起动；b、电机的控制单元控制启动发动 机；c、发动机起动到加载，做起动电机运行0. 3S。其发电阶段为在当发动机稳定工作后，发动机带动同轴启发一体式电机旋转，切割磁力线，定子 10绕组向外输出三相交流电，为外部设备提供电能。所述的启动阶段启发一体式电机不向外输出电能。本发明的优点在于，这种电机具有启动与发电一体的功能，其结构简单、控制方便 且通用性强。
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明图1为电机内部结构图2为电机冷却结构图；图3为图2所示A-A剖视图；图4为图2所示B-B剖视图；图5为图3所示C-C剖视图；图6为电机内部组成爆炸视图；图7为电体式电机轴向视图上述图中的标记均为1、进出水口 ；2、水道；3、出沙孔；4、键槽；5、定位孔；6、后 盖；7、前盖；8、信号盖；9、霍尔传感器；10、定子；11、转子；12、转子支撑；13、轴；14、水套。
具体实施例方式参见图1、6、7启发一体式电机的结构示意图可知，本电机采用永磁同步电机，这 是种和ISG永磁无刷电机一样采用永磁体转子11的交流同步电机，除了励磁绕组用永磁体 代替以外，基本上与同步电机相同，与之匹配的电机控制器实现模式的平稳过渡转换，实现 电机的起动与发电模式运行。主要设有电机壳体、前盖7、后盖7、信号盖8、定子10、转子 11、转子支撑12和轴13。永磁体在电机的气隙部分产生磁通，强化的定子线圈产生电磁极。 转子11在定子线圈的牵引下产生旋转，在定子10的线圈相位上加适当的频率时，定子产生 持续的旋转磁场。通过控制使定子和转子产生需要的扭矩，由转子11位置来进行同步反馈 控制。为了测量转子11的位置(磁场的位置)，在电机的转子11上安装有霍尔传感器9， 霍尔信号触发盘固定在飞轮上，线束的插接件固定在电机壳体上，电机外部接发动机，其电 机的转子11通过转子支撑12与发动机的曲轴固定在一起，能够带动发动机转动。启发一体式电机的定子10为硅钢片且上面缠绕线圈，通过螺栓与定位销固定在 电机壳体内壁的上键槽4上，其引线端子固定在电机壳体的陶瓷上。电机壳体整体铝铸造， 具有足够的强度；电机壳体两端面分别与发动机、减速器壳体的连接采用法兰对接方式； 壳体的结构考虑有利于风冷。其的前后两端设有前盖6和后盖7，其材料塑料材质，具有防 尘和固定霍尔传感器9的作用。参见图2-5，为本发明的电机设有水冷体系，具体为采用铸造一体式方法将冷却水 道2直接铸造在水套14内部，水道的进出水口 1设置于同侧。内壁设有安装定子10的键 槽4，外壁设有固定电机的定位孔5，在水道的四周设设置有出砂工艺孔用以在铸造完成之 后排出砂芯的排砂孔3，排砂孔3在加工完成之后应该用堵塞堵起来，可以采用碗形堵塞或 螺纹堵塞。水套14做成阶梯形是为了使水套局部伸入到变速箱离合器壳体中以节省轴向 空间，如果布置空间满足要求可以不做成阶梯形。参见图5部剖视图显示了水道2的截面 形状，水道2内部设计了散热片结构，以增大散热面积。一般来说，水道2的深度越大越有 利于装更多冷却液，散热片越多越大越有利于排出更多热量。但是水道2的具体尺寸应根 据布置的结果确定，在满足布置要求和性能要求的前提下确定。为了便于铸造，散热片的宽 度不能小于4mm，散热片之间的距离不应小于4mm，水道2的深度应在4mm以上并尽量加大。 水套14的壁厚不应小于4mm，否则冷却液容易通过薄壁渗漏。并且壁太薄容易产生铸造缺 陷。在满足布置要求的前提下建议壁厚保证在6mm以上。本发明的启发一体式电机具体电控单元控制电机启闭、速度且设有与外部设备通 信的通讯接口。其电机控制单元预留的CAN通讯接口，以便与车内其他电子控制单元通过CAN总线方式进行数据交换，及时将电机输出信号、功能信号发送给发动机ECU。而且此控 制单元决定电机工作模式的功能，可以根据使用者的请求、能量存储单元的状态、电驱动系 统状态以及外部设备的状态等控制电动机/发电机的工作模式，包括电动模式、发电模式 和停机模式。由于采用了单独的电机控制单元，侧重于电机的控制精度、响应速度和运行可靠 性，电机输入、输出全是可控、可测的，电机的对外输出受外部设备状态、命令等决定，电机 控制单元通过接收信号对电机进行精确控制，优化管理，提高了发电效率。本发明的启发一体式电机的运行原理与电励磁同步电动机相同，但它以永磁体提 供的磁通替代后者的励磁绕组励磁。转子11永磁体转子产生恒定的电磁场，当定子10 (定 子绕组)通以直流电时，则产生旋转的磁场，两种磁场相互作用产生电磁力，推动转子11旋 转，带动同轴的发动机曲轴运转；当发动机稳定后，发动机带动同轴发电机旋转，向外输出 不低于250V三相交流电，为外界设备提供电能。转子11为永磁体结构使电动机结构较为 简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的 可靠性；无需励磁电流，省去了励磁损耗，提高了电动机的效率和功率密度。启发一体式电机设有6对磁极数，采用三相PWM控制，需对电机转子11绝对角位 置实时检测，以此来决定各相绕组通电顺序和通电时间长短。控制要求检测精度高，响应 快，因此，适合选用无刷旋转变压器+R/D变换器和电涡流位置传感器。其具体启发一体的功能实现如下永磁体转子11产生恒定的电磁场，当定子10 通以低压蓄电池提供的直流电时，则定子11绕组产生旋转的磁场，两种磁场相互作用产生 电磁力，推动转子11旋转，带动同轴的发动机曲轴运转，使得发动机得以起动，从而驱动电 机，起动时，电机控制器控制起发一体机快速启动发动机，发动机起动转速为< 300r/min， 每次接通起动的时间< 5S，发动机起动到加载，做起动电机运行0. 3S，在整个起动期间启 发一体式电机不向外输出电能。发电时，永磁体转子11产生恒定的电磁场，在当发动机稳定后，发动机带动同轴 发电机旋转，切割磁力线，定子10绕组向外输出三相交流电，为外部设备提供电能。发动 机转速稳定在^00-3200r/min之间，控制单元控制发电机通过变频器向外输送电能，输出 功率不低于6KW，，其瞬时最大输出功率不超过7KW，最大功率持续时间< 180S ；当输出平稳 时，发电机输出三相交流电压峰值范围260 380V ；变频器端输出电压稳定在336V左右， 电压波动变化< 2%。
权利要求
1.一种启发一体式电机，该电机为永磁同步电机，采用内转子结构，其特征在于转子 (11)为永磁体结构，定子(10)为硅钢片且上面缠绕线圈，所述的定子(10)通过螺栓与定位 销固定在电机壳体内壁的键槽(4)上，定子(10)的引线端子固定在连接壳体的陶瓷上。
2.根据权利要求1所述的启发一体式电机，其特征在于所述的电机壳体设有冷却水 套(14)，水套(14)的内部设有铸造一体式的冷却水道O)。
3.根据权利要求2所述的启发一体式电机，其特征在于所述的水道O)内设有向内 部凸出的散热片结构。
4.根据权利要求1所述的启发一体式电机，其特征在于所述的转子(11)上设有测量 转子(11)位置的霍尔传感器(9)，其固定在电机壳体上，并用后盖板加强固定。
5.根据权利要求1所述的启发一体式电机，其特征在于该电机还设有电控单元，所述 的电控单元控制电机启闭、速度且设有与外部设备通信的通讯接口。
6.一种启发一体式电机控制方法，其启动阶段为a、向定子10提供直流电产生磁场，其与永磁体转子11产生的恒定磁场作用推动转子 11旋转，带动同轴的发动机曲轴运转，使得发动机得以起动；b、电机的控制单元控制启动 发动机；c、发动机起动到加载，做起动电机运行0. 3S。其发电阶段为在当发动机稳定工作后，发动机带动同轴启发一体式电机旋转，切割磁力线，定子10 绕组向外输出三相交流电，为外部设备提供电能。
7.根据权利要求1所述的一种启发一体式电机控制方法，其特征在于所述的启动阶 段启发一体式电机不向外输出电能。
全文摘要
本发明揭示了一种启发一体式电机，该电机为同步电机，其转子为永磁体结构，定子为硅钢片且上面缠绕线圈，所述的定子通过螺栓与定位销固定在电机壳体内壁的键槽上，定子的引线端子固定在连接壳体的陶瓷上。这种电机具有启动与发电一体的功能，其结构简单、控制方便且通用性强。
文档编号H02K21/12GK102104305SQ20101060902
公开日2011年6月22日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年12月28日
发明者刘明丁, 法德强, 罗新宇 申请人:芜湖瑞科技术有限公司