RU2321765C1 - Starter-generator - Google Patents

Starter-generator Download PDF

Info

Publication number
RU2321765C1
RU2321765C1 RU2006129052/06A RU2006129052A RU2321765C1 RU 2321765 C1 RU2321765 C1 RU 2321765C1 RU 2006129052/06 A RU2006129052/06 A RU 2006129052/06A RU 2006129052 A RU2006129052 A RU 2006129052A RU 2321765 C1 RU2321765 C1 RU 2321765C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
battery
starter
transistor
generator
phase
Prior art date
Application number
RU2006129052/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Иванович Малафеев (RU)
Сергей Иванович Малафеев
Владимир Алексеевич Шабаев (RU)
Владимир Алексеевич Шабаев
Original Assignee
Сергей Иванович Малафеев
Владимир Алексеевич Шабаев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сергей Иванович Малафеев, Владимир Алексеевич Шабаев filed Critical Сергей Иванович Малафеев
Priority to RU2006129052/06A priority Critical patent/RU2321765C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2321765C1 publication Critical patent/RU2321765C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

FIELD: automotive industry.
SUBSTANCE: starter-generator comprises two-phase rectifying inductive machine with electromagnetic asymmetry, transistor commutator made of the minimum number of switches. The main winding of each of two phases is connected with the power source through a transistor of the inverter. Each recuperating winding of two phases is connected with the power source through a diode of inverter.
EFFECT: simplified structure and reduced losses.
3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к электрооборудованию транспорта и предназначено для использования в автомобилестроении, авиастроении и судостроении, автономных генераторах напряжения, устройствах для испытаний двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и др. для запуска двигателей внутреннего сгорания и генерирования электроэнергии для нужд бортовой электрической сети.The present invention relates to electrical equipment of transport and is intended for use in the automotive industry, aircraft and shipbuilding, autonomous voltage generators, devices for testing internal combustion engines (ICE), etc. for starting internal combustion engines and generating electricity for the needs of an onboard electrical network.

Известен стартер-генератор, содержащий коллекторный двигатель постоянного тока, механическую передачу и генератор переменного тока с выпрямителем и обмоткой возбуждения на роторе, присоединенной через контактные кольца к устройству регулирования напряжения генератора, и механически подсоединенный к валу двигателя внутреннего сгорания через ременную передачу, ротор коллекторного двигателя в режиме работы его стартером соединен механически с маховиком вала двигателя внутреннего сгорания (Ютт В.Е. Электрооборудование автомобилей. - М., Транспорт, 1995. - 303 с.).Known starter generator comprising a DC collector motor, a mechanical transmission and an alternator with a rectifier and field winding on the rotor connected via contact rings to the voltage regulator of the generator, and mechanically connected to the shaft of the internal combustion engine through a belt drive, the rotor of the collector motor in operation, its starter is connected mechanically with the flywheel of the shaft of the internal combustion engine (Yutt V.E. Electrical equipment of cars. - M ., Transport, 1995 .-- 303 p.).

Недостатками этого устройства являются высокая сложность конструкции, обусловленная наличием двух электрических машин, механического редуктора, ременной передачи и маховика, большие потери энергии на трение в механической передаче, ограниченный срок службы шестерни зацепления стартера с маховиком двигателя внутреннего сгорания, низкая надежность элементов, главным образом, ременной передачи, соединяющей вал двигателя внутреннего сгорания с генератором и двигателя постоянного тока с щеточно-коллекторным узлом.The disadvantages of this device are the high complexity of the design, due to the presence of two electric machines, a mechanical gearbox, a belt drive and a flywheel, large losses of friction energy in a mechanical transmission, a limited service life of the gearing gear of the starter with the flywheel of the internal combustion engine, low reliability of the elements, mainly a belt drive connecting the shaft of an internal combustion engine to a generator and a DC motor with a brush-collector assembly.

Известны стартеры-генераторы, содержащие асинхронную машину, выводы трехфазной обмотки которой соединены с выводами трехфазного автономного инвертора напряжения, управляющие входы которого соединены с выходом блока автоматического управления, а электропитающий вход через дополнительный преобразователь постоянного тока подключен к выводам аккумулятора, вал асинхронной машины соединен через редуктор с валом двигателя внутреннего сгорания (Патент РФ №2173020, 2001, МПК Н02Р 9/44; F02N 11/04. Патент РФ №2150602, 2000, МПК F02N 11/04). В таких стартерах-генераторах используется одна асинхронная электрическая машина, работающая в двигательном режиме при запуске ДВС и генератором при работе ДВС.Known starters-generators containing an asynchronous machine, the terminals of a three-phase winding of which are connected to the terminals of a three-phase autonomous voltage inverter, the control inputs of which are connected to the output of the automatic control unit, and the power input through an additional DC / DC converter is connected to the battery terminals, the shaft of the asynchronous machine is connected via a gearbox with the shaft of an internal combustion engine (RF Patent No. 2173020, 2001, IPC Н02Р 9/44; F02N 11/04. RF Patent №2150602, 2000, IPC F02N 11/04). In such starter-generators, one asynchronous electric machine is used, operating in a motor mode when starting an internal combustion engine and a generator when operating an internal combustion engine.

Недостатками таких устройств являются сложность схемы электропитания асинхронного двигателя, содержащей трехфазный инвертор и дополнительный преобразователь постоянного тока, а также большие потери энергии и напряжения. Ток от аккумулятора до обмотки двигателя протекает через три последовательно соединенных транзисторных ключа (два ключа инвертора и ключ дополнительного преобразователя постоянного тока). При напряжении аккумуляторов транспортных средств 12...27 В и больших токах в режиме стартера мощность потерь на этих элементах соизмерима с мощностью стартера.The disadvantages of such devices are the complexity of the power supply circuit of an induction motor containing a three-phase inverter and an additional DC / DC converter, as well as large losses of energy and voltage. The current from the battery to the motor winding flows through three transistor switches connected in series (two keys of the inverter and the key of the additional DC / DC converter). When the voltage of the vehicle batteries is 12 ... 27 V and high currents in the starter mode, the power loss on these elements is commensurate with the power of the starter.

Из известных технических решений наиболее близким по достигаемому результату к предлагаемому устройству является стартер-генератор для двигателей внутреннего сгорания, содержащий вентильно-индукторную машину, ротор которой механически соединен с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания и датчиком положения, силовой коммутатор, датчики фазных токов, переключатель режимов «стартер-генератор», и блок управления, входы которого подключены к выходам датчика положения, датчиков фазных токов и переключателя режимов «стартер-генератор», а выходы соединены с управляющими входами силового коммутатора (Fahimi В., Emadi A., Sepe R.B. A Switched Reluctance Machine-Based Starter/Alternator for More Electric Cars / IEEE Transactions on energy conversion / Vol.19, No 1, March 2004. - P.116-124).Of the known technical solutions, the closest to the achieved result to the proposed device is a starter-generator for internal combustion engines, containing a valve-inductor machine whose rotor is mechanically connected to the crankshaft of the internal combustion engine and a position sensor, power switch, phase current sensors, mode switch “Starter-generator”, and a control unit, the inputs of which are connected to the outputs of the position sensor, phase current sensors and switch mode “starter-generator ator ”, and the outputs are connected to the control inputs of the power switch (Fahimi B., Emadi A., Sepe RB A Switched Reluctance Machine-Based Starter / Alternator for More Electric Cars / IEEE Transactions on energy conversion / Vol.19, No 1, March 2004 .-- P.116-124).

Недостатками этого устройства являются сложность схемы электропитания вентильно-индукторного двигателя (при применении трехфазного двигателя схема содержит шесть транзисторов и шесть диодов, а при использовании четырехфазного двигателя - восемь транзисторов и восемь диодов), а также большие потери энергии и напряжения в транзисторных ключах и диодах. При напряжении аккумулятора 12...27 В и больших токах в режиме стартера мощность потерь на этих элементах соизмерима с мощностью стартера.The disadvantages of this device are the complexity of the power supply circuit of the valve-induction motor (when using a three-phase motor, the circuit contains six transistors and six diodes, and when using a four-phase motor - eight transistors and eight diodes), as well as large losses of energy and voltage in the transistor switches and diodes. When the battery voltage is 12 ... 27 V and high currents in the starter mode, the power loss on these elements is commensurate with the power of the starter.

Цель предлагаемого изобретения - упрощение конструкции устройства и снижение потерь энергии в элементах системы управления.The purpose of the invention is to simplify the design of the device and reduce energy losses in the elements of the control system.

Поставленная цель достигается тем, что в известном стартере-генераторе для двигателей внутреннего сгорания, содержащем вентильно-индукторную машину, ротор которой механически соединен с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания и датчиком положения, силовой коммутатор, датчики токов, переключатель режимов «стартер-генератор», и блок управления, входы которого подключены к выходам датчика положения, датчиков токов и переключателя режимов «стартер-генератор», а выходы соединены с управляющими входами силового коммутатора, дополнительно вентильно-индукторная машина выполнена двухфазной с электромагнитной асимметрией, каждая фаза содержит две обмотки - основную и рекуперационную, силовой коммутатор содержит четыре транзисторных ключа и четыре диода, начала двух основных обмоток соединены вместе и через первый датчик тока подключены к положительному выводу аккумулятора, а концы через соответственно первый и второй транзисторные ключи соединены с отрицательным выводом аккумулятора, концы двух рекуперационных обмоток соединены вместе и через второй датчик тока подключены к положительному выводу аккумулятора, а начала через соответственно первый и второй диоды подключены к отрицательному выводу аккумулятора, конец первой основной обмотки через последовательно соединенные третий диод и третий транзисторный ключ подключен к положительному выводу аккумулятора, конец второй основной обмотки подключен через последовательно соединенные четвертый диод и четвертый транзисторный ключ к положительному выводу аккумулятора.This goal is achieved by the fact that in the known starter-generator for internal combustion engines, containing a valve-induction machine, the rotor of which is mechanically connected to the crankshaft of the internal combustion engine and a position sensor, power switch, current sensors, switch mode "starter-generator", and a control unit whose inputs are connected to the outputs of the position sensor, current sensors, and the “starter-generator” mode switch, and the outputs are connected to the control inputs of the power switch, The valve-inductor machine is made two-phase with electromagnetic asymmetry, each phase contains two windings - the main and recovery, the power switch contains four transistor switches and four diodes, the beginnings of the two main windings are connected together and through the first current sensor are connected to the positive terminal of the battery, and the ends through the first and second transistor switches respectively connected to the negative terminal of the battery, the ends of the two recovery windings are connected together and through the second sensor then but connected to the positive terminal of the battery, and the beginning through the first and second diodes respectively are connected to the negative terminal of the battery, the end of the first main winding is connected through a series-connected third diode and the third transistor switch to the positive terminal of the battery, the end of the second main winding is connected through a series-connected fourth diode and a fourth transistor switch to a positive terminal of the battery.

По сравнению с наиболее близким аналогичным техническим решением предлагаемое устройство имеет следующие новые признаки:Compared with the closest similar technical solution, the proposed device has the following new features:

- вентильно-индукторная машина выполнена двухфазной с электромагнитной асимметрией, каждая фаза содержит две обмотки - основную и рекуперационную;- valve-inductor machine is made of two-phase with electromagnetic asymmetry, each phase contains two windings - the main and recovery;

- силовой коммутатор содержит четыре транзисторных ключа и четыре диода;- the power switch contains four transistor switches and four diodes;

- начала двух основных обмоток соединены вместе и через первый датчик тока с положительным выводом аккумулятора, а концы через соответственно первый и второй транзисторные ключи соединены с отрицательным выводом аккумулятора, концы двух рекуперационных обмоток соединены вместе и через второй датчик тока подключены к положительному выводу аккумулятора, а начала через соответственно первый и второй диоды подключены к отрицательному выводу аккумулятора, конец первой основной обмотки через последовательно соединенные третий диод и третий транзисторный ключ подключен к положительному выводу аккумулятора, конец второй основной обмотки подключен через последовательно соединенные четвертый диод и четвертый транзисторный ключ к положительному выводу аккумулятора.- the beginnings of the two main windings are connected together and through the first current sensor with a positive battery terminal, and the ends through the first and second transistor switches respectively are connected to the negative battery terminal, the ends of the two recovery windings are connected together and through the second current sensor are connected to the positive battery terminal, and start through respectively the first and second diodes are connected to the negative terminal of the battery, the end of the first main winding through series-connected third diode and third The first transistor switch is connected to the positive terminal of the battery, the end of the second main winding is connected via a fourth diode and the fourth transistor switch connected in series to the positive terminal of the battery.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию «новизна».Therefore, the claimed technical solution meets the requirement of "novelty."

При реализации предлагаемого изобретения упрощается конструкция стартера-генератора за счет упрощения силовой части системы управления - транзисторный коммутатор содержит минимальное количество ключей - 4. Основная обмотка каждой из двух фаз подсоединяется к источнику питания через один транзистор инвертора, а каждая из рекуперационных обмоток двух фаз присоединяется к источнику питания через один диод инвертора,When implementing the invention, the design of the starter-generator is simplified by simplifying the power part of the control system - the transistor switch contains a minimum number of keys - 4. The main winding of each of the two phases is connected to the power source through one inverter transistor, and each of the recovery windings of the two phases is connected to power supply through one inverter diode,

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию «положительный эффект».Therefore, the claimed technical solution meets the requirement of "positive effect".

По каждому отличительному признаку проведен поиск известных технических решений в области электротехники, электропривода и электрооборудования транспортных средств.For each distinguishing feature, a search is made for known technical solutions in the field of electrical engineering, electric drive and electric equipment of vehicles.

Стартеры-генераторы, содержащие двухфазную вентильно-индукторную машину с магнитной асимметрией, каждая фаза которой содержит две обмотки - основную и рекуперационную, а силовой коммутатор содержит четыре транзисторных ключа и четыре диода, начала двух основных обмоток соединены вместе и через первый датчик тока подключены к положительному выводу аккумулятора, а концы через соответственно первый и второй транзисторные ключи соединены с отрицательным выводом аккумулятора, концы двух рекуперационных обмоток соединены вместе и через второй датчик тока подключены к положительному выводу аккумулятора, а начала через соответственно первый и второй диоды подключены к отрицательному выводу аккумулятора, конец первой основной обмотки через последовательно соединенные третий диод и третий транзисторный ключ подключен к положительному выводу аккумулятора, конец второй основной обмотки подключен через последовательно соединенные четвертый диод и четвертый транзисторный ключ к положительному выводу аккумулятора, в известных технических решениях не обнаружены.Starter-generators containing a two-phase valve-inductor machine with magnetic asymmetry, each phase of which contains two windings - the main and recovery, and the power switch contains four transistor switches and four diodes, the beginnings of two main windings are connected together and through the first current sensor are connected to the positive the battery terminal, and the ends through the first and second transistor switches respectively are connected to the negative battery terminal, the ends of the two recovery windings are connected together and through A second current sensor is connected to the positive terminal of the battery, and the beginning through the first and second diodes respectively are connected to the negative terminal of the battery, the end of the first main winding is connected through a series-connected third diode and the third transistor key to the positive terminal of the battery, the end of the second main winding is connected through series-connected the fourth diode and the fourth transistor switch to the positive terminal of the battery are not found in the known technical solutions.

Таким образом, указанные признаки обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие требованию «существенные отличия».Thus, these features provide the claimed technical solution according to the requirement of "significant differences".

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 приведена функциональная схема стартера-генератора, на фиг.2 показаны временные диаграммы его работы в режиме стартера, на фиг.3 приведены диаграммы работы в режиме генератора. На фиг.1 обозначено: 1 - переключатель режимов работы «стартер - генератор»; 2 - блок управления; 3 - силовой коммутатор, содержащий первый 4, второй 5, третий 6 и четвертый 7 транзисторные ключи, первый 8, второй 9, третий 10 и четвертый 11 диоды, 12 и 13 - первый и второй датчики токов, 14 - двухфазная вентильно-индукторная машина с электромагнитной асимметрией, содержащая ротор 15, первые основную 16 и рекуперационную 17 обмотки (фаза А), вторые основную 18 и рекуперационную 19 обмотки (фаза В); 20 - датчик положения; 21 - двигатель внутреннего сгорания; 22 - аккумулятор.The essence of the invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows the functional diagram of the starter-generator, figure 2 shows the timing diagrams of its operation in starter mode, figure 3 shows the diagrams of operation in generator mode. In figure 1 is indicated: 1 - switch mode "starter - generator"; 2 - control unit; 3 - power switch containing the first 4, second 5, third 6 and fourth 7 transistor switches, the first 8, second 9, third 10 and fourth 11 diodes, 12 and 13 - the first and second current sensors, 14 - two-phase valve-inductor machine with electromagnetic asymmetry, containing the rotor 15, the first main 16 and recovery winding 17 of the winding (phase A), the second main 18 and regenerative 19 of the winding (phase B); 20 - position sensor; 21 - an internal combustion engine; 22 - battery.

В предлагаемом стартер-генераторе вентильно-индукторная машина 3 выполнена двухфазной с электромагнитной асимметрией, каждая фаза (А и В) содержит две обмотки - основную (16 и 18) и рекуперационную (17 и 19), ротор 15 вентильно-индукторной машины 14 механически соединен с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания 21 и датчиком положения 20, силовой коммутатор 3 содержит четыре транзисторных ключа 4-7 и четыре диода 8-11, начала двух основных обмоток 16 и 18 соединены вместе и через первый датчик тока 12 подключены к положительному выводу аккумулятора 22, а концы через соответственно первый 4 и второй 5 транзисторные ключи соединены с отрицательным выводом аккумулятора 22, концы двух рекуперационных обмоток 17 и 19 соединены вместе и через второй датчик тока 13 подключены к положительному выводу аккумулятора 22, а начала через соответственно первый 8 и второй 9 диоды подключены к общему выводу аккумулятора 22, конец первой основной обмотки 16 через последовательно соединенные третий диод 10 и третий транзисторный ключ 6 подключен к положительному выводу аккумулятора 22, конец второй основной обмотки 18 подключен через последовательно соединенные четвертый диод 11 и четвертый транзисторный ключ 7 к положительному выводу аккумулятора 22.In the proposed starter-generator valve-inductor machine 3 is made of two-phase with electromagnetic asymmetry, each phase (A and B) contains two windings - the main (16 and 18) and recovery (17 and 19), the rotor 15 of the valve-inductor machine 14 is mechanically connected with the crankshaft of the internal combustion engine 21 and the position sensor 20, the power switch 3 contains four transistor switches 4-7 and four diodes 8-11, the beginning of the two main windings 16 and 18 are connected together and the battery is connected to the positive terminal through the first current sensor 12 22, and the ends through the first 4 and second 5 transistor switches are connected to the negative terminal of the battery 22, the ends of the two recovery windings 17 and 19 are connected together and through the second current sensor 13 are connected to the positive terminal of the battery 22, and the beginning through the first 8 and second respectively 9 diodes are connected to the common terminal of the battery 22, the end of the first main winding 16 is connected through a third diode 10 and the third transistor switch 6 connected to the positive terminal of the battery 22, the end of the second main the slots 18 are connected through a fourth diode 11 and a fourth transistor switch 7 connected in series to the positive terminal of the battery 22.

Диаграммы работы стартера-генератора в режиме стартера показаны на фиг.2, где обозначено: LA - индуктивность основной обмотки фазы А; LB - индуктивность основной обмотки фазы В; Lмин, Lмакс - минимальное и максимальное значения индуктивности; uб4, uб6, uб5, uб7 - управляющие напряжения на входах транзисторных ключей соответственно 4, 6, 5, 7; i16, i17, i18, i19 - токи обмоток соответственно 16, 17, 18 и 19; θ - угол поворота вала.The operation diagrams of the starter-generator in the starter mode are shown in figure 2, where it is indicated: L A - inductance of the main winding of phase A; L B - inductance of the main winding of phase B; L min , L max - minimum and maximum values of inductance; u b4 , u b6 , u b5 , u b7 - control voltages at the inputs of transistor switches, respectively 4, 6, 5, 7; i 16 , i 17 , i 18 , i 19 are the currents of the windings, respectively 16, 17, 18 and 19; θ is the angle of rotation of the shaft.

Стартер-генератор в режиме стартера работает следующим образом. Переключатель режимов работы 1 установлен в положение С («стартер»). Блок управления формирует импульсы управления для транзисторных ключей 4, 5, 6 и 7 в соответствии с сигналами датчика положения ротора 20 таким образом, что включение транзисторного ключа соответствующей фазы происходит при рассогласованном положении ротора. Транзисторный ключ 4 (фаза А) при 0≤θ≤θ1 открыт, ток от аккумулятор протекает через основную обмотку 16. Механический момент, развиваемый фазой А, равенThe starter-generator in the starter mode operates as follows. The operating mode switch 1 is set to position C ("starter"). The control unit generates control pulses for the transistor switches 4, 5, 6, and 7 in accordance with the signals of the rotor position sensor 20 in such a way that the transistor switch of the corresponding phase is switched on when the rotor is in an inconsistent position. The transistor switch 4 (phase A) at 0≤θ≤θ 1 is open, the current from the battery flows through the main winding 16. The mechanical moment developed by phase A is

Figure 00000002
, т.к.
Figure 00000003
.
Figure 00000002
because
Figure 00000003
.

При этом

Figure 00000004
,Wherein
Figure 00000004
,

где Е - напряжение аккумулятора;where E is the battery voltage;

Δu4 - падение напряжения на открытом ключе 4;Δu 4 - voltage drop on the open key 4;

r16 - активное сопротивление первой основной обмотки 16.r 16 is the active resistance of the first main winding 16.

При θ1≤θ≤θ2 транзисторный ключ 4 (фаза А) открыт, ток от аккумулятора протекает через основную обмотку 16. При этомWhen θ 1 ≤θ≤θ 2 transistor switch 4 (phase A) is open, the current from the battery flows through the main winding 16. In this case

Figure 00000005
;
Figure 00000006
.
Figure 00000005
;
Figure 00000006
.

При этом МA>0 и

Figure 00000007
, ток i16 и момент МA возрастают при увеличении угла θ.Moreover, M A > 0 and
Figure 00000007
, current i 16 and moment M A increase with increasing angle θ.

При θ2≤θ≤θ6 фаза А работает в режиме токоограничения. Транзисторные ключи 4 и 6 (фаза А) переключаются в соответствии с сигналами блока управления 2. При включенных транзисторных ключах 4 и 6 эдс самоиндукции фазы А замыкается через обмотку 16, датчик тока 12, диод 10 и открытый транзистор 6. При этомWith θ 2 ≤θ≤θ 6, phase A operates in current limiting mode. The transistor switches 4 and 6 (phase A) are switched in accordance with the signals of the control unit 2. When the transistor switches 4 and 6 are switched on, the self-induction emf of phase A is closed through the winding 16, the current sensor 12, diode 10 and the open transistor 6.

Figure 00000008
,
Figure 00000008
,

где Δu6 - падение напряжения на открытом транзисторе 6;where Δu 6 is the voltage drop across the open transistor 6;

Δu10 - падение напряжения на диоде 10.Δu 10 - voltage drop across the diode 10.

Ток i16 уменьшается, энергия

Figure 00000009
, накопленная в индуктивности, преобразуется в механическую работу, совершаемую двигателем, а также частично рассеивается в активном сопротивлении r16 обмотки и транзисторном ключе 4. При этом момент МA>0.Current i 16 decreases, energy
Figure 00000009
accumulated in the inductance is converted into mechanical work performed by the motor, and is also partially dissipated in the active resistance r 16 of the winding and the transistor key 4. In this case, the moment M A > 0.

При открытом транзисторном ключе 4 и закрытом транзисторном ключе 6 процессы аналогичны процессам, происходящим при θ1≤θ≤θ2.When the transistor key 4 is open and the transistor key 6 is closed, the processes are similar to those occurring when θ 1 ≤θ≤θ 2 .

При θ6≤θ≤θ8 транзисторные ключи 4 и 6 закрыты, диод 8 открыт. При этомWhen θ 6 ≤θ≤θ 8, the transistor switches 4 and 6 are closed, the diode 8 is open. Wherein

Figure 00000010
,
Figure 00000010
,

где Δu8 - падение напряжения на диоде 8.where Δu 8 is the voltage drop across the diode 8.

Ток первой рекуперационной обмотки i5 уменьшается. При этом происходит рекуперация энергии

Figure 00000011
индуктивного накопителя фазы в аккумулятор 22 и, следовательно, подзаряд аккумулятора 22. Ток i17 рекуперационной обмотки при этом уменьшается, моментThe current of the first recovery winding i 5 decreases. In this case, energy recovery
Figure 00000011
the inductive phase accumulator into the accumulator 22 and, therefore, the recharge of the accumulator 22. The current i 17 of the regenerative winding decreases, the moment

Figure 00000012
.
Figure 00000012
.

При θ8≤θ≤θ9 транзисторные ключи 4 и 6 закрыты, диод 8 открыт.When θ 8 ≤θ≤θ 9, the transistor switches 4 and 6 are closed, the diode 8 is open.

При этомWherein

Figure 00000013
, т.к. LA=const;
Figure 00000013
because L A = const;

МA=0;M A = 0;

Figure 00000014
.
Figure 00000014
.

Ток i17 рекуперационной обмотки 17 при этом уменьшается, энергия, накопленная в индуктивности, переходит в аккумулятор 22.The current i 17 of the recovery winding 17 is reduced, the energy stored in the inductance is transferred to the battery 22.

Процессы, происходящие в фазе В, аналогичны, но происходят со сдвигом на угол θ=θ6.The processes occurring in phase B are similar, but occur with an angle shift θ = θ 6 .

Датчики тока 13 и 14 формируют сигналы, пропорциональные токам основных и рекуперационных обмоток, которые поступают на входы блока управления 2. Блок управления 2 в зависимости от значений этих сигналов выполняет коррекцию углов включения транзисторных ключей и ограничивает токи обмоток фаз А и В в режиме максимальной мощности.The current sensors 13 and 14 generate signals proportional to the currents of the main and recovery windings, which are fed to the inputs of the control unit 2. The control unit 2, depending on the values of these signals, corrects the switching angles of the transistor switches and limits the currents of the windings of phases A and B in maximum power mode .

На фиг.3 показаны графики работы стартера-генератора в режиме генератора. В этом режиме работа устройства происходит следующим образом. Переключатель режимов работы 1 установлен в положение Г («генератор»). Блок управления 2 формирует импульсы управления для транзисторных ключей 4, 5, 6 и 7 в соответствии с сигналами датчика положения ротора 20 таким образом, что включение транзисторного ключа соответствующей фазы происходит при положении ротора, близком к согласованному.Figure 3 shows the graphs of the starter-generator in generator mode. In this mode, the operation of the device is as follows. The mode switch 1 is set to position G ("generator"). The control unit 2 generates control pulses for the transistor switches 4, 5, 6 and 7 in accordance with the signals of the rotor position sensor 20 so that the transistor switch of the corresponding phase is switched on when the rotor position is close to the agreed one.

При θ8≤θ≤θ9 транзисторный ключ 4 открыт.Ток i16 протекает от аккумулятора 22 через датчик тока 13, основную обмотку фазы А и транзисторный ключ 4. При этом LA=const;

Figure 00000015
;When θ 8 ≤θ≤θ 9, the transistor switch 4 is open. Current i 16 flows from the battery 22 through the current sensor 13, the main winding of phase A and the transistor switch 4. In this case, L A = const;
Figure 00000015
;

Figure 00000016
.
Figure 00000016
.

Ток в обмотке 16 возрастает, при этом происходит накопление энергии в индуктивности обмотки фазы А, т.е. начальное возбуждение генератора.The current in the winding 16 increases, while there is an accumulation of energy in the inductance of the phase A winding, i.e. initial excitation of the generator.

При θ9≤θ≤θ10 транзисторный ключ 4 закрыт, а транзисторный ключ открыт. При этом

Figure 00000017
;
Figure 00000018
;
Figure 00000019
. Это означает, что генератор является нагрузкой для двигателя внутреннего сгорания. Механическая энергия от двигателя внутреннего сгорания за счет уменьшения индуктивности вызывает увеличение тока i16.When θ 9 ≤θ≤θ 10, the transistor switch 4 is closed, and the transistor switch is open. Wherein
Figure 00000017
;
Figure 00000018
;
Figure 00000019
. This means that the generator is the load for the internal combustion engine. Mechanical energy from an internal combustion engine due to a decrease in inductance causes an increase in current i 16 .

При этом

Figure 00000020
.Wherein
Figure 00000020
.

Так как энергия в индуктивном накопителе пропорциональна величине этой индуктивности и квадрату тока, то при линейном уменьшении индуктивности происходит увеличение тока пропорционально квадрату индуктивности, в результате чего энергия, накапливаемая в индуктивности, увеличивается. Благодаря этому возбуждение генератора осуществляется в основном за счет механической энергии двигателя внутреннего сгорания и только частично за счет аккумулятора.Since the energy in the inductive storage is proportional to the value of this inductance and the square of the current, with a linear decrease in inductance, the current increases in proportion to the square of the inductance, as a result of which the energy stored in the inductance increases. Due to this, the excitation of the generator is carried out mainly due to the mechanical energy of the internal combustion engine and only partially due to the battery.

При θ10≤θ≤θ12 все транзисторные ключи закрыты, а диод 8 открыт.When θ 10 ≤θ≤θ 12 all transistor switches are closed, and the diode 8 is open.

При этом

Figure 00000017
;
Figure 00000018
;
Figure 00000019
.Wherein
Figure 00000017
;
Figure 00000018
;
Figure 00000019
.

Ток, протекающий по рекуперационной обмотке 17 фазы А, заряжает аккумулятор. При этомThe current flowing through the recovery winding 17 of phase A charges the battery. Wherein

Figure 00000021
.
Figure 00000021
.

Заряд аккумулятора происходит за счет энергии, запасенной в индуктивности, и за счет механической работы, совершаемой двигателем внутреннего сгорания.The battery is charged due to the energy stored in the inductance and due to the mechanical work performed by the internal combustion engine.

При θ12≤θ≤θ13 все транзисторные ключи закрыты.When θ 12 ≤θ≤θ 13 all transistor switches are closed.

При этом

Figure 00000022
;
Figure 00000023
;
Figure 00000024
;Wherein
Figure 00000022
;
Figure 00000023
;
Figure 00000024
;

Figure 00000025
.
Figure 00000025
.

Энергия, запасенная в индуктивном накопителе, обеспечивает заряд аккумулятора.The energy stored in the inductive storage provides battery power.

Процессы в фазе В аналогичны, но происходят со сдвигом по отношению к фазе А на угол θ=θ6.The processes in phase B are similar, but occur with a shift with respect to phase A by an angle θ = θ 6 .

Таким образом, использование в стартере-генераторе для двигателей внутреннего сгорания, содержащем вентильно-индукторную машину, ротор которой механически соединен с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания и датчиком положения, силовой коммутатор, датчики фазных токов, переключатель режимов «стартер-генератор» и блок управления, входы которого подключены к выходам датчика положения, датчиков фазных токов и переключателя режимов «стартер-генератор», а выходы соединены с управляющими входами силового коммутатора, дополнительно двухфазной вентильно-индукторной машины с магнитной асимметрией, каждая фаза которой содержит две обмотки - основную и рекуперационную, а силовой коммутатор содержит четыре транзисторных ключа и четыре диода, начала двух основных обмоток соединены вместе и через первый датчик тока подключены к положительному выводу аккумулятора, а концы через соответственно первый и второй транзисторные ключи соединены с отрицательным выводом аккумулятора, концы двух рекуперационных обмоток соединены вместе и через второй датчик тока подключены к положительному выводу аккумулятора, а начала через соответственно первый и второй диоды подключены к отрицательному выводу аккумулятора, конец первой основной обмотки через последовательно соединенные третий диод и третий транзисторный ключ подключен к положительному выводу аккумулятора, конец второй основной обмотки подключен через последовательно соединенные четвертый диод и четвертый транзисторный ключ к положительному выводу аккумулятора, позволяет упростить конструкцию устройства и снизить потери энергии в элементах системы управления.Thus, the use in a starter-generator for internal combustion engines containing a valve-inductor machine, the rotor of which is mechanically connected to the crankshaft of the internal combustion engine and a position sensor, a power switch, phase current sensors, a "starter-generator" mode switch and a control unit the inputs of which are connected to the outputs of the position sensor, phase current sensors, and the “starter-generator” mode switch, and the outputs are connected to the control inputs of the power switch, additional but a two-phase valve-induction machine with magnetic asymmetry, each phase of which contains two windings - the main and recovery, and the power switch contains four transistor switches and four diodes, the beginnings of two main windings are connected together and through the first current sensor are connected to the positive terminal of the battery, and the ends through respectively the first and second transistor switches are connected to the negative terminal of the battery, the ends of the two recovery windings are connected together and through the second current sensor are connected to to the positive terminal of the battery, and the beginning through respectively the first and second diodes are connected to the negative terminal of the battery, the end of the first main winding is connected through a series-connected third diode and the third transistor key to the positive terminal of the battery, the end of the second main winding is connected through a series-connected fourth diode and fourth transistor the key to the positive conclusion of the battery allows you to simplify the design of the device and reduce energy loss in the elements of the system s management.

Использование предлагаемого технического решения в автомобилях обеспечит повышение эффективности и качества работы стартер-генераторного устройства.Using the proposed technical solution in automobiles will provide increased efficiency and quality of operation of the starter-generator device.

Claims (1)

Стартер-генератор для двигателей внутреннего сгорания, содержащий вентильно-индукторную машину, ротор которой механически соединен с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания и датчиком положения, силовой коммутатор, датчики токов, переключатель режимов «стартер-генератор» и блок управления, входы которого подключены к выходам датчика положения, датчиков токов и переключателя режимов «стартер-генератор», а выходы соединены с управляющими входами силового коммутатора, отличающийся тем, что дополнительно вентильно-индукторная машина выполнена двухфазной с электромагнитной асимметрией, каждая фаза содержит две обмотки - основную и рекуперационную, силовой коммутатор содержит четыре транзисторных ключа и четыре диода, начала двух основных обмоток соединены вместе и через первый датчик тока подключены к положительному выводу аккумулятора, а концы через соответственно первый и второй транзисторные ключи соединены с отрицательным выводом аккумулятора, концы двух рекуперационных обмоток соединены вместе и через второй датчик тока подключены к положительному выводу аккумулятора, а начала через соответственно первый и второй диоды подключены к отрицательному выводу аккумулятора, конец первой основной обмотки через последовательно соединенные третий диод и третий транзисторный ключ подключен к положительному выводу аккумулятора, конец второй основной обмотки подключен через последовательно соединенные четвертый диод и четвертый транзисторный ключ к положительному выводу аккумулятора.A starter-generator for internal combustion engines, comprising a valve-induction machine, the rotor of which is mechanically connected to the crankshaft of the internal combustion engine and a position sensor, a power switch, current sensors, a "starter-generator" mode switch and a control unit whose inputs are connected to the outputs position sensors, current sensors and a switch mode "starter-generator", and the outputs are connected to the control inputs of the power switch, characterized in that it is additionally a valve-inductor the machine is made two-phase with electromagnetic asymmetry, each phase contains two windings - the main and recovery, the power switch contains four transistor switches and four diodes, the beginning of two main windings are connected together and through the first current sensor are connected to the positive terminal of the battery, and the ends through the first and the second transistor switches are connected to the negative terminal of the battery, the ends of the two recovery windings are connected together and through the second current sensor are connected to the positive the output of the battery, and the beginning through the first and second diodes respectively are connected to the negative terminal of the battery, the end of the first main winding is connected through a series-connected third diode and the third transistor key to the positive terminal of the battery, the end of the second main winding is connected through a series-connected fourth diode and fourth transistor switch to the positive terminal of the battery.
RU2006129052/06A 2006-08-10 2006-08-10 Starter-generator RU2321765C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006129052/06A RU2321765C1 (en) 2006-08-10 2006-08-10 Starter-generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006129052/06A RU2321765C1 (en) 2006-08-10 2006-08-10 Starter-generator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2321765C1 true RU2321765C1 (en) 2008-04-10

Family

ID=39366790

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006129052/06A RU2321765C1 (en) 2006-08-10 2006-08-10 Starter-generator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2321765C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2543442C2 (en) * 2011-06-03 2015-02-27 Форд Глобал Технолоджис, ЛЛК Vehicle electrical drive control system
WO2020191218A1 (en) * 2019-03-19 2020-09-24 Airborne Motors, Llc Electric circulatory leverage drive method and apparatus
US10892673B2 (en) 2018-07-27 2021-01-12 Airborne Motor Works Inc. Thrust producing split flywheel gyroscope method and apparatus
US11230386B2 (en) 2018-08-26 2022-01-25 Airborne Motor Works Inc. Electromagnetic gyroscopic stabilizing propulsion system method and apparatus
US11506178B2 (en) 2020-02-28 2022-11-22 Airborne Motor Works Inc. Friction limiting turbine generator gyroscope method and apparatus
US11883345B2 (en) 2019-01-20 2024-01-30 Airborne Motors, Llc Medical stabilizer harness method and apparatus

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FAHIMI В., EMADI A., SEPE R.B. A Switched Reluctance Machine-Based Starter/Alternator for More Electric Cars. IEEE Transactions on energy conversion. Vol.19, No 1, March 2004, р.116-124. *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2543442C2 (en) * 2011-06-03 2015-02-27 Форд Глобал Технолоджис, ЛЛК Vehicle electrical drive control system
US10892673B2 (en) 2018-07-27 2021-01-12 Airborne Motor Works Inc. Thrust producing split flywheel gyroscope method and apparatus
US11230386B2 (en) 2018-08-26 2022-01-25 Airborne Motor Works Inc. Electromagnetic gyroscopic stabilizing propulsion system method and apparatus
US11760496B2 (en) 2018-08-26 2023-09-19 Airborne Motor Works Inc. Electromagnetic gyroscopic stabilizing propulsion system method and apparatus
US11883345B2 (en) 2019-01-20 2024-01-30 Airborne Motors, Llc Medical stabilizer harness method and apparatus
WO2020191218A1 (en) * 2019-03-19 2020-09-24 Airborne Motors, Llc Electric circulatory leverage drive method and apparatus
EP3942679A4 (en) * 2019-03-19 2022-12-14 Airborne Motors, LLC Electric circulatory leverage drive method and apparatus
US11506178B2 (en) 2020-02-28 2022-11-22 Airborne Motor Works Inc. Friction limiting turbine generator gyroscope method and apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8245802B2 (en) Automotive hybrid engine assist system
Schofield et al. Generator operation of a switched reluctance starter/generator at extended speeds
US8143824B2 (en) Regenerating braking system including synchronous motor with field excitation and control method thereof
US4825139A (en) Electric power supply unit, in particular for a motor vehicle, and an electric rotary machine for such a unit
US7352143B2 (en) Interface circuit, power conversion device, and vehicle-mounted electric machinery system
JP4089909B2 (en) Automotive power equipment
EP1764899B1 (en) Starter generator for vehicle
US6815934B2 (en) Induction generator power supply
RU2321765C1 (en) Starter-generator
US6840045B2 (en) Compound engine dynamo-electric machine
US20100085787A1 (en) System and method for powering a hybrid electric vehicle
WO2001021431A1 (en) Dynamotor of hybrid vehicle, and method of control thereof
US10960769B2 (en) Onboard charging apparatus
JP4478185B2 (en) Engine starter for vehicle
Del Ferraro et al. Axial-flux PM starter/alternator machine with a novel mechanical device for extended flux weakening capabilities
Youssef Multiphase interleaved bidirectional DC/DC converter for fuel cell/battery powered electric vehicles
KR101713666B1 (en) Vehicle power managing apparatus
RU2555746C1 (en) Converter assembly for propulsion plant with combustion engine and electromechanical transmission
Spillane et al. Supervisory control of a HV integrated starter-alternator with ultracapacitor support within the 42 V automotive electrical system
Khan Power electronics in automotive electrical systems
JP5241761B2 (en) Vehicle power supply system
CN104767466A (en) Starting power generation system capable of achieving automatic winding switching
WO2023166683A1 (en) Power system including engine generator
JP5094748B2 (en) Actuator device for internal combustion engine
JP5656488B2 (en) In-vehicle power supply

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080811