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CN104604107A - 谐振电机系统 - Google Patents

谐振电机系统 Download PDF

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CN104604107A
CN104604107A CN201480001907.8A CN201480001907A CN104604107A CN 104604107 A CN104604107 A CN 104604107A CN 201480001907 A CN201480001907 A CN 201480001907A CN 104604107 A CN104604107 A CN 104604107A
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China
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motor
resonant
resonant motor
capacitor
transistors
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CN201480001907.8A
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加藤幸祐
三好章洋
大场光义
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TBK Co Ltd
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TBK Co Ltd
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Abstract

本发明的谐振电机系统具有：谐振电机，具有谐振电路，该谐振电路包括磁性线圈、和电容器，用来当谐振电机由发动机转动时产生电力；用于谐振电机的再发电部分；电机驱动部分；电机控制部分；及电容器部分，当使谐振电机再发电时，用来在该电容器部分中存储由谐振电机产生的电力，该谐振电机系统的特征在于：在发动机由谐振电机助推的情况下，谐振电机由在电容器部分中存储的电力驱动。

Description

谐振电机系统
技术领域
本发明涉及一种谐振电机系统，更具体地说，涉及一种谐振电机系统，这种谐振电机系统安装在商用汽车的发动机上，以便当起动汽车时增加汽车的发动机的旋转扭矩。
背景技术
在最近几年中的商用汽车的发动机的旋转扭矩因为如下这样一种手段，在汽车的低速度下降低：燃料消耗通过减少排气和使用涡轮系统而减少。已经认为，当通过将助推电机添加到发动机上而起动汽车时，增加发动机扭矩。图8表示助推电机，其中，附图标记1指示汽车的轮胎，2指示发动机，及3指示助推电机。
发明内容
由本发明要解决的问题
如图8所示，助推电机定位在靠近发动机2的有限空间中，从而必要的是，减小助推电机的尺寸。有效的是，将电机的转速增大到高于2500rpm，以便制造尺寸小和功率大的电机。然而，在传统变换器中，在切换时，输出频率是约250Hz，并且最大转速是约2500rpm。本发明的目的是消除以上缺陷。
用来解决问题的方式
根据本发明的一种谐振电机系统包括：谐振电机，具有谐振电路，该谐振电路包括磁性线圈、和电容器，用来当谐振电机由发动机转动时产生电力；用于谐振电机的再发电部分即再生部分；电机驱动部分；电机控制部分；及电容器部分，当使谐振电机再发电时，用来在该电容器部分中存储由谐振电机产生的电力，并且这种谐振电机系统的特征在于：在发动机由谐振电机助推的情况下，谐振电机由在电容器部分中存储的电力驱动。
根据本发明另一个实施例的一种谐振电机系统包括：谐振电机，具有谐振电路，该谐振电路包括磁性线圈、和电容器，用来当谐振电机由发动机转动时产生电力；用于谐振电机的再发电部分；电机驱动部分；电机控制部分；及电容器部分，当使谐振电机再发电时，用来在该电容器部分中存储由谐振电机产生的电力；双向转换器，具有两个晶体管，插入在电容器部分与电机驱动部分之间，这两个晶体管彼此串联连接；及用于双向转换器的控制部分，并且这种谐振电机系统的特征在于：当双向转换器的控制部分接收到在电容器部分中存储的电压和直流链接电压时，通过在彼此相反的方向上导通两个晶体管，增大从电容器部分施加在电机驱动部分上的直流链接电压；并且在发动机由谐振电机助推的情况下，谐振电机由在电容器部分中存储的电力驱动。
谐振电机包括定子轭、多个磁性线圈、及钢转子，这些磁性线圈沿定子轭的周缘方向布置，彼此间隔开，从而形成多相连接，磁性线圈的每一个在其中具有铁心，该钢转子围绕定子轭，并且根据发动机的转动而转动，并且其中，每个相连接的磁性线圈与电容器相连接，从而分别形成谐振电路。
当电机控制部分接收到加速信号和发动机转动信号时，电机控制部分产生用于每个相的脉冲和再发电脉冲，并且其中，再发电部分具有两个晶体管，这两个晶体管分别由再发电脉冲断开和闭合。
当双向转换器的控制部分接收到在电容器部分中存储的电压和直流链接电压时，双向转换器的控制部分产生控制脉冲，该控制脉冲用来在彼此相反的方向上导通两个晶体管。参照附图，将解释根据本发明的实施例。
如图1和图2所示，根据本发明的谐振电机系统包括：谐振电机4；用于谐振电机4的再发电部分5，该再发电部分5具有两个晶体管T1和T2；电机驱动部分6；电机控制部分7，当电机控制部分7接收到发动机转动信号和加速信号时，该电机控制部分7用来产生A相脉冲、B相脉冲、C相脉冲及再发电脉冲；电容器部分8，该电容器部分8包括电气双层电路器；及用于电容器部分8的充电电压探测部分9。
电机驱动部分6包括：二极管D1、D2及D3，当再发电部分5从电机控制部分7接收到再发电脉冲时，用来整流在再发电部分5中产生的再发电电流；晶体管T3、T4及T5，用来连接A相、B相及C相连接，该A相、B相及C相连接由谐振电机4的电磁线圈L1至L12形成；及电磁线圈L13-L15，并且其中，晶体管T3通过电磁线圈L13和电容器部分8串联连接到A相连接上，该A相连接包括电磁线圈L1、L4、L7及L10，晶体管T4通过电磁线圈L14和电容器部分8串联连接到B相连接上，该B相连接包括电磁线圈L2、L5、L8及L11，晶体管T5通过电磁线圈L15和电容器部分8串联连接到C相连接上，该C相连接包括电磁线圈L3、L6、L9及L12，并且其中，二极管D1至D3的每一个分别并联连接到晶体管T3至T5的每一个上。
如图3和图4所示，根据本发明的谐振电机4包括：定子11，由层叠钢板(硅钢板)形成；定子轭12，由层叠钢板(硅钢板)形成，围绕定子11；磁性线圈L，具有磁性线圈L1至L12，这些磁性线圈L1至L12沿圆布置，并且在定子轭12上彼此间隔开；钢转子15，围绕定子轭12，并且根据发动机2的转动而转动，磁性线圈L1至L12的每一个在其中具有铁心；及导电条13和导电环14，围绕定子轭12。电容器C1至C12并联连接到A相、B相及C相的三相连接上，从而形成谐振电路。
磁性线圈L1、L2、L3、L7、L8及L9的每一个在极性方面与磁性线圈L4、L5、L6、L10、L11及L12的每一个相反。进一步，再发电部分5的晶体管T1串联连接到A相连接上，该A相连接包括线圈L1、L4、L7及L10。再发电部分5的晶体管T2串联连接到B相连接上，该B相连接包括线圈L2、L5、L8及L11。
在本发明的谐振电机系统中，如图2和图5所示，当在助推操作中将加速踏板向下推动时，由电机控制部分7产生再发电脉冲10，从而接通再发电部分5的晶体管T1和T2，形成电容器和线圈的谐振电路，由电机控制部分7产生A至C相的三相脉冲，三相的脉冲电流分别通过线圈L13、L14及L15，产生旋转磁场，该旋转磁场由归因于在谐振电机中的线圈和电容器的谐振频率而计算，及在谐振电机4中产生基于Flaming法则的旋转扭矩，并且从而缩短发动机转动的建立时间。停止再发电脉冲10的产生，切断晶体管T1和T2，并且同时，停止来自电机控制部分7的三相脉冲的产生，中断来自晶体管T3、T4及T5的三相电流，及当发动机转速变得大于涡轮建立转速时，谐振电机4的旋转扭矩成为零。
在再发电的操作时间的情况下，电机控制部分7产生再发电脉冲10，从而接通在再发电部分5中的晶体管T1和T2，并且当电机控制部分7判断加速的释放、再发电转速H、及再发电转速I时，形成归因于电容器和线圈的谐振电路，如图6所示。在发动机转速变得大于旋转磁场的转速时，该旋转磁场的转速由归因于线圈和电容器的谐振频率计算，电磁线圈的电压变化到特定频率的三相交流电压，这些电磁线圈的电压由在谐振电机4中的钢转子15的残余磁通产生。电流根据归因于三相交流电压的旋转磁场Ns与基于Flaming法则的钢转子15的转速Nr之差通过导电条13。电磁线圈的电压通过电流通过导电条13而增大，并且稳定在如下点处：即使增大磁性线圈的电压，磁场也不再增大。电磁线圈的电压由二极管D1、D2及D3半波整流，并且施加到电气双层电容器部分8上，这些二极管D1、D2及D3分别连接到线圈L13、L14及L15上。
在本发明的其它实施例中，如图7所示，将双向转换器16插入在电容器部分8与在电机驱动部分6中的晶体管T3、T4及T5之间，该双向转换器16包括：线圈L16；和晶体管T6和T7，彼此串联连接；电容器C13，并联连接到晶体管T6和T7上；及直流电流链接电压探测装置17，用来探测施加到电机驱动部分6上的直流电流链接电压。进一步，提供用于双向转换器16的控制部分18，该控制部分18用来产生用来接通或切断双向转换器16的晶体管T6和T7的脉冲，从而当双向转换器控制部分18接收到来自电容器部分8的电压和直流链接电压时，晶体管T6和T7在彼此相反的方向上被控制成，得到300V的直流链接电压。直流链接电压与电容部分的充电电压/线圈侧的晶体管的负荷比相对应。
在这个实施例中，如以上叙述的那样，在助推操作的情况下，将晶体管T6和T7如此在彼此相反的方向上控制，从而得到300V的直流链接电压，并且，在再发电操作的情况下，将晶体管T6和T7如此在彼此相反的方向上控制，从而得到30V的电容器部分8的充电电压。
电容器部分的充电电压与直流链接电压×线圈侧的晶体管的负荷比相对应。
本发明的效果
根据本发明的谐振电机系统，可得到如下效果。
(1)在本发明中，电机驱动部分6可由三个晶体管驱动，因为电容器C1至C12并联连接到线圈L1至L12上，从而必需晶体管的数量相对于传统变换器可减半，该传统变换器具有六个晶体管。进一步，谐振电机可比传统变换器转动得快十倍，因为在本发明中的脉冲切换次数每输出频率只是一。
(2)由线圈和电容器的谐振现象可减小高次谐波电流，从而可得到高电机效率。
(3)不要求无功电流的供给，因为无功电流从电容器供给，这些电容器并联连接到线圈上，从而电机驱动部分的电流可减小30％，并且可使晶体管尺寸很小，因为可使用细电线，这些细电线用来将电机驱动部分连接到线圈上。
(4)通过增大用于双向转换器的直流链接电压，彼此串联连接的电容器部分的电气双层电容器的要求数量可由十个减小到一个。
可得到谐振电机，该谐振电机效率高并且重量轻，因为细电线可用来将电机驱动部分连接到电容器部分上-该电容器部分包括电气双层电容器，即使电机驱动部分与电容器部分分离。
附图说明
图1是本发明的谐振电机系统的示意描绘。
图2是本发明的谐振电机系统的示意图。
图3是根据本发明的谐振电机的主要部分的竖直截面前视图。
图4是根据本发明的谐振电机的主要部分的竖直截面侧视图。
图5是曲线图，描绘在根据本发明的谐振电机系统的助推操作时油门的踩踏、发动机的转速、再发电脉冲、A相脉冲、B相脉冲、及C相脉冲、旋转扭矩、充电电压、及时间的关系。
图6是曲线图，描绘在根据本发明的谐振电机系统的助推操作时油门的踩踏、发动机的转速、再发电脉冲、充电电压、以及时间的关系。
图7是表示根据本发明的其它实施例的谐振电机系统的结构图。
图8是传统助推电机的解释图。
附图标记的解释
1 轮胎
2 发动机
3 助推电机
4 谐振电机
5 再发电部分
6 电机驱动部分
7 电机控制部分
8 电容器部分
9 充电电压探测部分
10  再发电脉冲
11  定子
12  定子轭
13  导电条
14  导电环
15  钢转子
16  双向转换器
17  直流链接电压探测部分
18  双向转换器控制部分

Claims (5)

1.一种谐振电机系统，包括：谐振电机，其具有谐振电路，该谐振电路包括磁性线圈和电容器，该谐振电机用来当谐振电机由发动机转动时产生电力；用于谐振电机的再发电部分；电机驱动部分；电机控制部分；以及电容器部分，当使谐振电机再发电时，用来在该电容器部分中存储由谐振电机产生的电力，其特征在于：在发动机由谐振电机助推的情况下，谐振电机由在电容器部分中存储的电力驱动。
2.一种谐振电机系统，包括：谐振电机，其具有谐振电路，该谐振电路包括磁性线圈和电容器，当谐振电机由发动机转动时谐振电机产生电力；用于谐振电机的再发电部分；电机驱动部分；电机控制部分；以及电容器部分，当使谐振电机再发电时，用来在该电容器部分中存储由谐振电机产生的电力；双向转换器，其具有两个晶体管，插入在电容器部分与电机驱动部分之间，这两个晶体管彼此串联连接；以及用于双向转换器的控制部分，其特征在于：当双向转换器的控制部分接收到在电容器部分中存储的电压和直流链接电压时，通过在彼此相反的方向上导通两个晶体管，增大从电容器部分施加在电机驱动部分上的直流链接电压；并且在发动机由谐振电机助推的情况下，谐振电机由在电容器部分中存储的电力驱动。
3.根据权利要求1或2所述的谐振电机系统，其中，谐振电机包括定子轭、多个磁性线圈以及钢转子，这些磁性线圈沿定子轭的周缘方向布置，彼此间隔开，从而形成多相连接，每个磁性线圈中具有铁心，该钢转子围绕定子轭，并且根据发动机的转动而转动；每个相连接的磁性线圈与电容器相连接，从而分别形成谐振电路。
4.根据权利要求1、2或3所述的谐振电机系统，其中，当电机控制部分接收到加速信号和发动机转动信号时，电机控制部分产生各相的脉冲和再发电脉冲；再发电部分具有两个晶体管，这两个晶体管分别由再发电脉冲断开和闭合。
5.根据权利要求2、3或4所述的谐振电机系统，其中，当双向转换器的控制部分接收到存储在电容器部分中的电压和直流链接电压时，双向转换器的控制部分产生控制脉冲，该控制脉冲用来在彼此相反的方向上导通两个晶体管。
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