CN103253122A - 一种汽车动力系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车动力系统，主要采用燃油发动机提供动力；其中燃油发动机的气缸缸筒与活塞均为磁体，并且气缸缸筒与活塞中至少一个是电磁铁，在外部绕有与功率电源连通的通电线圈；另外在位于功率电源与电磁铁之间可以设有电磁控制器，用于改变功率电源输出电流的方向，还可以将气缸缸筒与活塞之间产生的电流输入到功率电源中。本发明的汽车动力系统只是将传统燃油发动机的气缸缸筒和活塞作为其中电磁驱动的部件使用，来实现发动机与电磁驱动相结合，主要是解决目前混合动力汽车动力系统体积庞大、结构复杂以及能量利用率不高的问题。

Description

一种汽车动力系统

技术领域

本发明涉及汽车动力系统设计领域，特别是涉及一种具有新型发动机的汽车动力系统。

背景技术

现在正处在新能源汽车发展的初期阶段，传统汽车仍然占据的绝大多数的市场份额，作为从传统车到新能源汽车的转化车型，混合动力汽车在新能源汽车中以及汽车发展史上占有举足轻重的地位。当前的混合动力汽车结合了传统汽车和电动汽车的功能，其主要原理是将发动机和电动机机械的结合到一起，使得发动机和电动机配合起来工作。虽然也达到比较优良的性能，但是这样的结合方式会最终都会导致体积庞大，连接复杂，控制起来也不容易，从而阻碍着该车型的发展。另外，目前混合动力系统仅仅实现的是将发动机和电动机的动力进行结合然后输出，而它们相互之间却很少有能量的交替，使得整体能量的利用率不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽车发动机与电磁驱动相结合混合动力系统，并且还能利用发动机动力实现电磁发电，主要是解决目前混合动力汽车动力系统体积庞大、结构复杂以及能量利用率不高的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种汽车动力系统，所述动力系统采用燃油发动机提供动力，所述燃油发动机包括配合使用的气缸缸筒、气缸端盖、活塞、活塞连杆以及曲轴，所述气缸缸筒与所述活塞均为磁体；所述气缸缸筒与所述活塞中至少一个是电磁铁，所述电磁铁外部绕有通电线圈；功率电源，与所述通电线圈连通；

电磁控制器，位于所述功率电源与所述电磁铁之间，用于改变所述功率电源输出电流的方向，并将所述气缸缸筒与所述活塞之间产生的电流输入到所述功率电源中。

可选地，所述气缸缸筒与所述活塞均为电磁铁，分别通过所述电磁场控制器与所述功率电源连通。

可选地，所述气缸缸筒采用软磁体材料构成并作为铁芯，在所述气缸缸筒的外壁上绕有第一通电线圈，所述第一通电线圈通过所述电磁场控制器与所述功率电源连通。

可选地，所述活塞的活塞连杆采用软磁体材料构成并作为铁芯，在所述活塞连杆上绕有第二通电线圈，所述第二通电线圈通过所述电磁场控制器与所述功率电源连通。

可选地，所述电磁控制器还用于改变所述功率电源中输出电流的大小，从而改变所述电磁铁的磁场强度。

可选地，在所述电磁控制器与所述曲轴之间设有转速传感器，用于将所述曲轴的转速信息传递至所述电磁控制器，所述电磁控制器根据所述转速信息对所述功率电源输出的电流大小进行控制。

可选地，在所述电磁控制器与所述曲轴之间设有转矩传感器，用于将所述曲轴的转矩信息传递至所述电磁控制器，所述电磁控制器根据所述转矩信息对所述功率电源输出的电流大小进行控制。

可选地，所述活塞为永磁体，所述活塞靠近所述气缸端盖的一端为N/S极，对应地，另一端为S/N极。

可选地，所述气缸端盖为永磁体，所述气缸端盖靠近所述活塞的一端为N/S极，对应地，另一端为S/N极。

本发明至少存在以下有益技术效果：

本发明的汽车动力系统只是将传统燃油发动机的气缸缸筒和活塞作为其中电磁驱动的部件使用，来实现发动机与电磁驱动相结合，结构简单，提高驱动效率，还可以使得整个系统的体积更小。另外，根据当前的结构，还能充分利用燃油发动机的动力来实现电磁发电，并可将产生的电能利用到电磁驱动中，最终提高能量的利用率。

附图说明

图1为本发明汽车动力系统实施例的结构示意图；

图2为本发明系统的其中一种实施例中气缸部分结构示意图；

图3为本发明系统的其中一种实施例中气缸部分结构示意图；

图4为本发明系统的其中一种实施例中气缸部分结构示意图；

其中：

1-燃油发动机，2-气缸缸筒，201-第一通电线圈，3-活塞，4-活塞连杆，401-第二通电线圈，5-曲轴，501-转速传感器，502-转矩传感器，6-功率电源，7-电磁控制器，8-气缸端盖，9-燃油箱。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对具体实施例进行详细描述。

特别如图1中所示，本发明实施例提供了一种汽车动力系统，所述动力系统采用传统燃油发动机1提供动力。燃油发动机1与燃油箱9连通，燃油发动机1可以包括配合使用的气缸缸筒2、气缸端盖8、活塞3、活塞连杆4以及曲轴5。

在本发明中，气缸缸筒2与活塞3均可以设计为磁体；其中磁体可以是永磁体或电磁铁等。

而本发明中气缸缸筒2与活塞3中至少一个是电磁铁，通常在电磁铁外部绕有通电线圈。

本发明的动力系统还包括功率电源6，是与上述电磁铁的通电线圈连通。

电磁控制器7，位于功率电源与电磁铁之间，用于改变功率电源输出电流的方向，从而可以改变电磁铁的磁极方向；电磁控制器7还可以将气缸缸筒2与活塞3之间产生的电流输入到功率电源中，是根据线圈在磁场中运动会产生感应电动势的原理。

本发明是通过对传统汽车发动机进行最小程度的改造来实现发动机与电磁驱动相结合，将燃油发动机的气缸缸筒和活塞作为电磁驱动中所需要的部件使用，来实现发动机与电磁驱动相结合，结构简单，提高驱动效率，并且最终将会使得整个系统的体积更小。另外，在不改变当前结构基础上，还能充分利用燃油发动机的动力来实现电磁发电，并可将产生的电能利用到电磁驱动中，从而提高能量的利用率。

本发明的一个实施例中，特别如图2所示，本例中取气缸缸筒2与活塞3均为电磁铁。

其中气缸缸筒2采用软磁体材料构成并作为电磁铁的铁芯，具体的软磁体材料可以是软铁或硅钢。在气缸缸筒2的外壁上绕有第一通电线圈201，通常绕两组线圈，线圈具有熔点高、耐电流大等特点，并且线圈的轴线与气缸缸筒2的轴线重合。第一通电线圈201通过电磁场控制器7与功率电源6连通。当功率电源6通过电磁场控制器7向第一通电线圈201通电时，第一通电线圈201内部和周围可以产生磁场。

同样，活塞3的活塞连杆4采用软磁体材料构成并作为电磁铁的铁芯，具体的软磁体材料可以是软铁或硅钢。在活塞连杆4上绕有第二通电线圈401，通常绕两组线圈，线圈具有熔点高、耐电流大等特点，并且线圈的轴线与气缸缸筒2的轴线重合。第二通电线圈401通过电磁场控制器7与功率电源6连通。当功率电源6通过电磁场控制器7向第二通电线圈401通电时，第二通电线圈401内部和周围可以产生磁场。

由于第一通电线圈201和第二通电线圈401结构布局以及它们环绕方式，必将使得它们之间产生的磁场之间可以具有相互作用的吸引力或排斥力。并且由于电磁控制器7可以控制功率电源6输出的电流的方向以及电流大小，而输出电流方向和大小的改变将会导致磁极和磁场强度的变化，所以最终可以通过电磁控制器7来控制第一通电线圈201和第二通电线圈401相互之间的磁场作用力。

本发明的动力系统中电磁控制器7与曲轴5之间还可以设置转速传感器501和转矩传感器502，具体如图1中所示。转速传感器501和转矩传感器502均能够将各种检测到的曲轴5的转速信息和转矩信息传递至电磁控制器7，电磁控制器7再根据上述相关信息来对功率电源6输出的电流大小进行控制，从而控制磁场强度。

本发明中电磁部分的工作原理如下：

在只考虑本发明动力系统的电特性时，即燃油发动机此时不工作。其中，假设活塞3处于上止点，则可以接通电流使活塞3受到气缸缸筒2的排斥力，于是活塞3向下止点运行，此时给活塞3的电流方向与气缸缸筒2的电流方向相反；当活塞3处于下止点时，接通电流使活塞3受到气缸缸筒2的吸引力，则活塞3向上止点运行，此时给活塞3的电流方向与气缸缸筒2的电流方向相同。如此循环接通电流，则活塞3可在气缸缸筒2内往复运动，从而带动曲轴5旋转。当然，活塞3运动的加速度与磁场力的强度有关，可以通过电磁控制器7调控电流的大小来控制，此时曲轴5的旋转速度也能得到控制。

本发明的混合动力系统可以实现至少四种工作状态：

1）、燃油驱动状态：当动力系统只由燃油驱动时，其中电磁控制器7不起到控制作用，只是对曲轴5的转速和转矩信号进行采集，功能相当于传感器。

2）、电磁驱动状态：当动力系统只由电磁驱动而不使用燃油时，电磁控制器7控制来自功率电源6的电流大小和方向，从而控制活塞3做往复运动。为了更好的控制曲轴5的转速和转矩，在电磁控制器7与曲轴5之间可以设置转速传感器501和转矩传感器502来构成闭环控制系统。

3）、混合驱动状态：当动力系统处于混合驱动状态时，燃油驱动与电磁驱动一起作用。这种状态的发动机驱动能力最强，电磁驱动可以对燃油驱动的运行过程进行补充优化。

4）、电磁发电状态：当动力系统由燃油驱动，并且气缸缸筒2或活塞3中只有一个进行通电而产生磁场，此时没有通电的线圈在上述磁场中运动就会产生感应电动势，再通过电磁控制器7将产生的电能储存到功率电源6的电池中。

本发明的一个实施例中，特别如图3所示，与上述图2实施例中不同之处在于，本例中是取气缸缸筒2为电磁铁，而活塞3为磁性强度高的永磁体。其中活塞3靠近气缸端盖8的一端为N/S极，对应地，另一端为S/N极。此时是通过改变气缸缸筒2是第一通电线圈201所产生的磁极的方向，同样可以实现与永磁铁活塞3的相互吸引或排斥，从而上述实施例所述的功能，本例不再赘述。

特别说明的是，图2实施例中的第四个状态，在本例中具体可以为：

4）、电磁发电状态：当动力系统由燃油驱动，其中气缸缸筒2不通电，磁场是由活塞3产生，此时气缸缸筒2的第一线圈201在活塞3磁场中运动就会产生感应电动势，再通过电磁控制器7将产生的电能储存到功率电源6的电池中。

本发明的一个实施例中，特别如图4所示，与上述图2和图3所示实施例中不同之处在于，本例中是取气缸的气缸端盖8为磁性强度高的永磁体，而活塞3为电磁铁。其中气缸端盖8靠近活塞3的一端为N/S极，对应地，另一端为S/N极。此时是通过改变活塞3是第二通电线圈401所产生的磁极的方向，同样可以实现与永磁铁气缸端盖8的相互吸引或排斥，从而上述实施例所述的功能，本例不再赘述。

特别说明的是，图2实施例中的第四个状态，在本例中具体可以为：

4）、电磁发电状态：当动力系统由燃油驱动，其中活塞3不通电，磁场是由气缸缸筒2产生，此时活塞3的第二线圈401在气缸缸筒2的磁场中运动就会产生感应电动势，再通过电磁控制器7将产生的电能储存到功率电源6的电池中。

最后，本发明中需要说明的是，为了不影响本发明运行效果，动力系统以外特别是位于活塞周围的零部件必须是非导磁体；另外，如果其中的永磁体若选择电励磁，则要选择退磁效果较好的。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种汽车动力系统，所述动力系统采用燃油发动机（1）提供动力，所述燃油发动机（1）包括配合使用的气缸缸筒（2）、气缸端盖（8）、活塞（3）、活塞连杆（4）以及曲轴（5），其特征在于，

所述气缸缸筒（2）与所述活塞（3）均为磁体；

所述气缸缸筒（2）与所述活塞（3）中至少一个是电磁铁，所述电磁铁外部绕有通电线圈；

功率电源（6），与所述通电线圈连通；

电磁控制器（7），位于所述功率电源与所述电磁铁之间，用于改变所述功率电源输出电流的方向，并将所述气缸缸筒（2）与所述活塞（3）之间产生的电流输入到所述功率电源中。

2.根据权利要求1所述的汽车动力系统，其特征在于，所述气缸缸筒（2）与所述活塞（3）均为电磁铁，分别通过所述电磁场控制器（7）与所述功率电源（6）连通。

3.根据权利要求2所述的汽车动力系统，其特征在于，所述气缸缸筒（2）采用软磁体材料构成并作为铁芯，在所述气缸缸筒（2）的外壁上绕有第一通电线圈（201），所述第一通电线圈（201）通过所述电磁场控制器（7）与所述功率电源（6）连通。

4.根据权利要求2所述的汽车动力系统，其特征在于，所述活塞（3）的活塞连杆（4）采用软磁体材料构成并作为铁芯，在所述活塞连杆（4）上绕有第二通电线圈（401），所述第二通电线圈（401）通过所述电磁场控制器（7）与所述功率电源（6）连通。

5.根据权利要求1所述的汽车动力系统，其特征在于，所述电磁控制器（7）还用于改变所述功率电源（6）中输出电流的大小，从而改变所述电磁铁的磁场强度。

6.根据权利要求1所述的汽车动力系统，其特征在于，在所述电磁控制器（7）与所述曲轴（5）之间设有转速传感器（501），用于将所述曲轴（5）的转速信息传递至所述电磁控制器（7），所述电磁控制器（7）根据所述转速信息对所述功率电源（6）输出的电流大小进行控制。

7.根据权利要求1所述的汽车动力系统，其特征在于，在所述电磁控制器（7）与所述曲轴（5）之间设有转矩传感器（502），用于将所述曲轴（5）的转矩信息传递至所述电磁控制器（7），所述电磁控制器（7）根据所述转矩信息对所述功率电源（6）输出的电流大小进行控制。

8.根据权利要求1所述的汽车动力系统，其特征在于，所述活塞（3）为永磁体，所述活塞（3）靠近所述气缸端盖（8）的一端为N/S极，对应地，另一端为S/N极。

9.根据权利要求1所述的汽车动力系统，其特征在于，所述气缸端盖（8）为永磁体，所述气缸端盖（8）靠近所述活塞（3）的一端为N/S极，对应地，另一端为S/N极。

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