电动汽车高效增程发电系统的制作方法
【专利摘要】本发明所述一种新型电动汽车高效增程发电系统，利用转速闭环伺服控制系统和磁性飞轮的量子惯性效应，实现低能耗平滑调节原动机转速，使其始终恒定在最节能的高效率转速状态，在此状态下驱动微阻力发电机给车载蓄电池组充电，微阻力发电机创新的采用新型的“日”字形双磁回路铁芯与双永磁转子相结合，利用磁势共振反馈增强输出，巧妙的避免了楞次效应对转子产生的阻滞力，仅使用很小的机械功率就能够高效率发电。本发明高效节能，使电动汽车边跑边充电摆脱了对充电桩制约，并大大降低了对蓄电池的性能要求，使用成本极低。
【专利说明】电动汽车高效增程发电系统
【技术领域】
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[0001]本发明涉及一种电动汽车高效率增程发电系统。
【背景技术】
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[0002]在蓄电池技术性能无法获得跨越性突破的前提下，增程发电技术作为电动汽车辅助供能方式是电动汽车在相当长一段时期的重点发展方向，增程式电动汽车甚至可能取代纯粹以电池作为能源的电动汽车。但目前采用的电动汽车增程发电方案一般是采用柴油机作为原动机去驱动一台普通发电机发电给蓄电池充电，而发电机一般为异步或永磁两种。但由于楞次效应的存在，这些传统发电机转子必须为克服楞次干涉阻力大量做功才能发电，均存在着发电效率低，消耗原动机功率大，必须配大于发电机功率的原动机，因此燃料消耗大，并且对蓄电池技术性能要求高，使用成本高，所以增程发电目前只能作为电动汽车的辅助供能技术使用。
【发明内容】
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[0003]针对上述电动汽车增程发电方案的缺陷，本发明创新的提出了一种高效率的增程发电方案，利用转速闭环伺服控制系统和磁性飞轮的量子惯性效应，可以低能耗平滑调节原动机使其恒定在最节能高效的转速状态，因此原动机比普通工作状态下更节省燃料，并在此状态下去驱动微阻力发电机给车载蓄电池组充电，微阻力发电机采用新型的“日”字形双磁回路和双永磁转子结构，能有效避免楞次效应对转子产生的阻滞力，仅使用很小的机械功率就能高效率的发电，可保证电动汽车的持续运行。
[0004]为此本发明采用的技术方案是:燃料箱，燃料管，原动机，磁性飞轮，微阻力发电机，微阻力发电机单元，微阻力发电机双转子盘，微阻力发电机定子线圈，能源控制系统，转速恒定控制器，转速传感器，自动充电控制器，蓄电池组共同组成。
[0005]所述燃料箱为一种燃料存储装置，根据所配原动机的不同可以为油箱、气瓶等。
[0006]所述燃料管是用于连接燃料箱输出口到转速恒定控制器输入口以及转速恒定控制器的输出口到原动机燃料输入口之间管道连线。
[0007]所述原动机为以燃料燃烧为原动力的热机，例如:汽油机、柴油机、微型燃气轮机坐寸ο
[0008]所述磁性飞轮是一种带中轴的金属圆盘，具有一定的质量，可以用永磁材料制作，并作充磁处理带有磁性，也可以用导磁材料制作成普通飞轮后，在上面嵌上磁铁进行磁路拼接而成，这种磁性飞轮旋转时可以产生强大的量子惯性效应，可选择合适的形状，虽然在本实施例中采用轴向磁极，但采用其它形状及磁极布局方式均不脱离本发明的原理范围。飞轮的中轴串连在原动机的动力输出轴与发电机转子中轴之间。
[0009]所述微阻力发电机是由若干个微阻力发电机单元轴向联级组成。
[0010]所述微阻力发电机单元是由微阻力发电机双转子盘和微阻力发电机定子线圈组成。
[0011]所述微阻力发电机双转子盘是由转子中轴、A、B两个转子盘、转子磁体组成，转子盘上嵌有数量、形状、磁力、排列相同的转子磁体，沿转子盘边缘按N-S-N-S…的磁极间隔顺序排列，磁体间留有l_3mm间距并且固定于转子盘上。转子中轴左右连接在转子盘A、转子盘B的中心，分别置于微阻力发电机定子线圈两侧，转子盘上的转子磁体磁极相反同轴对应于定子主线圈所在定子铁芯的两侧位置，双转子盘与定子铁芯之间有微小的转动间隙，使A转子盘上的磁体N极磁力线能垂直通过定子线圈主磁路到达B转子盘磁体的S极。
[0012]所述微阻力发电机定子线圈由定子铁芯、定子主线圈、定子附线圈、谐振电容器组成。定子铁芯形状为“日”字形，带一个主磁路和两个附磁路构成双闭合回路，由优良的导磁材料制成，上面分别带有一个定子主线圈和两个定子附线圈，两个定子附线圈经串连后连接一个谐振电容器。定子主线圈作为发电输出连接自动充电控制器。这样就构成了一个独立的微阻力发电机定子线圈，它的数量应与转子磁体数量相匹配。
[0013]所述能源控制系统主要由转速恒定控制器和自动充电控制器组成。
[0014]所述转速恒定控制器与转速传感器共同构成转速闭环伺服控制系统，转速恒定控制器通过燃料管分别与燃料箱和原动机相连，是根据转速传感器的信号反馈精确控制原动机的燃油喷入量来实现转速恒定控制的。
[0015]所述转速传感器安装在磁性飞轮旁检测转速，给转速恒定控制器提供转速反馈信号，其技术为现有技术公知。
[0016]所述自动充电控制器主要通过检测蓄电池组的容电状态，来控制是否启动原动机给蓄电池组充电，以及对蓄电池的充电过程进行优化控制，同时具有电池保护功能。
[0017]所述蓄电池组可以由各种单体蓄电池例如:锂离子电池、镍氢电池、铅酸电池等电池串连到电动汽车所需额定电压即为一电池组。
[0018]本发明电动汽车高效增程发电系统的工作原理如下:
[0019]蓄电池组为电动汽车提供能源动力，能源控制系统中的自动充电控制器连接蓄电池组，负责检测其容电状态，电动汽车行驶中电量不断消耗，一旦发现蓄电池组需要充电自动充电控制器就向转速恒定控制器发出启动指令，通过转速恒定控制器自动启动车载原动机，燃料箱的燃料输出管和原动机的燃料输入管连接在转速恒定控制器上，转速恒定控制器控制的燃料喷入为原动机提供能源。原动机通过输出轴的机械能带动磁性飞轮和微阻力发电机双转子盘旋转达到特定转速，磁性飞轮旁安装的转速传感器将转速信号反馈到转速恒定控制器中形成闭环伺服控制，转速恒定控制器最终通过燃料喷入量的精确控制使转速恒定在原动机的最佳效率转速状态，这种状态是原动机最省燃料且效率最高的状态。当磁性飞轮达到特定转速后自动充电控制器开启为蓄电池组充电，这时微阻力发电机开始发电，随着微阻力发电机双转子盘的旋转，微阻力发电机定子线圈处在交变的磁场当中，微阻力发电机定子线圈上的定子主线圈切割磁力线产生感生电势，通过充电控制器输出给蓄电池组充电，因此产生了感生电流和感生磁场，其磁场方向与转子磁场方向相反，但由于微阻力发电机定子线圈的铁芯是“日”字形双磁回路铁芯，定子主线圈有两条闭合的附磁路，因此感生磁场的绝大部分会沿磁阻最小的附磁路闭合，而不会去阻滞转子磁场的运动，所以微阻力发电机双转子盘上所受到的阻滞力大大减少，原动机仅克服轴摩擦力和转子对铁芯的部分吸引力做功，所需的机械功率大大降低。在定子铁芯附磁路上的两个定子附线圈串连后与谐振电容连接成闭合电路，它们一起产生的电共振频率应与原动机最佳效率转速下转子磁场在定子主线圈上产生的变换频率相匹配达到磁势共振状态，在其磁路中反馈磁场势能，使定子主线圈达到最大输出状态。中轴上的磁性飞轮不光可以存储原动机的机械能，其旋转产生的量子惯性效应(一种只在磁性飞轮上发生的效应:即磁性飞轮停止转动后的3-5分钟内再次让其加速到原来速度所需的能量小于首次加速到此速度的能量)，可以大大减小原动机再次启动和调节过程中所需的能量消耗，还能使原动机功率调节过程更加平滑，避免过于频繁的调节，更加节省燃料。如果自动充电控制器检测到电池充满就会控制关闭充电，这时原动机处于怠速状态，若较长时间电动汽车不用，原动机就会停止转动。只要燃料没有耗尽，本系统就会这样自动运行着，保持着蓄电池组的适当容电量。
[0020]本发明的有益效果是，可以大大减小原动机所需的驱动功率，减少燃料消耗、同时降低了对蓄电池的性能要求，减轻了整车重量，从而降低了设备成本和运行成本。本系统不但能满足电动汽车增程发电的辅助供能要求，还可以作为电动汽车的主要供能方式，使电动汽车摆脱充电桩的束缚，只要能加气加油，就能边跑边充电，想去哪就去哪，其单位里程所消耗的燃料极少，远远低于普通汽车的消耗量，使用成本远低于普通汽车，因此更加节能减排利于环保。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本发明电动汽车高效增程发电系统构成实施例示意图。
[0022]图2是本发明微阻力发电机单元工作原理示意图。
[0023]图3是本发明实施例微阻力发电机转子盘构造图。
[0024]图4是本发明实施例微阻力发电机定子线圈结构图。
[0025]图5是本发明实施例微阻力发电机构建布局示意图。
[0026]图6是本发明实施例微阻力发电机中发电单元联级构建示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本发明【具体实施方式】作进一步说明:
[0028]如图1所示:1.燃料箱，2.原动机，3.磁性飞轮，4.微阻力发电机转子盘，5.微阻力发电机定子线圈，6.微阻力发电机外壳,7.转子中轴,8.转速恒定控制器,9.自动充电控制器，10.转速传感器，11.蓄电池组，12.微阻力发电机，13.能源控制系统，14.燃料管
[0029]电动汽车高效增程发电系统构成实施例见图1:蓄电池组(11)通过OUT处向电动汽车输送电力，自动充电控制器(9)分别与蓄电池组(11)、转速恒定控制器(8)、微阻力发电机电路相连接；转速恒定控制器⑶分别与燃料箱(I)、原动机⑵通过燃料管(14)连接，并与转速传感器(10)电路相连接；原动机(2)的动力输出轴依次与磁性飞轮(3)、微阻力发电机的转子中轴(7)串连在一起构成传动系统；自动充电控制器(9)和转速恒定控制器⑶共同构成能源控制系统(13);自动充电控制器(9)负责监测蓄电池组(11)的荷电状态，一旦发现荷电量降低到设定值，就立刻向转速恒定控制器(8)发出指令启动原动机
(2)，转速恒定控制器(8)通过控制燃料喷入量实现精确控制原动机(2)的转速，磁性飞轮
(3)旁的转速传感器(10)负责检测转速，并反馈信号给转速恒定控制器(8)它们一起对原动机(2)实现闭环转速伺服控制，使其恒定在特定转速，始终维持高效率节能状态；磁性飞轮(3)虽然在本实施例中采用轴向磁极，极性如图1所示，总之它是一个带有磁性的飞轮，但采用其它形状及磁极布局方式均不脱离本发明的原理范围；磁性飞轮(3)可以储存原动机的机械能，使转速的平滑调整更容易实现，同时受量子惯性效应作用，可以使负载变化和再次启动的能耗大大减小。微阻力发电机定子线圈(5)固定在微阻力发电机外壳(6)的特定位置上，微阻力发电机转子盘(4)两两对应于微阻力发电机定子线圈(5)的两侧，原动机(2)通过传动系统驱动微阻力发电机转子盘(4)旋转运动在发电机定子线圈(5)上产生交变磁场，发电机定子线圈(5)通过切割磁力线输出电力，这些电力通过自动充电控制器(9)的控制给蓄电池组(11)充电，当蓄电池组(11)荷电量已满时，自动充电控制器(9)控制停止充电，并根据用户使用情况通过转速恒定控制器(8)使原动机(2)怠速或关闭停止运行。
[0030]微阻力发电机单元工作原理示意参见图2:1.转子中轴，2.转子盘A，3.转子磁体，4.定子铁芯,5.定子附线圈,6.定子主线圈，7.谐振电容器,8.转子盘B;9.固定架
[0031]图2中转子盘A(2)、转子盘B (8)由非导磁材料制成，上嵌有转子磁体(3)，磁极方向对应相反如图2所示；定子铁芯(4)、定子主线圈(6)、两个定子附线圈(5)、谐振电容器
(7)构成发电机定子线圈；转子盘A(2)、转子盘B(S)分别设于发电机定子线圈两侧，通过转子中轴(I)连接成双转子盘，转子盘A(2)、转子盘B (8)的转子磁体(3)正对于定子主线圈(6)所在的定子铁芯(4)两侧，之间有微小的转动间隙，使转子盘A(2)、转子盘B(S)上转子磁体(3)的磁力线能通过定子铁芯(4)磁路得到连接，当转子盘被原动机带动旋转时,转子磁体(3)磁极交替通过定子铁芯(4)，定子主线圈(6)产生感生电势，定子主线圈(6)通过充电控制器给蓄电池组充电产生电流，逐产生感生磁场，感生磁场会阻滞转子磁场，但由于本发明采用了 “日”字形双磁回路铁芯，感生磁场顺着最小磁阻路径的两条附磁路形成闭合磁路，所以几乎不会阻滞转子磁场运动，因此只需要很小的机械力就可以驱动它发电；两个定子附线圈(5)串连后与谐振电容器(7)连接构成闭合电路，定子附线圈(5)与谐振电容器(7)的电共振频率应与原动机最佳效率转速转速下转子磁体(3)在定子主线圈(6)上产生的磁场变换频率相匹配，才能在磁路中反馈磁场势能，这时定子主线圈(6)才能达到最大输出；固定架(9)用于固定发电机定子线圈的位置，可以根据需要固定多个微阻力发电机定子线圈，固定架(9)与机壳紧密连接成整体。根据图2就构成了一套完整的微阻力发电机单元，发电机定子线圈的数量、转子磁体数量应根据原动机最佳效率转速和发电功率需求来匹配。
[0032]实施例微阻力发电机转子盘构造见图3:1.转子盘，2.转子磁体，3.转子中轴；转子盘(I)上嵌有转子磁体(2)，圆心为转子中轴(3);转子磁体(2)的磁极分布如图3所示，是沿转子盘⑴边缘按N-S-N-S…的磁极间隔顺序排列，且在磁体间留有l-3mm间距；虽然例子示出8个转子磁体(2)，但上述原则可以应用于不同数量元件的微阻力发电机，具体数量的多少，应根据原动机最佳效率转速和发电功率需求来匹配。
[0033]实施例微阻力发电机定子线圈结构见图4:1.负载，2.定子铁芯，3.主线圈，4.附线圈Α，5.附线圈Β，6.谐振电容器；其中主线圈(3)负责向负载(I)输出电力，定子铁芯
(2)形状如图2所示，由硅钢片叠合而成，为“日”字形有2条闭合磁路，中心为主磁路插于主线圈⑶的中心，两侧为附磁路分别插入附线圈Α(4)、附线圈Β(5)的中心；附线圈A⑷、附线圈Β(5)通过串连后与谐振电容器(6)连接，形成闭合电路。
[0034]实施例微阻力发电机构建布局参见图5:1.发电机外壳,2.定子盘,3.主线圈铁芯，4.转子磁体，5.转子中轴，6.转子盘，7.定子铁芯；如图5所示发电机外壳(I)与定子盘(2)连接用于固定多个定子铁心(7)位置，转子盘(6)与转子中轴(5) —同旋转，转子盘
(6)上的转子磁体⑷按N-S-N-S…的磁极间隔顺序排列，转子磁体(4)以圆形为佳，其圆心旋转线轨迹始终经过所有主线圈铁芯(3)的中心；所有的定子铁芯(7)以转子中轴(5)为圆心，向周围成星形分布；虽然例子示出8个转子磁体(4)、8个定子铁芯(7)，但上述原则可以应用于不同数量元件的微阻力发电机，具体定子铁芯(7)数量依据输出功率而定。
[0035]实施例微阻力发电机中发电单元联级构建示意图如图6:1.传动转子中轴，2.轴承，3.转子盘，4.微阻力发电机定子线圈组，5.定子盘，6.发电机壳，7.微阻力发电机定子线圈。
[0036]随着发电机功率增大，单组发电单元无法达到功率需求，因此必须采用多组发电单元的联级方式发电，图6实施例为多个微阻力发电机定子线圈(7)固定于定子盘(5)上，构成微阻力发电机定子线圈组(4)，采用5级微阻力发电机定子线圈组(4)轴向联级，6个转子盘联轴发电；5级微阻力发电机定子线圈组(4)轴向等距排列通过定子盘(5)安装在发电机壳(6)上，6个转子盘(3)固定在传动转子中轴(I)上，轴向等距间隔分布在微阻力发电机定子线圈组(4)两侧；传动转子中轴(I)放置在发电机壳(7)体两头的轴承(2)上，用以减小中轴上的摩擦力。虽然例子示出5级微阻力发电机定子线圈组、6转子盘的联级，但上述原则可以应用于不同数量元件的微阻力发电机。
[0037]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述实施例所记载技术方案进行结构、制造和使用细节中的修改及变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和保护范围。
【权利要求】
1.电动汽车高效增程发电系统其特征在于:自动充电控制器分别与蓄电池组、转速恒定控制器、微阻力发电机定子线圈构成电路连接，转速恒定控制器分别与燃料箱的燃料输出管、原动机的燃料输入管、转速传感器输出线相连接，原动机的动力输出轴依次与磁性飞轮、微阻力发电机双转子盘的转子中轴串连在一起转动传送动力，微阻力发电机双转子盘分别置于微阻力发电机定子线圈两侧构成微阻力发电机单元，多个微阻力发电机单元轴向联级组成微阻力发电机，自动充电控制器和转速恒定控制器共同构成能源控制系统，磁性飞轮旁安装有转速传感器，转速传感器连接在转速恒定控制器上。
2.根据权利要求1所述内容，磁性飞轮其特征在于它是一种带中轴的金属圆盘，具有磁性和一定的质量，它的中轴两头分别连接在原动机的动力输出轴与微阻力发电机双转子盘的转子中轴上。
3.根据权利要求1所述内容，微阻力发电机双转子盘其特征在于转子盘上嵌有数量、形状、磁力、排列相同的转子磁体，沿转子盘边缘按N-S-N-S…的磁极间隔顺序排列，磁体间留有l-3mm间距并且固定于转子盘上。
4.根据权利要求1所述内容，微阻力发电机双转子盘其特征在于转子盘A、转子盘B上的转子磁体磁极相反同轴对应于定子主线圈所在定子铁芯的两侧位置，双转子盘与定子铁芯之间有微小的转动间隙。
5.微阻力发电机定子线圈其特征在于它是由定子铁芯、定子主线圈、定子附线圈、谐振电容器共同构成。
6.根据权利要5所述内容，定子铁芯其特征为采用“日”字形双磁回路铁芯，“日”字形铁芯由位于中间的一条主磁路和位于两侧的两条附磁路构成双闭合磁回路而成。
7.根据权利要求5所述内容，定子主线圈其特征在于安装于定子铁芯中间的主磁路上，作为输出连接负载自动充电控制器。
8.根据权利要求5所述内容，定子附线圈其特征为由两个安装在定子铁芯两侧附磁路上的线圈串连构成，它们与谐振电容器连接成闭合电路。
9.根据权利要求5所述内容，谐振电容器其特征是它与定子附线圈串连后的电共振频率应与原动机最佳效率转速下转子磁体在定子主线圈上产生的磁场变换频率相匹配。
【文档编号】H02K53/00GK104333200SQ201410669982
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月21日 优先权日:2014年11月21日
【发明者】胡柳俊, 胡李骜 申请人:胡柳俊, 胡李骜