CN111509936A - 一种准差速锁和差速率控制***、控制方法和汽车 - Google Patents

一种准差速锁和差速率控制***、控制方法和汽车 Download PDF

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Abstract

将n个三相交流电机的所有绕组分相后依电机次序首尾连接,得到分属三个相位的三条边,三条边首尾连接构成大三角形接法,每条边内相邻绕组首尾接点为所在边的n等分点,大三角形每个顶点与对边相应的一个n等分点电气连接形成一条等分中线,三条等分中线连接后将大三角形切割出来的两部分在电气连接关系上等效于新的两个小三角形,小三角形的顶点均与大三角形三个顶点重合;三个顶点接通三相交流电源,每一个小三角形内电机仍保持在大三角形运行时的相同转向,且三个等分中线接通使电机之间实现准差速锁功能、断开则实现反载感电压分配的差速功能,这种相序连接关系称为三相交流电机的中线定理;通过中线上开关导通率Cy还可对差速率γ进行调制。

Description

一种准差速锁和差速率控制***、控制方法和汽车
技术领域
本发明属于电机和新能源汽车电驱动***控制技术领域,涉及一种准差速锁和差速率控制***、控制方法和汽车。
背景技术
以电机为核心的电驱动***,广泛应用于多种控制领域,特别是对于电驱动汽车。然而,现有的电驱动车辆,包括有电池单元、驱动电机、电子控制***、差速器等装置,无论是燃油车辆还是混合动力或者纯电动汽车,其所配置差速器基本上是沿用传统机械差速器来承载两个驱动轮之间转速差异。这存在以下这些负面问题。
①机械差速器较为笨重,加大了车辆载荷设计难度,不利于车辆轻量化。
②机械差速器的使用存在***损耗、降低机械能传输效率、导致轮系噪音增加。
③现有差速器无法进行锁止操作,少数配置有差速锁的差速器结构复杂、如为摩擦片式在工作时容易磨损和发热,缩短保养周期和增加维护成本、故障率增加。
④现有机械差速器和差速锁无法实现差速率控制。
⑤现有机械差速器及差速锁成本较高,而轮毂电机控制***过于复杂且技术不成熟。
⑥对于永磁电机车辆来说,存在成本高、控制复杂、热致退磁以及继发电池损耗问题。
⑦采用永磁电机产业链还存在稀土紧缺资源的消耗和开采与加工过程的环保问题。
此外,有关于将电机改为内外双转子式的差速电机结构设计,这种设计是将内转子连接一个输出轴驱动一个车轮、再将外转子经齿轮反向后连接另一个输出轴驱动另一个车轮,或者外转子连接一个输出轴驱动一个车轮、内转子经齿轮反向后连接另一个输出轴驱动另一个车轮,这样内外转子输出轴转向一致,内外转子之间作用力即为电机驱动力,虽然可以实现差速效应,但这种结构不能实现差速锁功能,并且有一侧需要反向机构参与运转,一则降低效率、增加结构、增加重量、增加生产成本、增加维护成本,二则内外转子旋转动量很难一致,会导致两侧驱动车轮旋转动量失衡,存在转向风险,因此一直未得到实际应用。
鉴于上述现实问题,工业及车用电驱动***亟需一种能克服上述技术问题的新技术出来。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电控驱动***,以期能够实现不需要机械差速器就能获得驱动轮之间差速效应、且能够无需机械差速锁就可以实现差速锁优秀的驱动性,以及提出差速率概念并且首创差速率控制***及其方法,为解决上述背景技术中所述的一些技术问题、为机械差速控制领域、汽车电驱动技术提供新的技术方案和技术视野。
依据本发明的一方面,提供了一种准差速锁控制***,其特殊之处在于,包括第一~第n这n个三相交流电机,其中n∈Z+且n≥2,每个交流电机包括三相绕组,
即:第1~第n电机的U相绕组分别为U1~Un、第1~第n电机的V相绕组分别为V1~Vn、第1~第n电机的W相绕组分别为W1~Wn;每个相绕组分别引出首端H和尾端T,其中,U1~Un绕组的首端分别为Hu1~Hun、尾端分别为Tu1~Tun,V1~Vn绕组的首端分别为Hv1~Hvn、尾端分别为Tv1~Tvn,W1~Wn绕组的首端分别为Hw1~Hwn、尾端分别为Tw1~Twn;
根据每一电机输出轴旋转方向要求确定所述电机绕组的相位顺序,再将所有电机的三相绕组按照绕组的相位顺序分U相、V相、W相三组,即U相组、V相组和W相组,每一组中的各个绕组依绕组所在电机1~n的顺序和绕组相序依次首尾连接,具体串联形式为,
所有电机的n个U相绕组U1~Un首尾串联连接,设1≤m≤n-1且m∈Z+,第m电机的U相绕组Um的尾端Tum与第m+1电机的U相绕组U(m+1)的首端Hw(m+1)连接,即绕组U1的尾端Tu1与绕组U2的首端Hu2连接、绕组U2的尾端Tu2与绕组U3的首端Hu3连接,依此连接规律执行,直至绕组U(n-1)的尾端Tu(n-1)与绕组Un的首端Hun连接,使所有电机的n个U相绕组依次首尾串联起来构成U相一条边,绕组U1的首端Hu1为该边的首端、绕组Un的尾端Tun为该边的尾端;该边上的n-1个首尾连接节点将该边分为n等份,在所述n-1个首尾连接节点中,令第m电机的U相绕组Um的尾端Tum与第m+1电机的U相绕组U(m+1)的首端Hu(m+1)连接节点为Dum,则所述节点Dum为该边的一个n等分点;所有电机的n个V相绕组V1~Vn首尾串联连接,设1≤m≤n-1且m∈Z+,第m电机的V相绕组Vm的尾端Tvm与第m+1电机的V相绕组V(m+1)的首端Hv(m+1)连接,即绕组V1的尾端Tv1与绕组V2的首端Hv2连接、绕组V2的尾端Tv2与绕组V3的首端Hv3连接,依此连接规律执行,直至绕组V(n-1)的尾端Tv(n-1)与绕组Vn的首端Hvn连接,使所有电机的n个V相绕组依次首尾串联起来构成V相一条边,绕组V1的首端Hv1为该边的首端、绕组Vn的尾端Tvn为该边的尾端;该边上的n-1个首尾连接节点将该边分为n等份,在所述n-1个首尾连接节点中,令第m电机的V相绕组Vm的尾端Tvm与第m+1电机的V相绕组V(m+1)的首端Hv(m+1)连接节点为Dvm,则所述节点Dvm为该边的一个n等分点;所有电机的n个W相绕组W1~Wn首尾串联连接,设1≤m≤n-1且m∈Z+,第m电机的W相绕组Wm的尾端Twm与第m+1电机的W相绕组W(m+1)的首端Hw(m+1)连接,即绕组W1的尾端Tw1与绕组W2的首端Hw2连接、绕组W2的尾端Tw2与绕组W3的首端Hw3连接,依此连接规律执行,直至绕组W(n-1)的尾端Tw(n-1)与绕组Wn的首端Hwn连接,使所有电机的n个W相绕组依次首尾串联起来构成W相一条边,绕组W1的首端Hw1为该边的首端、绕组Wn的尾端Twn为该边的尾端;该边上的n-1个首尾连接节点将该边分为n等份,在所述n-1个首尾连接节点中,令第m电机的W相绕组Wm的尾端Twm与第m+1电机的W相绕组W(m+1)的首端Hw(m+1)连接节点为Dwm,则所述节点Dwm为该边的一个n等分点;
将所述U相一条边、V相一条边和W相一条边按照交流电机的三角形连接方式进行首尾连接构成一个新的大三角形接法,即:将第1电机的U相绕组U1的首端Hu1与第n电机的W相绕组Wn的尾端Twn连接,并设连接节点为A;将第1电机的V相绕组V1的首端Hv1与第n电机的U相绕组Un的尾端Tun连接,并设连接节点为B;将第1电机的W相绕组W1的首端Hw1与第n电机的V相绕组Vn的尾端Tvn连接,并设连接节点为C;所述节点A、B、C为所述大三角形的三个顶点,用于连接三相交流电源;
还包括准差速锁控制电路,所述准差速锁控制电路包括三个独立控制开关分别为Ka、Kb和Kc,所述开关Ka、Kb和Kc均为包括两个控制端的开关器件,且所述开关器件在导通状态时两个控制端接通交流电流、在截止时两个控制端切断交流电流,
将所述开关Ka的一个控制端连接大三角形的顶点A,另一个控制端连接所述顶点A对边上的一个n等分点Dvm,当所述开关Ka导通时,在所述大三角形中,所述开关Ka构成所述顶点A对边的一条n等分中线,
将所述开关Kb的一个控制端连接大三角形的顶点B,另一个控制端连接所述顶点B对边上的一个n等分点Dwm,当所述开关Kb导通时,在所述大三角形中,所述开关Kb构成所述顶点B对边的一条n等分中线,
将所述开关Kc的一个控制端连接大三角形的顶点C,另一个控制端连接所述顶点C对边上的一个n等分点Dum,当所述开关Kc导通时,在所述大三角形中,所述开关Kc构成所述顶点C对边的一条n等分中线;
当所述开关Ka、Kb和Kc均截止时,在电气连接关系上,各个电机仍为串联关系,每条边上的n个相绕组串联分担所述三相交流电源的相电压,各电机相电流相等,当所有电机电气参数相同、负载均衡时,各电机的对应相绕组平均分担三相交流电源中各相电源电压即每个绕组分担三相电源的相电压的1/n;当电机负载不均衡时,负载重的电机转速下降导致电感量减小、所分担的电压降低、从而功率占比降低并且转速降低,负载轻的电机转速升高电感量变大、所分担的电压升高、从而功率占比升高并且转速升高,使各电机之间实现自动反载感电压分配的差速功能,即每一个电机的三相绕组所分担的电压与该电机绕组动态电感量呈正相关、与该电机的负载呈反相关的电压-负载分配关系,电机之间为差速关系;
当所述开关Ka、Kb和Kc均导通时,在电气连接关系上,三条n等分中线的连接等效于将所述大三角形分割为两个小三角形,其根据为,当所述顶点A、B、C接通三相交流电源时,
其中,一个三角形为由第1~第m电机的U相绕组U1~Um串联形成的U相所在边、V相绕组V1~Vm串联形成的V相所在边、W相绕组W1~Wm串联形成的W相所在边这三条边构成、顶点为A、B、C的第一小三角形,且由于相序关系使所述第一小三角形内运行的第1~第m电机的转子转向分别与所述第1~第m电机在开关Ka、Kb和Kc均截止时的大三角形状态运行时的转子转向相一致;另一个三角形为由第(m+1)~第n电机的U相绕组U(m+1)~Un串联形成的U相所在边、V相绕组V(m+1)~Vn串联形成的V相所在边、W相绕组W(m+1)~Wn串联形成的W相所在边这三条边构成、顶点为A、B、C的第二小三角形,且由于相序关系使所述第二小三角形内运行的第1~第m电机转子转向分别与所述第1~第m电机在开关Ka、Kb和Kc均截止时大三角形状态运行时的转子转向相一致;
即:将n个三相交流电机按照1~n顺序进行编号、再根据每一个已编号的交流电机输出轴旋转方向要求对所有电机绕组进行相位属性划分,即所有电机的U相绕组为一组、V相绕组为一组、W相绕组为一组,在每一组内按照绕组所在电机的编号顺序依次首尾串联连接形成一条边,得到分属U相、V相、W相的三条边,每一条边内的相邻绕组的首尾连接节点构成所在边的n等分点,再按照相同的绕组排列顺序确定每一条边的首尾端子,将由不同相位绕组首尾串联得到的三条边依据交流电机的三角形接法进行首尾连接,构成大三角形连接关系,将所述大三角形的每个顶点与对边相应的一个n等分点之间连接形成一条等分中线,三条等分中线连接后将所述大三角形切割为两部分,切割出来的两部分在电气连接关系上等效于新的两个小三角形,所述两个小三角形的顶点均与所述大三角形三个顶点重合,重合的三个顶点接通所述三相交流电源,每一个小三角形内运行的每一个电机仍旧保持所述电机在大三角形运行时的转子转向,这种以三条等分中线获取同转向的相序连接关系称为三相交流电机的中线定理;且这两个小三角形为电气并联关系,分别独立承载三相交流电源,若令所述第一小三角形内的电机分别驱动配置于第一轴内的相互独立的m个驱动轮、同时,亦令所述第二小三角形内的电机分别驱动配置于第二轴内的相互独立的n-m个驱动轮,两轴之间电系均独立承担三相交流电源从而使所述第一轴与第二轴之间的转矩相互独立,两轴之间实现相当于差速锁功能,即实现第一轴与第二轴的轴间差速锁,相比于机械差速锁的1:1转速关系,此时所述第一轴内电机的电源与所述第二轴内所有电机的电源为并联关系,不同轴上会因负载差异出现一定转速偏差,故这种以电气连接关系实现的差速锁不完全等同于机械差速锁的完全锁止,因此将这种电气关系的差速锁称为准差速锁,所述第一轴与第二轴之间为准差速锁关系,对于所述差速锁控制***应用于轮系驱动的车辆来说,这样的准差速锁优于刚性的机械差速锁,故称所述第一轴与第二轴之间实现的是轴间准差速锁;
当m=1且n-m>1时,此时第一小三角形内仅具有1个电机,该电机独立承担三相交流电源,使所述第m电机与所述第二小三角形内的、电机无自动反载感电压分配的差速功能,第一轴上的第m电机与所述第二轴之间实现准差速锁功能;当m>1时,第一小三角形内的m个电机之间具有自动反载感电压分配的差速功能,第一轴内的m个电机之间无准差速锁功能,第一轴与第二轴之间具有准差速锁功能;当m>1且n-m=1时,第二小三角形内仅具有1个电机,该电机独立承担三相交流电源,使所述第n电机与所述第一小三角形内的电机无自动反载感电压分配的差速功能,第二轴上的第n电机与所述第一轴之间实现准差速锁功能;当m≠1且n-m>1时,第二小三角形内的n-m个电极之间具有自动反载感电压分配的差速功能,第二轴内的m个电机之间无准差速锁功能;
即三个开关Ka、Kb、Kc均为接通时,三个开关所形成的所述大三角形的三个n分中线构成轴系之间的中线差速锁,实现准差速锁功能;
根据工况需要,适时接通或断开所述三个开关Ka、Kb、Kc,则使分属两个小三角形的电机所在的不同轴系之间实现轴间差速和轴间准差速锁功能,兼具差速性和差速锁的驱动性;
当所述两个小三角形中任一小三角形内含有h个电机时,所述小三角形内部再次进行如前所述的3个h等分中线方式进行连接时,仍符合所述中线定理,小三角形被再次分割为更小的三角形内部的电机仍旧保持原来的转向;在此基础上,适时接通或断开小三角形内部的中线连接时,能够实现小三角形内部的准差速锁功能,进而实现第一次中线连接后的轴间差速与轴间准差速锁、第二次~第h次中线连接后的轴系内部的轮系之间的差速与准差速锁,并以此递进优化、控制车辆上的轴系与轮系间的差速功能与差速锁驱动性能。
进一步的,还提供了一种准差速锁控制***,其特殊之处在于,所述准差速控制***包括第一电机和第二电机,所述第一电机的三相绕组为第一绕组、第二绕组和第三绕组,所述第一绕组的首尾两个端子分别为11和12、所述第二绕组的首尾两个端子分别为21和22、所述第三绕组的首尾两个端子分别为31和32,所述第二电机具有的三相绕组为第四绕组、第五绕组和第六绕组,所述第四绕组的首尾两个端子分别为41和42、所述第五绕组的首尾两个端子分别为51和52、所述第六绕组的首尾两个端子分别为61和62,将所有三相绕组依电机次序和绕组相序依次首尾串联连接,即:第一绕组端子12与第四绕组端子41连接,并设连接节点为Z,第二绕组端子22与第五绕组端子51连接,并设连接节点为X,第三绕组端子32与第六绕组端子61连接,并设连接节点为Y;再将所述第一绕组的端子11和第六绕组的端子62连接,并设连接节点为A,所述第二绕组的端子21和第四绕组的端子42连接,并设连接节点为B,所述第三绕组的端子31和第五绕组的端子52连接,并设连接节点为C,
使所述第一电机的三个绕组和所述第二电机的三个绕组构成第一种串联形式的大三角形接法:即以A、B、C为顶点,以第一和第四绕组串联支路为一条边、以第二和第五绕组串联支路为一条边、以第三和第六绕组串联支路为一条边,由这三条边组成等边三角形结构,或
使所述第一电机的三个绕组和所述第二电机的三个绕组构成第二种串联形式的大三角形接法:即以X、Y、Z为顶点,以第五和第三绕组串联支路为一条边、以第六和第一绕组串联支路为一条边、以第四和第二绕组串联支路为一条边,由这三条边组成等边三角形结构,
当采取所述第一种串联形式的三角形接法时,所述第一、四绕组串联支路所在边的二等分中点为Z、所述第二、五绕组串联支路所在边的二等分中点为X、所述第三、六绕组串联支路所在边的二等分中点为Y,
所述准差速锁控制电路包括三个控制开关,即第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3,所述K1的两个控制端分别连接所述等边三角形的顶点A和所述顶点A的对边二等分中点X,使所述第一开关K1构成该边二分中线,所述K2的两个控制端分别连接顶点B和所述顶点B的对边二等分中点Y,使所述第二开关K2构成该边二分中线,所述K3的两个控制端分别连接定点C和所述顶点C对边的二等分中点Z,使所述第三开关K3构成该边二分中线;
在所述顶点A、B、C施加三相交流电源,适时控制所述开关K1~K3的接通与截止,从而实现相应的差速与准差速锁功能;
当所述K1、K2、K3均为断开状态时,所述第一电机和第二电机的绕组之间为串联关系,即第一、四绕组串联承担A-B相间电压,第二、五绕组串联承担B-C相间电压,第三、六绕组串联承担C-A相间电压,且在连接绕组时确保两电机转子旋转方向符合设计要求,设两电机均为正转,两电机分担三相交流电源电压,两电机电流相等,当两电机电气参数相同、负载均衡时,两电机各自所分担电压为近似电源电压一半,当两电机负载不均衡时,负载重的电机转速下降电感量减小、所分担的电压降低、从而功率和转速降低,负载轻的电机转速升高电感量变大、所分担的电压升高、从而功率和转速升高,此时两电机输出轴之间实现自动反载感电压分配的差速功能,即不同电机的定子绕组分担电压与该绕组电感量呈正相关、与该电机的负载呈反相关的电压-负载分配关系,
当所述开关K1、K2、K3均为接通时,即A-X中线接通、B-Y中线接通、C-Z中线接通,所述第一电机的第一、二、三绕组分别承载A-C相间电压、B-A相间电压、C-B相间电压,所述第二电机的第四、五、六绕组分别承载C-B相间电压、A-C相间电压、B-A相间电压,两电机构成并联关系,相序相差使两电机旋转方向与串联时旋转方向一致,两电机均独立承担三相交流电压、独立转矩,实现准差速锁功能,即三个开关K1、K2、K3均为接通了所述等边三角形的三个中线构成中线差速锁,两电机之间失去反载感电压分配的差速功能,
根据工况需要适时接通或断开三个开关K1、K2、K3,使两个电机和准差速锁控制电路构成的准差速锁控制***实现实时差速与准差速锁控制功能、兼具差速性和差速锁的驱动性;
当采取所述第二种串联形式的三角形接法时,所述等边三角形的顶点为X、Y、Z,所述等边三角形三边的二等分中点分别为A、B、C,在所述顶点X、Y、Z和相应的对边中点设置准差速锁控制电路时,两电机和所述所构成的准差速锁控制电路共同构成的***如所述第一种串联方法同样实现实时差速与准差速锁控制功能、兼具差速性和差速锁的驱动性。
进一步的,还提供了一种准差速锁控制***,其特殊之处在于,所述准差速控制***包括第一电机、第二电机和第三电机;所述第一电机的三相绕组为第一绕组、第二绕组和第三绕组,所述第一绕组的首尾两个端子分别为11和12、第二绕组的首尾两个端子分别为21和22、第三绕组的首尾两个端子分别为31和32;所述第二电机的三相绕组为第四绕组、第五绕组和第六绕组,所述第四绕组的首尾两个端子分别为41和42、第五绕组的首尾两个端子分别为51和52、第六绕组的首尾两个端子分别为61和62;所述第三电机的三相绕组为第七绕组、第八绕组和第九绕组,所述第七绕组的首尾两个端子分别为71和72、第八绕组的首尾两个端子分别为81和82、第九绕组的首尾两个端子分别为91和92;
将三电机的三相绕组依电机次序和绕组相序依次首尾串联连接,即:第一绕组端子12与第四绕组端子41连接,并设连接节点为1241,第四绕组端子42与第七绕组端子71连接,并设连接节点为4271,第二绕组端子22与第五绕组端子51连接,并设连接节点为2251,第五绕组端子52与第八绕组端子81连接,并设连接节点为5281,第三绕组端子32与第六绕组端子61连接,并设连接节点为3261,第六绕组端子62与第九绕组端子91连接,并设连接节点为6291;再将所述第一绕组的端子11和第九绕组的端子92连接,并设连接节点为A,所述第二绕组的端子21和第七绕组的端子72连接,并设连接节点为B,所述第三绕组的端子31和第八绕组的端子82连接,并设连接节点为C,
使所述第一电机的三个绕组、第二电机的三个绕组和所述第三电机的三个绕组构成串联后的大三角形接法:即以A、B、C为顶点、以第一、四、七绕组串联支路、第二、五、八绕组串联支路和第三、六、九绕组串联支路为三边的等边三角形结构,
所述等边三角形第一、四、七绕组串联支路所在边的三等分中点为1241和4271、所述等边三角形第二、五、八绕组串联支路所在边的三等分中点为2251和5281、所述等边三角形由第三、六、九绕组串联支路所在边的三等分中点为3261和6291,
所述准差速锁控制电路包括六个控制开关,即第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4、第五开关K5和第六开关K6,所述K1的两个控制端分别连接所述等边三角形的顶点A和所述顶点A对边的三等分中点2251,使所述开关K1构成该边三分中线,所述K2的两个控制端分别连接顶点B及其对边的三等分中点3261,使所述开关K2构成该边的三分中线,所述K3的两个控制端分别连接所述定点C及其对边的三等分中点1241,使所述第三开关K3构成该边的三分中线,同理,将K4的两个控制端分别连接顶点B和5281节点、将K5的两个控制端分别连接顶点A和4271节点、将K6的两个控制端分别连接顶点C和6291节点;
在所述顶点A、B、C施加三相交流电源,适时控制所述开关K1~K6的接通与截止,从而实现相应的差速与准差速锁功能;
当所述K1、K2、K3均为断开状态时,所述第一、第二、第三电机的绕组间均为串联关系,即第一、四、七绕组串联承担A-B相间电压,第二、五、八绕组串联承担B-C相间电压,第三、六、九绕组串联承担C-A相间电压,且在连接绕组时确保三个电机转子旋转方向符合要求,设三电机均正转,三电机分担三相交流电源电压,三电机电流相等,当三电机电气参数相同、负载均衡时,三电机各自所分担电压为近似电源电压1/3,当负载不均衡时,负载重的电机转速下降电感量减小、所分担的电压降低、从而功率和转速降低,负载轻的电机转速升高电感量变大、所分担的电压升高、从而功率和转速升高,此时三电机实现自动反载感电压分配的差速功能,即分担电压与电感量呈正相关、与负载呈反相关的电压-负载分配关系,
①当所述K1、K2、K3均为接通且所述K4、K5、K6断开时,即A-2251中线接通、B-3261中线接通、C-1241中线接通,所述第一电机的第一、二、三绕组分别承载A-C相间电压、B-A相间电压、C-B相间电压,所述第一电机全压工作、转矩独立,且相序相差使第一电机与三电机串联时旋转方向一致;所述第二电机和第三电机的第四、七绕组承载C-B相间电压、第五、八绕组承载A-C相间电压、第六、九绕组承载B-A相间电压,两电机构成串联关系,相序相差使第二电机和第三电机这两个电机旋转方向与三电机串联时旋转方向一致,使第二与第三电机转子实现自动反载感电压分配的差速功能;但第二、三两电机组合与第一电机构成并联关系,若令第一电机驱动第一轴、第二电机和第三电机分别驱动第二轴上的相互独立的两个轮,两轴之间电系均独立承担三相交流电压从而各自独立转矩独立,实现第一轴与第二轴的轴间准差速锁、而第二轴内的两个轮分别由所述第二电机和第三电机轴内差速驱动,即三个开关K1、K2、K3均为接通了所述等边三角形的三个三分中线构成轴系之间的中线差速锁。在所述K4、K5、K6断开时,根据工况需要适时接通或断开所述三个开关K1、K2、K3,则使***实现实时轴间差速与准差速锁控制功能、兼具差速性和差速锁的驱动性;
②当所述K1、K2、K3、K4、K5、K6分别接通相应的顶点与三等分中点时,即A-2251中线接通、B-3261中线接通、C-1241中线接通、A-4271接通、B-5281接通、C-6291接通,所述第一电机的第一、二、三绕组分别承载C-A相间电压、A-B相间电压、B-C相间电压,所述第二电机的第四、五、六绕组分别承载C-A相间电压、A-B相间电压、B-C相间电压,所述第三电机的第七、八、九绕组分别承载A-B相间电压、B-C相间电压、C-A相间电压,所述第一、二、三电机均全压工作,三电机构成并联关系,均独立承担三相交流电压从而各自独立控制转矩,三电机之间全部实现相当于准差速锁功能,若令第一电机驱动第一轴、第二电机和第三电机驱动第二轴的两个轮,则实现第一轴与第二轴的实现轴间准差速锁驱动、第二轴内的两个轮分别由所述第二电机和第三电机实现轴内准差速锁驱动,即六个开关K1、K2、K3、K4、K5、K6均接通了所述等边三角形的三个三分中线构成中线差速锁。根据工况需要适时接通或断开六个开关K1、K2、K3、K4、K5、K6,使三个电机和准差速锁控制电路构成的准差速锁控制***实现实时轮间差速与轴间准差速锁控制功能、兼具轴间差速性和轴间差速锁的驱动性;
综合所述①和②,根据工况需要适时接通或断开六个开关K1~K6或适时分组接通或断开K1~K6,使***实现实时轴间差速与准差速锁、轴内差速与准差速锁、轮间差速与准差速锁控制功能、兼具差速性和差速锁的驱动性。
进一步的,还提供了一种准差速锁控制***,其特殊之处在于,所述准差速控制***包括第一电机、第二电机、第三电机和第四电机,
所述第一电机的三相绕组为第一绕组、第二绕组和第三绕组,所述第一绕组的首尾两个端子分别为11和12、所述第二绕组的首尾两个端子分别为21和22、所述第三绕组的首尾两个端子分别为31和32,
所述第二电机的三相绕组为第四绕组、第五绕组和第六绕组,所述第四绕组的首尾两个端子分别为41和42、所述第五绕组的首尾两个端子分别为51和52、所述第六绕组的首尾两个端子分别为61和62,
所述第三电机的三相绕组为第七绕组、第八绕组和第九绕组,所述第七绕组的首尾两个端子分别为71和72、所述第八绕组的首尾两个端子分别为81和82、所述第九绕组的首尾两个端子分别为91和92,
所述第四电机的三相绕组为第十绕组、第十一绕组和第十二绕组,所述第十绕组的首尾两个端子分别为101和102、所述第十一绕组的首尾两个端子分别为111和112、所述第十二绕组的首尾两个端子分别为121和122,将三个电机的三相绕组依电机次序和绕组相序依次首尾串联连接,
即:第一绕组端子12与第四绕组端子41连接,并设连接节点为1241,第四绕组端子42与第七绕组端子71连接,并设连接节点为4271,第七绕组端子72与第十绕组端子101连接,并设连接节点为72101,第二绕组端子22与第五绕组端子51连接,并设连接节点为2251,第五绕组端子52与第八绕组端子81连接,并设连接节点为5281,第八绕组端子82与第十一绕组端子111连接,并设连接节点为82111,第三绕组端子32与第六绕组端子61连接,并设连接节点为3261,第六绕组端子62与第九绕组端子91连接,并设连接节点为6291,第九绕组端子92与第十二绕组端子121连接,并设连接节点为92121;再将所述第一绕组的端子11和第十二绕组的端子122连接,并设连接节点为A,所述第二绕组的端子21和第十绕组的端子102连接,并设连接节点为B,所述第三绕组的端子31和第十一绕组的端子112连接,并设连接节点为C;使所述第一电机的三个绕组、第二电机的三个绕组、第三电机的三个绕组和所述第四电机的三个绕组构成串联后的大三角形接法:即以A、B、C为顶点、以第一、四、七、十绕组串联支路、第二、五、八、十一绕组串联支路和第三、六、九、十二绕组串联支路为三边的等边三角形结构;所述等边三角形第一、四、七、十绕组串联支路所在边的四等分中点为1241、4271和72101,所述等边三角形第二、五、八、十一绕组串联支路所在边的四等分中点为2251、5281和82111,所述等边三角形由第三、六、九、十二绕组串联支路所在边的三分中点为3261、6291和92121,
所述准差速锁控制电路包括第一至第九这九个相互独立控制的开关K1~K9,所述K1~K9均包括两个控制端,在导通状态时两个控制端接通交流电流、在截止时两个控制端切断交流电流,所述K1的两个控制端分别连接所述等边三角形的顶点A和所述顶点A的对边的四等分中点5281,使所述第一开关K1构成该边一个四分中线,所述K2的两个控制端分别连接顶点B所述顶点B的对边的四等分中点6291,使所述第二开关K2构成该边的一个四分中线,所述K3的两个控制端分别连接所述定点C和所述顶点C的对边的四等分中点4271,使所述第三开关K3构成该边的一个四分中线,同理将K4的两个控制端分别连接顶点A和72101节点、将K5的两个控制端分别连接顶点B和82111节点、将K6的两个控制端分别连接顶点C和92121节点,将K7的两个控制端分别连接顶点B和1241节点、将K8的两个控制端分别连接顶点C和2251节点、将K9的两个控制端分别连接顶点A和3261节点。
在所述顶点A、B、C施加三相交流电源,适时控制所述开关K1~K9的接通与截止,从而实现相应的差速与准差速锁功能;
当所述K1~K9均为断开状态时,所述第一电机、第二电机/第三电机和第四电机的绕组之间均为串联关系,即第一、四、七、十绕组串联承担A-B相间电压,第二、五、八、十一绕组串联承担B-C相间电压,第三、六、九、十二绕组串联承担C-A相间电压,且在连接绕组时确保四个电机转子旋转方向符合设计要求,设四个电机均为正转,四个电机分担所述三相交流电源电压,各电机电流相等,当四电机电气参数相同、负载均衡时,各自绕组所分担电压为近似电源电压1/4,当各电机负载不均衡时,负载重的电机转速下降电感量减小、所分担的电压降低、从而功率和转速降低,负载轻的电机转速升高电感量变大、所分担的电压升高、从而功率和转速升高,此时三电机实现自动反载感电压分配的差速功能,即分担电压与电感量呈正相关、与负载呈反相关的电压-负载分配关系,
①当且仅当所述K1、K2、K3分别接通时,即A-5281中线接通、B-6291中线接通、C-4271中线接通,此时串联连接的第一、四绕组作为一个整体分担了C-A相间电压,串联连接的第二、五绕组作为一个整体分担了A-B相间电压,串联连接的第三、六绕组作为一个整体分担了B-C相间电压,此时所述第一电机、第二电机的绕组构成了一个新的三角形连接关系的双电机串联体系,两电机构成串联关系,相序相差使两电机旋转方向与四个电机串联时旋转方向一致,新的三角形连接关系使第一与第二电机实现自动反载感电压分配的差速功能、所述第一电机与第二电机为差速关系;同理,第三电机和第四电机的绕组构成另一个新的三角形连接关系,相序相差使两电机旋转方向与四个电机串联时旋转方向一致,新的三角形连接关系使第三与第四电机实现自动反载感电压分配的差速功能、所述第三电机与第四电机亦为差速关系;若令第一电机和第二电机驱动第一轴上独立的两个轮,令第三电机和第四电机驱动第二轴上独立的两个轮,三个开关K1、K2、K3均为接通了所述等边三角形的三个中线构成中线差速锁,第一轴与第二轴之间相互独立控制,则实现所述第一轴与第二轴的轴间准差速锁,而第一轴内的两个轮分别由所述第一电机和第二电机实现轴内差速驱动,第二轴内的两个轮分别由所述第三电机和第四电机实现轴内差速驱动,在所述K4、K5、K6、K7、K8、K9均断开时,根据工况需要适时接通或断开三个开关K1、K2、K3,使四个电机准差速锁控制***实现实时轴间差速与准差速锁控制功能、兼具轴间的差速性和轴间差速锁的驱动性;
②当所述K1、K2、K3分别接通情况下,将K4、K5、K6分别接通且K7、K8、K9断开时,在所述第三电机和第四电机构成另一个新的三角形连接关系中,此时A-72101中线接通、B-82111中线接通、C-92121中线接通,所述第三电机的第七、八、九绕组分别承载C-A相间电压、A-B相间电压、C-B相间电压,所述第四电机的第十、十一、十二绕组分别承载A-B相间电压、B-C相间电压、C-A相间电压,所述第三电机和第四电机各自独立承载三相电源全压,实现准差速锁功能,且相序相差使第三和第四电机旋转方向与四个电机串联时旋转方向一致;由于所述开关K7、K8、K9均断开,使所述第一电机、第二电机仍旧处于第一、二电机绕组构成的新三角形连接关系的双电机串联体系中,相序相差使两电机旋转方向与四个电机串联时旋转方向一致,新的三角形连接关系使第一与第二电机实现自动反载感电压分配的差速功能;若令第一电机和第二电机驱动第一轴上独立的两个轮,令第三电机和第四电机驱动第二轴上独立的两个轮,三个开关K1、K2、K3均为接通了所述等边三角形的三个中线构成中线差速锁,则实现所述第一轴与第二轴的轴间准差速锁,而第一轴内的两个轮分别由所述第一电机和第二电机实现轴内差速驱动,第二轴内的两个轮分别由所述第三电机和第四电机实现轴内准差速锁驱动,使所述第三电机和第四电机为准差速锁关系,在所述K1、K2、K3接通、K7、K8、K9断开时,根据工况需要适时接通或断开三个开关K4、K5、K6,使四个电机和准差速锁控制电路构成的准差速锁控制***实现实时第一与第二轴的轴间差速与准差速锁控制功能、第二轴轴内准差速锁功能、第一轴轴内差速功能,兼具轴间的差速性、轴间差速锁的驱动性、第一轴轴内差速性、第二轴轴内差速锁的驱动性;
③当所述K1、K2、K3、K4、K5、K6分别接通,即在所述②的条件下,再将K7、K8、K9分别接通时,在所述第一电机和第二电机构成另一个新的三角形连接关系中,此时A-3261中线接通、B-1241中线接通、C-2251中线接通,所述第一电机的第七、八、九绕组分别承载C-A相间电压、A-B相间电压、C-B相间电压,所述第二电机的第一、二、三绕组分别承载A-B相间电压、B-C相间电压、C-A相间电压,所述第一电机和第二电机各自独立承载三相电源全压,实现准差速锁功能;若令第一电机和第二电机驱动第一轴上独立的两个轮,令第三电机和第四电机驱动第二轴上独立的两个轮,在三个开关K1、K2、K3接通了所述等边三角形的三个中线构成中线差速锁前提下,实现所述第一轴与第二轴的轴间准差速锁控制,同时,在三个开关K4、K5、K6接通了所述新的等边三角形的三个中线构成其中线差速锁前提下,实现所述第二轴的轴内准差速锁控制;同时,在三个开关K7、K8、K9接通了所述另一个新的等边三角形的三个中线构成中线差速锁前提下,实现所述第一轴的轴内准差速锁控制,而第一轴内的两个轮分别由所述第一电机和第二电机实现轴内差速驱动,第二轴内的两个轮分别由所述第三电机和第四电机实现轴内准差速锁驱动,即:在所述K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8、K9各自分别接通时,使四个电机和准差速锁控制电路构成的准差速锁控制***实现实时工况的第一与第二轴的轴间准差速锁控制功能、第二轴轴内准差速锁功能、第一轴轴内准差速锁功能,兼具轴间差速锁的驱动性、轴内差速锁的驱动性,本***应用于四驱车辆时,实现准差速锁控制分轴分时四驱、提高车辆通过性。
进一步的,还提供了一种准差速锁控制***,其特殊之处在于,所述准差速控制***包括第一电机、第二电机、第三电机、第四电机和第五电机,
所述第一电机的三相绕组为第一、第二和第三绕组,所述第一、第二和第三绕组各自的首尾两个端子依次分别为11和12、21和22、31和32,
所述第二电机的三相绕组为第四、第五和第六绕组,所述第四、第五和第六绕组各自的首尾两个端子依次分别为41和42、51和52、61和62,
所述第三电机的三相绕组为第七、第八和第九绕组,所述第七、第八和第九绕组各自的首尾两个端子依次分别为71和72、81和82、91和92,
所述第四电机的三相绕组为第十、第十一和第十二绕组,所述第十、第十一和第十二绕组各自的首尾两个端子分别为101和102、111和112、121和122,
所述第五电机的三相绕组为第十三、第十四和第十五绕组,所述第十三、第十四和第十五绕组各自的首尾两个端子分别为131和132、141和142、151和152,
将所述五个电机的三相绕组依电机次序和绕组相序依次首尾串联连接,即:所述端子12与41连接节点为1241,端子42与71连接节点为4271,端子72与101连接节点为72101,端子102与131连接节点为102131,端子22与51连接节点为2251,端子52与81节点为5281,端子82与111连接节点为82111,端子112和141连接节点为112141,端子32与61连接节点为3261,端子62与91连接节点为6291,端子92与121连接节点为92121,端子122与151连接节点为122151;再将所述端子11和端子152连接,并设连接节点为A,所述端子21和132连接,并设连接节点为B,所述端子31和端子142连接,并设连接节点为C。
使所述第一~第五电机各自的三个绕组构成串联后的大三角形接法:即以A、B、C为顶点、以第一、四、七、十、十三绕组串联支路、第二、五、八、十一、十四绕组串联支路和第三、六、九、十二、十五绕组串联支路为三边的等边三角形结构,
所述等边三角形第一、四、七、十、十三绕组串联支路所在边的五等分中点为1241、4271、72101和102131,所述等边三角形第二、五、八、十一、十四绕组串联支路所在边的五等分中点为2251、5281、82111和121141,所述等边三角形由第三、六、九、十二、十五绕组串联支路所在边的五等分中点为3261、6291、92121和122151,
所述准差速锁控制电路包括十二个相互独立控制的开关K1~K12,所述K1~K12个包括两个控制端,在导通状态时两个控制端接通交流电流、在截止时两个控制端切断交流电流,所述K1的控制端连接所述顶点A及其对边的五等分中点5281,使所述第一开关K1构成该边一个五分中线,所述K2的控制端连接顶点B及其对边的五等分中点6291,使所述第二开关K2构成该边的一个五分中线,所述K3的两个控制端分别连接所述定点C和所述顶点C的对边的五等分中点4271,使所述第三开关K3构成该边的一个五分中线。同理将K4的两个控制端分别连接顶点A和102131节点、将K5的两个控制端分别连接顶点B和112141节点、将K6的两个控制端分别连接顶点C和122151节点、将K7的两个控制端分别连接顶点A和92121节点、将K8的两个控制端分别连接顶点B和72101节点、将K9的两个控制端分别连接顶点C和82111节点、将K10的两个控制端分别连接顶点A和3261节点、将K11的两个控制端分别连接顶点C和2251节点、将K12的两个控制端分别连接顶点B和1241节点。
在所述顶点A、B、C施加三相交流电源,适时控制所述开关K1~K12的接通与截止,从而实现相应的差速与准差速锁功能;
①当所述K1~K12均为断开状态时,所述五个电机的绕组之间均为串联关系,各电机电流相等,当五电机电气参数相同、负载均衡时,各自绕组所分担电压为近似电源电压1/5,当各电机负载不均衡时,负载重的电机转速下降电感量减小、所分担的电压降低、从而功率和转速降低,负载轻的电机转速升高电感量变大、所分担的电压升高、从而功率和转速升高,此时三电机实现自动反载感电压分配的差速功能,即分担电压与电感量呈正相关、与负载呈反相关的电压-负载分配关系;
②当且仅当所述开关K1、K2、K3分别接通时,所述等边三角形每条边上的五个串联的绕组各被分为两组,设所述第一和第二电机为第一组、设所述第三与第四、五电机为第二组,第一与第二组之间实现准差速锁功能、每一组内的电机转子之间实现差速功能;
③在所述②基础上,所述开关K4、K5、K6接通时,所述第二组内又分为两组,设第三和第四电机为第三组、设第五电机独立为第四组,第三与第四组间实现准差速锁功能,且所述第三组、第四组与所述第一组这三个组之间全部实现组间准差速锁功能,所述第三与第四电机之间为差速关系;
④在所述③基础上,所述开关K7、K8、K9接通时,所述第三组内又分为两组,设第三电机独立为第五组、设第四电机独立为第六组,第五与第六组间实现准差速锁功能,且所述第五组、第六组与所述第一组、第四组这四个组之间全部实现组间准差速锁功能;
⑤在所述④基础上,所述开关K10、K11、K12接通时,所述第一组内又分为两组,设第一电机独立为第七组、设第二电机独立为第八组,第七与第八组间实现准差速锁功能,且所述第七组、第八组与所述第一组、第五组、第六组这五个组间全部实现组间准差速锁功能。
进一步的,还提供了一种准差速锁控制***,其特殊之处在于,所述准差速控制***包括第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、第五电机和第六电机,
所述第一电机的三相绕组为第一、第二和第三绕组,所述第一、第二和第三绕组各自的首尾两个端子依次分别为11和12、21和22、31和32,
所述第二电机的三相绕组为第四、第五和第六绕组,所述第四、第五和第六绕组各自的首尾两个端子依次分别为41和42、51和52、61和62,
所述第三电机的三相绕组为第七、第八和第九绕组,所述第七、第八和第九绕组各自的首尾两个端子依次分别为71和72、81和82、91和92,
所述第四电机的三相绕组为第十、第十一和第十二绕组,所述第十、第十一和第十二绕组各自的首尾两个端子依次分别为101和102、111和112、121和122,
所述第五电机的三相绕组为第十三、第十四和第十五绕组,所述第十三、第十四和第十五绕组各自的首尾两个端子分别为131和132、141和142、151和152,
所述第六电机的三相绕组为第十六、第十七和第十八绕组,所述第十六、第十七和第十八绕组各自的首尾两个端子分别为161和162、171和172、181和182,
将所述六个电机的三相绕组依电机次序和绕组相序依次首尾串联连接,即:所述端子12与41连接节点为1241,端子42与71连接节点为4271,端子72与101连接节点为72101,端子102与131连接节点为102131,端子132与161连接节点为132161;端子22与51连接节点为2251,端子52与81节点为5281,端子82与111连接节点为82111,端子112和141连接节点为112141,端子142和171连接节点为142171;端子32与61连接节点为3261,端子62与91连接节点为6291,端子92与121连接节点为92121,端子122与151连接节点为122151,端子152和181连接节点为152181;再将所述端子11和端子182连接,并设连接节点为A,所述端子21和端子162连接,并设连接节点为B,所述端子31和端子172连接,并设连接节点为C;使所述第一~第六电机各自的三个绕组构成串联后的大三角形接法:即以A、B、C为顶点、以第一、四、七、十、十三、十六绕组串联支路、第二、五、八、十一、十四、十七绕组串联支路和第三、六、九、十二、十五、十八绕组串联支路为三边的等边三角形结构;其中,第一、四、七、十、十三、十六绕组串联支路所在边的六等分中点为1241、4271、72101、102131和132161,第二、五、八、十一、十四、十七绕组串联支路所在边的六等分中点为2251、5281、82111、121141和142171,第三、六、九、十二、十五、十八绕组串联支路所在边的六等分中点为3261、6291、92121、122151和152181,
所述准差速锁控制电路包括十五个相互独立控制的开关K1~K15,所述K1~K15各包括两个控制端,在导通状态时两个控制端接通交流电流、在截止时两个控制端切断交流电流,所述K1的控制端连接所述顶点A及其对边的一个六等分中点82111,使所述第一开关K1构成该边一个六分中线,所述K2的控制端连接顶点B及其对边的一个六等分中点92121,使所述第二开关K2构成该边的一个六分中线,所述K3的两个控制端分别连接所述定点C和所述顶点C的对边的六等分中点72101,使所述第三开关K3构成该边的一个六分中线,
同理将K4的两个控制端分别连接顶点A和102131节点、将K5的两个控制端分别连接顶点B和112141节点、将K6的两个控制端分别连接顶点C和122151节点、将K7的两个控制端分别连接顶点A和142171节点、将K8的两个控制端分别连接顶点B和152181节点、将K9的两个控制端分别连接顶点C和132161节点、将K10的两个控制端分别连接顶点A和6291节点、将K11的两个控制端分别连接顶点B和4271节点、将K12的两个控制端分别连接顶点C和5281节点,将K13的两个控制端分别连接顶点A和2251节点、将K14的两个控制端分别连接顶点B和3261节点、将K15的两个控制端分别连接顶点C和1241节点;
在所述顶点A、B、C施加三相交流电源,适时控制所述开关K1~K15的接通与截止,从而实现相应的差速与准差速锁功能;
①当所述K1~K15均为断开状态时,所述六个电机的绕组之间均为串联关系,各电机电流相等,当六电机电气参数相同、负载均衡时,各自绕组所分担电压为近似电源电压1/6,当各电机负载不均衡时,负载重的电机转速下降电感量减小、所分担的电压降低、从而功率和转速降低,负载轻的电机转速升高电感量变大、所分担的电压升高、从而功率和转速升高,此时电机之间实现自动反载感电压分配的差速功能,即分担电压与电感量呈正相关、与负载呈反相关的电压-负载分配关系;
②当且仅当所述开关K1、K2、K3分别接通时,所述等边三角形每条边上的六个串联的绕组各被分为两组,设所述第一、二、三电机为第一组,所述第四、五、六电机为第二组,第一组与第二组之间实现准差速锁功能、每一组内的电机转子之间实现差速功能;
③在所述②基础上,所述开关K4、K5、K6接通时,所述第二组内又分为两组,设第四电机独立为第三组、第五和第六电机为第四组,第三与第四组间实现准差速锁功能,且所述第三组、第四组与所述第一组这三个组之间全部实现组间准差速锁功能;
④在所述③基础上,所述开关K7、K8、K9接通时,所述第四组内又分为两组,设第五电机独立为第五组、第六电机独立为第六组,第五组与第六组间实现准差速锁功能,且所述第五组、第六组与所述第一组、第三组这四个组之间全部实现组间准差速锁功能;
⑤在所述④基础上,所述开关K10、K11、K12接通时,所述第一组内又分为两组,设第三电机独立为第七组、第一和二电机为第八组,第七与第八组间实现准差速锁功能,且所述第七组、第八组与所述第三组、第五组、第六组这五个组之间全部实现组间准差速锁功能;
⑥在所述⑤基础上,所述开关K13、K14、K15接通时,所述第八组内又分为两组,设第一电机独立为第九组、第二电机独立为第十组,第九与第十组间实现准差速锁功能,且所述第九组、第十组与所述第三组、第五组、第六组、第七组这六个组之间实现准差速锁功能。
依据本发明的第二方面,提供了一种准差速锁控制***,其特殊之处在于,包括单体交流差速锁电机和准差速锁控制电路,所述单体交流差速锁电机包括两个参数一致的第一定子和第二定子、两个参数一致的第一转子和第二转子,所述第一转子轴向的一端和第二转子轴向的一端同轴靠近布置,且所述第一转子和第二转子之间采用轴承接触或轴承连接,所述第一定子和第二定子同轴装配于一个壳体内,所述第一定子的铁芯与所述第一转子的铁芯在径向相对,所述第二定子的铁芯与所述第二转子的铁芯在径向相对,两个端盖分别安装于所述壳体的轴向两端,所述第一转子和所述第二转子的非接触端的转子轴分别从所述两个端盖的中央轴孔穿出,且所述转子轴与所述轴孔之间配置有轴承支撑,使所述第一定子和第二定子、所述第一转子和第二转子共同安装于一个单体外壳内,且使所述第一转子和第二转子相对于所述外壳允许自由运转、所述第一转子和所述第二转子之间允许相对自由运转;
所述第一定子和第二定子均具有参数一致的定子铁心和参数一致的定子绕组,所述第一定子和第二定子的定子绕组均为三相绕组,所述第一定子和第二定子的绕组接法与本发明第一方面的两电机准差速锁控制***中“第一电机和第二电机定子绕组接法”相同,即:所述第一定子的三相绕组为第一绕组、第二绕组和第三绕组,所述第一绕组的首尾两个端子分别为11和12、所述第二绕组的首尾两个端子分别为21和22、所述第三绕组的首尾两个端子分别为31和32;所述第二定子的三相绕组为第四绕组、第五绕组和第六绕组,所述第四绕组的首尾两个端子分别为41和42、所述第五绕组的首尾两个端子分别为51和52、所述第六绕组的首尾两个端子分别为61和62,将两个定子的三相绕组依定子次序和绕组相序依次首尾串联连接,
即:第一绕组端子12与第四绕组端子41连接,并设连接节点为Z,第二绕组端子22与第五绕组端子51连接,并设连接节点为X,第三绕组端子32与第六绕组端子61连接,并设连接节点为Y;再将所述第一绕组的端子11和第六绕组的端子62连接,并设连接节点为A,所述第二绕组的端子21和第四绕组的端子42连接,并设连接节点为B,所述第三绕组的端子31和第五绕组的端子52连接,并设连接节点为C,
使所述第一定子的三个绕组和所述第二定子的三个绕组构成第一种串联形式的大三角形接法:即以A、B、C为顶点,以第一和第四绕组串联支路为一条边、以第二和第五绕组串联支路为一条边、以第三和第六绕组串联支路为一条边,由这三条边组成等边三角形结构,
或,使所述第一定子的三个绕组和第二定子的三个绕组构成第二种串联形式的大三角形接法:即以X、Y、Z为顶点,以第五和第三绕组串联支路为一条边、以第六和第一绕组串联支路为一条边、以第四和第二绕组串联支路为一条边,由这三条边组成等边三角形结构,
当采取所述第一种串联形式的三角形接法时,所述第一、四绕组串联支路所在边的二等分中点为Z、所述第二、五绕组串联支路所在边的二等分中点为X、所述第三、六绕组串联支路所在边的二等分中点为Y,
所述准差速锁控制电路包括三个控制开关,即第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3,所述K1的两个控制端分别连接所述等边三角形的顶点A和所述顶点A对边的二等分中点X,使所述开关K1构成该边二分中线,所述K2的两个控制端分别连接顶点B和所述顶点B对边的二等分中点Y,使所述开关K2构成该边二分中线,所述K3的两个控制端分别连接定点C和所述顶点C对边的二等分中点Z,使所述第三开关K3构成该边二分中线;
在所述顶点A、B、C施加三相交流电源,适时控制所述开关K1~K3的接通与截止,从而实现相应的差速与准差速锁功能;
当所述K1、K2、K3均为断开状态时,所述第一定子和第二定子的绕组之间为串联关系,即第一、四绕组串联承担A-B相间电压,第二、五绕组串联承担B-C相间电压,第三、六绕组串联承担C-A相间电压,且在连接绕组时确保第一转子和第二转子旋转方向符合设计要求,设两转子均为正转,两定子对应相绕组分担所述三相交流电源电压,两绕组对应相电流相等,当两转子负载均衡时,两定子对应相绕组各自所分担电压为近似电源电压一半,当两转子负载不均衡时,负载重的转子转速下降随之对应的定子绕组电感量减小、所述定子绕组所分担的电压降低、从而所述转子功率和转速降低,负载轻的转子转速升高随之对应的定子绕组电感量变大、所述定子绕组所分担的电压升高、从而所述转子功率和转速升高,此时两转子输出轴之间实现自动反载感电压分配的差速功能,即不同转子对应的定子绕组分担电压与该绕组电感量呈正相关、与该转子的负载呈反相关的电压-负载分配关系,
当所述开关K1、K2、K3均为接通时,即A-X中线接通、B-Y中线接通、C-Z中线接通,所述第一定子的第一、二、三绕组分别承载A-C相间电压、B-A相间电压、C-B相间电压,所述第二定子的第四、五、六绕组分别承载C-B相间电压、A-C相间电压、B-A相间电压,两定子对应相绕组构成并联关系,相序相差使两转子旋转方向与串联时旋转方向一致,两定子绕组均独立承担三相交流电压、两转子转矩相互独立,两转子输出轴之间实现准差速锁功能,即三个开关K1、K2、K3均为接通了所述等边三角形的三个中线构成中线差速锁,两转子之间失去反载感电压分配的差速功能;根据工况需要适时接通或断开三个开关K1、K2、K3,使所述单体交流差速锁电机和所述准差速锁控制电路构成的准差速锁控制***实现差速与准差速锁控制功能、兼具差速性和差速锁的驱动性;
当采取所述第二种串联形式的三角形接法时,所述等边三角形的顶点为X、Y、Z,所述等边三角形三边的二等分中点分别为A、B、C,在所述顶点X、Y、Z和相应的对边中点设置准差速锁控制电路的三个控制的开关电路时,两定子和所述准差速锁控制电路构成的准差速锁控制***实现如所述第一种串联形式同样的差速与准差速锁控制功能、兼具差速性和差速锁的驱动性。
依据本发明的第三方面,提供了一种差速率控制***,包括本发明第二方面所述的准差速锁控制***,其特殊之处在于,所述三个控制开关K1、K2和K3还分别具有各自的信号输入端,所述准差速锁控制电路还包括导通率调制电路,所述导通率调制电路具有三个信号输出端与所述开关K1、K2和K3的信号输入端相对应,所述导通率调制电路的三个输出端分别与所述开关K1、K2和K3的信号输入端连接,用于通过所述导通率调制电路分别控制所述三个开关K1、K2和K3各自两个控制端的导通率Cy,所述导通率Cy为三个开关K1、K2和K3中任一开关的导通时间Ton与导通周期T的比值,所述导通周期T为所述开关的导通时间Ton与截止时间Toff之和,即Cy=Ton/(Ton+Toff),当导通率Cy=0时,所述三个开关K1、K2和K3均截止,互为差速关系的两个转子输出轴之间没有锁止关系,所述两个转子输出轴之间的转速允许实现从完全等速到完全差速;令互为差速关系的两个转子的输出轴之间的差速率为:(高速轴速VH-低速轴速VL)/(高速轴速VH),令所述差速率的符号为γ,
即:γ=(VH-VL)/(VH);当所述导通率Cy=0时,在三个开关K1、K2和K3均截止的可差速状态,两转子输出轴之间的差速率在[0~1]之间变化,即γ∈[0~1];当完全等速即无差速时,两转子输出轴转速Sp1=Sp2,VH=VL,差速率γ=(VH-VL)/(VH)=0,差速率最小,此工况出现在各电机参数相同且负荷相同时;当完全差速时,两转子输出轴转速|Sp1|>0而Sp2=0或Sp1=0而|Sp2|>0,VL=0,差速率γ=(VH-VL)/(VH)=1,差速率大最大,即一个转子停转、一个转子运转;当两转子输出轴处于不完全差速时,|Sp1|≠|Sp2|且|Sp1|>0同时|Sp2|>0,VH>VL,差速率γ=(VH-VL)/(VH),γ∈(0~1),差速率为处于0-1之间的小数;
当所述导通率Cy=1时,两转子输出轴实现准差速锁驱动,两转子阻力均衡时,两转子输出轴转速相同,VH=VL,差速率γ=(VH-VL)/(VH)=0,差速率最小,实现准差速锁,
当所述导通率Cy满足关系式1>Cy>0时,在两转子受到的阻力均衡时,两转子输出轴转速相同,VH=VL,差速率γ=(VH-VL)/(VH)=0,差速率最小;在两转子受到的阻力不均衡时,两输出轴转速不同,设VH>VL,差速率γ=(VH-VL)/(VH),γ∈(0~1),差速率为处于0-1之间的小数,如导通率Cy从0到1递增时,差速率则由1向0递减,如导通率Cy从1到0递减时,差速率则由0向1递增,依据工况和控制目标通过调整所述导通率Cy实现差速率γ的管控,使不同转子输出轴之间差速率得到控制,使得所述差速锁和差速率控制***的差速性和差速锁的驱动性得以动态实时跟踪与灵活控制,用于面对较为复杂的负荷工况。
依据本发明的第四方面,提供了一种差速率控制***,包括本发明第一方面所述的准差速锁控制***,其特殊之处在于,所述三个控制开关Ka、Kb和Kc还分别具有各自的信号输入端,所述准差速锁控制电路还包括导通率调制电路,所述导通率调制电路具有三个信号输出端与所述开关Ka、Kb和Kc的信号输入端相对应,所述导通率调制电路的三个输出端分别与所述开关Ka、Kb和Kc的信号输入端连接,用于通过所述导通率调制电路分别控制所述三个开关Ka、Kb和Kc各自两个控制端的导通率Cy,所述导通率Cy为三个开关Ka、Kb、Kc中任一开关的导通时间Ton与导通周期T的比值,所述导通周期T为所述开关的导通时间Ton与截止时间Toff之和,即Cy=Ton/(Ton+Toff),当导通率Cy=0时,所述三个开关Ka、Kb和Kc均截止,互为差速的两个电机输出轴之间没有锁止关系,所述两个电机输出轴之间的转速允许实现从完全等速到完全差速;在所述准差速锁控制***中的不同电机之间,令互为差速关系的两电机的输出轴之间的差速率γ为:(高速轴速VH-低速轴速VL)/(高速轴速VH),即:γ=(VH-VL)/(VH);
当所述导通率Cy=0时,在三个开关Ka、Kb和Kc均截止的可差速状态,电机输出轴之间的差速率在[0~1]之间变化,即γ∈[0~1];当完全等速即无差速时,不同电机的输出轴转速Sp1=Sp2,VH=VL,差速率γ=(VH-VL)/(VH)=0,差速率最小,此工况出现在各电机参数相同且负荷相同时;当完全差速时,电机输出轴转速|Sp1|>0而Sp2=0或Sp1=0而|Sp2|>0,VL=0,差速率γ=(VH-VL)/(VH)=1,差速率大最大,即一个电机停转、一个电机运转;当电机输出轴处于不完全差速时,|Sp1|≠|Sp2|且|Sp1|>0同时|Sp2|>0,VH>VL,差速率γ=(VH-VL)/(VH),γ∈(0~1),差速率为处于0-1之间的小数;
当所述导通率Cy=1时,电机输出轴实现准差速锁驱动,电机参数相同且阻力均衡时,电机输出轴转速相同,VH=VL,差速率γ=(VH-VL)/(VH)=0,差速率最小,实现准差速锁
当所述导通率Cy满足关系式1>Cy>0时,在电机参数相同且阻力均衡时,电机输出轴转速相同,VH=VL,差速率γ=(VH-VL)/(VH)=0,差速率最小;
在电机参数相同但阻力不均衡时,电机输出轴转速不同,设VH>VL,差速率γ=(VH-VL)/(VH),γ∈(0~1),差速率为处于0-1之间的小数,如导通率Cy从0到1递增时,差速率则由1向0递减,如导通率Cy从1到0递减时,差速率则由0向1递增,依据工况和控制目标通过调整所述导通率Cy来实现差速率γ的管控,使不同电机输出轴之间差速率得到控制,使得所述差速锁控制***和差速率控制***的差速性和差速锁的驱动性得以动态实时跟踪与灵活控制,用于面对较为复杂的负荷工况;
当所述准差速锁控制***的控制开关个数为q且q>3时,即除所述开关Ka、Kb和Kc之外,所述准差速锁控制***还具有(q-3)个控制开关,所述(q-3)个控制开关分别还具有各自信号输入端,所述导通率调制电路还具有(q-3)个信号输出端,所述(q-3)个信号输出端分别与所述(q-3)控制开关的信号输入端相对应连接,图17示出了K4……K(q-3)的电路连接。通过所述导通率调制电路1000控制所述(q-3)个控制开关的导通率Cy,使输出轴之间差速率得到控制,使***的差速性和差速锁的驱动性得以动态实时跟踪与灵活控制,用于面对较为复杂的负荷工况。
依据本发明的第五方面,还提供了一种差速率控制方法,包括本发明第四方面所述的差速锁率控制***,其特殊之处在于,包括如下步骤,
S1:在具有n个电机的差速率控制***中,分别在第一至第n电机的输出轴设置转速传感器,实时采集所述差速率控制***中互为差速关系和互为差速锁关系的不同电机输出轴转速信号Sp1~Spn、同时采集加减速指令信号VTA,
S2:将步骤1所述的信号Sp1~Spn、VTA输入给一电子控制单元ECM,
S3:所述电子控制单元ECM将步骤1所述的信号Sp1~Spn、VTA进行处理和运算,通过所述γ=(VH-VL)/(VH)计算获取当前工况的差速率γ,将所述差速率γ与所述电子控制单元ECM内存的差速率γ脉谱图进行比较和运算获得差速率调整数据,根据所述差速率调整数据计算当前导通率调整数据Cy,所述差速率γ脉谱图为通过工程试验获取的差速率γ的动态控制模型数据,
S4:所述电子控制单元ECM输出导通率控制指令给所述导通率调制电路,
S5:所述导通率调制电路实时控制所述差速率控制***中的控制开关的导通率Cy,进而实现差速率γ的优化控制。
依据本发明的第五方面,提供了另一种差速率控制方法,应用于本发明第四方面所述的差速率控制***,其特殊之处在于,包括如下步骤,
S1:在具有n个电机的差速率控制***中,分别在第一至第n电机的输出轴设置转速传感器,实时采集所述差速率控制***中互为差速关系和互为差速锁关系的不同电机输出轴转速信号Sp1~Spn、同时采集启动信号Sta1和转向信号Str1,所述启动信号Sta1为使所述差速率控制***的电机投入启动运行的控制指令信号,所述转向信号Str1为使所述差速率控制***的不同电机产生转速差异的控制指令信号,
S2:将步骤1所述的信号Sta1、Str1、Sp1~Spn输入给一电子控制单元ECM,
S3:所述电子控制单元ECM将步骤1所述的信号Sta1、Str1、Sp1~Spn进行处理和运算,并与内存的差速率目标值γ脉谱图进行比较和运算,通过计算获取当前工况的差速率γ,将所获取的差速率γ与所述电子控制单元ECM内存的差速率γ脉谱图进行比较和运算获得差速率调整数据,根据所述差速率调整数据计算当前导通率调整数据Cy,所述差速率γ脉谱图为通过工程试验获取的差速率γ的动态控制模型数据,
S4:所述电子控制单元ECM输出导通率控制指令给所述导通率调制电路,
S5:所述导通率调制电路控制所述差速率控制***中的控制开关的导通率Cy,进而实现转向或启动时差速率γ的优化控制。
依据本发明的第五方面,还提供了一种差速率控制方法,应用于本发明第四方面所述的差速率控制***,其特殊之处在于,包括如下步骤,
S1:在具有n个电机的差速率控制***中,分别在第一至第n电机的输出轴设置转速传感器,实时采集所述差速率控制***中互为差速关系的编号为f、t的不同电机输出轴转速信号Spf~Spt,其中f∈[1~n]、p∈[1~n],
S2:将步骤1所述的信号Spf~Spt输入给一电子控制单元ECM,
S3:所述电子控制单元ECM将步骤1所述的信号Spf~Spt进行处理和运算,判别是否存在输出轴打滑:在所述Spf~Spt信号数据组监视过程中,选取所述信号数据组转速最高的信号数据Spmax与转速最低的信号数据Spmin进行比较,若转速最高的信号数据Spmax与转速最低的信号数据Spmin之差小于允许值Lims1,即Spmax-Spmin<Lims1时,则判定信号数据Spmax与Spmin所在电机不存在驱动打滑;若转速最高的信号数据Spmax与转速最低的信号数据Spmin之差超出允许值Lims1,即Spmax-Spmin>Lims1时,则判定信号数据Spmax所在电机输出轴存在驱动打滑,所述电子控制单元ECM计算当前Spmax所在电机的滑转率δ,所述δ=[(Spmax-Spmin)/Spmin]×100%且所述Spmin>0,并进一步计算当前滑转率所对应的差速率当量,将所述差速率当量与对应于内存的差速率目标值γ脉谱图进行比较和运算获得差速率调整数据,根据所述差速率调整数据计算当前导通率调整数据Cy,所述差速率γ脉谱图为通过工程试验获取的差速率γ的动态控制模型数据,
S4:所述电子控制单元ECM输出导通率控制指令给所述导通率调制电路,
S5:所述导通率调制电路控制所述差速率控制***中的控制开关的导通率Cy,进而实现输出轴打滑时的差速率γ优化控制。
依据本发明的第五方面,还提供了又一种差速率控制方法,应用于本发明第三或第四方面所述的差速率控制***,其特殊之处在于,当所述差速率控制***处于导通率Cy=0时的可差速驱动状态时,所述差速率控制***的顶点A、B、C所接通的三相交流电源采用第一电压值;当所述差速率控制***处于导通率Cy=1时的准差速锁驱动状态时,所述差速率控制***的顶点A、B、C所接通的三相交流电源采用第二电压值;当所述差速率控制***处于导通率Cy满足1>Cy>0关系的可变差速率驱动状态时,所述差速率控制***的顶点A、B、C所接通的三相交流电源采用第三电压值;
设所述顶点A、B、C所接通的三相交流电源电压值为E,则E=f(Cy,γ),即依据差速率γ控制目标调整所述导通率Cy时,调整所述三相交流电源电压值E使其跟踪导通率Cy的变化,来实现不同电机或不同转子输出轴之间差速率调控和转矩响应,使得所述差速锁控制***和差速率控制***的差速性和差速锁的驱动性得以优化控制,用于应对复杂的负荷工况;
在进行上述导通率满足Cy=0或Cy=1或1>Cy>0关系的差速率控制的同时,监测所述差速率控制***的电机电流Ir,当电流Ir超过允许值Im时调整所述导通率Cy或调整所述三相交流电源电压值E。
依据本发明的第六方面,提供了一种汽车,其特殊之处在于,包括本发明第一方面或第二方面所述的任一种准差速锁控制***,或包括本发明第三方面或第四方面所述的差速率控制***,或包括采用本发明第五方面所述的任一种差速率控制方法。
本发明的有益效果是:1、创造性提出三相交流电机中线(准)差速锁定理及驱动控制***。
2、准差速锁及差速率控制***采用交流电机,结构坚固可靠、耐久性强、技术通用性强、简化结构、提高运行可靠性、利于规模产业化、降低成本。
3、交流电机技术成熟度高、坚固耐用、易于普及、降低产业投入成本、缩短建设周期。
4、转子参数一致性高、旋转方向无需倒向,旋转动量相平衡,易于生产,结构简单,实用性及技术普及性强。
5、省去永久磁体,不会发生因振动、温度、时间导致永磁退磁电机功率下降问题,节省成本和工艺难度、节省矿业资源、减少稀土开采和生产环节带来的环保问题。
6、省去机械差速器,降低结构成本、减轻重量,有利于轻量化。
7、易于实现差速锁控制,且准差速锁优于机械差速锁,和机械差速锁相比减轻重量,有利于轻量化,从而为节能减排增效。
8、首次提出并实现差速率控制,提升车辆驱动性和通过性、提升车辆操控性能,有利于提高精细化差速率控制实现车辆优化控制,进而提高舒适性和安全性。
9、准差速锁和差速率控制***有利于提升车辆起步、爬坡、崎岖路面等复杂工况的性能。
10、电路结构较为简单、***驱动元件数较少。
11、有利于应用在双轮驱动、三驱动***、四驱***及多驱***。
12、为车辆及相关电机控制技术领域提供新的技术视角和开发空间,为现有燃油车辆及在用车辆的电动化提供有力技术途径和技术支持,为新能源汽车动力***等开辟了新的技术发展空间,为人类的出行产业与节能环保、悠舒驾驶作出贡献。
附图说明
图1是本发明实施方式提供的一种两电机准差速锁控制***的中线差速锁接法示意图,
图2是图1所示的两电机准差速锁控制***在准差速锁状态时两电机连接关系示意图,
图3是图1所示的两电机准差速锁控制***在差速状态时两电机就连接关系示意图,
图4是本发明实施方式提供的一种两电机准差速锁控制***的另一种供电接法示意图,
图5是本发明实施方式提供的一种三电机准差速锁控制***的中线差速锁接法示意图,
图6是图5所示的三电机准差速锁控制***在K1、K2、K3接通时的连接关系示意图,
图7是本发明实施方式提供的一种四电机准差速锁控制***的中线差速锁接法示意图,
图8是图7所示的四电机准差速锁控制***在K1、K2、K3接通时的连接关系示意图,
图9是本发明实施方式提供的一种五电机准差速锁控制***的中线差速锁接法示意图,
图10是图9所示的五电机准差速锁控制***在K1、K2、K3接通时的连接关系示意图,
图11是本发明实施方式提供的一种六电机准差速锁控制***的中线差速锁接法示意图,
图12是图11所示的六电机准差速锁控制***在K1、K2、K3接通时的连接关系示意图,
图13是本发明实施方式提供的一种n电机准差速锁控制***的中线差速锁接法示意图,
图14是图13所示的一种n个电机准差速锁控制***的另一种画法电路连接关系示意图,
图15是图14所示的一种n个电机准差速锁控制***在三个差速开关Ka、Kb、Kc接通时的准差速锁状态电路连接关系示意图,
图16是本发明提供的一种单体交流差速锁电机轴向剖面结构示意图,
图17是本发明提供的一种两电机准差速锁及差速率控制***结构示意图,
图18是本发明提供的n个电机的准差速锁及差速率电子控制驱动***结构示意图,
图19是本发明提供的一种差速率控制方法的步骤顺序示意图,
图20是本发明提供的另一种差速率控制方法的步骤顺序示意图,
图21是本发明提供的又一种差速率控制方法的步骤顺序示意图。
图22是本发明提供的某车辆差速率控制***中三相交流电源电压E与差速率γ和导通率Cy之间的变化关系曲线示意图。
具体实施方式
在本发明中线准差速锁发明思路下,发明了第一方面的分体电机的准差速锁控制***、第二方面的单体电机的准差速锁控制***、第三方面的单体电机的差速率控制***、第四方面的分体电机的差速率控制***、第五方面的分体电机的差速率控制方法和第六方面的采用所述差速锁、差速率控制***及控制方法的汽车,详见如下描述。
第一方面,本发明提供了包含多个电机的准差速锁控制***。
实施例1
本实施例提供了一种包括两电机的准差速锁控制***。如图1所示,为一种包括两电机的准差速锁控制***的中线差速锁接法示意图。
准差速控制***具有的两个三相交流电机分别为第一电机和第二电机,第一电机具有的三相绕组为第一绕组(1)、第二绕组(2)和第三绕组(3),第一绕组(1)的首尾两个端子分别为11和12、第二绕组(2)的首尾两个端子分别为21和22、第三绕组(3)的首尾两个端子分别为31和32,第二电机具有的三相绕组为第四绕组(4)、第五绕组(5)和第六绕组(6),第四绕组(4)的首尾两个端子分别为41和42、第五绕组(5)的首尾两个端子分别为51和52、第六绕组(6)的首尾两个端子分别为61和62,将两个电机的三相绕组依电机次序和绕组相序依次首尾串联连接,若某电机转子转向不符合要求,则需按照交流电机常规方法调换绕组相序即可,使两电机的转向符合设计要求。
具体端子接法为:第一绕组端子12与第四绕组端子41连接,并设连接节点为Z,第二绕组端子22与第五绕组端子51连接,并设连接节点为X,第三绕组端子32与第六绕组端子61连接,并设连接节点为Y;再将第一绕组的端子11和第六绕组的端子62连接,并设连接节点为A,第二绕组的端子21和第四绕组的端子42连接,并设连接节点为B,第三绕组的端子31和第五绕组的端子52连接,并设连接节点为C。
使第一电机的三个绕组和第二电机的三个绕组构成第一种串联形式的大三角形接法:①以A、B、C为顶点,以第一和第四绕组串联支路为一条边、以第二和第五绕组串联支路为一条边、以第三和第六绕组串联支路为一条边,由这三条边组成等边三角形结构。
或采取图4接法,使第一电机的三个绕组和第二电机的三个绕组构成第二种串联形式的大三角形接法:②以X、Y、Z为顶点,以第五和第三绕组串联支路为一条边、以第六和第一绕组串联支路为一条边、以第四和第二绕组串联支路为一条边,由这三条边组成等边三角形结构,需要说明的是,图4的接法与图1相比仅仅是电机绕组的电源端子和串联连接节点之间的首尾调换,并无实质区别,简便起见,本说明书仅对图1接法进行较为详细的阐述。
当采取图1所示的第一种串联形式的三角形接法时,第一、四绕组串联支路所在边的二等分中点为Z、第二、五绕组串联支路所在边的二等分中点为X、第三、六绕组串联支路所在边的二等分中点为Y。
准差速锁控制电路包括三个控制开关,即第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3,K1的两个控制端分别连接等边三角形的顶点A和顶点A的对边二等分中点X,使第一开关K1构成该边二分中线,K2的两个控制端分别连接顶点B和顶点B的对边二等分中点Y,使第二开关K2构成该边二分中线,K3的两个控制端分别连接定点C和顶点C对边的二等分中点Z,使第三开关K3构成该边二分中线。
在顶点A、B、C施加三相交流电源,适时控制开关K1~K3的接通与截止,从而实现相应的差速与准差速锁功能。
当K1、K2、K3均为断开状态时,第一电机和第二电机的绕组之间为串联关系,即第一、四绕组串联承担A-B相间电压,第二、五绕组串联承担B-C相间电压,第三、六绕组串联承担C-A相间电压,且在连接绕组时确保两电机转子旋转方向符合设计要求,设两电机均为正转,两电机分担三相交流电源电压,两电机电流相等,当两电机电气参数相同、负载均衡时,两电机各自所分担电压为近似电源电压一半,当两电机负载不均衡时,负载重的电机转速下降电感量减小、所分担的电压降低、从而功率和转速降低,负载轻的电机转速升高电感量变大、所分担的电压升高、从而功率和转速升高,此时两电机输出轴之间实现自动反载感电压分配的差速功能,即不同电机的定子绕组分担电压与该绕组电感量呈正相关、与该电机的负载呈反相关的电压-负载分配关系;且交流电机本身具有较强的过载能力,以下同。
当开关K1、K2、K3均为接通时,即A-X中线接通、B-Y中线接通、C-Z中线接通,第一电机的第一、二、三绕组分别承载A-C相间电压、B-A相间电压、C-B相间电压,第二电机的第四、五、六绕组分别承载C-B相间电压、A-C相间电压、B-A相间电压,两电机构成并联关系,相序相差使两电机旋转方向与串联时旋转方向一致,两电机构成并联关系,均独立承担三相交流电压从而各自独立增加转矩,实现准差速锁功能,即三个开关K1、K2、K3均为接通了等边三角形的三个中线构成中线差速锁,此时两电机之间失去反载感电压分配的差速功能。
有必要对三个等分中线接通时,即开关K1、K2、K3接通时两个电机转向关系进行说明。
将图1电路中两个电机的绕组连接关系、控制开关配置关系变换为图3所示的画法,图3与图1仅仅是画法不同而已,电路连接关系实质相同。在图1中,当开关K1、K2、K3均断开时,两电机对应相绕组关系均按照首尾依次串联连接,设三相交流电源E的相序关系A→B→C→A,各相间电压相位关系为:UAB=Umsin(ωt+φ),UBC=Umsin(ωt+2π/3+φ),UCA=Umsin(ωt+4π/3+φ),式中UAB、UBC、UCA分别表示三相交流电源E的相线A、B、C之间的AB相间电压、BC相间电压、CA相间电压,Um表示各相电压最大值,ω为交流电角频率,t为时间,φ为计时开始的初相角度。第一电机的第一绕组(1)、第二绕组(2)、第三绕组(3)分别承担AB、BC、CA相间的部分电压,同样第二电机的绕组(4)、(5)、(6)也是分别承担AB、BC、CA相间的部分电压,两部分电压之和为交流电相间电压,绕组(1)与绕组(4)电压同相位、绕组(2)与绕组(5)电压同相位、绕组(3)与绕组(6)电压同相位。在第一电机自身看来,绕组(1)、(2)、(3)的首尾连接关系为11→12→21→22→31→32的逆时针方向,绕组(1)、(2)、(3)承担的电压相序关系为:沿相间电压AB→BC→CA→AB的逆时针相序递增2π/3电角度,简言之:绕组(1)(2)(3)逆时针顺序情况下接入递增2π/3相角度的逆时针相序三相交流电时,绕组相序与电源相序方向一致,设第一电机此时旋转方向为正向。同理,也设第二电机旋转方向为正向。
当图1及图3中的开关K1、K2、K3均接通时,此时电路转化为如图2所示的并联关系。先分析第一电机,此时交流电源仍旧保持原来的AB→BC→CA→AB的相角度递增相序,在图2看来,AB→BC→CA→AB的相角度递增相序为顺时针相序;此时绕组(1)(2)(3)的相序连接关系已经改变,绕组(1)、(2)、(3)分别承担CA、AB、BC相间电压的全部,电压相序关系为CA→AB→BC→CA的顺时针相序电角度递增2π/3电角度,简言之:绕组顺时针顺序(1)(2)(3)情况下接入递增2π/3相角度顺时针相序的三相交流电,绕组相序与电源相序方向一致,第一电机旋转方向仍为正向;同理,第二电机旋转方向亦为正向。此外,根据本领域常识,三相交流电机的三相绕组同时首尾调换,转向不变。所以,三个中线开关K1、K2、K3接通或断开时,构成串并联转换关系的两电机的相序相差使两电机转向不变;同理可以推出,在多个电机串联构成这样的三角形接法的差速锁控制***中,多个电机在差速锁开关接通时所有电机转向不变。
根据工况需要适时接通或断开三个开关K1、K2、K3,使两个电机和准差速锁控制电路构成的准差速锁控制***实现实时差速与准差速锁控制功能、兼具差速性和差速锁的驱动性。
当采取第二种串联形式的三角形接法时,等边三角形的顶点为X、Y、Z,等边三角形三边的二等分中点分别为A、B、C,在顶点X、Y、Z和相应的对边中点设置准差速锁控制电路的三个独立控制的开关电路时,两电机和所构成的准差速锁控制电路共同构成的***如第一种串联方法同样实现实时差速与准差速锁控制功能、同样兼具差速性和差速锁的驱动性。
实施例2
本实施例提供了一种包括三电机的准差速锁控制***,如图5和图6所示,准差速控制***的三个三相交流电机分别为第一电机、第二电机和第三电机。
第一电机的三相绕组为第一绕组(1)、第二绕组(2)和第三绕组(3),第一绕组的首尾两个端子分别为11和12、第二绕组的首尾两个端子分别为21和22、第三绕组的首尾两个端子分别为31和32。
第二电机的三相绕组为第四绕组(4)、第五绕组(5)和第六绕组(6),第四绕组的首尾两个端子分别为41和42、第五绕组的首尾两个端子分别为51和52、第六绕组的首尾两个端子分别为61和62。
第三电机的三相绕组为第七绕组(7)、第八绕组(8)和第九绕组(9),第七绕组的首尾两个端子分别为71和72、第八绕组的首尾两个端子分别为81和82、第九绕组的首尾两个端子分别为91和92,将三个电机的三相绕组依电机次序和绕组相序依次首尾串联连接。
即:第一绕组端子12与第四绕组端子41连接,并设连接节点为1241,第四绕组端子42与第七绕组端子71连接,并设连接节点为4271,第二绕组端子22与第五绕组端子51连接,并设连接节点为2251,第五绕组端子52与第八绕组端子81连接,并设连接节点为5281,第三绕组端子32与第六绕组端子61连接,并设连接节点为3261,第六绕组端子62与第九绕组端子91连接,并设连接节点为6291;再将第一绕组的端子11和第九绕组的端子92连接,并设连接节点为A,第二绕组的端子21和第七绕组的端子72连接,并设连接节点为B,第三绕组的端子31和第八绕组的端子82连接,并设连接节点为C。
使第一电机的三个绕组、第二电机的三个绕组和第三电机的三个绕组构成串联后的大三角形接法:即以A、B、C为顶点、以第一、四、七绕组串联支路、第二、五、八绕组串联支路和第三、六、九绕组串联支路为三边的等边三角形结构。
等边三角形第一、四、七绕组串联支路所在边的三等分中点为1241和4271、等边三角形第二、五、八绕组串联支路所在边的三等分中点为2251和5281、等边三角形由第三、六、九绕组串联支路所在边的三等分中点为3261和6291。
准差速锁控制电路包括六个控制开关,即第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4、第五开关K5和第六开关K6,K1的两个控制端分别连接等边三角形的顶点A和顶点A的对边的三等分中点2251,使第一开关K1构成该边三分中线,K2的两个控制端分别连接顶点B顶点B的对边的三等分中点3261,使第二开关K2构成该边的三分中线,K3的两个控制端分别连接定点C和顶点C的对边的三等分中点1241,使第三开关K3构成该边的三分中线,同理,将K4的两个控制端分别连接顶点B和5281节点、将K5的两个控制端分别连接顶点A和4271节点、将K6的两个控制端分别连接顶点C和6291节点;
在顶点A、B、C施加三相交流电源,适时控制开关K1~K6的接通与截止,从而实现相应的差速与准差速锁功能。
当K1、K2、K3均为断开状态时,如图5所示,第一电机、第二电机和第三电机的绕组之间均为串联关系,即第一、四、七绕组串联承担A-B相间电压,第二、五、八绕组串联承担B-C相间电压,第三、六、九绕组串联承担C-A相间电压,且在连接绕组时确保三个电机转子旋转方向符合设计要求,设三电机均为正转,三电机分担三相交流电源电压,三电机电流相等,当三电机电气参数相同、负载均衡时,三电机各自所分担电压为近似电源电压1/3,当各电机负载不均衡时,负载重的电机转速下降电感量减小、所分担的电压降低、从而功率和转速降低,负载轻的电机转速升高电感量变大、所分担的电压升高、从而功率和转速升高,此时三电机实现自动反载感电压分配的差速功能,即分担电压与电感量呈正相关、与负载呈反相关的电压-负载分配关系。
①当K1、K2、K3均为接通且K4、K5、K6断开时,如图6,即A-2251中线接通、B-3261中线接通、C-1241中线接通,第一电机的第一、二、三绕组分别承载A-C相间电压、B-A相间电压、C-B相间电压,第一电机全压工作;第二电机和第三电机的第四、七绕组承载C-B相间电压、第五、八绕组承载A-C相间电压、第六、九绕组承载B-A相间电压,两电机构成串联关系,相序相差使第二电机和第三电机这两个电机旋转方向与三电机串联时旋转方向一致,使第二与第三电机转子实现自动反载感电压分配的差速功能;但第二、三两电机组合与第一电机构成并联关系,若令第一电机驱动第一轴、第二电机和第三电机分别驱动第二轴上的相互独立的两个轮,两轴之间电系均独立承担三相交流电压从而各自独立增加转矩,实现准差速锁功能,即实现第一轴与第二轴的轴间准差速锁、而第二轴内的两个轮分别由第二电机和第三电机实现轴内差速驱动,即三个开关K1、K2、K3均,接通了等边三角形的三个三分中线构成轴系之间的中线差速锁。在K4、K5、K6断开时,根据工况需要适时接通或断开开关K1、K2、K3,则使三个电机和准差速锁控制电路构成的准差速锁控制***实现实时轴间差速与准差速锁控制功能、兼具差速性和差速锁的驱动性。
②当K1、K2、K3、K4、K5、K6分别接通相应的顶点与三等分中点时,即A-2251中线接通、B-3261中线接通、C-1241中线接通、A-4271接通、B-5281接通、C-6291接通,第一电机的第一、二、三绕组分别承载C-A相间电压、A-B相间电压、B-C相间电压,第二电机的第四、五、六绕组分别承载C-A相间电压、A-B相间电压、B-C相间电压,第三电机的第七、八、九绕组分别承载A-B相间电压、B-C相间电压、C-A相间电压,第一、二、三电机均全压工作,三电机构成并联关系,均独立承担三相交流电压从而各自独立控制转矩,三电机之间全部实现相当于准差速锁功能,若令第一电机驱动第一轴、第二电机和第三电机分别驱动第二轴的两个轮,则实现第一轴与第二轴的实现轴间准差速锁驱动、第二轴内的两个轮分别由第二电机和第三电机实现轴内准差速锁驱动,即六个开关K1、K2、K3、K4、K5、K6均接通了等边三角形的三个三分中线构成中线差速锁。根据工况需要适时接通或断开六个开关K1、K2、K3、K4、K5、K6,使三个电机和准差速锁控制电路构成的准差速锁控制***实现实时轮间差速与轴间准差速锁控制功能、兼具轴间差速性和轴间差速锁的驱动性。
综合①和②,根据工况需要适时接通或断开六个开关K1~K6或适时分组接通或断开K1~K6,使三个电机和准差速锁控制电路构成的准差速锁控制***实现实时轴间差速与准差速锁、轴内差速与准差速锁、轮间差速与准差速锁控制功能、兼具差速性和差速锁的驱动性。
实施例3
本实施例提供了一种包括四个电机的准差速锁控制***。如图7和图8所示,四个三相交流电机分别为第一电机、第二电机、第三电机和第四电机。
第一电机的三相绕组为第一绕组(1)、第二绕组(2)和第三绕组(3),第一绕组的首尾两个端子分别为11和12、第二绕组的首尾两个端子分别为21和22、第三绕组的首尾两个端子分别为31和32。
第二电机的三相绕组为第四绕组(4)、第五绕组(5)和第六绕组(6),第四绕组的首尾两个端子分别为41和42、第五绕组的首尾两个端子分别为51和52、第六绕组的首尾两个端子分别为61和62。
第三电机的三相绕组为第七绕组(7)、第八绕组(8)和第九绕组(9),第七绕组的首尾两个端子分别为71和72、第八绕组的首尾两个端子分别为81和82、第九绕组的首尾两个端子分别为91和92。
第四电机的三相绕组为第十绕组(10)、第十一绕组(11)和第十二绕组(12),第十绕组的首尾两个端子分别为101和102、第十一绕组的首尾两个端子分别为111和112、第十二绕组的首尾两个端子分别为121和122,将所有绕组依电机次序和绕组相序首尾串联连接。
即:第一绕组端子12与第四绕组端子41连接,并设连接节点为1241,第四绕组端子42与第七绕组端子71连接,并设连接节点为4271,第七绕组端子72与第十绕组端子101连接,并设连接节点为72101,第二绕组端子22与第五绕组端子51连接,并设连接节点为2251,第五绕组端子52与第八绕组端子81连接,并设连接节点为5281,第八绕组端子82与第十一绕组端子111连接,并设连接节点为82111,第三绕组端子32与第六绕组端子61连接,并设连接节点为3261,第六绕组端子62与第九绕组端子91连接,并设连接节点为6291,第九绕组端子92与第十二绕组端子121连接,并设连接节点为92121;再将第一绕组的端子11和第十二绕组的端子122连接,并设连接节点为A,第二绕组的端子21和第十绕组的端子102连接,并设连接节点为B,第三绕组端子31和第十一绕组端子112连接,并设连接节点为C。
使第一电机、第二电机、第三电机和第四电机各自的三个绕组构成同相位串联后的大三角形接法:即以A、B、C为顶点、以第一、四、七、十绕组串联支路、第二、五、八、十一绕组串联支路和第三、六、九、十二绕组串联支路为三边的等边三角形结构。
等边三角形第一、四、七、十绕组串联支路所在边的四等分中点为1241、4271和72101,等边三角形第二、五、八、十一绕组串联支路所在边的四等分中点为2251、5281和82111,等边三角形由第三、六、九、十二绕组串联支路所在边的三分中点为3261、6291和92121。
准差速锁控制电路包括第一至第九这九个相互独立控制的开关K1~K9,K1~K9均为包括两个控制端的开关器件,且开关器件在导通状态时两个控制端接通交流电流、在截止时两个控制端切断交流电流,K1的两个控制端分别连接等边三角形的顶点A和顶点A的对边的四等分中点5281,使第一开关K1构成该边一个四分中线,K2的两个控制端分别连接顶点B顶点B的对边的四等分中点6291,使第二开关K2构成该边的一个四分中线,K3的两个控制端分别连接定点C和顶点C的对边的四等分中点4271,使第三开关K3构成该边的一个四分中线,同理将K4的两个控制端分别连接顶点A和72101节点、将K5的两个控制端分别连接顶点B和82111节点、将K6的两个控制端分别连接顶点C和92121节点,将K7的两个控制端分别连接顶点B和1241节点、将K8的两个控制端分别连接顶点C和2251节点、将K9的两个控制端分别连接顶点A和3261节点。
在顶点A、B、C施加三相交流电源。适时控制开关K1~K9的接通与截止,从而实现相应的差速与准差速锁功能。
当K1~K9均为断开状态时,如图7,第一电机、第二电机/第三电机和第四电机的绕组之间均为串联关系,即第一、四、七、十绕组串联承担A-B相间电压,第二、五、八、十一绕组串联承担B-C相间电压,第三、六、九、十二绕组串联承担C-A相间电压,且在连接绕组时确保四个电机转子旋转方向符合设计要求,设四个电机均为正转,四个电机分担三相交流电源电压,各电机电流相等,当四电机电气参数相同、负载均衡时,各自绕组所分担电压为近似电源电压1/4,当各电机负载不均衡时,负载重的电机转速下降电感量减小、所分担的电压降低、从而功率和转速降低,负载轻的电机转速升高电感量变大、所分担的电压升高、从而功率和转速升高,此时三电机实现自动反载感电压分配的差速功能,即分担电压与电感量呈正相关、与负载呈反相关的电压-负载分配关系。
①当且仅当K1、K2、K3分别接通时,如图8,,即A-5281中线接通、B-6291中线接通、C-4271中线接通,此时串联连接的第一、四绕组作为一个整体分担了C-A相间电压,串联连接的第二、五绕组作为一个整体分担了A-B相间电压,串联连接的第三、六绕组作为一个整体分担了B-C相间电压,此时第一电机、第二电机的绕组构成了一个新的三角形连接关系的双电机串联体系,两电机构成串联关系,相序相差使两电机旋转方向与四个电机串联时旋转方向一致,新的三角形连接关系使第一与第二电机实现自动反载感电压分配的差速功能、第一电机与第二电机为差速关系;同理,第三电机和第四电机的绕组构成另一个新的三角形连接关系,相序相差使两电机旋转方向与四个电机串联时旋转方向一致,新的三角形连接关系使第三与第四电机实现自动反载感电压分配的差速功能、第三电机与第四电机亦为差速关系;若令第一电机和第二电机分别驱动第一轴上独立的两个轮,令第三电机和第四电机分别驱动第二轴上独立的两个轮,三个开关K1、K2、K3均为接通了等边三角形的三个中线构成中线差速锁,第一轴与第二轴之间相互独立控制,则实现第一轴与第二轴的轴间准差速锁,而第一轴内的两个轮分别由第一电机和第二电机实现轴内差速驱动,第二轴内的两个轮分别由第三电机和第四电机实现轴内差速驱动,在K4、K5、K6、K7、K8、K9均断开时,根据工况需要适时接通或断开三个开关K1、K2、K3,使四个电机和准差速锁控制电路构成的准差速锁控制***实现实时轴间差速与准差速锁控制功能、兼具轴间的差速性和轴间差速锁的驱动性。
②当K1、K2、K3分别接通情况下,将K4、K5、K6分别接通且K7、K8、K9断开时,参考图8,在第三电机和第四电机构成另一个新的三角形连接关系中,此时A-72101中线接通、B-82111中线接通、C-92121中线接通,第三电机的第七、八、九绕组分别承载C-A相间电压、A-B相间电压、C-B相间电压,第四电机的第十、十一、十二绕组分别承载A-B相间电压、B-C相间电压、C-A相间电压,第三电机和第四电机各自独立承载三相电源全压,实现准差速锁功能,且相序相差使第三和第四电机旋转方向与四个电机串联时旋转方向一致;由于开关K7、K8、K9均断开,使第一电机、第二电机仍旧处于第一、二电机绕组构成的新三角形连接关系的双电机串联体系中,相序相差使两电机旋转方向与四个电机串联时旋转方向一致,新的三角形连接关系使第一与第二电机实现自动反载感电压分配的差速功能;若令第一电机和第二电机分别驱动第一轴上独立的两个轮,令第三电机和第四电机分别驱动第二轴上独立的两个轮,三个开关K1、K2、K3均为接通了等边三角形的三个中线构成中线差速锁,实现第一轴与第二轴的轴间准差速锁,而第一轴内的两个轮分别由第一、第二电机实现轴内差速驱动,第二轴内的两个轮分别由第三、第四电机实现轴内准差速锁驱动,使第三、第四电机为准差速锁关系,在K1、K2、K3接通、K7、K8、K9断开时,根据工况需要适时接通或断开三个开关K4、K5、K6,使四个电机和准差速锁控制电路构成的准差速锁控制***实现实时第一与第二轴的轴间差速与准差速锁控制功能、第二轴轴内准差速锁功能、第一轴轴内差速功能,兼具轴间的差速性、轴间差速锁的驱动性、第一轴轴内差速性、第二轴轴内差速锁的驱动性。
③当K1、K2、K3、K4、K5、K6分别接通,即在②的条件下,再将K7、K8、K9分别接通时,在第一电机和第二电机构成另一个新的三角形连接关系中,此时A-3261中线接通、B-1241中线接通、C-2251中线接通,第一电机的第七、八、九绕组分别承载C-A相间电压、A-B相间电压、C-B相间电压,第二电机的第一、二、三绕组分别承载A-B相间电压、B-C相间电压、C-A相间电压,第一电机和第二电机各自独立承载三相电源全压,实现准差速锁功能;若令第一电机和第二电机分别驱动第一轴上独立的两个轮,令第三电机和第四电机分别驱动第二轴上独立的两个轮,在三个开关K1、K2、K3接通了等边三角形的三个中线构成中线差速锁前提下,实现第一轴与第二轴的轴间准差速锁控制,同时,在三个开关K4、K5、K6接通了新的等边三角形的三个中线构成其中线差速锁前提下,实现第二轴的轴内准差速锁控制;同时,在三个开关K7、K8、K9接通了另一个新的等边三角形的三个中线构成中线差速锁前提下,实现第一轴的轴内准差速锁控制,而第一轴内的两个轮分别由第一电机和第二电机实现轴内差速驱动,第二轴内的两个轮分别由第三电机和第四电机实现轴内准差速锁驱动,即:在K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8、K9各自分别接通时,使四个电机和准差速锁控制电路构成的准差速锁控制***实现实时工况的第一与第二轴的轴间准差速锁控制功能、第二轴轴内准差速锁功能、第一轴轴内准差速锁功能,兼具轴间差速锁的驱动性、轴内差速锁的驱动性,本***应用于四驱车辆时,实现准差速锁控制分轴分时四驱、提高车辆通过性。
实施例4
本实施例提供了一种包括五电机准差速锁控制***。如图9和图10所示,准差速控制***的五个三相交流电机分别为第一电机、第二电机、第三电机、第四电机和第五电机。
第一电机的三相绕组为第一绕组(1)、第二绕组(2)和第三绕组(3),第一、第二和第三绕组各自的首尾两个端子依次分别为11和12、21和22、31和32。
第二电机的三相绕组为第四绕组(4)、第五绕组(5)和第六绕组(6),第四、第五和第六绕组各自的首尾两个端子依次分别为41和42、51和52、61和62。
第三电机的三相绕组为第七绕组(7)、第八绕组(8)和第九绕组(9),第七、第八和第九绕组各自的首尾两个端子依次分别为71和72、81和82、91和92。
第四电机的三相绕组为第十绕组(10)、第十一绕组(11)和第十二绕组(12),第十、第十一和第十二绕组各自的首尾两个端子分别为101和102、111和112、121和122。
第五电机的三相绕组为第十三绕组(13)、第十四绕组(14)和第十五绕组(15),第十三、第十四和第十五绕组各自的首尾两个端子分别为131和132、141和142、151和152。
将五个电机的三相绕组依电机次序和绕组相序依次首尾串联连接。
即:端子12与41连接节点为1241,端子42与71连接节点为4271,端子72与101连接节点为72101,端子102与131连接节点为102131,端子22与51连接节点为2251,端子52与81节点为5281,端子82与111连接节点为82111,端子112和141连接节点为112141,端子32与61连接节点为3261,端子62与91连接节点为6291,端子92与121连接节点为92121,端子122与151连接节点为122151;再将端子11和端子152连接,并设连接节点为A,端子21和132连接,并设连接节点为B,端子31和端子142连接,并设连接节点为C,使第一~第五电机各自的三个绕组构成串联后的大三角形接法:即以A、B、C为顶点、以第一、四、七、十、十三绕组串联支路、第二、五、八、十一、十四绕组串联支路和第三、六、九、十二、十五绕组串联支路为三边的等边三角形结构。
等边三角形第一、四、七、十、十三绕组串联支路所在边的五等分中点为1241、4271、72101和102131,等边三角形第二、五、八、十一、十四绕组串联支路所在边的五等分中点为2251、5281、82111和121141,等边三角形由第三、六、九、十二、十五绕组串联支路所在边的五等分中点为3261、6291、92121和122151。
准差速锁控制电路包括十二个相互独立控制的开关K1~K12,K1~K12均为包括两个控制端的开关器件,且开关器件在导通状态时两个控制端接通交流电流、在截止时两个控制端切断交流电流,K1的控制端连接顶点A及其对边的五等分中点5281,使第一开关K1构成该边一个五分中线,K2的控制端连接顶点B及其对边的五等分中点6291,使第二开关K2构成该边的一个五分中线,K3的两个控制端分别连接定点C和顶点C的对边的五等分中点4271,使第三开关K3构成该边的一个五分中线。同理,将K4的两个控制端分别连接顶点A和102131节点、将K5的两个控制端分别连接顶点B和112141节点、将K6的两个控制端分别连接顶点C和122151节点、将K7的两个控制端分别连接顶点A和92121节点、将K8的两个控制端分别连接顶点B和72101节点、将K9的两个控制端分别连接顶点C和82111节点、将K10的两个控制端分别连接顶点A和3261节点、将K11的两个控制端分别连接顶点C和2251节点、将K12的两个控制端分别连接顶点B和1241节点。在顶点A、B、C施加三相交流电源;适时控制开关K1~K12的接通与截止,从而实现相应的差速与准差速锁功能。
①当K1~K12均为断开状态时,如图9,五个电机的绕组之间均为串联关系,各电机电流相等,当五电机电气参数相同、负载均衡时,各自绕组所分担电压为近似电源电压1/5,当各电机负载不均衡时,负载重的电机转速下降电感量减小、所分担的电压降低、从而功率和转速降低,负载轻的电机转速升高电感量变大、所分担的电压升高、从而功率和转速升高,此时三电机实现自动反载感电压分配的差速功能,即分担电压与电感量呈正相关、与负载呈反相关的电压-负载分配关系。
②当且仅当开关K1、K2、K3分别接通时,参考图9和图10,等边三角形每条边上的五个串联的绕组各被分为两组,设第一和第二电机为第一组、设第三与第四、五电机为第二组,第一与第二组之间实现准差速锁功能、每一组内的电机转子之间实现差速功能。
③在②基础上,开关K4、K5、K6接通时,第二组内又分为两组,设第三和第四电机为第三组、设第五电机独立为第四组,第三与第四组间实现准差速锁功能,且第三组、第四组与第一组这三个组之间全部实现组间准差速锁功能,第三与第四电机之间为差速关系。
④在③基础上,开关K7、K8、K9接通时,第三组内又分为两组,设第三电机独立为第五组、设第四电机独立为第六组,第五与第六组间实现准差速锁功能,且第五组、第六组与第一组、第四组这四个组之间全部实现组间准差速锁功能。
⑤在④基础上,开关K10、K11、K12接通时,第一组内又分为两组,设第一电机独立为第七组、设第二电机独立为第八组,第七与第八组间实现准差速锁功能,且第七组、第八组与第一组、第五组、第六组这五个组相互之间全部实现组间准差速锁功能。
实施例5
本实施例提供了一种包括六个电机的准差速锁控制***。如图11和图12所示,准差速控制***包括的六个三相交流电机分别为第一、第二、第三、第四、第五电机和第六电机。
第一电机的三相绕组为第一绕组(1)、第二绕组(2)和第三绕组(3),第一、第二和第三绕组各自的首尾两个端子依次分别为11和12、21和22、31和32。
第二电机的三相绕组为第四绕组(4)、第五绕组(5)和第六绕组(6),第四、第五和第六绕组各自的首尾两个端子依次分别为41和42、51和52、61和62。
第三电机的三相绕组为第七绕组(7)、第八绕组(8)和第九绕组(9),第七、第八和第九绕组各自的首尾两个端子依次分别为71和72、81和82、91和92。
第四电机的三相绕组为第十绕组(10)、第十一绕组(11)和第十二绕组(12),第十、第十一和第十二绕组各自的首尾两个端子依次分别为101和102、111和112、121和122,
第五电机的三相绕组为第十三绕组(13)、第十四绕组(14)和第十五绕组(15),第十三、第十四和第十五绕组各自的首尾两个端子分别为131和132、141和142、151和152,
第六电机的三相绕组为第十六绕组(16)、第十七绕组(17)和第十八绕组(18),第十六、第十七和第十八绕组各自的首尾两个端子分别为161和162、171和172、181和182。
将六个电机的三相绕组依电机次序和绕组相序依次首尾串联连接。
即:端子12与41连接节点为1241,端子42与71连接节点为4271,端子72与101连接节点为72101,端子102与131连接节点为102131,端子132与161连接节点为132161;端子22与51连接节点为2251,端子52与81节点为5281,端子82与111连接节点为82111,端子112和141连接节点为112141,端子142和171连接节点为142171;端子32与61连接节点为3261,端子62与91连接节点为6291,端子92与121连接节点为92121,端子122与151连接节点为122151,端子152和181连接节点为152181;再将端子11和端子182连接,并设连接节点为A,端子21和端子162连接,并设连接节点为B,端子31和端子172连接,并设连接节点为C。
使第一~第六电机各自的三个绕组构成串联后的大三角形接法:即以A、B、C为顶点、以第一、四、七、十、十三、十六绕组串联支路、第二、五、八、十一、十四、十七绕组串联支路和第三、六、九、十二、十五、十八绕组串联支路为三边的等边三角形结构。
其中,第一、四、七、十、十三、十六绕组串联支路所在边的六等分中点为1241、4271、72101、102131和132161,等边三角形第二、五、八、十一、十四、十七绕组串联支路所在边的六等分中点为2251、5281、82111、121141和142171,等边三角形由第三、六、九、十二、十五、十八绕组串联支路所在边的六等分中点为3261、6291、92121、122151和152181。
准差速锁控制电路包括十五个相互独立控制的开关K1~K15,K1~K15均为包括两个控制端的开关器件,且开关器件在导通状态时两个控制端接通交流电流、在截止时两个控制端切断交流电流,K1的控制端连接顶点A及其对边的一个六等分中点82111,使第一开关K1构成该边一个六分中线,K2的控制端连接顶点B及其对边的一个六等分中点92121,使第二开关K2构成该边的一个六分中线,K3的两个控制端分别连接定点C和顶点C的对边的六等分中点72101,使第三开关K3构成该边的一个六分中线。
同理将K4的两个控制端分别连接顶点A和102131节点、将K5的两个控制端分别连接顶点B和112141节点、将K6的两个控制端分别连接顶点C和122151节点、将K7的两个控制端分别连接顶点A和142171节点、将K8的两个控制端分别连接顶点B和152181节点、将K9的两个控制端分别连接顶点C和132161节点、将K10的两个控制端分别连接顶点A和6291节点、将K11的两个控制端分别连接顶点B和4271节点、将K12的两个控制端分别连接顶点C和5281节点,将K13的两个控制端分别连接顶点A和2251节点、将K14的两个控制端分别连接顶点B和3261节点、将K15的两个控制端分别连接顶点C和1241节点。在顶点A、B、C施加三相交流电源。控制开关K1~K15的接通与截止,实现相应的差速与准差速锁功能。
①当K1~K15均为断开状态时,如图11,六个电机的绕组之间均为串联关系,各电机电流相等,当六电机电气参数相同、负载均衡时,各自绕组所分担电压为近似电源电压1/6,当各电机负载不均衡时,负载重的电机转速下降电感量减小、所分担的电压降低、从而功率和转速降低,负载轻的电机转速升高电感量变大、所分担的电压升高、从而功率和转速升高,此时电机之间实现自动反载感电压分配的差速功能,即分担电压与电感量呈正相关、与负载呈反相关的电压-负载分配关系。
②当且仅当开关K1、K2、K3分别接通时,参考图11和图12,等边三角形每条边上的六个串联的绕组各被分为两组,设第一、二、三电机为第一组,第四、五、六电机为第二组,第一组与第二组之间实现准差速锁功能、每一组内的电机转子之间实现差速功能。
③在②基础上,开关K4、K5、K6接通时,第二组内又分为两组,设第四电机独立为第三组、第五和第六电机为第四组,第三与第四组间实现准差速锁功能,且第三组、第四组与第一组这三个组之间全部实现组间准差速锁功能。
④在③基础上,开关K7、K8、K9接通时,第四组内又分为两组,设第五电机独立为第五组、第六电机独立为第六组,第五组与第六组间实现准差速锁功能,且第五组、第六组与第一组、第三组这四个组之间全部实现组间准差速锁功能。
⑤在④基础上,开关K10、K11、K12接通时,第一组内又分为两组,设第三电机独立为第七组、第一和二电机为第八组,第七与第八组间实现准差速锁功能,且第七组、第八组与第三组、第五组、第六组这五个组之间全部实现组间准差速锁功能。
⑥在⑤基础上,开关K13、K14、K15接通时,第八组内又分为两组,设第一电机独立为第九组、第二电机独立为第十组,第九与第十组间实现准差速锁功能,且第九组、第十组与第三组、第五组、第六组、第七组这六个组之间全部实现组间准差速锁功能。
实施例6
如图13、图14和图15所示,为具有n个电机的差速锁控制***。该***包括第一~第n这n个三相交流电机,其中n∈Z+且n≥2,每个交流电机包括三相绕组。上述实施例1~5的附图中,均以多段圆弧表示一相绕组。需要说明的是,在本实施例6中,限于篇幅,将绕组采用简易画法,如附图13、14、15中的每一段圆弧均表示一个电机中的一相绕组,如弧1031和弧1032分别表示第一、第二电机的U相绕组,每个相绕组分别引出首端H和尾端T,其中,U1~Un绕组的首端分别为Hu1~Hun、尾端分别为Tu1~Tun,V1~Vn绕组的首端分别为Hv1~Hvn、尾端分别为Tv1~Tvn,W1~Wn绕组的首端分别为Hw1~Hwn、尾端分别为Tw1~Twn。
如图13,第1~第n电机的U相绕组分别为U1~Un,U1绕组1011的首端Hu1、尾端Tu1、U2绕组1012的首端Hu2、尾端Hu2……U(n-1)绕组2013首端Hu(n-1)、尾端Tu(n-1)、Un绕组2014首端Hun、尾端Tun;第1~第n电机的V相绕组分别为V1~Vn,V1绕组1021的首端Hv1、尾端Tv1、V2绕组1022的首端Hv2、尾端Hv2……V(n-1)绕组2023首端Hv(n-1)、尾端Tv(n-1)、Vn绕组2024首端Hvn、尾端Tvn;第1~第n电机的W相绕组分别为W1~Wn,W1绕组1031的首端Hw1、尾端Tw1、W2绕组1032的首端Hw2、尾端Hw2……W(n-1)绕组2033首端Hw(n-1)、尾端Tw(n-1)、Wn绕组2034首端Hwn、尾端Twn。
根据每一电机输出轴旋转方向要求确定电机绕组的相位顺序,再将所有电机的三相绕组按照绕组的相位顺序分U相、V相、W相三组,即U相组、V相组和W相组,每一组中的各个绕组依绕组所在电机1~n的顺序和绕组相序依次首尾连接。
具体串联形式为,设1≤m≤n-1且m∈Z+。所有电机的n个U相绕组U1~Un首尾串联连接,第m电机的U相绕组Um(1014)的尾端Tum与第m+1电机的U相绕组U(m+1)(2011)的首端Hw(m+1)连接,即绕组U1(1011)的尾端Tu1与绕组U2(1012)的首端Hu2连接、绕组U2的尾端Tu2与绕组U3的首端Hu3连接,依此连接规律执行,直至绕组U(n-1)(2013)的尾端Tu(n-1)与绕组Un(2014)的首端Hun连接,使所有电机的n个U相绕组依次首尾串联起来构成U相一条边,绕组U1(1011)的首端Hu1为该边的首端、绕组Un(2014)的尾端Tun为该边的尾端;图中该边上的虚线表示若干个该相绕组,如2091表示绕组U(m+2)至U(n-1)之间若干个U相绕组;该边上的n-1个首尾连接节点将该边分为n等份,在n-1个首尾连接节点中,令第m电机的U相绕组Um(1014)的尾端Tum与第m+1电机的U相绕组U(m+1)(2011)的首端Hu(m+1)连接节点为Dum,则节点Dum为该边的一个n等分点。
所有电机的n个V相绕组V1~Vn首尾串联连接,第m电机的V相绕组Vm(1024)的尾端Tvm与第m+1电机的V相绕组V(m+1)(2021)的首端Hv(m+1)连接,即绕组V1(1021)的尾端Tv1与绕组V2(1022)的首端Hv2连接、绕组V2的尾端Tv2与绕组V3的首端Hv3连接,依此连接规律执行,直至绕组V(n-1)(2023)的尾端Tv(n-1)与绕组Vn(2024)的首端Hvn连接,使所有电机的n个V相绕组依次首尾串联起来构成V相一条边,绕组V1(1021)的首端Hv1为该边的首端、绕组Vn(2024)的尾端Tvn为该边的尾端;该边上的n-1个首尾连接节点将该边分为n等份,在n-1个首尾连接节点中,令第m电机的V相绕组Vm(1024)的尾端Tvm与第m+1电机的V相绕组V(m+1)(2021)的首端Hv(m+1)连接节点为Dvm,则节点Dvm为该边的一个n等分点。
所有电机的n个W相绕组W1~Wn首尾串联连接,第m电机的W相绕组Wm(1034)的尾端Twm与第m+1电机的W相绕组W(m+1)(2031)的首端Hw(m+1)连接,即绕组W1(1031)的尾端Tw1与绕组W2(1032)的首端Hw2连接、绕组W2的尾端Tw2与绕组W3的首端Hw3连接,依此连接规律执行,直至绕组W(n-1)(2033)的尾端Tw(n-1)与绕组Wn(2034)的首端Hwn连接,使所有电机的n个W相绕组依次首尾串联起来构成W相一条边,绕组W1的首端Hw1为该边的首端、绕组Wn的尾端Twn为该边的尾端;该边上的n-1个首尾连接节点将该边分为n等份,在n-1个首尾连接节点中,令第m电机的W相绕组Wm(1034)的尾端Twm与第m+1电机的W相绕组W(m+1)(2031)的首端Hw(m+1)连接节点为Dwm,则节点Dwm为该边的一个n等分点。
将U相一条边、V相一条边和W相一条边按照交流电机的三角形连接方式进行首尾连接构成一个新的大三角形接法,即:将第1电机的U相绕组U1的首端Hu1与第n电机的W相绕组Wn的尾端Twn连接,并设连接节点为A;将第1电机的V相绕组V1的首端Hv1与第n电机的U相绕组Un的尾端Tun连接,并设连接节点为B;将第1电机的W相绕组W1的首端Hw1与第n电机的V相绕组Vn的尾端Tvn连接,并设连接节点为C。节点A、B、C为大三角形的三个顶点,用于连接三相交流电源。
如图13,本***的准差速锁控制电路包括三个独立控制开关分别为Ka、Kb和Kc,开关Ka、Kb和Kc均为包括两个控制端的开关器件,且开关器件在导通状态时两个控制端接通交流电流、在截止时两个控制端切断交流电流。
将开关Ka的一个控制端连接大三角形顶点A,另一个控制端连接顶点A对边上的一个n等分点Dvm,当开关Ka导通时,在大三角形中,开关Ka构成顶点A对边的一条n等分中线。
将开关Kb的一个控制端连接大三角形顶点B,另一个控制端连接顶点B对边上的一个n等分点Dwm,当开关Kb导通时,在大三角形中,开关Kb构成顶点B对边的一条n等分中线。
将开关Kc的一个控制端连接大三角形顶点C,另一个控制端连接顶点C对边上的一个n等分点Dum,当开关Kc导通时,在大三角形中,开关Kc构成顶点C对边的一条n等分中线。
当开关Ka、Kb和Kc均截止时,在电气连接关系上,各个电机仍为串联关系,每条边上的n个相绕组串联分担三相交流电源的相电压,各电机相电流相等,当所有电机电气参数相同、负载均衡时,各电机的对应相绕组平均分担三相交流电源中各相电源电压即每个绕组分担三相电源的相电压的1/n;当电机负载不均衡时,负载重的电机转速下降导致电感量减小、所分担的电压降低、从而功率占比降低并且转速降低,负载轻的电机转速升高电感量变大、所分担的电压升高、从而功率占比升高并且转速升高,使各电机之间实现自动反载感电压分配的差速功能,即每一个电机的三相绕组所分担的电压与该电机绕组动态电感量呈正相关、与该电机的负载呈反相关的电压-负载分配关系,电机之间为差速关系。
参考图13和图14,当开关Ka、Kb和Kc均导通时,在电气连接关系上,三条n等分中线的连接等效于将大三角形分割为两个小三角形。
其根据为,如图15所示,当顶点A、B、C接通三相交流电源时,其中,一个三角形为由第1~第m电机的U相绕组U1~Um串联形成的U相所在边、V相绕组V1~Vm串联形成的V相所在边、W相绕组W1~Wm串联形成的W相所在边这三条边构成、顶点为A、B、C的第一小三角形,且由于相序关系使第一小三角形内运行的第1~第m电机的转子转向分别与第1~第m电机在开关Ka、Kb和Kc均截止时的大三角形状态运行时的转子转向相一致;另一个三角形为由第(m+1)~第n电机的U相绕组U(m+1)~Un串联形成的U相所在边、V相绕组V(m+1)~Vn串联形成的V相所在边、W相绕组W(m+1)~Wn串联形成的W相所在边这三条边构成、顶点为A、B、C的第二小三角形,且由于相序关系使第二小三角形内运行的第1~第m电机转子转向分别与第1~第m电机在开关Ka、Kb和Kc均截止时大三角形状态运行时的转子转向相一致,这里边的“中线定理”参见实施例1中两电机准差速锁状态的有关阐述。
简言之,将n个三相交流电机按照1~n顺序进行编号、再根据每一个已编号的交流电机输出轴旋转方向要求对所有电机绕组进行相位属性划分,即所有电机的U相绕组为一组、V相绕组为一组、W相绕组为一组,在每一组内按照绕组所在电机的编号顺序依次首尾串联连接形成一条边,得到分属U相、V相、W相的三条边,每一条边内的相邻绕组的首尾连接节点构成所在边的n等分点,再按照相同的绕组排列顺序确定每一条边的首尾端子,将由不同相位绕组首尾串联得到的三条边依据交流电机的三角形接法进行首尾连接,构成大三角形连接关系,将大三角形的每个顶点分别与对边相应的一个n等分点之间连接形成一条等分中线,三条等分中线连接后将大三角形切割为两部分,切割出来的两部分在电气连接关系上等效于新的两个小三角形,两个小三角形的顶点均与大三角形三个顶点重合,重合的三个顶点接通三相交流电源,每一个小三角形内运行的每一个电机仍旧保持电机在大三角形运行时的转子转向,这种以三条等分中线获取同转向的相序连接关系称为三相交流电机的中线定理;且这两个小三角形为电气并联关系,分别独立承载三相交流电源,若令第一小三角形内的电机分别驱动配置于第一轴内的相互独立的m个驱动轮、同时,亦令第二小三角形内的电机分别驱动配置于第二轴内的相互独立的n-m个驱动轮,两轴之间电系均独立承担三相交流电源从而使第一轴与第二轴之间的转矩相互独立,两轴之间实现相当于差速锁功能,即实现第一轴与第二轴的轴间差速锁,相比于机械差速锁的1:1转速关系,此时第一轴内电机的电源与第二轴内所有电机的电源为并联关系,不同轴上会因负载差异出现一定转速偏差,故这种以电气连接关系实现的差速锁不完全等同于机械差速锁的完全锁止,因此将这种电气关系的差速锁称为准差速锁,第一轴与第二轴之间为准差速锁关系,对于差速锁控制***应用于轮系驱动的车辆来说,这样的准差速锁优于刚性的机械差速锁,故称第一轴与第二轴之间实现的是轴间准差速锁。
当m=1且n-m>1时,此时第一小三角形内仅具有1个电机,该电机独立承担三相交流电源,使第m电机与第二小三角形内的电机无差速功能,第一轴上的第m电机与第二轴之间实现准差速锁功能;当m>1时,第一小三角形内的m个电机之间具有自动反载感电压分配的差速功能,第一轴内的m个电机之间无准差速锁功能,第一轴与第二轴之间具有准差速锁功能;当m>1且n-m=1时,第二小三角形内仅具有1个电机,该电机独立承担三相交流电源,使第n电机与第一小三角形内的电机无自动反载感电压分配的差速功能,第二轴上的第n电机与第一轴之间实现准差速锁功能;当m≠1且n-m>1时,第二小三角形内的n-m个电极之间具有自动反载感电压分配的差速功能,第二轴内的m个电机之间无准差速锁功能。
即三个开关Ka、Kb、Kc均接通时,三个开关所形成的大三角形的三个n分中线构成轴系之间的中线差速锁,实现准差速锁功能。
根据工况需要,适时接通或断开三个开关Ka、Kb、Kc,则使位于分属两个小三角形的电机所在的不同轴系之间实现轴间差速和轴间准差速锁功能,兼具差速性和差速锁的驱动性。
当两个小三角形中任一小三角形内含有h个电机时,小三角形内部再次进行如前的3个h等分中线方式进行连接时,仍符合中线定理,小三角形被再次分割为更小的三角形内部的电机仍旧保持原来的转向;在此基础上,适时接通或断开小三角形内部的中线连接时,能够实现小三角形内部的准差速锁功能,进而实现第一次中线连接后的轴间差速与轴间准差速锁、第二次~第h次中线连接后的轴系内部的轮系之间的差速与准差速锁,并以此递进优化、控制车辆上的轴系与轮系间的差速功能与差速锁驱动性能。因基于中线定理的准差速锁控制***中互为差速及差速锁关系的电机的同转向关系、及省去机械差速器带来的驱动***的技术变革,发明人将中线定理又称之为中线差速锁定理。
第二方面,提供了单体电机的准差速锁控制***。
实施例7
本***包括单体交流差速锁电机和准差速锁控制电路,如图16所示,单体交流差速锁电机包括两个参数一致的第一定子7811和第二定子7812、两个参数一致的第一转子7911和第二转子7912,第一转子轴向的一端和第二转子轴向的一端同轴靠近电机中部位置布置,且第一转子和第二转子之间采用轴承接触或轴承7850连接,图16示出第二转子7912的非输出轴端7860伸入轴承7850,第一定子和第二定子同轴线装配于壳体7803内,第一定子的铁芯7811与第一转子的铁芯7921在径向相对,第二定子的铁芯7812与第二转子的铁芯7922在径向相对,两个端盖7804和7904分别安装于壳体7803的轴向两端,第一转子和第二转子的非接触端的转子轴7923和7924分别从两个端盖的中央轴孔穿出,且转子轴与轴孔之间配置有轴承7806和7807支撑,使第一定子和第二定子、第一转子和第二转子共同安装于一个单体外壳内,且使第一转子7911和第二转子7912相对于外壳7803允许自由运转、第一转子7911和第二转子7912之间也允许相对自由运转;
第一定子和第二定子均具有参数一致的定子铁心和参数一致的定子绕组,各定子上的绕组均为三相绕组,两个定子之间的绕组接法与前述的第一电机和第二电机定子绕组接法相同,即:第一定子的三相绕组为第一绕组、第二绕组和第三绕组,第一绕组的首尾两个端子分别为11和12、第二绕组的首尾两个端子分别为21和22、第三绕组的首尾两个端子分别为31和32;第二定子的三相绕组为第四绕组、第五绕组和第六绕组,第四绕组的首尾两个端子分别为41和42、第五绕组的首尾两个端子分别为51和52、第六绕组的首尾两个端子分别为61和62,将两个定子的三相绕组依定子次序和绕组相序依次首尾串联连接,图16中示出了第一定子7811槽内的绕组直导体7801及端部7821、第二定子7812槽内的绕组直导体7801及端部7822。第一绕组端子12与第四绕组端子41连接,并设连接节点为Z,第二绕组端子22与第五绕组端子51连接,并设连接节点为X,第三绕组端子32与第六绕组端子61连接,并设连接节点为Y;再将第一绕组的端子11和第六绕组的端子62连接,并设连接节点为A,第二绕组的端子21和第四绕组的端子42连接,并设连接节点为B,第三绕组的端子31和第五绕组的端子52连接,并设连接节点为C。
这样,第一定子的三个绕组和第二定子的三个绕组构成第一种串联形式的大三角形接法:即以A、B、C为顶点,以第一和第四绕组串联支路为一条边、以第二和第五绕组串联支路为一条边、以第三和第六绕组串联支路为一条边,由这三条边组成等边三角形结构。
或者,第一定子的三个绕组和第二定子的三个绕组构成第二种串联形式的大三角形接法:即以X、Y、Z为顶点,以第五和第三绕组串联支路为一条边、以第六和第一绕组串联支路为一条边、以第四和第二绕组串联支路为一条边,由这三条边组成等边三角形结构。
当采取第一种串联形式的三角形接法时,第一、四绕组串联支路所在边的二等分中点为Z、第二、五绕组串联支路所在边的二等分中点为X、第三、六绕组串联支路所在边的二等分中点为Y。准差速锁控制电路包括三个控制开关,即第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3,K1的两个控制端分别连接等边三角形的顶点A和顶点A对边的二等分中点X,使开关K1构成该边二分中线,K2的两个控制端分别连接顶点B和顶点B对边的二等分中点Y,使开关K2构成该边二分中线,K3的两个控制端分别连接定点C和顶点C对边的二等分中点Z,使第三开关K3构成该边二分中线;
在顶点A、B、C施加三相交流电源,适时控制开关K1~K3的接通与截止,从而实现相应的差速与准差速锁功能。
当K1、K2、K3均为断开状态时,第一定子和第二定子的绕组之间为串联关系,即第一、四绕组串联承担A-B相间电压,第二、五绕组串联承担B-C相间电压,第三、六绕组串联承担C-A相间电压,且在连接绕组时确保第一转子和第二转子旋转方向符合设计要求,设两转子均为正转,两定子对应相绕组分担三相交流电源电压,两绕组对应相电流相等,当两转子负载均衡时,两定子对应相绕组各自所分担电压为近似电源电压一半,当两转子负载不均衡时,负载重的转子转速下降随之对应的定子绕组电感量减小、定子绕组所分担的电压降低、从而转子功率和转速降低,负载轻的转子转速升高随之对应的定子绕组电感量变大、定子绕组所分担的电压升高、从而转子功率和转速升高,此时两转子输出轴之间实现自动反载感电压分配的差速功能,即不同转子对应的定子绕组分担电压与该绕组电感量呈正相关、与该转子的负载呈反相关的电压-负载分配关系。
当开关K1、K2、K3均为接通时,即A-X中线接通、B-Y中线接通、C-Z中线接通,第一定子的第一、二、三绕组分别承载A-C相间电压、B-A相间电压、C-B相间电压,第二定子的第四、五、六绕组分别承载C-B相间电压、A-C相间电压、B-A相间电压,两定子对应相绕组构成并联关系,相序相差使两转子旋转方向与串联时旋转方向一致,两定子绕组均独立承担三相交流电压、两转子转矩相互独立,两转子输出轴之间实现准差速锁功能,即三个开关K1、K2、K3均为接通了等边三角形的三个中线构成中线差速锁,两转子之间失去反载感电压分配的差速功能。
根据工况需要适时接通或断开三个开关K1、K2、K3,使单体交流差速锁电机和准差速锁控制电路构成的准差速锁控制***实现差速与准差速锁控制功能。
当采取第二种串联形式的三角形接法时,等边三角形的顶点为X、Y、Z,等边三角形三边的二等分中点分别为A、B、C,在顶点X、Y、Z和相应的对边中点设置准差速锁控制电路的三个控制的开关电路时,两定子和准差速锁控制电路构成的准差速锁控制***实现如第一种串联形式同样的差速与准差速锁控制功能、兼具差速性和差速锁的驱动性。
第三方面,提供了一种单体准差速锁电机的差速率控制***。
实施例8
本***包括本发明第二方面的准差速锁控制***,其特殊之处在于,三个控制开关K1、K2和K3还分别具有各自的信号输入端,准差速锁控制电路还包括导通率调制电路,导通率调制电路具有三个信号输出端与开关K1、K2和K3的信号输入端相对应,导通率调制电路的三个输出端分别与开关K1、K2和K3的信号输入端连接,用于通过导通率调制电路分别控制三个开关K1、K2和K3各自两个控制端的导通率Cy,导通率Cy为三个开关K1、K2和K3中任一开关的导通时间Ton与导通周期T的比值,导通周期T为开关的导通时间Ton与截止时间Toff之和,即Cy=Ton/(Ton+Toff),当导通率Cy=0时,三个开关K1、K2和K3均截止,互为差速关系的两个转子输出轴之间没有锁止关系,两个转子输出轴之间的转速允许实现从完全等速到完全差速;令互为差速关系的两个转子的输出轴之间的差速率为:(高速轴速VH-低速轴速VL)/(高速轴速VH),令差速率的符号为γ,即:γ=(VH-VL)/(VH);
当导通率Cy=0时,
在三个开关K1、K2和K3均截止的可差速状态,两转子输出轴之间的差速率在[0~1]之间变化,即γ∈[0~1],
当完全等速即无差速时,两转子输出轴转速Sp1=Sp2,VH=VL,差速率γ=(VH-VL)/(VH)=0,差速率最小,此工况出现在各电机参数相同且负荷相同时,
当完全差速时,两转子输出轴转速|Sp1|>0而Sp2=0或Sp1=0而|Sp2|>0,VL=0,差速率γ=(VH-VL)/(VH)=1,差速率大最大,即一个转子停转、一个转子运转,
当两转子输出轴处于不完全差速时,|Sp1|≠|Sp2|且|Sp1|>0同时|Sp2|>0,VH>VL,差速率γ=(VH-VL)/(VH),γ∈(0~1),差速率为处于0-1之间的小数;
当导通率Cy=1时,
两转子输出轴实现准差速锁驱动,两转子阻力均衡时,两转子输出轴转速相同,VH=VL,差速率γ=(VH-VL)/(VH)=0,差速率最小,实现准差速锁,
当导通率Cy满足关系式1>Cy>0时,
在两转子受到的阻力均衡时,两转子输出轴转速相同,VH=VL,差速率γ=(VH-VL)/(VH)=0,差速率最小;
在两转子受到的阻力不均衡时,两输出轴转速不同,设VH>VL,差速率γ=(VH-VL)/(VH),γ∈(0~1),差速率为处于0-1之间的小数,如导通率Cy从0到1递增时,差速率则由1向0递减,如导通率Cy从1到0递减时,差速率则由0向1递增,依据工况和控制目标通过调整导通率Cy来实现差速率γ的管控,使不同转子输出轴之间差速率得到控制,使得差速锁控制***和差速率控制***的差速性和差速锁的驱动性得以动态实时跟踪与灵活控制,用于面对较为复杂的负荷工况。单体准差速锁电机的两个三相绕组连接关系及其控制电路可参考后文的“两电机准差速锁及差速率控制***”的实施例9及图17,其电路连接关系一致。
第四方面,提供了一种分体电机的差速率控制***。
实施例9
一种差速率控制***,包括如实施例6的具有n个电机的准差速锁控制***。为便于理解,图17示出了两电机的差速率控制***,图18示出的是基于实施例6的图14的n电机的准差速锁及差速率电子控制驱动***结构示意图。在图17中,准差速锁控制电路(2000)包括的三个控制开关K1、K2和K3还分别具有各自的信号输入端,准差速锁控制电路还包括导通率调制电路(1000),导通率调制电路(1000)具有三个信号输出端与开关Ka、Kb和Kc的信号输入端相对应连接,用于通过导通率调制电路分别控制三个开关Ka、Kb和Kc各自两个控制端的导通率Cy(Conductivity)。其中,对应于每一个控制开关,配置有隔离电路2001、2002和2003,使导通率调制电路(1000)与准差速锁控制电路(2000)之间获得较佳的信号匹配关系。导通率调制电路(1000)的三个信号输出端输出不同占空比的控制脉冲,通过隔离电路耦合至对应的控制开关K1、K2、K3,实现不同的导通率Cy,原理参见图17的阐述。
在图18中,三个开关Ka、Kb和Kc还分别具有各自的信号输入端,准差速锁控制电路还包括导通率调制电路,导通率调制电路具有三个信号输出端与开关Ka、Kb和Kc的信号输入端相对应,导通率调制电路的三个输出端分别与开关Ka、Kb和Kc的信号输入端连接,期间配置有如图的2001、2002、2003…等隔离电路以隔离匹配信号,通过导通率调制电路分别控制三个开关Ka、Kb和Kc各自两个控制端的导通率Cy,导通率Cy为开关Ka、Kb、Kc中任一开关的导通时间Ton与导通周期T的比值,导通周期T为开关的导通时间Ton与截止时间Toff之和,即Cy=Ton/(Ton+Toff),当导通率Cy=0时,三个开关Ka、Kb和Kc均截止,各电机输出轴之间没有锁止关系,输出轴之间的转速允许实现从完全等速到完全差速;在准差速锁控制***中的电机之间,令不同电机的输出轴的差速率为:(高速轴速VH-低速轴速VL)/(高速轴速VH),令差速率(Differential speed rate)符号为γ,即:γ=(VH-VL)/VH。
当导通率Cy=0时,在三个开关Ka、Kb和Kc均在截止的可差速状态,电机输出轴之间的差速率在[0~1]之间变化,即γ∈[0~1];当完全等速即无差速时,不同电机的输出轴转速Sp1=Sp2,VH=VL,差速率γ=(VH-VL)/(VH)=0,差速率最小,此工况出现在各电机参数相同且负荷相同时;当完全差速时,不同电机的输出轴转速|Sp1|>0而Sp2=0或Sp1=0而|Sp2|>0,VL=0,差速率γ=(VH-VL)/(VH)=1,差速率大最大,即一个电机停转、一个电机运转;当电机输出轴处于不完全差速时,|Sp1|≠|Sp2|且|Sp1|>0同时|Sp2|>0,VH>VL,差速率γ=(VH-VL)/(VH),γ∈(0~1),差速率为处于0-1之间的小数。
当导通率Cy=1时,电机输出轴实现准差速锁驱动,电机参数相同且阻力均衡时,电机输出轴转速相同,VH=VL,差速率γ=(VH-VL)/(VH)=0,差速率最小,实现准差速锁(Quasi-differential speed lock)。
当导通率Cy满足关系式1>Cy>0时,在电机参数相同且阻力均衡时,电机输出轴转速相同,VH=VL,差速率γ=(VH-VL)/(VH)=0,差速率最小;在电机参数相同但阻力不均衡时,电机输出轴转速不同,设VH>VL,差速率γ=(VH-VL)/(VH),γ∈(0~1),差速率为处于0-1之间的小数,如导通率Cy从0到1递增时,差速率则由1向0递减,如导通率Cy从1到0递减时,差速率则由0向1递增,依据工况和控制目标通过调整导通率Cy来实现差速率γ的管控,使不同电机输出轴之间差速率得到控制,使得差速锁控制***和差速率控制***的差速性和差速锁的驱动性得以动态实时跟踪与灵活控制,用于面对较为复杂的负荷工况。
当准差速锁控制***的控制开关个数为q且q>3时,即除开关Ka、Kb和Kc之外,准差速锁控制***还具有(q-3)个控制开关,图图18中开关K4……K(q-3),这些控制开关分别还具有各自信号输入端,导通率调制电路还具有(q-3)个信号输出端,这些输出端分别与(q-3)控制开关的信号输入端相对应连接,用于通过导通率调制电路分别控制(q-3)个控制开关的导通率Cy,使不同电机输出轴之间差速率得到控制,使得差速锁控制***和差速率控制***的差速性和差速锁的驱动性得以动态实时跟踪与灵活控制,用于面对较为复杂的负荷工况。
第五方面,提供了四种差速率控制方法,具体参见下述实施例10~13的相关描述。
实施例10
一种差速率控制方法,应用于实施例9的差速率控制***,参考图18、图19,包括步骤:
S1:在具有n个电机的差速率控制***中,分别在第一至第n电机的输出轴设置转速传感器,实时采集差速率控制***中互为差速关系和互为差速锁关系的不同电机输出轴转速信号Sp1~Spn、同时采集加减速指令信号VTA,
S2:将信号Sp1~Spn、VTA输入给一电子控制单元ECM(Electronics controlmodule)。
S3:电子控制单元ECM将步骤1所述的信号Sp1~Spn、VTA进行处理和运算,通过所述γ=(VH-VL)/(VH)计算获取当前工况的差速率γ,将所述差速率γ与电子控制单元ECM内存的差速率γ脉谱图进行比较和运算获得差速率调整数据,根据差速率调整数据计算当前导通率调整数据Cy,差速率γ脉谱图为通过工程试验获取的差速率γ的动态控制模型数据。
S4:电子控制单元ECM输出导通率控制指令给导通率调制电路。
S5:导通率调制电路实时控制差速率控制***中控制开关的导通率Cy,实现差速率γ的优化控制。
实施例11
另一种差速率控制方法,用于实施例9的差速率控制***,如图18、20所示,包括步骤:
S1:在具有n个电机的差速率控制***中,分别在第一至第n电机的输出轴设置转速传感器,实时采集差速率控制***中互为差速关系和互为差速锁关系的不同电机输出轴转速信号Sp1~Spn、同时采集启动信号Sta1和转向信号Str1,启动信号Sta1为使差速率控制***的电机投入启动运行的控制指令信号,转向信号Str1为使差速率控制***的不同电机产生转速差异的控制指令信号。
S2:将步骤1的信号Sta1、Str1、Sp1~Spn输入给一电子控制单元ECM。
S3:电子控制单元ECM将步骤1的信号Sta1、Str1、Sp1~Spn进行处理和运算,并与内存的差速率目标值γ脉谱图进行比较和运算,通过计算获取当前工况的差速率γ,将所获取的差速率γ与电子控制单元ECM内存的差速率γ脉谱图进行比较和运算获得差速率调整数据,根据差速率调整数据计算当前导通率调整数据Cy,差速率γ脉谱图为通过工程试验获取的差速率γ的动态控制模型数据。
S4:电子控制单元ECM输出导通率控制指令给导通率调制电路。
S5:导通率调制电路控制差速率控制***中的控制开关的导通率Cy,进而实现转向或者启动时差速率γ的优化控制。
实施例12
一种差速率控制方法,用于实施例8、9的差速率控制***,如图18、21所示,包括步骤:
S1:在具有n个电机的差速率控制***中,分别在第一至第n电机的输出轴设置转速传感器,实时采集差速率控制***中互为差速关系的编号为f、t的不同电机输出轴转速信号Spf~Spt,其中f∈[1~n]、p∈[1~n]。
S2:将步骤1的信号Spf~Spt输入给一电子控制单元ECM。
S3:电子控制单元ECM将步骤1的信号Spf~Spt进行处理和运算,判别是否存在输出轴打滑:在Spf~Spt信号数据组监视过程中,选取数据组转速最高的信号数据Spmax与转速最低的信号数据Spmin进行比较,若转速最高的信号数据Spmax与转速最低的信号数据Spmin之差小于允许值Lims1,即Spmax-Spmin<Lims1时,则判定信号数据Spmax与Spmin所在电机不存在驱动打滑;若转速最高的信号数据Spmax与转速最低的信号数据Spmin之差超出允许值Lims1,即Spmax-Spmin>Lims1时,则判定信号数据Spmax所在电机输出轴存在驱动打滑,电子控制单元ECM计算当前Spmax所在电机的滑转率δ,δ=[(Spmax-Spmin)/Spmin]×100%且Spmin>0,并进一步计算当前滑转率所对应的差速率当量,将差速率当量与对应于内存的差速率目标值γ脉谱图进行比较和运算获得差速率调整数据,根据差速率调整数据计算当前导通率调整数据Cy,差速率γ脉谱图为通过工程试验获取的差速率γ的动态控制模型数据。
S4:电子控制单元ECM输出导通率控制指令给导通率调制电路。
S5:导通率调制电路控制差速率控制***中的控制开关的导通率Cy,进而实现输出轴打滑时的差速率γ优化控制。
实施例13
再提供一种差速率控制方法,用于实施例9的差速率控制***,参考图18,包括:在为差速率控制***供电的三相交流电源***中,配置如下电压调制方法:
当差速率控制***处于导通率Cy=0时的可差速驱动状态时,差速率控制***的顶点A、B、C所接通的三相交流电源采用第一电压值。
当差速率控制***处于导通率Cy=1时的准差速锁驱动状态时,差速率控制***的顶点A、B、C所接通的三相交流电源采用第二电压值。
当差速率控制***处于导通率Cy满足1>Cy>0关系的可变差速率驱动状态时,差速率控制***的顶点A、B、C所接通的三相交流电源采用第三电压值。
设顶点A、B、C接通的三相交流电源电压值为E,则E=f(Cy,γ),即依据差速率γ控制目标调整导通率Cy时,调整三相交流电源电压值E使其跟踪导通率Cy的变化,来实现不同电机或不同转子输出轴之间差速率调控和转矩响应,使得差速锁控制***和差速率控制***的差速性和差速锁的驱动性得以优化控制,用于面对较为复杂的负荷工况;
在进行上述导通率满足Cy=0或Cy=1或1>Cy>0关系的差速率控制的同时,监测差速率控制***的电机电流Ir,当电流Ir超过允许值Im时调整导通率Cy或调整三相交流电源电压值E,使电流不超限确保***安全运行,附图22示出某车辆差速率控制***中,三相交流电源电压E与差速率γ和导通率Cy之间的变化关系曲线,从图中可以看出,导通率Cy曲线走向大体上跟踪了差速率γ的变化,当然随着实际运行工况的变化,当互为差速关系的车轮之间由于坑洼或颠婆等偶尔出现的短暂差速,差速率控制***会默认纠错,不会出现应激过渡,如图中γ曲线出现小的抖动时,导通率曲线Cy并无不必要的相应。供电电压E也是跟踪了上述Cy和γ的变化,适时调整供电三相交流电源的电压曲线,为差速状态、差速锁状态、差速率调整期间适配相应的电压相应,兼顾转矩响应特性和电驱动动力***的外特性和一些部分特性。
第六方面,提供了一种汽车。
实施例14一种汽车,包括本发明第一或第二方面的准差速锁控制***,或包括本发明第三或第四方面的差速率控制***,或包括采用本发明第五方面中任一种差速率控制方法。
通过上述较为详细的阐述可以得出,本发明的技术方案具有下述功能和技术特点。
1、创造性提出三相交流电机中线(准)差速锁定理、驱动控制***。
2、准差速锁及差速率控制***采用交流电机,结构坚固可靠、耐久性强、技术通用性强、简化结构、提高运行可靠性、利于规模产业化、降低成本。
3、交流电机技术成熟度高、坚固耐用、易于普及、降低产业投入成本、缩短建设周期。
4、转子参数一致性高、旋转方向无需倒向,旋转动量相平衡,易于生产,结构简单,实用性及技术普及性强。
5、省去永久磁体,不会发生因振动、温度、时间导致永磁退磁电机功率下降问题,节省成本和工艺难度、节省矿业资源、减少稀土开采和生产环节带来的环保问题。
6、省去机械差速器,降低结构成本、减轻重量,有利于轻量化。
7、易于实现差速锁控制,且准差速锁优于机械差速锁,和机械差速锁相比减轻重量,有利于轻量化,从而为节能减排增效。
8、首次提出并实现差速率控制,提升车辆驱动性和通过性、提升车辆操控性能,有利于提高精细化差速率控制实现车辆优化控制,进而提高舒适性和安全性。
9、准差速锁和差速率控制***有利于提升车辆起步、爬坡、崎岖路面等复杂工况的性能。
10、电路结构较为简单、***驱动元件数较少。
11、有利于应用在双轮驱动、三驱动***、四驱***及多驱***。
12、为车辆及相关电机控制技术领域提供新的技术视角和开发空间,为现有燃油车辆及在用车辆的电动化提供有力技术途径和技术支持,为新能源汽车动力***等开辟了新的技术发展空间,为人类的出行产业与节能环保、悠舒驾驶作出贡献。
上述实施例仅用于说明本发明技术方案,不是对本发明技术方案的限定,在不脱离本发明思想前提下,通过对本发明技术实施方式进行组合和等同变换所得到的其他实施例均落入本发明保护范围,本发明的权利保护范围有所附权利要求书限定。

Claims (14)

1.一种准差速锁控制***,其特征在于,
包括第一~第n这n个三相交流电机,其中n∈Z+且n≥2,每个交流电机包括三相绕组,即:第1~第n电机的U相绕组分别为U1~Un、第1~第n电机的V相绕组分别为V1~Vn、第1~第n电机的W相绕组分别为W1~Wn;每个相绕组分别引出首端H和尾端T,其中,U1~Un绕组的首端分别为Hu1~Hun、尾端分别为Tu1~Tun,V1~Vn绕组的首端分别为Hv1~Hvn、尾端分别为Tv1~Tvn,W1~Wn绕组的首端分别为Hw1~Hwn、尾端分别为Tw1~Twn;
根据每一电机输出轴旋转方向要求确定所述电机绕组的相位顺序,再将所有电机的三相绕组按照绕组的相位顺序分U相、V相、W相三组,即U相组、V相组和W相组,每一组中的各个绕组依绕组所在电机1~n的顺序和绕组相序依次首尾连接,具体串联形式为,
所有电机的n个U相绕组U1~Un首尾串联连接,设1≤m≤n-1且m∈Z+,第m电机的U相绕组Um的尾端Tum与第m+1电机的U相绕组U(m+1)的首端Hw(m+1)连接,即绕组U1的尾端Tu1与绕组U2的首端Hu2连接、绕组U2的尾端Tu2与绕组U3的首端Hu3连接,依此连接规律执行,直至绕组U(n-1)的尾端Tu(n-1)与绕组Un的首端Hun连接,使所有电机的n个U相绕组依次首尾串联起来构成U相一条边,绕组U1的首端Hu1为该边的首端、绕组Un的尾端Tun为该边的尾端;该边上的n-1个首尾连接节点将该边分为n等份,在所述n-1个首尾连接节点中,令第m电机的U相绕组Um的尾端Tum与第m+1电机的U相绕组U(m+1)的首端Hu(m+1)连接节点为Dum,则所述节点Dum为该边的一个n等分点;所有电机的n个V相绕组V1~Vn首尾串联连接,设1≤m≤n-1且m∈Z+,第m电机的V相绕组Vm的尾端Tvm与第m+1电机的V相绕组V(m+1)的首端Hv(m+1)连接,即绕组V1的尾端Tv1与绕组V2的首端Hv2连接、绕组V2的尾端Tv2与绕组V3的首端Hv3连接,依此连接规律执行,直至绕组V(n-1)的尾端Tv(n-1)与绕组Vn的首端Hvn连接,使所有电机的n个V相绕组依次首尾串联起来构成V相一条边,绕组V1的首端Hv1为该边的首端、绕组Vn的尾端Tvn为该边的尾端;该边上的n-1个首尾连接节点将该边分为n等份,在所述n-1个首尾连接节点中,令第m电机的V相绕组Vm的尾端Tvm与第m+1电机的V相绕组V(m+1)的首端Hv(m+1)连接节点为Dvm,则所述节点Dvm为该边的一个n等分点;所有电机的n个W相绕组W1~Wn首尾串联连接,设1≤m≤n-1且m∈Z+,第m电机的W相绕组Wm的尾端Twm与第m+1电机的W相绕组W(m+1)的首端Hw(m+1)连接,即绕组W1的尾端Tw1与绕组W2的首端Hw2连接、绕组W2的尾端Tw2与绕组W3的首端Hw3连接,依此连接规律执行,直至绕组W(n-1)的尾端Tw(n-1)与绕组Wn的首端Hwn连接,使所有电机的n个W相绕组依次首尾串联起来构成W相一条边,绕组W1的首端Hw1为该边的首端、绕组Wn的尾端Twn为该边的尾端;该边上的n-1个首尾连接节点将该边分为n等份,在所述n-1个首尾连接节点中,令第m电机的W相绕组Wm的尾端Twm与第m+1电机的W相绕组W(m+1)的首端Hw(m+1)连接节点为Dwm,则所述节点Dwm为该边的一个n等分点;
将所述U相一条边、V相一条边和W相一条边按照交流电机的三角形连接方式进行首尾连接构成一个新的大三角形接法,即:
将第1电机的U相绕组U1的首端Hu1与第n电机的W相绕组Wn的尾端Twn连接,并设连接节点为A,
将第1电机的V相绕组V1的首端Hv1与第n电机的U相绕组Un的尾端Tun连接,并设连接节点为B,
将第1电机的W相绕组W1的首端Hw1与第n电机的V相绕组Vn的尾端Tvn连接,并设连接节点为C,
所述节点A、B、C为所述大三角形的三个顶点,用于连接三相交流电源;
还包括准差速锁控制电路,
所述准差速锁控制电路包括三个独立控制开关分别为Ka、Kb和Kc,所述开关Ka、Kb和Kc均为包括两个控制端的开关器件,且所述开关器件在导通状态时两个控制端接通交流电流、在截止时两个控制端切断交流电流,
将所述开关Ka的一个控制端连接大三角形的顶点A,另一个控制端连接所述顶点A对边上的一个n等分点Dvm,当所述开关Ka导通时,在所述大三角形中,所述开关Ka构成所述顶点A对边的一条n等分中线,
将所述开关Kb的一个控制端连接大三角形的顶点B,另一个控制端连接所述顶点B对边上的一个n等分点Dwm,当所述开关Kb导通时,在所述大三角形中,所述开关Kb构成所述顶点B对边的一条n等分中线,
将所述开关Kc的一个控制端连接大三角形的顶点C,另一个控制端连接所述顶点C对边上的一个n等分点Dum,当所述开关Kc导通时,在所述大三角形中,所述开关Kc构成所述顶点C对边的一条n等分中线;
当所述开关Ka、Kb和Kc均截止时,在电气连接关系上,各个电机仍为串联关系,每条边上的n个相绕组串联分担所述三相交流电源的相电压,各电机相电流相等,当所有电机电气参数相同、负载均衡时,各电机的对应相绕组平均分担三相交流电源中各相电源电压即每个绕组分担三相电源的相电压的1/n;当电机负载不均衡时,负载重的电机转速下降导致电感量减小、所分担的电压降低、从而功率占比降低并且转速降低,负载轻的电机转速升高电感量变大、所分担的电压升高、从而功率占比升高并且转速升高,使各电机之间实现自动反载感电压分配的差速功能,即每一个电机的三相绕组所分担的电压与该电机绕组动态电感量呈正相关、与该电机的负载呈反相关的电压-负载分配关系,电机之间为差速关系;
当所述开关Ka、Kb和Kc均导通时,在电气连接关系上,三条n等分中线的连接等效于将所述大三角形分割为两个小三角形,其根据为,当所述顶点A、B、C接通三相交流电源时,
其中,一个三角形为由第1~第m电机的U相绕组U1~Um串联形成的U相所在边、V相绕组V1~Vm串联形成的V相所在边、W相绕组W1~Wm串联形成的W相所在边这三条边构成、顶点为A、B、C的第一小三角形,且由于相序关系使所述第一小三角形内运行的第1~第m电机的转子转向分别与所述第1~第m电机在开关Ka、Kb和Kc均截止时的大三角形状态运行时的转子转向相一致;另一个三角形为由第(m+1)~第n电机的U相绕组U(m+1)~Un串联形成的U相所在边、V相绕组V(m+1)~Vn串联形成的V相所在边、W相绕组W(m+1)~Wn串联形成的W相所在边这三条边构成、顶点为A、B、C的第二小三角形,且由于相序关系使所述第二小三角形内运行的第1~第m电机转子转向分别与所述第1~第m电机在开关Ka、Kb和Kc均截止时大三角形状态运行时的转子转向相一致;
即:将n个三相交流电机按照1~n顺序进行编号、再根据每一个已编号的交流电机输出轴旋转方向要求对所有电机绕组进行相位属性划分,即所有电机的U相绕组为一组、V相绕组为一组、W相绕组为一组,在每一组内按照绕组所在电机的编号顺序依次首尾串联连接形成一条边,得到分属U相、V相、W相的三条边,每一条边内的相邻绕组的首尾连接节点构成所在边的n等分点,再按照相同的绕组排列顺序确定每一条边的首尾端子,将由不同相位绕组首尾串联得到的三条边依据交流电机的三角形接法进行首尾连接,构成大三角形连接关系,将所述大三角形的每个顶点分别与对边相应的一个n等分点之间连接形成一条等分中线,三条等分中线连接后将所述大三角形切割为两部分,切割出来的两部分在电气连接关系上等效于新的两个小三角形,所述两个小三角形的顶点均与所述大三角形三个顶点重合,重合的三个顶点接通所述三相交流电源,每一个小三角形内运行的每一个电机仍旧保持所述电机在大三角形运行时的转子转向,这种以三条等分中线获取同转向的相序连接关系称为三相交流电机的中线定理;且这两个小三角形为电气并联关系,分别独立承载三相交流电源,若令所述第一小三角形内的电机分别驱动配置于第一轴内的相互独立的m个驱动轮、同时,亦令所述第二小三角形内的电机分别驱动配置于第二轴内的相互独立的n-m个驱动轮,两轴之间电系均独立承担三相交流电源从而使所述第一轴与第二轴之间的转矩相互独立,两轴之间实现相当于差速锁功能,即实现第一轴与第二轴的轴间差速锁,相比于机械差速锁的1:1转速关系,此时所述第一轴内电机的电源与所述第二轴内所有电机的电源为并联关系,不同轴上会因负载差异出现一定转速偏差,故这种以电气连接关系实现的差速锁不完全等同于机械差速锁的完全锁止,因此将这种电气关系的差速锁称为准差速锁,所述第一轴与第二轴之间为准差速锁关系,对于所述差速锁控制***应用于轮系驱动的车辆来说,这样的准差速锁优于刚性的机械差速锁,故称所述第一轴与第二轴之间实现的是轴间准差速锁;
当m=1且n-m>1时,此时第一小三角形内仅具有1个电机,该电机独立承担三相交流电源,使所述第m电机与所述第二小三角形内的、电机无自动反载感电压分配的差速功能,第一轴上的第m电机与所述第二轴之间实现准差速锁功能;当m>1时,第一小三角形内的m个电机之间具有自动反载感电压分配的差速功能,第一轴内的m个电机之间无准差速锁功能,第一轴与第二轴之间具有准差速锁功能;当m>1且n-m=1时,第二小三角形内仅具有1个电机,该电机独立承担三相交流电源,使所述第n电机与所述第一小三角形内的电机无自动反载感电压分配的差速功能,第二轴上的第n电机与所述第一轴之间实现准差速锁功能;当m≠1且n-m>1时,第二小三角形内的n-m个电极之间具有自动反载感电压分配的差速功能,第二轴内的m个电机之间无准差速锁功能;
即三个开关Ka、Kb、Kc均为接通时,三个开关所形成的所述大三角形的三个n分中线构成轴系之间的中线差速锁,轴间实现准差速锁功能;
根据工况需要,适时接通或断开所述开关Ka、Kb、Kc,则使位于分属两个小三角形的电机所在的不同轴系之间实现轴间差速和轴间准差速锁功能,兼具差速性和差速锁的驱动性;
当所述两个小三角形中任一小三角形内含有h个电机时,所述小三角形内部再次进行如前所述的3个h等分中线方式进行连接时,仍符合所述中线定理,小三角形被再次分割为更小的三角形内部的电机仍旧保持原来的转向;在此基础上,适时接通或断开小三角形内部的中线连接时,能够实现小三角形内部的准差速锁功能,进而实现第一次中线连接后的轴间差速与轴间准差速锁、第二次~第h次中线连接后的轴系内部的轮系之间的差速与准差速锁,并以此递进优化、控制车辆上的轴系与轮系间的差速功能与差速锁驱动性能。
2.根据权利要求1所述的准差速锁控制***,其特征在于,所述准差速控制***包括的两个三相交流电机分别为第一电机和第二电机,所述第一电机具有的三相绕组为第一绕组、第二绕组和第三绕组,所述第一绕组的首尾两个端子分别为11和12、所述第二绕组的首尾两个端子分别为21和22、所述第三绕组的首尾两个端子分别为31和32,所述第二电机具有的三相绕组为第四绕组、第五绕组和第六绕组,所述第四绕组的首尾两个端子分别为41和42、所述第五绕组的首尾两个端子分别为51和52、所述第六绕组的首尾两个端子分别为61和62,将两个电机的三相绕组依电机次序和绕组相序依次首尾串联连接,
即:第一绕组端子12与第四绕组端子41连接,并设连接节点为Z,第二绕组端子22与第五绕组端子51连接,并设连接节点为X,第三绕组端子32与第六绕组端子61连接,并设连接节点为Y;再将所述第一绕组的端子11和第六绕组的端子62连接,并设连接节点为A,所述第二绕组的端子21和第四绕组的端子42连接,并设连接节点为B,所述第三绕组的端子31和第五绕组的端子52连接,并设连接节点为C,
使所述第一电机的三个绕组和所述第二电机的三个绕组构成第一种串联形式的大三角形接法:即以A、B、C为顶点,以第一和第四绕组串联支路为一条边、以第二和第五绕组串联支路为一条边、以第三和第六绕组串联支路为一条边,由这三条边组成等边三角形结构,
使所述第一电机的三个绕组和第二电机的三个绕组构成第二种串联形式的大三角形接法:即以X、Y、Z为顶点,以第五和第三绕组串联支路为一条边、以第六和第一绕组串联支路为一条边、以第四和第二绕组串联支路为一条边,由这三条边组成等边三角形结构,
当采取所述第一种串联形式的三角形接法时,所述第一、四绕组串联支路所在边的二等分中点为Z、所述第二、五绕组串联支路所在边的二等分中点为X、所述第三、六绕组串联支路所在边的二等分中点为Y,
所述准差速锁控制电路包括三个控制开关,即第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3,所述K1的两个控制端分别连接所述等边三角形的顶点A和所述顶点A对边的二等分中点X,使所述开关K1构成该边二分中线,所述K2的两个控制端分别连接顶点B和所述顶点B对边的二等分中点Y,使所述开关K2构成该边二分中线,所述K3的两个控制端分别连接定点C和所述顶点C对边的二等分中点Z,使所述第三开关K3构成该边二分中线;
在所述顶点A、B、C施加三相交流电源,适时控制所述开关K1~K3的接通与截止,从而实现相应的差速与准差速锁功能;
当所述K1、K2、K3均为断开状态时,所述第一电机和第二电机的绕组之间为串联关系,即第一、四绕组串联承担A-B相间电压,第二、五绕组串联承担B-C相间电压,第三、六绕组串联承担C-A相间电压,且在连接绕组时确保两电机转子旋转方向符合设计要求,设两电机均为正转,两电机分担所述三相交流电源电压,两电机电流相等,当两电机电气参数相同、负载均衡时,两电机各自所分担电压为近似电源电压一半,当两电机负载不均衡时,负载重的电机转速下降电感量减小、所分担的电压降低、从而功率和转速降低,负载轻的电机转速升高电感量变大、所分担的电压升高、从而功率和转速升高,此时两电机输出轴之间实现自动反载感电压分配的差速功能,即不同电机的定子绕组分担电压与该绕组电感量呈正相关、与该电机的负载呈反相关的电压-负载分配关系,
当所述开关K1、K2、K3均为接通时,即A-X中线接通、B-Y中线接通、C-Z中线接通,所述第一电机的第一、二、三绕组分别承载A-C相间电压、B-A相间电压、C-B相间电压,所述第二电机的第四、五、六绕组分别承载C-B相间电压、A-C相间电压、B-A相间电压,两电机构成并联关系,相序相差使两电机旋转方向与串联时旋转方向一致,两电机均独立承担三相交流电压、独立转矩,实现准差速锁功能,即三个开关K1、K2、K3均为接通了所述等边三角形的三个中线构成中线差速锁,两电机之间失去反载感电压分配的差速功能,
根据工况需要适时接通或断开三个开关K1、K2、K3,使两个电机和准差速锁控制电路构成的准差速锁控制***实现差速与准差速锁控制功能、兼具差速性和差速锁的驱动性;
当采取所述第二种串联形式的三角形接法时,所述等边三角形的顶点为X、Y、Z,所述等边三角形三边的二等分中点分别为A、B、C,在所述顶点X、Y、Z和相应的对边中点设置准差速锁控制电路的三个独立控制的开关电路时,两电机和所述所构成的准差速锁控制电路共同构成的***如所述第一种串联方法同样实现实时差速与准差速锁控制功能、兼具差速性和差速锁的驱动性。
3.根据权利要求1所述的准差速锁控制***,其特征在于,所述准差速控制***包括的三个三相交流电机分别为第一电机、第二电机和第三电机,
所述第一电机具有的三相绕组为第一绕组、第二绕组和第三绕组,所述第一绕组的首尾两个端子分别为11和12、第二绕组的首尾两个端子分别为21和22、第三绕组的首尾两个端子分别为31和32,
所述第二电机具有的三相绕组为第四绕组、第五绕组和第六绕组,所述第四绕组的首尾两个端子分别为41和42、第五绕组的首尾两个端子分别为51和52、第六绕组的首尾两个端子分别为61和62,
所述第三电机具有的三相绕组为第七绕组、第八绕组和第九绕组,所述第七绕组的首尾两个端子分别为71和72、第八绕组的首尾两个端子分别为81和82、第九绕组的首尾两个端子分别为91和92,
将三个电机的三相绕组依电机次序和绕组相序依次首尾串联连接,
即:第一绕组端子12与第四绕组端子41连接,并设连接节点为1241,第四绕组端子42与第七绕组端子71连接,并设连接节点为4271,第二绕组端子22与第五绕组端子51连接,并设连接节点为2251,第五绕组端子52与第八绕组端子81连接,并设连接节点为5281,第三绕组端子32与第六绕组端子61连接,并设连接节点为3261,第六绕组端子62与第九绕组端子91连接,并设连接节点为6291;再将所述第一绕组的端子11和第九绕组的端子92连接,并设连接节点为A,所述第二绕组的端子21和第七绕组的端子72连接,并设连接节点为B,所述第三绕组的端子31和第八绕组的端子82连接,并设连接节点为C,
使所述第一电机的三个绕组、第二电机的三个绕组和所述第三电机的三个绕组构成串联后的大三角形接法:即以A、B、C为顶点、以第一、四、七绕组串联支路、第二、五、八绕组串联支路和第三、六、九绕组串联支路为三边的等边三角形结构,
所述等边三角形第一、四、七绕组串联支路所在边的三等分中点为1241和4271、所述等边三角形第二、五、八绕组串联支路所在边的三等分中点为2251和5281、所述等边三角形由第三、六、九绕组串联支路所在边的三等分中点为3261和6291,
所述准差速锁控制电路包括六个控制开关,即第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4、第五开关K5和第六开关K6,所述K1的两个控制端分别连接所述等边三角形的顶点A和所述顶点A的对边的三等分中点2251,使所述第一开关K1构成该边三分中线,所述K2的两个控制端分别连接顶点B所述顶点B的对边的三等分中点3261,使所述第二开关K2构成该边的三分中线,所述K3的两个控制端分别连接所述定点C和所述顶点C的对边的三等分中点1241,使所述第三开关K3构成该边的三分中线,同理,将K4的两个控制端分别连接顶点B和5281节点、将K5的两个控制端分别连接顶点A和4271节点、将K6的两个控制端分别连接顶点C和6291节点;
在所述顶点A、B、C施加三相交流电源,
适时控制所述开关K1~K6的接通与截止,从而实现相应的差速与准差速锁功能;
当所述K1、K2、K3均为断开状态时,所述第一电机、第二电机和第三电机的绕组之间均为串联关系,即第一、四、七绕组串联承担A-B相间电压,第二、五、八绕组串联承担B-C相间电压,第三、六、九绕组串联承担C-A相间电压,且在连接绕组时确保三个电机转子旋转方向符合设计要求,设三电机均为正转,三电机分担所述三相交流电源电压,三电机电流相等,当三电机电气参数相同、负载均衡时,三电机各自所分担电压为近似电源电压1/3,当各电机负载不均衡时,负载重的电机转速下降电感量减小、所分担的电压降低、从而功率和转速降低,负载轻的电机转速升高电感量变大、所分担的电压升高、从而功率和转速升高,此时三电机实现自动反载感电压分配的差速功能,即分担电压与电感量呈正相关、与负载呈反相关的电压-负载分配关系,
①当所述K1、K2、K3均为接通且所述K4、K5、K6断开时,即A-2251中线接通、B-3261中线接通、C-1241中线接通,所述第一电机的第一、二、三绕组分别承载A-C相间电压、B-A相间电压、C-B相间电压,所述第一电机全压工作、转矩独立,且相序相差使第一电机与三电机串联时旋转方向一致;所述第二电机和第三电机的第四、七绕组承载C-B相间电压、第五、八绕组承载A-C相间电压、第六、九绕组承载B-A相间电压,两电机构成串联关系,相序相差使第二电机和第三电机这两个电机旋转方向与三电机串联时旋转方向一致,使第二与第三电机转子实现自动反载感电压分配的差速功能;但第二、三两电机组合与第一电机构成并联关系,若令第一电机驱动第一轴、第二电机和第三电机分别驱动第二轴上的相互独立的两个轮,两轴之间电系均独立承担三相交流电压从而各自转矩独立,即实现第一轴与第二轴的轴间准差速锁、而第二轴内的两个轮分别由所述第二电机和第三电机实现轴内差速驱动,即三个开关K1、K2、K3均为接通了所述等边三角形的三个三分中线构成轴系之间的中线差速锁,
在所述K4、K5、K6断开时,根据工况需要适时接通或断开所述三个开关K1、K2、K3,则使三个电机和准差速锁控制电路构成的准差速锁控制***实现实时轴间差速与准差速锁控制功能、兼具差速性和差速锁的驱动性;
②当所述K1、K2、K3、K4、K5、K6分别接通相应的顶点与三等分中点时,即A-2251中线接通、B-3261中线接通、C-1241中线接通、A-4271接通、B-5281接通、C-6291接通,所述第一电机的第一、二、三绕组分别承载C-A相间电压、A-B相间电压、B-C相间电压,所述第二电机的第四、五、六绕组分别承载C-A相间电压、A-B相间电压、B-C相间电压,所述第三电机的第七、八、九绕组分别承载A-B相间电压、B-C相间电压、C-A相间电压,所述第一、二、三电机均全压工作,三电机构成并联关系,均独立承担三相交流电压从而各自独立控制转矩,三电机之间全部实现相当于准差速锁功能,若令第一电机驱动第一轴、第二电机和第三电机驱动第二轴的两个轮,则实现第一轴与第二轴的实现轴间准差速锁驱动、第二轴内的两个轮分别由所述第二电机和第三电机实现轴内准差速锁驱动,即六个开关K1、K2、K3、K4、K5、K6均接通了所述等边三角形的三个三分中线构成中线差速锁,
根据工况需要适时接通或断开六个开关K1、K2、K3、K4、K5、K6,使三个电机和准差速锁控制电路构成的准差速锁控制***实现实时轮间差速与轴间准差速锁控制功能、兼具轴间差速性和轴间差速锁的驱动性;
综合所述①和②,根据工况需要适时接通或断开六个开关K1~K6或适时分组接通或断开K1~K6,使三个电机和准差速锁控制电路构成的准差速锁控制***实现实时轴间差速与准差速锁、轴内差速与准差速锁、轮间差速与准差速锁控制功能、兼具差速性和差速锁的驱动性。
4.根据权利要求1所述的准差速锁控制***,其特征在于,所述准差速控制***包括的四个三相交流电机分别为第一电机、第二电机、第三电机和第四电机,
所述第一电机具有的三相绕组为第一绕组、第二绕组和第三绕组,所述第一绕组的首尾两个端子分别为11和12、所述第二绕组的首尾两个端子分别为21和22、所述第三绕组的首尾两个端子分别为31和32,
所述第二电机具有的三相绕组为第四绕组、第五绕组和第六绕组,所述第四绕组的首尾两个端子分别为41和42、所述第五绕组的首尾两个端子分别为51和52、所述第六绕组的首尾两个端子分别为61和62,
所述第三电机具有的三相绕组为第七绕组、第八绕组和第九绕组,所述第七绕组的首尾两个端子分别为71和72、所述第八绕组的首尾两个端子分别为81和82、所述第九绕组的首尾两个端子分别为91和92,
所述第四电机具有的三相绕组为第十绕组、第十一绕组和第十二绕组,所述第十绕组的首尾两个端子分别为101和102、所述第十一绕组的首尾两个端子分别为111和112、所述第十二绕组的首尾两个端子分别为121和122,将三个电机的三相绕组依电机次序和绕组相序依次首尾串联连接,
即:第一绕组端子12与第四绕组端子41连接,并设连接节点为1241,第四绕组端子42与第七绕组端子71连接,并设连接节点为4271,第七绕组端子72与第十绕组端子101连接,并设连接节点为72101,第二绕组端子22与第五绕组端子51连接,并设连接节点为2251,第五绕组端子52与第八绕组端子81连接,并设连接节点为5281,第八绕组端子82与第十一绕组端子111连接,并设连接节点为82111,第三绕组端子32与第六绕组端子61连接,并设连接节点为3261,第六绕组端子62与第九绕组端子91连接,并设连接节点为6291,第九绕组端子92与第十二绕组端子121连接,并设连接节点为92121;再将所述第一绕组的端子11和第十二绕组的端子122连接,并设连接节点为A,所述第二绕组的端子21和第十绕组的端子102连接,并设连接节点为B,所述第三绕组的端子31和第十一绕组的端子112连接,并设连接节点为C,
使所述第一电机的三个绕组、第二电机的三个绕组、第三电机的三个绕组和所述第四电机的三个绕组构成串联后的大三角形接法:即以A、B、C为顶点、以第一、四、七、十绕组串联支路、第二、五、八、十一绕组串联支路和第三、六、九、十二绕组串联支路为三边的等边三角形结构,
所述等边三角形第一、四、七、十绕组串联支路所在边的四等分中点为1241、4271和72101,所述等边三角形第二、五、八、十一绕组串联支路所在边的四等分中点为2251、5281和82111,所述等边三角形由第三、六、九、十二绕组串联支路所在边的三分中点为3261、6291和92121,
所述准差速锁控制电路包括第一至第九这九个相互独立控制的开关K1~K9,所述K1~K9均为包括两个控制端的开关器件,且所述开关器件在导通状态时两个控制端接通交流电流、在截止时两个控制端切断交流电流,所述K1的两个控制端分别连接所述等边三角形的顶点A和所述顶点A的对边的四等分中点5281,使所述第一开关K1构成该边一个四分中线,所述K2的两个控制端分别连接顶点B所述顶点B的对边的四等分中点6291,使所述第二开关K2构成该边的一个四分中线,所述K3的两个控制端分别连接所述定点C和所述顶点C的对边的四等分中点4271,使所述第三开关K3构成该边的一个四分中线,同理,将K4的两个控制端分别连接顶点A和72101节点、将K5的两个控制端分别连接顶点B和82111节点、将K6的两个控制端分别连接顶点C和92121节点,将K7的两个控制端分别连接顶点B和1241节点、将K8的两个控制端分别连接顶点C和2251节点、将K9的两个控制端分别连接顶点A和3261节点;
在所述顶点A、B、C施加三相交流电源,适时控制所述开关K1~K9的接通与截止,从而实现相应的差速与准差速锁功能;
当所述K1~K9均为断开状态时,所述第一电机、第二电机/第三电机和第四电机的绕组之间均为串联关系,即第一、四、七、十绕组串联承担A-B相间电压,第二、五、八、十一绕组串联承担B-C相间电压,第三、六、九、十二绕组串联承担C-A相间电压,且在连接绕组时确保四个电机转子旋转方向符合设计要求,设四个电机均为正转,四个电机分担所述三相交流电源电压,各电机电流相等,当四电机电气参数相同、负载均衡时,各自绕组所分担电压为近似电源电压1/4,当各电机负载不均衡时,负载重的电机转速下降电感量减小、所分担的电压降低、从而功率和转速降低,负载轻的电机转速升高电感量变大、所分担的电压升高、从而功率和转速升高,此时三电机实现自动反载感电压分配的差速功能,即分担电压与电感量呈正相关、与负载呈反相关的电压-负载分配关系,
①当且仅当所述K1、K2、K3分别接通时,即A-5281中线接通、B-6291中线接通、C-4271中线接通,此时串联连接的第一、四绕组作为一个整体分担了C-A相间电压,串联连接的第二、五绕组作为一个整体分担了A-B相间电压,串联连接的第三、六绕组作为一个整体分担了B-C相间电压,此时所述第一电机、第二电机的绕组构成了一个新的三角形连接关系的双电机串联体系,两电机构成串联关系,相序相差使两电机旋转方向与四个电机串联时旋转方向一致,新的三角形连接关系使第一与第二电机实现自动反载感电压分配的差速功能、所述第一电机与第二电机为差速关系;同理,第三电机和第四电机的绕组构成另一个新的三角形连接关系,相序相差使两电机旋转方向与四个电机串联时旋转方向一致,新的三角形连接关系使第三与第四电机实现自动反载感电压分配的差速功能、所述第三电机与第四电机亦为差速关系;若令第一电机和第二电机分别驱动第一轴上独立的两个轮,令第三电机和第四电机分别驱动第二轴上独立的两个轮,三个开关K1、K2、K3均为接通了所述等边三角形的三个中线构成中线差速锁,第一轴与第二轴之间相互独立控制,则实现所述第一轴与第二轴的轴间准差速锁,而第一轴内的两个轮分别由所述第一电机和第二电机实现轴内差速驱动,第二轴内的两个轮分别由所述第三电机和第四电机实现轴内差速驱动,在所述K4、K5、K6、K7、K8、K9均断开时,根据工况需要适时接通或断开三个开关K1、K2、K3,使四个电机和准差速锁控制电路构成的准差速锁控制***实现实时轴间差速与准差速锁控制功能、兼具轴间的差速性和轴间差速锁的驱动性;
②当所述K1、K2、K3分别接通情况下,将K4、K5、K6分别接通且K7、K8、K9断开时,在所述第三电机和第四电机构成另一个新的三角形连接关系中,此时A-72101中线接通、B-82111中线接通、C-92121中线接通,所述第三电机的第七、八、九绕组分别承载C-A相间电压、A-B相间电压、C-B相间电压,所述第四电机的第十、十一、十二绕组分别承载A-B相间电压、B-C相间电压、C-A相间电压,所述第三电机和第四电机各自独立承载三相电源全压,实现准差速锁功能,且相序相差使第三和第四电机旋转方向与四个电机串联时旋转方向一致;由于所述开关K7、K8、K9均断开,使所述第一电机、第二电机仍旧处于第一、二电机绕组构成的新三角形连接关系的双电机串联体系中,相序相差使两电机旋转方向与四个电机串联时旋转方向一致,新的三角形连接关系使第一与第二电机实现自动反载感电压分配的差速功能;若令第一电机和第二电机分别驱动第一轴上独立的两个轮,令第三电机和第四电机分别驱动第二轴上独立的两个轮,三个开关K1、K2、K3均为接通了所述等边三角形的三个中线构成中线差速锁,则实现所述第一轴与第二轴的轴间准差速锁,而第一轴内的两个轮分别由所述第一电机和第二电机实现轴内差速驱动,第二轴内的两个轮分别由所述第三电机和第四电机实现轴内准差速锁驱动,使所述第三电机和第四电机为准差速锁关系;在所述K1、K2、K3接通、K7、K8、K9断开时,根据工况需要适时接通或断开三个开关K4、K5、K6,使四个电机和准差速锁控制电路构成的准差速锁控制***实现实时第一与第二轴的轴间差速与准差速锁控制功能、第二轴轴内准差速锁功能、第一轴轴内差速功能,兼具轴间的差速性、轴间差速锁的驱动性、第一轴轴内差速性、第二轴轴内差速锁的驱动性;
③当所述K1、K2、K3、K4、K5、K6分别接通,即在所述②的条件下,再将K7、K8、K9分别接通时,在所述第一电机和第二电机构成另一个新的三角形连接关系中,此时A-3261中线接通、B-1241中线接通、C-2251中线接通,所述第一电机的第七、八、九绕组分别承载C-A相间电压、A-B相间电压、C-B相间电压,所述第二电机的第一、二、三绕组分别承载A-B相间电压、B-C相间电压、C-A相间电压,所述第一电机和第二电机各自独立承载三相电源全压,实现准差速锁功能;若令第一电机和第二电机分别驱动第一轴上独立的两个轮,令第三电机和第四电机分别驱动第二轴上独立的两个轮,在三个开关K1、K2、K3接通了所述等边三角形的三个中线构成中线差速锁前提下,实现所述第一轴与第二轴的轴间准差速锁控制,同时,在三个开关K4、K5、K6接通了所述新的等边三角形的三个中线构成其中线差速锁前提下,实现所述第二轴的轴内准差速锁控制;同时,在三个开关K7、K8、K9接通了所述另一个新的等边三角形的三个中线构成中线差速锁前提下,实现所述第一轴的轴内准差速锁控制,而第一轴内的两个轮分别由所述第一电机和第二电机实现轴内差速驱动,第二轴内的两个轮分别由所述第三电机和第四电机实现轴内准差速锁驱动,即:在所述K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8、K9各自分别接通时,使四个电机和准差速锁控制电路构成的准差速锁控制***实现实时工况的第一与第二轴的轴间准差速锁控制功能、第二轴轴内准差速锁功能、第一轴轴内准差速锁功能,兼具轴间差速锁的驱动性、轴内差速锁的驱动性,本***应用于四驱车辆时,实现准差速锁控制分轴分时四驱、提高车辆通过性。
5.根据权利要求1所述的准差速锁控制***,其特征在于,所述准差速控制***包括的五个三相交流电机分别为第一电机、第二电机、第三电机、第四电机和第五电机,
所述第一电机的三相绕组为第一、第二和第三绕组,所述第一、第二和第三绕组各自的首尾两个端子依次分别为11和12、21和22、31和32,
所述第二电机的三相绕组为第四、第五和第六绕组,所述第四、第五和第六绕组各自的首尾两个端子依次分别为41和42、51和52、61和62,
所述第三电机的三相绕组为第七、第八和第九绕组,所述第七、第八和第九绕组各自的首尾两个端子依次分别为71和72、81和82、91和92,
所述第四电机的三相绕组为第十、第十一和第十二绕组,所述第十、第十一和第十二绕组各自的首尾两个端子分别为101和102、111和112、121和122,
所述第五电机的三相绕组为第十三、第十四和第十五绕组,所述第十三、第十四和第十五绕组各自的首尾两个端子分别为131和132、141和142、151和152,
将所述五个电机的三相绕组依电机次序和绕组相序依次首尾串联连接,
即:所述端子12与41连接节点为1241,端子42与71连接节点为4271,端子72与101连接节点为72101,端子102与131连接节点为102131,端子22与51连接节点为2251,端子52与81节点为5281,端子82与111连接节点为82111,端子112和141连接节点为112141,端子32与61连接节点为3261,端子62与91连接节点为6291,端子92与121连接节点为92121,端子122与151连接节点为122151;再将所述端子11和端子152连接,并设连接节点为A,所述端子21和132连接,并设连接节点为B,所述端子31和端子142连接,并设连接节点为C,
使所述第一~第五电机各自的三个绕组构成串联后的大三角形接法:即以A、B、C为顶点、以第一、四、七、十、十三绕组串联支路、第二、五、八、十一、十四绕组串联支路和第三、六、九、十二、十五绕组串联支路为三边的等边三角形结构,
所述等边三角形第一、四、七、十、十三绕组串联支路所在边的五等分中点为1241、4271、72101和102131,所述等边三角形第二、五、八、十一、十四绕组串联支路所在边的五等分中点为2251、5281、82111和121141,所述等边三角形由第三、六、九、十二、十五绕组串联支路所在边的五等分中点为3261、6291、92121和122151,
所述准差速锁控制电路包括十二个相互独立控制的开关K1~K12,所述K1~K12均为包括两个控制端的开关器件,且所述开关器件在导通状态时两个控制端接通交流电流、在截止时两个控制端切断交流电流,所述K1的控制端连接所述顶点A及其对边的五等分中点5281,使所述第一开关K1构成该边一个五分中线,所述K2的控制端连接顶点B及其对边的五等分中点6291,使所述第二开关K2构成该边的一个五分中线,所述K3的两个控制端分别连接所述定点C和所述顶点C的对边的五等分中点4271,使所述第三开关K3构成该边的一个五分中线,
同理将K4的两个控制端分别连接顶点A和102131节点、将K5的两个控制端分别连接顶点B和112141节点、将K6的两个控制端分别连接顶点C和122151节点、将K7的两个控制端分别连接顶点A和92121节点、将K8的两个控制端分别连接顶点B和72101节点、将K9的两个控制端分别连接顶点C和82111节点、将K10的两个控制端分别连接顶点A和3261节点、将K11的两个控制端分别连接顶点C和2251节点、将K12的两个控制端分别连接顶点B和1241节点;
在所述顶点A、B、C施加三相交流电源,适时控制所述开关K1~K12的接通与截止,从而实现相应的差速与准差速锁功能;
①当所述K1~K12均为断开状态时,所述五个电机的绕组之间均为串联关系,各电机电流相等,当五电机电气参数相同、负载均衡时,各自绕组所分担电压为近似电源电压1/5,当各电机负载不均衡时,负载重的电机转速下降电感量减小、所分担的电压降低、从而功率和转速降低,负载轻的电机转速升高电感量变大、所分担的电压升高、从而功率和转速升高,此时三电机实现自动反载感电压分配的差速功能,即分担电压与电感量呈正相关、与负载呈反相关的电压-负载分配关系;
②当且仅当所述开关K1、K2、K3分别接通时,所述等边三角形每条边上的五个串联的绕组各被分为两组,设所述第一和第二电机为第一组、设所述第三与第四、五电机为第二组,第一与第二组之间实现准差速锁功能、每一组内的电机转子之间实现差速功能;
③在所述②基础上,所述开关K4、K5、K6接通时,所述第二组内又分为两组,设第三和第四电机为第三组、设第五电机独立为第四组,第三与第四组间实现准差速锁功能,且所述第三组、第四组与所述第一组这三个组之间全部实现组间准差速锁功能,所述第三与第四电机之间为差速关系;
④在所述③基础上,所述开关K7、K8、K9接通时,所述第三组内又分为两组,设第三电机独立为第五组、设第四电机独立为第六组,第五与第六组间实现准差速锁功能,且所述第五组、第六组与所述第一组、第四组这四个组之间全部实现组间准差速锁功能;
⑤在所述④基础上,所述开关K10、K11、K12接通时,所述第一组内又分为两组,设第一电机独立为第七组、设第二电机独立为第八组,第七与第八组间实现准差速锁功能,且所述第七组、第八组与所述第一组、第五组、第六组这五个组相互之间全部实现组间准差速锁功能。
6.根据权利要求1所述的准差速锁控制***,其特征在于,所述准差速控制***包括的六个三相交流电机分别为第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、第五电机和第六电机,
所述第一电机的三相绕组为第一、第二和第三绕组,所述第一、第二和第三绕组各自的首尾两个端子依次分别为11和12、21和22、31和32,
所述第二电机的三相绕组为第四、第五和第六绕组,所述第四、第五和第六绕组各自的首尾两个端子依次分别为41和42、51和52、61和62,
所述第三电机的三相绕组为第七、第八和第九绕组,所述第七、第八和第九绕组各自的首尾两个端子依次分别为71和72、81和82、91和92,
所述第四电机的三相绕组为第十、第十一和第十二绕组,所述第十、第十一和第十二绕组各自的首尾两个端子依次分别为101和102、111和112、121和122,
所述第五电机的三相绕组为第十三、第十四和第十五绕组,所述第十三、第十四和第十五绕组各自的首尾两个端子分别为131和132、141和142、151和152,
所述第六电机的三相绕组为第十六、第十七和第十八绕组,所述第十六、第十七和第十八绕组各自的首尾两个端子分别为161和162、171和172、181和182,
将所述六个电机的三相绕组依电机次序和绕组相序依次首尾串联连接,
即:所述端子12与41连接节点为1241,端子42与71连接节点为4271,端子72与101连接节点为72101,端子102与131连接节点为102131,端子132与161连接节点为132161;端子22与51连接节点为2251,端子52与81节点为5281,端子82与111连接节点为82111,端子112和141连接节点为112141,端子142和171连接节点为142171;端子32与61连接节点为3261,端子62与91连接节点为6291,端子92与121连接节点为92121,端子122与151连接节点为122151,端子152和181连接节点为152181;再将所述端子11和端子182连接,并设连接节点为A,所述端子21和端子162连接,并设连接节点为B,所述端子31和端子172连接,并设连接节点为C,
使所述第一~第六电机各自的三个绕组构成串联后的大三角形接法:即以A、B、C为顶点、以第一、四、七、十、十三、十六绕组串联支路、第二、五、八、十一、十四、十七绕组串联支路和第三、六、九、十二、十五、十八绕组串联支路为三边的等边三角形结构,
所述等边三角形第一、四、七、十、十三、十六绕组串联支路所在边的六等分中点为1241、4271、72101、102131和132161,所述等边三角形第二、五、八、十一、十四、十七绕组串联支路所在边的六等分中点为2251、5281、82111、121141和142171,所述等边三角形由第三、六、九、十二、十五、十八绕组串联支路所在边的六等分中点为3261、6291、92121、122151和152181,
所述准差速锁控制电路包括十五个相互独立控制的开关K1~K15,所述K1~K15均为包括两个控制端的开关器件,且所述开关器件在导通状态时两个控制端接通交流电流、在截止时两个控制端切断交流电流,所述K1的控制端连接所述顶点A及其对边的一个六等分中点82111,使所述第一开关K1构成该边一个六分中线,所述K2的控制端连接顶点B及其对边的一个六等分中点92121,使所述第二开关K2构成该边的一个六分中线,所述K3的两个控制端分别连接所述定点C和所述顶点C的对边的六等分中点72101,使所述第三开关K3构成该边的一个六分中线,
同理将K4的两个控制端分别连接顶点A和102131节点、将K5的两个控制端分别连接顶点B和112141节点、将K6的两个控制端分别连接顶点C和122151节点、将K7的两个控制端分别连接顶点A和142171节点、将K8的两个控制端分别连接顶点B和152181节点、将K9的两个控制端分别连接顶点C和132161节点、将K10的两个控制端分别连接顶点A和6291节点、将K11的两个控制端分别连接顶点B和4271节点、将K12的两个控制端分别连接顶点C和5281节点,将K13的两个控制端分别连接顶点A和2251节点、将K14的两个控制端分别连接顶点B和3261节点、将K15的两个控制端分别连接顶点C和1241节点;
在所述顶点A、B、C施加三相交流电源,适时控制所述开关K1~K15的接通与截止,从而实现相应的差速与准差速锁功能;
①当所述K1~K15均为断开状态时,所述六个电机的绕组之间均为串联关系,各电机电流相等,当六电机电气参数相同、负载均衡时,各自绕组所分担电压为近似电源电压1/6,当各电机负载不均衡时,负载重的电机转速下降电感量减小、所分担的电压降低、从而功率和转速降低,负载轻的电机转速升高电感量变大、所分担的电压升高、从而功率和转速升高,此时电机之间实现自动反载感电压分配的差速功能,即分担电压与电感量呈正相关、与负载呈反相关的电压-负载分配关系;
②当且仅当所述开关K1、K2、K3分别接通时,所述等边三角形每条边上的六个串联的绕组各被分为两组,设所述第一、二、三电机为第一组,所述第四、五、六电机为第二组,第一组与第二组之间实现准差速锁功能、每一组内的电机转子之间实现差速功能;
③在所述②基础上,所述开关K4、K5、K6接通时,所述第二组内又分为两组,设第四电机独立为第三组、第五和第六电机为第四组,第三与第四组间实现准差速锁功能,且所述第三组、第四组与所述第一组这三个组之间全部实现组间准差速锁功能;
④在所述③基础上,所述开关K7、K8、K9接通时,所述第四组内又分为两组,设第五电机独立为第五组、第六电机独立为第六组,第五组与第六组间实现准差速锁功能,且所述第五组、第六组与所述第一组、第三组这四个组之间全部实现组间准差速锁功能;
⑤在所述④基础上,所述开关K10、K11、K12接通时,所述第一组内又分为两组,设第三电机独立为第七组、第一和二电机为第八组,第七与第八组间实现准差速锁功能,且所述第七组、第八组与第三组、第五组、第六组这五个组之间全部实现组间准差速锁功能;
⑥在所述⑤基础上,所述开关K13、K14、K15接通时,所述第八组内又分为两组,设第一电机独立为第九组、第二电机独立为第十组,第九、十组间实现准差速锁功能,且第九组、第十组与第三、第五、第六、第七组这六个组之间全部实现组间准差速锁功能。
7.一种准差速锁控制***,其特征在于,包括单体交流差速锁电机和准差速锁控制电路,所述单体交流差速锁电机包括两个参数一致的第一定子和第二定子、两个参数一致的第一转子和第二转子,所述第一转子轴向的一端和第二转子轴向的一端同轴靠近布置,且所述第一转子和第二转子之间采用轴承接触或轴承连接,所述第一定子和第二定子同轴装配于一个壳体内,所述第一定子的铁芯与所述第一转子的铁芯在径向相对,所述第二定子的铁芯与所述第二转子的铁芯在径向相对,两个端盖分别安装于所述壳体的轴向两端,所述第一转子和所述第二转子的非接触端的转子轴分别从所述两个端盖的中央轴孔穿出,且所述转子轴与所述轴孔之间配置有轴承支撑,使所述第一定子和第二定子、所述第一转子和第二转子共同安装于一个单体外壳内,且使所述第一转子和第二转子相对于所述外壳允许自由运转、所述第一转子和所述第二转子之间允许相对自由运转;
所述第一定子和第二定子均具有参数一致的定子铁心和参数一致的定子绕组,所述第一定子和第二定子的定子绕组均为三相绕组,所述第一定子和第二定子的绕组接法与权利要求2所述的第一电机和第二电机定子绕组接法相同,即:所述第一定子的三相绕组为第一绕组、第二绕组和第三绕组,所述第一绕组的首尾两个端子分别为11和12、所述第二绕组的首尾两个端子分别为21和22、所述第三绕组的首尾两个端子分别为31和32;所述第二定子的三相绕组为第四绕组、第五绕组和第六绕组,所述第四绕组的首尾两个端子分别为41和42、所述第五绕组的首尾两个端子分别为51和52、所述第六绕组的首尾两个端子分别为61和62,将两个定子的三相绕组依定子次序和绕组相序依次首尾串联连接,
即:第一绕组端子12与第四绕组端子41连接,并设连接节点为Z,第二绕组端子22与第五绕组端子51连接,并设连接节点为X,第三绕组端子32与第六绕组端子61连接,并设连接节点为Y;再将所述第一绕组的端子11和第六绕组的端子62连接,并设连接节点为A,所述第二绕组的端子21和第四绕组的端子42连接,并设连接节点为B,所述第三绕组的端子31和第五绕组的端子52连接,并设连接节点为C,
使所述第一定子的三个绕组和所述第二定子的三个绕组构成第一种串联形式的大三角形接法:即以A、B、C为顶点,以第一和第四绕组串联支路为一条边、以第二和第五绕组串联支路为一条边、以第三和第六绕组串联支路为一条边,由这三条边组成等边三角形结构,
使所述第一定子的三个绕组和第二定子的三个绕组构成第二种串联形式的大三角形接法:即以X、Y、Z为顶点,以第五和第三绕组串联支路为一条边、以第六和第一绕组串联支路为一条边、以第四和第二绕组串联支路为一条边,由这三条边组成等边三角形结构,
当采取所述第一种串联形式的三角形接法时,所述第一、四绕组串联支路所在边的二等分中点为Z、所述第二、五绕组串联支路所在边的二等分中点为X、所述第三、六绕组串联支路所在边的二等分中点为Y,
所述准差速锁控制电路包括三个控制开关,即第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3,所述K1的两个控制端分别连接所述等边三角形的顶点A和所述顶点A对边的二等分中点X,使所述开关K1构成该边二分中线,所述K2的两个控制端分别连接顶点B和所述顶点B对边的二等分中点Y,使所述开关K2构成该边二分中线,所述K3的两个控制端分别连接定点C和所述顶点C对边的二等分中点Z,使所述第三开关K3构成该边二分中线;
在所述顶点A、B、C施加三相交流电源,适时控制所述开关K1~K3的接通与截止,从而实现相应的差速与准差速锁功能;
当所述K1、K2、K3均为断开状态时,所述第一定子和第二定子的绕组之间为串联关系,即第一、四绕组串联承担A-B相间电压,第二、五绕组串联承担B-C相间电压,第三、六绕组串联承担C-A相间电压,且在连接绕组时确保第一转子和第二转子旋转方向符合设计要求,设两转子均为正转,两定子对应相绕组分担所述三相交流电源电压,两绕组对应相电流相等,当两转子负载均衡时,两定子对应相绕组各自所分担电压为近似电源电压一半,当两转子负载不均衡时,负载重的转子转速下降随之对应的定子绕组电感量减小、所述定子绕组所分担的电压降低、从而所述转子功率和转速降低,负载轻的转子转速升高随之对应的定子绕组电感量变大、所述定子绕组所分担的电压升高、从而所述转子功率和转速升高,此时两转子输出轴之间实现自动反载感电压分配的差速功能,即不同转子对应的定子绕组分担电压与该绕组电感量呈正相关、与该转子的负载呈反相关的电压-负载分配关系,
当所述开关K1、K2、K3均为接通时,即A-X中线接通、B-Y中线接通、C-Z中线接通,所述第一定子的第一、二、三绕组分别承载A-C相间电压、B-A相间电压、C-B相间电压,所述第二定子的第四、五、六绕组分别承载C-B相间电压、A-C相间电压、B-A相间电压,两定子对应相绕组构成并联关系,相序相差使两转子旋转方向与串联时旋转方向一致,两定子绕组均独立承担三相交流电压、两转子转矩相互独立,两转子输出轴之间实现准差速锁功能,即三个开关K1、K2、K3均为接通了所述等边三角形的三个中线构成中线差速锁,两转子之间失去反载感电压分配的差速功能,
根据工况需要适时接通或断开三个开关K1、K2、K3,使所述单体交流差速锁电机和所述准差速锁控制电路构成的准差速锁控制***实现差速与准差速锁控制功能、兼具差速性和差速锁的驱动性;
当采取所述第二种串联形式的三角形接法时,所述等边三角形的顶点为X、Y、Z,所述等边三角形三边的二等分中点分别为A、B、C,在所述顶点X、Y、Z和相应的对边中点设置准差速锁控制电路的三个控制的开关电路时,两定子和所述准差速锁控制电路构成的准差速锁控制***实现如所述第一种串联形式同样的差速与准差速锁控制功能、兼具差速性和差速锁的驱动性。
8.一种差速率控制***,包括权利要求7所述的准差速锁控制***,其特征在于,所述三个控制开关K1、K2和K3还分别具有各自的信号输入端,所述准差速锁控制电路还包括导通率调制电路,所述导通率调制电路具有三个信号输出端与所述开关K1、K2和K3的信号输入端相对应,所述导通率调制电路的三个输出端分别与所述开关K1、K2和K3的信号输入端连接,用于通过所述导通率调制电路分别控制所述三个开关K1、K2和K3各自两个控制端的导通率Cy,所述导通率Cy为三个开关K1、K2和K3中任一开关的导通时间Ton与导通周期T的比值,所述导通周期T为所述开关的导通时间Ton与截止时间Toff之和,即Cy=Ton/(Ton+Toff),当导通率Cy=0时,所述三个开关K1、K2和K3均截止,互为差速关系的两个转子输出轴之间没有锁止关系,所述两个转子输出轴之间的转速允许实现从完全等速到完全差速;令互为差速关系的两个转子的输出轴之间的差速率为:(高速轴速VH-低速轴速VL)/(高速轴速VH),令所述差速率的符号为γ,即:γ=(VH-VL)/(VH);
当所述导通率Cy=0时,
在三个开关K1、K2和K3均截止的可差速状态,两转子输出轴之间的差速率在[0~1]之间变化,即γ∈[0~1],
当完全等速即无差速时,两转子输出轴转速Sp1=Sp2,VH=VL,差速率γ=(VH-VL)/(VH)=0,差速率最小,此工况出现在各电机参数相同且负荷相同时,
当完全差速时,两转子输出轴转速|Sp1|>0而Sp2=0或Sp1=0而|Sp2|>0,VL=0,差速率γ=(VH-VL)/(VH)=1,差速率大最大,即一个转子停转、一个转子运转,
当两转子输出轴处于不完全差速时,|Sp1|≠|Sp2|且|Sp1|>0同时|Sp2|>0,VH>VL,差速率γ=(VH-VL)/(VH),γ∈(0~1),差速率为处于0-1之间的小数;
当所述导通率Cy=1时,
两转子输出轴实现准差速锁驱动,两转子阻力均衡时,两转子输出轴转速相同,VH=VL,差速率γ=(VH-VL)/(VH)=0,差速率最小,实现准差速锁,
当所述导通率Cy满足关系式1>Cy>0时,
在两转子受到的阻力均衡时,两转子输出轴转速相同,VH=VL,差速率γ=(VH-VL)/(VH)=0,差速率最小;
在两转子受到的阻力不均衡时,两输出轴转速不同,设VH>VL,差速率γ=(VH-VL)/(VH),γ∈(0~1),差速率为处于0-1之间的小数,如导通率Cy从0到1递增时,差速率则由1向0递减,如导通率Cy从1到0递减时,差速率则由0向1递增,依据工况和控制目标通过调整所述导通率Cy来实现差速率γ的管控,使不同转子输出轴之间差速率得到控制,使得所述差速锁控制***和差速率控制***的差速性和差速锁的驱动性得以动态实时跟踪与灵活控制,用于面对较为复杂的负荷工况。
9.一种差速率控制***,包括权利要求1所述的准差速锁控制***,其特征在于,所述三个控制开关Ka、Kb和Kc还分别具有各自的信号输入端,所述准差速锁控制电路还包括导通率调制电路,所述导通率调制电路具有三个信号输出端与所述开关Ka、Kb和Kc的信号输入端相对应,所述导通率调制电路的三个输出端分别与所述开关Ka、Kb和Kc的信号输入端连接,用于通过所述导通率调制电路分别控制所述三个开关Ka、Kb和Kc各自两个控制端的导通率Cy,所述导通率Cy为三个开关Ka、Kb、Kc中任一开关的导通时间Ton与导通周期T的比值,所述导通周期T为所述开关的导通时间Ton与截止时间Toff之和,即Cy=Ton/(Ton+Toff),当导通率Cy=0时,所述三个开关Ka、Kb和Kc均截止,互为差速关系的两个电机输出轴之间没有锁止关系,所述两个电机输出轴之间的转速允许实现从完全等速到完全差速;在所述准差速锁控制***中的不同电机之间,令互为差速关系的两个电机的输出轴之间的差速率为:(高速轴速VH-低速轴速VL)/(高速轴速VH),令所述差速率的符号为γ,即:γ=(VH-VL)/(VH);
当所述导通率Cy=0时,
在三个开关Ka、Kb和Kc均截止的可差速状态,电机输出轴之间的差速率在[0~1]之间变化,即γ∈[0~1],
当完全等速即无差速时,不同电机的输出轴转速Sp1=Sp2,VH=VL,差速率γ=(VH-VL)/(VH)=0,差速率最小,此工况出现在各电机参数相同且负荷相同时,
当完全差速时,电机的输出轴转速|Sp1|>0而Sp2=0或Sp1=0而|Sp2|>0,VL=0,差速率γ=(VH-VL)/(VH)=1,差速率大最大,即一个电机停转、一个电机运转,
当电机输出轴处于不完全差速时,|Sp1|≠|Sp2|且|Sp1|>0同时|Sp2|>0,VH>VL,差速率γ=(VH-VL)/(VH),γ∈(0~1),差速率为处于0-1之间的小数;
当所述导通率Cy=1时,
不同电机的输出轴实现准差速锁驱动,电机参数相同且阻力均衡时,电机输出轴转速相同,VH=VL,差速率γ=(VH-VL)/(VH)=0,差速率最小,实现准差速锁,
当所述导通率Cy满足关系式1>Cy>0时,
在电机参数相同且阻力均衡时,电机输出轴转速相同,VH=VL,差速率γ=(VH-VL)/(VH)=0,差速率最小;
在电机参数相同但阻力不均衡时,电机输出轴转速不同,设VH>VL,差速率γ=(VH-VL)/(VH),γ∈(0~1),差速率为处于0-1之间的小数,如导通率Cy从0到1递增时,差速率则由1向0递减,如导通率Cy从1到0递减时,差速率则由0向1递增,依据工况和控制目标通过调整所述导通率Cy来实现差速率γ的管控,使不同电机输出轴之间差速率得到控制,使得所述差速锁控制***和差速率控制***的差速性和差速锁的驱动性得以动态实时跟踪与灵活控制,用于面对较为复杂的负荷工况;
当所述准差速锁控制***的控制开关个数为q且q>3时,即除所述开关Ka、Kb和Kc之外,所述准差速锁控制***还具有(q-3)个控制开关,所述(q-3)控制开关分别还具有各自信号输入端,所述导通率调制电路还具有(q-3)个信号输出端,所述(q-3)个信号输出端分别与所述(q-3)控制开关的信号输入端相对应连接,用于通过所述导通率调制电路分别控制所述(q-3)个控制开关的导通率Cy,使不同电机输出轴之间差速率得到控制,使得所述差速锁控制***和差速率控制***的差速性和差速锁的驱动性得以动态实时跟踪与灵活控制,用于面对较为复杂的负荷工况。
10.一种差速率控制方法,应用于权利要求9所述的差速率控制***,其特征在于,包括如下步骤,
S1:在具有n个电机的差速率控制***中,分别在第一至第n电机的输出轴设置转速传感器,实时采集所述差速率控制***中互为差速关系和互为差速锁关系的不同电机输出轴转速信号Sp1~Spn、同时采集加减速指令信号VTA,
S2:将步骤1所述的信号Sp1~Spn、VTA输入给一电子控制单元ECM,
S3:所述电子控制单元ECM将步骤1所述的信号Sp1~Spn、VTA进行处理和运算,通过所述γ=(VH-VL)/(VH)计算获取当前工况的差速率γ,将所述差速率γ与所述电子控制单元ECM内存的差速率γ脉谱图进行比较和运算获得差速率调整数据,根据所述差速率调整数据计算当前导通率调整数据Cy,所述差速率γ脉谱图为通过工程试验获取的差速率γ的动态控制模型数据,
S4:所述电子控制单元ECM输出导通率控制指令给所述导通率调制电路,
S5:所述导通率调制电路实时控制所述差速率控制***中的控制开关的导通率Cy,进而实现差速率γ的优化控制。
11.一种差速率控制方法,应用于权利要求9所述的差速率控制***,其特征在于,包括如下步骤,
S1:在具有n个电机的差速率控制***中,分别在第一至第n电机的输出轴设置转速传感器,实时采集所述差速率控制***中互为差速关系和互为差速锁关系的不同电机输出轴转速信号Sp1~Spn、同时采集启动信号Sta1和转向信号Str1,所述启动信号Sta1为使所述差速率控制***的电机投入启动运行的控制指令信号,所述转向信号Str1为使所述差速率控制***的不同电机产生转速差异的控制指令信号,
S2:将步骤1所述的信号Sta1、Str1、Sp1~Spn输入给一电子控制单元ECM,
S3:所述电子控制单元ECM将步骤1所述的信号Sta1、Str1、Sp1~Spn进行处理和运算,并与内存的差速率目标值γ脉谱图进行比较和运算,通过计算获取当前工况的差速率γ,将所获取的差速率γ与所述电子控制单元ECM内存的差速率γ脉谱图进行比较和运算获得差速率调整数据,根据所述差速率调整数据计算当前导通率调整数据Cy,所述差速率γ脉谱图为通过工程试验获取的差速率γ的动态控制模型数据,
S4:所述电子控制单元ECM输出导通率控制指令给所述导通率调制电路,
S5:所述导通率调制电路控制所述差速率控制***中的控制开关的导通率Cy,进而实现转向或启动时差速率γ的优化控制。
12.一种差速率控制方法,应用于权利要求9所述的差速率控制***,其特征在于,包括如下步骤,
S1:在具有n个电机的差速率控制***中,分别在第一至第n电机的输出轴设置转速传感器,实时采集所述差速率控制***中互为差速关系的编号为f、t的不同电机输出轴转速信号Spf~Spt,其中f∈[1~n]、p∈[1~n],
S2:将步骤1所述的信号Spf~Spt输入给一电子控制单元ECM,
S3:所述电子控制单元ECM将步骤1所述的信号Spf~Spt进行处理和运算,判别是否存在输出轴打滑:在所述Spf~Spt信号数据组监视过程中,选取所述信号数据组转速最高的信号数据Spmax与转速最低的信号数据Spmin进行比较,若转速最高的信号数据Spmax与转速最低的信号数据Spmin之差小于允许值Lims1,即Spmax-Spmin<Lims1时,则判定信号数据Spmax与Spmin所在电机不存在驱动打滑;若转速最高的信号数据Spmax与转速最低的信号数据Spmin之差超出允许值Lims1,即Spmax-Spmin>Lims1时,则判定信号数据Spmax所在电机输出轴存在驱动打滑,所述电子控制单元ECM计算当前Spmax所在电机的滑转率δ,所述δ=[(Spmax-Spmin)/Spmin]×100%且所述Spmin>0,并进一步计算当前滑转率所对应的差速率当量,将所述差速率当量与对应于内存的差速率目标值γ脉谱图进行比较和运算获得差速率调整数据,根据所述差速率调整数据计算当前导通率调整数据Cy,所述差速率γ脉谱图为通过工程试验获取的差速率γ的动态控制模型数据,
S4:所述电子控制单元ECM输出导通率控制指令给所述导通率调制电路,
S5:所述导通率调制电路控制所述差速率控制***中的控制开关的导通率Cy,进而实现输出轴打滑时的差速率γ优化控制。
13.一种差速率控制方法,应用于权利要求8或9所述的差速率控制***,其特征在于,包括,在为所述差速率控制***供电的三相交流电源***中,配置如下电压调制方法:
当所述差速率控制***处于导通率Cy=0时的可差速驱动状态时,所述差速率控制***的顶点A、B、C所接通的三相交流电源采用第一电压值,
当所述差速率控制***处于导通率Cy=1时的准差速锁驱动状态时,所述差速率控制***的顶点A、B、C所接通的三相交流电源采用第二电压值,
当所述差速率控制***处于导通率Cy满足1>Cy>0关系的可变差速率驱动状态时,所述差速率控制***的顶点A、B、C所接通的三相交流电源采用第三电压值,
设所述顶点A、B、C所接通的三相交流电源电压值为E,则E=f(Cy,γ),即依据差速率γ控制目标调整所述导通率Cy时,调整所述三相交流电源电压值E使其跟踪导通率Cy的变化,来实现不同电机或不同转子输出轴之间差速率调控和转矩响应,使得所述差速锁控制***和差速率控制***的差速性和差速锁的驱动性得以优化控制,用于面对较为复杂的负荷工况;
在进行上述导通率满足Cy=0或Cy=1或1>Cy>0关系的差速率控制的同时,监测所述差速率控制***的电机电流Ir,当电流Ir超过允许值Im时调整所述导通率Cy或调整所述三相交流电源电压值E,使***中安全运行。
14.一种汽车,其特征在于,包括权利要求1~7中任一项所述的准差速锁控制***,或包括权利要求8所述的差速率控制***,或包括权利要求9所述的差速率控制***,或包括采用权利要求10~12中任一项所述的差速率控制方法。
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