PDF《电力活塞式电动机电磁驱动系统》

江苏省 六大人才 高峰项目( Z B Z Z

0 2 4) ;

汽车仿 真与控制国家重点实验室开放基金(

2 0

1 1

1 1

1 5 ) ;

常州市应用基础研究计划( C J

2 0

1 3

0 0

1 5 ) ;

人工智能四川省重点实验室开放基 金项目(

2 0

1 4 R Z Y

0 1 ) . 作者简介:赵景波(

1 9

8 0 ) ,男,山东寿光人,博士,副教授,主要从事车辆动力学及控制方面的研究. s i m u l i n k搭建仿真模块,进行动力学仿真,并通过计算分析为此提供理论支持.

1 ? 气缸盖;

2 ? 电流放大整形装置;

3 ? 绕组线圈;

4 ? 软 磁磁轭;

5 ? 上通气孔;

6 ? 永磁体活塞;

7 ? 连杆;

8 ? 下 通气孔;

9 ? 润滑油存储装置;

1 0 ? 发动机底壳;

1 1 ? 曲柄飞轮组件;

1 2 ? 气缸体;

1 3 ? 下止点检测装置;

1 4 ? 冷却装置;

1 5 ? 上止点检测装置;

1 6 ? 电控装置;

1 7 ? 电 磁永磁混合驱动系统;

1 8 ? 电源控制调节器. 图1 电力活塞式电动机典型结构

1 电力活塞式电动机工作原理 电力活塞式电动机的典型结构及工作原理如图1所示. 电 力活塞式电动机在传统发动机的基础上,将传统发动机内的供 气排气装置、供油装置、点火系统等去掉,以车载蓄电池为动 力源,利用电磁驱动系统的电磁转换和同极相斥原理,将电能 转换成机械能驱动永磁体活塞做功输出转矩,能量转换工作在 电磁驱动系统中完成. 电磁驱动系统位于活塞正上方,主要由 软磁磁轭和绕组线圈组成. 电力活塞式电动机的工作流程如图2所示. 工作时,首先 采用相应的启动系统驱动飞轮使曲轴转动,通过曲轴连杆机构 带动活塞运动,当活塞运行到上止点时,上止点位置检测传感 器检测到活塞到达后,将信号传送到电控单元,电控单元控制 电磁驱动系统通电产生磁场力,该磁 场力与永磁体活塞相排 斥,驱动活塞做功,实现电磁能向直线机械能的转变,通过曲 柄连杆装置的运动加以约束,保证活塞连续往复运动,将直线 机械能转换为旋转机械能输出;

当活塞运行至下止点时,电控 单元控制电磁驱动系统断电,活塞依靠飞轮的转动惯量,通过 曲柄连杆机构往复运动,如此循环,当活塞运行稳定后,启动 系统停止工作. 图2 电力活塞式电动机工作流程

2 电磁驱动系统数学模型的建立

2 ?

1 电磁驱动系统的分析 借鉴应用于磁悬浮列车上的电磁构成的悬浮系统,提出一种应用电力活塞式电动机内部的电磁驱动系 统. 在活塞到达上止点时,螺线管通电,电磁驱动系统产生排斥力驱动活塞做功,电磁力作用效果如图3 ( a ) 所示. 电磁力随着螺线管通过的电流大小、匝数和相互间位移的大小发生变化. 电磁悬浮系统通常是多磁铁结构,但是通过解耦,系统可以分解为单个悬浮磁铁的控制问题[

1 3 ] . 所以 单磁铁悬浮系统是磁悬浮系统的基本单元,分析单磁铁悬浮系统的动态模型和动态特征比分析多磁铁系统 更具有一般性,将上述分析方法应用在电磁驱动系统. 目前,单体永磁体的组合形式有很多结构,产生的磁场也不一样[

1 4-1

5 ] ,基于上述思想,在电力活塞式 电动机的研究中. 对电磁驱动系统进行分析时,将电磁驱动系统从发动机内分离出来,简化成单体电磁系

2 西南大学学报( 自然科学版) h t t p : / / x b b j b ? s w u ? e d u ? c n 第3 8卷统,采用圆柱体电磁结构,其磁场沿中心轴均匀分布,单体电磁驱动系统的物理模型如图3( a ) 所示. 并作 假设:① 磁路中铁磁材料的磁导率无穷大,磁势均匀地降落在气隙和永磁体活塞上;