RU2236079C2

RU2236079C2 - Method and device for controlling starter-generator system with planet reduction unit

Info

Publication number: RU2236079C2
Application number: RU99114705/09A
Authority: RU
Inventors: П.Ю. Грачев (RU); П.Ю. Грачев; В.М. Анисимов (RU); В.М. Анисимов; ров В.Н. Кудо (RU); В.Н. Кудояров; А.И. Скороспешкин (RU); А.И. Скороспешкин
Original assignee: Самарский государственный технический университет
Priority date: 1999-07-02
Filing date: 1999-07-02
Publication date: 2004-09-10

Abstract

FIELD: starting prime movers of vehicles, mainly motor cars, and generating electrical energy for vehicle power mains.

SUBSTANCE: proposed method intended to control starter-generator system with planet reduction unit involves free rotation of external ring gear of reduction unit which is accelerated and stopped as soon as it has gained speed. Device implementing this method has electromechanical and electrical equipment sections where electrical machine rotor, belt transmission, and revolving parts of reduction unit accumulate kinetic energy during initial starting moment.

EFFECT: enhanced starting torque, reduced mass and size of electromechanical and electrical equipment.

3 cl, 4 dwg

Description

Предложение относится к области электромеханики и может быть использовано в транспортных средствах, преимущественно в автомобилях, для запуска первичного двигателя и генерирования электрической энергии в бортовую сеть.The proposal relates to the field of electromechanics and can be used in vehicles, mainly in cars, to start the primary engine and generate electrical energy in the on-board network.

Известен способ управления стартер-генераторной системой (проспект фирмы БОШ: Elektrische Motorausrustung, 1988), в котором электрическая машина в начале стартерного режима работает на холостом ходу и запасает кинетическую энергию, а затем после разгона ротора до значительной скорости с помощью специального сцепления соединятся с валом ДВС, отдавая кинетическую энергию, накопленную во вращающемся роторе и вращающейся части сцепления, валу ДВС. Статор электрической машины в этом техническом решении соединен с аккумуляторной батареей через вентильный преобразователь частоты. Недостатками этого технического решения являются большие габариты и масса электрической машины и сцепления, так как при отсутствии редуктора момент прокрутки вала ДВС должен быть равен моменту электрической машины, а масса и габариты этой машины увеличиваются при увеличении ее номинального электромагнитного момента.There is a known method of controlling the starter-generator system (BOSCH prospectus: Elektrische Motorausrustung, 1988), in which the electric machine at idle starts idling and stores kinetic energy, and then, after accelerating the rotor to a significant speed, are connected to the shaft using a special clutch ICE, giving kinetic energy accumulated in a rotating rotor and a rotating part of the clutch to the ICE shaft. The stator of the electric machine in this technical solution is connected to the battery through a valve frequency converter. The disadvantages of this technical solution are the large dimensions and mass of the electric machine and the clutch, since in the absence of a gearbox, the moment of scrolling of the ICE shaft should be equal to the moment of the electric machine, and the mass and dimensions of this machine increase with an increase in its nominal electromagnetic moment.

Наиболее близким к предложенному техническим решением является способ управления стартер-генераторной системой с планетарным редуктором (патент США №5132604) путем свободного вращения внешней кольцевой шестерни редуктора в генераторном режиме, причем в стартерном режиме кольцевую шестерню редуктора останавливают, а после этого включают электрический стартер, момент которого увеличивают с помощью редуктора и подают на вал ДВС.Closest to the proposed technical solution is a method of controlling a starter-generator system with a planetary gear (US patent No. 5132604) by free rotation of the outer ring gear of the gear in the generator mode, and in the starter mode, the gear ring of the gear is stopped, and then the electric starter is turned on, the moment which is increased using a gearbox and fed to the ICE shaft.

Известно устройство для осуществления этого способа (патент США №5132604), в котором один вал планетарного редуктора с внешней кольцевой шестерней соединен непосредственно с валом первичного двигателя, а другой вал этого редуктора через ременную передачу связан с валом электромеханического преобразователя (синхронной машины с когтеобразным ротором). Такое выполнение системы позволяет снизить механические нагрузки на ременную передачу. Редуктор выполнен одноступенчатым, причем внешняя поверхность кольцевой шестерни редуктора выполнена зубчатой и сцеплена в стартерном режиме с устройством торможения кольцевой шестерни, что приводит к неподвижности кольцевой шестерни в стартерном режиме. В генераторном режиме работы устройство торможения кольцевой шестерни не сцеплено с внешней поверхностью кольцевой шестерни и она свободно вращается и соединяет через обгонную муфту вал ДВС с валом электромеханического преобразователя. Это упрощает устройство отключения планетарной передачи в генераторном режиме. Статор электрической машины этого стартер-генератора подключается к вентильному преобразователю регулируемой частоты в стартерном режиме и к выпрямителю, соединенному с аккумуляторной батареей и бортовой сетью транспортного средства - в генераторном режиме.A device for implementing this method is known (US patent No. 5132604), in which one shaft of a planetary gearbox with an external ring gear is connected directly to the shaft of the prime mover, and the other shaft of this gearbox is connected via a belt drive to the shaft of an electromechanical converter (synchronous machine with a claw-shaped rotor) . This embodiment of the system allows to reduce the mechanical load on the belt drive. The gearbox is single-stage, and the outer surface of the ring gear of the gearbox is gear and coupled in the starter mode to the braking device of the ring gear, which leads to the immobility of the ring gear in the starter mode. In the generator operating mode, the ring gear braking device is not engaged with the outer surface of the ring gear and it rotates freely and connects the ICE shaft through the overrunning clutch with the shaft of the electromechanical converter. This simplifies the device for disabling planetary gear in generator mode. The stator of the electric machine of this starter-generator is connected to a variable frequency valve converter in the starter mode and to the rectifier connected to the battery and the vehicle electrical system in the generator mode.

Недостатками описанных способа и устройства являются увеличенные масса и габариты электромеханического и вентильного преобразователей за счет того, что при неподвижной внешней кольцевой шестерне в стартерном режиме электрическая машина должна быть рассчитана на создание электромагнитного пускового момента значительной величины, что приводит к увеличению ее массы и габаритов, а также увеличению массы и габаритов вентильного преобразователя за счет протекания по его вентильным элементам значительных пусковых токов.The disadvantages of the described method and device are the increased mass and dimensions of the electromechanical and valve converters due to the fact that with a stationary external ring gear in the starter mode, the electric machine must be designed to create a significant electromagnetic starting torque, which leads to an increase in its mass and dimensions, and also increase the mass and dimensions of the valve converter due to the flow of significant inrush currents through its valve elements.

Сущность изобретения.SUMMARY OF THE INVENTION

1. В способе управления стартер-генераторной системой с двигателем внутреннего сгорания, электрической машиной, которой управляют вентильным преобразователем, планетарным редуктором с внешней кольцевой шестерней, в соответствии с которым с помощью вентильного преобразователя устанавливают пусковую частоту электрической машины, затем разгоняют электрической машиной внешнюю кольцевую шестерню редуктора, после чего ее затормаживают, прикладывают момент к валу двигателя внутреннего сгорания, частоту вращения которого увеличивают, а при включении в работу двигателя внутреннего сгорания внешнюю кольцевую шестерню редуктора растормаживают, обеспечивая передачу вращения с вала двигателя внутреннего сгорания на внешнюю кольцевую шестерню редуктора, так, что она начинает свободно вращаться в направлении, противоположном ее вращению при ее разгоне электрической машиной, затем внешнюю кольцевую шестерню редуктора сцепляют с валом редуктора и двигателя внутреннего сгорания, обеспечивая передачу вращения на вал электрической машины.1. In a method for controlling a starter-generator system with an internal combustion engine, an electric machine controlled by a valve converter, a planetary gear with an external ring gear, according to which the starting frequency of the electric machine is set using a valve converter, then the external ring gear is accelerated by an electric machine gearbox, after which it is braked, a moment is applied to the shaft of the internal combustion engine, the rotation frequency of which is increased, and and when the internal combustion engine is turned on, the external ring gear of the gearbox is released, providing the transmission of rotation from the shaft of the internal combustion engine to the external ring gear of the gearbox, so that it starts to rotate freely in the direction opposite to its rotation when it is accelerated by an electric machine, then the external ring gear the gearbox is coupled to the shaft of the gearbox and the internal combustion engine, providing transmission of rotation to the shaft of the electric machine.

2. В устройстве для осуществления этого способа, включающем источник постоянного тока, соединенный через вентильный преобразователь с по крайней мере одной электрической обмоткой электрической машины с валом, связанным через планетарный редуктор, включающий по крайней мере одну ступень с подвижной внешней кольцевой шестерней и обгонной муфтой, с валом двигателя внутреннего сгорания, устройство управления электрической машиной с разрешающим входом и по крайней мере одним управляющим входом, связанным с выходами датчиков для частотного управления электрической машиной, и выходом, соединенным с упомянутой обмоткой электрической машины,2. In a device for implementing this method, which includes a direct current source connected through a valve converter with at least one electric winding of an electric machine to a shaft connected through a planetary gearbox comprising at least one stage with a movable outer ring gear and an overrunning clutch, with a shaft of an internal combustion engine, a control device for an electric machine with a permitting input and at least one control input associated with the outputs of the sensors for the frequency control the electric machine, and an output coupled to said winding of the electrical machine,

блок регулирования частоты вращения внешней кольцевой шестерни редуктора с по крайней мере одним электрическим входом, электромагнитом, устройством управления этим электромагнитом и связанным с подвижной частью электромагнита, выходным механическим устройством торможения кольцевой шестерни,a control unit for the rotational speed of the outer ring gear of the gearbox with at least one electrical input, an electromagnet, a control device for this electromagnet and connected to the movable part of the electromagnet, an output mechanical device for braking the ring gear,

переключатель режимов, имеющий входную клемму, соединенную с шиной источника постоянного тока, а также выходную рабочую клемму и выходную стартерную клемму, связанную через схему включения системы, содержащую звено с запаздыванием, с разрешающим входом устройства управления электрической машиной и электрическим входом блока регулирования частоты вращения внешней кольцевой шестерни редуктора, причем вход звена с запаздыванием соединен с выходной стартерной клеммой переключателя режимов,a mode switch having an input terminal connected to the DC bus, as well as an output working terminal and an output starter terminal connected through a system turn-on circuit, containing a delayed link, with a permitting input of an electric machine control device and an electric input of an external speed control unit ring gear of the gearbox, and the input of the link with delay is connected to the output starter terminal of the mode switch,

блок регулирования частоты вращения внешней кольцевой шестерни редуктора выполнен с одним управляющим электрическим входом для ограничения момента, прикладываемого к этой шестерне при ее торможении, и одним разрешающим электрическим входом, к которому подключен выход звена с запаздыванием схемы включения системы, устройство управления электромагнитом выполнено в виде широтно-импульсного преобразователя, вход которого связан с выходом формирователя импульсов, вход которого является управляющим входом блока регулирования частоты вращения внешней кольцевой шестерни редуктора.the speed control unit of the outer ring gear of the gearbox is made with one control electric input to limit the moment applied to this gear when it is braking, and one allowing electric input to which the link output is connected with the delay of the system switching circuit, the electromagnet control device is made in the form of latitudinal -pulse converter, the input of which is connected to the output of the pulse shaper, the input of which is the control input of the frequency control unit ascheniya external annular pinion gear.

3. В устройстве по п.2 в блоке регулирования частоты вращения кольцевой шестерни устройство торможения выполнено в виде тормозной колодки, расположенной над внешней цилиндрической поверхностью кольцевой шестерни.3. In the device according to claim 2, in the block for controlling the frequency of rotation of the ring gear, the braking device is made in the form of a brake pad located above the outer cylindrical surface of the ring gear.

4. В устройстве по п.2 в редуктор введена дополнительная ступень планетарной передачи, включающая обгонную муфту и подвижную внешнюю кольцевую шестерню, которая неподвижно связана с внешней кольцевой шестерней первой ступени планетарной передачи и образует единую внешнюю кольцевую шестерню редуктора.4. In the device according to claim 2, an additional planetary gear stage is introduced into the gearbox, including an overrunning clutch and a movable external ring gear, which is fixedly connected to the external ring gear of the first planetary gear stage and forms a single external ring gear of the gearbox.

Существенные отличия для способа находят свое выражение в новой совокупности действий, а для устройства: по п.2 - в выполнении электрической схемы системы, по п.3 - в выполнении устройства торможения внешней кольцевой шестерни редуктора, по п.4 - в новой конструкции редуктора.Significant differences for the method are expressed in a new set of actions, and for the device: according to claim 2, in the implementation of the electrical circuit of the system, according to claim 3, in the implementation of the braking device of the outer ring gear of the gearbox, and according to claim 4, in the new design of the gearbox .

Совокупность существенных признаков изобретения позволяет достичь положительный эффект, заключающийся в уменьшении массы и габаритов стартер-генераторной системы.The set of essential features of the invention allows to achieve a positive effect, which consists in reducing the mass and dimensions of the starter-generator system.

В качестве конкретного выполнения стартер-генераторной системы приведен автомобильный стартер-генератор с транзисторным преобразователем частоты и асинхронной машиной, вал которой соединен через ременную передачу и планетарный редуктор, имеющий внешнюю кольцевую шестерню, с валом ДВС автомобиля.As a specific implementation of the starter-generator system, an automobile starter-generator with a transistor frequency converter and an asynchronous machine, the shaft of which is connected via a belt drive and a planetary gear having an external ring gear, to the ICE shaft of the car, is shown.

На фиг.1 изображена блок-схема стартер-генераторной системы с кинематической схемой редуктора. На фиг.2 изображено тормозное устройство внешней кольцевой шестерни редуктора. На фиг.3 показано расположение тормозного устройства в редукторе. На фиг.4 изображена стартер-генераторная система с устройствами управления и регулирования.Figure 1 shows a block diagram of a starter-generator system with a kinematic diagram of the gearbox. Figure 2 shows the braking device of the outer ring gear of the gearbox. Figure 3 shows the location of the brake device in the gearbox. Figure 4 shows the starter-generator system with control and regulation devices.

На фиг.1 показан стартер-генератор 1 с асинхронной машиной 2, обмотка статора которой подключена к шинам переменного тока устройства управления стартер-генераторной системой 3, шины постоянного тока которого связаны с одноименными шинами аккумуляторной батареи 4 и бортовой сетью автомобиля 5. Устройство управления 3 служит для регулирования частоты и напряжения на фазах статора машины 2, регулирования напряжения обмотки возбуждения (если используется синхронная машина), воздействия на коэффициент передачи механической части системы. На валу машины 2 расположен шкив 6, соединенный ремнем 7 со шкивом 8, расположенном на валу 9 редуктора 10.Figure 1 shows the starter-generator 1 with an asynchronous machine 2, the stator winding of which is connected to the AC buses of the control device of the starter-generator system 3, the DC bus of which is connected to the same bus tires of the battery 4 and the vehicle electrical system 5. Control device 3 serves to control the frequency and voltage at the phases of the stator of machine 2, control the voltage of the field winding (if a synchronous machine is used), and influence the transmission coefficient of the mechanical part of the system. On the shaft of the machine 2 there is a pulley 6 connected by a belt 7 to a pulley 8 located on the shaft 9 of the gearbox 10.

Редуктор 10 имеет две ступени. Он включает внешнюю кольцевую шестерню 11, общую для первой и второй ступеней, со встроенной обгонной муфтой 12, связывающей вал 9 с шестерней 11, подшипниковый узел 13 для вращения вала 9.The gearbox 10 has two stages. It includes an external ring gear 11, common to the first and second stages, with an integrated overrunning clutch 12 connecting the shaft 9 to the gear 11, a bearing assembly 13 for rotating the shaft 9.

Первая ступень планетарного редуктора включает, кроме шестерни 11, солнечную шестерню 14, закрепленную на валу 9, и сателлиты 15, связанные с водилом 16. Водило 16 соединено со второй солнечной шестерней 17, являющейся частью второй ступени редуктора. Вторая ступень редуктора включает также кольцевую шестерню 11, сателлиты 18 и водило 19, связанное с кольцевой шестерней 11 посредством обгонной муфты 20. Водило 19 соединено через упругую муфту 21 с валом 22 ДВС 23.The first stage of the planetary gear includes, in addition to gear 11, a sun gear 14, mounted on the shaft 9, and satellites 15 connected to the carrier 16. The carrier 16 is connected to the second sun gear 17, which is part of the second gear stage. The second gear stage also includes an annular gear 11, satellites 18 and a carrier 19, connected to the ring gear 11 by means of an overrunning clutch 20. The carrier 19 is connected through an elastic coupling 21 to the shaft 22 of the engine 23.

Устройство 24 регулирования частоты вращения кольцевой шестерни 11 электрически связано с устройством управления стартер-генераторной системой 3. Кольцевая шестерня вращается в подшипниковых узлах 25, 26.The device 24 for controlling the frequency of rotation of the ring gear 11 is electrically connected with the control device of the starter-generator system 3. The ring gear rotates in the bearing units 25, 26.

На фиг.2 изображено тормозное устройство 24 кольцевой шестерни 11, включающее корпус электромагнита 27, подвижную часть - шток 28, соединенный с тормозной колодкой 29, расположенной над внешней гладкой цилиндрической поверхностью кольцевой шестерни 11. Тормозная колодка 29 связана с корпусом редуктора 30 пружиной 31.Figure 2 shows the braking device 24 of the ring gear 11, including the housing of the electromagnet 27, the movable part is a rod 28 connected to the brake shoe 29 located above the outer smooth cylindrical surface of the ring gear 11. The brake shoe 29 is connected to the gear housing 30 by a spring 31.

На фиг.3 показано расположение тормозного устройства 24 кольцевой шестерни 11 в редукторе для случая выполнения его в виде двух аналогичных звеньев 24а, 24б, расположенных по диаметру редуктора.Figure 3 shows the location of the braking device 24 of the ring gear 11 in the gearbox for the case of performing it in the form of two similar links 24a, 24b located along the diameter of the gearbox.

На фиг.4 изображены: асинхронная машина 2, бортовая сеть (БС) 5, ременная передача (РП) 7, редуктор 10, ДВС 23. Показано также устройство управления стартер-генераторной системой, содержащее устройство управления асинхронной машиной 32 с управляющим входом 33, трехфазным выходом 34 и разрешающим входом 35. Устройство 32 включает микропроцессор (МП) 36, вход которого связан с выходами датчиков для частотного управления электрической машиной 2, вырабатывающих сигналы

, а выход, с сигналами управления

, - с входом формирователя импульсов (ФИП) 37 вентильного преобразователя (ВП) 38, выполненного по схеме автономного инвертора напряжения на транзисторных ключах с конденсатором фильтра 39. Выходы ФИП соединены с управляющими входами транзисторных ключей ВП 38.Figure 4 shows: an asynchronous machine 2, an on-board network (BS) 5, a belt drive (RP) 7, a gearbox 10, an internal combustion engine 23. A control device for a starter-generator system is also shown, comprising a control device for an asynchronous machine 32 with a control input 33, three-phase output 34 and enable input 35. The device 32 includes a microprocessor (MP) 36, the input of which is connected to the outputs of the sensors for frequency control of an electric machine 2 that generates signals

, and output, with control signals

, - with the input of the pulse shaper (FIP) 37 of the valve converter (VP) 38, made according to the scheme of an autonomous voltage inverter for transistor switches with a filter capacitor 39. The outputs of the FIP are connected to the control inputs of the transistor switches VP 38.

На фиг.4 показан блок 40 регулирования частоты вращения внешней кольцевой шестерни редуктора (с управляющим входом 41 и разрешающим электрическим входом 42), который включает выходное механическое устройство торможения (УТ) 43 кольцевой шестерни 11, состоящее из тормозной колодки 29 и пружины 31 (фиг.2), электромагнит 44, выводы катушки которого через устройство управления электромагнитом - широтно-импульсный преобразователь (ШИП) 45 (Бирзниекс Л.В. Импульсные преобразователи постоянного тока. М., 1974) связаны с одноименными шинами аккумуляторной батареи 4. Вход ШИП 45 связан с выходом формирователя импульсов (ФИ) 46, вход которого является управляющим входом блока 40.Figure 4 shows the block 40 for controlling the frequency of rotation of the outer ring gear of the gearbox (with control input 41 and enabling electric input 42), which includes an output mechanical braking device (UT) 43 of the ring gear 11, consisting of a brake shoe 29 and a spring 31 (Fig. .2), an electromagnet 44, the conclusions of the coil of which through a control device of an electromagnet are a pulse-width converter (ШИП) 45 (Birznieks L.V. Pulsed DC-DC converters. M., 1974) are connected with the batteries of the same name 4. Enter peu SHIP 45 connected to the output pulse shaper (FI) 46, whose input is a control input of unit 40.

На фиг.4 показан переключатель режимов 47, выполненный, например, в виде автомобильного ключа зажигания, имеющий входную клемму (в), соединенную с шиной источника постоянного тока, а также выходную рабочую клемму (р) и выходную стартерную (пусковую) клемму (п), связанную через схему включения системы 48 (с входом 49 и выходом 50) с разрешающим входом 42 блока 40 и разрешающим входом 35 устройства управления асинхронной машиной 32. При этом клемма (п) непосредственно соединена с входом 35, а с входом 42 через звено (схему) с запаздыванием (СЗ) 51.Figure 4 shows the mode switch 47, made, for example, in the form of a car ignition key, having an input terminal (c) connected to the DC bus, and also an output working terminal (p) and an output starter (starting) terminal (p ) connected through the system switching circuit 48 (with input 49 and output 50) with enable input 42 of unit 40 and enable input 35 of the control device of the asynchronous machine 32. In this case, terminal (p) is directly connected to input 35, and to input 42 via a link (diagram) with delay (SZ) 51.

Разрешающие входы блока 40 и устройства управления 32 могут быть выполнены как шины питания формирователей импульсов 37 и 46.The enable inputs of the block 40 and the control device 32 can be made as power buses of the pulse shapers 37 and 46.

На фиг.4 показан блок определения интенсивности торможения кольцевой шестерни 52, на вход которого подключен выход датчика 53 частоты вращения (скорости) кольцевой шестерни (ДС), расположенного в редукторе (Р) 10.Figure 4 shows the block for determining the braking intensity of the ring gear 52, the input of which is connected to the output of the sensor 53 of the rotational speed (speed) of the ring gear (DS) located in the gearbox (P) 10.

Этот блок осуществляет функцию:This block carries out the function:

u_вых=-Jdω_кш/dt,u _O = -Jdω _kw / dt,

где J - момент инерции вращающихся масс;where J is the moment of inertia of the rotating masses;

ω_кш - частота вращения кольцевой шестерни;ω _ksh - the frequency of rotation of the ring gear;

dω_кш/dt - ускорение кольцевой шестерни.dω _ksh / dt - acceleration of the ring gear.

Выход 54 блока 52 подключен на первый вход устройства сравнения 55. На второй вход устройства сравнения 55 подключен выход блока задания допустимого момента 56, а выход устройства суммирования через электронный регулятор (ЭР) 57 соединен с управляющим входом блока 40. Блоки 52-57 могут входить в состав микропроцессорного устройства 36.The output 54 of block 52 is connected to the first input of the comparison device 55. The output of the unit for setting the allowable moment 56 is connected to the second input of the comparison device 55, and the output of the summing device via an electronic controller (ER) 57 is connected to the control input of block 40. Blocks 52-57 can be input the composition of the microprocessor device 36.

Стартер-генераторная система с асинхронной машиной работает следующим образом.Starter-generator system with an asynchronous machine operates as follows.

При установке ключа 47 в положение "п" подается напряжение аккумуляторной батареи 4 на шину питания ФИП 37 преобразователя 33. Подаются импульсы управления на транзисторы преобразователя 38, МП 36 устанавливает пусковую частоту и пусковое напряжение статора асинхронной машины 2, ограничивающее токи через транзисторы преобразователя 38 на заданном уровне. СЗ 51 начинает отсчет времени. Блок 40 не работает, так как сигнал на его вход 42 с выхода СЗ не подается. Вал асинхронной машины 2 приходит во вращение, происходит управляемый частотный запуск машины 2. Она начинает вращать через ременную передачу 7 первую солнечную шестерню 14. Сателлиты 15 передают момент на кольцевую шестерню 11. Так как кольцевая шестерня 11 не заторможена, она приходит во вращение, начинает вращаться и водило 16 вместе со второй солнечной шестерней 17, передавая момент через сателлиты 18 на кольцевую шестерню 11.When the key 47 is set to the "p" position, the voltage of the battery 4 is supplied to the power bus FIP 37 of the converter 33. The control pulses are supplied to the transistors of the converter 38, MP 36 sets the starting frequency and starting voltage of the stator of the asynchronous machine 2, limiting the currents through the transistors of the converter 38 to given level. Sz 51 starts the countdown. Block 40 does not work, since the signal at its input 42 from the output of the SZ is not supplied. The shaft of the asynchronous machine 2 comes into rotation, a controlled frequency start of the machine 2 takes place. It starts to rotate the first sun gear 14 through the belt drive 7. The satellites 15 transmit the moment to the ring gear 11. Since the ring gear 11 is not braked, it comes into rotation, starts rotate and drove 16 together with the second sun gear 17, transmitting the moment through the satellites 18 to the ring gear 11.

Вал 22 ДВС 23 остается неподвижным, так как момент, прикладываемый к нему, недостаточен для его запуска. Кольцевая шестерня 11 увеличивает частоту вращения, которая в коэффициент редукции раз меньше, чем частота вращения вала 9. На вал асинхронной машины 2 действуют в основном динамические моменты, обусловленные вращающимися массами ременной передачи 7 и элементов редуктора. При увеличении частоты вращения вала 9 накапливается кинетическая энергия в роторе асинхронной машины 2, элементах ременной передачи 7 и вращающихся частях редуктора 10. После разгона вала 9 через 0,5-3 секунды после включения ключа в положение "п" схема с запаздыванием СЗ 51 выдает сигнал на включение блока 40, например подает напряжение на шину питания формирователя импульсов 46. ШИП 45 подает напряжение на катушку ЭМ 44. Сердечник ЭМ втягивается, шток 28 перемещает тормозную колодку 29 и прижимает ее с помощью пружины 31 к поверхности кольцевой шестерни 11, затормаживая ее вращение. При этом начинает увеличиваться тормозной момент, передаваемый с вала 22 ДВС 23 на вал машины 2. Вступают в работу первая и вторая ступени планетарного редуктора и момент на валу 22 ДВС увеличивается до величины в коэффициент передачи редуктора раз большей, чем момент на валу 9.The shaft 22 of the internal combustion engine 23 remains stationary, since the moment applied to it is insufficient to start it. The ring gear 11 increases the frequency of rotation, which is a factor of reduction less than the frequency of rotation of the shaft 9. On the shaft of the asynchronous machine 2, mainly dynamic moments act due to the rotating masses of the belt drive 7 and gear elements. With an increase in the rotational speed of the shaft 9, kinetic energy is accumulated in the rotor of the asynchronous machine 2, the belt drive elements 7 and the rotating parts of the gearbox 10. After accelerating the shaft 9, after 0.5-3 seconds after turning on the key to position “p”, the delay circuit SZ 51 gives the signal to turn on the unit 40, for example, supplies voltage to the power bus of the pulse shaper 46. SHIP 45 supplies voltage to the EM coil 44. The EM core is retracted, the rod 28 moves the brake shoe 29 and presses it using the spring 31 to the surface of the annular pole RNI 11, inhibiting its rotation. In this case, the braking torque transmitted from the shaft 22 of the internal combustion engine 23 to the shaft of the machine 2 begins to increase. The first and second stages of the planetary gearbox come into operation and the moment on the shaft 22 of the internal combustion engine increases to a value in the gear ratio of the gearbox times greater than the moment on the shaft 9.

Частоты вращения вала машины 2, РП 7 и вращающихся частей редуктора 10 несколько снижаются, кинетическая энергия, запасенная в ременной передаче 7, роторе асинхронной машины 2 и вращающихся частях редуктора 10, передается на вал 22 ДВС. Момент, обусловленный запасенной кинетической энергией, складывается с электромагнитным моментом асинхронной машины 2, который в режиме запуска ДВС близок к максимальному. За счет этого достигается значительное увеличение пускового момента на валу ДВС при небольших массогабаритных показателях асинхронной машины.The rotational speeds of the shaft of the machine 2, RP 7 and the rotating parts of the gearbox 10 are slightly reduced, the kinetic energy stored in the belt drive 7, the rotor of the asynchronous machine 2 and the rotating parts of the gearbox 10 is transmitted to the ICE shaft 22. The moment due to the stored kinetic energy is added to the electromagnetic moment of the asynchronous machine 2, which is close to the maximum in the internal combustion engine start mode. Due to this, a significant increase in the starting torque on the ICE shaft is achieved with small overall dimensions of the asynchronous machine.

Процесс торможения кольцевой шестерни 11 регулируется блоками 52-57 так, чтобы момент, прикладываемый к кольцевой шестерне 11 и элементам редуктора 10, не превосходил допустимого уровня, задаваемого блоком 56.The braking process of the ring gear 11 is controlled by blocks 52-57 so that the moment applied to the ring gear 11 and the elements of the gearbox 10 does not exceed the allowable level set by the block 56.

Так как пуск асинхронной машины 2 производится на холостом ходу без связи с ДВС, когда кольцевая шестерня 11 свободно вращается, ударные моменты, возникающие при включении напряжения на статор асинхронной машины 2, не велики и не приводят к увеличению массы и габаритов редуктора.Since the start of the asynchronous machine 2 is carried out at idle without communication with the internal combustion engine, when the ring gear 11 rotates freely, the shock moments that occur when voltage is turned on to the stator of the asynchronous machine 2 are not large and do not lead to an increase in the mass and dimensions of the gearbox.

После того как вал 22 ДВС 23 приходит во вращение, происходит управляемый частотный запуск и разгон ДВС 23 до номинальной скорости прокрутки. При этом МП 36 увеличивает с помощью вентильного преобразователя 32 частоту и напряжение статора асинхронной машины 2 таким образом, что ограничивает ток транзисторов вентильного преобразователя 33 на заданном уровне, определяемом из условий работы в режиме прокрутки ДВС.After the shaft 22 of the internal combustion engine 23 comes into rotation, there is a controlled frequency start and acceleration of the internal combustion engine 23 to the nominal scroll speed. In this case, the MP 36 increases with the help of the valve converter 32 the frequency and voltage of the stator of the asynchronous machine 2 in such a way that it limits the current of the transistors of the valve converter 33 at a predetermined level determined from the operating conditions in the internal combustion engine scroll mode.

Когда ДВС вступает в работу, ключ 47 устанавливают в положение (р). Блок 40 выключается, поэтому тормозная колодка 29 выходит из сцепления с поверхностью кольцевой шестерни 11 и возвращается в исходное положение. Момент с вала ДВС начинает передаваться через сателлиты на кольцевую шестерню 11, которая начинает свободно вращаться в направлении, противоположном вращению в стартерном режиме. Вступают в работу обгонные муфты 12 и 20, сцепляющие кольцевую шестерню 11 с валами 9 и 22. Коэффициент передачи редуктора 10 становится равным единице. Механическая мощность с вала ДВС передается на вал 9 и через ременную передачу 7 на вал асинхронной машины 2. При этом МП 36 под действием сигнала с клеммы (р) уменьшает частоту тока в обмотках статора асинхронной машины 2 до величины, меньшей частоты вращения ротора. Асинхронная машина 2 начинает работать в генераторном режиме, вырабатывает электроэнергию, поступающую через диоды обратного моста вентильного преобразователя частоты 33 на шины постоянного тока аккумуляторной батареи 4 и в бортовую сеть автомобиля 5.When the internal combustion engine comes into operation, the key 47 is set to position (p). Block 40 is turned off, so the brake shoe 29 disengages from the surface of the ring gear 11 and returns to its original position. The moment from the ICE shaft begins to be transmitted through the satellites to the ring gear 11, which begins to rotate freely in the opposite direction to the rotation in the starter mode. Overrunning clutches 12 and 20 are engaged, engaging the ring gear 11 with shafts 9 and 22. The gear ratio of the gearbox 10 becomes equal to unity. The mechanical power from the ICE shaft is transmitted to the shaft 9 and through a belt drive 7 to the shaft of the asynchronous machine 2. At the same time, the MP 36, under the action of the signal from the terminal (p), reduces the current frequency in the stator windings of the asynchronous machine 2 to a value lower than the rotor speed. Asynchronous machine 2 starts to work in the generator mode, generates electricity coming through the diodes of the reverse bridge of the frequency converter 33 to the DC buses of the battery 4 and to the on-board network of the car 5.

Таким образом, предложенная система со стартер-генератором и двигателем внутреннего сгорания позволяет снизить массу асинхронной машины за счет снижения ее расчетной мощности до мощности, определяемой режимом прокрутки ДВС, снизить массу и габариты вентильного преобразователя за счет снижения уровня пусковых токов, а также снизить массу и габариты редуктора за счет снижения воздействующих на его элементы моментов в период пуска.Thus, the proposed system with a starter-generator and an internal combustion engine allows to reduce the mass of an asynchronous machine by reducing its rated power to the power determined by the scroll mode of the internal combustion engine, to reduce the mass and dimensions of the valve converter by reducing the level of starting currents, and also to reduce the mass and the dimensions of the gearbox by reducing the moments acting on its elements during the start-up period.

Как показано, в предложенном техническом решении снижаются массы и габариты всех основных составляющих стартер-генераторной системы.As shown, in the proposed technical solution, the masses and dimensions of all the main components of the starter-generator system are reduced.

Claims

1. The method of controlling the starter-generator system with an internal combustion engine, an electric machine, on the shaft of which there is a pulley connected by a belt to a pulley located on the planetary gear shaft, including a movable external ring gear and at least one freewheel, and the carrier planetary gearbox is connected to the shaft of an internal combustion engine, in accordance with which first the outer ring gear of the gearbox is accelerated by an electric machine to a speed of rotation, in gear ratio and times less than the rotational speed of the planetary gearbox shaft, after which it is braked so that torque is transmitted to the shaft of the internal combustion engine, the rotational speed of the shaft of the internal combustion engine is increased to the nominal value, then the external ring gear of the planetary gearbox is braked, providing rotation transmission with shaft of the internal combustion engine to the outer ring gear of the planetary gearbox so that it starts to rotate freely, then the outer ring gear of the netarnogo interlock with gear shaft of the planetary gear and an internal combustion engine, providing the transmission of rotation through a belt drive on the shaft of the electrical machine.

2. A control device for the starter-generator system, including a direct current source, an electric machine with at least one electric winding and a shaft connected through a planetary gearbox, including at least one stage with a movable outer ring gear and an overrunning clutch, with the shaft of an internal combustion engine, a control device for an electric machine with a permitting input and at least one control input associated with the outputs of the sensors of its operation mode, providing control of rotation frequencies and voltage of the windings of an electric machine, the output of which is connected to the said windings of an electric machine, a speed control unit of the outer ring gear of the planetary gearbox with at least one electrical input, an electromagnet and an output mechanical braking device of the outer ring gear, a mode switch having an input terminal connected to the DC bus, as well as an output working terminal and an output starter terminal connected via an on-circuit comprising a link with a delay, with a permitting input of the control device of the electric machine and the electrical input of the speed control unit of the outer ring gear of the planetary gear reducer, characterized in that the output mechanical brake device of the external ring gear of the speed control unit of the outer ring gear of the planetary gear reducer is made in the form brake pads located above the outer cylindrical surface of the outer ring gear of the planetary gear the second one, the rotational speed control unit of the outer ring gear of the planetary gearbox is made with one control electric input and one enabling electric input, to which the link output is connected with the delay of the device switching circuit, the input of which is connected to the output starter terminal of the mode switch.

3. The device according to claim 2, characterized in that an additional stage of the planetary gearbox is introduced into the gearbox, including an overrunning clutch and a movable outer ring gear, which is fixedly connected to the outer ring gear of the first stage of the planetary gearbox and forms a single external ring gear of the planetary gearbox.