專利名稱：變頻發(fā)電電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變頻發(fā)電電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)行駛的車輛。
已有機(jī)動(dòng)車輛的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力汽油或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是多級變速齒輪、離合器、傳動(dòng)軸、齒輪或鏈條來驅(qū)動(dòng)車輛行駛，它們的制動(dòng)剎車普遍采用磨擦裝置，如中國專利93100736·4號，美國專利US595·817號，中國專利93206339·X號，上述方案存在齒輪、傳動(dòng)裝置帶來的噪音和振動(dòng)，離合器、機(jī)械磨擦制動(dòng)剎車裝置帶來的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操縱駕駛不便和安全性差、機(jī)械故障多、維修不便等缺點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是提供一種無變速齒輪、傳動(dòng)軸或鏈條、機(jī)械剎車裝置的變頻發(fā)電電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，它具的無級變速驅(qū)動(dòng)、電機(jī)啟動(dòng)和電氣制動(dòng)剎車、操縱方便、駕駛平穩(wěn)、有可靠的安全性和實(shí)用性。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明設(shè)計(jì)如原理方框附

圖1中的汽油發(fā)電機(jī)(1)是同汽油機(jī)的汽缸體、汽缸蓋、活塞、活塞環(huán)、活塞桿及點(diǎn)火系統(tǒng)構(gòu)成發(fā)動(dòng)機(jī)部分，發(fā)電機(jī)部分由三相爪極發(fā)電機(jī)及轉(zhuǎn)子的偏心軸組成，發(fā)動(dòng)機(jī)中不需要變速齒輪和離合器，只需把活塞桿與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子偏心軸聯(lián)在一起，當(dāng)活塞上下運(yùn)動(dòng)時(shí)通過活塞桿和偏心軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成汽油發(fā)電機(jī)的整體。已有技術(shù)汽油機(jī)中的慣性輪，可由三相爪極發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子替代，發(fā)電機(jī)輸出電壓和頻率高低由汽油機(jī)轉(zhuǎn)速決定，轉(zhuǎn)速由油門大小控制，所以只需控制汽油機(jī)油門即控制了汽油發(fā)電機(jī)輸出電壓和頻率，發(fā)電機(jī)把電能直接饋送給三相力矩異步電動(dòng)機(jī)，而電動(dòng)機(jī)的外轉(zhuǎn)子與車輪用復(fù)板聯(lián)接為一體，這樣發(fā)電機(jī)的電壓、頻率變化控制著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，即車輪轉(zhuǎn)速或行車速度。由于現(xiàn)有汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速高于車輪轉(zhuǎn)速，已有技術(shù)是通過多級齒輪來變速，本發(fā)明中是由發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)的磁級數(shù)不同來改變轉(zhuǎn)速，發(fā)電機(jī)(即汽油機(jī)部分)轉(zhuǎn)速為高轉(zhuǎn)速少磁極數(shù)；電動(dòng)機(jī)(即車輪)轉(zhuǎn)速為低轉(zhuǎn)速多個(gè)磁極數(shù)，按電機(jī)的轉(zhuǎn)速式n＝60f/p式中n--電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)；f--電流頻率(周/秒)；p--磁極對數(shù)(兩個(gè)磁極N、S為一對)。
上式說明，電機(jī)轉(zhuǎn)速n與磁極對數(shù)p成反比。本發(fā)明不采用直流發(fā)電和直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)而直接采用三相交流發(fā)電和三相力矩異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。其原因是后者損耗少，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。使用壽命長，而且既可用磁極數(shù)改變轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，又可用改變頻率來無級調(diào)速，這種變頻發(fā)電電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置既平穩(wěn)又無齒輪傳動(dòng)帶來的噪音和振動(dòng)。
三相電動(dòng)機(jī)(2)采用已有技術(shù)的三相力矩異步電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)特征是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子為無槽鋼管實(shí)心結(jié)構(gòu)型，轉(zhuǎn)子在電動(dòng)機(jī)外部，繞線定子在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部；轉(zhuǎn)子通過復(fù)板與車輪鋼圈相聯(lián)接構(gòu)成一體，電機(jī)定子與車輪的軸緊固聯(lián)接，這樣使電機(jī)外周轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速即為車輪的轉(zhuǎn)速，只要控制了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速即控制了車輪轉(zhuǎn)速，或者是行車速度。
汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)在3000～6000轉(zhuǎn)/分范圍，磁極對數(shù)p＝1，其頻率為每秒50～100周范圍，轉(zhuǎn)速提高對汽油機(jī)的經(jīng)濟(jì)油耗可節(jié)省。三相電動(dòng)機(jī)磁極對數(shù)p＝5～10，其轉(zhuǎn)速范圍在1200～300轉(zhuǎn)/分范圍，行車速度可控制在已有技術(shù)的車速范圍，還可采取電機(jī)外部聯(lián)接方式改變電機(jī)磁極數(shù)的雙速電機(jī)，達(dá)到更大范圍的變速，適合不同車輪大小的行車速度。
逆變器(3)是把蓄電池(6)的直流電源，變?yōu)榭烧{(diào)頻率的三相交流電，已有技術(shù)的三相并聯(lián)逆變器或三相串聯(lián)逆變器均可實(shí)現(xiàn)上述目的。本發(fā)明設(shè)計(jì)變逆器(3)的目的有兩個(gè)，其一是在市區(qū)慢速行車或紅燈暫停車時(shí)，不必使汽油發(fā)電機(jī)繼續(xù)工作，減少汽油機(jī)排放廢氣帶來的環(huán)境污染，在關(guān)閉汽油發(fā)電機(jī)情況下，可由備用蓄電池(6)經(jīng)逆變器(3)向三相力矩電動(dòng)機(jī)供電，仍可使車輛開動(dòng)或行駛(行駛車速和時(shí)間長短由蓄電池質(zhì)量和電動(dòng)機(jī)功率大小來確定)；其二是當(dāng)汽油發(fā)電機(jī)需要重新啟動(dòng)工作時(shí)，可由備用蓄電池(6)經(jīng)逆變器(3)向發(fā)電機(jī)提供三相交流電源，使發(fā)電機(jī)逆運(yùn)行在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)啟動(dòng)汽油發(fā)電機(jī)工作。
上述的工作過程共有三種狀態(tài)一、汽油發(fā)電機(jī)向三相電動(dòng)機(jī)供電狀態(tài)二、備用蓄電池經(jīng)逆變器向三相電動(dòng)機(jī)供電狀態(tài)；三、備用蓄電池經(jīng)逆變器向汽油發(fā)電機(jī)供電狀態(tài)，第一種狀態(tài)為車輛快速行駛；第二種為慢速行駛；第三種為啟動(dòng)汽油發(fā)電機(jī)狀態(tài)，在這種工作狀態(tài)是發(fā)電機(jī)逆運(yùn)行在電動(dòng)機(jī)條件下來啟動(dòng)汽油機(jī)部分，使其能轉(zhuǎn)入正常汽油發(fā)電機(jī)狀態(tài)，整個(gè)啟動(dòng)過程結(jié)束即為發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)開始，所以這種狀態(tài)是電啟動(dòng)過程，備用電源和逆變器都是短時(shí)工作過程。三種狀態(tài)的控制是通過轉(zhuǎn)換開關(guān)(5)來實(shí)現(xiàn)。它有四個(gè)工作位置，即“停止”、“快速”、“慢速”和“啟動(dòng)”。轉(zhuǎn)換開關(guān)可選用已有產(chǎn)品的小型主令控制開關(guān)。
在變頻發(fā)電電動(dòng)驅(qū)動(dòng)置裝上沒有機(jī)械磨擦的剎車制動(dòng)機(jī)構(gòu)，而是采用三相力矩電動(dòng)機(jī)自身的能耗制動(dòng)或反接制動(dòng)剎車方法。能耗制動(dòng)是把電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子(或者說車輪行駛慣量)貯存的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芟脑谵D(zhuǎn)子電阻上的一種制動(dòng)方法反接制動(dòng)是在切斷三相力矩電動(dòng)機(jī)電源時(shí)通入改變飛電源相序而使電動(dòng)機(jī)反方向運(yùn)轉(zhuǎn)，迫使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降而達(dá)到制動(dòng)剎車目的。能耗制動(dòng)和反接制動(dòng)是已有電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)方法，用于變頻發(fā)電電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置上就只需由操作按鈕通過繼電器來實(shí)現(xiàn)，采用電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)剎車較磨擦制動(dòng)剎車減少故障、提高可靠性、安全性和操作控制方便。
本發(fā)明與已有上述汽油或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛行駛裝置相比，其優(yōu)點(diǎn)是一、無變速齒輪、鏈條和離合器帶來的噪音和振動(dòng)；二、節(jié)省機(jī)械加工材料、工時(shí)及裝配維修復(fù)雜性；三、操縱駕駛平穩(wěn)安全；四、可延長使用壽命、降低成本；五、減少市區(qū)內(nèi)排放廢氣的污染；六、易實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)或自動(dòng)剎車。
附圖2是本發(fā)明變頻發(fā)電電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的實(shí)施例。下面結(jié)合附圖2介紹本發(fā)明用于助力自行車上的一個(gè)實(shí)例附圖2中(1)汽油發(fā)電機(jī)，它與備用蓄電池(6)逆變器(3)都固定在后搖架(9)上；(2)為三相電動(dòng)機(jī)，它可同時(shí)裝置在助力自行車前輪和后輪上，當(dāng)啟動(dòng)時(shí)前后輪可同時(shí)通電，增大啟動(dòng)力矩，啟動(dòng)后慢速行駛，接通一臺電動(dòng)機(jī)(前輪或者后輪)驅(qū)動(dòng)；啟動(dòng)后快速行駛時(shí)，可同時(shí)接通兩臺電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，中途快、慢速變換也可一臺或兩臺電動(dòng)機(jī)分別或同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，助力自行車輪的鋼圈用復(fù)板與三相力矩電動(dòng)機(jī)外轉(zhuǎn)子聯(lián)接，外轉(zhuǎn)子相當(dāng)于吊風(fēng)扇的外鼠籠轉(zhuǎn)子，不過本實(shí)施例是實(shí)心鋼筒做外轉(zhuǎn)子，這是按三相力矩電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的；(4)為三相整流器，采用三相全橋整流供備用蓄電池浮充電用；(5)為操縱控制器盒，內(nèi)裝小型主令控制開關(guān)及電氣制動(dòng)用繼電器、保險(xiǎn)器等；(7)為助力車三角架座管；(8)為后車輪；(10)為后搖架支座；(11)為油箱。
該實(shí)施例宜采用20寸小車輪，使得前后輪距不會太長，汽油發(fā)電機(jī)設(shè)置在后搖架上，便于設(shè)置汽油發(fā)電機(jī)的減振元件及排氣管的固定，還有利于汽油發(fā)電機(jī)散熱、維修，使得整車道路通過性更好。
附圖1為變頻發(fā)電電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置原理方框圖。
文中所提到的雙爪極式發(fā)電機(jī)見《汽車電器》1988年4期，無刷爪極發(fā)電機(jī)見《電世界》1982年2期，三相力矩異步電動(dòng)機(jī)見《實(shí)用電工手冊》江西出版，三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)見《電世界》1982年10期。
權(quán)利要求
1.一種變頻發(fā)電電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)行駛的車輛，該裝置由汽油發(fā)電機(jī)(1)三相電動(dòng)機(jī)(2)逆變器(3)整流器(4)轉(zhuǎn)換開關(guān)(5)和蓄電池(6)組成，本發(fā)明的特征是汽油發(fā)電機(jī)(1)由汽油機(jī)和三相交流發(fā)電機(jī)構(gòu)成一體，產(chǎn)生輸出電壓和頻率隨發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化的電流經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)(5)輸給與車輪構(gòu)成一體的三相電動(dòng)機(jī)(2)驅(qū)動(dòng)車輛行駛，同時(shí)可經(jīng)整流器(4)向蓄電池(6)充電，逆變器(3)由蓄電池供電產(chǎn)生的三相電源可由轉(zhuǎn)換開關(guān)(5)控制，向三相電動(dòng)機(jī)(2)供電時(shí)驅(qū)動(dòng)車輛行駛，向汽油發(fā)電機(jī)(1)供電時(shí)可使發(fā)電機(jī)逆運(yùn)行在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)啟動(dòng)汽油機(jī)工作。
2.如權(quán)利要求1所述的變頻發(fā)電電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置其特征是汽油發(fā)電機(jī)(1)由汽缸體、活塞、點(diǎn)火系統(tǒng)與三相爪極式發(fā)電機(jī)構(gòu)成一個(gè)整體，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上有一個(gè)偏心軸與汽缸活塞桿相連接，當(dāng)活塞上下活動(dòng)時(shí)通過活塞桿和偏心軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求2所述的汽油發(fā)電機(jī)(1)其特征是三相爪極式發(fā)電機(jī)不限于有刷和單爪極式發(fā)電機(jī)，也可以是無刷和雙爪極式發(fā)電機(jī)。
4.如權(quán)利要求1所述的變頻發(fā)電電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置其特征是三相電動(dòng)機(jī)(2)為三相力矩異步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子為無槽鋼管型，定子為三相繞線型。
5.如權(quán)利要求4所述的三相力矩異步電動(dòng)機(jī)其特征是無槽鋼管型轉(zhuǎn)子在電動(dòng)機(jī)外部與車輪鋼圈聯(lián)接為一體，三相繞線型定子在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部與車輪軸緊固，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與車輪轉(zhuǎn)速一致。
全文摘要
一種變頻發(fā)電電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛。汽油發(fā)電機(jī)(1)輸出變頻交流電供與車輪構(gòu)成一體的電動(dòng)機(jī)(2)驅(qū)駛車輛行走，其速度由油門直接控制。蓄電池(6)由整流器(4)充電，逆變器(3)輸出可調(diào)頻率交流電備用，市區(qū)減少污染關(guān)閉汽油發(fā)電機(jī)時(shí)，備用電供電動(dòng)機(jī)續(xù)行駛和汽油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)，剎車為電機(jī)能耗制動(dòng)，開關(guān)(5)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換控制。該設(shè)計(jì)無齒輪、鏈條及摩擦剎車的噪音和振動(dòng)，加工件少。
文檔編號H02K7/18GK1108190SQ9410306
公開日1995年9月13日 申請日期1994年3月11日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月11日
發(fā)明者萬德鴻 申請人:萬德鴻