[发明专利]一种准差速锁和差速率控制系统、控制方法和汽车

权利要求书

1.一种准差速锁控制系统，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系统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。