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饋能型電磁轉差離合器及控制方法(二)

作者：亨勁傳動發表時間：2016年11月27日

附圖說明：圖1為饋能型電磁轉差離合器的結構示意圖；圖2為饋能型電磁轉差離合器的內、外轉子徑向剖面圖；圖3為饋能型電磁轉差離合器的能量回收電路圖；圖4為饋能型電磁轉差離合器的勵磁電路圖；圖5為饋能型電磁轉差離合器的控制器框圖；圖6為*PWM1， 2，3和/*PWM1，2，3信號的占空比的控制方法示意圖；圖7為*PWM4信號的占空比的控制方法示意圖；圖8為*PwM5信號的占空比的控制方法示意圖；圖9為*K1信號的控制方法示意圖；圖10為*K2信號的控制方法示意圖。圖中：1、外轉子，2、三相繞組，3、勵磁繞組，4、內轉子，41、凸極鐵芯，5、勵磁繞組電刷，6、控制器，7、能量回收裝置，8、三相繞組電刷。

具體實施方式：下面結合附圖以及具體實施例對本發明作進一步的說明，但本發明的保護范圍并不限于此。

本發明提出的饋能型電磁轉差離合器適用于各種原動機加調速裝置驅動負載且電力源無法應用的場合，下面以應用于重型車輛轉向系繞的饋能型電磁轉差離合器為具體實施例。

圖1為饋能型電磁轉差離合器的結構示意圖，饋能型電磁轉差離合器包括電磁轉差離合器、能量回收裝置、勵磁電路和控制器組成，電磁轉差離合器包括外轉子1、內轉子4、三相繞組電刷8、勵磁繞組電刷5。外轉子1上的三相繞組2與三相繞組電刷8相連，內轉子4上的勵磁繞組3與勵磁繞組電刷5相連，能量回收裝置7與三相繞組電刷8連接，控制器6分別與能量回收裝置7以及勵磁繞組電刷5相連，能量回收裝置7還與其他用電器相連。

饋能型轉差離合器的外轉子1由原動機驅動，內轉子4與負載相連，能量回收裝置7中超級電容為內轉子中的勵磁繞組提供勵磁電流，外轉子1相對內轉子4轉動時，勵磁電流形成的磁場在外轉子1的三相繞組2中感應出電動勢，由于三相繞組2和能量回收裝置7形成閉合電路，于是三相繞組2中產生三相電流，三相電流在勵磁磁場的作用下形成電磁轉矩帶動內轉子4旋轉；三相繞組2中感應的三相交流電一方面為勵磁繞組3提供勵磁電流，另一方面給超級電容充電，當超級電容充滿電時，為其他用電器供電。

圖2為饋能型電磁轉差離合器的內、外轉子徑向剖面圖，外轉子1包含鐵芯11、三相繞組2 (圖中為畫出)，鐵芯11上有36個T型齒、36個齒槽，三相繞組采用雙層短距、分布式繞組，內轉子4包含凸極鐵芯41、勵磁繞組3 (圖中未畫出)，鐵芯有6個磁極，勵磁繞組依次繞在相鄰的磁極上，繞組通電后形成相互間隔的3個N極和3個S極。

圖3為饋能型電磁轉差離合器的能量回收電路圖，能量回收電路主要包括濾波電感L、三相整流橋、濾波電容C1、能量旁通電路、電壓調節電路、反饋電阻和超級電容。電磁轉差離合器的三相繞組與濾波電感相連，三相繞組與濾波電感之間每相分別串聯電壓傳感器，濾波電感連接三相整流橋，濾波電感與三相整流橋之間每相分別串聯電流傳感器，濾波電感用于濾除三相繞組中的消波電流；三相整流橋由6個帶有反向二極管的MOS管v1~v6組成，能量旁通電路由旁通電阻 R1和旁通 MOS管v7串聯而成，能量旁通電路并聯于整流橋的輸出端，在車輛與原地轉向或低速轉向的工況下，能量旁通電路接通，提高三相電流，這樣在傳遞同樣扭矩的情況下勵磁電流降低；電圧調節電路包括 MOS管v8、二極管D7、電感L1，使輸出的電壓穩定在28v，電壓調節電路的輸出端連接勵磁電路，并通過MOS管v9連接至蓄電池；超級電容SC與RC串聯后并聯于電壓調節電路輸出端之間；反饋電阻由R2 和RF串聯而成，并聯于超級電容兩端，電阻R2和RF之間有反饋電壓Ufb輸出。

圖4為饋能型電磁轉差離合器的勵磁電路圖，勵磁電路包括MOS管v10、MOS管柵極電阻R3和R4、續流二極管D8，能量回收裝置的電源輸出端與地之間順序串接勵磁繞組、電流傳感器、MOS管v10，續流二極管并聯與勵磁繞組和電流傳感器兩端，柵極電阻R3與MOS 管的棚極相連，對柵極驅動電流進行限流， R4并聯于 MOS管的柵極和源極，提供柵極、源極間電容電壓的卸荷路徑。

圖5為饋能型電磁轉差離合器的控制器框圖，控制器主要包括電源電路、信號調理模塊、單片機、驅動模塊，電源電路產生各模塊所需的電壓，信號調理模塊接收來自電磁轉差離合器三相繞組的三相電動勢ea、eb、ec，三相繞組的相電流ia、ib、ic，勵磁繞組中的勵磁電流If，反饋電壓Ufb，電磁轉差離合器的輸出轉速n和車速v，對信號進行濾波和電平轉換;單片機根據調理后的輸入信號及設定的控制策略運算出輸出信號*PwM1，2，3及/*PWM1，2，3以及*PWM4、*PWM5、*K1和*K2；驅動模塊是各MOS管的柵極驅動電路，驅動模塊輸出各MOS管的柵極驅動信號PWM1，2，3及/PWM1，2，3以及PWM4、 PWM5、K1和K2。

圖6至圖1O為饋能型電磁轉差離合器的控制方法示意圖，饋能型電磁轉差離合器的控制方法為：單片機實時檢測車速，當車速v≤1OKm/h時，輸出*K信號為高電平，當車速v>10Km/h時，輸出*K1信號為低電平；根據反饋電壓信號Ufb計算出超級電容的電壓Usc，當 Usc<24v時，輸出*K2信號為低電平，當Usc≥24v時，輸出*K2信號為高電平，根據三相電動勢ea、eb、ec通過PLL鎖相環模塊計算出電角度，用于abc坐標系到dq坐標系的變換。

饋能型電磁轉差高合器可以回收轉差損耗，在不影響效率的前提下提高調速范圍；轉差離合器的勵磁功率由回收裝置提供，不需要額外的電源；提出的控制方法可以提高能量回收效率，増強電磁轉差離合器的輸出轉速特性，并協調控制電磁轉差離合器的調速性能和回收性能；利用此饋能型電磁轉差離合器對重型車輛的轉向泵的轉速進行調節，使車輛具有隨速可變的助力特性，同時避免了轉向泵大量的無功損耗。

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