CN109586497B - 一种电能机械能互逆转换装置 - Google Patents

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Abstract

一种电能机械能互逆转换装置属新能源电动汽车、节能减排、低碳、环保领域，以电能为动力源，且具有能量回收功能，能够实现电能与机械能相互转换，该装置装在汽车上，代替内燃机及驱动电机为新能源电动汽车电驱动系统提供行驶驱动功率，驱动汽车行驶时，实现电能转为机械能，汽车减速制动时，将汽车行驶的惯性机械能转换为电能，实现能量回收。

Description

一种电能机械能互逆转换装置
一、技术领域
本案属新能源电动汽车、节能减排领域。
二、背景技术
近来，随着新能源汽车市场的持续发展，越来越多的新能源电动汽车前瞻性技术被开发出来，提升了我国新能源汽车电动化技术竞争能力。
经百年验证，传统的汽车发动机虽然更能适应目前各种行驶路面，但它使用燃油作能量原料，运转过程中排放的尾气，破坏自然环境，针对这种情况，电动汽车脱颖而出，经整个社会投入大量的人力、物力、财力做研究，取得大量成果，比如能量回收技术是传统燃油汽车所不具备的功能。会不会有一种兼具各种优点能量转换技术呢？它使用电能，但它也能适应各种行驶路面，同时，它还能实现能量回收。针对此疑问，本案提出了一种电能机械能互逆转换装置，它兼具传统内燃机与电机的优点。
三、发明内容
本发明的目的是提供一种以电能为动力源且具有能量回收功能的电引擎——一种电能机械能互逆转换装置。
本案是一种电能机械能互逆转换装置，由霍尔传感器1、支架2、曲轴3、连杆12、永磁体活塞11、缸体10、缸体线圈4、高压电子开关5、电引擎控制单元6、低压电源7、安全与执行控制单元8、动力电池9组成，缸体10兼作线圈支架用。霍尔传感器1通过导线与电引擎控制单元6相连，为电引擎控制单元6提供各缸永磁体活塞到达上止点和下止点信号；曲轴3通过连杆12与永磁体活塞11相连接，构成曲柄滑块机构；永磁体活塞11与缸体10构成摩擦副，包括滚动摩擦方式和滑动摩擦方式；缸体线圈4安装在缸体10上，与缸体10构成同心圆；缸体线圈4的A端通过导线与高压电子开关5相连，缸体线圈4的B端通过导线与高压电子开关5相连；高压电子开关5通过高压导线与动力电池9相连，同时，高压电子开关5通过导线与安全与执行控制单元8相连，执行安全与执行控制单元8控制指令，让线圈缸体线圈4的AB端与动力电池9的正负极按控制指令需求连接；电引擎控制单元6与安全与执行控制单元8通过导线相连，实现信息交互，电引擎控制单元6负责工况运算，并向安全与执行控制单元8输入控制需求，安全与执行控制单元8在确保安全的前提下执行电引擎控制单元6发来的控制需求，并向电引擎控制单元6反馈控制需求执行情况；低压电源7通过导线分别与电引擎控制单元6、安全与执行控制单元8相连，为电引擎控制单元6及安全与执行控制单元8提供工作电源。
图2中，根据缸体线圈4与永磁体活塞11的磁力线分布情况看，缸体线圈4与永磁体活塞11内部磁力线最集中，只有把缸体线圈4内部磁力线与永磁体活塞11内的磁力线放在一起，也就是永磁体活塞11放在缸体线圈4内部，才能产生最大的吸引力或排斥力，永磁体活塞11、连杆12与曲轴3再把最大的吸引力或排斥力转换成扭矩与转速，并通过曲轴3输出，代替内燃机及驱动电机为新能源电动汽车电驱动系统提供行驶驱动功率。
图2中，根据缸体线圈4与永磁体活塞11的磁力线分布情况看，永磁体活塞11在缸体线圈4内移动，当所有磁力线的中心点落在同一横截平面上时，永磁体活塞11的受力将达到平衡，处于静止状态，因此，为了使本案装置连续运转，缸体线圈4的长度必须大于两倍的永磁体活塞11行程。
该发明在工作中能够实现电能与机械能相互转换，该装置装在汽车上，驱动汽车行驶时，实现电能转为机械能，汽车减速制动时，将汽车行驶的惯性机械能转换为电能，实现能量回收。
四、附图说明
图1是一种电能机械能互逆转换装置工作原理示意图；
图2是磁力线分布示意图。
五、具体实施方式
本案是一种电能机械能互逆转换装置，用多缸动力成组技术代替动力电池成组技术方案，以电能为动力源，且具有能量回收功能。
同一平面内，如果两封闭磁力线方向相同，同时为逆时针方向或同时为顺时针方向，则将产生吸引力；如果两封闭磁力线方向不同，一个磁力线方向为逆时针方向，另一个磁力线方向为顺时针方向，则将产生排斥力。依据图1与图2，如果缸体线圈4的A端与动力电池9正极相连，缸体线圈4的B端与动力电池9负极相连，则永磁体活塞11上行；如果缸体线圈4的A端与动力电池9负极相连，缸体线圈4的B端与动力电池9正极相连，则永磁体活塞11下行。
一种电能机械能互逆转换装置运转过程由电引擎控制单元6监测、运算、控制，并由安全与执行控制单元8下达执行指令，控制装置运转。
一种电能机械能互逆转换装置起动，起动电机工作，通过飞轮带动曲轴3旋转，此时，电引擎控制单元6经霍尔传感器1甄别各缸永磁体活塞11位置，并对存储各缸永磁体活塞11运行状态的记忆空间进行初始化，保持装置实际运行数据与虚拟存储空间数据同步，起动成功，通过视频或语音交互接口通知用户起动成功，起动电机停止工作。
一种电能机械能互逆转换装置起动成功后，没有怠速模式，可以停止运转，当电引擎控制单元6接收到运转请求后，会依据存储各缸永磁体活塞11运行状态的记忆空间数据向安全与执行控制单元8发出控制要求，安全与执行控制单元8根据电引擎控制单元6发来的控制要求并在安全条件许可的前提下控制高压电子开关5执行相应的动作，完成缸体线圈4的AB端与动力电池9正负极相连。
一种电能机械能互逆转换装置运行，永磁体活塞11在缸体线圈4内部往复直线运动过程中，当电引擎控制单元6经霍尔传感器1甄测到永磁体活塞11到达上止点位置，则电引擎控制单元6经安全与执行控制单元8控制高压电子开关5先切断缸体线圈4的电源，断开缸体线圈4的AB端与动力电池9正负极的连接，然后，电引擎控制单元6经安全与执行控制单元8控制高压电子开关5接通缸体线圈4的A端与动力电池9负极，并接通缸体线圈4的B端与动力电池9正极，使得永磁体活塞11下行；当电引擎控制单元6经霍尔传感器1甄测到永磁体活塞11到达下止点位置，则电引擎控制单元6经安全与执行控制单元8控制高压电子开关5先切断缸体线圈4的电源，断开缸体线圈4的AB端与动力电池9正负极的连接，然后，电引擎控制单元6经安全与执行控制单元8控制高压电子开关5接通缸体线圈4的A端与动力电池9正极，并接通缸体线圈4的B端与动力电池9负极，使得永磁体活塞11上行，如此循环下去，保持电能机械能互逆转换装置连续运转。
一种电能机械能互逆转换装置停止运行，当电引擎控制单元6接收到停止运行请求后，电引擎控制单元6经安全与执行控制单元8控制高压电子开关5切断缸体线圈4的电源，断开缸体线圈4的AB端与动力电池9正负极的连接，此时，电能机械能互逆转换装置在曲轴3驱动的负载惯性下运转，永磁体活塞11在缸体线圈4内部往复直线运动，如果永磁体活塞11在缸体线圈4内部上行，根据楞次定律，缸体线圈4必产生与永磁体活塞11磁力线方向相反的磁力线，缸体线圈4产生感生电动势，且缸体线圈4的A端为正极，B端为负极；如果永磁体活塞11在缸体线圈4内部下行，根据楞次定律，缸体线圈4必产生与永磁体活塞11磁力线方向相同的磁力线，缸体线圈4产生感生电动势，且缸体线圈4的A端为负极，B端为正极。
一种电能机械能互逆转换装置停止运行后的能量回收，电引擎控制单元6经安全与执行控制单元8控制高压电子开关5切断缸体线圈4的电源后，此时，如果电能机械能互逆转换装置在曲轴3驱动的负载惯性下还在运转，则可进行能量回收；如果永磁体活塞11在缸体线圈4内部上行，电引擎控制单元6经安全与执行控制单元8控制高压电子开关5接通缸体线圈4的A端与动力电池9正极，并接通缸体线圈4的B端与动力电池9负极，为动力电池9充电；如果永磁体活塞11在缸体线圈4内部下行，电引擎控制单元6经安全与执行控制单元8控制高压电子开关5接通缸体线圈4的A端与动力电池9负极，并接通缸体线圈4的B端与动力电池9正极，为动力电池9充电；如此循环下去，实现能量回收，能量回收率或充电时间由曲轴3驱动的负载特性决定，并对电引擎控制单元6标定实现能量回收率或充电时间。
一种电能机械能互逆转换装置停机，当电引擎控制单元6收到停机请求后，电引擎控制单元6经安全与执行控制单元8控制高压电子开关5切断缸体线圈4的电源，电引擎控制单元6、安全与执行控制单元8在确保安全条件下进入静置休眠模式，停机后，一种电能机械能互逆转换装置必须经过起动步骤才能接入动力电池9高压电运行。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本案所作的举例，而并非是本案的实施方式的限定。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。而这些属于本案的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本案的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种电能机械能互逆转换装置，其特征在于，以电能为动力源且具有能量回收功能，能够实现电能与机械能相互转换，该装置装在汽车上，驱动汽车行驶时，实现电能转为机械能，汽车减速制动时，将汽车行驶的惯性机械能转换为电能，实现能量回收；由霍尔传感器(1)、支架(2)、曲轴(3)、连杆(12)、永磁体活塞(11)、缸体(10)、缸体线圈(4)、高压电子开关(5)、电引擎控制单元(6)、低压电源(7)、安全与执行控制单元(8)、动力电池(9)组成，缸体(10)兼作线圈支架用；霍尔传感器(1)通过导线与电引擎控制单元(6)相连，为电引擎控制单元(6)提供各缸永磁体活塞到达上止点和下止点信号；曲轴(3)通过连杆(12)与永磁体活塞(11)相连接，构成曲柄滑块机构；永磁体活塞(11)与缸体(10)构成摩擦副，包括滚动摩擦方式和滑动摩擦方式，任选其一；缸体线圈(4)安装在缸体(10)上，与缸体(10)构成同心圆；缸体线圈(4)的A端通过导线与高压电子开关(5)相连，缸体线圈(4)的B端通过导线与高压电子开关(5)相连；高压电子开关(5)通过高压导线与动力电池(9)相连，同时，高压电子开关(5)通过导线与安全与执行控制单元(8)相连，执行安全与执行控制单元(8)控制指令，让缸体线圈(4)的AB端与动力电池(9)的正负极按控制指令需求连接；电引擎控制单元(6)与安全与执行控制单元(8)通过导线相连，实现信息交互，电引擎控制单元(6)负责工况运算，并向安全与执行控制单元(8)输入控制需求，安全与执行控制单元(8)在确保安全的前提下执行电引擎控制单元(6)发来的控制需求，并向电引擎控制单元(6)反馈控制需求执行情况；低压电源(7)通过导线分别与电引擎控制单元(6)、安全与执行控制单元(8)相连，为电引擎控制单元(6)及安全与执行控制单元(8)提供工作电源；永磁体活塞(11)放在缸体线圈(4)内部，缸体线圈(4)带电时能产生最大的吸引力或排斥力，永磁体活塞(11)、连杆(12)与曲轴(3)再把最大的吸引力或排斥力转换成扭矩与转速，并通过曲轴(3)输出，代替内燃机及驱动电机为新能源电动汽车电驱动系统提供行驶驱动功率。
2.根据权利要求1所述的电能机械能互逆转换装置，其特征在于，所述缸体线圈(4)的长度必须大于两倍的所述永磁体活塞(11)行程。
3.根据权利要求1所述的电能机械能互逆转换装置，其特征在于，运转过程由所述的电引擎控制单元(6)监测、运算、控制，并由所述的安全与执行控制单元(8)下达执行指令，控制装置运转。
4.根据权利要求1所述的电能机械能互逆转换装置，其特征在于，由起动电机起动，起动电机通过飞轮带动所述的曲轴(3)旋转，此时，所述电引擎控制单元(6)经所述霍尔传感器(1)甄别各缸所述永磁体活塞(11)位置，并对存储各缸所述永磁体活塞(11)运行状态的记忆空间进行初始化，保持装置实际运行数据与虚拟存储空间数据同步，起动成功后，通过视频或语音交互接口通知用户起动成功，起动电机停止工作。
5.根据权利要求1所述的电能机械能互逆转换装置，其特征在于，没有怠速模式，可以停止运转，当所述电引擎控制单元(6)接收到运转请求后，会依据存储各缸所述永磁体活塞(11)运行状态的记忆空间数据向所述安全与执行控制单元(8)发出控制要求，所述安全与执行控制单元(8)根据所述电引擎控制单元(6)发来的控制要求并在安全条件许可的前提下控制所述高压电子开关(5)执行相应的动作，完成所述缸体线圈(4)的AB端与所述动力电池(9)正负极相连。
6.根据权利要求1所述的电能机械能互逆转换装置，其特征在于，运行时，所述永磁体活塞(11)在所述缸体线圈(4)内部往复直线运动，当所述电引擎控制单元(6)经所述霍尔传感器(1)甄测到所述永磁体活塞(11)到达上止点位置，则所述电引擎控制单元(6)经所述安全与执行控制单元(8)控制所述高压电子开关(5)先切断所述缸体线圈(4)的电源，断开所述缸体线圈(4)的AB端与所述动力电池(9)正负极的连接，然后，所述电引擎控制单元(6)经所述安全与执行控制单元(8)控制所述高压电子开关(5)接通所述缸体线圈(4)的A端与所述动力电池(9)负极，并接通所述缸体线圈(4)的B端与所述动力电池(9)正极，使得所述永磁体活塞(11)下行；当所述电引擎控制单元(6)经所述霍尔传感器(1)甄测到所述永磁体活塞(11)到达下止点位置，则所述电引擎控制单元(6)经所述安全与执行控制单元(8)控制所述高压电子开关(5)先切断所述缸体线圈(4)的电源，断开所述缸体线圈(4)的AB端与所述动力电池(9)正负极的连接，然后，所述电引擎控制单元(6)经所述安全与执行控制单元(8)控制所述高压电子开关(5)接通所述缸体线圈(4)的A端与所述动力电池(9)正极，并接通所述缸体线圈(4)的B端与所述动力电池(9)负极，使得所述永磁体活塞(11)上行，如此循环下去，保持所述电能机械能互逆转换装置连续运转。
7.根据权利要求1所述的电能机械能互逆转换装置，其特征在于，停止运行时，当所述电引擎控制单元(6)接收到停止运行请求后，所述电引擎控制单元(6)经所述安全与执行控制单元(8)控制所述高压电子开关(5)切断所述缸体线圈(4)的电源，断开所述缸体线圈(4)的AB端与所述动力电池(9)正负极的连接，此时，所述电能机械能互逆转换装置在所述曲轴(3)驱动的负载惯性下运转，所述永磁体活塞(11)在所述缸体线圈(4)内部往复直线运动，如果所述永磁体活塞(11)在所述缸体线圈(4)内部上行，所述缸体线圈(4)必产生与所述永磁体活塞(11)磁力线方向相反的磁力线，所述缸体线圈(4)产生感生电动势，且所述缸体线圈(4)的A端为正极，B端为负极，所述电引擎控制单元(6)经所述安全与执行控制单元(8)控制所述高压电子开关(5)接通所述缸体线圈(4)的A端与所述动力电池(9)正极，并接通所述缸体线圈(4)的B端与所述动力电池(9)负极，为所述动力电池(9)充电；如果所述永磁体活塞(11)在所述缸体线圈(4)内部下行，所述缸体线圈(4)必产生与所述永磁体活塞(11)磁力线方向相同的磁力线，所述缸体线圈(4)产生感生电动势，且所述缸体线圈(4)的A端为负极，B端为正极，所述电引擎控制单元(6)经所述安全与执行控制单元(8)控制所述高压电子开关(5)接通所述缸体线圈(4)的A端与所述动力电池(9)负极，并接通所述缸体线圈(4)的B端与所述动力电池(9)正极，为所述动力电池(9)充电；如此循环下去，实现能量回收，能量回收率或充电时间由所述曲轴(3)驱动的负载特性决定，并对所述电引擎控制单元(6)标定实现能量回收率或充电时间。
8.根据权利要求1所述的电能机械能互逆转换装置，其特征在于，停机静置时，当所述电引擎控制单元(6)收到停机静置请求后，所述电引擎控制单元(6)经所述安全与执行控制单元(8)控制所述高压电子开关(5)切断所述缸体线圈(4)的电源，所述电引擎控制单元(6)、所述安全与执行控制单元(8)在确保安全条件下进入静置休眠模式，停机后，所述的电能机械能互逆转换装置必须经过起动步骤才能接入所述动力电池(9)高压电运行。
9.一种车辆，其特征在于，包括根据权利要求1-8中任一所述的电能机械能互逆转换装置。
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