CN109228895A - 一种电动汽车增程器及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车增程器及控制方法。其中，该电动汽车增程器包括：原动机、无轭轴向磁通永磁电机以及电机控制器；原动机的曲轴与无轭轴向磁通永磁电机的转子固定连接，用于带动无轭轴向磁通永磁电机转子转动；无轭轴向磁通永磁电机的转子磁极与定子绕组在轴向相对设置，转子磁极与定子绕组相对旋转运动以使无轭轴向磁通永磁电机发电；电机控制器分别与无轭轴向磁通永磁电机、车载电池及驱动电机电连接，用于控制无轭轴向磁通永磁电机向车载电池充电，和/或向驱动电机供电。本发明提供了一种电动汽车增程器及控制方法，以进一步减小现有电动汽车增程器的重量和体积，改善电动汽车的整车重量和空间布置。

Description

一种电动汽车增程器及控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种电动汽车增程器及控制方法。

背景技术

随着国家对汽车节能减排的高度重视，电动汽车以其零排放和低能耗得到国家环保部门的大力推广。电动汽车内部设置有车载电池，以向驱动电机供电使其转动以带动汽车行驶；车载电池电量有限、续航里程短，需要通过外界电源进行充电，使用极其不便。在电动汽车内设置增程器作为随车电源，可以减少车载电池的充电次数，扩大电动汽车的续航里程。

现有技术中，电动汽车增程器包括原动机和启动发电一体机(integratedStarter&Generator，ISG)。原动机可以为以汽油、柴油、甲醇、乙醇、天然气等燃料为能源的内燃机，用于拖动启动发电一体机转动发电。启动发电一体机用于在原动机转速为零时带动原动机启动，并在原动机启动完毕后在原动机的拖动下发电。

目前电动汽车增程器中启动发电一体机一般采用内转子结构，将转子和定子设置在径向的相对位置，定子有轭部而且定子将转子包围，导致目前的启动发电一体机整机的体积较大，重量偏大，进而影响电动汽车的整车性能空间布置。

发明内容

本发明实施例提供了一种电动汽车增程器及控制方法，以解决现有电动汽车增程器重量和体积过大，影响电动汽车的性能和整车布置的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种电动汽车增程器，包括：

原动机、无轭轴向磁通永磁电机以及电机控制器；

所述原动机的曲轴与所述无轭轴向磁通永磁电机的转子固定连接，用于带动所述无轭轴向磁通永磁电机转子转动；

所述无轭轴向磁通永磁电机的转子磁极与定子绕组在轴向相对设置，所述转子磁极与所述定子绕组相对旋转运动以使所述无轭轴向磁通永磁电机发电；

所述电机控制器分别与所述无轭轴向磁通永磁电机、车载电池及驱动电机电连接，用于控制所述无轭轴向磁通永磁电机向所述车载电池充电，和/或向驱动电机供电。

可选的，所述电机控制器包括第一控制板；所述第一控制板具有启动状态和发电状态两个工作状态；所述第一控制板的启动状态用于控制所述无轭轴向磁通永磁电机处于电动状态；所述第一控制板的发电状态用于控制所述无轭轴向磁通永磁电机处于发电状态。

可选的，所述无轭轴向磁通永磁电机为盘式电机。

可选的，所述无轭轴向磁通永磁电机包括沿轴向相对设置的第一端盖和第二端盖；所述第一端盖与所述第二端盖相对的一侧固定有至少一相定子绕组，所述第二端盖与所述第一端盖相对的一侧对应设置有转子磁极。

可选的，每相定子绕组包括至少两条绕组支路；所述无轭轴向磁通永磁电机还包括至少一个开关器件，所述至少一个开关器件设置于所述第一端盖远离第二端盖的一侧；所述至少一个开关器件通过所述第一端盖上的至少一个穿孔与所述至少两条绕组支路电连接，用于通过闭合和断开实现所述至少两条绕组支路的串联或并联。

可选的，所述电机控制器还包括第二控制板；所述第二控制板与所述至少一个开关器件电连接，用于控制所述至少一个开关器件的闭合和断开。

可选的，每相定子绕组包括两条绕组支路：第一绕组支路和第二绕组支路；所述无轭轴向磁通永磁电机包括三个开关器件：第一开关器件、第二开关器件和第三开关器件；所述第一绕组支路的第一端与所述第一开关器件的第一端电连接，第二端分别与所述第二开关器件的第一端和所述第三开关的第一端电连接；所述第二绕组支路的第一端分别与所述第一开关器件的第二端和所述第三开关器件的第二端电连接，第二端与所述第二开关器件的第二端电连接。

可选的，所述开关器件为三相开关器件或单相开关器件。

可选的，所述三相开关器件为三相交流接触器、三相固态继电器或者三相直流继电器；所述单相开关器件为单相直流继电器、单相固态继电器或绝缘栅双极型晶体管。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电动汽车增程器的控制方法，适用于本发明任意实施例提供的电动汽车增程器，包括：

所述原动机通过曲轴带动所述无轭轴向磁通永磁电机转子转动；

所述无轭轴向磁通永磁电机的所述转子磁极与定子绕组相对旋转运动以使所述无轭轴向磁通永磁电机发电；

所述电机控制器控制所述无轭轴向磁通永磁电机向所述车载电池充电，和/或向驱动电机供电。

可选的，所述电机控制器包括第一控制板；所述第一控制板具有启动状态和发电状态两个工作状态；所述原动机通过所述曲轴带动所述无轭轴向磁通永磁电机转子转动，包括：所述第一控制板处于启动状态并控制所述无轭轴向磁通永磁电机处于电动状态，通过曲轴带动所述原动机启动；当所述原动机的转速增大至设定发电转速时，所述第一控制板切换至发电状态并控制所述无轭轴向磁通永磁电机处于发电状态，所述原动机的曲轴带动所述无轭轴向磁通永磁电机的转子转动。

可选的，所述无轭轴向磁通永磁电机为盘式电机。

可选的，所述无轭轴向磁通永磁电机包括沿轴向相对设置的第一端盖和第二端盖；所述第一端盖与所述第二端盖相对的一侧固定有至少一相定子绕组，所述第二端盖与所述第一端盖相对的一侧对应设置有转子磁极；每相定子绕组包括至少两条绕组支路；所述无轭轴向磁通永磁电机还包括至少一个开关器件，所述至少一个开关器件与所述至少两条绕组支路电连接，用于通过闭合和断开实现所述至少两条绕组支路的串联或并联；所述电动汽车增程器的控制方法，还包括：当所述无轭轴向磁通永磁电机的转速小于电机额定转速时，所述电机控制器控制所述至少一个开关器件实现所述至少两条绕组支路的串联；当所述无轭轴向磁通永磁电机的转速等于或大于电机额定转速时，所述电机控制器控制所述至少一个开关器件实现所述至少两条绕组支路的并联。

本发明中，电动汽车增程器将无轭轴向磁通永磁电机作为发电机发电，原动机曲轴的动力输出端带动无轭轴向磁通永磁电机的转子转动，使得无轭轴向磁通永磁电机的转子磁极和定子绕组相对旋转运动，无轭轴向磁通永磁电机发电；并在电机控制器的控制下，无轭轴向磁通永磁电机向车载电池充电和/或直接向驱动电机供电，从而增大电动汽车的电能储量，增长电动汽车的续航时间。无轭轴向磁通永磁电机相对于现电动汽车增程器常用的径向磁通电机，相同功率等级的无轭轴向磁通永磁电机比径向磁通电机的体积或重量减少二分之一以上，对于电动汽车增程器而言，显著降低的重量和体积对整车轻量化意义重大，电动汽车增程器节省的空间便于电动汽车的整车布置。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种电动汽车增程器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种定子绕组和转子磁极的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种无轭轴向磁通永磁电机的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种电动汽车增程器的外部结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种第一端盖的俯视图；

图6是本发明提供的一种绕组支路连接结构的示意图；

图7是本发明实施例提供的一种电动汽车增程器的控制方法的流程示意图；

图8是本发明实施例提供的另一种电动汽车增程器的控制方法的流程示意图

图9是本发明实施例提供的一种无轭轴向磁通永磁电机的扭矩-转速关系曲线图；

图10为本发明实施例提供的又一种电动汽车增程器控制方法的流程示意图；

图11是本发明实施例提供的另一种无轭轴向磁通永磁电机的扭矩-转速关系曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明实施例提供了一种电动汽车增程器，参考图1，图1是本发明实施例提供的一种电动汽车增程器的结构示意图，包括：

原动机11、无轭轴向磁通永磁电机12以及电机控制器13；

原动机11的曲轴与无轭轴向磁通永磁电机12的转子固定连接，用于带动无轭轴向磁通永磁电机12的转子转动；

无轭轴向磁通永磁电机12的转子磁极与122定子绕组121在轴向相对设置，转子磁极122与定子绕组121相对旋转运动以使无轭轴向磁通永磁电机12发电；

电机控制器13分别与无轭轴向磁通永磁电机12、车载电池14及驱动电机15电连接，用于控制无轭轴向磁通永磁电机12向车载电池14充电，和/或向驱动电机15供电。

原动机11可以为内燃机，内燃机是通过燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。本实施例中可使用以汽油、柴油、甲醇、乙醇、天然气等燃料为能源的内燃机作为原动机11。

原动机11产生的动力使得原动机11的曲轴转动，通过曲轴的动力输出端带动无轭轴向磁通永磁电机12的转子转动，使得无轭轴向磁通永磁电机12的转子磁极122与无轭轴向磁通永磁电机12的定子绕组121产生相对旋转运动，从而定子绕组121产生感应电流，无轭轴向磁通永磁电机12发电。电机控制器13控制无轭轴向磁通永磁电机12向车载电池14和/或驱动电机15供电。具体的，定子绕组121与电机控制器13电连接，用于将定子绕组121产生的电流传输至电机控制器13，电机控制器13将定子绕组121产生的电流由三相交流电转换为直流电，并将直流电向车载电池14供电。或者，电机控制器13可直接与电动汽车的驱动电机15连接供电，使得驱动电机15拖动电动汽车的车轮运动。

电动汽车增程器的原动机11能够在车载电池14容量低于设定阈值后，通过电机控制器13启动无轭轴向磁通永磁电机12带动原动机11工作，并在达到设定的发电转速时通过无轭轴向磁通永磁电机12发电，对车载电池14和/或驱动电机15供电，能够延长电动汽车的续航里程。在相同行驶里程条件下，本实施例提供的电动汽车增程器使得电动汽车的车载电池14电量可设置较小，电池容量只需要为纯电动汽车的30％～40％，本实施例中的电动汽车不需匹配大容量的车载电池14，电动汽车整车制作成本大幅降低。

本实施例中的电机为无轭轴向磁通永磁电机12，现有技术中增程器常采用径向磁通电机，发电机采用内转子结构，将转子磁极和定子绕组设置在径向的相对位置，发电机定子有轭部而且定子将转子包围，导致发电机整体的体积、重量偏大。而无轭轴向磁通永磁电机12将转子磁极122和定子绕组121设置在轴向的相对位置，电机定子没有轭部，径向、轴向尺寸较小，重量较轻。

具体的，参考图2，图2是本发明实施例提供的一种定子绕组和转子磁极的结构示意图。每个定子铁芯111的凹槽内设置有定子绕组121，由磁力线14可知，无轭轴向磁通永磁电机12通过定子绕组121的磁场与无轭轴向磁通永磁电机12转动轴X平行，即磁场为轴向磁场。在转子磁极122转动时，定子绕组121切割磁力线14产生电动势进而产生电流发电。

可选的，电机控制器13包括第一控制板；第一控制板具有启动状态和发电状态两个工作状态；第一控制板的启动状态用于控制无轭轴向磁通永磁电机12处于电动状态；第一控制板的发电状态用于控制无轭轴向磁通永磁电机12处于发电状态。

无轭轴向磁通永磁电机12可作为启动发电一体电机(integrated Starter&Generator，ISG)，在原动机11由零转速启动时，作为电动机带动原动机11启动；并在原动机11达到设定的发电转速后，在原动机11的带动下转动作为发电机。可选的，电机控制器13即为ISG电机控制器，电机控制器13的第一控制板具有启动状态和发电状态；启动状态用于控制无轭轴向磁通永磁电机12处于电动状态；发电状态用于控制无轭轴向磁通永磁电机12处于发电状态。

本发明实施例中，电动汽车增程器将无轭轴向磁通永磁电机作为发电机发电，原动机曲轴的动力输出端带动无轭轴向磁通永磁电机的转子转动，使得无轭轴向磁通永磁电机的转子磁极和定子绕组相对旋转运动，无轭轴向磁通永磁电机发电；在电机控制器的控制下，无轭轴向磁通永磁电机向车载电池和/或驱动电机15供电，从而增长电动汽车的续航时间。无轭轴向磁通永磁电机相对于现电动汽车增程器常用的径向磁通电机，相同功率等级的无轭轴向磁通永磁电机比径向磁通电机的体积或重量减少二分之一以上。对于电动汽车增程器而言，显著降低的重量和体积对整车轻量化意义重大，电动汽车增程器节省的整车空间便于电动汽车的其他功能设置。

在上述实施例的基础上，参考图3，图3是本发明实施例提供的一种无轭轴向磁通永磁电机的结构示意图，无轭轴向磁通永磁电机12可以为盘式电机，包括沿轴向相对设置的第一端盖123和第二端盖124；第一端盖123与第二端盖124相对的一侧固定有至少一相定子绕组121，第二端盖124与第一端盖123相对的一侧对应设置有转子磁极122。

无轭轴向磁通盘式电机的体积小、重量轻，有利于减轻电动汽车的整车重量。第二端盖124一侧设置有与转子磁极122固定连接的转轴125，转轴125上可与原动机曲轴的动力输出端通过螺栓固定连接，使得无轭轴向磁通永磁电机12可通过曲轴与原动机11建立机械连接。定子绕组121围绕定子磁轭111设置，以增强定子绕组121产生电动势的强度。参考图4，图4是本发明实施例提供的一种电动汽车增程器的外部结构示意图，原动机11通过曲轴与无轭轴向磁通永磁电机12的第二端盖124的转轴125电连接，使得原动机11带动无轭轴向磁通永磁电机12运行。

可选的，无轭轴向磁通永磁电机每相定子绕组121可以包括至少两条绕组支路；无轭轴向磁通永磁电机12还包括至少一个开关器件，至少一个开关器件设置于第一端盖123远离第二端盖124的一侧；至少一个开关器件通过第一端盖123上的至少一个穿孔与至少两条绕组支路电连接，用于通过闭合和断开实现至少两条绕组支路的串联或并联。

继续参考图3，第一端盖123靠近的第二端盖124的一侧设置有定子绕组121，第一端盖123远离第二端盖124的一侧设置有附加端盖126，附加端盖126内设置有至少一个开关器件，至少一个开关器件贴近第一端123设置，并且通过第一端盖123上的至少一个穿孔与至少两条绕组支路电连接。参考图5，图5是本发明实施例提供的一种第一端盖的俯视图。第一端盖123设置有至少一个穿孔127用于连接绕组支路和开关器件，绕组支路和开关器件的连接线可以与穿孔127一一对应设置，也可以使多个连接线通过同一穿孔127穿出。

可选的，电机控制器13还包括第二控制板；第二控制板与至少一个开关器件电连接，用于控制至少一个开关器件的闭合和断开。

可选的，参考图6，图6是本发明提供的一种绕组支路连接结构的示意图，每相定子绕组包括两条绕组支路：第一绕组支路L1和第二绕组支路L2；无轭轴向磁通永磁电机包括三个开关器件：第一开关器件K1、第二开关器件K2和第三开关器件K3；所述第一绕组支路的第一端1-1与所述第一开关器件K1的第一端K1-1电连接，第二端1-2分别与所述第二开关器件K2的第一端K2-1和所述第三开关K3的第一端K3-1电连接；所述第二绕组支路的第一端2-1分别与所述第一开关器件K1的第二端K1-2和所述第三开关器件K3的第二端K3-2电连接，第二端2-2与所述第二开关器件K2的第二端K2-2电连接。

当无轭轴向磁通永磁电机12的转速大于或等于电机额定转速时，电机控制器13的第二控制板控制第一开关器件K1与第三开关器件K3闭合，第二开关器件K2断开，第一绕组支路L1和第二绕组支路L2并联；当无轭轴向磁通永磁电机12的转速小于电机额定转速时，电机控制器13的第二控制板控制第一开关器件K1与第三开关器件K3断开，第二开关器件K2闭合，第一绕组支路L1和第二绕组支路L2串联。上述控制过程使得在电动汽车增程器的启动初始时刻，第一绕组支路L1和第二绕组支路L2串联，无轭轴向磁通永磁电机12具有足够大的扭矩，原动机11能够迅速克服活塞组件和曲轴的阻力转动。并且因为第一绕组支路L1和第二绕组支路L2串联的结构，启动瞬间无轭轴向磁通永磁电机12产生的电流较小，减少对车载电池14的耗能。而在无轭轴向磁通永磁电机12的转速逐步升高超过电机额定转速时，控制第一绕组支路L1和第二绕组支路L2并联连接，无轭轴向磁通永磁电机12产生的反电动势变为第一绕组支路L1和第二绕组支路L2串联连接时的50％，不需要通过弱磁的控制方法提升无轭轴向磁通永磁电机12的转速，从而无轭轴向磁通永磁电机12未有弱磁电流，提高无轭轴向磁通永磁电机12的工作效率。

可选的，开关器件为三相开关器件或单相开关器件。三相开关可同时控制三相定子绕组121中各相定子绕组121对应绕组支路的连接，例如，第一三相开关器件K1可控制三相定子绕组121中每相定子绕组121中第一绕组支路L1的第一端1-1和第二绕组支路L2的第一端2-1的电连接。则设置的开关器件为三相开关器件时，三相定子绕组121可设置3个三相开关器件；若设置的开关器件为单相开关器件，每相定子绕组121需要3个单相开关器件，三相定子绕组121需要9个单相开关器件。

可选的，三相开关器件为三相交流接触器、三相固态继电器或者三相直流继电器；单相开关器件为单相直流继电器、单相固态继电器或绝缘栅双极型晶体管。

基于同一构思，本发明实施例还提供一种电动汽车增程器的控制方法。图7是本发明实施例提供的一种电动汽车增程器的控制方法的流程示意图，如图7所示，本实施例的方法包括如下步骤：

S110、原动机通过曲轴带动无轭轴向磁通永磁电机转子转动。

S120、无轭轴向磁通永磁电机的转子磁极与定子绕组相对旋转运动以使无轭轴向磁通永磁电机发电。

S130、电机控制器控制无轭轴向磁通永磁电机向车载电池充电，和/或向驱动电机供电。

本发明中，电动汽车增程器的控制方法将无轭轴向磁通永磁电机作为发电机发电，原动机曲轴的动力输出端带动无轭轴向磁通永磁电机的转子转动，使得无轭轴向磁通永磁电机的转子磁极和定子绕组相对旋转运动，无轭轴向磁通永磁电机发电；并在电机控制器的控制下，无轭轴向磁通永磁电机向车载电池充电和/或直接向驱动电机供电，从而增大电动汽车的电能储量，增长电动汽车的续航时间。无轭轴向磁通永磁电机相对于现电动汽车增程器常用的径向磁通电机，相同功率等级的无轭轴向磁通永磁电机比径向磁通电机的体积或重量减少二分之一以上，对于电动汽车增程器而言，显著降低的重量和体积对整车轻量化意义重大，电动汽车增程器节省的空间便于电动汽车的整车布置。

在上述实施例的基础上，本发明实施例提供了另一种电动汽车增程器的控制方法，电机控制器可以包括第一控制板；第一控制板具有启动状态和发电状态两个工作状态；原动机通过曲轴带动无轭轴向磁通永磁电机转子转动，可以包括：第一控制板处于启动状态并控制无轭轴向磁通永磁电机处于电动状态，通过曲轴带动原动机启动；当原动机的转速增大至设定发电转速时，第一控制板切换至发电状态并控制无轭轴向磁通永磁电机处于发电状态，原动机的曲轴带动无轭轴向磁通永磁电机的转子转动。

具体的，参考图8，图8是本发明实施例提供的另一种电动汽车增程器的控制方法的流程示意图，电动汽车增程器的控制方法包括：

S210、车载电池的电池管理系统检测电池电量，并将电池电量发送至电动汽车整车控制器(Vehicle Control Unit，VCU)。

电动汽车VCU用于对整车各部件，例如原动机、无轭轴向磁通永磁电机、车载电池以及驱动电机等，进行总体协调和控制。车载电池的电池管理系统能够对自身电池电量进行检测并发送至电动汽车VCU。

S220、电动汽车VCU实时监控电池电量，判断电池电量是否小于设定低电量阈值，若是，则执行S230，若否则执行S270。

S230、电动汽车VCU输出第一启动信号至电机控制器，电机控制器的第一控制板以启动状态工作，无轭轴向磁通永磁电机作为电动机带动原动机转动。

S240、当原动机转动转速上升到设定发电转速时，电机控制器的第一控制板切换到发电状态工作，原动机通过曲轴带动无轭轴向磁通永磁电机转子转动。

S250、无轭轴向磁通永磁电机的转子磁极与定子绕组相对旋转运动以使无轭轴向磁通永磁电机发电。

S260、电机控制器控制无轭轴向磁通永磁电机向车载电池和/或驱动电机供电，之后执行270。

S270、当无轭轴向磁通永磁电机为车载电池供电，使车载电池的电量大于设定高电量阈值时，整车控制器(VCU)控制车载电池为驱动电机供电，原动机和无轭轴向磁通永磁电机停止工作，之后继续执行S220。当车载电池的电量再次下降到设定低电量阈值时，重复上述无轭轴向磁通永磁电机和原动机启动、发电、停止的过程。

在上述工作状态下，无轭轴向磁通永磁电机的工作曲线如图9所示，参考图9，图9是本发明实施例提供的一种无轭轴向磁通永磁电机的扭矩-转速关系曲线图。曲线L3和曲线L4分别为无轭轴向磁通永磁电机在电动状态或者发电状态的工作曲线，为了提高发电机的功率密度，设置无轭轴向磁通永磁电机的发电转速高于电机的额定转速n1；电机转速高过额定转速n1，电机控制器可采用弱磁控制方法，消耗部分电能；无轭轴向磁通永磁电机拖动原动机转速升至设定发电转速a时，切换到发电状态b点。切换为发电状态b点后，由于驱动电机负载大小的变化使原动机转速变化时，此时无轭轴向磁通永磁电机的工作状态将沿着b、c、d几个点在恒功率曲线e’—f’上移动。本实施例中，无轭轴向磁通永磁电机的最大稳定发电功率不可以变化。

可选的，无轭轴向磁通永磁电机为盘式电机，包括沿轴向相对设置的第一端盖和第二端盖；第一端盖与第二端盖相对的一侧固定有至少一相定子绕组，第二端盖与第一端盖相对的一侧对应设置有转子磁极；每相定子绕组包括至少两条绕组支路；无轭轴向磁通永磁电机还包括至少一个开关器件，至少一个开关器件与至少两条绕组支路电连接，用于通过闭合和断开实现至少两条绕组支路的串联或并联；所述电动汽车增程器的控制方法，还包括：当所述无轭轴向磁通永磁电机的转速小于电机额定转速时，所述电机控制器控制所述至少一个开关器件实现所述至少两条绕组支路的串联；当所述无轭轴向磁通永磁电机的转速等于或大于电机额定转速时，所述电机控制器控制所述至少一个开关器件实现所述至少两条绕组支路的并联。

在上述实施例的基础上，本实施例还提供了更为具体的电动汽车增程器控制方法，参考图10，图10为本发明实施例提供的又一种电动汽车增程器控制方法的流程示意图，电动汽车增程器的控制方法包括：

S310、车载电池的电池管理系统检测电池电量，并将电池电量发送至电动汽车VCU。

S320、电动汽车VCU实时监控电池电量，判断电池电量是否小于设定低电量阈值，若是，则执行S330，若否则执行S390。

S330、电动汽车VCU输出第一启动信号至电机控制器，电机控制器的第一控制板以启动状态工作，无轭轴向磁通永磁电机作为电动机带动原动机转动。

S340、当无轭轴向磁通永磁电机的转速小于电机额定转速时，电机控制器第二控制板控制至少一个开关器件实现至少两条绕组支路的串联。

S350、当无轭轴向磁通永磁电机的转速等于或大于额定转速时，电机控制器第二控制板控制至少一个开关器件实现至少两条绕组支路的并联。

在电动汽车增程器的启动初始时刻，至少两条绕组支路串联，无轭轴向磁通永磁电机12具有足够大的扭矩，原动机11能够迅速克服活塞组件和曲轴的阻力转动。并且因为至少两条绕组支路串联，启动瞬间无轭轴向磁通永磁电机12产生的电流较小，减少对车载电池14的耗能。而在无轭轴向磁通永磁电机12的转速逐步升高超过电机额定转速时，控制至少两条绕组支路并联连接，无轭轴向磁通永磁电机12产生的反电动势变为2条绕组支路串联连接时的1/2，不需要通过弱磁的控制方法提升无轭轴向磁通永磁电机12的转速，从而无轭轴向磁通永磁电机12未有弱磁电流，提高无轭轴向磁通永磁电机12的工作效率。

S360、当原动机转动转速上升到设定发电转速时，电机控制器的第一控制板切换到发电状态工作，原动机通过曲轴带动无轭轴向磁通永磁电机转子转动。

S370、无轭轴向磁通永磁电机的转子磁极与定子绕组相对旋转运动以使无轭轴向磁通永磁电机发电。

S380、电机控制器控制无轭轴向磁通永磁电机向车载电池和/或驱动电机供电，之后执行S390。

S390、当无轭轴向磁通永磁电机为车载电池供电，使车载电池的电量大于设定高电量阈值时，整车控制器(VCU)控制车载电池为驱动电机供电，原动机和无轭轴向磁通永磁电机停止工作，之后执行S320。当车载电池的电量再次下降到设定电量阈值时，重复上述无轭轴向磁通永磁电机和原动机启动、发电、停止的过程。

在上述工作状态下，无轭轴向磁通永磁电机的工作曲线如图11所示，参考图11，图11是本发明实施例提供的另一种无轭轴向磁通永磁电机的扭矩-转速关系曲线图。曲线L5和曲线L6分别为无轭轴向磁通永磁电机在电动状态或者发电状态的工作曲线，为了提高发电机的功率密度，设置无轭轴向磁通永磁电机的发电转速高于电机额定转速N1；电机转速高过电机额定转速N1，电机控制器将控制开关器件由原来的两条绕组支路串联切换为两条绕组支路并联，在此状态下发电将不需消耗弱磁控制的部分电能；无轭轴向磁通永磁电机拖动原动机转速升至设定发电转速A时，切换到发电状态B点。切换为发电状态B点后，由于驱动电机负载大小的变化使原动机转速变化时，此时无轭轴向磁通永磁电机的发电工作状态将沿着B、C、D几个点在恒扭矩曲线E’—F’上移动，其中F’为无轭轴向磁通永磁电机绕组支路连接关系由串联改为并联后，新的恒扭矩工作变为恒功率工作的另一个转折点。本实施中的无轭轴向磁通永磁电机的最大稳定发电功率可以随转速的增加而变化，并且不需要进行弱磁控制来防止无轭轴向磁通永磁电机的反电动势随着转速增大而增大，更好地满足电动汽车对增程器功率变化的需求。

本发明实施例提供的增程器同样可用于船舶发电以及其他移动设备发电，以增强船舶或者其他移动设备的续航能力。并且增程器占用体积小，重量较轻，便于船舶或其他移动设备的空间布置。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (12)

1.一种电动汽车增程器，其特征在于，包括：原动机、无轭轴向磁通永磁电机以及电机控制器；

所述原动机的曲轴与所述无轭轴向磁通永磁电机的转子固定连接，用于带动所述无轭轴向磁通永磁电机转子转动；

所述无轭轴向磁通永磁电机的转子磁极与定子绕组在轴向相对设置，所述转子磁极与所述定子绕组相对旋转运动以使所述无轭轴向磁通永磁电机发电；

所述电机控制器分别与所述无轭轴向磁通永磁电机、车载电池及驱动电机电连接，用于控制所述无轭轴向磁通永磁电机向所述车载电池充电，和/或向驱动电机供电。

2.根据权利要求1所述的电动汽车增程器，其特征在于：

所述电机控制器包括第一控制板；所述第一控制板具有启动状态和发电状态两个工作状态；

所述第一控制板的启动状态用于控制所述无轭轴向磁通永磁电机处于电动状态；所述第一控制板的发电状态用于控制所述无轭轴向磁通永磁电机处于发电状态。

3.根据权利要求1所述的电动汽车增程器，其特征在于：

所述无轭轴向磁通永磁电机为盘式电机。

4.根据权利要求3所述的电动汽车增程器，其特征在于：所述无轭轴向磁通永磁电机包括沿轴向相对设置的第一端盖和第二端盖；

所述第一端盖与所述第二端盖相对的一侧固定有至少一相定子绕组，所述第二端盖与所述第一端盖相对的一侧对应设置有转子磁极。

5.根据权利要求4所述的电动汽车增程器，其特征在于，每相定子绕组包括至少两条绕组支路；

所述无轭轴向磁通永磁电机还包括至少一个开关器件，所述至少一个开关器件设置于所述第一端盖远离第二端盖的一侧；所述至少一个开关器件通过所述第一端盖上的至少一个穿孔与所述至少两条绕组支路电连接，用于通过闭合和断开实现所述至少两条绕组支路的串联或并联。

6.根据权利要求5所述的电动汽车增程器，其特征在于：

所述电机控制器还包括第二控制板；所述第二控制板与所述至少一个开关器件电连接，用于控制所述至少一个开关器件的闭合和断开。

7.根据权利要求5所述的电动汽车增程器，其特征在于，每相定子绕组包括两条绕组支路：第一绕组支路和第二绕组支路；

所述无轭轴向磁通永磁电机包括至少三个开关器件：第一开关器件、第二开关器件和第三开关器件；所述第一绕组支路的第一端与所述第一开关器件的第一端电连接，第二端分别与所述第二开关器件的第一端和所述第三开关的第一端电连接；所述第二绕组支路的第一端分别与所述第一开关器件的第二端和所述第三开关器件的第二端电连接，第二端与所述第二开关器件的第二端电连接。

8.根据权利要求5-7任一项所述的电动汽车增程器，其特征在于：

所述开关器件为三相开关器件或单相开关器件。

9.根据权利要求8所述的电动汽车增程器，其特征在于：

所述三相开关器件为三相交流接触器、三相固态继电器或者三相直流继电器；

所述单相开关器件为单相直流继电器、单相固态继电器或绝缘栅双极型晶体管。

10.一种电动汽车增程器的控制方法，适用于上述权利要求1-9任一项所述的电动汽车增程器，其特征在于，包括：

所述原动机通过曲轴带动所述无轭轴向磁通永磁电机转子转动；

所述无轭轴向磁通永磁电机的所述转子磁极与定子绕组相对旋转运动以使所述无轭轴向磁通永磁电机发电；

所述电机控制器控制所述无轭轴向磁通永磁电机向所述车载电池充电，和/或向驱动电机供电。

11.根据权利要求10所述的电动汽车增程器的控制方法，其特征在于：

所述电机控制器包括第一控制板；所述第一控制板具有启动状态和发电状态两个工作状态；

所述原动机通过所述曲轴带动所述无轭轴向磁通永磁电机转子转动，包括：

所述第一控制板处于启动状态并控制所述无轭轴向磁通永磁电机处于电动状态，通过曲轴带动所述原动机启动；

当所述原动机的转速增大至设定发电转速时，所述第一控制板切换至发电状态并控制所述无轭轴向磁通永磁电机处于发电状态，所述原动机的曲轴带动所述无轭轴向磁通永磁电机的转子转动。

12.根据权利要求11所述的电动汽车增程器的控制方法，其特征在于：

所述无轭轴向磁通永磁电机为盘式电机，包括沿轴向相对设置的第一端盖和第二端盖；所述第一端盖与所述第二端盖相对的一侧固定有至少一相定子绕组，所述第二端盖与所述第一端盖相对的一侧对应设置有转子磁极；

每相定子绕组包括至少两条绕组支路；所述无轭轴向磁通永磁电机还包括至少一个开关器件，所述至少一个开关器件与所述至少两条绕组支路电连接，用于通过闭合和断开实现所述至少两条绕组支路的串联或并联；

所述电动汽车增程器的控制方法，还包括：

当所述无轭轴向磁通永磁电机的转速小于电机额定转速时，所述电机控制器控制所述至少一个开关器件实现所述至少两条绕组支路的串联；

当所述无轭轴向磁通永磁电机的转速等于或大于电机额定转速时，所述电机控制器控制所述至少一个开关器件实现所述至少两条绕组支路的并联。