CN110690801A - 电磁无级变速功率分配装置 - Google Patents

Abstract

为了提高新能源汽车混合动力汽车在低速馈电状态下行驶油耗与普通燃油车并无明显差异的问题，本发明提供一种能够在传递动力的同时发电的装置。主要工作负责将发动机（汽油、柴油、天然气、甲醇等燃料）功率转换为电能和直接传递驱动负载（如汽车轮胎、减速器、变速箱、螺旋桨等），也可以断开发动机动力不进行发电和动力传递实现离合器的功能，也适用于其他一些需要将动能进行分配并且转换电能的机械设备使用。

Description

电磁无级变速功率分配装置

技术领域

技术领域电磁力、机械传动、发电机、新能源汽车。

背景技术

基于现如今插电式混动、油电混动、增程式混动，均存在一定缺电，如插电式混动和油电混动在馈电状态下低速行驶并不具备环保节能的价值，增程式混动馈电状态下低速行驶动能效率最高90.25%（发电效率最高95%，电机效率最高95%，发动机发电后有电驱动行驶效率为0.95*0.95=90.25%，此处忽略控制器DC/AC转换变频器损耗），高速行驶能效低于插电式混动和油电混动，且发动机不参与动力输出，动力性能低于同等插电式混动和油电混动，次装置综合增程式混合动力（弱混动）和插电式混动（强混动）的优势。

发明内容

为了提高新能源汽车混合动力汽车在低速馈电状态下行驶油耗与普通燃油车并无明显差异的问题，本发明提供一种能够在传递动力的同时发电的装置。本发明同样适用于需要动力传递的同时进行发电的设备以节约能源。

本发明，主要工作负责将发动机（汽油、柴油、天然气、甲醇等燃料）功率转换为电能和直接传递驱动负载（如汽车轮胎、减速器、变速箱、螺旋桨等），也可以断开发动机动力不进行发电和动力传递实现离合器的功能，也适用于其他一些需要将动能进行分配并且转换电能的机械设备使用。

本发明包括励磁转子和电枢转子它们的描述如下：

励磁转子是一个多齿结构能够提供磁场的转子，磁场可以是永磁体产生或者绕制线圈通电产生又或者绕制线圈的同时设置永磁体产生。

电枢转子是一个多齿结构齿上绕制开路线圈的旋转体。

本发明原理在于：利用线圈切割磁力线时在线圈产生感应电动势，当线圈闭合时线圈内产生电压和电流，有电流的线圈产生磁场，两个磁场互相作用，达到动力的传递的同时进行发电，通过改变发电负载功率调整输出转速（发电负载功率的改变会改变线圈闭路电阻，同时线圈电流改变，磁场强度跟着改变）。

附图说明

图1为案例一参考结构示意图，图1中两个子图中：A01均代表转子（A01）、A02均代转子（A02），两幅子图描述不同结构，左侧子图属于嵌套关系，右侧子图非嵌套结构，两者为等效结构。

图2为案例二参考结构示意图，在图2中1为发动机、2为离合器、3为制动器、4为本发明、5为动力电机、6为负载、7为控制器、8为电能存储单元、9为传动组件A、10为传动组件B、119为传动组件C、12为9为传动组件D； 发动机为能够提供动力的设备包括汽油发动机，柴油发动机，甲醇发动机，天然气发动机等；传动组件为轴、皮带、链条、齿轮、齿轮组、变速箱等能够进行动能传递的组件，包括传动组件A、传动组件B、传动组件C、传动组件D；离合器为能够终止动力传递和进行动力传递的组件；制动器为可以对传动组件进行制动的设备，包括汽车刹车盘刹车卡钳结构等；负载为轮胎，螺旋桨，等消耗动能的设备；控制器为电子设备，可以由一个或多个单元组成，其功能包括控制发动机、控制离合器、控制本发明、控制电池组充放电、控制动力电机、当传动组件D为变速箱时还包括变速箱控制功能，能存储单元为可以进行电能存储的一个或多个设备。

案例一

参考图1，转子（A01）为12极励磁转子；转子（A02）为电枢转子，设有12个线圈。转子（A01）前设置编码器（转速信号S1），转子（A02）后设置编码器（转速信号S2），发动机动力输出到转子（A01），转子（A02）接负载，转子（A01）设置制动装置，转子（A02）设置制动装置。转子（A01）励磁线圈接控制器，转速信号S1接控制器，转速信号S2接控制器，转子（A02）电枢线圈接控制器。设S3为线圈切割磁力线转速，T1为发动机负载扭矩，T2为驱动负载所需的扭矩，T3为线圈切割磁力线是阻力矩。

案例一分析

控制器通过S1、S2可以获得S3因为S1+S2=S3；控制器调整发电负载电流可实现对于S2转速的控制，发电功功率和转子（A02）负载互相影响。

转子A01转动时，磁场旋转，转子（A02）线圈切割转子（A01）磁力线转子（A02）线圈产生电动势，当转子（A02）线圈闭路时在转子（A02）线圈产生电流，电流产生磁场，转子A02线圈磁场和转子（A01）磁力线所属磁场互相作用，转子（A02）跟随转子（A01）磁力线旋转。

当转子（A02）负载阻力矩（转动时所需的扭矩）不变，发动机转速不变时，增加转子（A02）发电电流（转子（A02）线圈闭路电阻变小），转子（A02）转速升高，S3速度降低，发电电压降低，增加转子（A01）励磁电流，提高发电电压，此处原理在于转子（A02）线圈闭路电阻变小时：线圈内电流增加、磁场增强、两个磁场互相引力增强，由转子（A01）传递到转子（A02）的功率增加（转速升高）。

当转子（A02）负载阻力矩（转动时所需的扭矩）不变，发动机转速不变时，减少转子（A02）发电电流（转子（A02）线圈闭路电阻变大），转子（A02）转速降低，S3速度升高，增加转子（A01）励磁电流，提高发电电压，此处原理在于转子（A02）线圈闭路电阻变大时：线圈内电流减小、磁场增强、两个磁场互相引力减弱，由转子（A01）传递到转子（A02）的功率降低（转速降低）。

当转子（A02）发电电流为0时（线圈开路状态），转子（A02）转速为0. 此处原理在于转子（A02）线圈开路时：线圈没有电流，不存在两个磁场互相引力，所以。转子（A02）不会转动。

当需要进行动能回收时，发动机停止工作，对转子（A01）进行制动，此时转子（A02）旋转，线圈切割磁力线发电。

当需要进行全部发电时，对转子（A02）进行制动，此时转子（A01）旋转，线圈切割磁力线发电。

案例一分析结论

控制过程全程无需改变发动机转速，发动机在发电、带动负载的同时可以持续工作在最佳燃油能效比的转速下，且可以无级改变调整负载转速。同时传动系统无明显机械摩擦能量损失。并且应用此装置可以简化汽车传动系统结构，如离合器，变速箱。

案例二

参考图2，电磁无级变速功率分配装置结构如案例一所述，在汽车中应用结构见图2。发动机为汽油发动机；传动组件均为轴（动力直接传递刚性连接）；离合器为普通汽车手动变速箱使用的离合器，使用电磁推动；制动器使用汽车刹车盘，将刹车盘安装在传动组件B上，刹车卡钳固定于车架，卡钳使用电磁推动； 电磁无级变速功率分配装置使用案例一的设置；动力电机使用中速大扭矩电机；负载为汽车轮胎；当传动组件D更改为变速箱时可以提高汽车加速度性能，但降低燃油经济性（机械齿轮磨损）。传动组件类型需要根据实际发动机万有特性曲线，电磁无级变速功率分配装置功率，动力电机类型选择和调整，具体调整方案不属于此专利范围。

工况1：驱动和发电；在此工况下发动机启动，转速控制在最经济的转速下；离合器不动作；制动器不动作；电磁无级变速功率分配装置进行发电和动力传递；动力电机根据发动机负载扭矩确定工况，当负载扭矩减少，发电功率降低发动机负载扭矩降低，此时使用动力电机同时进行发电，以增加负载让发动机进入最佳燃油经济状态（此处指比燃油，每升油发动机的输出功率）。

工况1对比增程式混动：增程式混动需要动能转换为电能，电能在转换为动能，此过程存在一定损耗，使用此发明后动能直接传递到负载，只存在一部分动能和电能互相转换的损耗。

工况1对比插电式混动：插电式混动发动机工况和车速相关，无法始终保持在最佳状态。此发明发动机转速和车速没有必然关系，所以始终可以工作在最佳状态。

工况2：动能回收，发动机停止状态；在此工况下离合器不动作；制动器进行制动；此时电磁无级变速功率分配装置相当于一个发电机，动能转换为电能，同时动力电机也可以进行发电，提高发电功率，完成动能回收。

工况2对比增程式混动：只有动力电机参与动能回收，动能回收力度底，用于发电的电机不参与动能回收；此案例中动力电机和电磁无级变速功率分配装置都进行发电，动能回收力度大，当动能回收功率足够大时一定程度上可以替代轻踩刹车的情况，减少刹车盘的磨损，回收更多能量。

工况2对比插电式混动：如上增程式混动所述。

工况3：动能回收，发动机启动状态；如工况2所述，在其基础上离合器分离（主要在于不能直接对发动机制动）。

工况3对比：如工况2对比所述。

工况4：纯电动行驶

动力电机直接驱动负载。

工况4对比：没有区别

工况5：混合动力行驶和加速；发动机启动，离合器不分离，制动器不制动，电磁无级变速功率分配装置发电量电流最大，动力电机全功率输出，电磁无级变速功率分配装置发电的电能直接供应给动力电机。

工况5对比增程式混动：相对增程式混动，发动机有直接参与动力输出，输出功率更大。

工况5对比插电式混动：在电池组配置相同的情况下可以匹配功率更大的动力电机（电池组放电能力限制电机功率）。所以总输出功率相同。

案例二分析结论

按照案例二中结构，相比较两种混合动力汽车存在一定优势，主要体现于低速行驶和馈电状态，低速行驶时插电混动无法保持燃油经济性（纯电动除外），由于发电功率极底，当馈电后在城市道路几乎全部使用燃油行驶，相比较非新能源汽车只有动能回收的优势；增程式混动需要动能到电能的转换，发动机不能直接参与驱动负载；此案例解决以上问题，低速馈电时发动机参与对于汽车的驱动并且进行大功率发电，电量足够后又可切换回电动行驶，不需要发动机持续工作（发动机工作存在静态油耗，发动机自身转动时自身的损耗），并且发动机转速和车速没有必然关系，发动机可以持续工作在最佳状态。

Claims (6)

1.电磁无级变速功率分配装置包括励磁转子、电枢转子，其特征在于：励磁转子是一个多齿结构能够提供磁场的旋转体，电枢转子是一个多齿结构齿上绕制开路线圈的旋转体。

2.如权利要求1所述电磁无级变速功率分配装置，其特征在于：励磁转子的磁场可以是永磁体产生的磁场或者绕制线圈通电产生的磁场又或者绕制线圈的同时设置永磁体产生的磁场。

3.如权利要求1所述电磁无级变速功率分配装置，其特征在于：励磁转子和电枢转子之间可以进行磁力线切割。

4.如权利要求1所述电磁无级变速功率分配装置，其特征在于：当励磁转子旋转时磁场旋转，电枢转子线圈切割励磁转子的磁力线，在电枢转子的线圈产生感应电动势，电枢转子的线圈接入负载发电后，电枢转子的线圈有电流通过，有电流通过的线圈产生磁场，两个磁场互相作用，从而带动电枢转子旋转。

5.如权利要求1所述电磁无级变速功率分配装置，其特征在于：当电枢转子旋转时，电枢转子线圈切割励磁转子的磁力线，在电枢转子的线圈产生感应电动势，电枢转子的线圈接入负载发电后，电枢转子的线圈有电流通过，有电流通过的线圈产生磁场，两个磁场互相作用，从而带动励磁转子旋转。

6.如权利要求1所述电磁无级变速功率分配装置，其特征在于：控制电枢转子的线圈发电时的负载功率可以改变励磁转子和电枢转子之间的转速差。

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