[发明专利]一种汽车用可变绕组起动发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽车用可变绕组起动发电机，属于汽车电机与电器技术领域。

背景技术

起动发电机既能当作电动机运行起动发动机，又能作为发电机运行为用电设备供电，是混合动力汽车、怠速停机汽车等新型节能汽车的关键部件。随着汽车技术的发展，起动发电机技术越来越多的应用于汽车上。

但是达尔文指出：适者生存。只有既适应起动环境又适应发电环境的起动发电机才具有竞争力。以传统的汽油发动机为例，发动机的起动转速为200r/min左右,而起动后发动机的怠速转速为700r/min左右，起动后正常转速为1500r/min以上。电机是依靠感应电动势（或反电势）进行机电能量转换的，而不同转速下电机的感应电动势（或反电势）不同，这就不能适应恒定电压的汽车电源。因此，如果发明一种可变绕组的起动发电机，在起动状态和发电状态采用不同的绕组，即能使起动发电机在两种状态下都能发挥最佳性能。

在已有的技术中，开关磁阻电机和电励磁双凸极电机已被设计用来作为起动发电机。开关磁阻电机低速转矩大，适合作为起动机等电动机运行。但其作为发电机运行时需要利用电枢绕组通电励磁，因此其发电状态时是脉冲输出，需要成本较高的整流滤波电路。电励磁双凸极电机具有单独的励磁绕组，可以很方便的通过调节励磁电流的大小来保持输出电压的稳定。但在电动运行时，其能量转化效率和功率密度小于开关磁阻电机。

目前公开的技术中，电励磁双凸极电机的励磁绕组都是跨多个定子极绕制的。例如申请号为201110062872.7的中国发明专利：四相双凸极电机，公开了一种单元电机为8/6结构的四相双凸极电机，其定子上每隔4个凸极齿槽内嵌绕励磁绕组或安放永磁磁钢，每个定子的凸极齿上分别套装有集中电枢绕组。授权的专利CN201120430138.7：一种四相双凸极电机，也公开了一种8/6极结构，定子上每隔4个凸极齿槽内装有嵌绕励磁绕组的电励磁双凸极电机。这会造成不同的定子极上的电枢线圈磁通量幅值大小不一致。

本发明提出了一种能综合利用开关磁阻起动机和电励磁双凸极发电机优点的起动发电机，其每个定子极上都安装有电枢绕组和励磁绕组。其中的励磁绕组在起动时串入电枢绕组使起动发电机可以作为开关磁阻起动机运行，这使得起动时电枢绕组匝数多，能适应低速起动的运行环境。在高速发电运行时，电枢绕组匝数少，而励磁绕组匝数多，因此励磁绕组能方便的提供足够的励磁磁场，且电枢绕组内阻小、可承载电流大、感应电动势不至于过高、电枢反应小。

目前申请人经国内外检索，尚未检索到本发明所涉及的在起动和发电时分别使电机绕组变换不同的连接形式和匝数、并且在发电运行时每极都配置励磁绕组的可变绕组起动发电机。

发明内容

本发明针对目前起动发电机不能在低速起动和高速发电两种状态下都具备较高的性能这一缺陷，提出了一种汽车用可变绕组起动发电机， 

本发明另一目的通过在每个定子极上配置励磁绕组来解决传统电励磁发电机各相磁通量幅值难以相等的问题。

本发明采用如下技术方案：

一种汽车用可变绕组起动发电机，包括转子铁心、定子铁心、线圈、轴和外壳等，其特征在于：转子铁心和定子铁心皆为凸极式结构，每个定子极都有一个m匝和一个n匝的集中式线圈，分别称为m匝的线圈和n匝的线圈，m和n都是自然数且m<n，同一极上的两个线圈绕向相同，但相邻极上的线圈绕向相反。

当所述汽车用可变绕组起动发电机作为起动机运行时，切换开关将相位相同的定子极上的所有线圈串联组成一相电枢绕组，各相电枢绕组接带有体二极管不对称半桥变换器后便可以依据开关磁阻电动机的工作原理运行。

当所述汽车用可变绕组起动发电机作为发电机运行时，所有定子极上的n匝的线圈串联组成励磁绕组，相位相同的定子极上的m匝的线圈串联或并联组成一相电枢绕组，所述汽车用可变绕组起动发电机以电励磁双凸极发电机模式发电运行，控制励磁绕组的电流的大小便可以调节气隙磁场的大小。

所述带有体二极管的不对称半桥变换器与开关磁阻电机用的传统不对称半桥变换器不同，其每个功率管上都有体二极管；当所述汽车用可变绕组起动发电机作为起动机运行时，所述体二极管无电流通过；当所述汽车用可变绕组起动发电机作为发电机运行时，所述体二极管和不对称半桥变换器上的续流二极管组成整流桥对所述汽车用可变绕组起动发电机进行整流。

如上所述一种汽车用可变绕组起动发电机，其m匝的线圈直径大于n匝的线圈直径。