CN1108190A - 变频发电电动驱动装置 - Google Patents

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Abstract

一种变频发电电动驱动装置，用于电动机驱动的 车辆。汽油发电机(1)输出变频交流电供与车轮构成 一体的电动机(2)驱驶车辆行走，其速度由油门直接 控制。蓄电池(6)由整流器(4)充电，逆变器(3)输出 可调频率交流电备用，市区减少污染关闭汽油发电机 时，备用电供电动机续行驶和汽油发电机启动，刹车 为电机能耗制动，开关(5)实现转换控制。该设计无 齿轮、链条及摩擦刹车的噪音和振动，加工件少。

Description

变频发电电动驱动装置
本发明涉及一种变频发电电动驱动装置，用于电动机驱动行驶的车辆。
已有机动车辆的驱动动力汽油或柴油发动机是多级变速齿轮、离合器、传动轴、齿轮或链条来驱动车辆行驶，它们的制动刹车普遍采用磨擦装置，如中国专利93100736·4号，美国专利US595·817号，中国专利93206339·X号，上述方案存在齿轮、传动装置带来的噪音和振动，离合器、机械磨擦制动刹车装置带来的结构复杂、操纵驾驶不便和安全性差、机械故障多、维修不便等缺点。
本发明的目的是提供一种无变速齿轮、传动轴或链条、机械刹车装置的变频发电电动驱动装置，它具的无级变速驱动、电机启动和电气制动刹车、操纵方便、驾驶平稳、有可靠的安全性和实用性。
为实现上述目的，本发明设计如原理方框附图1中的汽油发电机(1)是同汽油机的汽缸体、汽缸盖、活塞、活塞环、活塞杆及点火系统构成发动机部分，发电机部分由三相爪极发电机及转子的偏心轴组成，发动机中不需要变速齿轮和离合器，只需把活塞杆与发电机转子偏心轴联在一起，当活塞上下运动时通过活塞杆和偏心轴带动发电机转子旋转，构成汽油发电机的整体。已有技术汽油机中的惯性轮，可由三相爪极发电机转子替代，发电机输出电压和频率高低由汽油机转速决定，转速由油门大小控制，所以只需控制汽油机油门即控制了汽油发电机输出电压和频率，发电机把电能直接馈送给三相力矩异步电动机，而电动机的外转子与车轮用复板联接为一体，这样发电机的电压、频率变化控制着电动机转速，即车轮转速或行车速度。由于现有汽油机的转速高于车轮转速，已有技术是通过多级齿轮来变速，本发明中是由发电机与电动机的磁级数不同来改变转速，发电机(即汽油机部分)转速为高转速少磁极数；电动机(即车轮)转速为低转速多个磁极数，按电机的转速式
    n＝60f/p式中：n--电动机或发电机转速(转/分)；
    f--电流频率(周/秒)；
    p--磁极对数(两个磁极N、S为一对)。
上式说明，电机转速n与磁极对数p成反比。本发明不采用直流发电和直流电动机驱动而直接采用三相交流发电和三相力矩异步电动机驱动。其原因是后者损耗少，结构简单，维修方便。使用寿命长，而且既可用磁极数改变转速和转矩，又可用改变频率来无级调速，这种变频发电电动驱动装置既平稳又无齿轮传动带来的噪音和振动。
三相电动机(2)采用已有技术的三相力矩异步电动机，其结构特征是电动机的转子为无槽钢管实心结构型，转子在电动机外部，绕线定子在电动机内部；转子通过复板与车轮钢圈相联接构成一体，电机定子与车轮的轴紧固联接，这样使电机外周转子的转速即为车轮的转速，只要控制了电动机的转速即控制了车轮转速，或者是行车速度。
汽油机的转速设计在3000～6000转/分范围，磁极对数p＝1，其频率为每秒50～100周范围，转速提高对汽油机的经济油耗可节省。三相电动机磁极对数p＝5～10，其转速范围在1200～300转/分范围，行车速度可控制在已有技术的车速范围，还可采取电机外部联接方式改变电机磁极数的双速电机，达到更大范围的变速，适合不同车轮大小的行车速度。
逆变器(3)是把蓄电池(6)的直流电源，变为可调频率的三相交流电，已有技术的三相并联逆变器或三相串联逆变器均可实现上述目的。本发明设计变逆器(3)的目的有两个，其一是在市区慢速行车或红灯暂停车时，不必使汽油发电机继续工作，减少汽油机排放废气带来的环境污染，在关闭汽油发电机情况下，可由备用蓄电池(6)经逆变器(3)向三相力矩电动机供电，仍可使车辆开动或行驶(行驶车速和时间长短由蓄电池质量和电动机功率大小来确定)；其二是当汽油发电机需要重新启动工作时，可由备用蓄电池(6)经逆变器(3)向发电机提供三相交流电源，使发电机逆运行在电动机状态启动汽油发电机工作。
上述的工作过程共有三种状态：一、汽油发电机向三相电动机供电状态：二、备用蓄电池经逆变器向三相电动机供电状态；三、备用蓄电池经逆变器向汽油发电机供电状态，第一种状态为车辆快速行驶；第二种为慢速行驶；第三种为启动汽油发电机状态，在这种工作状态是发电机逆运行在电动机条件下来启动汽油机部分，使其能转入正常汽油发电机状态，整个启动过程结束即为发动机状态开始，所以这种状态是电启动过程，备用电源和逆变器都是短时工作过程。三种状态的控制是通过转换开关(5)来实现。它有四个工作位置，即“停止”、“快速”、“慢速”和“启动”。转换开关可选用已有产品的小型主令控制开关。
在变频发电电动驱动置装上没有机械磨擦的刹车制动机构，而是采用三相力矩电动机自身的能耗制动或反接制动刹车方法。能耗制动是把电动机转子(或者说车轮行驶惯量)贮存的机械能转变为电能消耗在转子电阻上的一种制动方法：反接制动是在切断三相力矩电动机电源时通入改变飞电源相序而使电动机反方向运转，迫使电动机转速迅速下降而达到制动刹车目的。能耗制动和反接制动是已有电动机的电气制动方法，用于变频发电电动驱动装置上就只需由操作按钮通过继电器来实现，采用电动机的电气制动刹车较磨擦制动刹车减少故障、提高可靠性、安全性和操作控制方便。
本发明与已有上述汽油或柴油发动机驱动车辆行驶装置相比，其优点是：一、无变速齿轮、链条和离合器带来的噪音和振动；二、节省机械加工材料、工时及装配维修复杂性；三、操纵驾驶平稳安全；四、可延长使用寿命、降低成本；五、减少市区内排放废气的污染；六、易实现半自动或自动刹车。
附图2是本发明变频发电电动驱动装置的实施例。下面结合附图2介绍本发明用于助力自行车上的一个实例：
附图2中(1)汽油发电机，它与备用蓄电池(6)逆变器(3)都固定在后摇架(9)上；(2)为三相电动机，它可同时装置在助力自行车前轮和后轮上，当启动时前后轮可同时通电，增大启动力矩，启动后慢速行驶，接通一台电动机(前轮或者后轮)驱动；启动后快速行驶时，可同时接通两台电动机运转，中途快、慢速变换也可一台或两台电动机分别或同时运转，助力自行车轮的钢圈用复板与三相力矩电动机外转子联接，外转子相当于吊风扇的外鼠笼转子，不过本实施例是实心钢筒做外转子，这是按三相力矩电动机设计的；(4)为三相整流器，采用三相全桥整流供备用蓄电池浮充电用；(5)为操纵控制器盒，内装小型主令控制开关及电气制动用继电器、保险器等；(7)为助力车三角架座管；(8)为后车轮；(10)为后摇架支座；(11)为油箱。
该实施例宜采用20寸小车轮，使得前后轮距不会太长，汽油发电机设置在后摇架上，便于设置汽油发电机的减振元件及排气管的固定，还有利于汽油发电机散热、维修，使得整车道路通过性更好。
附图1为变频发电电动驱动装置原理方框图。
文中所提到的双爪极式发电机见《汽车电器》1988年4期，无刷爪极发电机见《电世界》1982年2期，三相力矩异步电动机见《实用电工手册》江西出版，三相异步电动机的制动见《电世界》1982年10期。

Claims (5)

1、一种变频发电电动驱动装置，用于电动机驱动行驶的车辆，该装置由汽油发电机(1)三相电动机(2)逆变器(3)整流器(4)转换开关(5)和蓄电池(6)组成，本发明的特征是汽油发电机(1)由汽油机和三相交流发电机构成一体，产生输出电压和频率随发电机转速变化的电流经转换开关(5)输给与车轮构成一体的三相电动机(2)驱动车辆行驶，同时可经整流器(4)向蓄电池(6)充电，逆变器(3)由蓄电池供电产生的三相电源可由转换开关(5)控制，向三相电动机(2)供电时驱动车辆行驶，向汽油发电机(1)供电时可使发电机逆运行在电动机状态启动汽油机工作。
2、如权利要求1所述的变频发电电动驱动装置其特征是汽油发电机(1)由汽缸体、活塞、点火系统与三相爪极式发电机构成一个整体，发电机转子上有一个偏心轴与汽缸活塞杆相连接，当活塞上下活动时通过活塞杆和偏心轴带动发电机转子旋转。
3、如权利要求2所述的汽油发电机(1)其特征是三相爪极式发电机不限于有刷和单爪极式发电机，也可以是无刷和双爪极式发电机。
4、如权利要求1所述的变频发电电动驱动装置其特征是三相电动机(2)为三相力矩异步电动机，电动机转子为无槽钢管型，定子为三相绕线型。
5、如权利要求4所述的三相力矩异步电动机其特征是无槽钢管型转子在电动机外部与车轮钢圈联接为一体，三相绕线型定子在电动机内部与车轮轴紧固，电动机转速与车轮转速一致。
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