CN104999898B - 组合式驱动电机及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种组合式驱动电机及其应用方法，组合式驱动电机包括机体以及其内安装的一个母电机和若干个子电机，母电机安装在机体的中央，子电机对称安装在母电机的周围，母电机和若干个子电机通过同步型齿带轮和同步齿带连接传动，使子电机与母电机能同向旋转，并且能自动增加或减少子电机参与运转的数量，即加速时，子电机递增参与运转的数量，减速时，子电机参与的数量递减。本发明结构合理，易于实现，安全可靠，节能环保，简捷地摒弃了昂贵的电源逆变器、变频器、伺服驱动控制器等设备，整车成本大幅度降低，其操控性也十分简捷，故障率低，运行安全可靠。

Description

组合式驱动电机及其应用方法

技术领域

本发明涉及电磁旋转的电动机领域，尤其是一种适用于电动车辆的组合式驱动电机及其应用方法。

背景技术

电动汽车驱动电机的不同，其成本也差异甚大，若采用直流有刷电机，车载电源可直接供给电机，用半导体晶闸管式控制器斩波方式调速，目前已能满足电动汽车使用的要求，但由于晶闸管控制器原采用外国公司如意大利和美国产品，现在可以国产化，成本较高，而关键元器件均需采用外国公司的产品。

若采用直流无刷电机，其必须与控制器一体制成，成本更高。以调电源脉冲宽度来调电机转速，优点是体积小，重量轻。电机能国产化，控制器的关键元器件均由国外公司生产，成本难降，且目前这种电机与电动汽车一样属研发阶段，形不成批量，成本高也在情理之中。

若采用交流异步电机作为电动汽车驱动电机，其优点：体积小、重量轻，国产质量不差，由于车载电源系直流电，需将电源经逆变器转换成交流电，汽车驱动电机电压380V左右，功率在几十千瓦，其逆变器功率大，成本高，交流异步电机采用变频变压控制（VVVF）和磁场定向控制（FOC）也称矩量控制或解耦控制，变频控制器国产、进口都有，但关键元器件均为进口，因此，要降低成本也不太可能。

至于正在研发中的磁阻电机，通常采用PWM模式调控，或采用FSMC控制电机和调速，否则磁阻电机就不能工作。其成本与上述情况相同。

电动汽车驱动电机，要求启动、爬坡时高转矩，高速行驶时要求低转矩，要求变速范围大，直流有刷电机、直流永磁无刷电机、交流异步电机、磁阻电机是目前电动汽车驱动电机的主流技术和首选机型，但是它们都有一个不可避开的设备，既：必配电源逆变器、或是变频器、或是伺服驱动控制器等设备，这些必备的设备构成了电动汽车成本的主要部份之一和难以逾越的技术障碍，目前半导体核心器件掌握在外国人手中，若要降低电动汽车总成本，只能用技术创新的思路，发明一种新的驱动电机与变速系统来解决上述的技术缺陷。

发明内容

为弥补上述列举现有技术的不足，本发明采用N个圆柱形子电机与一个母电机，构成组合式驱动电机，由蓄电池直接供电，其动力由母电机轴输出，用简捷的调控器控制子电机参与运转的数量，驱动电动汽车运行，从而解决了目前国内驱动电机必须依赖电源逆变器、变频器以及伺服驱动控制技术的弊端。

以下首先给出本发明组合式驱动电机所基于的原理：由N个圆柱形子电机与一个母电机，构成组合式驱动电机，直接为本发明供电，当运行时依据驾驶员踩踏的力度，本发明能自动增加或减少子电机参与运转的数量，该自动控制功能由电压识别器、放大驱动器以及主控开关组成的电路完成的。例如：加速时，子电机递增参与运转的数量，减速时，子电机参与的数量递减，如此发明，简捷地摒弃了昂贵的电源逆变器、或是变频器、或是伺服驱动控制器，使整车成本大幅度降低，其操控性也十分简捷，故障率低，运行安全可靠。

接着给出本发明组合式驱动电机的具体结构：其包括机体以及其内安装的一个母电机和若干个子电机，所述母电机安装在机体的中央，所述若干个子电机分别对称安装在母电机的周围；所述母电机为两端输出轴电机，所述母电机输出轴的左端通过左轴承贯穿机体的左侧且轴端紧固套装一个第一带轮，所述母电机输出轴的右端通过右轴承贯穿机体的右侧而作为负载连接端；所述若干个子电机均为单端输出轴电机，每个子电机输出轴均贯穿机体的左侧且轴端紧固套装双向超越离合器，所述双向超越离合器上均紧固套装一个第二带轮，所述多个子电机的第二带轮通过第一齿带相互连接起来；所述若干个子电机中有一个子电机的双向超越离合器上同时紧固套装一个第二带轮与一个第三带轮，由第二齿带将第三带轮与母电机输出轴上的第一带轮连接起来；所述第一带轮、第二带轮、第三带轮均为同步型齿带轮，所述第一齿带、第二齿带均为同步齿型带。工作时，若干个子电机通过第一齿带、第二齿带与母电机连接起来，使子电机与母电机能同向旋转；驾驶员根据电动汽车实际运行状况随意控制驱动电机内子电机参与运转的数量；双向超越离合器可以使停止运转的子电机与运转的电机之间脱出传动，最大限度地降低机械损耗，在启动瞬间又能缓冲击地加入整机动力，避免子电机启动瞬间，拖累、牵制整机运转的弊端。

优选的，所述机体内还设有液套筒且液套筒上分别连接进液管和出液管；所述母电机安装在液套筒内腔，所述若干个子电机分别对称安装在液套筒的外圆周上。冷却液由进液管注入液套筒，在液套筒内循环而带走电机的热量由出液管排出，如此循环，能确保组合式驱动电机的过热安全。

优选的，所述第一带轮外侧的母电机输出轴轴端还紧固套装有皮带轮。皮带轮可有效地解决现有电动汽车需要配置专用电动机用于拖动车辆的转向助力泵、刹车泵、制冷压缩机等设备正常工作的技术问题，因为本发明的旋转动力是不经过调速的，所以可以直接拖动上述设备，而现有电动汽车的驱动电机是调速运行的，其转速忽高忽低，故拖动上述设备不可能正常运行。

优选的，本发明中的紧固套装均选用键配合安装，比如所述双向超越离合器通过键配合安装在子电机输出轴上；所述第一带轮通过键配合安装在母电机输出轴上；所述母电机输出轴的右端与负载由轴键紧固相连。

优选的，所述机体外部安装有接线箱，所述母电机和子电机的电源线均与接线箱内的端子连接。

优选的，所述子电机和母电机应选用直流电机，最好是优质的直流永磁电机。

优选的，以下给出本发明电路的设计：所述母电机和若干个子电机分别通过相应的主控开关以及驱动电源线电连驱动电源，所述主控开关分别通过控制电路控制接通或者断开，所述控制电路包括分别与各个主控开关连接的控制电压支线，且控制电压支线上均连接有电压识别器和放大驱动器，所有控制电压支线均汇至控制电压总线与控制电源电连，且控制电压总线上连接有电位计；各路电压识别器的门限电压值由低到高依次设定构成门限电压值监控系统，其中母电机对应的电压识别器的门限电压值设定为最低。

优选的，当所述子电机为八个时，所述母电机的门限电压值设定为2V，八个子电机的门限电压值分别设定为4V、6V、8V、10V、12V、14V、16V、18V。

优选的，所述驱动电源选用250V—550V、180AH—260AH的蓄电池；控制电源采用24V直流。

最后给出本发明组合式驱动电机的应用方法，将所述电位计与电动汽车的踏板连接，当车辆需要增加动力时，驾驶员脚踩踏板，电位计的电阻值递减，而控制电压逐增，各路子电机的电压识别器达到各自设定的门限电压值时，依次触发各自电连的放大驱动器，放大驱动器驱动与之相控的主控开关而接通与其电连的子电机驱动电源线而启动运转，其输出的动力使组合式驱动电机的输出动力逐渐增大，直至各路子电机和母电机全部参与运行，此时组合式驱动电机输出动力达到最大；当车辆需要减速时，驾驶员抬起脚踩踏板，电位计的电阻值递增，而控制电压逐渐减小，当控制电压低于某个子电机电压识别器的门限电压值时，该路电压识别器则关断、停止触发各自电连的放大驱动器，由此各路电压识别器依次停止触发各自电连的放大驱动器，使主控开关切断与其电连的子电机驱动电源线而停止运转，组合式驱动电机的输出动力逐渐降低，直至各路子电机全部撤出运行，此时的组合式驱动电机输出只有母电机在提供动力。

当母电机对应的电压识别器的门限电压值设定为0时，可使母电机在车辆运行状态时，始终处于额定运转状态；若需要控制组合式驱动电机全部停止运转，可将母电机对应的电压识别器的门限电压值还原为2V，当电位计的电阻值递增导致控制电压变小至低于母电机对应的电压识别器所设定的门限电压值时，使主控开关切断与其电连的母电机驱动电源线而使组合式驱动电机全部停止运转。

本发明利用组合式驱动电机特有的优势，简捷、理想地解决了现有驱动电机难以摆脱半导体器件控制设备的制约而成本居高不下的难题。操纵安装本发明的车辆，驾驶员根据电动汽车实际运行状况随意控制驱动电机内子电机参与运转的数量，而参与运转的子电机始终快速响应驾驶员的操纵，所以无需对其进行调速，这样就彻底地取缔了现有的电源逆变器、变频器或者是伺服驱动控制器等必须的设备。组合式驱动电机，能减小整车主电机的电流和额定值功率，减小单个电机驱动时所需大电流对车载蓄电池的冲击，这对已使用较长时间寿命的蓄电池和车载蓄电池组内所储电量不多时的蓄电池情况犹为重要和关键，本发明能有效地延长蓄电池的使用寿命，能使电动汽车的性价比、动力性、节电性以及续行里程等诸多技术性能得到跨越性的提升。

综上所述，本发明的组合式驱动电机构思创意独特，特别符合中国的国情，其结构合理，易于实现，安全可靠，节能环保，预计本发明将能为电动汽车技术的开发、创新，又能提供一种极其实用、理想的动力之源。

附图说明

图1是组合式驱动电机的原理结构示意图；

图2是组合式驱动电机的局部结构示意图（子电机与母电机之间的机械装配示意图）；

图3是组合式驱动电机的控制电路逻辑示意图；

在图1、图2中：1.第三带轮，2.第二带轮，3.子电机轴，4.器键，5.第一齿带，6.第二齿带，7.皮带轮，8.轮键，9.进液管，10.体左盖，11.子电机，12.母电机，13.液套筒，14.体右盖，15.母电机轴，16.轴键，17.右轴承，18.左承轴，19.键，20.中带轮，21.出液管，22.接线箱，23.机体，24.双向超越离合器。

在图3中：25.驱动电源总线，26.电压识别器，27.驱动电源，28.控制电压总线，29.电位计，30.控制电源接线端，31.控制电源正极总线，32.控制电源负极总线，33.子电机电源线，34.主控开关，35.放大驱动器。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步的说明。

参见图1、图2所示，一种组合式驱动电机，包括机体23以及其内安装的八个子电机11和一个母电机12，八个子电机11安装在液套筒13的外圆周上，一个母电机12安装在液套筒13的内圆壁上，母电机轴15的两端分别套装在体左盖10上左轴承18的内圈与体右盖14上右轴承17的内圈中，八个子电机轴3的输出端都装有一个双向超越离合器24，由器键4紧固，其中有一个子电机轴3上的双向超越离合器24外圈上，同时套装紧固第二带轮2和第三带轮1，其余的七个子电机轴3上的双向超越离合器24外圈上仅各套装紧固一个第二带轮2，母电机轴15的左侧轴端依次套装第一带轮20与皮带轮7，第一带轮20由键19紧固且与子电机轴3上的双向超越离合器24外圈上的第三带轮1相对，皮带轮7由轮键8紧固，由一条第一齿带5套在所有的子电机轴3上的双向超越离合器24外圈上的第二带轮2上，由第二齿带6把其中一个子电机轴3上的第三带轮1与其对应的母电机轴15左端上的第一带轮20连接起来，这样八个子电机11与一个母电机12通过第一齿带5和第二齿带6连接、传动，并能同向旋转。在体左盖10上设有一个进液管9和一个出液管21与液套筒13相通，冷却液由进液管9注入液套筒13后，循环带走电机的热量由出液管21排出，如此设计，确保组合式驱动电机过热的安全，皮带轮7用于拖动车辆的助力泵、刹车泵、制冷压缩机。子电机11、母电机12的电源线都连接在接线箱22内的端子上，母电机轴15右端与负载由轴键紧固相连。

图3是组合式驱动电机的控制电路逻辑示意图，由九路电压识别器26构成门限电压值监控系统，九路电压识别器26从A至I标识出门限电压值分别设定为：A=2V、B=4V、C=6V、D=8V、E=10V、F=12V、G=14V、H=16V、I=18V，其特征在于：母电机12作为车辆运行的基础动力，其门限电压值设置的最低；通过调整(把附图3中A标识的2V修改为0V），可使母电机12在车辆运行状态时，始终处于额定运转状态。

当车辆需要增加动力时，驾驶员脚踩踏板，电位计29的电阻值递减，而控制电压逐增，八路电压识别器26达到各自设定的“门限”电压值时，依次触发各自电连的放大驱动器35，放大驱动器35驱动与之相控的主控开关34，其接通与其电连的子电机电源线33而启动运转，其输出的动力使组合式驱动电机的输出动力逐渐增大，直至把路子电机11和母电机12全部参与运行，此时的本发明输出动力达到最大。当车辆需要减速时，驾驶员抬起脚踩踏板，电位计29的电阻值递增，而控制电压逐渐减小，当控制电压低于某个电压识别器26的门限电压值时，该路电压识别器26则关断、停止触发各自电连的放大驱动器35，此时的八路电压识别器26依次停止触发各自电连的放大驱动器35，使主控开关35切断与其电连的子电机电源线33而停止运转，组合式驱动电机的输出动力逐渐降低，直至八路子电机11全部撤出运行，此时的本发明输出只有母电机12在提供动力，如果需要控制本发明全部停止运转，可通过修改母电机12一路的电压识别器26的门限电压值（恢复图3中A标识为2V即可）。上述说明的运转程序，周而复始。这种快速、准确的递加累计，递减逐减的逻辑控制技术，使该发明的操控十分简捷、其调控输出动力变化的响应速度极快。利用本发明的原理和技术实施方法，可根据装配车辆的需求，用子电机11与母电机12的优化搭配，能装配出30—500Kw的各种功率的组合式驱动电机，因此本发明特别适用于驱动各种类型的机动车辆，甚至包括驱动承载重型军事武器的特种车辆与军舰。

图3中的驱动电源总线25、控制电压总线28、控制电源正极总线31、控制电源负极总线32是为了示意各个不同电位之间布线的清晰逻辑关系，驱动电源27的选择应依据电动机的参数而定，例如：用本发明驱动10—12米的公交车，建议用子电机11与母电机12搭配，使本发明的额定功率控制在35—150Kw的范围，在确定本发明的额定输出功率参数时，要特别注意本发明无电子驱动设备的中间损耗，所以其峰值很高，要充分考虑到本发明动力的特殊爆发性。子电机11和母电机12应选用直流电机，最好是优质的直流永磁电机，动力源最好选用250V—550V、约180AH—260AH的蓄电池供电。控制电源接线端30应连接24V直流电源的正极端。控制车辆的前进和后退，可采用电源转换开关控制组合式驱动电机的旋转方向。如果采用简单的齿轮换向转换车辆的前进和后退，组合式驱动电机中的双向超越离合器24可改用单向轴承，其性价比会更高，技术特性会更好。本发明能轻易实现电能的再生回馈，为蓄电池充电储能，这已经是现有、成熟的控制技术了，因此不再详述。

Claims (10)

1.一种组合式驱动电机，其特征在于：包括机体以及其内安装的一个母电机和若干个子电机，所述母电机安装在机体的中央，所述若干个子电机分别对称安装在母电机的周围；所述母电机为两端输出轴电机，所述母电机输出轴的左端通过左轴承贯穿机体的左侧且轴端紧固套装一个第一带轮，所述母电机输出轴的右端通过右轴承贯穿机体的右侧而作为负载连接端；所述若干个子电机均为单端输出轴电机，每个子电机输出轴均贯穿机体的左侧且轴端紧固套装双向超越离合器，所述双向超越离合器上均紧固套装一个第二带轮，所述多个子电机的第二带轮通过第一齿带相互连接起来；所述若干个子电机中有一个子电机的双向超越离合器上同时紧固套装一个第二带轮与一个第三带轮，由第二齿带将第三带轮与母电机输出轴上的第一带轮连接起来；所述第一带轮、第二带轮、第三带轮均为同步型齿带轮，所述第一齿带、第二齿带均为同步齿型带。

2.根据权利要求1所述的组合式驱动电机，其特征在于：所述机体内还设有液套筒且液套筒上分别连接进液管和出液管；所述母电机安装在液套筒内腔，所述若干个子电机分别对称安装在液套筒的外圆周上。

3.根据权利要求1所述的组合式驱动电机，其特征在于：所述第一带轮外侧的母电机输出轴左端轴还紧固套装一皮带轮。

4.根据权利要求1所述的组合式驱动电机，其特征在于：所述双向超越离合器通过键配合安装在子电机输出轴上；所述第一带轮通过键配合安装在母电机输出轴的左端轴上。

5.根据权利要求1所述的组合式驱动电机，其特征在于：所述机体外部安装有接线箱，所述母电机和子电机的电源线均与接线箱内的端子连接；所述母电机和子电机均选用直流永磁电机。

6.根据权利要求1-5任一所述的组合式驱动电机，其特征在于：所述母电机和若干个子电机分别通过相应的主控开关以及驱动电源线电连驱动电源，所述主控开关分别通过控制电路控制接通或者断开，所述控制电路包括分别与各个主控开关连接的控制电压支线，且控制电压支线上均连接有电压识别器和放大驱动器，所有控制电压支线均汇至控制电压总线与控制电源电连，且控制电压总线上连接有电位计；各路电压识别器的门限电压值由低到高依次设定构成门限电压值监控系统，其中母电机对应的电压识别器的门限电压值设定为最低。

7.根据权利要求6所述的组合式驱动电机，其特征在于：当所述子电机为八个时，所述母电机的门限电压值设定为2V，八个子电机的门限电压值分别设定为4V、6V、8V、10V、12V、14V、16V、18V。

8.根据权利要求7所述的组合式驱动电机，其特征在于：所述驱动电源选用250V—550V、180AH—260AH的蓄电池；控制电源采用24V直流电源。

9.根据权利要求6-8任一所述的组合式驱动电机的应用方法，其特征在于：将所述电位计与电动汽车的踏板连接，当车辆需要增加动力时，驾驶员脚踩踏板，电位计的电阻值递减，而控制电压逐增，各路子电机的电压识别器达到各自设定的门限电压值时，依次触发各自电连的放大驱动器，放大驱动器驱动与之相控的主控开关而接通与其电连的子电机驱动电源线而启动运转，其输出的动力使组合式驱动电机的输出动力逐渐增大，直至各路子电机和母电机全部参与运行，此时组合式驱动电机输出动力达到最大；当车辆需要减速时，驾驶员抬起脚踩踏板，电位计的电阻值递增，而控制电压逐渐减小，当控制电压低于某个子电机电压识别器的门限电压值时，该路电压识别器则关断、停止触发各自电连的放大驱动器，由此各路电压识别器依次停止触发各自电连的放大驱动器，使主控开关切断与其电连的子电机驱动电源线而停止运转，组合式驱动电机的输出动力逐渐降低，直至各路子电机全部撤出运行，此时的组合式驱动电机输出只有母电机在提供动力。

10.根据权利要求9所述的组合式驱动电机的应用方法，其特征在于：当母电机对应的电压识别器的门限电压值设定为0时，可使母电机在车辆运行状态时，始终处于额定运转状态；若需要控制组合式驱动电机全部停止运转，可将母电机对应的电压识别器的门限电压值还原到2V，当电位计的电阻值递增导致控制电压变小至低于母电机对应的电压识别器所设定的门限电压值2V时，使主控开关切断与其电连的母电机驱动电源线而使组合式驱动电机全部停止运转。