СИСТЕМА СТАРТЕР-ГЕНЕРАТОР ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2014 года по МПК F02N11/00 

Описание патента на изобретение RU2510796C1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к стартер-генераторным устройствам транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания.

Из уровня техники известен стартер-генератор автомобиля (патент RU на изобретение №2265133, опубл. 27.11.2005). Согласно изобретению стартер-генератор автомобиля содержит вентильную электромашину с управляющим контроллером, постоянные магниты, установленные на маховике двигателя, и обмотки статора, закрепленные на картере двигателя. Маховик двигателя установлен с возможностью перемещения относительно пакета и обмоток статора вдоль оси коленвала. Пакет статора с обмотками установлен на картере двигателя (ДВС) посредством диска соосно с маховиком и коленвалом, а плоскость диска параллельна плоскости маховика. При этом на выходе стартер-генератора введен высоковольтный преобразователь напряжения, управляющий вход которого связан с управляющим контроллером через регулятор напряжения.

К недостаткам данного устройства относятся сложность механической конструкции и отсутствие возможности гашения колебаний ротора.

Также из уровня техники известна система генератор - двигатель (JP 200231392429.10.02, опубл. 12.02.2009), которая содержит вращающуюся электрическую машину, имеющую многофазную обмотку и работающую, как в режиме электродвигателя; схему управления вращающейся электрической машиной. Схема управления включает в себя инвертор, состоящий из трех последовательных цепей, соединенных параллельно друг другу. Каждая последовательная цепь подсоединена к плюсовой и минусовой шинам питания и содержит по два ключевых элемента, каждый из которых зашунтирован обратным диодом. Общие точки соединения ключевых элементов последовательных цепей подсоединены к фазам статорной обмотки вращающейся электрической машины.

Недостатком известной системы является сложность электрической схемы и неравномерность вращения общего вала в режиме холостого хода ДВС.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для управления стартер-генератором ДВС, которое выбрано в качестве прототипа (JP 20022175770 17.06.02, опубл. 23.04.2008).

Стартер-генератор 2 имеет ротор с магнитными полюсами, закрепленный на коленчатом валу двигателя, и статор с n (n - целое число больше 3) выводами от n якорных обмоток, соединенных в звезду или кольцо.

Устройство управления содержит: датчик 7 положения ротора; мостовой инвестор 4, выполненный на ключевых элементах и обратных диодах, подключенных параллельно ключевым элементам, и соединенный с выводами якорных обмоток стартера - генератора; блок 10 управления инвестором, который при пуске двигателя подает управляющий сигнал на ключевые элементы инвестора; блок 12 для задания тока нагрузки, подсоединенной к аккумуляторной батарее; блок 14 памяти, в котором хранится зависимость между частотой вращения ротора, нагрузочным током и моментом превышения выходным напряжением якорной обмотки заданной величины.

К недостаткам данного устройства относятся сложность конструкции и электрической схемы, а также отсутствие демпфирования неравномерности вращения ротора.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является упрощение конструкции, электрической схемы за счет сокращения числа элементов, а также демпфирование колебаний ротора, возникающих при вращении из-за пульсаций моментов ДВС и электрической машины.

Поставленная задача решается тем, что система стартер-генератор двигателя внутреннего сгорания (ДВС), содержащая накопитель электрической энергии, например емкостной или аккумулятор, электрически связанный с системой управления, включающей в себя широтно-импульсный преобразователь напряжения, коммутатором и вентильной электрической машиной, статор которой жестко закреплен на картере ДВС, а ротор является маховиком ДВС, и датчик положения ротора, выход которого электрически связан с коммутатором, согласно изобретению дополнительно снабжена дифференциальным звеном второго порядка, вход которого электрически связан с выходом датчика положения ротора, причем на выходе дифференциального звена второго порядка вырабатывается отрицательная обратная связь по второй производной угла поворота ротора на вход системы управления.

Технический результат по предлагаемому изобретению состоит в упрощении конструкции электрической схемы за счет сокращения числа элементов, а также демпфировании колебаний ротора, возникающих при вращении, из-за пульсаций моментов ДВС и электрической машины.

Предлагаемая система иллюстрируется чертежом, на котором изображена структурная схема «Системы стартер-генератор двигателя внутреннего сгорания».

Система состоит из накопителя электрической энергии (НЭЭ) - 1, например емкостного или аккумулятора, или сочетания этих устройств, электрически связанного с СУ - системой управления 2, включающей в себя широтно-импульсный преобразователь напряжения, К - коммутатором 3 и ВЭМ - вентильной электрической машиной 4, статор которой жестко закреплен на картере ДВС - двигателя внутреннего сгорания 5, а ротор является маховиком ДВС 5, и ДП - датчика положения ротора 6, выход которого связан с коммутатором 3, электрически соединенным с обмотками статора вентильной электрической машиной 4, система дополнительно снабжена ДЗ -дифференциальным звеном второго порядка 7, вход которого электрически связан с выходом датчика положения ротора 6, причем выход дифференциального звена второго порядка 7 электрически связан с входом системы управления 2.

Система по предлагаемому изобретению работает следующим образом. ДВС 5, ВЭМ 4 и ДП 6 имеют общий вал вращения. ВЭМ 4 работает как двигатель, потребляя энергию от НЭЭ 1, при пуске ДВС 5, или - как генератор, отдавая электроэнергию в НЭЭ 1, после пуска ДВС 5. В обоих случаях на общий вал воздействуют возмущения по моменту, создаваемые ДВС 5 и ВЭМ 4, вызывая отклонения скорости вращения от постоянного значения. Особенно это проявляется на холостом ходу ДВС 5, когда общий вал механически отсоединен от массы транспортного средства. Возникает динамический момент

где

M g = J d w d t ,

где J - суммарный момент инерции системы, приведенный к общему валу, кгм2;

d w d t - ускорение вращения общего вала, 1/с2.

Датчик положения ротора 6 выдает на коммутатор 3 информацию об угле положения ротора для управления силовыми ключами, создающими вращающееся магнитное поле статора ВЭМ 4. Также информация об угле положения ротора поступает на вход дифференциального звена 7, который берет от нее вторую производную. Таким образом, вырабатывается сигнал обратной связи, пропорциональный ускорению ротора или динамическому моменту J d w d t . Величина сигнала обратной связи регулируется пропорциональным звеном, входящим в состав системы управления 2, и со знаком минус подается на вход широтно-импульсного преобразователя напряжения (ШИП). Формируется обратно пропорциональная зависимость скважности ШИП или, что то же самое - напряжения НЭЭ 1 на обмотках статора ВЭМ 4 от ускорения ротора. В двигательном режиме работы, при положительном ускорении ротора, электромагнитный момент ВЭМ 4 уменьшается. В генераторном режиме работы, при положительном ускорении ротора, тормозной электромагнитный момент ВЭМ 4 увеличивается. Таким образом, происходит демпфирование колебаний общего вала относительно постоянной скорости вращения.

Предлагаемое изобретение позволяет снизить неравномерность вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, возникающую от пульсаций моментов ДВС 5 и ВЭМ 4. Тем самым повышается комфортность транспортного средства и уменьшается влияние вибраций на долговечность комплектующих элементов.

Похожие патенты RU2510796C1

название год авторы номер документа
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2011
  • Овсянников Евгений Михайлович
  • Бахмутов Сергей Васильевич
  • Клюкин Павел Николаевич
  • Васильева Елена Евгеньевна
RU2459097C1
СТАРТЕР-ГЕНЕРАТОР АВТОМОБИЛЯ 2013
  • Кауров Сергей Юрьевич
  • Мигунов Александр Леонидович
  • Юдин Владимир Александрович
RU2543076C2
СТАРТЕР-ГЕНЕРАТОР 2016
  • Кауров Сергей Юрьевич
  • Мигунов Александр Леонидович
  • Алимбеков Марат Наильевич
  • Юдин Владимир Александрович
RU2650889C2
СТАРТЕР-ГЕНЕРАТОР АВТОМОБИЛЯ 2004
  • Дубских Н.И.
  • Уфимцев С.А.
  • Шлейгер С.В.
RU2265133C1
Система управления и передачи вращательного момента на винт(ы) в беспилотных летательных аппаратах (БПЛА), стартер-генератор, плата управления стартером-генератором и амортизатор для этой системы 2020
  • Драненков Антон Николаевич
  • Куприн Михаил Николаевич
  • Герасимов Игорь Владимирович
  • Соловьев Евгений Вячеславович
  • Поляков Дмитрий Андреевич
RU2741136C1
Стартер-генератор с дифференциальным электроприводом и способ управления стартер-генератором 2019
  • Усынин Юрий Семенович
  • Шишков Александр Николаевич
  • Белоусов Евгений Викторович
  • Савостеенко Никита Вадимович
  • Дудкин Максим Михайлович
  • Бычков Антон Евгеньевич
  • Горожанкин Алексей Николаевич
  • Функ Татьяна Андреевна
  • Сычев Дмитрий Александрович
  • Желтов Артем Сергеевич
  • Чупин Сергей Анатольевич
RU2711097C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СТАРТЕР-ГЕНЕРАТОРНОЙ СИСТЕМОЙ С ПЛАНЕТАРНЫМ РЕДУКТОРОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1999
  • Грачев П.Ю.
  • Анисимов В.М.
  • Кудояров В.Н.
  • Скороспешкин А.И.
RU2236079C2
СТАРТЕР-ГЕНЕРАТОР 2006
  • Малафеев Сергей Иванович
  • Шабаев Владимир Алексеевич
RU2321765C1
СПОСОБ ПУСКА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И СТРАРТЕР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2013
  • Швед Андрей Александрович
RU2531546C1
ГИБРИДНОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО С ВЕНТИЛЬНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ 2016
  • Однокопылов Георгий Иванович
  • Дементьев Юрий Николаевич
  • Больных Екатерина Сергеевна
RU2629729C1

Реферат патента 2014 года СИСТЕМА СТАРТЕР-ГЕНЕРАТОР ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к стартер-генераторным устройствам транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания. Технический результат заключается в снижении неравномерности вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, возникающей от пульсаций моментов ДВС и ВЭМ. Тем самым повысится комфортность транспортного средства и уменьшится влияние вибраций на долговечность комплектующих элементов. Сущность предложенного изобретения состоит в следующем: система стартер-генератор двигателя внутреннего сгорания (ДВС), содержит накопитель электрической энергии, например емкостной или аккумулятор, электрически связанный с системой управления, включающей в себя широтно-импульсный преобразователь напряжения, коммутатором и вентильной электрической машиной, статор которой жестко закреплен на картере ДВС, а ротор является маховиком ДВС, и датчиком положения ротора, выход которого электрически связан с коммутатором. Согласно изобретению система дополнительно снабжена дифференциальным звеном второго порядка, вход которого электрически связан с выходом датчика положения ротора, а выход дифференциального звена второго порядка выполнен с возможностью выработки отрицательной обратной связи по второй производной угла поворота ротора на вход системы управления. 1ил.

Формула изобретения RU 2 510 796 C1

Система стартер-генератор двигателя внутреннего сгорания (ДВС), содержащая накопитель электрической энергии, электрически связанный с системой управления, коммутатором и вентильной электрической машиной, статор которой жестко закреплен на картере ДВС, а ротор является маховиком ДВС, и датчиком положения ротора, выход которого электрически связан с коммутатором, отличающаяся тем, что система снабжена дифференциальным звеном второго порядка, вход которого электрически связан с выходом датчика положения ротора, а выход дифференциального звена второго порядка выполнен с возможностью выработки отрицательной обратной связи по второй производной угла поворота ротора на вход системы управления.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2510796C1

СТАРТЕР-ГЕНЕРАТОР АВТОМОБИЛЯ 2004
  • Дубских Н.И.
  • Уфимцев С.А.
  • Шлейгер С.В.
RU2265133C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СТАРТЕР-ГЕНЕРАТОРОМ И БЛОК ФОРМИРОВАНИЯ ЗАДАННЫХ ЗНАЧЕНИЙ СОСТАВЛЯЮЩИХ ВЕКТОРА ТОКА СТАТОРА 2003
  • Кашканов Виктор Васильевич
RU2268392C2
АВТОНОМНАЯ СТАРТЕР-ГЕНЕРАТОРНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 2011
  • Лаптев Николай Николаевич
  • Левин Александр Владимирович
  • Довгалёнок Владимир Маркович
  • Зоткин Андрей Павлович
  • Маклецов Николай Иванович
RU2460204C1
ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА СТАРТЕРА-ГЕНЕРАТОРА 2003
  • Семенченко А.И.
  • Есев А.А.
  • Семенченко В.А.
RU2258298C1
US 2012247270 A1, 04.10
Изложница с суживающимся книзу сечением и с вертикально перемещающимся днищем 1924
  • Волынский С.В.
SU2012A1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКООМНЫХ И НИЗКООМНЫХ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ НА ОДНОЙ ПОДЛОЖКЕ 2010
  • Корж Иван Александрович
RU2443032C2

RU 2 510 796 C1

Авторы

Овсянников Евгений Михайлович

Чернов Андрей Владимирович

Панарин Александр Николаевич

Николаева Светлана Федоровна

Клюкин Павел Николаевич

Даты

2014-04-10Публикация

2012-10-31Подача