CN101254742A - 混合动力汽车用三相同步交流发电机/电动机系统 - Google Patents

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康龙云
徐剑鸣
李宁
卢智锋
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Abstract

本发明公开了混合动力汽车用三相同步交流发电机/电动机系统。该系统包括发动机、IMG电机、光电编码器、铅酸蓄电池、功率转换器和控制器；IMG电机与发动机以皮带传动相连接，光电编码器与IMG电机同轴连接，光电编码器与控制器信号连接，控制器还与功率转换器信号连接，功率转换器还分别与铅酸蓄电池和IMG电机连接；光电编码器为ROQ425绝对式光电编码器，用于测量IMG电机转子的转速；所述IMG电机为三相交流同步发电机。本发明的将普通汽车在不需要过多更改其结构的基础上，就可以实现混合动力的目的，从而达到节省燃油和环保的功效。

Description

混合动力汽车用三相同步交流发电机/电动机系统
技术领域
本发明涉及混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle，HEV)的三相同步交流电机，特别是汽车用三相同步交流发电机/电动机系统。
背景技术
汽车工业的发展带来了环境污染和石油能源危机两大问题。在以节能和环保为主题的21世纪，汽车的发展也就有了一个明确的方向。纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池汽车的问世更为解决能源危机的问题拓展了一个更大的空间。纯电动汽车是取代传统内燃机汽车、满足零排放的最终选择，但是目前电池的能量密度、充电时间、价格、寿命等问题仍未得到理想的解决，此外，各地方政府对纯电动汽车能否上路存在较大分歧，一些地区已出台了明确的法律法规规定不允许纯电动汽车上路运行，这些问题都限制着纯电动汽车的发展。近年来燃料电池汽车发展十分迅速，但在成本、氢能源的制备等方面仍存在一些急需解决的问题。因此，人们把研究的重点投向可实施性较强的混合动力汽车。本发明是将普通汽车发动机上的发电机的功能加以拓展，使其也具有电动机的功能，以协助汽车行驶，改造完后属于一种轻度混合动力汽车。
发明内容
本发明提供了一种将汽车发动机上的发电机扩展为发电机/电动机一体化的IMG(Integrated Motor-generator)电机，使普通汽车在不需要过多更改其结构的基础上，就可以实现混合动力的目的，从而达到节省燃油和环保的功效。
IMG电机是将普通汽车发动机上的发电机(三相交流同步发电机)的功能加以扩展，使其在原有功能的基础上还具有电动机的功能。本发明中三相同步交流发电机/电动机也称之为IMG电机。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
混合动力汽车用三相同步交流发电机/电动机系统包括发动机、IMG电机、光电编码器、铅酸蓄电池、功率转换器和控制器；IMG电机与发动机以皮带传动相连接，光电编码器与IMG电机同轴连接，光电编码器与控制器信号连接，控制器还与功率转换器信号连接，功率转换器还分别与铅酸蓄电池和IMG电机连接；所述光电编码器为ROQ425绝对式光电编码器，用于测量IMG电机转子的转速；所述IMG电机为三相交流同步发电机。
所述的功率变换器主要由一个三相桥式不可控整流器和一个三相桥式逆变器组成；三相桥式不可控整流器由个二极管两两串联后再彼此并联组成；三相桥式逆变器是臂逆变桥，由个IGBT两两串联后再彼此并联组成，三相桥式不可控整流器的共阴极组与三相桥式逆变器的共集电极相连接，三相桥式不可控整流器的共阳极组与三相桥式逆变器的共发射极相连接，中间为滤波电容；三相桥式不可控整流器中两两串联的两二极管的之间的接点或三相桥式逆变器中的两两串联的IGBT的之间的接点可选择性与转换开关连接，转换开关的输入端与IMG电机的三相连接，三相桥式不可控整流器与三相桥式逆变器连接线路上的连接点与铅酸蓄电池相连。
所述控制器核心控制芯片选用DSP中的TMS320LF2407芯片。
当汽车处于启动或加速状态的时候，此时IMG电机工作于电动机的状态，功率变换器处于逆变状态，蓄电池供电经逆变为交流电后供电机运行；当汽车正常行驶或下坡的时候，电机转子拖动气隙等效磁极旋转，从而产生电能给电池充电，这个时侯IMG电机就处于发电机状态，功率变换器处于整流状态，将发出的交流电整流后充到蓄电池中。电机和功率变换器状态的切换是由控制器控制的。
本发明的最大优势就是可以将普通汽车在不需要过多更改其结构的基础上，就可以实现混合动力的目的，从而达到节省燃油和环保的功效。
附图说明
图1为混合动力汽车用三相同步交流发电机/电动机系统结构示意图
图2为本发明的整流/逆变电路拓扑结构图。
图3为本发明的控制器电气结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，混合动力汽车用三相同步交流发电机/电动机系统包括发动机1、三相同步交流发电机/电动机(IMG电机)2、光电编码器3、铅酸蓄电池4、功率转换器5、控制器6。IMG电机2与发动机1以皮带传动相连接，光电编码器3与IMG电机2同轴连接，光电编码器3与控制器6信号连接，控制器6还与功率转换器5信号连接，功率转换器5还分别与铅酸蓄电池4和IMG电机2连接。光电编码器3所测得的转子信号和电机本身气隙磁场转速信号经控制器6处理比较后，控制功率变换器5处于整流或逆变的状态。
光电编码器3具体选用ROQ425(SSI)绝对式光电编码器，主要功能是测量IMG电机2转子的转速。
如图2所示，功率变换器5包含了一个三相桥式不可控整流器51和一个三相桥式逆变器52，由转换开关53决定当前功率变换器工作于何种状态。其中，三相桥式不可控整流器51由6个二极管两两串联后再彼此并联组成；而三相桥式逆变器52是6臂逆变桥，也是由6个IGBT两两串联后再彼此并联组成。三相桥式不可控整流器51的共阴极组与三相桥式逆变器52的共集电极相连接，连线上设有接点c1；三相桥式不可控整流器51的共阳极组与三相桥式逆变器52的共发射极相连接，连线上设有接点c2；中间为滤波电容。三相桥式不可控整流器51中6个两两串联的二极管之间设有三个接点a1、a2、a3；和三相桥式逆变器52中的两两串联的IGBT的之间设有三个接点b1、b2、b3三点接转换开关53可选择与三相桥式不可控整流器51中的接点a1、a2、a3或者三相桥式逆变器52中的接点b1、b2、b3连接，转换开关53的输入端M与IMG电机2的三相连接，三相桥式不可控整流器51与三相桥式逆变器52连接线路上的两接点c1、c2与铅酸蓄电池4相连。
如图3所示，是本发明的控制器6的电气结构示意图。核心控制芯片选用DSP中的TMS320LF2407芯片。IMG电机2的输入信号经过滤波去除干扰后，再经光电隔离装置的隔离处理以及调幅电路把电压调到DSP所要求的幅值范围内，输入到DSP的ADCIN1～ADCIN3引脚。光电编码器3将测得的转速信号输入到CAP1～CAP3引脚，DSP芯片通过比较IMG电机2的输入信号和光电编码器3的输入信号，由CON引脚输出信号确定功率变换器5处于整流还是逆变的状态。DSP芯片从PWM1～PWM6的6个引脚输出6路PWM波来控制功率变换器5中三相桥式逆变电路的IGBT的通断。
IMG电机2就是一种三相交流同步发电机。本发明主要是利用电机可逆原理，没有改变三相交流同步发电机结构基础上，开发出汽车发动机上的三相交流同步发电机也可作为电动机这样一个功能。当IMG电机2的转子磁极轴线超过气隙等效磁极轴线的时候，转子磁极拖动气隙等效磁极以同步转速旋转，此时IMG电机2工作于发电机状态，同时由控制器6发出信号控制功率转换器5工作于整流的状态，给铅酸蓄电池4充电。当IMG电机2的转子磁极轴线落后气隙等效磁极轴线的时候，气隙等效磁极拖动转子磁极转动，此时IMG电机2工作于电动机状态，同时由控制器6发出信号控制功率转换器5工作于逆变的状态。
当汽车处于启动或加速状态的时候，IMG电机工作于电动机的状态，功率变换器处于逆变状态，蓄电池供电经逆变为交流电后供电机运行；当汽车正常行驶或下坡的时候，电机转子拖动气隙等效磁极旋转，从而产生电能给电池充电，此时IMG电机就处于发电机状态，功率变换器处于整流状态，将发出的交流电整流后充到蓄电池中。
本发明运用了电机可逆的特性，开拓了汽车发电机的功能，使其在需要的时候变成电动机，并协助汽车的行驶。最大的优势就是节省了燃油的消耗，同时又有环保的功效。

Claims (3)

1、混合动力汽车用三相同步交流发电机/电动机系统，其特征在于，该系统包括发动机、IMG电机、光电编码器、铅酸蓄电池、功率转换器和控制器；IMG电机与发动机以皮带传动相连接，光电编码器与IMG电机同轴连接，光电编码器与控制器信号连接，控制器还与功率转换器信号连接，功率转换器还分别与铅酸蓄电池和IMG电机连接；
所述光电编码器为ROQ425绝对式光电编码器，用于测量IMG电机转子的转速；所述IMG电机为三相交流同步发电机。
2、根据怒权利要求1所述的混合动力汽车用三相同步交流发电机/电动机系统，其特征在于，所述的功率变换器主要由一个三相桥式不可控整流器和一个三相桥式逆变器组成；三相桥式不可控整流器由个二极管两两串联后再彼此并联组成；三相桥式逆变器是臂逆变桥，由个IGBT两两串联后再彼此并联组成，三相桥式不可控整流器的共阴极组与三相桥式逆变器的共集电极相连接，三相桥式不可控整流器的共阳极组与三相桥式逆变器的共发射极相连接，中间为滤波电容；三相桥式不可控整流器中两两串联的两二极管的之间的接点或三相桥式逆变器中的两两串联的IGBT的之间的接点可选择性与转换开关连接，转换开关的输入端与IMG电机的三相连接，三相桥式不可控整流器与三相桥式逆变器连接线路上的连接点与铅酸蓄电池相连。
3、根据权利要求2所述的混合动力汽车用三相同步交流发电机/电动机系统，其特征在于，所述控制器核心控制芯片选用DSP中的TMS320LF2407芯片。
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