专利名称：用于空气动力发动机总成的电磁助力器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发动机用的装置，具体而言，涉及一种用于空气动力发动机总成的电磁助力器。
背景技术：
常规的发电机系统所采用的动力源多数是采用燃油的活塞式发动机。这种采用燃油作为动力源的发动机一方面因燃油燃烧不充分，使得排出的气体中含有大量的有害物质而污染环境，另一方面因使用的燃油是从石油中提炼而获得，石油资源的日益紧缺使得作为动力源的燃油发动机的发展和利用受到越来越多的限制。因此开发新的、洁净的、无污染的替代能源，或者尽可能地减少燃油消耗、降低排放成为发动机发展中急需解决的问题。为此，各国经历了复杂而艰辛的探索之路，研究和开发了多种动力源，比如代用燃料、电动驱动、燃料电池和太阳能电池等。但是，各种新的动力源或它们构成的混合动力源均存在不足之处，因而，迫切需要一种没有污染、用之不竭的新型能源，压缩空气动力源正好满足了这种要求。最早研究以压缩空气作为动力源的为法国MDI公司的设计师Guy Negre，它提出了压缩空气发动机的概念，试图解决“零排放”与可循环能源的利用问题，从此揭开了发动机研究的新篇章，并于2002年推出了第一款纯空气动力的经济型家用桥车。压缩空气压缩机使用高压压缩空气作为动力源，空气作为介质，在压缩空气发动机工作时，将压缩空气存储的压力能转换为其他形式的机械能。关于压缩空气发动机的研究可见FR2731472A1、US6311486BUUS20070101712A1 等。FR2731472A1公开了一种可在燃料供应和压缩空气供应两种模式下工作的发动机，在高速公路上采用普通燃料如汽油或柴油，在低速特别是市区和市郊，将压缩空气(或其他任何非污染的压缩气体)注入燃烧室。这种发动机虽然部分地降低了燃料消耗，由于仍然采用了燃油工作模式，排放问题依然未能解决。为了进一步减轻污染，US6311486B1公开了一种纯空气动力发动机，这种类型的发动机采用了三个独立的室:吸气-压缩室、膨胀排气室和恒定容积燃烧室，并且吸气-压缩室通过阀连接到恒定容积燃烧室，恒定容积燃烧室通过阀连接到膨胀排气室。这种发动机的问题之一是压缩气体从吸气-压缩室到膨胀排气室经历的时间较长，获得驱动活塞做功的动力源气体时间较长，同时，从膨胀排气室排出的高压气体未能得到使用，这就限制了这类发动机的工作效率及单次充气持续工作时间。国内一些研究人员和单位也对压缩空气发动机进行了研究，但绝大多数集中在压缩空气动力发动机的可行性及工作原理上，比如许宏等(“压缩空气动力汽车的可行性研究”，《中国机械工程》第13卷第17期第1512-1515页，2002年9月)。国内一些专利文献比如CN1851260A、CN100560946C、CN101705841A虽也对压缩空气发动机进行了研究，但多属于理论研究和概念设计，均未能解决压缩空气的排放(通常具有较高的压力，比如30bar左右)以及高压压缩空气的控制和分配问题，离压缩空气发动机的产品化过程还有很长的路要走。本申请的申请人在其专利文献CN101413403A(其同族国际申请为W02010051668Al)中公开一种可用于交通运输工具的空气动力发动机总成，该发动机包括储气罐、空气分配器、发动机、联动器、离合器、自动变速器、差速器以及置于排气室内的叶轮发电机。这种发动机利用压缩空气做功而不使用任何燃料，因此没有废气排放，实现了 “零排放”，并且重复利用废气进行发电，节省了能源，降低了成本。但这种发动机是基于传统的四冲程发动机，曲轴每旋转720度，活塞做功一次。而作为动力源的高压空气可以在进入气缸内时即可推动活塞做功，而后排放，即压缩空气发动机的冲程实际为进气-膨胀冲程和排放冲程。显然，专利文献CN101413403 A所公开的这种四冲程压缩空气发动机大大浪费了有效的做功冲程，限制了发动机的效率。并且这种发动机的尾气未能很好地循环利用起来，需要足够大的储气罐储备高压空气才能工作足够长的时间，这就降低了压缩空气发动机在工业上的应用前景。上述的各种研究所提出的空气动力发动机均是基于活塞在气缸内运动到下止点时，活塞经由曲轴运动的惯性由飞轮带动从下止点继续向上止点运动，从而将工作腔室内的压缩空气排出。然而，由于压缩空气在工作腔内膨胀推动活塞做功后仍然具有较大的压力，例如3MPa，活塞仅仅经由曲轴和飞轮的转动惯性将仍然具有3Mpa的压缩空气排出，就显得“乏力”，当发动机低速转动时，这种情况就显得更为突出。为了尽可能的提高空气动力发动机的转速，需要活塞在工作腔内更加高速的运动，并且为了提高空气动力发动机低速转动的稳定扭矩输出，需要为曲轴提供助力装置。目前常用的助力装置通常采用电磁或永磁助力装置。中国专利文献CN2512700Y公开了一种用于自行车的电磁助力装置，其借助磁铁和电磁铁的相互作用辅助车轮的转动，从而实现节能和助力的双重效果。另一中国专利文献CN1439560A公开了 一种电磁式汽车转向助力装置，这种转向助力装置采用了电磁助力器、传感器、控制模块和电源，控制模块根据传感器提供的信号改变电磁助力器上电流的大小，以在汽车低速时获得良好的助力效果。另一专利文献W02004009424A1也公开了一种采用电磁线圈的电动助力转向装置，以减轻驾驶员的疲劳。可见，采用电磁铁或永磁铁作为运动部件的助力装置已在许多行业得到实际的应用。本发明旨在提供一种用于空气动力发动机总成的电磁助力装置，以便为发动机曲轴提供转动助力，从而提升空气动力发动机的高速转动特性和低速转动时的稳定力矩输出，继而提高空气动力发动机的效率。
发明内容
相当于本发明原始要求范围内的某些实施例作如下概括。这些实施例并非限制所请求保护的发明范围，而是试图提供本发明的多种可能形式的简要概括。实际上，本发明可包括类似于或不同于下面提出的实施例的不同形式。根据本发明的一个方面，提供一种用于空气动力发动机总成的电磁助力器，所述空气动力发动机总成包括:发动机，其包括气缸、缸盖系统、进气管路、排气管路、活塞、连杆、曲轴、排气凸轮轴、进气凸轮轴；高压气罐组，其通过管路与外接加气装置连通；恒压罐，其通过管路与高压气罐组连通；进气控制调速阀，其通过管路与恒压罐连通；电子控制单元ECO。所述电磁助力器包括:定子部分、转子部分和助力器外壳，其中，所述定子部分与转子部分分体独立设置，所述定子部分固定连接在所述助力器外壳上。在本发明的示例性实施例中，所述定子部分包括:定子铁芯固定盘、定子铁芯和定子铁芯线圈；所述转子部分包括:转子铁芯固定盘、转子铁芯、转子铁芯线圈以及助力器飞轮。优选的是，所述定子铁芯固定盘与助力器外壳螺纹连接或过盈配合，所述助力器外壳通过穿过外壳安装孔的紧固件固定连接在发动机上。优选的是，所述转子铁芯固定盘与助力器飞轮螺纹连接或过盈配合，所述助力器飞轮通过键与发动机曲轴的曲轴延伸端固定，以随曲轴转动。优选的是，所述助力器外壳固定连接在发动机的前齿轮箱系统的多边形盖上，并设置在前齿轮箱系统的外侧。在本发明的另一个示例性实施例中，所述电磁助力器还包括角位移传感器，所述角位移传感器与电子控制单元ECO连通，以将曲轴的转动角位移信号送给电子控制单元ECO。在优选实施例中，所述转子铁芯的个数为2个，其成180度角度布置在转子铁芯固定盘上，所述定子铁芯的个数为2个，其成180度角度布置在定子铁芯固定盘上。在另一个优选实施例中，所述转子铁芯的个数为3个，相邻铁芯成120度角度布置在转子铁芯固定盘上，所述定子铁芯的个数为3个，相邻铁芯成120度角度布置在定子铁芯固定盘上。在再一个优选实施例中，所述转子铁芯的个数为4个，相邻铁芯成90度角度布置在转子铁芯固定盘上，所述定子铁芯的个数为4个，相邻铁芯成90度角度布置在定子铁芯固定盘上。在再一个优选实施例中，所述转子铁芯的个数为5个，相邻铁芯成72度角度布置在转子铁芯固定盘上，所述定子铁芯的个数为5个，相邻铁芯成72度角度布置在定子铁芯固定盘上。在本发明的示例性实施例中，所述定子铁芯成一定角度倾斜安装在所述定子铁芯固定盘上，以便更好地与处于初始位置的转子铁芯产生电磁力作用。优选的是，所述定子铁芯由硅钢片叠成，所述转子铁芯由硅钢片叠成或由整体的钢块制成。优选的是，所述角位移传感器为电位计式或霍尔式角位移传感器。根据本发明的另一个方面，所述电子控制单元ECO根据角位移传感器的信号控制电磁线圈的通断电流。在示例性实施例中，所述电子控制单元ECO根据转子铁芯或定子铁芯数目的不同，而在曲轴转动一周的过程中，通断电流的次数不同。优选的是，当所述定子铁芯的数目为2时，在曲轴转动一周的过程中，电子控制单元ECO控制电磁线圈的通断电流次数各为2次。优选的是，当所述定子铁芯的数目为3时，在曲轴转动一周的过程中，电子控制单元ECO控制电磁线圈的通断电流次数各为3次。优选的是，当所述定子铁芯的数目为4时，在曲轴转动一周的过程中，电子控制单元ECO控制电磁线圈的通断电流次数各为4次。。优选的是，当所述定子铁芯的数目为5时，在曲轴转动一周的过程中，电子控制单元ECO控制电磁线圈的通断电流次数各为5次。
现在将描述根据本发明的优选但非限制性的实施例，本发明的这些和其他特征、方面和优点在参考附图阅读如下详细描述时将变得显而易见，其中:图1是根据本发明的电磁助力空气动力发电机系统的总体示意图；图2是图1中的电磁助力空气动力发电机系统的发动机的正视图；图3是图1中的电磁助力空气动力发电机系统的发动机的右侧侧视图；图4是图1中的电磁助力空气动力发电机系统的发动机的左侧侧视图；图5是图1中的电磁助力空气动力发电机系统的发动机的俯视图；图6是图1中的电磁助力空气动力发电机系统的发动机的曲轴-连杆-活塞系统总成，其中，示出了其中一个活塞-连杆单元与缸体的连接；图7是图6中的曲轴-连杆-活塞系统总成的曲轴单元结构示意图；图8是图2中的发动机的凸轮轴结构示意图；图9A为图1中的电磁助力空气动力发电机系统的控制器系统的纵向横截面视图；图9B为控制器系统的横向横截面侧视 图9C为控制器系统的横向横截面侧视图；图1OA为图1中的电磁助力空气动力发电机系统的前齿轮箱系统的立体透视图；图1OB为图1OA的左侧侧视图；图1OC为图1OA的右侧局部剖视的侧视图；图1lA为图1中的电磁助力空气动力发电机系统的多柱体动力分配器的立体透视图；图1lB为图1lA的沿纵向轴线剖视的横截面视图；图1lC为图1lA的左侧侧视图；图1lD为图1lA的俯视图；图12A为压缩空气动力发动机的P-V图，其示出了串联分级的压缩空气动力分配形式；图12B为压缩空气动力发动机的P-V图，其示出了并联形式的压缩空气动力分配形式；图13A为图1中的电磁助力空气动力发电机系统的电磁助力器的一个优选实施例的立体透视图，其示出了转子和定子各2个铁芯的情况；图13B为图13A的正视图；图13C为图13A的中心剖视的截面图；图14A为图1中的电磁助力空气动力发电机系统的电磁助力器的另一个优选实施例的立体透视图，其示出了转子和定子各3个铁芯的情况；图14B为图14A的正视图；图14C为图14A的中心剖视的截面图15A为图1中的电磁助力空气动力发电机系统的电磁助力器的另一个优选实施例的立体透视图，其示出了转子和定子各4个铁芯的情况；图15B为图15A的正视图；图15C为图15A的中心剖视的截面图；图16A为图1中的电磁助力空气动力发电机系统的电磁助力器的另一个优选实施例的立体透视图，其示出了转子和定子各5个铁芯的情况；图16B为图16A的正视图；图16C为图16A的中心剖视的截面图。部件列表
权利要求
1.一种用于空气动力发动机总成的电磁助力器(1000),所述空气动力发动机总成包括:发动机(I)，其包括气缸(40)、缸盖系统(36)、进气管路(42)、排气管路(27)、活塞(51)、连杆(54)、曲轴(56)、排气凸轮轴(800)、进气凸轮轴(200);高压气罐组(13)，其通过管路(14)与外接加气装置连通；恒压罐(16)，其通过管路(15)与高压气罐组(13)连通；进气控制调速阀(23)，其通过管路(17)与恒压罐(16)连通；电子控制单元ECO (29);所述电磁助力器(100)包括:定子部分、转子部分和助力器外壳(1001);其特征在于，所述定子部分与转子部分分体独立设置，所述定子部分固定连接在所述助力器外壳(1001)上。
2.根据权利要求1所述的电磁助力器(1000)，其特征在于，所述定子部分包括:定子铁芯固定盘(1002)、定子铁芯(1004)和定子铁芯线圈(1003);所述转子部分包括:转子铁芯固定盘(1007)、转子铁芯(1005)、转子铁芯线圈(1006)以及助力器飞轮(1008)。
3.根据权利要求2所述的电磁助力器(1000)，其特征在于，所述定子铁芯固定盘(1002)与助力器外壳(1001)螺纹连接或过盈配合，所述助力器外壳(1001)通过穿过外壳安装孔(1011)的紧固件固定连接在发动机(I)上。
4.根据权利要求2所述的电磁助力器(1000)，其特征在于，所述转子铁芯固定盘(1007)与助力器飞轮(1008)螺纹连接或过盈配合，所述助力器飞轮(1008)通过键(1009)与发动机(I)的曲轴(56)的曲轴延伸端(3071)固定，以随曲轴(56)转动。
5.根据权利要求2所述的电磁助力器(1000)，其特征在于，所述助力器外壳(1001)固定连接在发动机(I)的前齿轮箱系统(43)的多边形盖(313)上，并设置在前齿轮箱系统(43)的外侧。
6.根据权利要求2所述的电磁助力器(1000)，其特征在于，所述电磁助力器(1000)还包括角位移传感器(1010)，所述角位移传感器(1010)与电子控制单元ECO (29)连通，以将曲轴(56)的转动角位移信号送给电子控制单元ECO (29)。
7.根据权利要求2所述的电磁助力器(1000)，其特征在于，所述转子铁芯(1005)的个数为2个，其成180度角度布置在转子铁芯固定盘(1007)上，所述定子铁芯(1004)的个数为2个，其成180度角度布置在定子铁芯固定盘(1002)上。
8.根据权利要求2所述的电磁助力器(1000)，其特征在于，所述转子铁芯(1005)的个数为3个，相邻铁芯成120度角度布置在转子铁芯固定盘(1007)上，所述定子铁芯(1004)的个数为3个，相邻铁芯成120度角度布置在定子铁芯固定盘(1002)上。
9.根据权利要求2所述的电磁助力器(1000)，其特征在于，所述转子铁芯(1005)的个数为4个，相邻铁芯成90度角度布置在转子铁芯固定盘(1007)上，所述定子铁芯(1004)的个数为4个，相邻铁芯成90度角度布置在定子铁芯固定盘(1002)上。
10.根据权利要求2所述的电磁助力器(1000)，其特征在于，所述转子铁芯(1005)的个数为5个，相邻铁芯成72度角度布置在转子铁芯固定盘(1007)上，所述定子铁芯(1004)的个数为5个，相邻铁芯成72度角度布置在定子铁芯固定盘(1002)上。
全文摘要
本发明涉及一种发动机用的装置，具体而言，涉及一种用于空气动力发动机总成的电磁助力器。该空气动力发动机总成包括发动机、高压气罐组、恒压罐、进气控制调速阀和控制器系统。该电磁助力器包括定子部分、转子部分和助力器外壳，其中定子部分和转子部分分体设置，定子部分固定连接在发动机上，而转子部分随曲轴转动，并为曲轴转动提供助力。
文档编号H02K49/02GK103138528SQ201110373210
公开日2013年6月5日 申请日期2011年11月22日 优先权日2011年11月22日
发明者周登荣, 周剑 申请人:周登荣, 周剑