СТАРТЕР-ГЕНЕРАТОР Российский патент 1998 года по МПК F02N11/04 

Изобретение относится к электрооборудованию автомобильных двигателей, а именно к стартерам и генераторам двигателей внутреннего сгорания. Оно может быть использовано при разработке устройств запуска и электроснабжения автомобильных моторов.

Из патентной литературы известны стартеры инерционного типа /а.с. СССР N 1331436 кл. F 02 N 5/04, а.с. СССР кл. F 02 N 5/04 N 1562514/, где электродвигатель приводит во вращение маховик, который затем входит в зацепление с валом автомобильного мотора. Такие устройства имеют сложную конструкцию и требуют дополнительно генератора для осуществления работы мотора.

Прототипом предлагаемого изобретения является инерционный стартер, выполненный на маховике двигателя автомобиля /а.с. N 1588897 кл. F 02 N 5/04/. Стартер имеет статорную обмотку, стальной ротор с постоянными магнитами и кольцо магнитного сцепления.

Такой стартер не может работать в режиме генератора. Наличие кольцевого магнитного сцепления увеличивает массу стартера.

Целью предлагаемого изобретения является снижение массы и упрощение конструкции системы стартер-генератор.

Указанная цель достигается тем, что на ободе маховика автомобильного двигателя, который является ротором стартера-генератора, установлены два кольца с когтевыми полюсами, а соосно с маховиком расположен статор со статорной трехфазной обмоткой, кроме того, по торцам полюсных колец с обеих сторон маховика установлена управляющая обмотка генератора.

На фиг. 1 показано устройство стартера-генератора; на фиг. 2 изображены когтевые полюсы маховика; на фиг. 3 дан вид на маховик по его радиусу; на фиг. 4, 5 и 6 показаны варианты намотки управляющей обмотки стартер-генератора; на фиг. 7 дано устройство стартер-генератора для двигателя ВАЗ-2108; на фиг. 8 показан стартер-генератор двигателя ВАЗ-2105.

Стартер-генератор состоит из маховика 1, закрепленного на коленчатом валу 2 автомобильного двигателя.

На маховике установлено сцепление 3, а к картеру 4 маховика крепится коробка передач 5 автомобиля. Вся трансмиссия автомобиля остается стандартной.

Незначительной доработке подвергается только одна деталь - маховик автомобильного двигателя, который остается стандартным, но с него снят зубчатый венец.

По торцам маховика установлены полюсные кольца 6 с когтевыми полюсами 7. Полюсные кольца выполнены из магнитно-мягкой стали и крепятся к маховику с помощью винтов 8. На маховике между полюсными кольцами установлено кольцо 9 из немагнитного материала /алюминий, нержавеющая сталь/ для увеличения магнитного сопротивления между полюсными кольцами. В этом случае максимальная напряженность магнитного поля будет между полюсами.

В плоскости маховика соосно с ним установлен статор 10. Статор крепится, например, винтами 11, он имеет трехфазную обмотку 12.

Статор вместе с маховиком автомобильного двигателя образуют электрическую машину мощностью /при пусковом токе/ 2,5-3 кВт, при диаметре ротора - 270 мм /для двигателя ВАЗ-2108/.

Для работы в режиме стартера от автомобильного аккумулятора установлен преобразователь 13, который преобразует постоянный ток аккумулятора в трехфазный переменный ток повышенной частоты /200-500 Гц/.

Для работы в режиме генератора по торцам полюсных колец маховика установлены управляющие обмотки 14 на сердечнике 15. Сердечники 15 обмотки крепятся, например, винтами 16 к картеру маховика 4.

Управляющие обмотки могут иметь цилиндрический 17 /фиг. 4/ сегментный 18 /фиг. 5/ или /фиг. 6/ кольцевой 19 сердечник. Что определяется конструкцией картера маховика с возможностью размещения обмоток на стандартном автомобильном двигателе.

Через клеммы 20 на обмотки 14 подается управляющий ток от регулятора напряжения, что необходимо для работы электромашины в режиме генератора.

При работе в режиме генератора трехфазное напряжение со статорной обмотки подается на выпрямитель 21, от которого постоянный ток через клеммы 22 подается потребителям.

Стартер-генератор работает следующим образом. При повороте ключа зажигания в положение запуск двигателя от преобразователя 13 на статорную многополюсную обмотку подается переменный трехфазный ток, который наводит бегущее магнитное поле, что заставляет ротор /маховик/ вращаться с большим пусковым моментом. В этом случае трехфазный статор и маховик образуют трехфазный электродвигатель с короткозамкнутым ротором.

Этот двигатель имеет большой пусковой момент и большую удельную мощность. При частоте тока 200-400 Гц и силе тока 300 Ампер при напряжении 12В мощность стартера будет более 3 кВт. Этого достаточно для запуска автомобильного двигателя при отрицательных температурах более -45^oC. Для запуска двигателя необходимы обороты коленвала около 150-250 об/мин. Стартер-генератор обеспечивает обороты более 700 об/мин.

Для стандартного стартера при диаметре ротора 50 мм и оборотах 5500 об/мин требуется передаточное отношение около 1 : 20 /венец маховика - шестерня стартера/ для обеспечения пускового момента.

Предложенный стартер-генератор имеет диаметр ротора 270 мм /в пять раз больше/, у него больше пар полюсов /36/, и работает он на трехфазном токе повышенной частоты, что позволяет снизить пусковой ток с 450 А /у стандартного стартера/ до 200-250 А.

Можно повысить мощность стартера, подав ток подмагничивания на управляющие обмотки. Тогда пусковой ток будет всего 100-150 А. Можно в этом случае пользоваться для запуска автомобильного двигателя ВАЗ-2108 аккумулятором емкостью 20 а.ч.

После запуска двигателя статорная обмотка автоматически отключается от преобразователя /магнитным включателем/ и подключается к выпрямителю 21. Стартер-генератор автоматически переключается на работу в генераторном режиме. При этом на управляющие обмотки подается напряжение от аккумулятора для создания подмагничивающего поля. Обмотки наводят магнитное поле, концентрирующееся на когтевых полюсах. При вращении маховика магнитное поле когтевых полюсов пересекает статорную обмотку и в обмотке статора наводится трехфазный ток, который подается на выпрямитель, а затем постоянный ток подается потребителями.

При увеличении числа оборотов маховика /обороты автомобильного мотора более 2000 об/мин/ напряжение на обмотках статора начинает повышаться выше 14 В, при этом от регулятора подается на управляющие обмотки ток противоположного направления, и напряжение на обмотках статора падает до 12-14 В.

Таким образом, предложенный статор-генератор работает как стандартный автомобильный генератор переменного тока /только с разнесенными обмотками возбуждения/.

По сравнению с прототипом предложенный стартер-генератор имеет малую массу. Электрические детали и оборудование маховика имеют массу 4,5 кг вместо 13,5 кг /стартер 8,8 кг и генератор 4,7 кг/. Кроме того, предложенное устройство имеет простую конструкцию электрической машины, совместившую стартер с генератором.

Использование: электрооборудование автомобильного двигателя. Сущность изобретения: стартер-генератор состоит из маховика 1 автомобильного дригателя, являющегося ротором электрической машины стартера-генератора, статор 10 которой расположен соосно с маховиком и закреплен на картере 4. По торцам маховика винтами 8 закреплены полюсные кольца 6 с когтевыми полюсами 7. С обеих сторон маховика у полюсных колец расположены управляющие обмотки 14. При работе в режиме стартера на трехфазную статорную обмотку 12 подается трехфазный ток повышенной частоты от преобразователя 13. После запуска двигателя статорная обмотка автоматически отключается от преобразователя и подключается к выпрямителю. Для автоматического регулирования напряжения генератора в диапазоне 12-14 В управляющие обмотки подключены к регулятору напряжения. Изобретение позволяет снизить массу и упростить конструкцию системы стартер-генератор. 8 ил.

Стартер-генератор, содержащий ротор, вокруг которого расположена статорная обмотка, причем ротором является маховик автомобильного двигателя, отличающийся тем, что на ободе маховика установлены два кольца с когтевыми полюсами, а по торцам полюсных колец с обеих сторон маховика установлена обмотка генератора.