專利名稱：一種基于直線isg電機/發動機的車用增程器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電動汽車增程器，屬于車輛工程領域，尤其是涉及一種基于直線ISG電機/發動機的車用增程器。
背景技術：
電動汽車具有零排放、無污染、能源利用率高的特點，符合汽車節能、環保的趨勢，被認為是未來汽車發展的方向。但受制于現階段電池技術及配套設施，目前的電動汽車普遍存在如下缺點①單次充電續駛里程較短。目前電池組單位質量儲存的能量太少，如裝載與汽油質量相同的鉛酸電池組的電動汽車，其續駛里程僅為燃油汽車的1/70。②購車及維護成本高。電池組及電機控制器價格昂貴是購車成本高的主要原因，如純電動公交車中電池組成本占整車成本的1/3，且電動汽車的維修保養成本也較高。③充電時間長。一次充電完成約需要6 10小時，即使是大電流快速充電，一般也需要10 20分鐘，可充到電量的70%左右，但快速充電有損電池的使用壽命。電動汽車的這些問題正成為制約其發展的瓶頸。而增程式電動汽車作為一種新形式的電動汽車，既具有純電動車高效率、低排放的特點，又可延長純電動汽車的續駛里程，是當前解決節能與環保問題切實可行的方案。目前的增程式電動汽車均采用傳統內燃機帶動旋轉發電機對電動汽車驅動系統進行供電，然而這種結構形式仍有其缺陷①由于采用傳統內燃機，無法克服目前內燃機效率較低的問題。②無法避免起動等需要加濃混合氣的工況，使得燃油經濟性較差。這些弊端無疑將抵消電動汽車本身節能、環保的突出優勢。
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種結構簡單、質量輕、有效克服純電動汽車續駛里程短、大幅降低電動汽車的電池容量、極大降低電動汽車成本的基于直線ISG電機/發動機的車用增程器。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現一種基于直線ISG電機/發動機的車用增程器，該增程器包括氣缸體設有兩個，分別位于增程器的兩端；活塞組件設有兩個，分別位于兩個氣缸體內，在氣缸體內自由直線往復運動；連桿組件兩端分別與兩個活塞組件連接；掃氣箱與氣缸體的內側連接，儲存及預壓縮可燃混合氣；節氣門體連接掃氣箱，節氣門體上設有噴油器；氣缸蓋設在氣缸體外側；火花塞設在氣缸蓋上，點燃氣缸體內的可燃混合氣；直線ISG (ISG, Integrated Starter and Generator,汽車起動發電一體機)電機動子設在連桿組件的中部，與活塞組件及連桿組件一起做直線運動；
直線ISG電機定子固定在兩氣缸體之間、直線ISG電機動子外，與直線ISG電機動子互相作用，將電池組產生的電能與活塞組件運動產生的機械能互相轉換；電控單元分別與噴油器及火花塞電氣連接，控制噴油器噴油，控制火花塞點火。所述的連桿組件上設有直線位移傳感器及霍爾傳感器，所述的直線位移傳感器及霍爾傳感器電氣連接電控單元，向電控單元傳遞活塞組件的瞬時位移與運動頻率。所述的節氣門體上還設有節氣門位置傳感器及空氣流量傳感器，所述的節氣門位置傳感器及空氣流量傳感器均與電控單元電氣連接，電控單元控制著節氣門體的開度。所述的直線ISG電機動子由固定在連桿組件上的直線ISG電機動子鐵芯及永磁體組成。所述的直線ISG電機定子由直線ISG電機定子鐵芯及直線ISG電機線圈組成，所述的直線ISG電機定子接受電池組的電流，產生磁場帶動直線ISG電機動子運動，或受到直線ISG電機動子產生的磁場產生電流，向電動車主驅動電機及電池組充電。所述的直線ISG電機定子鐵芯分別連接電流傳感器及電壓傳感器，所述的電流傳感器及電壓傳感器電氣連接電控單元。所述的直線ISG電機線圈連接功率變換器，該功率變換器分別連接電池組及電動車主驅動電機。當電動汽車的電池組電量低于預定值時，其經功率變換器變換后向直線ISG電機定子中的直線ISG電機線圈通入三相交流電，建立的電樞磁場與直線ISG電機動子中的永磁體的磁場相互作用,產生切向電磁力拖動直線ISG電機動子運動。連桿組件上的直線位移傳感器及霍爾傳感器檢測直線ISG電機動子的位移信號及頻率信號，并反饋給電控單元，電控單元對通入直線ISG電機線圈的三相電流大小與相序進行控制，獲得合適的起動推力，并實現電磁力的準確換向，從而帶動直線發動機的活塞組件起動。當起動頻率達到某一定值后，電控單元通過節氣門位置傳感器及空氣流量傳感器控制節氣門體的開度，進而控制節氣門體上的噴油器噴油，當氣缸體內可燃混合氣準備完畢時，電控單元發出點火信號，此時火花塞點火，可燃混合氣燃燒，使直線發動機起動燃燒并加速進入最佳工作區域穩定運轉。直線發動機起動成功后，活塞組件的運動頻率將迅速增大，當霍爾傳感器測量頻率信號超過預定值后，電控單元切斷起動電路。此時，直線發動機轉為原動機，拖動直線ISG電機，電控單元接通發電電路，直線ISG電機也相應轉為發電機運行。永磁體產生的磁場切割直線ISG電機線圈，在直線ISG電機線圈上產生感應電動勢及感應電流，將直線發動機活塞直線往復運動的機械能轉換為電能輸出，并通過功率變換器整流和調節得到直流電，驅動電動車主驅動電機運轉以滿足車輛繼續行駛的要求，剩余電能向電池組充電，從而使電動汽車可以獲得更長的續駛里程。同時當電動汽車減速制動或慣性滑行時，主驅動電機轉為發電機運行，將電動汽車的動能轉化為電能并儲存于電池組中，實現能量的回收。與現有技術相比，本發明在能源利用效率、價格、機械結構、使用的方便性等方面均具有明顯優勢。①與傳統發動機相比，直線發動機的最大特點是去除了曲柄連桿機構，通過液、電等介質實現“柔性”輸出，從而避免傳統內燃機中曲軸和軸承所消耗的大量摩擦熱，以及由于曲柄滑塊機構所引起的側向力而造成的活塞上的摩擦。直線發動機的連桿與直線ISG電機的動子固定連接，可以直接將活塞直線往復運動的機械能轉換為電能，省去了傳統旋轉發動機和發電機之間的連接軸、軸承等輔助連接裝置，因此整個耦合機構的能量轉換效率更高。②增程器為電動汽車的主驅動電機和電池組供電，而不直接驅動車輛，這樣直線發動機能夠在最佳工作區域穩定運轉，避免了怠速和瞬態工況，燃油經濟性要遠遠優于傳統汽車，而且由于自身能夠提供電力，所以這類車輛能夠比純電動車行駛更遠。③直線ISG電機將傳統的起動機和發電機集為一體，在起步階段以直線ISG電機電磁起動替代起動加濃混合氣，可更加快速拖動直線發動機到達預定頻率，消除了傳統起動受環境影響較大的缺點，達到優化空燃比的目的，從而大幅減小不必要的廢氣排放。④簡化了系統的結構，有利于整車的布置和整車質量的降低。同時通過控制器與功率變換器的配合，可方便實現起動及發電不同的控制要求。⑤增程器的應用也可使電動汽車的電池容量大幅降低，極大地降低電動汽車的成本。
圖1為本發明的結構及信號傳輸示意圖。圖中，I為氣缸體、2為活塞組件、3為連桿組件、4為掃氣箱、5為霍爾傳感器、6為直線ISG電機定子鐵芯、7為直線ISG線圈、8為永磁體、9為蓄電池、10為功率變換器、11為電動車主驅動電機、12為火花塞、13為氣缸蓋、14為電流傳感器、15為電壓傳感器、16為直線ISG電機動子鐵芯、17為直線位移傳感器、18為空氣流量傳感器、19為節氣門體、20為節氣門位置傳感器、21為噴油器。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。實施例一種基于直線ISG電機/發動機的車用增程器，如圖1所示，包括氣缸體1、活塞組件2、連桿組件3、掃氣箱4、霍爾傳感器5、直線ISG電機定子鐵芯6、直線ISG電機線圈7、永磁體8、電池組9、功率變換器10、電動車主驅動電機11、火花塞12、氣缸蓋13、電流傳感器14、電壓傳感器15、直線ISG電機動子鐵芯16、直線位移傳感器17、空氣流量傳感器18、節氣門體19、節氣門位置傳感器20及噴油器21，氣缸體I設有兩個，分別位于兩端；活塞組件2設有兩個，分別位于兩個氣缸體I內；連桿組件3兩端連接兩個活塞組件2，連桿組件3上設有直線位移傳感器17及霍爾傳感器5 ;直線ISG電機動子設在連桿組件3的中部；直線ISG電機定子固定在兩氣缸體I之間、直線ISG電機動子外；掃氣箱4設在氣缸體I的內側；節氣門體19連接掃氣箱4，節氣門體19上依次設有噴油器21、節氣門位置傳感器20及空氣流量傳感器18 ;氣缸蓋設在氣缸體I外側；火花塞12設在氣缸蓋13上；電控單元分別與直線位移傳感器17、霍爾傳感器5、節氣門位置傳感器20及空氣流量傳感器18電氣連接；直線ISG電機動子由直線ISG電機動子鐵芯16及永磁體8組成。直線ISG電機定子由直線ISG電機定子鐵芯6及直線ISG電機線圈7組成。直線ISG電機定子鐵芯6分別連接電流傳感器14及電壓傳感器15，電流傳感器14及電壓傳感器15電氣連接電控單元。直線ISG電機線圈7連接功率變換器10，該功率變換器10分別連接電池組9及電動車主驅動電機11。電控單元分別與直線位移傳感器17、霍爾傳感器5、節氣門位置傳感器20及空氣流量傳感器18電氣連接。當電動汽車的電池組9電量低于預定值時，其經功率變換器10變換后向直線ISG電機定子中的直線ISG電機線圈7通入三相交流電，建立的電樞磁場與直線ISG電機動子中的永磁體8的磁場相互作用，產生切向電磁力拖動直線ISG電機動子運動。連桿組件3上的直線位移傳感器17及霍爾傳感器5檢測直線ISG電機動子的位移信號及頻率信號，并反饋給電控單元，電控單元對通入直線ISG電機線圈7的三相電流大小與相序進行控制，獲得合適的起動推力，并實現電磁力的準確換向，從而帶動直線發動機的活塞組件2起動。當起動頻率達到某一定值后，電控單元通過節氣門位置傳感器20及空氣流量傳感器18控制節氣門體19的開度，進而控制節氣門體19上的噴油器21噴油，當氣缸體I內可燃混合氣準備完畢時，電控單元發出點火信號，此時火花塞12點火，可燃混合氣燃燒，使直線發動機起動燃燒并加速進入最佳工作區域穩定運轉。直線發動機起動成功后，活塞組件2的運動頻率將迅速增大，當霍爾傳感器5測量頻率信號超過預定值后，電控單元切斷起動電路。此時，直線發動機轉為原動機，拖動直線ISG電機，電控單元接通發電電路，直線ISG電機也相應轉為發電機運行。永磁體8產生的磁場切割直線ISG電機線圈7，在直線ISG電機線圈7上產生感應電動勢及感應電流，將直線發動機活塞直線往復運動的機械能轉換為電能輸出，并通過功率變換器10整流和調節得到直流電，驅動電動車主驅動電機11運轉以滿足車輛繼續行駛的要求，剩余電能向電池組9充電，從而使電動汽車可以獲得更長的續駛里程。同時當電動汽車減速制動或慣性滑行時，電動車主驅動電機11轉為發電機運行，將電動汽車的動能轉化為電能并儲存于電池組9中，實現能量的回收。
權利要求
1.一種基于直線ISG電機/發動機的車用增程器，其特征在于，該增程器包括 氣缸體(I):設有兩個，分別位于增程器的兩端； 活塞組件(2):設有兩個，分別位于兩個氣缸體(I)內，在氣缸體(I)內自由直線往復運動； 連桿組件(3):兩端分別與兩個活塞組件(2)連接； 掃氣箱(4):與氣缸體(I)的內側連接，儲存及預壓縮可燃混合氣； 節氣門體(19):連接掃氣箱(4)，節氣門體(19)上設有噴油器(21)； 氣缸蓋(13):設在氣缸體⑴外側； 火花塞(12):設在氣缸蓋(13)上，點燃氣缸體(I)內可燃混合氣； 直線ISG電機動子設在連桿組件(3)的中部，與活塞組件(2)及連桿組件(3) —起做直線運動； 直線ISG電機定子固定在兩氣缸體(I)之間、直線ISG電機動子外，與直線ISG電機動子互相作用，將電池組(9)產生的電能與活塞組件(2)運動產生的機械能互相轉換； 電控單元分別與噴油器(21)及火花塞(12)電氣連接，控制噴油器(21)噴油，控制火花塞(12)點火。
2.根據權利要求1所述的一種基于直線ISG電機/發動機的車用增程器，其特征在于，所述的連桿組件(3)上設有直線位移傳感器(17)及霍爾傳感器(5)，所述的直線位移傳感器(17)及霍爾傳感器(5)電氣連接電控單元，向電控單元傳遞活塞組件(2)的瞬時位移與運動頻率。
3.根據權利要求1所述的一種基于直線ISG電機/發動機的車用增程器，其特征在于，所述的節氣門體(19)上還設有節氣門位置傳感器(20)及空氣流量傳感器(18)，所述的節氣門位置傳感器(20)及空氣流量傳感器(18)均與電控單元電氣連接，電控單元控制著節氣門的開度。
4.根據權利要求1所述的一種基于直線ISG電機/發動機的車用增程器，其特征在于，所述的直線ISG電機動子由固定在連桿組件(3)上的直線ISG電機動子鐵芯(16)及永磁體⑶組成。
5.根據權利要求1所述的一種基于直線ISG電機/發動機的車用增程器，其特征在于，所述的直線ISG電機定子由直線ISG電機定子鐵芯(6)及直線ISG電機線圈(7)組成，所述的直線ISG電機定子接受電池組(9)的電流，產生磁場帶動直線ISG電機動子運動，或受到直線ISG電機動子產生的磁場產生電流，向電動車主驅動電機(11)及電池組(9)充電。
6.根據權利要求5所述的一種基于直線ISG電機/發動機的車用增程器，其特征在于，所述的直線ISG電機定子鐵芯(6)分別連接電流傳感器(14)及電壓傳感器(15)，所述的電流傳感器(14)及電壓傳感器(15)電氣連接電控單元。
7.根據權利要求5所述的一種基于直線ISG電機/發動機的車用增程器，其特征在于，所述的直線ISG電機線圈(7)連接功率變換器(10)，該功率變換器(10)分別連接電池組(9)及電動車主驅動電機(11)。
全文摘要
本發明涉及一種基于直線ISG電機/發動機的車用增程器，該增程器包括氣缸體，活塞組件設有兩個，分別位于兩個氣缸體內，連桿組件的兩端連接兩個活塞組件，連桿組件上設有直線位移傳感器及霍爾傳感器，直線ISG電機動子設在連桿組件的中部，直線ISG電機定子固定在兩氣缸體之間、直線ISG電機動子外，掃氣箱設在氣缸體的內側，節氣門體連接掃氣箱，節氣門體上依次設有噴油器、節氣門位置傳感器及空氣流量傳感器，氣缸蓋設在氣缸體外側，火花塞設在氣缸蓋上電控單元分別與直線位移傳感器、霍爾傳感器、節氣門位置傳感器及空氣流量傳感器電氣連接。與現有技術相比，本發明在能源利用效率、價格、機械結構、使用的方便性等方面均具有明顯優勢。
文檔編號B60L11/02GK103010037SQ20121025400
公開日2013年4月3日 申請日期2012年7月20日 優先權日2012年7月20日
發明者王哲, 尹兆雷, 孫晨樂, 鄧俊, 胡玉巖, 吳虎威, 李惠聰, 章桐 申請人:同濟大學