一种汽车起动发电机及其控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种汽车起动发电机及其控制装置，属于汽车电器技术领域。
【背景技术】
[0002]汽车用起动发动机既能当作电动机运行，又能作为发电机运行，以在起动后为用电设备供电，或在驱动汽车后回收制动能量。
[0003]在已有的文献中，永磁同步电机、永磁直流无刷电机和电励磁同步电机已被许多学者认为可以作为起动发电机。这些电机多采用三相绕组。在磁场大小不变的情况下，其感应电动势(或反电势)会与电机的转速成正比。
[0004]以传统的汽油发动机为例，发动机的起动转速为200r/min左右，而起动后发动机的怠速转速为700r/min左右，起动后正常转速为1500r/min以上。电机是依靠感应电动势(或反电势)进行机电能量转换的，而不同转速下电机的感应电动势(或反电势)不同，这就不能适应恒定电压的汽车电源。以12V电源系统为例，如果发动机在200r/min左右能达到1V左右的反电势，则在2000r/min左右将会产生100V左右的感应电动势，4000r/min能产生约200V的感应电动势，这将不能正常给12V的蓄电池充电。
[0005]因此，起动发电机需要在起动状态和发电状态采用不同匝数的绕组，即能使起动发电机在两种状态下都能发挥最佳性能。
[0006]在已有技术中，授权的发明专利:ZL200780042653.4，一种车辆用混合发动机辅助系统，包括一个通过配线与发电电动机和旋转机的三相电力端子连接的变换器，在发电电动机侧连接的情况下，将发电电动机产生的所述三相交流电转换成直流电，在与旋转机侧连接的情况下，将电池的直流电转换成三相交流电并向旋转机供给。
[0007]本发明的发明人也曾经针对这一问题提出采用开关磁阻和双凸极两种工作模式实现起动和发电的切换，并申请了发明专利:一种双模电动发电机，申请号:2014105380702。
[0008]另外，值得一提的是公开的发明专利申请:一种可切换绕组的永磁同步电机驱动系统，申请号:201310581305.1，公开了一种可切换绕组的永磁同步电机驱动系统，它利用双逆变器协调控制和弱磁控制实现低速和高速的绕组工作切换，显著拓宽驱动系统工作转速范围。该申请与本发明申请的区别是:
首先该申请的技术目的主要是为了电动机运行时的弱磁扩速，而本发明申请的目的在于改善起动和发电状态时的电机性能；
其次，该申请利用双逆变器协调控制和弱磁控制实现低速和高速的绕组工作切换，而本发明申请的第二逆变器用于实现三相绕组的短接，不用于作为普通的逆变器使用；
再次，该申请绕组短接使用了一种绕组开关变换装置，本申请使用更为简单有效的双触点电磁开关，没有整流元件的电压降；
另外，该申请的与本申请在两个逆变器的连接方式上也有这显著的区别。
[0009]最后，该申请技术适用于永磁同步电机，而本发明的技术对于大部分电机都适用。
[0010]总之，申请人至今为检索到利用两个逆变器和一个双触点开关实现绕组匝数的切换，以适应低速起动状态和高速发电状态两种工况要求的起动发电机技术。
【发明内容】
[0011]为了发明一种汽车起动发电机及其控制装置，以全部的匝数参与起动工作，起动转矩大；以部分匝数参与发电工作，解决高速发电运行时电压过高、电阻过大等问题，提高电机的效率。
[0012]本发明采用如下技术方案:
一种汽车起动发电机及其控制装置，其特征在于:
包括三相电机、第一逆变器(I)、第二逆变器(4)、双触点开关(3)、切换开关(5)和控制器;
所述三相电机的三相定子绕组(2)中间具有抽头，三相绕组的两端分别接在第一逆变器(I)和第二逆变器(4)的三个桥臂中点；三相定子绕组(2)中间的三个抽头连接在双触点开关(3)的三个接头上，可以被双触点开关(3)连接在一起或完全断开；
第一逆变器(I)的正极和负极分别接蓄电池的正极的负极，第二逆变器(4)与切换开关(5)串联后再分别接在蓄电池的正极和负极上；
控制器可以控制第一逆变器(I)与第二逆变器(4)的开关管、双触点开关(3)和切换开关(5)。
[0013]如上所述的一种汽车起动发电机及其控制装置，当发动机起动时，双触点开关(3)断开，三相定子绕组(2)的三个中间抽头悬置，第二逆变器(4)的三个负极开关管或三个正极开关管同时导通，将三相绕组的末端短接在一起；
当发动机起动后，汽车起动发电机处于高速发电状态，三相定子绕组(2)的三个中间抽头被双触点开关(3)短接在一起，第一逆变器(I)和第二逆变器(4)上的开关管皆被关闭，此时汽车起动发电机相当于两个三相发电机运行。
[0014]一种汽车起动发电机及其控制装置，其特征在于:
包括三相电机、第一逆变器(I)、第二逆变器(4)、三相整流桥、切换开关(5)和控制器;
所述三相电机的三相定子绕组(2)中间具有抽头，三相绕组的两端分别接在第一逆变器(I)和第二逆变器(4)的三个桥臂中点；三相定子绕组(2)中间的三个抽头分别接三相整流桥的三个桥臂中点；
第一逆变器(I)的正极和负极分别接蓄电池的正极的负极，第二逆变器(4)与切换开关(5)串联后再分别接在蓄电池的正极和负极上；
控制器可以控制第一逆变器(I)与第二逆变器(4)的开关管、双触点开关(3)和切换开关(5)。
[0015]如上所述的一种汽车起动发电机及其控制装置，其特征在于:
当发动机起动时，控制器控制切换开关(5)断开，第二逆变器(4)的三个负极开关管或三个正极开关管同时导通，将三相绕组的末端短接在一起；
当发动机起动后，汽车起动发电机处于高速发电状态，第一逆变器(I)和第二逆变器
(4)上的整流管和三相整流桥上的整流管组成H桥整流器，使起动发电机对外输出直流电。
[0016]本发明的有益效果如下:
⑴起动时，所有的线圈都参与工作，起动转矩大。由于起动时间短，因此起动机能够承受短时间的过电流；
⑵发电时，只有部分线圈参与工作，解决了高速发电运行时的弱磁扩速问题，电机的内阻小，电机的效率高。
【附图说明】
[0017]图1是本发明一种汽车起动发电机及其控制装置原理图。其中:1、第一逆变器，2、三相定子绕组，3、双触点开关，4、第二逆变器，5、切换开关。
[0018]图2是本发明一种汽车起动发电机及其控制装置起动状态A-B通电模态电流图。其中:1、第一逆变器，2、三相定子绕组，3、双触点开关，4、第二逆变器，5、切换开关。图中加粗黑线为A-B通电时电流流向。
[0019]图3为本发明一种汽车起动发电机及其控制装置。其中:1、第一逆变器，2、三相定子绕组，3、双触点开关，4、第二逆变器，5、切换开关。图中开关管为虚线，表示无触发信号开关管被关闭，绕组发出的电压经过逆变器上的二极管整流后对外输出。
[0020]图4为本发明一种汽车起动发电机及其控制装置采用三相整流桥的方案。1、第一逆变器，2、三相定子绕组，3、三相整流桥，4、第二逆变器，5、切换开关。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。
[0022]图1所示本发明一种汽车起动发电机及其控制装置原理图。一种汽车起动发电机及其控制装置包括三相电机、第一逆变器(I)、第二逆变器(4)、双触点开关(3)、切换开关
(5)和控制器。
[0023]所述三相电机的三相定子绕组中间带有抽头，三相电枢绕组被分成由线圈Al、线圈B1、线圈Cl组成的一部分三相绕组，以及由线圈A2、线圈B2、线圈C2组成的第二部分三相绕组。
[0024]三相绕组的两端分别接在第一逆变器(I)和第二逆变器(4)的三个桥臂中点；三相定子绕组(2)中间的三个抽头