CN1140040C - 车辆用综合电机系统 - Google Patents

Abstract

本发明是车辆用综合电机系统。在车辆上可替换发动机曲轴惯性飞轮并共用一个电机本体的车辆专用综合电机系统，在中央控制微处理器控制下，向其馈电时具备起动机功能、被趋动时可作为发电机使用，可实现机电一体化。车辆能实现多次停车，使发动机自动熄火，熄火后起动迅速。彻底排除发动机怠速尾气中有害物的排放，即节省能源、节约开支。

Description

车辆用综合电机系统

本发明是一种车辆用综合电机系统。

从第一辆汽车诞生至今，汽车工业以历经百年。且从最初的创造污染，到如今的净化自然，人类已从被动的利用汽车与环境，进入了积极开发创新汽车环境的良好阶段。车辆工作怠速工况时，由于燃烧不充分等原因，排放的尾气中含有一氧化碳、氮化氢和碳氢化合物等有害物含量最高。现有的汽车起动机，是以电刷机械方式进行换向的，因而存在相对的机械摩擦，由此带来了噪声和火花脉冲干扰以及寿命短等弱点。再加上制造成本高，维修频率高，费用大。现有的起动机，其结构选主是有直流电机本体，传动机构和控制装置三大部分组成：1直流电机本体，主要构造由电枢磁极，机壳及电枢换向器和电刷；2传动机构主要是齿轮啮合自动离合器和减速齿轮；3控制装置主要由电磁开关，其主要作用是吸合齿轮啮合。并接通电源，使电机旋转，驱动曲轴转动。发动机启动後，使齿合的齿轮自动打滑。当电磁开关工作时，在齿轮没有完全啮合便接通电源时，容易造成齿轮磨损甚至把轮齿打坏。在发动机启动后齿轮不能自动打滑分离时，起动机电枢会被发动机带动造成高速旋转，形成起动机“飞车”事故。现有的起动机由于电机中心距小，电机的电磁气隙半径小，故电机的电磁扭矩亦小。现有的发电机是采用电刷和导电环机械式来提供转子磁场电流的。现有的发电机也由于电机的电磁气隙半径小，其电磁势也小。为保证额定的输出额定容量，势必要提高轴子的角速度。这必然加剧机械磨损，如电枢轴轴承、三角传动带、电刷和导电环的损坏。

本发明的目的就是为解决上述车辆用电机系统所存在的问题，提供一种车辆能实现多次停车，使发动机自动熄火，熄火后起动迅速的车辆用综合电机系统。彻底排除发动机怠速尾气中有害物的排放，既节省能源、节约开支。

本发明是车辆用综合电机系统。在中央控制微处理器控制下，具有起动机和发电机两种功能的车辆专用综合电机系统，由电机本体9、转子位置传感器7、无刷直流电动机控制器11、逆变桥开关模块12、逻辑组合模块16、稳压电路17和中央控制微处理器CPU10组成。电机本体9呈无框架薄饼式，设置在发动机曲轴惯性飞轮1处，并含在离合器壳体内，把转子永磁磁极2设置在曲轴惯性飞轮1上，主绕组5设置在定子上；转子永磁磁极2设置在曲轴惯性飞轮1的外圆或内圆上，转子永磁磁极2呈多极对瓦片状高磁能钕铁硼永磁体，按N-S-N-S相互交错排放，构成多极对永磁转子，转子通过固定螺栓31与曲轴30直接连接。以曲轴的掼性轮作电机的转子，既有转子功能，又有发动机曲轴惯性飞轮的功能。电机转子旋转可驱动曲轴旋转，曲轴旋转可使定子电枢产生感应电势而发电，具备了一机两用功能。完全没有电机转子轴承的支撑和滚动摩擦。如图1、图2所示。

定子铁心3的内缘和外缘均设有带嵌线槽的环状硅钢片，并相互绝缘叠成，定子铁心3的嵌线槽中嵌入多相主绕组5，在定子铁心H轭部4绕有双股正反向并绕制成的附加励磁绕组6，主绕组5和附加励磁绕组6的其中一端串接在一起，另一端分别与逻辑组合模块16串接在一起。定子铁心3设置在固定支架8的内圆中，固定支架8和安装盘29上，并固定在发动机缸体后端部上，当向主绕组5馈电时，则使主绕组5产生旋转磁场，即可驱动转子永磁磁极2旋转，并带动曲轴30旋转。当曲轴30带动转子永磁磁极2旋转时，旋转的转子永磁磁极磁场切割主绕组5，主绕组5产生电动势即发电。主绕组5可以连结为三相串联、Y型星形联接和三相并联。主绕组5为串联型式时，定子绕组的感应电动势，为单相绕组的3倍；主绕组5为Y型连接时，定子绕组的感应电动势，为单相绕组的1.73倍；主绕组5为并联型式时，定子绕组的感应电动势为单相绕组的电动势。当转子永磁磁极2的转速升高时，频率增加，主绕组5感应电动势也升高，当转子永磁磁极2的转速下降时，频率下降，主绕组5感应电动势也下降。根据这一特性，主绕组5可在不同的转速采用不同的逻辑组合，可使电机输出保持在一定值V1范围内，执行了第一级交流电压的稳定和调整。如图1、图2、图3、图4、图5所示。

主绕组5和附加绕组6的双股反向绕组串接在一起，且附加绕组6绕组直接绕在定子轭部，附加绕组6的其中一股绕组股与主绕组5为常串接，另一股反向绕组为定子轭部的附加轭部的磁导和绕组感抗的补偿线圈绕组，主绕组5和附加绕组6与逻辑组合模块16相连接，构成输出端第二级电压稳定调整，转子永磁磁极2的转速升高时，频率增加，主绕组5感应电动势V1也升高，流经附加绕组6绕组的电流随之增加，使主绕组5感应电动势V1则降低，反之，当转子永磁磁极2的转速下降时，频率下降，主绕组5感应电动势也下降，流经附加绕组6绕组的电流随之减小，使主绕组5感应电动势则升高，逻辑组合模块16通过光电隔离耦合模块15与译码电路IC14连接构成绕组逻辑组合电路35。附加绕组6，由于主绕组5和附加绕组6的双股反向绕组串接在一起，且附加绕组6绕组直接绕在定子轭部。附加绕组6的其中一股绕组股与主绕组5为常串接，另一股反向绕组为定子轭部的附加轭部的磁导和绕组感抗的补偿线圈绕组。当转子永磁磁极2的转速升高时，频率增加，主绕组5感应电动势V1也升高，流经附加绕组6绕组的电流随之增加，使主绕组5感应电动势V1则降低。反之，当转子永磁磁极2的转速下降时，频率下降，主绕组5感应电动势也下降，流经附加绕组6绕组的电流随之减小，使主绕组5感应电动势则升高。改变附加绕组6的逻辑组合连接形式，可改变定子轭部的附加同步励磁磁势的闭合磁通，即改变轭部的磁导和绕组感抗。可以组合成单股或双股。当附加绕组6的另一反向股与定子绕组串接时，轭部的磁导和绕组感抗可作进一步调整。根据这一特性，附加绕组6可在不同的转速采用不同的逻辑组合，可使电机输出保持在一定值V2范围内。执行了第二极交流电压的稳定和调整。当综合电机处于驱动工况使用时本电路不工作。如图1、图2、图3、图4、图5所示。

稳压模块17与逻辑组合模块16相连接，稳压模块17构成第三级电压稳定调整，稳压模块17与微处理器CPU10相连接构成稳压电路36，微处理器CPU10根据转子永磁磁极2的转速控制稳压模块17运行，继第一级和第二级调整在一定的范围值后，再执行本第三级调整，把交变激励电动势和交变电流更进一步稳定为一定值的直流电压，并向全车用电设备供电。当被发动机趋动时，旋转的转子永磁磁场使主绕组5产生交变的电流和交变的激励电动势，其电压值是随转子转速加快而提高的。为使输出端的电压，稳定和调整在一定值的范围内，对无刷直流电机必须实行特殊稳压措施，用改变主绕组5激励电动势和定子轭部的附加直流励磁磁势的闭合磁通，即改变轭部的磁导和绕组感抗方式，改变定子中串接在一起的主绕组5和附加绕组6的结构逻辑组合形式，可组合出六种连接形式，以供稳压电路17在六个转子转速范围内适应电压稳定和调整，可稳定和调整电机的输出电压，并向电器设备提供直流电源。如图5所示。

主绕组5通过高压隔离线路13与逆变桥开关模块12相连接，并受控于无刷直流电动机控制器11接受转子位置传感器7和微处理器CPU10的指令，构成电子换向电路34实现无刷直流电机换向功能；逻辑组合模块16，控制和改变主绕组5的逻辑连接形式与附加励磁绕组6的逻辑连接形式，在转子的不同转速时，改变定子绕组5的感应电动势和发电输出端的电压。逆变桥开关模块12受无刷直流电动机控制器11馈送的程序次序控制，并使电枢多相主绕组5的各相绕组按程序有次序地导通产生旋转磁场，与转动中的转子磁钢产生的永磁磁场，实现在空间始终保持在π/2rad同步的电子开关电路。为提高电机的扭矩和减小转矩波动，主绕组5的各项绕组采用全控桥通电方式。逻辑组合模块16是电机系统在发电工况时的控制器专用电力模块，可控制并改变主绕组5的逻辑组合连接形式和附加励磁绕组6的逻辑组合连接形式，可在转子的不同转速时，改变定子绕组的感应电动势和发电输出端的电压，受控于转子位置传感器7所接受的转子磁极旋转转速信号，控制与主绕组5和附加绕组6的结构逻辑组合形式。无刷直流电动机控制器11和译码电路IC14是无刷直流电机控制器专用集成电路，在接受微处理器CPU10处理后馈送来的程序编码，经译码后按程序字符分别去控制各自外接的逆变桥开关模块12和逻辑组合模块16，可按转子位置传感器7所接受的转子磁极的位置信号和转子的旋转转速信号，分别控制多相主绕组中各相绕组和附加绕组6的两个并联绕组按一定的次序导通，实现定子绕组换向和主绕组5、附加励磁绕组6的逻辑组合形式。起到了机械换向器换向的作用。如图5所示。

转子位置传感器7设置在定子铁心3上并于微处理器CPU10和无刷直流电动机控制器11相连接，将转子磁极2的位置信号和转速信号反馈到微处理器CPU10进行处理和转换成电信号，并将电信号馈送到无刷直流电动机控制器11和译码电路IC14，经译码后把程序指令传输给逆变桥开关模块12和逻辑组合模块16，逆变桥开关模块12和逻辑组合模块16向主绕组5和附加励磁绕组6提供正确的换向次序逻辑信号。转子位置传感器7安装在定子铁心3上，是用来检测转子位置和旋转转速的，并将转子磁极2的位置信号和转速信号反馈给与输出端连接的中央处理系统CPU10的地址/数据双向端口P2口。供微处理器CPU10去处理并转换成电信号。并将此信号馈送到下一级，分别为无刷直流电动机控制器11和译码电路IC14提供正确的换向次序信息。然后又分别去控制外接逆变桥开关模块12和逻辑组合模块16按转子磁极的位置和转速，按一定次序控制导通多相主绕组5和附加励磁绕组6各相绕组。转子位置传感器7在车辆专用综合电机系统作起动机功能时，是检测转子磁极的位置信号，将此信号微处理器CPU10去处理并转换成电信号馈送给控制无刷直流电动机控制器11，提供正确的换向次序信息，控制逆变桥开关模块12，按一定的次序接通和关断主绕组5，确保主绕组5产生的旋转磁场和转子磁场之间保持规定的超前关系，产生扭矩；在作为发电机使用时，是检测转子磁极转速信号。将此信号微处理器CPU10去处理并转换成电信号馈送给控制译码电路IC14，提供正确的换向次序信息，控制逻辑组合模块16，按一定的次序接通和关断主绕组5、附加励磁绕组6的逻辑组合形式，确保主绕组5产生的磁场电压和转子磁极转速之间保持规定的关系，产生稳定的输出电压，如图5所示。

本发明是共同使用同一个电机本体在发电工况时采用输出电压的调整和稳定措施，即主绕组5和附加绕组6采取改变结构和改变主绕组5与附加绕组6联接方式实现改变电枢的励磁感应和电枢轭部磁导的大小。可达到主绕组5可连结为三相并联、Y型星形联接和三相串联；附加绕组6，可以组合成单股或双股。当主绕组5连结为三相串联时，定子绕组的感应电动势，为单相绕组的3倍；当主绕组5为Y型连接时，定子绕组的感应电动势，为单相绕组的 倍；当主绕组5为并联型式时，定子绕组的感应电动势为单相绕组的电动势。就可以保证在低转速下，能满足额定的电压输出，在高转速下使输出电压，不致于输出电压太高。主绕组5和附加绕组6是串接，当主绕组电压升高或用电负载加大，流经主绕组5和附加绕组6的电流加大，定子轭部的附加励磁磁势产生的闭合磁通增大，即改变了轭部的磁导，使发电输出端的电压下降；当主绕组电压降低或用电负载减小，流经主绕组5和附加绕组6的电流减小，定子轭部的附加直流励磁磁势产生的闭合磁通减小，即改变了轭部的磁导，使发电输出端的电压上升。

微处理器CPU10通过电平转换21与光电传感器27和与延时继电19相连接，钥匙点火开关22、发动机起动开关23、手刹开关24和空档开关25串联连接后并与微处理器CPU10相连接构成电机起动系统，钥匙点火开关22、发动机起动开关23、手刹开关24和空档开关25中任意一个开关未闭合，则发动机不能起动。钥匙点火开关22与延时继电器19相连接，延时继电器19的延时时间取决于与其相连接的BCD码20，稳压模块17与微处理器CPU10相连接，钥匙点火开关22与系统电源32相连接，电子电源开关28与微处理器CPU10相连接，构成中央控制电路33。中央控制电路33的系统电源32经钥匙点火开关22并通过串联的发动机起动开关23、手刹开关24、空档开关25和制动开关26向微处理器CPU10提供起动信号，中央控制电路33的系统电源32经钥匙点火开关22或经钥匙点火开关22和延时继电器19向微处理器CPU10提供系统电源。延时继电器19的两个输入端分别与钥匙点火开关22和光电传感器27，输出端与电平转换21的输入端相连接，只有当两个输入端均为“1”时，其输出端才为“1”，当其中一个输入端均为“1”，另一个为“0”时或两个输入端均为“0”时，其输出端为“0”，其输出端输出处于延时通电状态，延时过后延时继电器19关闭。当车辆停车发动机不需要熄火时，钥匙点火开关22处于二档位，中央控制电路33的系统电源32经钥匙点火开关22直接向微处理器CPU10系统供电。当车辆停车发动机需要自动熄火时，钥匙点火开关22处于一档位，中央控制电路33的系统电源32经钥匙点火开关22和延时继电器19在延时阶段内向微处理器CPU10供电，延时过后自动断电发动机自动熄火，如图5所示。

光电传感器27安装在变速箱与里程表软轴的接口处，当车辆在行驶时，光电传感器27将里程表软轴的转动信号转换成电信号，传递给延时继电器19，使延时继电器19延长通电工作时间，确保系统正常运行。当车辆停驶时，由于延时继电器19接收不到里程表软轴处的光电传感器27转换的电信号，将在延时阶段后自动断电使发动机自动熄火。BCD码20与延时继电器19相连接，且控制延时时间。电平转换21的两个输入端与延时继电器19和微处理器CPU10相连接，两个输出端中一端与无刷直流电动机控制器11、逆变桥开关模块12和高压隔离线路13连接，另一端与译码电路IC14和光电隔离耦合模块15连接。当电平转换21的两个输入端电平为“0”时，其两个输出端均为“0”，当电平转换21的两个输入端其中一个电平为“1”另一个电平为“0”时，其两个输出端一个为“1”，另一个为“0”；当电平转换21的两个输入端电平均为“1”时，其两个输出端反之，一个由“1”反为“0”，另一个由“0”反为“1”，如图5所示。

汽车发电机输出电压是随汽车曲轴的转、车速和使用负载的变化而改变的，本发明适用于在汽车上充当发电机使用。本发明在作为发电机使用时，发电输出端的电压采用三级电压稳定和调整。第一级是采用主绕组5的变结构来稳定和调整电压的；第二级是采用附加绕组6来实观电压稳定和调整的；第三级是利用稳压电路17来进一步达到电压的调整和稳定的。

本发明主绕组5和附加绕组6变结构特性利用微处理器CPU10片内存储器ROM中予先设制的运行程序，经过译码电路1 4编辑成相应的逻辑程序后，指令逻辑开关电路16按逻辑程序要求，将主绕组5和附加绕组6组合成相应的组合结构控制输出电压。能在不同的转速和不同的负载变化下，保持稳定的电压输出。

根据上述各功能的控制源反馈的信息，可按微处理器CPU10片内存储器ROM中予先设制的启动模式、发电模式、主绕组换向模式、电枢绕组逻辑组合模式、电压稳定和调整模式、系统关闭等程序运行。

钥匙点火开关22采用单刀两掷两挡钥匙开关。I档为不熄火档，II挡为可熄火挡，可安装在原来位置。当钥匙点火开关22处于I档时，电源火线则通过钥匙点火开关22，直接向全系统供电。当钥匙点火开关22处于II档时，电源火线则通过钥匙点火开关22，向延时继电器19供电，然后(在延时内)再向全系统供电。发动机起动开关23安装在油门踏板臂上，并与手刹开关24、空档开关25串联后将火线与延时继电器19输入端连接。制动开关26利用原车刹车灯开关。光电传感器27串接在里程表软轴与变速箱联接口上。

本发明是车辆用综合电机系统。在车辆上可替换发动机曲轴惯性飞轮并共用一个电机本体的车辆专用综合电机系统，在中央控制微处理器控制下，向其馈电时具备起动机功能、被趋动时可作为发电机使用，可实现机电一体化。由于电机的电磁气隙半径大，作为起动机使用时工作电流小、启动扭矩大；作为发电机使用时输出动率大。车辆能实现多次停车，使发动机自动熄火，熄火后起动迅速。彻底排除发动机怠速尾气中有害物的排放，既节省能源、节约开支。电机的转子直接安装在汽车的曲轴后突缘端上，代替曲轴的惯性轮，以曲轴的惯性轮作为电机的转子。电机转子既可驱动曲轴旋转，又可被曲轴的旋转而转动起来。且电机无转子轴承、无电刷。能免除发电机和起动机的轴承、铜套、电刷、铜头、传递齿轮和皮带等一系列的部件的损耗和小修工作量。电机可直接驱动发动机曲轴或被发动机曲轴驱动，在发动机的联接上，无需添加按任何传动部份。

图1车辆用综合电机系统的剖视图

图2车辆用综合电机系统的剖视图

图3车辆用综合电机系统的剖视图

图4车辆用综合电机系统的剖视图

图5车辆用综合电机系统的电路图

1曲轴惯性飞轮，2转子永磁磁极，3定子铁心，4定子轭H部，5主绕组，6附加绕组，7转子位置传感器，8定子固定支架，9电机本体，10微处理器CPU，11无刷直流电动机控制器，12逆变桥开关模块，13高压隔离线路，14译码电路IC，15光电隔离耦合模块，16逻辑组合模块，17稳压模块，18电瓶，19延时继电器，20BCD码，21电平转换，22钥匙点火开关，23发动机起动开关，24手刹开关，25空档开关，26制动开关，27光电传感器，28电子电源开关，29电机安装盘，30曲轴，31固定螺栓，32系统电源，33中央控制电路，34电子换向电路，35绕组逻辑组合模块，36稳压电路

以下用实施例详细说明。

实施例1

在中央控制微处理器控制下，具有起动机和发电机两种功能的车辆专用综合电机系统，由电机本体9、转子位置传感器7、无刷直流电动机控制器11、逆变桥开关模块12、逻辑组合模块16、稳压电路17和中央控制微处理器CPU10组成。电机本体9呈无框架薄饼式，设置在发动机曲轴惯性飞轮1处，并含在离合器壳体内，把转子永磁磁极2设置在曲轴惯性飞轮1上，主绕组5设置在定子上。转子永磁磁极2设置在曲轴惯性飞轮1的外圆或内圆上，转子永磁磁极2呈多极对瓦片状高磁能钕铁硼永磁体，按N-S-N-S相互交错排放，构成多极对永磁转子，转子通过固定螺栓31与曲轴30直接连接。定子铁心3的内缘和外缘均设有带嵌线槽的环状硅钢片，并相互绝缘叠成，定子铁心3的嵌线槽中嵌入多相主绕组5，在定子铁心H轭部4绕有双股正反向并绕制成的附加励磁绕组6，主绕组5和附加励磁绕组6的其中一端串接在一起，另一端分别与逻辑组合模块16串接在一起。定子铁心3设置在固定支架8的内圆中，固定支架8和安装盘29上，并固定在发动机缸体后端部上。当向主绕组5馈电时，则使主绕组5产生旋转磁场，即可驱动转子永磁磁极2旋转，并带动曲轴30旋转，当曲轴30带动转子永磁磁极2旋转时，旋转的转子永磁磁极磁场切割主绕组5，主绕组5产生电动势即发电。如图1、图3、图5所示。

主绕组5和附加绕组6的双股反向绕组串接在一起，且附加绕组6绕组直接绕在定子轭部，附加绕组6的其中一股绕组股与主绕组5为常串接，另一股反向绕组为定子轭部的附加轭部的磁导和绕组感抗的补偿线圈绕组，主绕组5和附加绕组6与逻辑组合模块16相连接，构成输出端第一级和第二级电压稳定调整，转子永磁磁极2的转速升高时，频率增加，主绕组5感应电动势V1也升高，流经附加绕组6绕组的电流随之增加，使主绕组5感应电动势V1则降低。反之，当转子永磁磁极2的转速下降时，频率下降，主绕组5感应电动势也下降，流经附加绕组6绕组的电流随之减小，使主绕组5感应电动势则升高，逻辑组合模块16通过光电隔离耦合模块15与译码电路IC14连接构成绕组逻辑组合电路35。附加绕组6，由于主绕组5和附加绕组6的双股反向绕组串接在一起，且附加绕组6绕组直接绕在定子轭部。附加绕组6的其中一股绕组股与主绕组5为常串接，另一股反向绕组为定子轭部的附加轭部的磁导和绕组感抗的补偿线圈绕组。当转子永磁磁极2的转速升高时，频率增加，主绕组5感应电动势V1也升高，流经附加绕组6绕组的电流随之增加，使主绕组5感应电动势V1则降低。反之，当转子永磁磁极2的转速下降时，频率下降，主绕组5感应电动势也下降，流经附加绕组6绕组的电流随之减小，使主绕组5感应电动势则升高。改变附加绕组6的逻辑组合连接形式，可改变定子轭部的附加同步励磁磁势的闭合磁通，即改变轭部的磁导和绕组感抗。可以组合成单股或双股。当附加绕组6的另一反向股与定子绕组串接时，轭部的磁导和绕组感抗可作进一步调整。根据这一特性，附加绕组6可在不同的转速采用不同的逻辑组合，可使电机输出保持在一定值V2范围内。执行了第二极交流电压的稳定和调整。当综合电机处于驱动工况使用时本电路不工作。如图1、图3、图5所示。

稳压模块17与逻辑组合模块16相连接，稳压模块17构成第三级电压稳定调整，稳压模块17与微处理器CPU10相连接构成稳压电路36，微处理器CPU10根据转子永磁磁极2的转速控制稳压模块17运行，继第一级和第二级调整在一定的范围值后，再执行本第三级调整，把交变激励电动势和交变电流更进一步稳定为一定值的直流电压，并向全车用电设备供电。当被发动机趋动时，旋转的转子永磁磁场使主绕组5产生交变的电流和交变的激励电动势，其电压值是随转子转速加快而提高的。为使输出端的电压，稳定和调整在一定值的范围内，对无刷直流电机必须实行特殊稳压措施，用改变主绕组5激励电动势和定子轭部的附加直流励磁磁势的闭合磁通，即改变轭部的磁导和绕组感抗方式，改变定子中串接在一起的主绕组5和附加绕组6的结构逻辑组合形式，可组合出六种连接形式，以供稳压电路17在六个转子转速范围内适应电压稳定和调整，可稳定和调整电机的输出电压，并向电器设备提供直流电源。如图5所示。

实施例2

在中央控制微处理器控制下，具有起动机和发电机两种功能的车辆专用综合电机系统，由电机本体9、转子位置传感器7、无刷直流电动机控制器11、逆变桥开关模块12、逻辑组合模块16、稳压电路17和中央控制微处理器CPU10组成。定子铁心3的内缘和外缘均设有带嵌线槽的环状硅钢片，并相互绝缘叠成，定子铁心3的嵌线槽中嵌入多相主绕组5，在定子铁心H轭部4绕有双股正反向的附加励磁绕组6，主绕组5和附加励磁绕组6串接在一起，定子铁心3设置在固定支架8，固定支架8和安装盘29固定在发动机缸体后端部上，当向主绕组5馈电时，则使主绕组5产生旋转磁场，即可驱动转子永磁磁极2旋转，并带动曲轴30旋转，当曲轴30带动转子永磁磁极2时旋转的转子永磁磁极磁场切割主绕组5，主绕组5产生电动势即发电。主绕组5可以连结为三相串联、Y型星形联接和三相并联。主绕组5为串联型式时，定子绕组的感应电动势，为单相绕组的3倍；主绕组5为Y型连接时，定子绕组的感应电动势，为单相绕组的1.73倍；主绕组5为并联型式时，定子绕组的感应电动势为单相绕组的电动势。当转子永磁磁极2的转速升高时，频率增加，主绕组5感应电动势也升高，当转子永磁磁极2的转速下降时，频率下降，主绕组5感应电动势也下降。根据这一特性，主绕组5可在不同的转速采用不同的逻辑组合，可使电机输出保持在一定值V1范围内，执行了第一级交流电压的稳定和调整。如图2、图4、图5所示。

主绕组5和附加绕组6的双股反向绕组串接在一起，且附加绕组6绕组直接绕在定子轭部，附加绕组6的其中一股绕组股与主绕组5为常串接，另一股反向绕组为定子轭部的附加轭部的磁导和绕组感抗的补偿线圈绕组，主绕组5和附加绕组6与逻辑组合模块16相连接，构成输出端第一级和第二级电压稳定调整，转子永磁磁极2的转速升高时，频率增加，主绕组5感应电动势V1也升高，流经附加绕组6绕组的电流随之增加，使主绕组5感应电动势V1则降低，反之，当转子永磁磁极2的转速下降时，频率下降，主绕组5感应电动势也下降，流经附加绕组6绕组的电流随之减小，使主绕组5感应电动势则升高，逻辑组合模块16通过光电隔离耦合模块15与译码电路IC14连接构成绕组逻辑组合电路35。附加绕组6，由于主绕组5和附加绕组6的双股反向绕组串接在一起，且附加绕组6绕组直接绕在定子轭部。附加绕组6的其中一股绕组股与主绕组5为常串接，另一股反向绕组为定子轭部的附加轭部的磁导和绕组感抗的补偿线圈绕组。当转子永磁磁极2的转速升高时，频率增加，主绕组5感应电动势V1也升高，流经附加绕组6绕组的电流随之增加，使主绕组5感应电动势V1则降低。反之，当转子永磁磁极2的转速下降时，频率下降，主绕组5感应电动势也下降，流经附加绕组6绕组的电流随之减小，使主绕组5感应电动势则升高。改变附加绕组6的逻辑组合连接形式，可改变定子轭部的附加同步励磁磁势的闭合磁通，即改变轭部的磁导和绕组感抗。可以组合成单股或双股。当附加绕组6的另一反向股与定子绕组串接时，轭部的磁导和绕组感抗可作进一步调整。根据这一特性，附加绕组6可在不同的转速采用不同的逻辑组合，可使电机输出保持在一定值V2范围内。执行了第二极交流电压的稳定和调整。当综合电机处于驱动工况使用时本电路不工作。如图2、图4、图5所示。

稳压模块17与逻辑组合模块16相连接，稳压模块17构成第三级电压稳定调整，稳压模块17与微处理器CPU10相连接构成稳压电路36，微处理器CPU10根据转子永磁磁极2的转速控制稳压模块17运行，继第一级和第二级调整在一定的范围值后，再执行本第三级调整，把交变激励电动势和交变电电流更进一步稳定为一定值的直流电压，并向全车用电设备供电。当被发动机趋动时，旋转的转子永磁磁场使主绕组5产生交变的电流和交变的激励电动势，其电压值是随转子转速加快而提高的。为使输出端的电压，稳定和调整在一定值的范围内，对无刷直流电机必须实行特殊稳压措施，用改变主绕组5激励电动势和定子轭部的附加直流励磁磁势的闭合磁通，即改变轭部的磁导和绕组感抗方式，改变定子中串接在一起的主绕组5和附加绕组6的结构逻辑组合形式，可组合出六种连接形式，以供稳压电路17在六个转子转速范围内适应电压稳定和调整，可稳定和调整电机的输出电压，并向电器设备提供直流电源。如图5所示。

实施例3

主绕组5通过高压隔离线路13与逆变桥开关模块12相连接，并受控于无刷直流电动机控制器11接受转子位置传感器7和微处理器CPU10的指令，构成电子换向电路34实现无刷直流电机换向功能；逻辑组合模块16，控制和改变主绕组5的逻辑连接形式与附加励磁绕组6的逻辑连接形式，在转子的不同转速时，改变定子绕组5的感应电动势和发电输出端的电压。逆变桥开关模块12受无刷直流电动机控制器11馈送的程序次序控制，并使电枢多相主绕组5的各相绕组按程序有次序地导通产生旋转磁场，与转动中的转子磁钢产生的永磁磁场，实现在空间始终保持在π/2rad同步的电子开关电路。为提高电机的扭矩和减小转矩波动，主绕组5的各项绕组采用全控桥通电方式。逻辑组合模块16是电机系统在发电工况时的控制器专用电力模块，可控制并改变主绕组5的逻辑组合连接形式和附加励磁绕组6的逻辑组合连接形式，可在转子的不同转速时，改变定子绕组的感应电动势和发电输出端的电压，受控于转子位置传感器7所接受的转子磁极旋转转速信号，控制与主绕组5和附加绕组6的结构逻辑组合形式。无刷直流电动机控制器11和译码电路IC14是无刷直流电机控制器专用集成电路，在接受微处理器CPU10处理后馈送来的程序编码，经译码后按程序字符分别去控制各自外接的逆变桥开关模块12和逻辑组合模块16，可按转子位置传感器7所接受的转子磁极的位置信号和转子的旋转转速信号，分别控制多相主绕组中各相绕组和附加绕组6的两个并联绕组按一定的次序导通，实现定子绕组换向和主绕组5、附加励磁绕组6的逻辑组合形式。起到了机械换向器换向的作用。如图5所示。

转子位置传感器7设置在定子铁心3上并于微处理器CPU10和无刷直流电动机控制器11相连接，将转子磁极2的位置信号和转速信号反馈到微处理器CPU10进行处理和转换成电信号，并将电信号馈送到无刷直流电动机控制器11和译码电路IC14，经译码后把程序指令传输给逆变桥开关模块12和逻辑组合模块16，逆变桥开关模块12和逻辑组合模块16向主绕组5和附加励磁绕组6提供正确的换向次序逻辑信号。转子位置传感器7安装在定子铁心3上，是用来检测转子位置和旋转转速的，并将转子磁极2的位置信号和转速信号反馈给与输出端连接的中央处理系统CPU10的地址/数据双向端口P2口。供微处理器CPU10去处理并转换成电信号。并将此信号馈送到下一级，分别为无刷直流电动机控制器11和译码电路IC14提供正确的换向次序信息。然后又分别去控制外接逆变桥开关模块12和逻辑组合模块16按转子磁极的位置和转速，按一定次序控制导通多相主绕组5和附加励磁绕组6各相绕组。转子位置传感器7在车辆专用综合电机系统作起动机功能时，是检测转子磁极的位置信号，将此信号微处理器CPU10去处理并转换成电信号馈送给控制无刷直流电动机控制器11，提供正确的换向次序信息，控制逆变桥开关模块12，按一定的次序接通和关断主绕组5，确保主绕组5产生的旋转磁场和转子磁场之间保持规定的超前关系，产生扭矩；在作为发电机使用时，是检测转子磁极转速信号。将此信号微处理器CPU10去处理并转换成电信号馈送给控制译码电路IC14，提供正确的换向次序信息，控制逻辑组合模块16，按一定的次序接通和关断主绕组5、附加励磁绕组6的逻辑组合形式，确保主绕组5产生的磁场电压和转子磁极转速之间保持规定的关系，产生稳定的输出电压，如图5所示。

本发明是共同使用同一个电机本体在发电工况时采用输出电压的调整和稳定措施，即主绕组5和附加绕组6采取改变结构和改变主绕组5与附加绕组6联接方式实现改变电枢的励磁感应和电枢轭部磁导的大小。可达到主绕组5可连结为三相并联、Y型星形联接和三相串联；附加绕组6，可以组合成单股或双股。当主绕组5连结为三相串联时，定子绕组的感应电动势，为单相绕组的3倍；当主绕组5为Y型连接时，定子绕组的感应电动势，为单相绕组的√3倍；当主绕组5为并联型式时，定子绕组的感应电动势为单相绕组的电动势。就可以保证在低转速下，能满足额定的电压输出，在高转速下使输出电压，不致于输出电压太高。主绕组5和附加绕组6是串接，当主绕组电压升高或用电负载加大，流经主绕组5和附加绕组6的电流加大，定子轭部的附加励磁磁势产生的闭合磁通增大，即改变了轭部的磁导，使发电输出端的电压下降；当主绕组电压降低或用电负载减小，流经主绕组5和附加绕组6的电流减小，定子轭部的附加直流励磁磁势产生的闭合磁通减小，即改变了轭部的磁导，使发电输出端的电压上升。

微处理器CPU10通过电平转换21与光电传感器27和与延时继电19相连接，钥匙点火开关22、发动机起动开关23、手刹开关24和空档开关25串联连接后并与微处理器CPU10相连接构成电机起动系统，钥匙点火开关22、发动机起动开关23、手刹开关24和空档开关25中任意一个开关未闭合，则发动机不能起动。钥匙点火开关22与延时继电器19相连接，延时继电器19的延时时间取决于与其相连接的BCD码20，稳压模块17与微处理器CPU10相连接，钥匙点火开关22与系统电源32相连接，电子电源开关28与微处理器CPU10相连接，构成中央控制电路33。中央控制电路33的系统电源32经钥匙点火开关22并通过串联的发动机起动开关23、手刹开关24、空档开关25和制动开关26向微处理器CPU10提供起动信号，中央控制电路33的系统电源32经钥匙点火开关22或经钥匙点火开关22和延时继电器19向微处理器CPU10提供系统电源。延时继电器19的两个输入端分别与钥匙点火开关22和光电传感器27，输出端与电平转换21的输入端相连接，只有当两个输入端均为“1”时，其输出端才为“1”，当其中一个输入端均为“1”，另一个为“0”时或两个输入端均为“0”时，其输出端为“0”，其输出端输出处于延时通电状态，延时过后延时继电器19关闭。当车辆停车发动机不需要熄火时，钥匙点火开关22处于二档位，中央控制电路33的系统电源32经钥匙点火开关22直接向微处理器CPU10系统供电。当车辆停车发动机需要自动熄火时，钥匙点火开关22处于一档位，中央控制电路33的系统电源32经钥匙点火开关22和延时继电器19在延时阶段内向微处理器CPU10供电，延时过后自动断电发动机自动熄火，如图5所示。

光电传感器27安装在变速箱与里程表软轴的接口处，当车辆在行驶时，光电传感器27将里程表软轴的转动信号转换成电信号，传递给延时继电器19，使延时继电器19延长通电工作时间，确保系统正常运行。当车辆停驶时，由于延时继电器19接收不到里程表软轴处的光电传感器27转换的电信号，将在延时阶段后自动断电使发动机自动熄火。BCD码20与延时继电器19相连接，且控制延时时间。电平转换21的两个输入端与延时继电器19和微处理器CPU10相连接，两个输出端中一端与无刷直流电动机控制器11、逆变桥开关模块12和高压隔离线路13连接，另一端与译码电路IC14和光电隔离耦合模块15连接。当电平转换21的两个输入端电平为“0”时，其两个输出端均为“0”，当电平转换21的两个输入端其中一个电平为“1”另一个电平为“0”时，其两个输出端一个为“1”，另一个为“0”；当电平转换21的两个输入端电平均为“1”时，其两个输出端反之，一个由“1”反为“0”，另一个由“0”反为“1”，如图5所示。

汽车发电机输出电压是随汽车曲轴的转、车速和使用负载的变化而改变的，本发明适用于在汽车上充当发电机使用。本发明在作为发电机使用时，发电输出端的电压采用三级电压稳定和调整。第一级是采用主绕组5的变结构来稳定和调整电压的；第二级是采用附加绕组6来实观电压稳定和调整的；第三级是利用稳压电路17来进一步达到电压的调整和稳定的。

实施例4

主绕组5和附加绕组6变结构特性利用微处理器CPU10片内存储器ROM中予先设制的运行程序，经过译码电路14编辑成相应的逻辑程序后，指令逻辑开关电路16按逻辑程序要求，将主绕组5和附加绕组6组合成相应的组合结构控制输出电压。能在不同的转速和不同的负载变化下，保持稳定的电压输出。根据上述各功能的控制源反馈的信息，可按微处理器CPU10片内存储器ROM中予先设制的启动模式、发电模式、主绕组换向模式、电枢绕组逻辑组合模式、电压稳定和调整模式、系统关闭等程序运行。钥匙点火开关22采用单刀两掷两挡钥匙开关。I档为不熄火档，II挡为可熄火挡，可安装在原来位置。当钥匙点火开关22处于I档时，电源火线则通过钥匙点火开关22，直接向全系统供电。当钥匙点火开关22处于II档时，电源火线则通过钥匙点火开关22，向延时继电器19供电，然后(在延时内)再向全系统供电。发动机起动开关23安装在油门踏板臂上，并与手刹开关24、空档开关25串联后将火线与延时继电器19输入端连接。制动开关26利用原车刹车灯开关。光电传感器27串接在里程表软轴与变速箱联接口上，如图5所示。

Claims (4)

1、一种车辆用综合电机系统，本发明的特征是在中央控制微处理器控制下，由电机本体(9)、转子位置传感器(7)、无刷直流电动机控制器(11)、逆变桥开关模块(12)、逻辑组合模块(16)、稳压电路(17)和中央控制微处理器CPU(10)组成；电机本体(9)呈无框架薄饼式，设置在发动机曲轴惯性飞轮(1)处，并含在离合器壳体内，把转子永磁磁极(2)设置在曲轴惯性飞轮(1)上，主绕组(5)设置在定子上；转子永磁磁极(2)设置在曲轴惯性飞轮(1)的外圆或内圆上，转子永磁磁极(2)呈多极对瓦片状高磁能钕铁硼永磁体，按N-S-N-S相互交错排放，构成多极对永磁转子，转子通过固定螺栓(31)与曲轴(30)直接连接；定子铁心(3)的内缘和外缘均设有带嵌线槽的环状硅钢片，并相互绝缘叠成，定子铁心(3)的嵌线槽中嵌入多相主绕组(5)，在定子铁心H轭部(4)绕有双股正反向并绕制成的附加励磁绕组(6)，主绕组(5)和附加励磁绕组(6)的其中一端串接在一起，另一端分别与逻辑组合模块(16)串接在一起；定子铁心(3)设置在固定支架(8)的内圆中，固定支架(8)和安装盘(29)上，并固定在发动机缸体后端部上；当向主绕组(5)馈电时，则使主绕组(5)产生旋转磁场，即可驱动转子永磁磁极(2)旋转，并带动曲轴(30)旋转；当曲轴(30)带动转子永磁磁极(2)旋转时，旋转的转子永磁磁极磁场切割主绕组(5)，主绕组(5)产生电动势即发电；主绕组(5)和附加绕组(6)的双股反向绕组串接在一起，且附加绕组(6)绕组直接绕在定子轭部，附加绕组(6)的其中一股绕组股与主绕组(5)为常串接，另一股反向绕组为定子轭部的附加轭部的磁导和绕组感抗的补偿线圈绕组，主绕组(5)和附加绕组(6)与逻辑组合模块(16)相连接，构成输出端第一级和第二级电压稳定调整，转子永磁磁极(2)的转速升高时，频率增加，主绕组(5)感应电动势V1也升高，流经附加绕组(6)绕组的电流随之增加，使主绕组(5)感应电动势V1则降低；反之，当转子永磁磁极(2)的转速下降时，频率下降，主绕组(5)感应电动势也下降，流经附加绕组(6)绕组的电流随之减小，使主绕组(5)感应电动势则升高；逻辑组合模块(16)通过光电隔离耦合模块(15)与译码电路IC(14)连接构成绕组逻辑组合电路(35)。

2、根据权利要求1所述的车辆用综合电机系统，其特征在于稳压模块(17)与逻辑组合模块(16)相连接，稳压模块(17)构成第三级电压稳定调整，稳压模块(17)与微处理器CPU10相连接构成稳压电路(36)，微处理器CPU(10)根据转子永磁磁极(2)的转速控制稳压模块(17)运行，继第一级和第二级调整在一定的范围值后，再执行本第三级调整，把交变激励电动势和交变电流更进一步稳定为一定值的直流电压，并向全车用电设备供电。

3、根据权利要求1所述的车辆用综合电机系统，其特征在于主绕组(5)通过高压隔离线路(13)与逆变桥开关模块(12)相连接，并受控于无刷直流电动机控制器(11)接受转子位置传感器(7)和微处理器CPU(10)的指令，构成电子换向电路(34)实现无刷直流电机换向功能；逻辑组合模块(16)，控制和改变主绕组(5)的逻辑连接形式与附加励磁绕组(6)的逻辑连接形式，在转子的不同转速时，改变定子绕组(5)的感应电动势和发电输出端的电压；转子位置传感器(7)设置在定子铁心(3)上并于微处理器CPU(10)和无刷直流电动机控制器(11)相连接，将转子磁极(2)的位置信号和转速信号反馈到微处理器CPU(10)进行处理和转换成电信号，并将电信号馈送到无刷直流电动机控制器(11)和译码电路IC(14)，经译码后把程序指令传输给逆变桥开关模块(12)和逻辑组合模块(16)，逆变桥开关模块(12)和逻辑组合模块(16)向主绕组(5)和附加励磁绕组(6)提供正确的换向次序逻辑信号；微处理器CPU(10)通过电平转换(21)与光电传感器(27)和与延时继电(19)相连接，钥匙点火开关(22)、发动机起动开关(23)、手刹开关(24)和空档开关(25)串联连接后并与微处理器CPU(10)相连接构成电机起动系统，钥匙点火开关(22)、发动机开关(23)、手刹开关(24)和空档开关(25)中任意一个开关未闭合，则发动机不能起动；钥匙点火开关(22)与延时继电器(19)相连接，延时继电器(19)的延时时间取决于与其相连接的BCD码(20)，稳压模块(17)与微处理器CPU(10)相连接，钥匙点火开关(22)与系统电源(32)相连接，电子电源开关(28)与微处理器CPU(10)相连接，构成中央控制电路(33)。

4、根据权利要求1所述的车辆用综合电机系统，其特征在于中央控制电路(33)的系统电源(32)经钥匙点火开关(22)并通过串联的发动机起动开关(23)、手刹开关(24)、空档开关(25)和制动开关(26)向微处理器CPU(10)提供起动信号，中央控制电路(33)的系统电源(32)经钥匙点火开关(22)或经钥匙点火开关(22)和延时继电器(19)向微处理器CPU(10)提供系统电源；延时继电器(19)的两个输入端分别与钥匙点火开关(22)和光电传感器(27)，输出端与电平转换(21)的输入端相连接，只有当两个输入端均为“1”时，其输出端才为“1”，当其中一个输入端均为“1”，另一个为“0”时或两个输入端均为“0”时，其输出端为“0”，其输出端输出处于延时通电状态，延时过后延时继电器(19)关闭。

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