CN113131714A - 一种用于汽车发动机的新型电传动装置及控制方法 - Google Patents

一种用于汽车发动机的新型电传动装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于汽车发动机的新型电传动装置及控制方法，该装置包括双转子模块，所述双转子模块具有第一转子和第二转子；发动机，所述发动机与第一转子相连；电控模块，所述电控模块与所述第一转子和第二转子相连。其中，发动机给双转子模块提供动能，电控模块给双转子模块提供电能，且双转子模块可以反向给电控模块补充电能，双转子模块驱动轮毂工作。本发明可代替传统的齿轮减速箱、离合器，实现不同工况下的无级调速，代替传统的制动系统，制动同时产生电能，减少能源浪费，发动机和电控模块结合，可实现混合动力的作用，电磁响应时间快，能量传递效率更高。

Description

一种用于汽车发动机的新型电传动装置及控制方法
技术领域
本发明涉及一种用于汽车发动机的传动系统，尤其涉及一种用于汽车发动机的新型电传动装置及控制方法。
背景技术
传统汽车传动系统中，发动机输出轴转速较高，一般通过减速齿轮箱及离合器等装置控制改变发动机输出轴与轮毂输出轴之间的转速比，使轮毂输出轴的转速变化。在这个过程中，减速齿轮箱及离合器通常与发动机输出轴与轮毂输出轴通过机械连接方式连接，这种连接方式因震动、传递效率、摩擦等因素会存在能量损失，且机械传动响应时间长。此外，传统汽车制动系统减速及刹车等工况下轮毂转动产生的能量没有加以利用，全部被浪费掉了，造成传统汽车传动系统能量利用率低等问题。
发明内容
为了解决现有技术中传统汽车传动系统的机械连接方式存在效率损失，能量利用率低等问题，本发明提供了一种用于汽车发动机的新型电传动装置，包括：
双转子模块，所述双转子模块具有第一转子和第二转子；
发动机，所述发动机与所述第一转子相连；
电控模块，所述电控模块与所述第一转子和第二转子相连。
进一步的，所述第一转子和所述第二转子上均分布有绕组，所述电控模块与所述第一转子的绕组和第二转子的绕组相连。
进一步的，所述电控模块包括蓄电池、控制器、第一转子编码器、第二转子编码器，所述控制器连接所述第一转子编码器和所述第二转子编码器，所述蓄电池通过所述第一转子编码器与所述第一转子绕组相连，所述蓄电池通过所述第二转子编码器与所述第二转子绕组相连。
本发明还提供一种用于汽车发动机的电传动控制方法，包括以下步骤中的一种或几种：
S1：通过电控模块给转子绕组提供励磁电流，使第一转子转动，并驱动发动机启动；
S2：所述发动机输出动能驱动所述第一转子转动，所述电控模块给所述转子绕组提供励磁电流，所述第一转子转动与所述励磁电流共同驱动所述第二转子转动；
S3：所述第一转子或第二转子转动驱动所述电控模块户储存电能；
S4：所述电控模块给所述转子绕组提供励磁电流，驱动所述第二转子转动；
S5：所述电控模块给所述转子绕组提供反向励磁电流，驱动所述第二转子反向转动。
进一步的，所述电控模块包括蓄电池、控制器、第一转子编码器、第二转子编码器，所述控制器用来控制电控模块中电流的参数，所述蓄电池输出或储存电能，所述蓄电池通过所述第一转子编码器与所述第一转子绕组相连，所述蓄电池通过所述第二转子编码器与所述第二转子绕组相连。
本发明还提供一种用于汽车发动机的电传动控制方法，包括：
通过发动机给双转子模块提供动能；
通过电控模块给双转子模块提供电能，且双转子模块可以反向给电控模块补充电能；
通过双转子模块驱动轮毂工作。
进一步的，所述通过电控模块给双转子模块提供电能，且双转子模块可以反向给电控模块储存电能包括：
所述双转子模块具有第一转子和第二转子，所述第一转子和所述第二转子上均分布有绕组，所述电控模块给第一转子和/或第二转子上的绕组提供励磁电流，使第一转子和/或第二转子转动；
进一步的，所述通过电控模块给双转子模块提供电能，且双转子模块可以反向给电控模块补充电能还包括：
当所述电控模块不提供励磁电流时，所述第一转子和/或所述第二转子转动驱动所述电控模块储存电能。
进一步的，所述电控模块包括蓄电池、控制器、第一转子编码器、第二转子编码器，所述控制器用来控制电控模块中电流的参数，所述蓄电池输出或储存电能，所述蓄电池通过所述第一转子编码器与所述第一转子绕组相连，所述蓄电池通过所述第二转子编码器与所述第二转子绕组相连。
进一步的，所述通过双转子模块驱动轮毂工作包括：
所述第二转子转动驱动所述轮毂实现启动、加速、匀速、减速、制动、反转中的一种或几种。
本发明具有以下特点：
1.可以代替传统的齿轮减速箱、离合器，实现不同工况下大范围内的无级调速；
2.代替传统的制动系统，制动同时产生电能，减少能源浪费；
3.发动机和电控模块结合，可实现混合动力的作用；
4.电磁响应时间快，能量传递效率更高。
附图说明
图1为本发明用于汽车发动机的电传动装置的结构示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
于本发明的一实施例中，如图1所示，本发明提供一种用于汽车发动机的新型电传动装置，包括：发动机1、电控模块2、双转子模块3、轮毂4。其中，发动机1和电控模块2均与双转子模块3连接，分别为双转子模块3提供动能和电能，同时，电控模块2还可以具有储电功能。双转子模块3与轮毂4连接，带动轮毂4工作。
双转子模块3具有第一转子31和第二转子32，其中，第一转子31和第二转子32之间具有气隙，双转子之间的气隙可以避免因直接接触产生摩擦等导致的能量损耗。发动机1通过输入轴13与第一转子31相连，当发动机1启动运行后，发动机1输出动能使输入轴13旋转，与输入轴13连接的第一转子31随输入轴13带动同步旋转。第二转子32通过输出轴34与轮毂4相连，带动轮毂4工作。
电控模块2包括蓄电池21、控制器22、第一转子编码器23、第二转子编码器24。控制器22连接第一转子编码器23和第二转子24编码器，用来控制电控模块2中电流的大小和角度波形等参数。蓄电池21可以输出电能，还可以储存电能。第一转子31和第二转子32上均分布有绕组，蓄电池21通过第一转子编码器23和第二转子编码器24分别与相应的转子绕组相连，并根据需要给不同的转子绕组施加励磁电流。
汽车行驶过程中，既可以由蓄电池21单一供能，又可以由蓄电池21和发动机1双供能。当蓄电池21给转子绕组施加励磁电流时，双转子模块3中第一转子31和/或第二转子32受电磁作用力而改变旋转状态。其中，蓄电池21给转子绕组施加励磁电流包括但不限于：蓄电池21仅给第一转子31绕组施加励磁电流，或蓄电池21仅给第二转子32绕组施加励磁电流，或蓄电池21同时给第一转子31绕组和第二转子32绕组施加励磁电流等。不论采用何种方法，只需要在双转子模块3中产生感应磁场，使第一转子31和/或第二转子32受电磁作用力，从而改变旋转状态。
此外，蓄电池21向转子绕组提供励磁电流时，控制器22可以控制第一转子编码器23和/或第二转子编码器24对励磁电流的参数进行调节，以改变电磁作用力的大小，从而改变双转子模块3中第一转子31和/或第二转子32的转速大小。
在本发明的另一实施例中，本发明还提供了一种用于汽车发动机的电传动控制方法，包括：
通过发动机1给双转子模块3提供动能；
通过电控模块2给双转子模块3提供电能，且双转子模块3可以反向给电控模块2补充电能；
通过双转子模块3驱动轮毂4工作。
其中，双转子模块3具有第一转子31和第二转子32，且第一转子31和第二转子32上均分布有绕组。电控模块2包括蓄电池21、控制器22、第一转子编码器23、第二转子编码器24。
具体的，以下将结合汽车在常规行驶过程中的部分工况，示例性地说明本发明提供的一种用于汽车发动机的新型电传动方法在不同工况下的工作模式。
启动模式：
该启动模式不局限于汽车从静止状态的启动，还可以是汽车行驶过程中的发动机启动。
在该模式下，蓄电池21向转子绕组施加励磁电流，使双转子模块3中产生感应磁场，电磁作用力作用于第一转子，使第一转子31转动，并带动输入轴13同步旋转，使发动机1启动运行。发动机启动后，始终以最佳效率运行。
当蓄电池21满电时，仅需使用电控模块提供的电能，维持汽车耗能设备的正常运转即可。
当蓄电池21可充电时，发动机1启动输出动能，带动输入轴13和第一转子31同步转动，因轮毂4处于静止状态，即与轮毂4相连的第二转子32不转，可将第一转子31旋转产生的能量转化为电能储存至蓄电池21中，为蓄电池21充电。
加速模式：
当汽车耗能较小，仅需电控模块2就可以满足能耗并提供加速的动力时，关闭发动机1，蓄电池21给转子绕组提供励磁电流，通过电磁作用力驱动第二转子32转动，实现汽车加速。
当汽车耗能较大，需要发动机1和电控模块2共同作用以满足能耗并提供加速的动力时，增加发动机1输出动能，使输入轴13和第一转子31同步高速旋转。同时，蓄电池21向转子绕组施加励磁电流，使第二转子32受电磁作用力处于加速旋转状态，从而实现汽车加速行驶。
当汽车耗能变化较大时，可以根据实际情况，在仅需电控模块2供能和发动机1、电控模块2双供能之间切换，以满足不同工况下的能耗需求。
在该模式下，由于第一转子31与第二转子32之间采用电磁耦合方式传动，既能实现能量损耗的降低，又能实现大范围的无级变速。
特殊情况下的加速模式，如下坡加速等，可以不需要蓄电池21供能，反之，可以将第二转子32转动产生的能量转化为电能储存在蓄电池21中。
匀速模式：
该模式下，第二转子32与第一转子31的转速相同，蓄电池21向第一转子31绕组和第二转子32绕组施加励磁电流，励磁产生的磁场在磁场作用力下相互相吸，并维持第一转子31与第二转子32相对静止状态，即轮毂4的转动速度与发动机1端的输入轴13的转速相同。此时发动机1输出的动能驱动输入轴13转动的转速恒定，从而保持汽车匀速行驶。
减速模式：
该模式下，轮毂4依靠惯性继续向前行驶，受阻力、摩擦等因素的影响，行驶速度逐渐减小。第二转子32在轮毂4的带动下转动，且转速随之减小。在该过程中，第二转子32旋转产生的能量转化为电能储存在蓄电池21中，为蓄电池21充电，减少能量浪费。
制动模式：
蓄电池21充电功能充分开启，将第二转子32旋转产生的能量尽可能多地转化为电能储存在蓄电池21中，实现第二转子32的转速在短时间内迅速减小，从而使轮毂4制动，同时为蓄电池21充电。
纯电模式：
该模式下，发动机1关闭，汽车的启动、怠速、加速、匀速、减速、制动等模式均由电控模块2供能，蓄电池21向转子绕组施加励磁电流，使第二转子32旋转，并通过输出轴34带动轮毂4工作。
倒车模式：
与纯电模式相同，蓄电池21向转子绕组施加反向励磁电流，使第二转子32反向旋转，并通过输出轴34带动轮毂4工作。
以上蓄电池21向转子绕组施加励磁电流，使第一转子31或第二转子32受电磁作用力改变旋转状态的过程可以采用多种方法实现，如蓄电池21仅给第一转子31绕组施加励磁电流，或蓄电池21仅给第二转子32绕组施加励磁电流，或蓄电池21同时给第一转子31绕组和第二转子32绕组施加励磁电流等。不论采用何种方法，只需要在双转子模块3中产生感应磁场，使第一转子31或第二转子32在电磁作用力的作用下改变旋转状态。
此外，蓄电池21向转子绕组提供励磁电流时，控制器22可以控制第一转子编码器23和/或第二转子编码器24对励磁电流的参数进行调节，以改变电磁作用力的大小，从而改变双转子模块3中第一转子31和/或第二转子32的转速大小。
以上仅以汽车在常规行驶过程中的部分工况示例性地说明了本发明的控制方法，由于其结构简单、重量轻、能量利用率高，其实际中的应用十分广泛。可以与外啮合、多级传动发电等技术结合，既能简化操作工艺，又具有很高的经济效益。
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种用于汽车发动机的电传动装置，其特征在于，包括：
双转子模块，所述双转子模块具有第一转子和第二转子；
发动机，所述发动机与所述第一转子相连；
电控模块，所述电控模块与所述第一转子和第二转子相连。
2.如权利要求1所述的电传动装置，其特征在于，所述第一转子和所述第二转子上均分布有绕组，所述电控模块与所述第一转子的绕组和第二转子的绕组相连。
3.如权利要求2所述的电传动装置，其特征在于，所述电控模块包括蓄电池、控制器、第一转子编码器、第二转子编码器，所述控制器连接所述第一转子编码器和所述第二转子编码器，所述蓄电池通过所述第一转子编码器与所述第一转子绕组相连，所述蓄电池通过所述第二转子编码器与所述第二转子绕组相连。
4.一种用于汽车发动机的电传动控制方法，其特征在于，包括以下步骤中的一种或几种：
S1：通过电控模块给转子绕组提供励磁电流，使第一转子转动，并驱动发动机启动；
S2：所述发动机输出动能驱动所述第一转子转动，所述电控模块给所述转子绕组提供励磁电流，所述第一转子转动与所述励磁电流共同驱动所述第二转子转动；
S3：所述第一转子或第二转子转动驱动所述电控模块户储存电能；
S4：所述电控模块给所述转子绕组提供励磁电流，驱动所述第二转子转动；
S5：所述电控模块给所述转子绕组提供反向励磁电流，驱动所述第二转子反向转动。
5.如权利要求4所述的电传动控制方法，其特征在于，所述电控模块包括蓄电池、控制器、第一转子编码器、第二转子编码器，所述控制器用来控制电控模块中电流的参数，所述蓄电池输出或储存电能，所述蓄电池通过所述第一转子编码器与所述第一转子绕组相连，所述蓄电池通过所述第二转子编码器与所述第二转子绕组相连。
6.一种用于汽车发动机的电传动控制方法，其特征在于，包括：
通过发动机给双转子模块提供动能；
通过电控模块给双转子模块提供电能，且双转子模块可以反向给电控模块补充电能；
通过双转子模块驱动轮毂工作。
7.如权利要求6所述的电传动控制方法，其特征在于，所述通过电控模块给双转子模块提供电能，且双转子模块可以反向给电控模块储存电能包括：
所述双转子模块具有第一转子和第二转子，所述第一转子和所述第二转子上均分布有绕组，所述电控模块给第一转子和/或第二转子上的绕组提供励磁电流，使第一转子和/或第二转子转动。
8.如权利要求7所述的电传动控制方法，其特征在于，所述通过电控模块给双转子模块提供电能，且双转子模块可以反向给电控模块补充电能还包括：
当所述电控模块不提供励磁电流时，所述第一转子和/或所述第二转子转动驱动所述电控模块储存电能。
9.如权利要求7或8所述的电传动控制方法，其特征在于，所述电控模块包括蓄电池、控制器、第一转子编码器、第二转子编码器，所述控制器用来控制电控模块中电流的参数，所述蓄电池输出或储存电能，所述蓄电池通过所述第一转子编码器与所述第一转子绕组相连，所述蓄电池通过所述第二转子编码器与所述第二转子绕组相连。
10.如权利要求7或8或9所述的电传动控制方法，其特征在于，所述通过双转子模块驱动轮毂工作包括：
所述第二转子转动驱动所述轮毂实现启动、加速、匀速、减速、制动、反转中的一种或几种。
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