CN106218420A - 电动汽车用电力驱动与飞轮储能混合装置及其储能方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车用电力驱动与飞轮储能混合装置及其储能方法，其属于与电机连接控制机械能量领域，混合装置包括磁性齿轮，磁性齿轮包括由内向外同轴设置的内转子、永磁体、调磁环以及内装有电枢绕组的定子；内转子与飞轮传动连接，调磁环与后桥传动连接，电枢绕组与供电系统电连接。电动汽车制动时，通过电动汽车供电系统中的电子元件调整磁性齿轮中电枢绕组的反向感应电磁转矩，同时，磁性齿轮中内转子与电动汽车上的飞轮一起旋转，一部分制动能量通过电枢绕组转化为电能回馈所述供电系统，另一部分转化为所述飞轮的动能。混合装置集成度高，储存的能量在需要时释放辅助车辆启动和加速，提高了能量的整体利用效率。

Description

电动汽车用电力驱动与飞轮储能混合装置及其储能方法
技术领域
本发明涉及与电机连接控制机械能量领域，尤其涉及一种电动汽车用电力驱动与飞轮储能混合装置及其储能方法。
背景技术
目前，无论是燃油汽车还是电动汽车均采用机械制动，车辆在制动过程中由于刹车片摩擦生热，能量便以热能的形式而被耗散掉。如此一来，不仅造成了刹车片的磨损，而且更重要的是制动能量被白白浪费。对于在城市内路面上行驶的车辆而言，时常会出现刹车制动的情况，如若能够将制动过程中所产生的能量加以回收，不仅能够节能还能够带来可观的经济效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种集成度高，便于储存制动能量的电动汽车用电力驱动与飞轮储能混合装置及其储能方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种电动汽车用电力驱动与飞轮储能混合装置包括：
磁性齿轮，其包括由内向外同轴设置的内转子、永磁体、调磁环以及内装有电枢绕组的定子；所述内转子与电动汽车中的飞轮传动连接，所述调磁环与电动汽车中的后桥传动连接，所述电枢绕组与电动汽车中的供电系统电连接。
作为优选，所述混合装置还包括：
附加制动器，其与电动汽车中的飞轮相连，用于锁定和解锁所述飞轮。
作为优选，所述混合装置还包括：
第一传动轴，其一端与所述调磁环固定连接，另一端与电动汽车中的后桥固定连接，所述第一传动轴、所述调磁环和电动汽车中的后桥同轴设置。
作为优选，所述混合装置还包括：
第二传动轴，其一端与所述内转子固定连接，另一端与电动汽车中的飞轮固定连接，所述第二传动轴、所述内转子和电动汽车中的飞轮同轴设置。
作为优选，所述附加制动器安装在所述第二传动轴上。
作为优选，所述附加制动器为电磁式制动器。
作为优选，所述内转子采用表贴方式安装有所述永磁体。
根据上述任一项所述的混合装置，其储存制动能量能的方法如下：
电动汽车制动时，磁性齿轮中的调磁环受到与车辆行驶时相反方向的转矩，此时，通过电动汽车供电系统中的电子元件调整磁性齿轮中电枢绕组的反向感应电磁转矩，同时，磁性齿轮中内转子与电动汽车上的飞轮一起旋转，一部分制动能量通过电枢绕组转化为电能回馈所述供电系统，另一部分转化为所述飞轮的动能。
本发明所提供的电动汽车用电力驱动与飞轮储能混合装置及其储能方法，混合装置集成度高，通过磁性齿轮与电动汽车中的供电系统、飞轮、后桥实现连接，从而在车辆制动时，可将制动能量转化为电能储存在车辆的供电系统中以及转化为飞轮的动能，储存的能量在需要时释放辅助车辆启动和加速，提高了能量的整体利用效率。
附图说明
图1是本发明实施例所提供的电动汽车用电力驱动与飞轮储能混合装置的连接结构示意图；
图2是本发明实施例所提供的电动汽车用电力驱动与飞轮储能混合装置中磁性齿轮的轴向示意图；
图3是装有本发明实施例所提供的电动汽车用电力驱动与飞轮储能混合装置的电动汽车在初次启动时传动流程及能量走向图；
图4是装有本发明实施例所提供的电动汽车用电力驱动与飞轮储能混合装置的电动汽车在制动时传动流程及能量走向图；
图5是装有本发明实施例所提供的电动汽车用电力驱动与飞轮储能混合装置的电动汽车在加速时传动流程及能量走向图。
图1和图2中：100-磁性齿轮、101-内转子、102-永磁体、103-调磁环、104-定子、105-电枢绕组、201-飞轮、202-后桥、203-供电系统、300-附加制动器、401-第一传动轴、402-第二传动轴。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1和图2所示，一种电动汽车用电力驱动与飞轮储能混合装置包括磁性齿轮100。该磁性齿轮100如图2所示，包括由内向外同轴设置的内转子101、永磁体102、调磁环103以及内装有电枢绕组105的定子104，内转子101采用表贴方式安装有永磁体102。如图1所示，内转子101与电动汽车中的飞轮201传动连接，调磁环103与电动汽车中的后桥202传动连接，电枢绕组105与电动汽车中的供电系统203电连接，实现电能和机械能的转换。在电动汽车启动时为了避免飞轮201消耗启动功率，于是该混合装置还包括附加制动器300，该附加制动器300与电动汽车中的飞轮201相连，用于锁定和解锁飞轮201，这样在电动汽车启动时附加制动器300可将飞轮201锁定，从而避免了飞轮201消耗启动功率。为了便于实现自动控制，于是，优选地，附加制动器300为电磁式制动器。
在本实施例中，如图1所示，第一传动轴401的一端与调磁环103固定连接，另一端与电动汽车中的后桥202固定连接。第一传动轴401、调磁环103和电动汽车中的后桥202同轴设置。第二传动轴402的一端与内转子101固定连接，另一端与电动汽车中的飞轮201固定连接，第二传动轴402、内转子101和电动汽车中的飞轮201同轴设置。通过第一传动轴401实现调磁环103与电动汽车中的后桥202传动，通过第二传动轴402实现内转子101与电动汽车中的飞轮201传动，如此结构更加紧凑。在本实施例中，附加制动器300安装在第二传动轴402上，以便拆装调试。
安装有上述混合装置的电动汽车，如图1所示，磁性齿轮在工作过程中，满足以下等式：
ω1+Grω2-(1+Gr)ω3＝0 (1)
T1＝T2/Gr (2)
T3＝-T2(1+Gr)/Gr (3)
等式中，ω1、ω2和ω3分别代表内转子转速、电枢磁场转速和调磁环转速，并规定如图1所示标注的各部件旋转方向为的正方向；T1、T2和T3分别代表作用在内转子上的转矩、电枢绕组提供的电磁转矩和作用在调磁环上的转矩；Gr为电枢绕组极对数和内转子上永磁体极对数之比。
如图1和图3所示，在车辆初次启动时，附加制动器开启将飞轮锁定使得飞轮固定不动(此时内转子和飞轮之间无法传动)，以避免飞轮消耗启动功率。即，等式(1)中ω1为0，则由等式(1)、(3)可知车辆供电系统向定子内的电枢绕组供电，通过控制电枢绕组产生电磁转矩-T2，在磁性齿轮作用下，直接转换为与调磁环连接的电动汽车后桥的驱动转矩T3，从而带动车轮启动整车。
如图1和图4所示，在车辆制动时，解除附加制动器对飞轮的锁定(飞轮不受约束)。车轮在刹车的作用下，受到一个与行驶方向相反的阻力转矩，即调磁环受到的转矩-T3的方向与此前相反，此时，通过供电系统中的电子元件调整电枢绕组的感应电磁转矩T2，使之与等式(3)平衡，同时内转子在T1的作用下开始与飞轮一起旋转。车辆的制动能量沿两部分被回收：一部分通过电枢绕组的作用，转化为电能回馈到车辆供电系统中；另一部分则转化为飞轮的动能。当车辆完全静止时，解除电枢绕组上电磁转矩的作用，飞轮将不再受外力作用，保持自由旋转。
如图1和图5所示，在车辆加速时，附加制动器仍将飞轮解锁(飞轮不受约束在自由旋转)。再次通过供电系统向定子内的电枢绕组供电，提供一个电枢磁场和电磁转矩-T2，同时作用在飞轮上的转矩-T1将迫使飞轮减速，在二者的共同作用下，调磁环再次受到正向驱动车辆的启动转矩T3。此时，车辆启动的能量包括供电系统提供的电能和飞轮储存的动能这两个部分。当飞轮速度减为0时，立即启动附加制动器将飞轮抱死，以免出现飞轮被反向带动消耗电能。
上述电动汽车用电力驱动与飞轮储能混合装置及其储能方法，混合装置集成度高，通过磁性齿轮与电动汽车中的供电系统、飞轮、后桥实现连接，从而在车辆制动时，可将制动能量转化为电能储存在车辆的供电系统中以及转化为飞轮的动能，储存的能量在需要时释放辅助车辆启动和加速，提高了能量的整体利用效率。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电动汽车用电力驱动与飞轮储能混合装置，其特征在于，包括：
磁性齿轮，其包括由内向外同轴设置的内转子、永磁体、调磁环以及内装有电枢绕组的定子；所述内转子与电动汽车中的飞轮传动连接，所述调磁环与电动汽车中的后桥传动连接，所述电枢绕组与电动汽车中的供电系统电连接。
2.根据权利要求1所述的混合装置，其特征在于，还包括：
附加制动器，其与电动汽车中的飞轮相连，用于锁定和解锁所述飞轮。
3.根据权利要求2所述的混合装置，其特征在于，还包括：
第一传动轴，其一端与所述调磁环固定连接，另一端与电动汽车中的后桥固定连接，所述第一传动轴、所述调磁环和电动汽车中的后桥同轴设置。
4.根据权利要求3所述的混合装置，其特征在于，还包括：
第二传动轴，其一端与所述内转子固定连接，另一端与电动汽车中的飞轮固定连接，所述第二传动轴、所述内转子和电动汽车中的飞轮同轴设置。
5.根据权利要求4所述的混合装置，其特征在于：所述附加制动器安装在所述第二传动轴上。
6.根据权利要求5所述的混合装置，其特征在于：所述附加制动器为电磁式制动器。
7.根据权利要求1所述的混合装置，其特征在于：所述内转子采用表贴方式安装有所述永磁体。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的混合装置，其储存制动能量的方法如下：
电动汽车制动时，磁性齿轮中的调磁环受到与车辆行驶时相反方向的转矩，此时，通过电动汽车供电系统中的电子元件调整磁性齿轮中电枢绕组的反向感应电磁转矩，同时，磁性齿轮中内转子与电动汽车上的飞轮一起旋转，一部分制动能量通过电枢绕组转化为电能回馈所述供电系统，另一部分转化为所述飞轮的动能。
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