專利名稱：電動(dòng)儲(chǔ)能變速器及其功能實(shí)現(xiàn)方法
電動(dòng)儲(chǔ)能變速器及其功能實(shí)現(xiàn)方法技術(shù)領(lǐng)域一種電動(dòng)儲(chǔ)能變速器，特別是涉及用于混合動(dòng)力車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電動(dòng)儲(chǔ)能 變速器及其功能實(shí)現(xiàn)方法。
技術(shù)背景混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)技術(shù)是在提高能源利用效率和降低污染排放達(dá)到環(huán)境保護(hù) 為目的背景下提出。在日本專利2003 - 169898、 2003 - 169899公開的技術(shù)中，具有發(fā)動(dòng)機(jī)和 電機(jī)的混合動(dòng)力車中，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)速度增加，第一控制單元逐漸增加電機(jī)動(dòng)力， 直到發(fā)動(dòng)機(jī)速度超過第一轉(zhuǎn)速。在發(fā)動(dòng)機(jī)速度超過第一轉(zhuǎn)速時(shí)，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)速 度增加，第一控制單元使電機(jī)動(dòng)力逐漸降低，從而作為發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力和電機(jī)動(dòng)力 之和的合成動(dòng)力不超過發(fā)動(dòng)機(jī)的最大動(dòng)力。這種混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)和 電動(dòng)/發(fā)電機(jī)是以串連方式組合，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)/發(fā)電機(jī)始終以相同轉(zhuǎn)速工作。根 據(jù)理想車速和轉(zhuǎn)矩關(guān)系特性曲線，隨著車速降低轉(zhuǎn)矩將隨之增大，這種驅(qū)動(dòng)機(jī) 構(gòu)在低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)/發(fā)電機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下轉(zhuǎn)矩輸出特性 會(huì)惡化，在這種狀態(tài)下不利于提高能源利用效率。在日本專利047786/2003公開的技術(shù)中，混合動(dòng)力車的電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)旋 轉(zhuǎn)軸被連接到一個(gè)轉(zhuǎn)矩變換器的輸出軸，后者連接到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸。在 轉(zhuǎn)矩變換器隨變速控制而產(chǎn)生滑差的時(shí)間段內(nèi)，通過按電動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)模式控 制電動(dòng)機(jī)-發(fā)動(dòng)機(jī)來輔助車輛的加速或減速控制。這種混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)電 機(jī)-電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上增加了轉(zhuǎn)矩變換器，轉(zhuǎn)矩輸出性能有了一定改善。但發(fā) 動(dòng)機(jī)與電動(dòng)/發(fā)電機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下轉(zhuǎn)矩輸出特性會(huì)惡化現(xiàn)象并未有效克服。在日本專利323578/2001、 323931/2001、 324064/2001公開的技術(shù)中，混合 動(dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)方法和系統(tǒng)包括帶有輸出軸的內(nèi)燃機(jī)、通過動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)與內(nèi)燃 機(jī)的輸出軸連接的第一電動(dòng)/發(fā)電機(jī)、通過動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)與內(nèi)燃機(jī)的輸出軸連接 的車輪驅(qū)動(dòng)軸、與車輪驅(qū)動(dòng)軸連接的第二電動(dòng)/發(fā)電機(jī)，以及位于車輪驅(qū)動(dòng)軸和 第二電動(dòng)/發(fā)電^L與車輪驅(qū)動(dòng)軸的連接部分中，至少有一個(gè)以上的變速箱。在日本專利2004-014316、 2004-014320公開的技術(shù)中，發(fā)動(dòng)機(jī)通過動(dòng) 力分配機(jī)構(gòu)連接到第 一 電動(dòng)發(fā)電機(jī)和輸出軸，其中第二電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)通過其轉(zhuǎn)矩 容量隨油壓變化的變速箱連接到輸出軸，并且該變速箱具有產(chǎn)生油壓的電動(dòng)泵，液壓判斷裝置用來判斷油泵建立起來的油壓是否升高到比預(yù)設(shè)值高； 一個(gè)電動(dòng) 油泵輸出降低裝置，在油壓判斷裝置判斷出油壓升高到比預(yù)設(shè)值高的時(shí)候用來 降低油泵的輸出；和一個(gè)發(fā)動(dòng)裝置，它利用第一電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)。 一個(gè)故障探測(cè)裝置，用來探測(cè)電動(dòng)油泵的故障；和一個(gè)內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)裝置，在故 障探測(cè)裝置探測(cè)到故障的情況下，它啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)。以上技術(shù)采取了動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)/發(fā)電機(jī)的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)， 并以變速器滿足低車速下獲得高轉(zhuǎn)矩要求，而發(fā)動(dòng)機(jī)和第一電動(dòng)/發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速 不再與車速及第二電動(dòng)/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速線性對(duì)應(yīng)，在不同車速運(yùn)行狀態(tài)下，使發(fā)動(dòng)機(jī)盡可能保持最佳燃油效率狀態(tài)成為可能。然而這種動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)的混合動(dòng)力 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)只能通過第 一電動(dòng)/發(fā)電機(jī)來對(duì)動(dòng)力存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行充電，第二電動(dòng)/發(fā)電 機(jī)來進(jìn)行對(duì)車輪的電力驅(qū)動(dòng)，第二電動(dòng)/發(fā)電機(jī)需要是大型電機(jī)才能確保具有足 夠的驅(qū)動(dòng)性能。為克服這一不足，需要在系統(tǒng)中增加變速機(jī)構(gòu)，而有級(jí)差的變 速器并不能在整個(gè)車速驅(qū)動(dòng)范圍內(nèi)實(shí)時(shí)達(dá)到最佳轉(zhuǎn)矩配合。具有電動(dòng)油壓泵的 液壓驅(qū)動(dòng)無極變速機(jī)構(gòu)又需增加額外能量耗費(fèi)，對(duì)提高燃油效率不利。這種多 種功能單元的加入的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，不但使整個(gè)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)增多，控制復(fù)雜 度提高，而且也增加了制造成本。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明力圖使得動(dòng)力源在保證最佳運(yùn)行狀態(tài)下，根據(jù)負(fù)載在不同運(yùn)行狀態(tài) 和轉(zhuǎn)速要求，通過電動(dòng)儲(chǔ)能變速器，達(dá)到具有優(yōu)良驅(qū)動(dòng)性能的變速驅(qū)動(dòng)目的。 這種電動(dòng)儲(chǔ)能變速器可以通過以下措施達(dá)到一種電動(dòng)儲(chǔ)能變速器及其功能實(shí)現(xiàn)方法，包括控制裝置和儲(chǔ)能裝置等，其 中動(dòng)力源的輸出軸與電動(dòng)儲(chǔ)能變速器通過離合器相連，電動(dòng)儲(chǔ)能變速器的輸出 軸為驅(qū)動(dòng)軸。在電動(dòng)儲(chǔ)能變速器中鼠籠式磁極組軸向一端與離合器固定連接， 鼠籠式磁極組能以離合器軸為軸心轉(zhuǎn)動(dòng)；鼠籠式磁極組外側(cè)與其同軸安裝有定 子繞組，定子繞組通過外殼固定在機(jī)架上；鼠籠式^t極組內(nèi)側(cè)與其同軸安裝有 轉(zhuǎn)子繞組，轉(zhuǎn)子繞組延長軸為驅(qū)動(dòng)軸；有角位移傳感器能夠分別實(shí)時(shí)檢測(cè)鼠籠 式磁極組和轉(zhuǎn)子繞組中磁極的角位移狀態(tài)及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；控制裝置利用儲(chǔ)能裝置 中的能量，能夠分別對(duì)定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組旋轉(zhuǎn)勵(lì)》茲，提供旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩；在
鼠籠式磁極組轉(zhuǎn)動(dòng)情況下，在定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的感生電流，通過控 制裝置能夠分別對(duì)儲(chǔ)能裝置進(jìn)行蓄能。本發(fā)明與現(xiàn)有l(wèi)支術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、 這種電動(dòng)儲(chǔ)能變速器，動(dòng)力源轉(zhuǎn)速不再與負(fù)載轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩線性對(duì)應(yīng)， 在不同負(fù)載運(yùn)行狀況下，能夠使動(dòng)力源始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，為提高動(dòng) 力源的能源利用效率提供了保證。2、 變速器根據(jù)負(fù)栽變化和轉(zhuǎn)速要求，能夠良好的進(jìn)行驅(qū)動(dòng)力匹配，無級(jí) 調(diào)節(jié)變速比，而且具有極寬的調(diào)速范圍和良好輸出轉(zhuǎn)矩特性。3、 當(dāng)動(dòng)力源產(chǎn)生富余動(dòng)力輸出或負(fù)載減小、減速和制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量， 通過這種變速器可進(jìn)行蓄能，進(jìn)一步提高了能量利用效率。4、 變速器可在電動(dòng)模式、動(dòng)力源模式和混合模式多種狀況下運(yùn)行，能夠 在驅(qū)動(dòng)與蓄能之間進(jìn)行合理的能源分配。5、 這種變速器極大的減小了機(jī)械傳動(dòng)部件，有效P爭低了機(jī)械傳動(dòng)中的摩 擦損耗。6、 這種變速器的結(jié)構(gòu)簡單，控制簡約，〗吏得生產(chǎn)成本大為降低。


1、 圖1為電動(dòng)儲(chǔ)能變速器及其控制方法的基本結(jié)構(gòu)示意圖；2、 圖2為電動(dòng)儲(chǔ)能變速器及其控制方法的軸面剖視圖；3、 圖3為電動(dòng)儲(chǔ)能變速器及其控制方法的徑面剖視圖；具體實(shí)施方式
圖l展示了本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)示意。包括控制裝置(9)、儲(chǔ)能裝置(IO)、 動(dòng)力源(1)與離合器(3)等，動(dòng)力源(1)與電動(dòng)儲(chǔ)能變速器通過離合器(3)相連，變速器的輸出軸為驅(qū)動(dòng)軸(8)。下面結(jié)合一個(gè)具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做 進(jìn)一步詳述在本實(shí)施例中鼠籠式磁極組采用了 7JC磁體四磁極結(jié)構(gòu)，動(dòng)力源(1 )為汽油機(jī)或柴油機(jī)實(shí)現(xiàn)，圖2、圖3為這種電動(dòng)儲(chǔ)能變速器的軸面剖視圖與徑 面剖視圖。電動(dòng)儲(chǔ)能變速器中鼠籠式磁極組(5)軸向一端與離合器(3)固定 連接，鼠籠式^茲極組(5)能以離合器(3)軸為軸心轉(zhuǎn)動(dòng)。鼠籠式^茲極組(5) 中有四塊按軸對(duì)稱排布的永磁體(51 )，永磁體(51 )的磁極方向按徑向以N-S-N-S相間方式排布，鼠籠式磁極組(5 )軸向另一端通過滾動(dòng)軸承(53 )安裝在驅(qū)動(dòng)軸(8)上；鼠籠式-茲極組(5)外側(cè)與其同軸安裝有定子繞組(6),定子繞組 (6)通過外殼固定在機(jī)架(11 )上。定子繞組(6 )具有與鼠籠式磁極組(5 ) 相同的石茲才及數(shù)，定子繞組(6)中的磁極間距，以相間等差磁極距方式排布，構(gòu) 成A、 B、 C、 D四個(gè)磁極，分別以A-C、 B-D兩對(duì)相間磁極繞組并聯(lián)或串聯(lián) 組成為二相繞組，以N-S-N-S相間方式，分別對(duì)各相繞組進(jìn)行旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁；鼠籠 式》茲極組(5)內(nèi)側(cè)與其同軸安裝有轉(zhuǎn)子繞組(4)，轉(zhuǎn)子繞組(4)軸向一端通 過滾動(dòng)軸承(52)安裝在鼠籠式磁極組(5)靠近離合器(3) —側(cè)，轉(zhuǎn)子繞組 (4)軸向另一端為延長的驅(qū)動(dòng)軸(8),并通過滾動(dòng)軸承(43)安裝在定子繞組 (6)的外殼上，在延長的驅(qū)動(dòng)軸(8)上還安裝有連接繞組線圈，并與驅(qū)動(dòng)軸 之間絕緣的導(dǎo)電環(huán)(41)，通過電刷(42)可以給轉(zhuǎn)子繞組(4)供電。轉(zhuǎn)子繞 組(4 )也具有與鼠籠式磁極組(5 )相同的磁極數(shù)，鼠籠式磁極組(5 )和轉(zhuǎn)子 繞組(4)中的磁極間距均是以相等磁極間距方式排布。轉(zhuǎn)子繞組(4)中所有 繞組以并聯(lián)或串聯(lián)方式構(gòu)成單相繞組，轉(zhuǎn)子繞組(4 )的勵(lì)磁形式同樣為N-S-N-S 相間方式進(jìn)行旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁；在電動(dòng)儲(chǔ)能變速器中還具有角位移傳感器(7),角位 移傳感器(7 )能夠檢測(cè)鼠籠式磁極組(5 )中磁極相對(duì)于定子繞組(6 )每相磁 極的角位移位置狀態(tài)及運(yùn)行狀態(tài)，以及鼠籠式》茲極組(5 );茲極與轉(zhuǎn)子繞組(4 ) 磁極相對(duì)角位移位置狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)；控制裝置(9)能夠利用儲(chǔ)能裝置(10) 的能量，對(duì)各相磁極繞組進(jìn)行獨(dú)立勵(lì)磁，根據(jù)角位移傳感器(7)確定的各相繞 組磁極的角位移位置狀態(tài)和其運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)繞組的勵(lì)磁強(qiáng)度和方向進(jìn)行實(shí)時(shí)切 換；在鼠籠式;茲極組(5)轉(zhuǎn)動(dòng)情況下，定子繞組(6)和轉(zhuǎn)子繞組(4)中產(chǎn)生 的感生電流，通過控制裝置(9)也能夠分別對(duì)儲(chǔ)能裝置(11)進(jìn)行蓄能(充電)。 電動(dòng)儲(chǔ)能變速器的功能實(shí)現(xiàn)是通過以下方式達(dá)到變速器中的定子繞組 (6)可分別作為電動(dòng)模式、混合驅(qū)動(dòng)模式、動(dòng)力源啟動(dòng)模式或儲(chǔ)能模式功能使 用。在作為電動(dòng)模式功能使用時(shí)，離合器(3)處于分離狀態(tài)，動(dòng)力源(1)停 止工作，由儲(chǔ)能裝置(10)(蓄電池)提供電能，通過控制裝置(9)對(duì)定子繞 組(6)中的A-C和B-D二相繞組分別進(jìn)行旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁實(shí)現(xiàn)。由于定子繞組(6) 含有磁極間距等差排布的A-C和B-D 二相繞組，而鼠籠式磁極組(5)中的磁 極間距是以相等磁極間距方式排布，在定子繞組(6)磁極與鼠籠式磁極組(5) 磁極間存在錯(cuò)磁極距現(xiàn)象，這就能為鼠籠式磁極組(5)轉(zhuǎn)動(dòng)提供啟動(dòng)電磁驅(qū)動(dòng)
轉(zhuǎn)矩。控制裝置(9)根據(jù)角位移傳感器(7)分別檢測(cè)的鼠籠式磁極組(5)磁 極相對(duì)于定子繞組(6 ) A-C和B-D 二相繞組磁極的角位移位置狀態(tài)，鼠籠式磁 極組(5 )》茲極中點(diǎn)在處于相對(duì)的定子繞組(6 ) A-C或B-D二相繞組磁極中點(diǎn)及與其 相鄰的后一磁極中點(diǎn)區(qū)間內(nèi)，對(duì)該相定子繞組(6)進(jìn)行相反方向勵(lì)磁，實(shí)現(xiàn)吸 引驅(qū)動(dòng)。鼠籠式石茲極組(5)磁極中點(diǎn)在處于相對(duì)的定子繞組(6) A-C或B-D 相磁極中點(diǎn)及與其相鄰的前一磁極中點(diǎn)區(qū)間內(nèi)，對(duì)該相定子繞組()進(jìn)行相同 方向勵(lì)磁，實(shí)現(xiàn)排斥驅(qū)動(dòng)；定子繞組(6) A-C或B-D相磁極與相對(duì)鼠籠式磁極 組(5) 磁極中點(diǎn)相對(duì)或間隔一定相角處，進(jìn)行勵(lì)爿磁方向切換，使吸引和排斥驅(qū) 動(dòng)條件得以保持，從而實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)鼠籠式磁極組(5)轉(zhuǎn)動(dòng)目的。控制裝置(9) 通過調(diào)整定子繞組(6)勵(lì)磁電流的大小，能夠達(dá)到鼠籠式磁極組(5)轉(zhuǎn)動(dòng)速 度和輸出轉(zhuǎn)矩的改變；變換定子繞組(6)中A-C和B-D 二相磁極繞組的勵(lì)磁 切換順序，可以實(shí)現(xiàn)鼠籠式磁極組(5)轉(zhuǎn)動(dòng)方向的改變。
在電動(dòng)模式情況下，閉合離合器(3)，使電磁驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)到動(dòng)力源(l), 可進(jìn)行動(dòng)力源(1)的啟動(dòng)。
作為儲(chǔ)能模式功能使用時(shí)，離合器(3)處于閉合狀態(tài)，動(dòng)力源(1)輸出 的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)鼠籠式磁極組(5)旋轉(zhuǎn)，在定子繞組(6)上產(chǎn)生的感生電流，通 過控制裝置(9)切換到充電控制狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能裝置(10)進(jìn)行蓄能。
在混合驅(qū)動(dòng)模式情況下，動(dòng)力源(1)運(yùn)轉(zhuǎn)，離合器(3)處于閉合狀態(tài)。 當(dāng)負(fù)載過重，動(dòng)力源(1)出現(xiàn)輸出驅(qū)動(dòng)力不足時(shí)，定子繞組(6)可進(jìn)行輔助 動(dòng)力輸出，提供混合驅(qū)動(dòng)力。此時(shí)，對(duì)定子繞組(6)的控制方式與在作為電動(dòng) 模式使用方法相同，通過控制定子(6)繞組中勵(lì)磁電流的大小，能夠?qū)崿F(xiàn)改變 輔助驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩大小目的。當(dāng)負(fù)栽過輕，動(dòng)力源(1)出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)力剩余時(shí)，定子繞 組(6)可進(jìn)行輔助蓄能，提供混合電力輸出，輸出的電力可對(duì)儲(chǔ)能裝置(10) 進(jìn)行蓄能或?qū)D(zhuǎn)子繞組(4)提供勵(lì)磁電流。此時(shí)，對(duì)定子繞組(6)的控制方 式與在作為儲(chǔ)能模式使用方法相同，通過控制定子(6 )繞組中充電電流的大小， 能夠?qū)崿F(xiàn)改變輔助蓄電量大小目的。
變速器在不同運(yùn)行模式之間的轉(zhuǎn)換，是由控制裝置(9 )根據(jù)負(fù)載驅(qū)動(dòng)要 求和運(yùn)行狀況，以及儲(chǔ)能裝置(10)能量存儲(chǔ)狀況實(shí)時(shí)進(jìn)行切換。從而實(shí)現(xiàn)驅(qū) 動(dòng)與蓄能之間進(jìn)行合理的能源分配。
電動(dòng)儲(chǔ)能變速器中的轉(zhuǎn)子繞組(4)可分別作為驅(qū)動(dòng)力輸出或儲(chǔ)能功能使 用。在作為驅(qū)動(dòng)力輸出功能使用時(shí)，由儲(chǔ)能裝置(10)(蓄電池)或由定子繞組 (6)提供電能，通過控制裝置(9)對(duì)轉(zhuǎn)子繞組(4)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁完成。由于 鼠籠式》茲4及組(5)的轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致鼠籠式磁極組(5)中的》茲極與轉(zhuǎn)子繞組(4) 中磁極發(fā)生錯(cuò)磁極現(xiàn)象，由此產(chǎn)生電磁驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子繞組(4) 的旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁方向，由控制裝置(9)根據(jù)角位移傳感器(7)檢測(cè)的鼠籠式磁極 組(5)和轉(zhuǎn)子繞組(4)中磁極相對(duì)角位移位置狀態(tài)決定，鼠籠式磁極組(5) 磁極中點(diǎn)在處于相對(duì)的轉(zhuǎn)子繞組(4)磁極中點(diǎn)及與其相鄰的后一磁極中點(diǎn)區(qū)間 內(nèi)，對(duì)轉(zhuǎn)子繞組(4)進(jìn)行相反方向勵(lì)磁，實(shí)現(xiàn)吸引驅(qū)動(dòng)；鼠籠式磁極組(5) 磁極中點(diǎn)在處于相對(duì)的轉(zhuǎn)子繞組(4)磁極中點(diǎn)及與其相鄰的前一磁極中點(diǎn)區(qū)間 內(nèi)，對(duì)轉(zhuǎn)子繞組(4)進(jìn)行相同方向勵(lì)磁，實(shí)現(xiàn)排斥驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)子繞組(4)磁極 與相對(duì)鼠籠式;茲極組(5)磁極中點(diǎn)相對(duì)處，進(jìn)行勵(lì)^磁方向切換，使吸引和排斥 驅(qū)動(dòng)條件得以保持，從而實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)目的?？刂蒲b置(9)通過改變轉(zhuǎn)子 繞組(4 )勵(lì);茲電流的大小，能夠達(dá)到控制轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動(dòng)速度目的。當(dāng)負(fù)載處于停車狀態(tài)，或負(fù)栽處于減小、減速和制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組(4) 可作為儲(chǔ)能功能〗吏用。這時(shí)由于鼠籠式》茲極組(5)與轉(zhuǎn)子繞組tt^見轉(zhuǎn)速差，在 轉(zhuǎn)子繞組(4)上產(chǎn)生的感生電流，可以通過控制裝置(9)可對(duì)儲(chǔ)能裝置(10) 進(jìn)行蓄能(充電)。電動(dòng)儲(chǔ)能變速器變速功能的實(shí)現(xiàn)由于在鼠籠式磁極組(5)與轉(zhuǎn)子繞組 (4)之間是在電》茲驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩作用下以吸引和排斥驅(qū)動(dòng)方式轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)負(fù)載加重或 轉(zhuǎn)子繞組(4 )勵(lì)i茲電流較小時(shí)，在轉(zhuǎn)子繞組(4 )與鼠籠式磁極組(5 )磁極之 間將出現(xiàn)遲滯滑差現(xiàn)象，轉(zhuǎn)子相對(duì)于鼠籠式磁^l組(5)產(chǎn)生滯后轉(zhuǎn)速差，而當(dāng) 磁極間的轉(zhuǎn)差達(dá)到石茲極中點(diǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組(4)即進(jìn)行勵(lì)/磁方向切換，使鼠籠式 磁極組(5)與轉(zhuǎn)子繞組(4)之間的吸引或排斥驅(qū)動(dòng)的條件得以保持，轉(zhuǎn)子以 與之相匹配驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩作用下會(huì)與鼠籠式^茲極組(5)以差速狀態(tài)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著 負(fù)載減小或?qū)D(zhuǎn)子繞組(4)勵(lì)磁電流的增大，在鼠籠式磁極組(5)與轉(zhuǎn)子繞 組(4)之間轉(zhuǎn)差現(xiàn)象逐步減小，轉(zhuǎn)子以跟隨方式與鼠籠式磁極組(5)逐步趨 向同步轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子與鼠籠式磁極組達(dá)到同步時(shí)，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子繞組(4)勵(lì)磁電 流換向，在轉(zhuǎn)子與鼠籠式磁^l組(5)之間以超越轉(zhuǎn)差方式驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)子以超越鼠
籠式磁極組(5)轉(zhuǎn)速方式繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速比調(diào)節(jié)負(fù)載轉(zhuǎn)速目的，并且變速器具備極寬的變速比調(diào)節(jié)范圍。在以汽油;f幾或柴油才幾作為動(dòng)力源的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，能源利用效率與其運(yùn)轉(zhuǎn)速 度有關(guān)，低速運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)間內(nèi)，轉(zhuǎn)矩輸出特性和能源利用效率低下，超高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)， 能源利用效率也會(huì)惡化，只有在轉(zhuǎn)速處于一定范圍內(nèi)，才能使動(dòng)力源產(chǎn)生最佳 能源利用效率。而這種結(jié)構(gòu)變速器，負(fù)載轉(zhuǎn)速只與負(fù)載大小和轉(zhuǎn)子繞組勵(lì)磁電 流大小有關(guān)，而與動(dòng)力源轉(zhuǎn)速無關(guān)。因此，只需要控制轉(zhuǎn)子繞組勵(lì)磁電流的大 小，就可實(shí)現(xiàn)改變負(fù)載轉(zhuǎn)速及驅(qū)動(dòng)力目的。這樣就有可能使動(dòng)力源只需在停車 和處于最佳運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)以額定速度轉(zhuǎn)動(dòng)兩種狀態(tài)運(yùn)行，使動(dòng)力源提高能源利用效 率得以實(shí)現(xiàn)，并且使動(dòng)力源的運(yùn)轉(zhuǎn)控制也得到簡化。當(dāng)負(fù)栽處于低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩運(yùn)行區(qū)間內(nèi)，由于鼠籠式磁極組是以額定速度轉(zhuǎn) 動(dòng)，轉(zhuǎn)子對(duì)于鼠籠式磁極組的滯后轉(zhuǎn)速差增大，造成轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的感生電 動(dòng)勢(shì)增大，而這一感生電動(dòng)勢(shì)的作用為對(duì)轉(zhuǎn)子輸出轉(zhuǎn)矩的貢獻(xiàn)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩因 疊加感生電動(dòng)勢(shì)而得到有效增大，滿足了大轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)要求，使負(fù)載的加速性能 得到提高。隨著負(fù)載轉(zhuǎn)速的增大，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與鼠籠式磁極組轉(zhuǎn)速逐步趨于同步， 感生電動(dòng)勢(shì)會(huì)隨之減小，對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩的貢獻(xiàn)也隨之減小，這就避免了轉(zhuǎn)子產(chǎn)生 額外輸出轉(zhuǎn)矩。而此時(shí)鼠籠式磁極組與轉(zhuǎn)子繞組磁極間的錯(cuò)磁極現(xiàn)象也會(huì)減小， 這樣又會(huì)使電磁驅(qū)動(dòng)力有效增大，使轉(zhuǎn)子的跟隨特性得以良好保持。此時(shí)動(dòng)力 源輸出的富余轉(zhuǎn)矩，可以將定子繞組切換到儲(chǔ)能狀態(tài)進(jìn)行充電或給轉(zhuǎn)子繞組供 電，使動(dòng)力源輸出轉(zhuǎn)矩通過驅(qū)動(dòng)與蓄能達(dá)到平衡狀態(tài)。只有當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速極大的 超過鼠籠式磁極組轉(zhuǎn)速時(shí)，感生電動(dòng)勢(shì)和錯(cuò)磁極現(xiàn)象才會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子輸出轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生 明顯抑制，使能源利用效率降低。通過將動(dòng)力源設(shè)定在較高的額定轉(zhuǎn)速區(qū)間， 就可以很大限度上避免這一現(xiàn)象產(chǎn)生，使變速器在低速和中高速較大轉(zhuǎn)速區(qū)間， 都具備有優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩輸出特性和最佳能源利用效率。由于這種變速器是以電磁驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行負(fù)載驅(qū)動(dòng)和變速比調(diào)節(jié)，不在需要 齒輪或帶輪進(jìn)行動(dòng)力傳動(dòng)，這就使機(jī)械傳動(dòng)部件達(dá)到最小化，極大的減小了機(jī) 械傳動(dòng)帶來的摩擦損耗。同時(shí)，也使得這種變速器的生產(chǎn)成本得到有效控制。這一變速器還可在需要負(fù)載轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和載荷波動(dòng)的其它領(lǐng)域應(yīng)用。
權(quán)利要求
1、一種電動(dòng)儲(chǔ)能變速器及其功能實(shí)現(xiàn)方法，包括控制裝置(9)、儲(chǔ)能裝置(10)、動(dòng)力源(1)與離合器(3)等，動(dòng)力源(1)的輸出軸(2)與電動(dòng)儲(chǔ)能變速器通過離合器(3)相連，電動(dòng)儲(chǔ)能變速器的輸出軸為驅(qū)動(dòng)軸(8)。其特征在于電動(dòng)儲(chǔ)能變速器可以通過以下措施達(dá)到在電動(dòng)儲(chǔ)能式變速器中，安裝有鼠籠式磁極組(5)，鼠籠式磁極組(5)軸向一端與離合器(3)固定連接，鼠籠式磁極組(5)能以離合器(3)軸為軸心轉(zhuǎn)動(dòng)；鼠籠式磁極組(5)外側(cè)與其同軸轉(zhuǎn)動(dòng)配合安裝有定子繞組(6)，定子繞組(6)通過外殼固定在機(jī)架(11)上；鼠籠式磁極組(5)內(nèi)側(cè)與其同軸轉(zhuǎn)動(dòng)配合安裝有轉(zhuǎn)子繞組(4)，轉(zhuǎn)子繞組(4)的延長軸為驅(qū)動(dòng)軸(8)；安裝有角位移傳感器(7)，能夠分別實(shí)時(shí)檢測(cè)鼠籠式磁極組(5)以及轉(zhuǎn)子繞組(4)磁極的角位移位置狀態(tài)及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；控制裝置(9)能夠利用儲(chǔ)能裝置(10)的能量，分別對(duì)定子繞組(6)和轉(zhuǎn)子繞組(4)提供旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁；定子繞組(6)和轉(zhuǎn)子繞組(4)中產(chǎn)生的感生電流，通過控制裝置(9)能夠分別對(duì)儲(chǔ)能裝置(10)進(jìn)行蓄能(充電)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)儲(chǔ)能變速器及其功能實(shí)現(xiàn)方法，其特征 在于鼠籠式磁極組(5)的優(yōu)選形式為具有兩個(gè)以上按軸對(duì)稱排布的永磁體組(51)，永磁體組(51)的磁極方向按徑向以N-S-N-S……相間方式排布；定子 繞組(6)具有與鼠籠式磁極組(5)相同的磁極數(shù)，繞組的勵(lì)磁形式為N-S-N-S…… 相間方式；轉(zhuǎn)子繞組(4)也具有與鼠籠式磁極組(5)相同的磁極數(shù)，繞組的 勵(lì)磁形式同樣為N-S-N-S……相間方式；控制裝置(9)能夠?qū)Χㄗ永@組(6)和 轉(zhuǎn)子繞組(4)勵(lì)磁強(qiáng)度和方向進(jìn)行實(shí)時(shí)切換。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2所述的一種電動(dòng)儲(chǔ)能變速器及其功能實(shí)現(xiàn)方法，其特 征在于電動(dòng)儲(chǔ)能變速器中的定子繞組(6)中的磁極間距，以相間等差磁極間 距方式排布，分別以相間磁極繞組并聯(lián)或串聯(lián)組成為一相繞組，磁極以 N-S-N-S……相間方式，分別對(duì)各相繞組獨(dú)立進(jìn)行旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁；鼠籠式磁極組(5) 和轉(zhuǎn)子繞組(4)中的磁極間距均是以相等磁極間距方式排布，轉(zhuǎn)子繞組(4) 中所有繞組以并聯(lián)或串聯(lián)方式構(gòu)成單相繞組，轉(zhuǎn)子繞組(4)同樣以N-S-N-S…… 相間方式旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2、 3所述的一種電動(dòng)儲(chǔ)能變速器及其功能實(shí)現(xiàn)方法， 其特征在于控制裝置(9)根據(jù)角位移傳感器(7)分別檢測(cè)的鼠籠式磁極組(5)磁極相對(duì)于定子繞組(6)每相繞組磁極的角位移位置狀態(tài)，鼠籠式磁極組(5)磁極中點(diǎn)在處于相對(duì)的定子繞組(6)磁極中點(diǎn)及與其相鄰的后一磁極 中點(diǎn)區(qū)間內(nèi)，對(duì)該相定子繞組(6)進(jìn)行相反方向勵(lì)磁。鼠籠式磁極組(5)磁 極中點(diǎn)在處于相對(duì)的定子繞組(6)磁極中點(diǎn)及與其相鄰的前一磁極中點(diǎn)區(qū)間內(nèi)， 對(duì)該相定子繞組()進(jìn)行相同方向勵(lì)磁，實(shí)現(xiàn)排斥驅(qū)動(dòng)；在每相定子繞組(6) 磁極與相對(duì)鼠籠式磁極組(5)磁極中點(diǎn)相對(duì)或間隔一定相角處，進(jìn)行勵(lì)磁方向 切換。在鼠籠式磁極組(5)磁極相對(duì)于定子繞組(6)該相磁極相對(duì)磁極與落 后半磁極距區(qū)間內(nèi)，對(duì)該相定子繞組(6)進(jìn)行相反方向勵(lì)磁。在鼠籠式磁極組 (5)磁極相對(duì)于定子繞組(6)該磁極超前半磁極距與相對(duì)磁極區(qū)間內(nèi)，對(duì)該 相定子繞組()進(jìn)行相同方向勵(lì)磁；在定子繞組(6)每相磁極與相對(duì)鼠籠式磁 極組(5)磁極相對(duì)磁極與半磁極距處同步或?qū)㈤g隔一定相角處，進(jìn)行勵(lì)磁方向 切換；控制裝置(9)能夠改變定子繞組(6)勵(lì)磁電流的大小和各相繞組的勵(lì) 磁方向及順序。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2、 3所述的一種電動(dòng)儲(chǔ)能變速器及其功能實(shí)現(xiàn)方法， 其特征在于控制裝置(9)根據(jù)角位移傳感器(7)檢測(cè)的鼠籠式磁極組(5) 和轉(zhuǎn)子繞組(4)中磁極相對(duì)角位移位置狀態(tài)，鼠籠式磁極組(5)磁極中點(diǎn)在 處于相對(duì)的轉(zhuǎn)子繞組(4)磁極中點(diǎn)及與其相鄰的后一磁極中點(diǎn)區(qū)間內(nèi)，對(duì)轉(zhuǎn)子 繞組(4)進(jìn)行相反方向勵(lì)磁；鼠籠式磁極組(5)磁極中點(diǎn)在處于相對(duì)的轉(zhuǎn)子 繞組(4)磁極中點(diǎn)及與其相鄰的前一磁極中點(diǎn)區(qū)間內(nèi)，對(duì)轉(zhuǎn)子繞組(4)進(jìn)行 相同方向勵(lì)磁；轉(zhuǎn)子繞組(4)磁極與相對(duì)鼠籠式磁極組(5)磁極中點(diǎn)相對(duì)處， 迸行勵(lì)磁方向切換?？刂蒲b置(9)能夠改變轉(zhuǎn)子繞組(4)勵(lì)磁電流的大小和 改變轉(zhuǎn)子繞組(4)的勵(lì)磁方向。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電動(dòng)儲(chǔ)能變速器及其功能實(shí)現(xiàn)方法，其特征 在于電動(dòng)儲(chǔ)能變速器中鼠籠式磁極組(5)的磁極也允許采用勵(lì)磁方向固定的 磁極繞組，勵(lì)磁強(qiáng)度固定或可調(diào)形式。
全文摘要
一種電動(dòng)儲(chǔ)能變速器，其動(dòng)力源的轉(zhuǎn)速不再與負(fù)載轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩線性對(duì)應(yīng)，為提高動(dòng)力源的能源利用效率提供了保證。變速器能夠根據(jù)負(fù)載變化和轉(zhuǎn)速要求，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)力匹配無級(jí)調(diào)節(jié)變速比，實(shí)現(xiàn)了良好的無級(jí)調(diào)速性能，而且具有極寬的調(diào)速范圍和良好轉(zhuǎn)矩輸出特性。變速器可在電動(dòng)模式、動(dòng)力源模式和混合模式多種狀況下運(yùn)行，能夠在驅(qū)動(dòng)與蓄能之間進(jìn)行合理的能源分配。這種變速器極大的減小了機(jī)械傳動(dòng)部件，有效降低了機(jī)械傳動(dòng)中的摩擦損耗。這種變速器的結(jié)構(gòu)簡單，控制簡約，使得生產(chǎn)成本大為降低。
文檔編號(hào)H02K51/00GK101159409SQ200610141999
公開日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2006年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月6日
發(fā)明者黃建民 申請(qǐng)人:黃建民