ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ПРИВОДОМ ФРОНТАЛЬНЫХ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
ALTERNATING CURRENT GENERATOR WITH FRONT AUXILIARY DEVICES DRIVE

Область техники
Настоящее изобретение относится к системам и способам для автомобильных генераторов переменного тока или генераторов другого типа. Способы могут быть особенно полезны для генераторов переменного тока со смешанным возбуждением, производящих электрическую энергию для потребления ее устройствами автомобиля и передающих энергию вращательного движения от двигателя к вспомогательным устройствам с механическим приводом.
Уровень техники и краткое изложение
Автомобиль может содержать генератор переменного тока для преобразования механической энергии в электрическую энергию. Электрическая энергия, вырабатываемая генератором переменного тока, может запасаться в устройстве хранения электрической энергии с целью ее дальнейшего потребления, а также электрическая энергия может использоваться устройствами, потребляющими электрическую энергию, во время ее выработки. В последнее время потребление электричества в транспортных средствах увеличилось, и ожидается, что оно будет возрастать по мере ввода в эксплуатацию автономных транспортных средств. Например, некоторые автомобили содержат рулевое управление с электрическим приводом и системы климат-контроля с электрическим приводом. Автономные транспортные средства могут содержать датчики слежения за объектами и датчики определения дистанции, а также усовершенствованные системы связи и приводы для позиционирования, остановки и ускорения транспортного средства. Электрические нагрузки могут значительно возрастать по сравнению с количеством электроэнергии, вырабатываемым генератором переменного тока при среднем режиме работы. Кроме того, частота вращения генератора переменного тока, приводимого в движение двигателем, может изменяться, то есть двигатель способен приводить в движение генератор переменного тока на скоростях, не обеспечивающих требуемую эффективность генератора переменного тока. Поэтому электрическая мощность генератора переменного тока временами может быть недостаточной для питания потребителей электроэнергии, что требует установки генератора переменного тока большего размера. Однако увеличение размеров генератора переменного тока может увеличить массу автомобиля и, следовательно, уменьшить топливную экономичность. Таким образом, существует задача создать генератор переменного тока с высокой электрической мощностью и уменьшенной массой.
Автор настоящего изобретения обнаружил вышеуказанные недостатки обычных генераторов переменного тока и разработал электрическую машину, содержащую: корпус; первую обмотку возбуждения внутри корпуса; первую обмотку якоря; вторую обмотку возбуждения, где первая обмотка возбуждения и первая обмотка якоря по меньшей мере частично охвачены второй обмоткой возбуждения; и вторую обмотку якоря, где первая обмотка возбуждения и первая обмотка якоря по меньшей мере частично охвачены второй обмоткой якоря.
За счет того, что первая обмотка возбуждения и первая обмотка якоря по меньшей мере частично охвачены второй обмоткой возбуждения, можно обеспечить технический результат, заключающийся в возможности создать генератор переменного тока с увеличенной электрической мощностью и меньшими размерами. Кроме того, обмотки якоря и обмотки возбуждения могут быть выполнены с возможностью поддерживать некоторую нагрузку на двигатель в то время, когда частота вращения присоединенных к электрическому генератору вспомогательных устройств может изменяться. В частности, частоту вращения вспомогательного устройства можно регулировать в рабочем диапазоне, позволяющем увеличить эффективность вспомогательного устройства.
Настоящее изобретение может обеспечить несколько преимуществ. В частности, электрическая машина может иметь увеличенную электрическую мощность. Кроме того, нагрузка на двигатель, требуемая для приведения в движение электрической машины, может поддерживаться относительно равномерной в то время, когда выходную мощность электрической машины изменяют для обеспечения работы вспомогательных устройств с механическим приводом в эффективном диапазоне рабочих частот вращения. Также, электрическая машина может использоваться в различных компоновочных схемах для уменьшения физических размеров трансмиссии автомобиля.
Вышеуказанные преимущества, другие преимущества, а также отличительные признаки настоящего изобретения будут очевидными из приведенного подробного описания, которое можно рассматривать отдельно или вместе с приложенными схемами.
Следует подразумевать, что вышеприведенное краткое изложение дано для информирования в упрощенной форме о выборе решений, раскрытых далее в подробном описании. Краткое изложение не предназначено для идентификации главных или существенных отличительных признаков заявленного существа изобретения, объем которого определен единственным образом формулой изобретения, которая следует за подробным описанием. Кроме того, заявленное существо изобретения не ограничивается реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого раскрытия.
Краткое описание иллюстраций
Раскрытые здесь преимущества будут более понятны при ознакомлении с примером конструкции, упоминаемым как подробное описание, которое может использоваться без иллюстраций или со следующими иллюстрациями:
На фиг. 1А и 1В показан стартер-генератор переменного тока, встроенный в трансмиссию автомобиля;
На фиг. 2А-4С показаны примеры стартер-генераторов переменного тока, которые могут быть встроены в систему, показанную на фиг. 1А и 1В;
На фиг. 5 показан пример графика работы двигателя в соответствии со способом, показанным на фиг. 6; и
На фиг. 6 показан пример алгоритма способа управления стартер-генератором переменного тока.
Подробное описание
Настоящее изобретение относится к электрической машине. Электрическая машина может использоваться как генератор переменного тока или как стартер. Электрическая машина может быть встроен в трансмиссию автомобиля, как показано на фиг. 1А и 1В. Конструкция стартер-генератора переменного тока может быть такой, как показано на фиг. 2А-4С. Стартер-генератор переменного тока могут использовать, как показано на фиг. 5, в соответствии со способом, показанном на фиг. 6.
На фиг. 1А показана схема стартер-генератора переменного тока в системе автомобиля. Автомобиль 1 содержит двигатель 10, контроллер 12, устройство 3 хранения электрической энергии и потребители 5 и 7 электрической энергии. Среди потребителей электрической энергии могут быть навигационные системы, а также электрические приводы тормозов, электрические приводы рулевого управления, устройства слежения за объектами и устройства определения дистанции, приводы, использующие вращающий момент двигателя, например, дроссели с электрическим управлением, вентиляторы охлаждения двигателя, электрические водяные насосы и автомобильные системы климат-контроля.
Стартер-генератор 17 переменного тока механически соединен с валом 21 двигателя при помощи ремня 31 или цепи. В некоторых примерах вал 21 может представлять собой коленчатый вал, в то время как в других примерах вал 21 может представлять собой кулачковый вал. Стартер-генератор 17 переменного тока также механически соединен со вспомогательным устройством 19 с механическим приводом при помощи ремня 33 для обеспечения работы привода фронтальных вспомогательных устройств ПФВУ (FEAD). К вспомогательным устройствам с механическим приводом можно отнести водяной насос, насос рулевого управления с гидроусилением, вакуумный насос, воздушный насос или другие устройства с механическим приводом (например, устройства ПФВУ). В некоторых примерах стартер-генератор 17 переменного тока может быть назван стартер-генератором переменного тока со смешанным возбуждением, поскольку содержит несколько обмоток якоря и несколько обмоток возбуждения.
На фиг. 1В показан двигатель 10 внутреннего сгорания, содержащий несколько цилиндров, причем электронный контроллер 12 двигателя имеет возможность управлять одним из указанных цилиндров, показанным на фиг. 1В. Двигатель 10 содержит камеру 30 сгорания и стенки 32 цилиндра с расположенным в них поршнем 36, причем двигатель соединен с коленчатым валом 40. Показано, что камера 30 сгорания соединена с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответствующий впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Каждым впускным и выпускным клапаном могут управлять, независимо от работы клапанов других цилиндров, при помощи впускного кулачка 51 и выпускного кулачка 53 соответственно. Регулятор 85 впускного клапана выполнен с возможностью обеспечивать опережение или запаздывание фазы срабатывания впускного клапана 52 относительно положения коленчатого вала 40. Кроме того, регулятор 85 впускного клапана имеет возможность увеличивать или уменьшать величину подъема впускного клапана. Регулятор 83 выпускного клапана выполнен с возможностью обеспечивать опережение или запаздывание фазы срабатывания выпускного клапана 54 относительно положения коленчатого вала 40. Кроме того, регулятор 83 выпускного клапана имеет возможность увеличивать или уменьшать величину подъема выпускного клапана. Датчик 55 впускного кулачка имеет возможность определять положение впускного кулачка 51. Датчик 57 выпускного кулачка имеет возможность определять положение выпускного кулачка 53.
Показано, что инжектор 66 жидкого топлива установлен для впрыска жидкого топлива непосредственно в цилиндр 30, что известно специалистам в данной области как прямой впрыск. В качестве альтернативы жидкое топливо может быть введено через впускной канал, что известно специалистам в данной области как впрыск во впускные каналы. Показано, что впускной коллектор 44 связан с дополнительным электронным дросселем 62, имеющим возможность корректировать положение дроссельной заслонки 64 для управления потоком воздуха от камеры 46 наддува к впускному коллектору 44. В некоторых примерах электронный дроссель 62 и дроссельная заслонка 64 могут быть расположены между впускным клапаном 52 и впускным коллектором 44 таким образом, чтобы дроссель 62 представлял собой дроссель впускного канала. Компрессор 162 имеет возможность подавать воздух от воздухозаборника 42 в камеру 46 наддува. Компрессор 162 имеет возможность приводиться в движение при помощи вала 161, механически связанного с турбиной 164. Перепускной клапан 158 компрессора может выборочно использоваться для уменьшения давления наддува. Перепускная заслонка 72 имеет возможность выборочно открываться и закрываться для управления частотой вращения турбины 164.
Требуемый водителем крутящий момент можно определить по положению педали 130 акселератора при помощи датчика 134 положения педали акселератора. Датчик 134 положения педали акселератора имеет возможность выдавать сигнал в виде напряжения или тока, когда нога 132 водителя управляет педалью 130 акселератора.
Бесконтактная система зажигания 88 имеет возможность создавать искру зажигания в камере 30 сгорания при помощи свечи 92 зажигания по сигналу контроллера 12. Показано, что универсальный датчик 126 кислорода в отработавших газах УДКОГ (UEGO) соединен с выпускным коллектором 48 выше по потоку от турбины 164 и каталитического нейтрализатора 70 отработавших газов. В качестве альтернативы, вместо датчика 126 УДКОГ может быть использован бистабильный датчик кислорода в отработавших газах. Нейтрализатор 70 может содержать, например, несколько блоков катализатора. В другом примере, конструкция может содержать несколько устройств снижения токсичности отработавших газов, каждое со своим набором блоков катализатора. Например, нейтрализатор 70 может представлять собой трехрежимный каталитический нейтрализатор.
Контроллер 12 показан на фиг.1 В как обычный микрокомпьютер, содержащий: микропроцессорное устройство 102, порты 104 ввода/вывода, постоянное (долговременное) запоминающее устройство 106, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110 и обычную шину данных. Показано, что контроллер 12 имеет возможность получать различные сигналы от датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к вышеуказанным сигналам, а именно: температура хладагента двигателя ТХД (ЕСТ) от датчика 112 температуры, присоединенного к гильзе 114; сигнал измеренного давления в коллекторе двигателя ДКД (MAP) от датчика 121 давления, присоединенного к впускному коллектору 44; сигнал измеренного давления наддува от датчика 122 давления; положение двигателя от датчика 118 Холла, имеющего возможность измерять положение коленчатого вала 40; измеренное значение массы воздуха, поступающего в двигатель, от датчика 120; и измеренное положение дросселя от датчика 58. Атмосферное давление также может быть измерено (датчик не показан на схеме) для обработки контроллером 12.
Во время эксплуатации каждый цилиндр в двигателе 10, как правило, работает по четырехтактному циклу: цикл содержит такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. Во время такта впуска, как правило, выпускной клапан 54 закрывают и открывают впускной клапан 52. Воздух подают в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 44, причем поршень 36 имеет возможность двигаться к нижней части цилиндра, чтобы увеличить объем в камере 30 сгорания. Положение, при котором поршень 36 находится около нижней части цилиндра в конце своего хода (например, когда камера 30 сгорания имеет наибольший объем), специалисты в данной области, как правило, называют нижней мертвой точкой НМТ (BDC). Во время такта сжатия впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрывают. Поршень 36 имеет возможность двигаться к головке цилиндра, чтобы сжать воздух в камере 30 сгорания. Положение, при котором поршень 36 находится в конце своего хода и расположен ближе всего к головке цилиндра (например, когда камера 30 сгорания имеет наименьший объем), специалисты в данной области, как правило, называют верхней мертвой точкой ВМТ (TDC).
В ходе процесса, именуемого в дальнейшем как инжекция, топливо имеет возможность поступать в камеру сгорания. В ходе процесса, именуемого в дальнейшем как зажигание, впрыснутое топливо поджигают каким либо известным способом, например, при помощи свечи 92 зажигания, что приводит к сгоранию. Во время такта расширения расширяющиеся газы толкают поршень 36 назад к НМТ. Коленчатый вал 40 имеет возможность преобразовывать движение поршня в крутящий момент вращающегося вала. Наконец, во время такта выпуска выпускной клапан 54 открывают для выпуска сгоревшей воздушно-топливной смеси в выпускной коллектор 48, и поршень получает возможность вернуться к ВМТ. Обратите внимание, что вышеуказанное является только примером, поскольку времена открытия и закрытия впускного и выпускного клапана могут изменяться, обеспечивая положительные или отрицательные перекрытия периодов работы клапанов, позднее закрытие впускного клапана или различные другие варианты.
На фиг. 2А-2С и, в частности, на фиг. 2А, показано покомпонентное изображение первого стартер-генератора 17 переменного тока. На фиг. 2В показано покомпонентное изображение альтернативной конструкции стартер-генератора 17 переменного тока. На фиг. 2С показан разрез стартер-генератора 17 переменного тока, изображенного на фиг. 2А. Стартер-генераторы переменного тока, показанные на фиг. 2А-4С, выполнены с возможностью работать в первом режиме в качестве генератора переменного тока, имеющего возможность снабжать электрической энергией системы автомобиля, показанные на фиг. 1А. Стартер-генераторы переменного тока, показанные на фиг. 2А-4С, выполнены с возможностью работать во втором режиме в качестве стартера для вращения двигателя 10. В некоторых примерах для различных конфигураций стартер-генераторов переменного тока вместо постоянных магнитов могут использовать одну или несколько обмоток.
Стартер-генератор 17 переменного тока содержит корпус 202, служащий по меньшей мере частично оболочкой для вкладывания в нее по меньшей мере частично обмоток возбуждения и обмоток якоря. Подшипники 204 и 224 запрессованы внутрь корпуса 202 для поддержки каркаса 220 второй обмотки возбуждения и второй обмотки 230 возбуждения. Подшипники 206 и 218 запрессованы внутрь каркаса 220 второй обмотки возбуждения для поддержки каркаса 210 второй обмотки якоря, второй обмотки 233 якоря и каркаса 214 первой обмотки возбуждения. Каркас 214 первой обмотки возбуждения запрессован в каркас 210 второй обмотки якоря таким образом, чтобы каркас 214 первой обмотки возбуждения имел возможность вращаться с каркасом 210 второй обмотки якоря. Подшипники 208 и 212 второй обмотки якоря запрессованы внутрь каркаса 214 первой обмотки возбуждения для поддержки каркаса 216 первой обмотки якоря и первой обмотки 231 якоря. Подшипники 208 и 212 также имеют возможность поддерживать вал 225 и шкив 226. Каркас 220 второй обмотки возбуждения также содержит шкив 222.
Вторая обмотка 230 возбуждения соединена с внутренней частью 220а каркаса 220 второй обмотки возбуждения и расположена на указанной внутренней части 220а. Вторая обмотка 233 якоря соединена с внешней частью 210а каркаса 210 второй обмотки якоря и расположена на указанной внешней части 210а. Первая обмотка 232 возбуждения соединена с внутренней частью 214а каркаса 214 первой обмотки возбуждения и расположена на указанной внутренней части 214а. Первая обмотка 231 якоря соединена с внешней частью 216а каркаса 216 первой обмотки якоря и расположена на указанной внешней части 216а. Контактные кольца 225, щетки альтернативной конструкции или токопроводящая смазка через контакты подшипников обеспечивают электрические соединения между обмотками возбуждения, имеющими возможность вращаться, и обмотками якоря и корпусом 202, где электрический соединитель (не показанный на схеме) обеспечивает электрическое соединение между стартер-генератором 17 переменного тока и контроллером 12.
Следует отметить, что в некоторых примерах вторая обмотка 230 возбуждения может быть выполнена в качестве второй обмотки якоря. Кроме того, вторая обмотка 233 якоря может быть выполнена в качестве второй обмотки возбуждения, когда вторая обмотка 230 возбуждения выполнена в качестве второй обмотки якоря. Вторая обмотка 230 возбуждения и вторая обмотка 233 якоря представляют собой второй стартер-генератор переменного тока внутри стартер-генератора 17 переменного тока. Подобно этому, первая обмотка 232 возбуждения может быть выполнена в качестве второй обмотки якоря. Кроме того, первая обмотка 231 якоря может быть выполнена в качестве первой обмотки возбуждения, когда первая обмотка 232 возбуждения выполнена в качестве первой обмотки якоря. Первая обмотка 232 возбуждения и первая обмотка 231 якоря представляют собой первый стартер-генератор переменного тока внутри стартер-генератора 17 переменного тока. Таким образом, стартер-генератор 17 переменного тока представляет собой электрическую машину смешанного возбуждения, состоящую из первого стартер-генератора переменного тока и второго стартер-генератора переменного тока.
Шкив 222 может приводиться в движение при помощи двигателя 10, показанного на фиг. 1А, для вращения каркаса 220 второй обмотки возбуждения. Шкив 226 может быть механически соединен с устройствами ПФВУ. В качестве альтернативы, двигатель 10 может приводить в движение шкив 226, а шкив 222 может быть механически соединен с устройствами ПФВУ. Каркас 210 второй обмотки якоря, каркас 216 первой обмотки якоря и каркас 214 первой обмотки возбуждения не вращаются, когда нулевой ток протекает через вторую обмотку 230 возбуждения. Однако за счет протекания тока через вторую обмотку 230 возбуждения, когда каркас 220 второй обмотки возбуждения приводится во вращение двигателем 10, показанным на фиг. 1А, напряжение может индуцироваться во второй обмотке 233 якоря. Индуцированное напряжение во второй обмотке 233 якоря может быть использовано для подачи электроэнергии на устройство хранения электрической энергии или потребителям электроэнергии в автомобиле. Кроме того, ток возбуждения во второй обмотке 232 возбуждения позволяет генерировать магнитное поле, создающее противодействующий момент для вращения двигателя. Противодействующий момент также заставляет каркас 214 первой обмотки возбуждения вращаться, когда напряжение индуцируется во второй обмотке 233 якоря вследствие того, что каркас 214 первой обмотки возбуждения механически соединен с каркасом 210 второй обмотки якоря, механически соединенным со второй обмоткой 233 якоря. Если ток подают в первую обмотку 232 возбуждения в то время, когда каркас 214 первой обмотки возбуждения вращается за счет противодействующего момента, созданного второй обмоткой 230 возбуждения, генерируется магнитное поле, создающее противодействующий момент, воздействующий на вращение каркаса 210 второй обмотки якоря. Противодействующий момент также заставляет каркас 216 первой обмотки якоря вращаться, когда напряжение индуцируется в первой обмотке 231 якоря. Индуцированное напряжение в первой обмотке 231 якоря может быть использовано для подачи электроэнергии на устройство хранения электрической энергии или потребителям электроэнергии в автомобиле. Каркас 216 первой обмотки якоря имеет возможность вращать шкив 226 при помощи вала 225. Каркас 216 обмотки якоря не вращается, если ток возбуждения не протекает через первую обмотку 232 возбуждения.
Если шкив 226 может приводиться в движение при помощи двигателя 10, то шкив 22 может создавать крутящий момент для устройств ПФВУ, когда подают ток на обмотку 231 и на обмотку 233. В этом случае напряжение, индуцированное в обмотке 232 и обмотке 230, может быть подано в электрическую систему автомобиля для заряжания устройства хранения электрической энергии и обеспечения работы потребителей электроэнергии в автомобиле.
Показано, что диаметр шкива 222 больше диаметра шкива 226, но указанные шкивы могут иметь равные диаметры или диаметр шкива 226 может быть больше диаметра шкива 222, в зависимости от конструкторских задач и требуемого диапазона частот вращения вспомогательных устройств с механическим приводом.
В настоящей заявке приведено пять примеров конструкций стартер-генераторов переменного тока. Можно допустить, что КПД генераторов переменного тока равен 90%. Мощность типичных компрессоров для кондиционирования воздуха KB (АС), имеющих ременной привод, выбирают таким образом, чтобы компрессор имел максимальную нагрузку для охлаждения, позволяющую выполнить первоначальное охлаждение полностью нагретого автомобиля. Механическая нагрузка системы KB может достигать 8 кВт для некоторых систем. Высокоэффективные системы KB могут работать при мощности 5 кВт, но фактическое постоянное потребление мощности в среднем за много циклов может быть ниже 1 кВт. Минимальные требования по потреблению электроэнергии для типового автомобиля могут составлять 350 Вт. Средние требования по потреблению электроэнергии могут находиться в диапазоне от 750 до 1000 Вт. Однако, автономные транспортные средства могут иметь минимальные требования по потреблению электроэнергии, равные 2,5 кВт и типовые требования при работе - больше 3 кВт.
В качестве первого примера раскрывается работа стартер-генератора переменного тока автономном транспортном средстве, потребляющем значительную электрическую мощность. Нагрузка при движении в дневное время для такого транспортного средства с небольшой нагрузкой системы воздушного кондиционирования (ВК) составляет 2,5 кВт (например, электрическая нагрузка) для потребления электрической мощности, а нагрузка ПФВУ составляет 900 Вт (например, механическая нагрузка, приложенная к стартер-генератору переменного тока), в том числе 750 Вт для приведения в движение компрессора KB, 100 Вт для приведения в движение водяного насоса и дополнительно 50 Вт.
Таким образом, от стартер-генератора 17 переменного тока требуется обеспечить значение механической нагрузки до 900 Вт и значение электрической нагрузки до 2,5 кВт. Стартер-генератор переменного тока, работающий как генератор переменного тока, и механический привод ПФВУ имеют электрический КПД 90%. Следовательно, механическая нагрузка для обеспечения электрической мощности составляет 2,78 кВт. Общая минимальная механическая мощность, необходимая для приложения к стартер-генератору переменного тока для обеспечения мощности ПФВУ и электрических систем составляет 900 Вт + 2,78 кВт = 3,68 кВт механической мощности, подаваемой к стартер-генератору переменного тока.
Механическая нагрузка ПФВУ приложена к механическому выходу стартер-генератора переменного тока (например, ко второму генератору переменного тока). Второй генератор переменного тока потребляет 900 Вт механической мощности для приведения в движение устройств ПФВУ. Если подвод мощности к первому и второму генераторам переменного тока сбалансирован для обеспечения равной выходной мощности от двух генераторов переменного тока, то первый и второй генераторы переменного тока потребляют 3,68/2 кВт, то есть 1,84 кВт для обеспечения мощности ПФВУ и выходной электрической мощности. Если первый генератор переменного тока создает нагрузку 1,84 кВт механической мощности на вход генератора переменного тока для того, чтобы получить 1,66 выходной электрической мощности, то второй генератор переменного тока, механически соединенный с ПФВУ, может работать, обеспечивая 1,84 кВт - 900 Вт = 940 Вт, умноженных на 0,9, то есть 0,846 кВт выходной электрической мощности и 900 Вт выходной механической мощности для ПФВУ. Таким образом, можно уравновесить выходную мощность первого генератора переменного тока (например, электрическую мощность) и выходную мощность от второго генератора переменного тока (например, электрическую и механическую мощность).
В качестве второго примера, другое автономное транспортное средство, использует нагрузку в ночное время, зимой (без KB). Потребление электроэнергии вспомогательными устройствами транспортного средства составляет 2,75 кВт. Механические вспомогательные устройства транспортного средства механически соединены со стартер-генератором переменного тока через ПФВУ, в том числе, используется 50 Вт нагрузки для водяного насоса и 50 Вт нагрузки для усилителя руля. Механическая нагрузка, соединенная со стартер-генератором переменного тока, составляет 50 Вт (водяной насос) плюс 50 Вт (усилитель руля). Если КПД стартер-генератора переменного тока составляет 90% при генерации электрической мощности, то механическая нагрузка на стартер-генератор переменного тока для обеспечения выходной электрической мощности следующая: 2,75 кВт / 0,9 = 3,05 кВт. Общая минимальная механическая мощность, приложенная к стартер-генератору переменного тока для обеспечения электрической и механической мощности, следующая: 100 Вт (например, нагрузка ПФВУ) + 3,05 кВт (например, электрическая мощность) = 3,15 кВт.
Для балансировки выходной мощности первого и второго генераторов переменного тока в составе стартер-генератора 17 переменного тока, каждый генератор переменного тока должен потреблять 3,15/2 кВт, то есть 1,575 кВт мощности для обеспечения требуемой выходной мощности. Если первый генератор переменного тока создает нагрузку 1,575 кВт механической мощности на вход стартер-генератора переменного тока для обеспечения 1,42 кВт электрической мощности, то второй генератор переменного тока, механически связанный с ПФВУ, может работать, поставляя 1,575 кВт - 100 Вт = 1,475 кВт, умноженных на 0,9, то есть 1,3275 кВт выходной электрической мощности и 100 Вт выходной механической мощности для ПФВУ.
В качестве третьего примера, транспортное средство без возможности автономного движения при использовании в ночное время может потреблять 1000 Вт электрической мощности. Механическая нагрузка ПФВУ может составлять 50 Вт, потребляемые водяным насосом, и 50 Вт, потребляемые усилителем руля. При КПД 90%, механическая нагрузка на стартер-генератор 17 переменного тока для обеспечения 1000 Вт электрической мощности равна 1,11 кВт. Следовательно, минимальная входная механическая мощность на стартер-генератор переменного тока для обеспечения работы ПФВУ и потребителей электрической мощности составляет: 100 Вт+1,11 кВт = 1,21 кВт.
Выходная мощность через первый и второй генераторы переменного тока в составе стартер-генератора 17 переменного тока может быть сбалансирована путем деления 1,21 кВт на 2, что равно 0,605 кВт. Если первый генератор переменного тока создает нагрузку 0,605 кВт механической мощности на вход стартер-генератора переменного тока для обеспечения 0,5445 кВт выходной электрической мощности, то второй генератор переменного тока, механически соединенный с ПФВУ, может работать, поставляя 0,605 кВт - 100 Вт = 0,505 кВт, умноженных на 0,9, то есть 0,4545 кВт выходной электрической мощности и 100 Вт выходной механической мощности для ПФВУ.
В качестве четвертого примера, транспортное средство может потреблять в дневное время 800 Вт электрической мощности. При КПД 90% механическая нагрузка на стартер-генератор 17 переменного тока для обеспечения 800 Вт электрической мощности составляет 889 Вт. Механическая нагрузка ПФВУ может составлять 750 Вт, потребляемых системой KB, 100 Вт, потребляемых водяным насосом, и 50 Вт, потребляемых усилителем руля, для общего значения 900 Вт механической мощности, снимаемой со стартер-генератора переменного тока. В результате, минимальная входная механическая мощность на стартер-генераторе переменного тока для обеспечения работы ПФВУ и обеспечения электрической мощности составляет: 900 Вт плюс 889 Вт = 1,79 кВт.
Выходная мощность на первом и втором генераторах переменного тока в составе стартер-генератора 17 переменного тока может быть сбалансирована посредством деления 1,79 кВт на 2, что равно 895 Вт. Если первый генератор переменного тока создает нагрузку 895 Вт механической мощности на входе стартер-генератора переменного тока для обеспечения 805,5 Вт выходной электрической мощности, то второй генератор переменного тока, механически соединенный с ПФВУ, может работать, обеспечивая мощность: 895 Вт - 900 Вт = -5 Вт. Таким образом, требуемая выходная электрическая мощность не может быть обеспечена при балансировке выходов первого и второго генераторов переменного тока. Одно из решений может заключаться в перенесении одной из нагрузок на вход первого генератора переменного тока (например, водяного насоса).
В качестве пятого примера, транспортное средство без возможности автономного движения в дневное время может создавать электрическую нагрузку 750 Вт. Механическая нагрузка ПФВУ может составлять 5000 Вт за счет системы KB, 150 Вт за счет водяного насоса и 50 Вт за счет усилителя руля. При КПД 90% механическая нагрузка для стартер-генератора 17 переменного тока для обеспечения 750 Вт электрической мощности составляет 833,3 Вт. Следовательно, минимальная входная механическая мощность на стартер-генератор переменного тока для обеспечения работы ПФВУ и обеспечения электрической мощности составляет: 5,2 кВт+833,3 Вт = 6,03 кВт.
Выходная мощность на первом и втором генераторах переменного тока в составе стартер-генератора 17 переменного тока может быть сбалансирована посредством деления 6,03 кВт на 2, что равно 3,02 кВт. Если первый генератор переменного тока создает нагрузку 3,02 кВт механической мощности на входе стартер-генератора переменного тока для обеспечения 2,72 кВт выходной электрической мощности, то второй генератор переменного тока, механически соединенный с ПФВУ, может работать, обеспечивая: 3,02 кВт - 5,2 кВт = -2,18 кВт, умноженных на 0,9, то есть - 1,962 кВт выходной электрической мощности. Следовательно, может потребоваться использовать второй генератор переменного тока в качестве мотора для обеспечения части крутящего момента для ПФВУ, в то время как первый генератор переменного тока должен работать как генератор переменного тока.
На фиг. 2В показана альтернативная конструкция стартер-генератора переменного тока. Стартер-генератор 17 переменного тока, показанный на фиг. 2В, содержит все те же самые компоненты, что и пример стартер-генератора переменного тока, показанного на фиг. 2А, за исключением того, что в этом примере каркас 214 первой обмотки возбуждения обеспечивает опору для первой обмотки 232 возбуждения и второй обмотки 233 якоря. Следовательно, для краткости, раскрытие каждого компонента не повторяется. Первая обмотка 232 возбуждения расположена на внутренней части 214а каркаса 214 первой обмотки возбуждения. Вторая обмотка 233 якоря расположена на внешней части 214b каркаса 214 первой обмотки возбуждения. Стартер-генератор переменного тока, показанный на фиг. 2В, работает таким же образом, как и стартер-генератор 17 переменного тока, показанный на фиг. 2А. Таким образом, в стартер-генераторе 17 переменного тока, показанном на фиг. 2В, отсутствует каркас второй обмотки якоря стартер-генератора переменного тока, показанного на фиг. 2А.
На фиг. 2С показан продольный разрез стартер-генератора 17 переменного тока, показанного на фиг. 2А. Нумерация компонентов стартер-генератора переменного тока такая же, как и на рис. 2А. Кроме того, на фиг. 2С показан один из примеров обеспечения электрического соединения контактных колец 255 между корпусом 202 и обмотками возбуждения и обмотками 230-233 якоря. Несколько контактных колец может быть использовано для создания пути прохождения электрического тока от электрического соединителя (не показанного на схеме) в корпусе 202 с первой обмоткой 232 возбуждения, второй обмоткой 233 якоря и первой обмоткой 231 якоря. Контактные кольца, обеспечивающие электрическое соединение от электрического соединителя к указанным обмоткам, могут иметь соединение посредством проводников.
На фиг. 3А и 3В показана другая альтернативная конструкция стартер-генератора переменного тока. Этот пример стартер-генератора переменного тока может обеспечить похожую электрическую и механическую выходную мощность, по сравнению со стартер-генератором переменного тока, показанным на. 2А, при использовании корпуса меньшего диаметра.
Подшипники 304, 314, 318 и 328 запрессованы внутрь корпуса 302 для обеспечения опоры каркаса 308 первой обмотки возбуждения и каркаса 324 второй обмотки возбуждения. Подшипники 306, 312 и 322 запрессованы внутрь каркаса 308 первой обмотки возбуждения и каркаса 324 второй обмотки возбуждения для обеспечения опоры каркаса 310 первой обмотки якоря и каркаса 320 второй обмотки якоря. Подшипники 306, 312 и 322 также служат опорой для вала 325. Двигатель 10 может быть механически соединен с секцией 324а шкива каркаса 324 второй обмотки возбуждения для приведения в движение каркаса 324 второй обмотки возбуждения. Шкив 326 механически соединен с валом 325 и может приводить в движение устройства ПФВУ при помощи ремня или цепи. В качестве альтернативы, шкив 326 может приводиться в движение при помощи двигателя 10, а секция 324а шкива может приводить в движение устройства ПФВУ при помощи ремня или цепи.
Первая обмотка 334 возбуждения соединена с каркасом 308 первой обмотки возбуждения. Первая обмотка 333 якоря соединена с каркасом 310 первой обмотки якоря. Соединитель 316 механически соединяет каркас 308 первой обмотки возбуждения с каркасом 320 второй обмотки якоря таким образом, что каркас 308 первой обмотки возбуждения имеет возможность вращаться с той же самой скоростью, что и каркас 320 второй обмотки якоря. Вторая обмотка 332 якоря соединена с каркасом 320 второй обмотки якоря. Вторая обмотка 331 возбуждения соединена с каркасом 324 второй обмотки возбуждения. Контактные кольца 355, щетки альтернативной конструкции или токопроводящая смазка через контакты подшипников обеспечивают электрические соединения между обмотками возбуждения, имеющими возможность вращаться, и обмотками якоря и корпусом 302, где электрический соединитель (не показанный на схеме) обеспечивает электрическое соединение между стартер-генератором 17 переменного тока и контроллером 12.
Следует отметить, что в некоторых примерах вторая обмотка 331 возбуждения может быть выполнена в качестве второй обмотки якоря. Кроме того, вторая обмотка 332 якоря может быть выполнена в качестве второй обмотки возбуждения, когда вторая обмотка 331 возбуждения выполнена в качестве второй обмотки якоря. Вторая обмотка 331 возбуждения и вторая обмотка 332 якоря представляют собой второй стартер-генератор переменного тока в составе стартер-генератора 17 переменного тока. Подобно этому, первая обмотка 334 возбуждения может быть выполнена в качестве второй обмотки якоря. Кроме того, первая обмотка 333 якоря может быть выполнена в качестве первой обмотки возбуждения, когда первая обмотка 334 возбуждения выполнена в качестве первой обмотки якоря. Первая обмотка 334 возбуждения и первая обмотка 333 якоря представляют собой первый стартер-генератор переменного тока в составе стартер-генератора 17 переменного тока. Таким образом, стартер-генератор 17 переменного тока представляет собой электрическую машину смешанного возбуждения, состоящую из первого стартер-генератора переменного тока и второго стартер-генератора переменного тока.
Каркас 320 второй обмотки якоря, каркас 310 первой обмотки якоря и каркас 308 первой обмотки возбуждения не вращаются, когда нулевой ток протекает через вторую обмотку 331 возбуждения, а каркас 324 второй обмотки возбуждения приводится в движение двигателем 10. Однако за счет протекания тока через вторую обмотку 331 возбуждения, когда каркас 324 второй обмотки возбуждения приводится в движение двигателем 10, показанным на фиг. 1А, напряжение может индуцироваться во второй обмотке 332 якоря. Индуцированное напряжение во второй обмотке 332 якоря может быть использовано для подачи электроэнергии на устройство хранения электрической энергии или потребителям электроэнергии в автомобиле. Кроме того, протекание тока возбуждения во второй обмотке 334 возбуждения позволяет генерировать магнитное поле, создающее противодействующий момент для вращения двигателя. Противодействующий момент также заставляет каркас 308 первой обмотки возбуждения вращаться, когда напряжение индуцируется во второй обмотке 332 якоря вследствие того, что каркас 308 первой обмотки возбуждения механически соединен с каркасом 320 второй обмотки якоря через соединитель 316. Если ток подают в первую обмотку 334 возбуждения в то время, когда каркас 308 первой обмотки возбуждения вращается за счет противодействующего момента, созданного током второй обмотки 331 возбуждения, генерируется магнитное поле, способное создавать противодействующий момент для вращения каркаса 310 первой обмотки якоря. Противодействующий момент также заставляет каркас 310 первой обмотки якоря вращаться, когда напряжение индуцируется в первой обмотке 333 якоря за счет тока в первой обмотке 331 возбуждения. Индуцированное напряжение в первой обмотке 333 якоря может быть использовано для подачи электроэнергии на устройство хранения электрической энергии или потребителям электроэнергии в автомобиле. Каркас 310 первой обмотки якоря имеет возможность вращать шкив 326 при помощи вала 325. Каркас 310 обмотки якоря не вращается, если ток возбуждения не протекает через первую обмотку 334 возбуждения.
Показано, что диаметр шкива 324а больше диаметра шкива 326, но указанные шкивы могут иметь равные диаметры или диаметр шкива 326 может быть больше диаметра шкива 324а, в зависимости от конструкторских задач и требуемого диапазона частот вращения вспомогательных устройств с механическим приводом.
Если шкив 326 может приводиться в движение при помощи двигателя 10, то шкив 324а может создавать крутящий момент для устройств ПФВУ, когда подают ток на обмотку 333 и на обмотку 332. В этом случае напряжение, индуцированное в обмотке 334 и обмотке 331, может быть подано в электрическую систему автомобиля для заряжания устройства хранения электрической энергии и обеспечения работы потребителей электроэнергии в автомобиле.
На фиг. 4А и 4B показана другая альтернативная конструкция стартер-генератора переменного тока. Этот пример стартер-генератора переменного тока может работать, имея меньшее количество движущихся частей, при сохранении той же функциональности, как и стартер-генераторы переменного тока, показанные на фиг. 2А-3В. Кроме того, эта альтернативная конструкция обеспечивает расположение входных и выходных шкивов на противоположных сторонах стартер-генератора переменного тока таким образом, чтобы можно было улучшить компоновочную схему автомобиля.
Подшипники 404, 408, 412 и 416 запрессованы внутрь корпуса 410 для обеспечения опоры каркаса 402 первой обмотки возбуждения каркаса 422 второй обмотки якоря. Подшипники 406 и 420 запрессованы внутрь каркаса 402 первой обмотки возбуждения каркаса и каркаса 422 второй обмотки якоря для обеспечения опоры вала 414. Вал 414 обеспечивает опору для каркаса 418 обмотки якоря и обмотки возбуждения. Шкив 440 может быть механически соединен с двигателем 10, а шкив 442 может быть механически соединен с устройствами ПФВУ при помощи ремня или цепи.
Первая обмотка 433 возбуждения соединена с каркасом 402 первой обмотки возбуждения. Первая обмотка 432 якоря соединена с каркасом 418 обмотки якоря и обмотки возбуждения. Вторая обмотка 431 возбуждения также соединена с каркасом 418 обмотки якоря и обмотки возбуждения. Вторая обмотка 430 якоря соединена с каркасом 422 второй обмотки якоря. Контактные кольца 435, щетки альтернативной конструкции или токопроводящая смазка через контакты подшипников, обеспечивают электрические соединения между обмотками возбуждения, имеющими возможность вращаться, и обмотками якоря и корпусом 410, где электрический соединитель (не показанный на схеме) обеспечивает электрическое соединение между стартер-генератором 17 переменного тока и контроллером 12.
Следует отметить, что в некоторых примерах вторая обмотка 431 возбуждения может быть выполнена в качестве второй обмотки якоря. Кроме того, вторая обмотка 430 якоря может быть выполнена в качестве второй обмотки возбуждения, когда вторая обмотка 431 возбуждения выполнена в качестве второй обмотки якоря. Вторая обмотка 431 возбуждения и вторая обмотка 430 якоря представляют собой второй стартер-генератор переменного тока в составе стартер-генератора 17 переменного тока. Подобно этому, первая обмотка 433 возбуждения может быть выполнена в качестве второй обмотки якоря. Кроме того, первая обмотка 432 якоря может быть выполнена в качестве первой обмотки возбуждения, когда первая обмотка 433 возбуждения выполнена в качестве первой обмотки якоря. Первая обмотка 433 возбуждения и первая обмотка 432 якоря представляют собой первый стартер-генератор переменного тока в составе стартер-генератора 17 переменного тока. Таким образом, стартер-генератор 17 переменного тока представляет собой электрическую машину смешанного возбуждения, состоящую из первого стартер-генератора переменного тока и второго стартер-генератора переменного тока.
Каркас 418 обмотки якоря и обмотки возбуждения, каркас 402 первой обмотки возбуждения и каркас 422 второй обмотки якоря не вращаются, когда нулевой ток протекает через первую обмотку 431 возбуждения, а каркас 402 первой обмотки возбуждения приводится в движение при помощи двигателя 10. Однако за счет протекания тока через первую обмотку возбуждения 433, когда каркас 402 первой обмотки возбуждения приводится в движение при помощи двигателя 10, показанного на фиг. 1А, напряжение может индуцироваться в первой обмотке 432 якоря. Индуцированное напряжение в первой обмотке 432 якоря может быть использовано для подачи электроэнергии на устройство хранения электрической энергии или потребителям электроэнергии в автомобиле. Кроме того, протекание тока возбуждения в первой обмотке 433 возбуждения позволяет генерировать магнитное поле, создающее противодействующий момент для вращения двигателя. Противодействующий момент также заставляет каркас 418 обмотки якоря и обмотки возбуждения вращаться, когда напряжение индуцируется в первой обмотке 432 якоря. Вследствие этого, вторая обмотка 431 возбуждения также имеет возможность вращаться. Если ток подают во вторую обмотку 431 возбуждения в то время, когда каркас 418 обмотки якоря и обмотки возбуждения вращается за счет противодействующего момента, созданного током первой обмотки 433 возбуждения, генерируется магнитное поле, способное создавать противодействующий момент для вращения каркаса 422 второй обмотки якоря. Индуцированное напряжение во второй обмотке 430 якоря может быть использовано для подачи электроэнергии на устройство хранения электрической энергии или потребителям электроэнергии в автомобиле. Каркас 422 второй обмотки якоря не вращается, если ток возбуждения не протекает через вторую обмотку 431 возбуждения.
Показано, что диаметр шкива 440 такой же, как и диаметр шкива 442, но диаметры указанных шкивов могут быть выполнены различными, в зависимости от конструкторских задач и требуемого диапазона частот вращения вспомогательных устройств с механическим приводом.
Если шкив 440 может приводиться в движение при помощи двигателя 10, то шкив 442 может создавать крутящий момент для устройств ПФВУ, когда подают ток на обмотку 433 возбуждения и обмотку 431 возбуждения. В этом случае напряжение, индуцированное в обмотке 432 и обмотке 430, может быть подано в электрическую систему автомобиля для заряжания устройства хранения электрической энергии и обеспечения работы потребителей электроэнергии в автомобиле.
На фиг. 4С показана еще одна альтернативная конструкция стартер-генератора переменного тока. Этот пример стартер-генератора переменного тока также может работать, имея меньшее количество движущихся частей, при сохранении той же функциональности, как и стартер-генераторы переменного тока, показанные на фиг. 2А-3В. Кроме того, эта альтернативная конструкция обеспечивает расположение входных и выходных шкивов на противоположных сторонах стартер-генератора переменного тока таким образом, чтобы можно было улучшить компоновочную схему автомобиля.
Подшипники 456 и 470 запрессованы внутрь корпуса 472 для обеспечения опоры каркаса 458 обмотки возбуждения и обмотки якоря. Подшипники 454, 464, 466 и 474 запрессованы внутрь каркаса 458 обмотки возбуждения и обмотки якоря для обеспечения опоры вала 490 и вала 492. Вал 490 обеспечивает опору для каркаса 460 первой обмотки якоря и шкива 452. Вал 492 обеспечивает опору для каркаса 480 второй обмотки возбуждения и шкива 476. Шкив 452 может быть механически соединен с двигателем 10, а шкив 476 может быть механически соединен с устройствами ПФВУ при помощи ремня или цепи.
Первая обмотка 480 возбуждения соединена с каркасом 458 обмотки возбуждения и обмотки якоря. Первая обмотка 482 якоря соединена с каркасом 460 первой обмотки якоря. Вторая обмотка 486 возбуждения соединена с каркасом 480 второй обмотки возбуждения. Вторая обмотка 484 якоря соединена с каркасом 458 обмотки возбуждения и обмотки якоря. Контактные кольца 435, щетки альтернативной конструкции или токопроводящая смазка через контакты подшипников, обеспечивают электрические соединения между обмотками возбуждения, имеющими возможность вращаться, и обмотками якоря и корпусом 472, где электрический соединитель (не показанный на схеме) обеспечивает электрическое соединение между стартер-генератором 17 переменного тока и контроллером 12.
Следует отметить, что в некоторых примерах вторая обмотка 486 возбуждения может быть выполнена в качестве второй обмотки якоря. Кроме того, вторая обмотка 484 якоря может быть выполнена в качестве второй обмотки возбуждения, когда вторая обмотка 486 возбуждения выполнена в качестве второй обмотки якоря. Вторая обмотка 486 возбуждения и вторая обмотка 484 якоря представляют собой второй стартер-генератор переменного тока в составе стартер-генератора 17 переменного тока. Подобно этому, первая обмотка 480 возбуждения может быть выполнена в качестве второй обмотки якоря. Кроме того, первая обмотка 482 якоря может быть выполнена в качестве первой обмотки возбуждения, когда первая обмотка 480 возбуждения выполнена в качестве первой обмотки якоря. Первая обмотка 480 возбуждения и первая обмотка 482 якоря представляют собой первый стартер-генератор переменного тока в составе стартер-генератора 17 переменного тока. Таким образом, стартер-генератор 17 переменного тока представляет собой электрическую машину смешанного возбуждения, состоящую из первого стартер-генератора переменного тока и второго стартер-генератора переменного тока.
Каркас 458 обмотки возбуждения и обмотки якоря, каркас 460 первой обмотки якоря и каркас 480 второй обмотки возбуждения не вращаются, когда нулевой ток протекает через первую обмотку 480 возбуждения, а каркас 458 обмотки возбуждения и обмотки якоря приводится в движение при помощи двигателя 10. Однако за счет протекания тока через первую обмотку 480 возбуждения, когда каркас 460 первой обмотки якоря приводится в движение при помощи двигателя 10, показанного на фиг. 1А, напряжение может индуцироваться в первой обмотке 482 якоря. Индуцированное напряжение в первой обмотке 482 якоря может быть использовано для подачи электроэнергии на устройство хранения электрической энергии или потребителям электроэнергии в автомобиле. Кроме того, протекание тока возбуждения в первой обмотке 480 возбуждения позволяет генерировать магнитное поле, создающее противодействующий момент для вращения двигателя. Противодействующий момент также заставляет каркас 458 обмотки возбуждения и обмотки якоря вращаться, когда напряжение индуцируется в первой обмотке 480 якоря. Вследствие этого, вторая обмотка 484 якоря также имеет возможность вращаться. Если ток подают во вторую обмотку 486 возбуждения в то время, когда каркас 458 обмотки возбуждения и обмотки якоря вращается за счет противодействующего момента, созданного током первой обмотки 480 возбуждения, генерируется магнитное поле, способное создавать противодействующий момент для вращения каркаса 480 второй обмотки возбуждения. Индуцированное напряжение во второй обмотке 486 якоря может быть использовано для подачи электроэнергии на устройство хранения электрической энергии или потребителям электроэнергии в автомобиле. Каркас 480 второй обмотки возбуждения не вращается, если ток возбуждения не протекает через вторую обмотку 486 возбуждения.
Показано, что диаметр шкива 452 больше диаметра шкива 476, но диаметры указанных шкивов могут быть выполнены одинаковыми или диаметр шкива 476 может быть больше диаметра шкива 452 в зависимости от конструкторских задач и требуемого диапазона частот вращения вспомогательных устройств с механическим приводом.
Если шкив 452 может приводиться в движение при помощи двигателя 10, то шкив 476 может создавать крутящий момент для устройств ПФВУ, когда подают ток на обмотку 480 возбуждения и обмотку 486 возбуждения. В этом случае напряжение, индуцированное в обмотке 482 и обмотке 484, может быть подано в электрическую систему автомобиля для заряжания устройства хранения электрической энергии и обеспечения работы потребителей электроэнергии в автомобиле.
Таким образом, система, показанная на фиг. 1А-4С, позволяет создать электрическую машину, содержащую: корпус; первую обмотку возбуждения внутри корпуса; первую обмотку якоря; вторую обмотку возбуждения, причем первая обмотка возбуждения и первая обмотка якоря по меньшей мере частично охвачены второй обмоткой возбуждения; и вторую обмотку якоря, причем первая обмотка возбуждения и первая обмотка якоря по меньшей мере частично охвачены второй обмоткой якоря. Электрическая машина, предусматривает, что первая обмотка возбуждения, вторая обмотка возбуждения, первая обмотка якоря и вторая обмотка якоря по меньшей мере частично расположены внутри корпуса.
В некоторых примерах, электрическая машина дополнительно содержит каркас первой обмотки возбуждения, каркас второй обмотки возбуждения, каркас первой обмотки якоря и каркас второй обмотки якоря. Электрическая машина отличается тем, что каркас первой обмотки возбуждения выполнен с возможностью обеспечения опоры для первой обмотки возбуждения, причем каркас второй обмотки возбуждения выполнен с возможностью обеспечения опоры для второй обмотки возбуждения, причем каркас первой обмотки якоря выполнен с возможностью обеспечения опоры для первой обмотки якоря и причем каркас второй обмотки якоря выполнен с возможностью обеспечения опоры для второй обмотки якоря. Электрическая машина дополнительно содержит два подшипника, выполненных с возможностью обеспечения опоры для вала, причем первая обмотка якоря присоединена к валу. Электрическая машина дополнительно содержит два подшипника, выполненных с возможностью обеспечения опоры для каркаса второй обмотки возбуждения. Электрическая машина дополнительно содержит два подшипника, выполненных с возможностью обеспечения опоры для каркаса первой обмотки возбуждения.
Система также позволяет создать электрическую машину, содержащую: корпус; первую обмотку возбуждения, поддерживаемую каркасом первой обмотки возбуждения внутри корпуса; первую обмотку якоря; вторую обмотку возбуждения; вторую обмотку якоря, причем опорой для второй обмотки якоря служит каркас второй обмотки якоря, причем каркас второй обмотки якоря механически соединен с каркасом первой обмотки возбуждения, причем вторая обмотка якоря по меньшей мере частично охвачена второй обмоткой возбуждения. Электрическая машина отличается тем, что первая обмотка возбуждения, первая обмотка якоря, вторая обмотка возбуждения и вторая обмотка якоря расположены внутри корпуса. Электрическая машина дополнительно содержит каркас первой обмотки якоря и каркас второй обмотки возбуждения.
Электрическая машина дополнительно содержит два подшипника, выполненных с возможностью обеспечения опоры для каркаса первой обмотки возбуждения и два подшипника, выполненных с возможностью обеспечения опоры для второй обмотки возбуждения внутри корпуса. Электрическая машина дополнительно содержит вал и три подшипника, выполненных с возможностью обеспечения опоры для каркаса первой обмотки якоря и каркаса второй обмотки якоря. Электрическая машина дополнительно содержит уменьшение воздушно-топливного отношения оставшихся цилиндров двигателя во время второго режима работы. Электрическая машина дополнительно содержит шкив, механически соединенный с валом.
Система также позволяет создать электрическую машину, содержащую: корпус; первую обмотку возбуждения внутри корпуса; первую обмотку якоря; вторую обмотку возбуждения; и вторую обмотку якоря, причем опорой для первой обмотки якоря и второй обмотки якоря служит единый каркас обмоток якоря. Электрическая машина отличается тем, что первая обмотка возбуждения и вторая обмотка возбуждения выполнены с возможностью охвата по меньшей мере части единого каркаса обмоток якоря. Электрическая машина отличается тем, что вал и только два подшипника выполнены с возможностью обеспечения опоры внутри корпуса для единого каркаса обмоток якоря. Электрическая машина дополнительно содержит каркас первой обмотки возбуждения, выполненный с возможностью обеспечения опоры для первой обмотки возбуждения, и каркас второй обмотки возбуждения, выполненный с возможностью обеспечения опоры для второй обмотки возбуждения. Электрическая машина отличается тем, что каркас первой обмотки возбуждения механически соединен с валом двигателя, а каркас второй обмотки возбуждения механически соединен со вспомогательными устройствами, имеющими механический привод.
Электрическая машина дополнительно содержит четыре подшипника, выполненных с возможностью обеспечения опоры для каркаса первой обмотки возбуждения и каркаса второй обмотки возбуждения.
На фиг. 5 показан пример временной диаграммы работы двигателя в соответствии со способом, показанным на фиг. 6, и системой, показанной на фиг. 1-4С. Временная диаграмма, показанная на фиг. 5, представляет только один пример смоделированной последовательности работы в соответствии со способом, показанным на фиг. 6. В этом примере ток в обмотках возбуждения в стартер-генераторе 17 переменного тока изменяют для регулирования крутящего момента, приложенного к двигателю, и для управления частотой вращения устройства ПФВУ. Однако в альтернативных конструкциях вместо изменения тока в обмотках возбуждения могут изменять ток в обмотках якоря.
Первый график сверху, показанный на фиг. 5, представляет собой график зависимости частоты вращения двигателя от времени. На вертикальной оси отображена частота вращения двигателя, где частота вращения двигателя увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. На горизонтальной оси отображено время, где время увеличивается от левой стороны к правой стороне, как показано на фиг. 5.
Второй график сверху, показанный на фиг. 5 представляет собой график зависимости частоты вращения устройства ПФВУ от времени. На вертикальной оси отображена частота вращения устройства ПФВУ, где частота вращения устройства ПФВУ увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. На горизонтальной оси отображено время, где время увеличивается от левой стороны к правой стороне, как показано на фиг. 5.
Третий график сверху, показанный на фиг. 5, представляет собой график зависимости тока возбуждения первого генератора переменного тока в стартер-генераторе 17 переменного тока от времени. На вертикальной оси отображен ток возбуждения первого генератора переменного тока, где ток возбуждения первого генератора переменного тока увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. На горизонтальной оси отображено время, где время увеличивается от левой стороны к правой стороне, как показано на фиг. 5.
Четвертый график сверху, показанный на фиг. 5, представляет собой график зависимости крутящего момента первого генератора переменного тока в стартер-генераторе 17 переменного тока от времени. На вертикальной оси отображен крутящий момент первого генератора переменного тока, где крутящий момент первого генератора переменного тока увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. На горизонтальной оси отображено время, где время увеличивается от левой стороны к правой стороне, как показано на фиг. 5. Крутящий момент первого генератора переменного тока может быть равен сумме крутящего момента, приложенного к двигателю для вращения второго генератора переменного тока в составе стартер-генератора 17 переменного тока, и крутящего момента для обеспечения выходной электрической мощности от первого генератора переменного тока.
Пятый график сверху, показанный на фиг. 5, представляет собой график зависимости тока возбуждения второго генератора переменного тока в стартер-генераторе 17 переменного тока от времени. На вертикальной оси отображен ток возбуждения второго генератора переменного тока, где ток возбуждения второго генератора переменного тока увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. На горизонтальной оси отображено время, где время увеличивается от левой стороны к правой стороне, как показано на фиг. 5.
Шестой график сверху, показанный на фиг. 5, представляет собой график зависимости крутящего момента второго генератора переменного тока в стартер-генераторе 17 переменного тока от времени. На вертикальной оси отображен крутящий момент генератора переменного тока, где крутящий момент второго генератора переменного тока увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. На горизонтальной оси отображено время, где время увеличивается от левой стороны к правой стороне, как показано на фиг. 5. Крутящий момент второго генератора переменного тока может быть равен сумме крутящего момента, приложенного к первому генератору переменного тока, и крутящего момента для вращения устройств ПФВУ.
Седьмой график сверху, показанный на фиг. 5, представляет собой график зависимости электрической нагрузки автомобиля или количества потребляемой автомобилем электрической энергии от времени. На вертикальной оси отображена электрическая нагрузка автомобиля, где электрическая нагрузка автомобиля увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. На горизонтальной оси отображено время, где время увеличивается от левой стороны к правой стороне, как показано на фиг. 5.
В момент времени Т0 двигатель не работает, и частота вращения устройства ПФВУ равна нулю. Кроме того, поскольку частота вращения двигателя равна нулю, входная частота вращения генератора переменного тока (не показано на графике) равна нулю. Поскольку ток возбуждения первого генератора переменного тока равен нулю, выход генератора переменного тока, присоединенный к ПФВУ, не вращается. Первый генератор переменного тока в составе стартер-генератора 17 переменного тока не создает крутящий момент, когда ток возбуждения первого генератора переменного тока равен нулю. Ток возбуждения второго генератора переменного тока равен нулю, что не обеспечивает возможности вращения выходного шкива ПФВУ. Второй генератор переменного тока в составе стартер-генератора 17 переменного тока не создает крутящий момент, когда ток возбуждения второго генератора переменного тока равен нулю. Электрическая нагрузка автомобиля находится на низком уровне.
В момент времени Т1 водитель автомобиля (не показано на графике) дает команду на запуск двигателя. Частота вращения двигателя начинает увеличиваться в качестве реакции на требование запуска двигателя. Частота вращения двигателя увеличивается за счет работы стартера двигателя. Частота вращения ПФВУ равна нулю, поскольку токи возбуждения первого и второго генераторов переменного тока равны нулю. Значения крутящих моментов первого и второго генераторов переменного тока также равны нулю, поскольку токи возбуждения первого и второго генераторов переменного тока равны нулю. Электрические нагрузки автомобиля за исключением стартера двигателя находятся на низком уровне.
Между моментами времени Т1 и Т2 частота вращения двигателя продолжает увеличиваться, поскольку двигатель начинает создавать крутящий момент. Частота вращения ПФВУ остается нулевой, как и значения тока возбуждения первого генератора переменного тока, тока возбуждения второго генератора переменного тока, крутящего момента первого генератора переменного тока и крутящего момента второго генератора переменного тока. Электрическая нагрузка автомобиля остается на низком уровне.
В момент времени Т2 частота вращения двигателя достигает порогового значения частоты вращения. Например, пороговое значение частоты вращения представляет собой частоту вращения двигателя на холостом ходу. Возникают электрические токи в обмотках возбуждения первого генератора переменного тока и второго генератора переменного тока, как будет раскрыто более подробно ниже для способа, показанного на фиг. 6. В этом примере больший ток протекает через обмотку возбуждения первого генератора переменного тока по сравнению с током в обмотке возбуждения второго генератора переменного тока. Крутящий момент первого генератора переменного тока увеличивается, и, следовательно, увеличивается механическая нагрузка, прикладываемая стартер-генератором 17 переменного тока к двигателю 10. Крутящий момент второго генератора переменного тока также увеличивается, что свидетельствует об увеличении крутящего момента для вращения устройств ПФВУ и обеспечении выходной электрической мощности от второго генератора переменного тока в составе стартер-генератора 17 переменного тока. Электрическая нагрузка автомобиля увеличивается после того, как подают ток в обмотку возбуждения первого генератора переменного тока и в обмотку возбуждения второго генератора переменного тока, что позволяет работать различным потребителям электроэнергии в автомобиле.
В момент времени Т3 частота вращения двигателя начинает увеличиваться. Ток возбуждения первого генератора переменного тока и ток возбуждения второго генератора переменного тока регулируют в качестве реакции на значение частоты вращения двигателя и требуемое значение частоты вращения устройства ПФВУ. Требуемое значение частоты вращения устройства ПФВУ может представлять собой частоту вращения, позволяющую устройству ПФВУ достичь эффективности, превышающей пороговое значение эффективности. Кроме того, токи возбуждения первого и второго генераторов переменного тока регулируют для обеспечения требуемого значения выходной электрической мощности. Требуемое значение выходной электрической мощности может быть основано на значении электрической мощности, необходимой для потребителей электроэнергии в автомобиле, и значении электрической мощности, подаваемой к устройству хранения электрической энергии.
Токи возбуждения первого и второго генераторов переменного тока регулируют в качестве реакции на значение частоты вращения двигателя, значение электрической мощности, необходимой для потребителей электроэнергии, требуемое значение частоты вращения устройства ПФВУ и количество электрической мощности, подаваемой от генератора переменного тока к устройству хранения электрической энергии в автомобиле.
В момент времени Т4 увеличивают электрическую нагрузку в автомобиле. Например, электрическая нагрузка в автомобиле может увеличиться в результате включения режима работы автономного транспортного средства. В других примерах электрическая нагрузка в автомобиле может увеличиться в результате включения автомобильного теплового насоса или другой электрической нагрузки. В этом примере ток возбуждения первого генератора переменного тока поддерживают на существующем уровне, а ток возбуждения второго генератора переменного тока увеличивают для того, чтобы увеличить выходную электрическую мощность на втором генераторе переменного тока в составе стартер-генератора 17 переменного тока. Крутящие моменты первого и второго генераторов переменного тока увеличиваются, в результате чего может быть обеспечено дополнительное количество электрической энергии от второго генератора переменного тока в составе стартер-генератора 17 переменного тока. В частности, механическая нагрузка первого генератора переменного тока увеличивается за счет увеличения тока возбуждения, подаваемого в первый генератор переменного тока. Увеличенный ток возбуждения, подаваемый в первый генератор переменного тока, позволяет первому генератору переменного тока вращать второй генератор переменного тока с дополнительным крутящим моментом. Электрическая нагрузка второго генератора переменного тока увеличивается, что приводит к увеличению крутящего момента второго генератора переменного тока, приложенного к первому генератору переменного тока и двигателю. Увеличение тока возбуждения, подаваемого на обмотки возбуждения второго генератора переменного тока, также позволяет увеличить выходную электрическую мощность, получаемую от второго генератора переменного тока.
На фиг. 6 показан способ эксплуатации автомобиля, где способ содержит генератор переменного тока со смешанным возбуждением. Способ, показанный на фиг. 6, может обеспечить последовательность работы, показанную на фиг. 5. Кроме того, по меньшей мере части способа, показанного на фиг. 6, могут быть реализованы в виде исполняемых инструкций (например, компьютерного программного кода), сохраненных в долговременной памяти контроллера 12, показанного на фиг. 1В, в то время как другие части способа могут быть выполнены контроллером посредством изменения рабочего состояния устройств и приводов в физическом мире. Стартер-генератор переменного тока, раскрытый в способе, показанном на фиг.6, может быть выполнен в качестве одного из стартер-генераторов переменного тока, раскрытых на фиг. 2А-4С.
На шаге 602 способ 600 определяет, работает ли двигатель с частотой вращения, превышающей пороговое значение рабочей частоты вращения. Например, пороговое значение рабочей частоты вращения может представлять собой базовую частоту вращения двигателя на холостом ходу. Способ 600 может определить частоту вращения двигателя при помощи датчика частоты вращения двигателя. Если способ 600 определяет, что частота вращения двигателя больше порогового значения частоты вращения, то ответ "да", и способ 600 переходит к шагу 604. В противном случае ответ "нет", и способ 600 переходит к шагу 630.
На шаге 630 способ 600 определяет, происходит ли включение двигателя. Например, способ 600 определяет, что происходит включение двигателя, если частота вращения двигателя больше нуля и меньше порогового значения частоты вращения (например, базовой частоты вращения двигателя на холостом ходу). Если способ 600 определяет, что происходит включение двигателя, то ответ "да", и способ 600 переходит к шагу 632. В противном случае ответ "нет", и способ 600 переходит к шагу 636.
На шаге 636 способ 600 устанавливает ток, подаваемый в первую обмотку возбуждения стартер-генератора переменного тока, и ток, подаваемый во вторую обмотку возбуждения стартер-генератора переменного тока, равным нулю. Ток, подаваемый в первую и вторую обмотки возбуждения стартер-генератора переменного тока устанавливают равным ноль ампер, когда двигатель остановлен, и потребление электрической энергии уменьшено.
Во время остановки двигателя ток, подаваемый в обмотку возбуждения первого генератора переменного тока, могут установить равным первому значению, а ток, подаваемый в обмотку возбуждения второго генератора переменного тока, могут установить равным второму значению, отличному от первого значения. Например, значение тока, подаваемого в обмотки возбуждения первого генератора переменного тока, приводимого в движение при помощи двигателя, не равно нулю, поэтому к двигателю может быть приложена нагрузка, что позволяет улучшить управление частотой вращения двигателя, что, в свою очередь, позволяет управлять положением остановки двигателя. Ток, подаваемый в обмотки возбуждения второго генератора переменного тока, может быть равным нулю, поэтому нагрузки устройств ПФВУ, имеющие возможность изменять частоту вращения ПФВУ, могут быть отсоединены от двигателя, что позволяет улучшить управление положением остановки двигателя во время остановки двигателя. Таким образом, электрическую нагрузку первого генератора переменного тока могут использовать для управления частотой вращения двигателя и положением остановки двигателя, при одновременном уменьшении влияния второго генератора переменного тока на положение остановки двигателя. Способ 600 переходит к концу алгоритма после управления значением тока, подаваемого в первую и вторую обмотки возбуждения генератора переменного тока.
На шаге 632 способ 600 устанавливает ток, подаваемый в первую обмотку возбуждения стартер-генератора переменного тока, и ток, подаваемый во вторую обмотку возбуждения стартер-генератора переменного тока, равными нулю. Ток, подаваемый в первую и вторую обмотки возбуждения стартер-генератора переменного тока устанавливают равным ноль ампер, поэтому устройства ПФВУ с механически приводом не вращаются во время запуска двигателя. Кроме того, благодаря установке тока, подаваемого в первую и вторую обмотки возбуждения стартер-генератора переменного тока, равным ноль ампер, устраняют крутящий момент, приложенный к двигателю для выработки электрической энергии при помощи стартер-генератора переменного тока. Вследствие этого, может существовать возможность улучшить управление частотой вращения двигателя во время запуска двигателя, поскольку нагрузка на двигатель может быть более равномерной. Способ 600 переходит к шагу 634 после установки значения тока, подаваемого в первую и вторую обмотки возбуждения генератора переменного тока.
В некоторых примерах стартер-генератор переменного тока могут использовать в качестве стартера при необходимости запустить двигатель. Стартер-генератор переменного тока могут использовать в качестве стартера путем подачи тока в первую обмотку возбуждения и напряжения на первую обмотку якоря. Ток и напряжение не могут подавать на вторую обмотку возбуждения и вторую обмотку якоря, когда стартер-генератор переменного тока используют в качестве стартера, поскольку вращение устройств ПФВУ может увеличить потребление тока. Стартер-генератор переменного тока вращает двигатель до превышения им заранее заданной частоты вращения двигателя (например, 250 об/мин), затем стартер-генератор переменного тока могут использовать в качестве генератора переменного тока. Способ 600 переходит к концу алгоритма после установки значений токов в обмотках возбуждения первого и второго генераторов переменного тока.
На шаге 634 способ 600 управляет стартер-генератором 17 переменного тока как генератором переменного тока и увеличивает ток возбуждения, подаваемый в стартер-генератор переменного тока, когда частота вращения двигателя превышает пороговое значение частоты вращения. За счет увеличения тока возбуждения по меньшей мере одного генератора переменного тока в составе стартер-генератора 17 переменного тока, могут увеличить выработку электрической энергии при помощи стартер-генератора 17 переменного тока. Способ 600 переходит к концу алгоритма после увеличения тока возбуждения стартер-генератора 17 переменного тока и после того, как стартер-генератор 17 переменного тока начинает вырабатывать электрическую энергию.
На шаге 604 способ 600 определяет, превышает ли значение требуемого крутящего момента двигателя пороговое значение. Например, пороговое значение может составлять семьдесят пять процентов от максимального крутящего момента двигателя при существующей частоте вращения двигателя. Способ 600 выполняет это определение для того, чтобы реализовать максимальную мощность двигателя во время условий высокой нагрузки, чтобы двигатель мог обеспечить затребованный водителем крутящий момент. Если ответ "да", то способ 600 переходит к шагу 606. В противном случае ответ "нет", и способ 600 переходит к шагу 608.
На шаге 606 способ 600 устанавливает ток, подаваемый в первую обмотку возбуждения стартер-генератора переменного тока и ток, подаваемый во вторую обмотку возбуждения стартер-генератора переменного тока, равными нулю. Ток, подаваемый в первую и вторую обмотки возбуждения стартер-генератора переменного тока устанавливают равным ноль ампер, поэтому устройства ПФВУ с механически приводом не вращаются, а электрическую энергию не получают от стартер-генератора переменного тока в то время, когда затребованные водителем условия превышают пороговое значение. Вследствие этого, может оказаться возможным увеличить значение мощности, подводимой к колесам автомобиля. Способ 600 переходит к концу алгоритма после установки значения тока, подаваемого в первую и вторую обмотки возбуждения генератора переменного тока.
На шаге 608 способ 600 определяет требуемую для автомобиля электрическую мощность. Требуемая для автомобиля электрическая мощность может содержать, но без ограничения этим, мощность, потребляемую навигационными устройствами, приводами и датчиками автомобиля, используемыми для движения автономных транспортных средств, автомобильными системами развлечения, автомобильными системами связи, оборудованием климат-контроля пассажирского салона и автомобильными устройствами освещения. Например, значения мощности, соответствующие типу электрической нагрузки, могут быть определены эмпирически и сохранены в функциях или таблицах в памяти. Например, если включают автомобильный тепловой насос, то способ 600 может извлечь значение электрической нагрузки (например, значение электрической мощности) из памяти для определения электрической нагрузки, создаваемой автомобильным тепловым насосом. В качестве альтернативы, мощность автомобильных потребителей электроэнергии могут измерить, используя резистор в качестве датчика тока или другими известными средствами измерения силы тока. Измеренное значение тока умножают на значение напряжения, при котором подают ток, для определения значения электрической мощности, потребляемой электрическими устройствами автомобиля. Значения мощности для всех потребителей электричества в автомобиле суммируют для определения общих требований по использованию электрической мощности в автомобиле. Способ 600 переходит к шагу 610 после определения требуемой электрической мощности для автомобиля.
На шаге 610 способ 600 определяет значение требуемой механической мощности для автомобильных систем климат-контроля, если автомобиль оборудован этими системами. Например, значения требуемой мощности для компрессора с механическим приводом (например, с приводом от двигателя автомобиля) могут определить эмпирически и сохранить в памяти. Значения мощности могут извлечь из памяти, если включают автомобильную систему климат-контроля.
На шаге 612 способ 600 определяет частоту вращения двигателя и требуемую мощность двигателя. Частоту вращения двигателя (например, число оборотов в минуту) могут определить при помощи датчика положения коленчатого вала и посредством измерения промежутка времени между положениями коленчатого вала. Необходимую мощность двигателя (например, затребованную мощность двигателя) могут определить по затребованному водителем крутящему моменту. Затребованный водителем крутящий момент может быть основан на положении педали акселератора и скорости автомобиля. Записанная в памяти функция имеет отношение к такому определению, и ее могут использовать для преобразования положения педали акселератора и скорости автомобиля в значение затребованного водителем крутящего момента. Значения затребованных водителем крутящих моментов могут определить эмпирически и сохранить в памяти в форме функции или таблицы. Способ 600 переходит к шагу 614 после определения частоты вращения двигателя и требуемой мощности двигателя.
На шаге 614 способ 600 определяет, затребовано ли регулирование температуры пассажирского салона. Например, способ 600 может определить, что регулирование температуры пассажирского салона затребовано на основе положения водительского переключателя привода. В другом примере, способ 600 может определить, что регулирование температуры пассажирского салона затребовано, выполнив анализ значения бита, сохраненного в памяти. Если способ 600 определяет, что регулирование температуры пассажирского салона затребовано, то ответ "да", и способ 600 переходит к шагу 620. В противном случае, ответ "нет", и способ 600 переходит к шагу 616.
На шаге 620 способ 600 определяет минимальную частоту вращения двигателя и нагрузку ПФВУ, поэтому компрессор кондиционирования воздуха не включается и выключается несколько раз. Например, нагрузку ПФВУ могут определить эмпирически и записать в форме таблицы или функции памяти. Данные из таблицы или функции обеспечивают значение мощности, которое затем индексируют с учетом температуры окружающей среды и требуемой температуры в пассажирском салоне автомобиля. Кроме того, способ 600 определяет значение электрической мощности, необходимой для генерации первым и вторым генераторами переменного тока в составе стартер-генератора 17 переменного тока. Например, минимальная частота вращения двигателя представляет собой наименьшую частоту вращения двигателя, когда могут обеспечить общее значение крутящего момента, используемого первым генератором переменного тока, вторым генератором переменного тока и ПФВУ. Требуемые значения электрической мощности для автомобиля могут определить эмпирически и сохранить в памяти или измерить, к примеру, при помощи шунтирующего резистора. Если требуемые значения электрической мощности для автомобиля определены эмпирически и сохранены в памяти, они могут быть основаны на включенном электрическом оборудовании. Например, средства управления автономным транспортным средством могут потреблять 1500 Вт электрической мощности, а электрический водяной насос может потреблять 50 Вт электрической мощности. Таблица или функция, содержащая данные о потреблении электрической энергии средствами управления автономного транспортного средства, может дать значение 1500 Вт, когда автономное транспортное средство функционирует. Просуммированные значения механических нагрузок ПФВУ и значений электрических нагрузок, разделенные на 2, как указано в предыдущих пяти сценариях, могут использовать для выходной мощности от первого и второго генераторов переменного тока в составе стартер-генератор 17 переменного тока. Затем нагрузку второго генератора переменного тока разделяют на механическую нагрузку (ПФВУ) и электрическую нагрузку. Если выходная электрическая мощность одного генератора переменного тока представляет собой отрицательную величину, то генератор переменного тока (например, генератор переменного тока, соединенный с ПФВУ) могут использовать в качестве мотора вместо генератора переменного тока: для балансировки выходных мощностей генератора переменного тока. В некоторых примерах могут регулировать ток возбуждения второго генератора переменного тока для изменения частоты вращения устройств, присоединенных ко второму генератору переменного тока. Например, за частотой вращения компрессора KB могут следить при помощи датчика частоты вращения, и в случае уменьшения частоты вращения компрессора KB ниже требуемой могут увеличить ток возбуждения. Таким образом, могут управлять частотой вращения устройств ПФВУ.
На шаге 616 способ 600 определяет минимальную частоту вращения двигателя и нагрузку ПФВУ для управления потребителями механического крутящего момента ПФВУ на требуемой частоте вращения. Кроме того, способ 600 определяет значение электрической мощности, которую должны выработать первый и второй генераторы переменного тока в составе стартер-генератора 17 переменного тока. Например, нагрузку ПФВУ могут определить эмпирически и сохранить в форме таблицы или функции в памяти. Данные из таблицы или функции обеспечивают значение мощности, которое затем индексируют с учетом температуры окружающей среды и требуемой температуры в пассажирском салоне автомобиля. Кроме того, способ 600 определяет значение электрической мощности, необходимой для генерации первым и вторым генераторами переменного тока в составе стартер-генератора 17 переменного тока. Например, минимальная частота вращения двигателя представляет собой наименьшую частоту вращения двигателя, когда могут обеспечить общее значение крутящего момента, используемого первым генератором переменного тока, вторым генератором переменного тока и ПФВУ. Требуемые значения электрической мощности для автомобиля могут определить эмпирически и сохранить в памяти или измерить, к примеру, при помощи шунтирующего резистора. Если требуемые значения электрической мощности для автомобиля определены эмпирически и сохранены в памяти, они могут быть основаны на включенном электрическом оборудовании. Просуммированные значения механических нагрузок ПФВУ и значений электрических нагрузок, разделенные на 2, как указано в предыдущих пяти сценариях, могут использовать для выходной мощности от первого и второго генераторов переменного тока в составе стартер-генератор 17 переменного тока. Затем нагрузку второго генератора переменного тока разделяют на механическую нагрузку (ПФВУ) и электрическую нагрузку. Если выходная электрическая мощность одного генератора переменного тока представляет собой отрицательную величину, то генератор переменного тока (например, генератор переменного тока, соединенный с ПФВУ) могут использовать в качестве мотора вместо генератора переменного тока: для балансировки выходных мощностей генератора переменного тока. Кроме того, в некоторых примерах могут регулировать ток возбуждения второго генератора переменного тока для изменения частоты вращения устройств, присоединенных ко второму генератору переменного тока. Например, за частотой вращения компрессора KB могут следить при помощи датчика частоты вращения, и если частота вращения компрессора KB больше требуемой, могут уменьшить ток возбуждения. Таким образом, могут управлять частотой вращения устройств ПФВУ.
На шаге 618 способ 600 регулирует токи возбуждения для первого генератора переменного тока и для второго генератора переменного тока в составе стартер-генератора 17 переменного тока. Например, в первой таблице или функции выполняют поиск требуемого значения выходной электрической мощности первого генератора переменного тока и требуемой механической и электрической мощности от первого генератора переменного тока. Первая таблица или функция позволяют получить данные о значении требуемого тока возбуждения для первого генератора переменного тока. Аналогичным образом, во второй таблице или функции выполняют поиск требуемых значений механической и электрической мощности второго генератора переменного тока. Вторая таблица или функция позволяют получить данные о значении требуемого тока возбуждения для второго генератора переменного тока. Первый и второй токи возбуждения задают при помощи контроллера, и способ 600 переходит к концу алгоритма.
Таким образом, электрические нагрузки в автомобиле и механические нагрузки ПФВУ могут распределить между двумя генераторами переменного тока. Один генератор переменного тока (например, второй генератор переменного тока) может обеспечивать крутящий момент для нагрузок ПФВУ. Кроме того, частотой вращения устройств ПФВУ могут управлять посредством регулирования тока возбуждения, подаваемого в указанные устройства.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут быть использованы с разнообразными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства и с различными конструкциями стартер-генераторов переменного тока, раскрытыми в настоящей заявке. Способы и алгоритмы управления, раскрытые в настоящей заявке, могут быть сохранены как исполняемые инструкции в долговременной памяти и выполнены управляющей системой, состоящей из контроллера в сочетании с различными датчиками, приводами и другими средствами двигателя. Конкретные алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, могут представлять собой одну или более стратегий обработки, таких как управляемые по событиям, управляемые по прерываниям, многозадачные, многопоточные и т.п. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут быть пропущены. Аналогично, указанный порядок обработки не обязателен для достижения отличительных признаков и преимуществ раскрываемых в настоящей заявке вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или более из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Более того, по меньшей мере часть раскрытых действий, операций и/или функций могут представлять в графическом виде код, который должен быть запрограммирован в долговременную память машиночитаемой среды хранения данных в управляющей системе. Действия управляющей системы могут также изменить рабочее состояние одного или нескольких датчиков или приводов в физическом мире, когда раскрытые действия осуществляются посредством исполнения инструкций в системе, содержащей различные компоненты оборудования транспортного средства совместно с одним или несколькими контроллерами.
Здесь заканчивается раскрытие. Читающим этот документ специалистам в данной области следует учитывать, что возможны многочисленные изменения и модификации без отклонения от объема настоящего изобретения. Например, вышеизложенная технология может быть применена в двигателях с конфигурацией цилиндров I3, I4, I5, V6, V8, V10, V12 и в оппозитных двигателях, с возможностью потребления природного газа, бензина, дизельного топлива или с альтернативными конфигурациями потребления топлива.