CN110703821B - 转速调节方法、装置及电磁控制设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转速调节方法、装置及电磁控制设备，本发明通过在负载与发动机之间增加电磁控制设备，在电磁控制设备的控制器接收到待调节转速时，通过待调节转速确定出内部转子线圈的两个端子的开路时长T1和短路时长T2，按照开路时长和短路时长分别控制内部转子线圈两个端子的开路状态和短路状态，以将负载转速调节至待调节转速，进而实现负载转速的调节。

Description

转速调节方法、装置及电磁控制设备

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，具体涉及一种转速调节方法、装置及电磁控制设备。

背景技术

发动机附件(如水泵、压缩机、风扇等)是保证发动机正常工作所需要的各种附属装置，这些附件均属于发动机的负载。在发动机运行时，这些负载均会随着发动机的转动而全速运转。

在某些条件下，有些负载不需要全速运转，也能满足发动机运行需求(如在冬天，发动机在某一转速以下运行时，是不需要风扇全速运转进行冷却的)，然而ECU却无法随意调节负载的转速，进而导致发动机负载会浪费部分发动机功率，增加油耗。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足提出的一种转速调节方法、装置及电磁控制设备，该目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的第一方面提出了一种电磁控制设备，包括：控制器、外部转子、内部转子、内部转子线圈；

所述控制器设置于所述内部转子上，所述控制器与所述内部转子线圈的两个端子分别连接；

所述外部转子与发动机的负载连接，所述内部转子与所述发动机连接；

其中，所述内部转子在所述外部转子的磁场中由发动机带动转动，所述内部转子线圈随着所述内部转子一起转动。

优选的，电磁控制设备还可包括：第一传感器、内部转子齿盘、第二传感器及外部转子齿盘；所述内部转子齿盘镶嵌在所述内部转子上，所述第一传感器与所述内部转子齿盘相对设置，用于采集发动机转速；所述外部转子齿盘镶嵌在所述外部转子上，所述第二传感器与所述外部转子齿盘相对设置，用于采集负载转速。

本发明的第二方面提出了一种转速调节方法，所述方法应用于如上述第一方面所述的电磁控制设备中的控制器上，所述方法包括：

接收待调节转速，并根据所述待调节转速确定内部转子线圈的两个端子的开路时长T1和短路时长T2；

控制所述两个端子处于开路状态，并持续T1，使得内部转子线圈持续T1不产生感应电流；

控制所述两个端子处于短路状态，并持续T2，使得内部转子线圈持续T2产生感应电流，在所述感应电流的作用下以驱动外部转子带动负载与发动机同步转动。

优选的，根据所述待调节转速确定内部转子线圈的两个端子的开路时长T1和短路时长T2，包括：根据所述待调节转速确定内部转子线圈的两个端子开路-短路的占空比；依据所述占空比和预设控制周期确定所述开路时长T1和所述短路时长T2。

优选的，所述根据所述待调节转速确定内部转子线圈的两个端子开路-短路的占空比，包括：获取第一传感器当前采集的发动机转速；根据所述待调节转速和所述发动机转速确定所述占空比。

优选的，在控制所述两个端子处于短路状态，并持续T2之后，所述方法还包括：获取第二传感器当前采集的负载转速；依据所述负载转速和所述待调节转速调整所述占空比；依据调整后的占空比和预设控制周期重新确定开路时长T1和短路时长T2，并返回执行控制所述两个端子处于开路状态，并持续T1的步骤。

优选的，所述依据所述负载转速和所述待调节转速调整所述占空比，包括：如果所述负载转速大于所述待调节转速，则按照预设步长降低占空比；如果所述负载转速小于所述待调节转速，则按照预设步长提高占空比。

优选的，所述方法还包括：当接收到故障提示时，控制所述两个端子处于短路状态，使得内部转子绕组持续产生感应电流，在所述感应电流的作用下以驱动外部转子带动负载全速运行。

本发明的第三方面提出了一种转速调节装置，所述装置包括：所述装置应用于如上述第一方面所述的电磁控制设备中的控制器上，所述装置包括：

接收模块，用于接收待调节转速；

确定模块，用于根据所述待调节转速确定内部转子线圈的两个端子的开路时长T1和短路时长T2；

第一控制模块，用于控制所述两个端子处于开路状态，并持续T1，使得内部转子线圈持续T1不产生感应电流；

第二控制模块，用于控制所述两个端子处于短路状态，并持续T2，使得内部转子线圈持续T2产生感应电流，在所述感应电流的作用下以驱动外部转子带动负载与发动机同步转动。

优选的，所述确定模块，具体用于根据所述待调节转速确定内部转子线圈的两个端子开路-短路的占空比；依据所述占空比和预设控制周期确定所述开路时长T1和所述短路时长T2。

在本申请实施例中，通过在负载与发动机之间增加电磁控制设备，在电磁控制设备的控制器接收到待调节转速时，通过待调节转速确定出内部转子线圈的两个端子的开路时长和短路时长，按照开路时长和短路时长分别控制内部转子线圈两个端子的开路状态和短路状态，以将负载转速调节至待调节转速，进而实现负载转速的调节。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1A为本发明根据一示例性实施例示出的一种电磁控制设备结构示意图；

图1B为本发明根据图1A所示实施例示出的一种控制电路结构示意图；

图2为本发明根据一示例性实施例示出的一种转速调节方法的实施例流程图；

图3为本发明根据一示例性实施例示出的一种转速调节装置的实施例流程图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

目前，发动机负载的转速只能随着发动机全速运行，由于无法根据实际运行需求实现随意调节，无法实现负载运行在最低转速但可保证运行需求的效果，从而导致负载会浪费部分发动机功率，增加油耗。

为解决上述技术问题，本发明通过在负载与发动机之间增加电磁控制设备以实现负载转速的任意调节，图1A为本发明根据一示例性实施例示出的一种电磁控制设备结构示意图，图1A中的电磁控制设备包括：外部转子3、内部转子6、内部转子线圈4以及控制器10；控制器10设置于内部转子6上，且控制器10与内部转子线圈4的端子A和端子B分别连接；外部转子3与发动机的负载1连接，内部转子6与发动机连接。其中，内部转子6在外部转子3的磁场中由发动机带动转动，内部转子线圈4随着内部转子6一起转动。

负载1指的是在发动机工作时，会在发动机带动下进行转动的附件，例如用于冷却发动机的风扇附件。

示例性的，如图1A所示，发动机与内部转子6之间可以通过发动机皮带轮7实现连接，所述发动机皮带轮7用于减少发动机工作时产生的冲击振动。

在一个例子中，内部转子线圈4的端子A和端子B通过交流变直流转换芯片(即逆变器)与控制器10连接。

在另一个例子中，通过将控制器10设置在内部转子6上，可以保证发动机工作带动内部转子6一起转动时控制器10不会绕线。基于此，由于控制器10设置在会一直转动的内部转子6上，因此控制器10的供电电源无法采用外部电源，只能采用由内部转子线圈4转动产生的电能实现供电电源。如图1B所示，可以通过电容C1与充电电池B1实现控制器10的供电电源。

在一实施例中，再如图1A所示，电磁控制设备还包括：第一传感器8、内部转子齿盘5、第二传感器9及外部转子齿盘2；内部转子齿盘5镶嵌在内部转子6上，第一传感器8与内部转子齿盘5相对设置，用于采集发动机转速；外部转子齿盘2镶嵌在外部转子3上，第二传感器9与外部转子齿盘2相对设置，用于采集负载转速。

其中，第一传感器8与内部转子齿盘5相对设置的距离，及第二传感器9与外部转子齿盘2相对设置的距离可以均是预设距离，该预设距离可以根据实践经验设置，例如可以设置为1毫米。

示例性的，第一传感器8和第二传感器9可以固定设置在发动机中固定不动的附件上，从而可以通过采集预设时间内齿盘转动的齿数以实现转速的采集，由于第一传感器8是与内部转子齿盘5对应，因此第一传感器8可以采集到发动机转速，由于第二传感器9是与外部转子齿盘2对应，因此第二传感器9可以采集到负载1的转速。

在一实施例中，上述图1A所示的电磁控制设备还可以包括无线模块，在发动机工作时，由于电磁控制设备会转动，因此ECU可以与电磁控制设备进行无线通信。

下面对电磁控制设备的工作原理进行阐述：

在发动机工作时，内部转子6在发动机的带动下，会一直与发动机同步转动，而内部转子线圈4是绕制在内部转子6上的，因此会随着内部转子6也一直与发动机同步转动。

若控制器10控制端子A与端子B处于开路状态，此时由于内部转子线圈4无电流回路，因此不产生感应电流，但有感应电动势产生。由于外部转子3需要内部转子线圈4的感应电流作用才能转动，因此，端子A与端子B在开路状态下，外部转子3和负载1无外界驱动力。

若控制器10控制端子A与端子B处于短路状态，此时由于内部转子线圈4有电流回路，因此会瞬间产生感应电流，基于楞次定律，在内部转子线圈4的感应电流作用下，可以驱动外部转子3与内部转子线圈4同步转动，进而外部转子3再带动负载1同步转动。

基于上述原理描述可知，在开路状态下，负载1没有外界驱动，即无同步转动趋势，在短路状态负载1有外界驱动，即有同步转动趋势，因此负载1的转速会受到端子A和端子B的开路状态和短路状态影响，通过控制端子A和端子B之间的开路/短路，可实现对负载转速的调节，降低发动机油耗。另外，电磁控制设备属于微型控制电路，需要的工作电流很小(通常小于3mA)，因此电磁控制设备消耗的功率远小于负载转动消耗的功率。

值得说明的是，内部转子6的转速与发动机的转速保持一致，负载1的转速与外部转子3的转速保持一致。

基于上述图1B所示的控制电路，当端子A与端子B处于开路状态时，电容C1开始充电，可以给控制器10供电，同时充电电池B1也处于充电状态，当端子A与端子B处于短路状态时，电容C1开始放电，而此时充电电池B1可以给控制器10供电。

值得进一步说明的是，端子A与端子B处于开路状态过程中，由于会涉及到电容C1充电过程，在电容C1未充满时，内部转子线圈4有电流回路，其中会有很小的感应电流产生，但是控制器功耗较小且电容C1的容量也小，因此该感应电流对负载1转速的影响可忽略不计。

下面以具体实施例对本发明提出的转速调节技术方案进行详细阐述。

图2为本发明根据一示例性实施例示出的一种转速调节方法的实施例流程图，基于上述图1A所示电磁控制设备的基础上，所述转速调节方法可以应用于电磁控制设备的控制器上，该电磁控制设备可以与ECU实现无线通信。如图2所示，所述转速调节方法包括如下步骤：

步骤201：接收待调节转速，并根据待调节转速确定内部转子线圈的两个端子的开路时长T1和短路时长T2。

在一实施例中，ECU在需要调节负载转速时，可以通过无线方式将待调节转速发送给电磁控制设备的控制器，从而控制器可以基于待调节转速对负载的转速进行调节。

在一实施例中，针对根据待调节转速确定内部转子线圈的两个端子的开路时长T1和短路时长T2的过程，可以根据所述待调节转速确定内部转子线圈的两个端子开路-短路的占空比，然后依据所述占空比和预设控制周期确定开路时长T1和短路时长T2。

其中，预设控制周期指的是PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)的控制周期，由于PWM的控制频率通常都很高，因此该控制周期比较短，例如可以设置为0.1秒。

在一个例子中，针对根据所述待调节转速确定内部转子线圈的两个端子开路-短路的占空比的过程，可以通过获取第一传感器当前采集的发动机转速，并根据所述待调节转速和所述发动机转速确定所述占空比。

其中，所述占空比指的是短路时长T2与开路时长T1的比值，计算占空比的公式如下：

占空比＝(发动机转速-待调节转速)/发动机转速

在一示例性场景中，假设发动机转速为1800rpm，待调节转速为900rpm，那么可以计算得到占空比为50％，即1:2。又假设预设控制周期为0.1秒，那么可以计算得到短路时长T2约为0.03秒，开路时长T1约为0.07秒。

由此可见，通过计算占空比，负载转速可以在0％～100％范围内任意调节。

示例性的，针对发动机转速获取方式，第一传感器可以与ECU连接，ECU先从第一传感器获取当前采集的发动机转速，然后再通过无线方式将发动机转速发送给控制器。

本领域技术人员可以理解的是，也可以通过在第一传感器上设置无线模块，控制器可以直接通过无线方式从第一传感器获取发动机转速，本发明对发动机转速的获取方式不进行具体限定。

步骤202：控制两个端子处于开路状态，并持续T1，使得内部转子线圈持续T1不产生感应电流。

步骤203：控制两个端子处于短路状态，并持续T2，使得内部转子线圈持续T2产生感应电流，在所述感应电流的作用下以驱动外部转子带动负载与发动机同步转动。

需要说明的是，本发明对上述步骤202和步骤203的执行顺序不进行限定。

针对上述步骤202和步骤203的过程，基于上述图1A所示实施例中描述的电磁控制设备工作原理，在一个预设控制周期内，负载1没有外界驱动的时长为T1，有外界驱动的时长为T2。

经过上述步骤201至步骤203的过程，按照理论推理，负载1的转速应该达到待调节转速，且在后续的每个预设控制周期内均利用上述步骤201计算得到的开路时长T1和短路时长T2控制两个端子的开路和短路，负载1的转速可保持在待调节转速。

但在实际使用中，考虑到转子转动摩擦、轴承以及负载已有转速等因素，后续在每个预设控制周期里，需要通过将实际采集的负载转速与待调节转速进行比较来调整占空比，以使得负载转速维持在待调节转速条件下。

其实现过程可以是：在执行上述步骤203之后，获取第二传感器当前采集的负载转速，然后依据所述负载转速和所述待调节转速调整所述占空比，并依据调整后的占空比和预设控制周期重新确定开路时长T1和短路时长T2，并返回执行上述步骤202的过程，从而实现每个预设控制周期的循环调节。

示例性的，针对依据所述负载转速和所述待调节转速调整所述占空比的过程，如果负载转速大于待调节转速，则可以按照预设步长降低占空比，如果负载转速小于待调节转速，则可以按照预设步长提高占空比。

其中，预设步长可以根据实践经验设置，例如可以设置为1％。

本领域技术人员可以理解的是，针对第二传感器当前采集的负载转速的获取原理可以参见上述发动机转速的获取原理，在此不再赘述。

值得说明的是，当控制器接收到故障提示时，可以通过控制两个端子一直处于短路状态，使得内部转子线圈持续产生感应电流，在所述感应电流的作用下以驱动外部转子带动负载全速运行。

其中，如果发动机出现故障，为了不影响负载运行，可以让两个端子一直处于短路状态，使得负载全速运行

在本申请实施例中，通过在负载与发动机之间增加电磁控制设备，在电磁控制设备的控制器接收到待调节转速时，通过待调节转速确定出内部转子线圈的两个端子的开路时长和短路时长，按照开路时长和短路时长分别控制内部转子线圈两个端子的开路状态和短路状态，以将负载转速调节至待调节转速，进而实现负载转速的调节。

图3为本发明根据一示例性实施例示出的一种转速调节装置的实施例流程图，基于上述图1A所示电磁控制设备的基础上，所述转速调节装置可以应用于电磁控制设备的控制器上，该电磁控制设备可以与ECU实现无线通信。如图3所示，所述转速调节装置包括：

接收模块310，用于接收待调节转速；

确定模块320，用于根据所述待调节转速确定内部转子线圈的两个端子的开路时长T1和短路时长T2；

第一控制模块330，用于控制所述两个端子处于开路状态，并持续T1，使得内部转子线圈持续T1不产生感应电流；

第二控制模块340，用于控制所述两个端子处于短路状态，并持续T2，使得内部转子线圈持续T2产生感应电流，在所述感应电流的作用下以驱动外部转子带动负载与发动机同步转动。

在一可选实现方式中，所述确定模块320，具体用于根据所述待调节转速确定内部转子线圈的两个端子开路-短路的占空比；依据所述占空比和预设控制周期确定所述开路时长T1和所述短路时长T2。

在一可选实现方式中，所述确定模块320，具体用于在根据所述待调节转速确定内部转子线圈的两个端子开路-短路的占空比过程中，获取第一传感器当前采集的发动机转速；根据所述待调节转速和所述发动机转速确定所述占空比。

在一可选实现方式中，所述装置还包括(图3中未示出)：

循环模块，用于在所述第二控制模块340控制所述两个端子处于短路状态，并持续T2之后，获取第二传感器当前采集的负载转速；依据所述负载转速和所述待调节转速调整所述占空比；依据调整后的占空比和预设控制周期重新确定开路时长T1和短路时长T2，并返回执行第一控制模块330的步骤。

在一可选实现方式中，所述循环模块，具体用于在依据所述负载转速和所述待调节转速调整所述占空比过程中，如果所述负载转速大于所述待调节转速，则按照预设步长降低占空比；如果所述负载转速小于所述待调节转速，则按照预设步长提高占空比。

在一可选实现方式中，所述装置还包括(图3中未示出)：

故障处理模块，用于在接收到故障提示时，控制所述两个端子处于短路状态，使得内部转子绕组持续产生感应电流，在所述感应电流的作用下以驱动外部转子带动负载全速运行。

上述装置中各个单元的功能和作用的实现过程具体详见上述方法中对应步骤的实现过程，在此不再赘述。

对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本发明方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种转速调节方法，其特征在于，所述方法包括：

接收待调节转速，并根据所述待调节转速确定电磁控制设备中内部转子线圈的两个端子的开路时长T1和短路时长T2；

控制所述两个端子处于开路状态，并持续T1，使得内部转子线圈持续T1不产生感应电流；

控制所述两个端子处于短路状态，并持续T2，使得内部转子线圈持续T2产生感应电流，在所述感应电流的作用下以驱动外部转子带动负载与发动机同步转动；

其中，根据所述待调节转速确定内部转子线圈的两个端子的开路时长T1和短路时长T2，包括：

根据所述待调节转速确定内部转子线圈的两个端子开路-短路的占空比；

依据所述占空比和预设控制周期确定所述开路时长T1和所述短路时长T2。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述待调节转速确定内部转子线圈的两个端子开路-短路的占空比，包括：

获取电磁控制设备中第一传感器当前采集的发动机转速；

根据所述待调节转速和所述发动机转速确定所述占空比。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在控制所述两个端子处于短路状态，并持续T2之后，所述方法还包括：

获取电磁控制设备中第二传感器当前采集的负载转速；

依据所述负载转速和所述待调节转速调整所述占空比；

依据调整后的占空比和预设控制周期重新确定开路时长T1和短路时长T2，并返回执行控制所述两个端子处于开路状态，并持续T1的步骤。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述依据所述负载转速和所述待调节转速调整所述占空比，包括：

如果所述负载转速大于所述待调节转速，则按照预设步长降低占空比；

如果所述负载转速小于所述待调节转速，则按照预设步长提高占空比。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当接收到故障提示时，控制所述两个端子处于短路状态，使得电磁控制设备中的内部转子绕组持续产生感应电流，在所述感应电流的作用下以驱动电磁控制设备中的外部转子带动负载全速运行。

6.一种电磁控制设备，其特征在于，包括：控制器、外部转子、内部转子、内部转子线圈；

所述控制器执行计算机程序时实现如上述权利要求1-5任一项所述方法的步骤；

所述控制器设置于所述内部转子上，所述控制器与所述内部转子线圈的两个端子分别连接；

所述外部转子与发动机的负载连接，所述内部转子与所述发动机连接；

其中，所述内部转子在所述外部转子的磁场中由发动机带动转动，所述内部转子线圈随着所述内部转子一起转动。

7.根据权利要求6所述的电磁控制设备，其特征在于，还包括：第一传感器、内部转子齿盘、第二传感器及外部转子齿盘；

所述内部转子齿盘镶嵌在所述内部转子上，所述第一传感器与所述内部转子齿盘相对设置，用于采集发动机转速；

所述外部转子齿盘镶嵌在所述外部转子上，所述第二传感器与所述外部转子齿盘相对设置，用于采集负载转速。

8.一种转速调节装置，其特征在于，所述装置包括：

接收模块，用于接收待调节转速；

确定模块，用于根据所述待调节转速确定电磁控制设备中内部转子线圈的两个端子的开路时长T1和短路时长T2；

第一控制模块，用于控制所述两个端子处于开路状态，并持续T1，使得内部转子线圈持续T1不产生感应电流；

第二控制模块，用于控制所述两个端子处于短路状态，并持续T2，使得内部转子线圈持续T2产生感应电流，在所述感应电流的作用下以驱动外部转子带动负载与发动机同步转动；

其中，所述确定模块，具体用于根据所述待调节转速确定内部转子线圈的两个端子开路-短路的占空比；依据所述占空比和预设控制周期确定所述开路时长T1和所述短路时长T2。

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