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为了解决能源危机和保护环境,愈来愈多人关注混合动力汽车(HEV)的发展。混合动力汽车采用两种能源,即汽油和电池;并运用两种驱动装置,即引擎和电动机。跟电动汽车相比,混合动力汽车具备更长的行驶距离和在现有的汽油站加油的优点。其主要挑战是如何有效地结合引擎和电动机的动力,让引擎在最佳效率下运行。现时的混合动力汽车基本上采用同样的技术,即行星齿轮电子无断变速传输(E-CVT)驱动系统,结合引擎和电动机两种动力行驶。然而,这系统却有低功率密度、高传输损耗、碰触和磨损等问题,更产生烦人的噪音。

磁齿轮利用磁场的吸引力来传输动力,齿轮间既没有碰触又不会产生磨损。透过特别设计,磁齿轮的调节环可以转动,从而达到类似行星齿轮的动力分割。引擎的功率通过磁齿轮分为两条路径:其一是流经磁齿轮的外转子(也是电动机的转子),其二是流经磁齿轮的内转子(也是发电机的转子)。其相应的功率流动控制是通过两枚背靠背的功率转换器,分别耦合到电动机和发电机的定子。与此同时,相关的电动机和发电机可以跟磁齿轮融合成一个单一的电机组,通过巧妙地控制转换器来执行动力分割,达到磁连接电子无断变速传输驱动。

 

混合电动车的磁连接电子无断变速传输驱动系统的原理


 

 

 

研究小组

新系统可以解决现时行星齿轮电子无断变速传输驱动系统的缺点,达到高功率密度、高传输效率和安静运行的效果。它能通过电子控制,有效地提高了混合动力汽车的整体能源效益,既节省燃油又能减排。再者,这系统使用单向的动力传输结构,毋须使用耗损和笨重的齿形链,解决了现时系统的另一大问题。

由于电动车的电池表现欠佳而燃料电池车的成本又过高,混合动力汽车获评为当今最实际和可行的环保汽车。本研究所开发的磁连接电子无断变速传输驱动系统可使混合动力汽车进一步提升其能源效益,从而减少整体道路运输的燃料消耗和废气排放。此外,其高功率密度可以让混合动力汽车达到更轻便和灵巧的设计,大大增长其零排放的可运行距离。


邹国棠教授
香港大学
电机电子工程系

ktchau@eee.hku.hk

 

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