内燃机的永磁电机及相关起动控制系统

摘要

一种用于起动内燃机的电机和包括所述具有永磁体的类型的电机的这种发动机的一种相关起动控制系统允许对电机与其连接的内燃机进行更有效和更简单的管理，其中，设置了电机的监控单元(EMU)和内燃机的监控单元(ECU)，其中，电机包括方向传感器(18)，方向传感器提供表示电机的转子(12)的旋转方向的信号，转子连接至所述内燃机的监控单元(ECU)。

权利要求

1.一种具有永磁体的电机，所述电机适于与内燃机的曲轴联接，以用作起动马达并用作发电机，所述电机包括定子(1)，在所述定子的加强部(6)中设置有：第一相位传感器(14)、第二相位传感器(15)以及第三相位传感器(16)，每个所述相位传感器向所述电机的监控单元(EMU)提供相位信号；以及附加的方向传感器(18)，所述方向传感器通过直接检测所述电机的转子的旋转方向而直接向所述内燃机的监控单元(ECU)提供表示所述电机的转子的旋转方向的信号，其中，所述方向传感器(18)是具有霍尔效应的双通道传感器，并且所述方向传感器能够提供指示所述转子相对于所述定子(1)的旋转方向的信号，该信号对于正向旋转为0而对于逆向旋转为

1，并且该信号不提供相位脉冲。

2.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述方向传感器(18)布置在所述相位传感器(15)之一处。

3.一种内燃机的起动控制系统，所述控制系统包括具有永磁体的电机、所述电机的监控单元(EMU)以及所述内燃机的监控单元(ECU)，其中，所述电机包括：定子(1)；

第一相位传感器(14)、第二相位传感器(15)以及第三相位传感器(16)，每个所述相位传感器向所述电机的所述监控单元(EMU)提供相位信号；以及附加的方向传感器(18)，所述方向传感器通过直接检测所述电机的转子的旋转方向而直接向所述内燃机的所述监控单元(ECU)提供表示所述电机的转子的旋转方向的信号，其中，所述方向传感器(18)是具有霍尔效应的双通道传感器，并且所述方向传感器能够提供指示所述转子相对于所述定子(1)的旋转方向的信号，该信号对于正向旋转为0而对于逆向旋转为1，并且该信号不提供相位脉冲。

4.如权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述方向传感器(18)布置在所述相位传感器(15)之一处。

说明书

内燃机的永磁电机及相关起动控制系统

[0001] 本发明涉及一种适于与内燃机的曲轴联接以用作起动马达和发电机的具有永磁体的类型的电机，并涉及一种包含该电机的内燃机的相关起动控制系统。具体地，该电机必须执行内燃机中的起动程序，其中，当车辆停止时提供发动机的自动关闭，并且优选地适合于诸如小型摩托车等的机动车辆的单缸发动机，其中，显然甚至用作发电机的电机直接安装在曲轴上。

[0002] 在该构型中，电机配备有特定传感器，该特定传感器被电机的监控单元和内燃机的监控单元用来管理上述程序。

[0003] 为此，当发动机必须重新起动时、即当发动机因车辆停止而关闭时，使用重新起动程序，通过记住后者必须在非常短的时间内发生并通过绝对避免活塞在气缸内的失速来提供电机的转动，从而将活塞布置在气缸内的需要最低可能的转矩来重新起动的位置上。

[0004] 美国专利第5,458,098A号描述了为汽车类型的多缸发动机设计的这种类型的程序。

[0005] 通常，在该相位中的电机以有限转矩转动，因而，通过使曲轴往复转动，活塞不能超过对应于压缩相位的上死点。

[0006] 在上述文献中，在每次停止时执行逆向转动，所述逆向转动将活塞从更接近的压缩相位移开：当从电机正向转动用来起动的时刻开始，在正向转动期间累积的惯性允许通过重新起动发动机克服更接近的压缩相位，即使转矩不足以通过从进一步更接近的相位开始来克服它。

[0007] 假设活塞不锁定在前面的逆向转动，则以预先建立的转动角度(在四缸发动机的情形下为π/4，其中，每转动π/2有压缩相位)执行逆向转动或持续预先建立的转动时间执行逆向转动。

[0008] 然而，在单缸发动机中，相邻压缩相位彼此间隔开2π角度的转动角度，因而难以建立固定逆向转动角度和/或时间，从而确保执行重新起动。

[0009] 甚至在美国专利第5,713,320 A号中，描述了类似于前述程序的程序，其中，电机以低功率逆向转动直至到达更接近的压缩相位。

[0010] 欧洲专利第1,046,813号描述了一种逆向转动程序，其中提供了在逆向转动期间检测摩擦力的传感器的介入，以理解逆向转动何时可以停止。

[0011] 相反地，欧洲专利第1,233,175号描述了使用能够检测曲轴的绝对角度位置的传感器的程序。

[0012] 欧洲专利第1,321,666号又描述了一种程序，其中，施加至曲轴的逆向转动角度被检测。

[0013] 欧洲专利申请第1,396,629 A2号描述了内燃机的起动控制系统，其中，位置传感器用于与其它位置传感器一起提供表示转动方向的信号。

[0014] 美国专利申请第2008/0105230号描述了另一种提供三个电压传感器和一个相位传感器的控制系统，所有传感器都连接至内燃机的监控单元。

[0015] 最后，欧洲专利第1,574,692号描述了一种内燃机的起动控制系统，其中，通过来自存在于具有永磁体的类型的电机中的具有霍尔效应的相位传感器的相位脉冲序列来检测电机以及内燃机的转动方向。

[0016] 提供给起动控制系统的除电机的监控单元之外的内燃机的监控单元的这条信息还用于在起动期间检测发动机的正向转动、相位，其中，允许电流和燃料混合物供应至内燃机。

[0017] 其中内燃机的同一监控单元必须管理三个传感器而不是仅一个传感器的这种系统占用了可用于调节发动机起动的监控单元的计算资源的过多部分。

[0018] 本发明的技术问题在于提供一种允许克服参考现有技术所提到的缺点的电机。

[0019] 该问题通过如上所指定的具有永磁体的电机来解决，该电机包括相位传感器设置在其加强部中的定子，其中设置了具有霍尔效应的附加传感器，从而提供表示电机的转子的转动方向的信号。

[0020] 该问题还通过包括具有永磁体的电机、电机的监控单元和内燃机的监控单元的电动内燃机的起动控制系统来解决，其中，电机包括提供表示电机的转子的转动方向的信号的方向传感器，该方向传感器连接至内燃机的所述监控单元。

[0021] 根据本发明的电机及包括该电机的起动控制系统的主要优点在于，允许连接至电机的内燃机的更有效和更简单的管理。

[0022] 下文将根据通过参考附图以示例而非限制性目的的方式提供的优选实施例示例来描述本发明，附图中：

[0023] 图1示出了根据本发明的电机的定子的侧视图；

[0024] 图2示出了图1所示的电机的定子的剖视图；

[0025] 图3示出了图2所示的剖面的放大的细节图；

[0026] 图4示出了根据本发明的电机的转子的侧视图；

[0027] 图5示出了图1所示的定子的一部分的放大图，其中，突出显示了某些构造细节；

[0028] 图5A和5B示出了与图5所示的定子部分相关的附加构造细节；以及[0029] 图6示出了包括前面附图所示的电机并且用根据本发明的电机来执行起动程序的根据本发明的起动控制系统的方案。

[0030] 首先通过参考图6，作为初步介绍，起动控制系统被描述成适于利用本实施例的电机执行起动程序。

[0031] 起动控制系统包括具有永磁体的无刷式的三相电机(三相机)，该三相电机由致动装置(电机驱动器)驱动，该致动装置又从电池接收电流。

[0032] 致动装置和电池两者都由电机的监控单元(EMU)管理，电机的监控单元布置成从合适的输入(起动命令)接收用于点燃马达的命令。在该特定情形下，该输入可接收由按键、由钥匙的转动、由来自加速器的化油器的节流阀打开、由变速或由对加速器的压力检测的命令等产生的信号。

[0033] 最后两种类型的信号是在发动机和起动系统布置成在每次停车时或者在每次停止超过一定持续时间时关闭发动机的情形下使用的信号，该信号用来当驾驶员表现出继续运行的意图时自动再次起动发动机，好像发动机先前没有关闭一样。

[0034] 发动机监控单元(EMU)从合适的电传感器(电流传感器)接收与电机的电流供应相关的一条信息；发动机监控单元还从布置在电机中的通常具有霍尔效应的相位传感器接收表示电机的转子相对于定子的相对位置的脉冲。

[0035] 在本实施例中，这种脉冲是由电机的定子的相位传感器(位置传感器)或者定子所配备的具有霍尔效应的三个传感器产生的相位脉冲。

[0036] 电机通过曲轴直接机械地连接至内燃机，该曲轴与电机的轴重合。

[0037] 此外，电机的定子甚至配备有将在下文中详细描述的特定的方向传感器，该方向传感器提供表示转子相对于定子的旋转方向的信号。

[0038] 这种信号不被收集到电机的监控单元，而被收集到调节内燃机的电源供应(即火花塞)和燃料混合物的供应的内燃机的监控单元(ECU)。

[0039] 通过参考本实施例，这种起动控制系统布置成用于基本上摩托车类型的单缸四冲程发动机。

[0040] 相反地，通过从前起参考附图，本实施例的电机被更详细地描述。

[0041] 发动机为具有永磁体的类型且具有三个相位，其中，转子由九个齿构成，九个齿分成由每个相的三个齿组成的组。

[0042] 这种类型的电机特别适合于组装在四冲程发动机、特别是单缸发动机的曲轴的轴线上，以不仅用作起动马达而且用作发电机。

[0043] 该电机包括剖视图中所示的定子并且该定子在图1和3中用1标示。

[0044] 定子1以充满铁磁材料的元件实现，该元件包括中心芯2，多个齿3从中心芯2向外径向延伸，每个齿以扩大的头部4结束，以便在齿和齿之间实现隔室，该隔室被围绕每个齿布置的铜制导线的绕组5填充。

[0045] 接着，齿3具有由相应的头部4形成的外接合表面。

[0046] 定子1还包括占用定子的圆形扇区的外加强部分6(图2)。所有绕组的电线从此分岔穿过在定子1外面的连接件7，接着联结至护套8的内部并连接至相应的插头9，插头9将连接至电池。

[0047] 甚至其它线缆从加强部分6分岔，所述其它电线连接至放置在所述加强部分6与置于其中的齿3之间的一般是相位位置传感器的霍尔传感器(图2)。

[0048] 护套8甚至包括接着连接至相应的连接器10和11的所述其它线缆。

[0049] 如前所述，齿3分成三组，每组对应于一相：每组齿彼此之间相邻，且因而占用具有120°宽度的定子1的圆形扇区。

[0050] 通过将多圈由漆包铜制成的同一金属线布置在同一齿上的若干层上来实现绕组。

[0051] 电机还包括连接至未示出的曲轴的转子12(图4)，转子12包括在其本身冠部处的多个适当间隔开的永磁体13。

[0052] 至于前述霍尔传感器，它们等距地布置在加强部分6下方的各相邻头部4之间的自由空间处。

[0053] 它们是三个传感器：第一相位传感器14、第二相位传感器15以及第三相位传感器16(图5B，剖面A－A)。

[0054] 在其它两个的中心处的第二相位传感器15布置在加强部分6的甚至接纳方向传感器18(图5A，剖面B－B和C－C)的扩大隔室中(图5，剖面D－D)。

[0055] 在该实施例中，方向传感器18是具有霍尔效应的双通道传感器并且其能够提供表示转子12相对于定子1的旋转方向的信号。

[0056] 例如0用于正向旋转而1用于逆向旋转的该信号不提供相位脉冲。

[0057] 则特别适合于从将直接接收该信号的内燃机的监控单元(ECU)禁止(逆向旋转)或允许(正向旋转)火花塞的电源供应和燃烧室中的燃料混合物的供应。

[0058] 对于上述电机，本领域技术人员为了满足额外的和可能的需要可引入若干附加的修改和变型，然而，所有修改和变型都在如由所附权利要求限定的本发明的保护范围内。