CN106285918A - 双电机涡轮增压发电装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双电机涡轮增压发电装置及其控制方法，包括一MCU控制单元、与MCU控制单元电连的第一电机、第二电机、节气门位置传感器和用于测量第一电机和第二电机转速的转速传感器，MUC控制单元分别经一第一三极管Q1和第二三极管Q2与第一电机和第二电机电连，第一电机和第二电机还分别连接一第一电压调节器和第二电压调节器；第一电机和第二电机设置于一涡轮增压器之间，涡轮增压器包括一壳体、转动设置于壳体内的涡轮轴和与所述涡轮轴固定连接的进气涡扇和废气涡扇，第一电机和第二电机的转子固定套设于涡轮轴上。本发明的有益效果在于：通过第一电机和第二电机配合进行供电或发电，改善燃油经济性，提高动力性和加速性能。
Description
技术领域
本发明涉及汽车电机技术领域，尤其涉及一种双电机涡轮增压发电装置及其控制方法。
背景技术
目前，发动机排放的高温高压的废气带走了燃料热能的40%，大部分发动机不能有效利用这些能量。废气涡轮增压装置实现了部分废气动能的利用，提高了发动机的燃料利用率，目前的应用越来越广泛。但是，废气涡轮增压装置有一定的时滞效应，即在发动机刚起动时其转速较低，不能有效提供增压。只有当发动机转速达到2000转/分钟时增压效果才比较明显。同时，发动机在3000转/分钟以上的高速运转时，一般通过泄压阀将大部分废气不接入废气涡轮，而直接接入到排气管，防止涡轮转速过快，这样多余的废气能量不能有效利用。而且当涡轮增压器在高速、高负荷工况下增压压力过高。而且，由感应电动势公式E=NBSWsin（wt），式中N：线圈匝数，B：磁感应强度，W：角速度，S：线圈平面的面积。当连接轴转速过高即角速度过高时，感应电动势太高，不符合车载用电电压的要求。另外，增压汽油机在节气门开度突然改变时，增压器的反应将严重滞后，导致加速性能变差。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种双电机涡轮增压发电装置及其控制方法，改善燃油经济性，提高汽车的动力性和加速性能。
本发明解决技术问题所采用的方案是：一种双电机涡轮增压发电装置，包括一MCU控制单元、与所述MCU控制单元电连的第一电机、第二电机、节气门位置传感器和用于测量第一电机和第二电机转速的转速传感器，所述MUC控制单元分别经一第一三极管Q1和第二三极管Q2与所述第一电机和第二电机电连，所述第一电机和第二电机还分别连接一第一电压调节器和第二电压调节器；所述第一电机和第二电机设置于一涡轮增压器之间，所述涡轮增压器包括一壳体、转动设置于壳体内的涡轮轴和与所述涡轮轴固定连接的进气涡扇和废气涡扇，所述第一电机和第二电机的转子固定套设于所述涡轮轴上。
进一步的，所述第一三极管Q1和第二三极管Q2均为PNP型三极管，所述第一三极管Q1的基极与MCU控制单元电连，第一三极管Q1的发射极经一电阻R1与一电源正极连接，第一三极管Q1的集电极与所述第一电机电连；所述第二三极管Q2的基极与MCU控制单元电连，第二三极管Q2的发射极经一电阻R2与所述电源正极连接，第二三极管Q2的集电极与所述第二电机电连。
进一步的，所述电源由若干个蓄电池串联组成，所述电源还分别与车载发电机、外部负载和第一电压调节器和第二电压调节器连接。
进一步的，所述第一电压调节器和第二电压调节器均包括依次连接的基准电路、比较电路和触发电路。
进一步的，所述第一电压调节器和第二电压调节器均还包括一半控桥式整流电路，所述第一电机和第二电机的输出端分别与第一电压调节器的半控桥式整流电路和第二电压调节器的半控桥式整流电路连接；所述半控桥式整流电路输入端与基准电路连接，所述触发电路的输出端与半控桥式整流电路的输出端连接。
进一步的，所述第一电机和第二电机为永磁式无刷电机。
本发明提供一种如上述所述的双电机涡轮增压发电装置的控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：通过节气门位置传感器和转速传感器分别测量节气门的开度位置和第一电机和第二电机的转速；
步骤S2：MCU控制单元根据节气门的开度位置和第一电机和第二电机的转速，分别控制第一电机或第二电机进行供电，作为电动机驱动涡轮增压器进行增压，或者向外输出电能，作为发电机提供电能，回收废气。
进一步的，在步骤S2中，
(1)当第一电机或第二电机转速均低于2000r/min时，并且节气门的开度位置小于设定范围，则通过MCU控制单元控制第一电机或第二电机作为电动机运行，驱动涡轮轴转动；
(2)当第一电机或第二电机转速为2000r/min～3000r/min时，并且节气门的开度位置小于设定范围，则通过MCU控制单元控制第一电机或第二电机作为发电机，输出电能为车载用电设备供电或为电源充电；
(3)当第一电机或第二电机转速大于3000r/min时，并且节气门的开度位置小于设定范围，则通过MCU控制单元将第一电机和第二电机中其中一个电机作为发电机继续发电，将电能输出给另一电机，此时另一电机作为电动机；或者通过MCU控制单元将第一电机和第二电机均作为电动机运行，控制涡轮轴的转速；
（4）当节气门的开度位置大于设定范围，通过MCU控制单元将第一电机和第二电机均作为电动机运行。
进一步的，在步骤S2中，MCU控制单元通过分别输出高电平，使得第一三极管Q1和第二三极管Q2导通，第一电机和第二电机作为电动机，驱动涡扇转动；或者MCU控制单元通过分别输出低电平，使得第一三极管Q1和第二三极管Q2截止，第一电机和第二电机作为发电机，向外输出电能。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
（1）本双电机涡轮增压发电装置，当第一电机或第二电机的转速在低速时，即转速均低于2000r/min，第一电机和第二电机可以同时作为电动机运行，辅助驱动涡轮轴旋转，响应速度快，提高增压压力，从而提高燃油经济性。
（2）本双电机涡轮增压发电装置，当第一电机或第二电机的转速在中速时，即转速均低于2000r/min～3000r/min，第一电机和第二电机可以均作为发电机运行回收废气能量，发电量多，更充分利用了废气能量。
（3）本双电机涡轮增压发电装置，当第一电机或第二电机的转速在高速时，即转速均高于3000r/min，第一电机和第二电机转速在高速时发电运行回收废气能量并控制涡轮的转速，使其稳定在一定的范围内，使其增压压力在合适的范围内和避免涡轮速度过高保护涡轮机械机构。
（4）本双电机涡轮增压发电装置，在增压汽油机在节气门开度突然改变时，控制器控制第一电机和第二电机均作为电动机驱动涡轮运行，快速响应，从而极大改善加速性能，提高了动力性。
（5）本双电机涡轮增压发电装置，改善排放性能，降低燃烧及排气噪声，尤其减少了PM2.5等污染物的排放。
（6）本双电机涡轮增压发电装置，其中两个电机，即第一电机和第二电机均采用永磁式无刷电机，具有体积小、重量轻、维护方便、比功率大等优点。
附图说明
下面结合附图对本发明专利进一步说明。
图1为本发明实施例的双电机涡轮增压发电装置的结构示意图。
图2为本发明实施例的双电机涡轮增压发电装置的电路控制框图。
图3为本发明实施例的第一电压调节器或第二电压调节器的电路原理图。
图中：1-第一电机；2-第二电机；3-涡轮增压器；30-壳体；31-涡轮轴；32-进气涡扇；33-废气涡扇。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1～2所示，本实施例的一种双电机涡轮增压发电装置，包括一MCU控制单元、与所述MCU控制单元电连的第一电机1、第二电机2、节气门位置传感器和用于测量第一电机1和第二电机2转速的转速传感器，所述MUC控制单元分别经一第一三极管Q1和第二三极管Q2与所述第一电机1和第二电机2电连，所述第一电机1和第二电机2还分别连接一第一电压调节器和第二电压调节器；所述第一电机1和第二电机2设置于一涡轮增压器3之间，所述涡轮增压器3包括一壳体30、转动设置于壳体30内的涡轮轴31和与所述涡轮轴31固定连接的进气涡扇32和废气涡扇33，所述第一电机1和第二电机2的转子固定套设于所述涡轮轴31上。
从上述可知，本发明的有益效果在于：通过节气门位置传感器和转速传感器分别测量节气门的开度位置和第一电机1和第二电机2的转速；然后MCU控制单元根据节气门的开度位置和第一电机1和第二电机2的转速，分别控制第一电机1或第二电机2进行供电，作为电动机驱动涡轮增压器3进行增加，或者向外输出电能，作为发电机提供电能，回收废气，从而极大改善加速性能，提高了动力性。
在本实施例中，所述第一三极管Q1和第二三极管Q2均为PNP型三极管，所述第一三极管Q1的基极与MCU控制单元电连，第一三极管Q1的发射极经一电阻R1与一电源正极连接，第一三极管Q1的集电极与所述第一电机1电连；所述第二三极管Q2的基极与MCU控制单元电连，第二三极管Q2的发射极经一电阻R2与所述电源正极连接，第二三极管Q2的集电极与所述第二电机2电连。MCU控制单元通过分别输出高电平，使得第一三极管Q1和第二三极管Q2导通，第一电机1和第二电机2作为电动机，驱动涡扇转动；或者MCU控制单元通过分别输出低电平，使得第一三极管Q1和第二三极管Q2截止，第一电机1和第二电机2作为发电机，向外输出电能。
在本实施例中，所述电源由若干个蓄电池串联组成，所述电源还分别与车载发电机、外部负载和第一电压调节器和第二电压调节器连接。
在本实施例中，所述第一电压调节器和第二电压调节器均包括依次连接的基准电路、比较电路和触发电路。
在本实施例中，所述第一电压调节器和第二电压调节器均还包括一半控桥式整流电路，所述第一电机1和第二电机2的输出端分别与第一电压调节器的半控桥式整流电路和第二电压调节器的半控桥式整流电路连接；所述半控桥式整流电路输入端与基准电路连接，所述触发电路的输出端与半控桥式整流电路的输出端连接。工作时，第一电机1或第一电机1作为发电机输出的交流电经半控桥式整流电路整流稳压后向外部负载供电。当端电压达到设定值时，与基准电压比较后，切断晶闸管触发信号，晶闸管延时至无正向电压时截止，发电机输出电压降低；当端电压低于设定值时，控制电路触发信号，晶闸管导通，发电机对外输出，向外部负载和蓄电池供电，如此周而复始，实现稳定的电压输出。
在本实施例中，所述第一电机1和第二电机2为永磁式无刷电机。
本发明提供一种如上述所述的双电机涡轮增压发电装置的控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：通过节气门位置传感器和转速传感器分别测量节气门的开度位置和第一电机1和第二电机2的转速；
步骤S2：MCU控制单元根据节气门的开度位置和第一电机1和第二电机2的转速，分别控制第一电机1或第二电机2进行供电，作为电动机驱动涡轮增压器3进行增压，或者向外输出电能，作为发电机提供电能，回收废气。
在本实施例中，在步骤S2中，
(1)当第一电机1或第二电机2转速均低于2000r/min时，并且节气门的开度位置小于设定范围，则通过MCU控制单元控制第一电机1或第二电机2作为电动机运行，驱动涡轮增压器3的涡扇运动；由于节气门的位置变化相对平缓和第一电机1和第二电机2转速过低，不足以驱动涡轮轴时，第一电机1或第二电机2可以同时作为电动机运行，驱动涡轮轴31转动，同时进气涡扇32和废气涡扇33运动，提高涡轮增压压力，进而提高燃油经济性。
(2)当第一电机1或第二电机2转速为2000r/min～3000r/min时，并且节气门的开度位置小于设定范围，则通过MCU控制单元控制第一电机1或第二电机2作为发电机，输出电能为车载用电设备供电或为蓄电池充电，从而缓解车载发电机的负担。车载用电设备为车载发电机或者其他外部负载。
(3)当第一电机1或第二电机2转速大于3000r/min时，并且节气门的开度位置小于设定范围，则通过MCU控制单元将第一电机1和第二电机2中其中一个电机作为发电机继续发电，将电能输出给另一电机，此时另一电机作为电动机；或者通过MCU控制单元将第一电机1和第二电机2均作为电动机运行，控制涡轮的转速；即目的为了降低涡轮轴31的转速，从而防止涡轮增压压力过高。因此，降低涡轮轴31的转速，有利于发电机发出的电压符合车载电压的要求。
（4）当节气门的开度位置大于设定范围，通过MCU控制单元将第一电机1和第二电机2均作为电动机运行，增加涡轮增压压力，提高加速性能，改善动力性。
在本实施例中，在步骤S2中，MCU控制单元通过分别输出高电平，使得第一三极管Q1和第二三极管Q2导通，第一电机1和第二电机2作为电动机，驱动涡扇转动；或者MCU控制单元通过分别输出低电平，使得第一三极管Q1和第二三极管Q2截止，第一电机1和第二电机2作为发电机，向外输出电能。
综上所述，本发明提供的一种双电机涡轮增压发电装置及其控制方法，结构简单，控制方便，通过第一电机和第二电机配合进行供电或发电，改善燃油经济性，提高动力性和加速性能。
上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种双电机涡轮增压发电装置，其特征在于：包括一MCU控制单元、与所述MCU控制单元电连的第一电机、第二电机、节气门位置传感器和用于测量第一电机和第二电机转速的转速传感器，所述MUC控制单元分别经一第一三极管Q1和第二三极管Q2与所述第一电机和第二电机电连，所述第一电机和第二电机还分别连接一第一电压调节器和第二电压调节器；所述第一电机和第二电机设置于一涡轮增压器之间，所述涡轮增压器包括一壳体、转动设置于壳体内的涡轮轴和与所述涡轮轴固定连接的进气涡扇和废气涡扇，所述第一电机和第二电机的转子固定套设于所述涡轮轴上。
2.根据权利要求1所述的双电机涡轮增压发电装置，其特征在于：所述第一三极管和第二三极管Q2均为PNP型三极管，所述第一三极管Q1的基极与MCU控制单元电连，第一三极管Q1的发射极经一电阻R1与一电源正极连接，第一三极管Q1的集电极与所述第一电机电连；所述第二三极管Q2的基极与MCU控制单元电连，第二三极管Q2的发射极经一电阻R2与所述电源正极连接，第二三极管Q2的集电极与所述第二电机电连。
3.根据权利要求2所述的双电机涡轮增压发电装置，其特征在于：所述电源由若干个蓄电池串联组成，所述电源还分别与车载发电机、外部负载和第一电压调节器和第二电压调节器连接。
4.根据权利要求1所述的双电机涡轮增压发电装置，其特征在于：所述第一电压调节器和第二电压调节器均包括依次连接的基准电路、比较电路和触发电路。
5.根据权利要求4所述的双电机涡轮增压发电装置，其特征在于：所述第一电压调节器和第二电压调节器均还包括一半控桥式整流电路，所述第一电机和第二电机的输出端分别与第一电压调节器的半控桥式整流电路和第二电压调节器的半控桥式整流电路连接；所述半控桥式整流电路输入端与基准电路连接，所述触发电路的输出端与半控桥式整流电路的输出端连接。
6.根据权利要求1所述的双电机涡轮增压发电装置，其特征在于：所述第一电机和第二电机为永磁式无刷电机。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的双电机涡轮增压发电装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：通过节气门位置传感器和转速传感器分别测量节气门的开度位置和第一电机和第二电机的转速；
步骤S2：MCU控制单元根据节气门的开度位置和第一电机和第二电机的转速，分别控制第一电机或第二电机进行供电，作为电动机驱动涡轮增压器进行增压，或者向外输出电能，作为发电机提供电能，回收废气。
8.根据权利要求7所述的双电机涡轮增压发电装置的控制方法，其特征在于：在步骤S2中，
(1)当第一电机或第二电机转速均低于2000r/min时，并且节气门的开度位置小于设定范围，则通过MCU控制单元控制第一电机或第二电机作为电动机运行，驱动涡轮轴转动；
(2)当第一电机或第二电机转速为2000r/min～3000r/min时，并且节气门的开度位置小于设定范围，则通过MCU控制单元控制第一电机或第二电机作为发电机，输出电能为车载用电设备供电或为电源充电；
(3)当第一电机或第二电机转速大于3000r/min时，并且节气门的开度位置小于设定范围，则通过MCU控制单元将第一电机和第二电机中其中一个电机作为发电机继续发电，将电能输出给另一电机，此时另一电机作为电动机；或者通过MCU控制单元将第一电机和第二电机均作为电动机运行，控制涡轮轴的转速；
（4）当节气门的开度位置大于设定范围，通过MCU控制单元将第一电机和第二电机均作为电动机运行。
9.根据权利要求7所述的双电机涡轮增压发电装置的控制方法，其特征在于：在步骤S2中，MCU控制单元通过分别输出高电平，使得第一三极管Q1和第二三极管Q2导通，第一电机和第二电机作为电动机，驱动涡扇转动；或者MCU控制单元通过分别输出低电平，使得第一三极管Q1和第二三极管Q2截止，第一电机和第二电机作为发电机，向外输出电能。
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