[實用新型]與燃油發動機配套的能量分配式伺服系統

無效

• 申請號: 200720079356.4
• 申請日: 2007-04-23
• 公開（公告）號: CN201025139Y
• 公開（公告）日: 2008-02-20
• 發明（設計）人: 呂虹
• 申請（專利權）人: 桂林吉星電子等平衡動力有限公司
• 主分類號: F02D29/00
• 分類號: F02D29/00
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司
• 代理人: 歐陽波

(一)技術領域

本實用新型涉及電機伺服系統，具體為一種與燃油發動機配套的能量分配式伺服系統。

(二)背景技術

研究表明燃油發動機存在一條最佳效率運行曲線，若輸出相同的機械功率，該曲線上的工作點效率最高，即獲得的相同的機械能量消耗燃油最少。燃油發動機輸出相同的功率可有多個乘積相等的不同轉速和扭矩的組合，按最佳效率運行曲線的轉速和扭矩組合運行，即可節能。因此依據燃油發動機的轉速及最佳效率曲線的規律提供相應的扭矩設定值，通過加載裝置將該扭矩設定值施加到燃油發動機軸上即可調整其工作點達到節能的目的。因此，要求加載裝置能獨立于外負載并準確、快速給發動機加載扭矩設定值，以調整工作點。另一方面還能將燃油發動機動能高效地傳遞給外負載。

目前純燃油動力機構通常是采用有級變速或連續變速器通過調整變速比實現變矩的，即通過改變外負載折合到燃油發動機軸上的扭矩比例從而調節施加于發動機軸的扭矩，以調整發動機工作點。但因燃油發動機與外負載直接關聯，加上現有的變速裝置響應慢等因素，這類加載和變矩方式不易按最佳效率運行曲線要求的規律匹配扭矩，不易調整燃發動機工作點，燃油化學能轉為機械能整體效率不高。

油電混合動力機構為了充分利用燃油化學能，引入發電機、電動機、儲能單元等，目的為通過發動機、發電機、電動機的組合驅動，調整發動機工作點。

油電混合動力機構串聯式的方案是通過安裝于燃油發動機輸出軸上的發電機將其動能全部轉化為電能，經控制器調節，一部分電能用于驅動電動機帶動傳動軸，另一部分電能存儲于蓄電池。蓄電池通過電動機也可驅動傳動軸。此類油電混合動力機構的動力結構使發動機和負載隔離，發動機工況不受負載運行的影響，控制發電機的工作點即可按最佳效率曲線的要求給燃油發動機施加相應的扭矩，進而調節燃油發動機的工作點，使之運行于油耗低的高效率點。但燃油發動機功率傳遞的發電——用電過程中，能量有雙重損失，因為發電機和電動機的效率都不可能是100％。假設發電機和電動機的效率都高達90％，則經過動能轉化為電能、電能再轉化為動能的轉換過程，僅有81％的能量送達動力車的運動系統。再考慮到燃油發動機在低速運行時發電機及電動機的效率將更低，以及發電機發出的電能存入蓄電池和電動機從蓄電池取用電能時的能量損耗等因素，總的能量傳送效率還要大打折扣。

油電混合動力機構并聯式的方案中燃油發動機與電機通過聯軸器共同驅動負載，電機工作在四象限狀態，通過調整電機參與驅動和發電的程度來減少或增加施加到燃油發動機軸的扭矩、調節其工作點，達到節能的目的。由于燃油發動機轉速仍隨負載速度變化，通過電機調節發動機的工作點效果有限，燃油發動機難以工作于最佳效率狀態，節能效果打折扣。

串并聯混合式動力結構雖綜合了串聯式和并聯式的特點結構更復雜、控制更復雜，成本也更高。

因此如何高效率地利用燃油化學能，即使燃油發動機高效產生機械動能、且機械動能高效傳遞和利用是目前油電混合動力機構研究的重點。

(三)實用新型內容

本實用新型的目的是設計一種與燃油發動機配套的能量分配式伺服系統，按發動機最佳燃油效率運行要求的扭矩值實施對燃油發動機加載以調節其工作點使消耗等量燃油獲得更大的機械動能；同時，使燃油發動機的部分機械動能直接送達負載，即不經動能——電能——動能轉換直接驅動負載，燃油發動機其余的機械動能轉換為電能，提高動能傳遞的總體效率。

本實用新型設計的與燃油發動機配套的能量分配式伺服系統包括電機、伺服驅動器、控制單元、直流母線、儲能和用電單元。所述電機為永磁同步伺服電機、或開關磁阻電機、或無刷直流電機。電機由內外兩個轉子構成，其外轉子與燃油發動機軸直連，外轉子軸為本系統輸入軸，內轉子軸為本系統的輸出軸。外轉子和內轉子二者其一嵌有永磁磁極，另一個為繞制在鐵芯上的繞組，嵌有永磁磁極的為另一個提供磁場，繞組通過集電環與伺服驅動器連接。電機的外轉子軸上安裝速度/位置傳感器，該速度/位置傳感器連接伺服驅動器和控制單元。電機的內轉子軸上安裝位置傳感器，該位置傳感器也連接伺服驅動器。伺服驅動器連接直流母線，直流母線一般接儲能單元和用電單元。控制單元連接伺服驅動器，伺服驅動器內存儲有電機驅動電流與扭矩設定值及電機內外轉子相對位置的關系數據；控制單元內部存有發動機最佳經濟運行線的轉速-扭矩關系表或曲線，并根據燃油發動機轉速向伺服驅動器提供扭矩設定值。

本實用新型與燃油發動機配套的能量分配式伺服系統的調節方法為：