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為了解決能源危機和保護環境,愈來愈多人關注混合動力汽車(HEV)的發展。混合動力汽車採用兩種能源,即汽油和電池;並運用兩種驅動裝置,即引擎和電動機。跟電動汽車相比,混合動力汽車具備更長的行駛距離和在現有的汽油站加油的優點。其主要挑戰是如何有效地結合引擎和電動機的動力,讓引擎在最佳效率下運行。現時的混合動力汽車基本上採用同樣的技術,即行星齒輪電子無斷變速傳輸(E-CVT)驅動系統,結合引擎和電動機兩種動力行駛。然而,這系統卻有低功率密度、高傳輸損耗、碰觸和磨損等問題,更產生煩人的噪音。

磁齒輪利用磁場的吸引力來傳輸動力,齒輪間既沒有碰觸又不會產生磨損。透過特別設計,磁齒輪的調節環可以轉動,從而達到類似行星齒輪的動力分割。引擎的功率通過磁齒輪分為兩條路徑:其一是流經磁齒輪的外轉子(也是電動機的轉子),其二是流經磁齒輪的內轉子(也是發電機的轉子)。其相應的功率流動控制是通過兩枚背靠背的功率轉換器,分別耦合到電動機和發電機的定子。與此同時,相關的電動機和發電機可以跟磁齒輪融合成一個單一的電機組,通過巧妙地控制轉換器來執行動力分割,達到磁連接電子無斷變速傳輸驅動。

 

混合電動車的磁連接電子無斷變速傳輸驅動系統的原理


 

 

 

研究小組

新系統可以解決現時行星齒輪電子無斷變速傳輸驅動系統的缺點,達到高功率密度、高傳輸效率和安靜運行的效果。它能通過電子控制,有效地提高了混合動力汽車的整體能源效益,既節省燃油又能減排。再者,這系統使用單向的動力傳輸結構,毋須使用耗損和笨重的齒形鏈,解決了現時系統的另一大問題。

由於電動車的電池表現欠佳而燃料電池車的成本又過高,混合動力汽車獲評為當今最實際和可行的環保汽車。本研究所開發的磁連接電子無斷變速傳輸驅動系統可使混合動力汽車進一步提昇其能源效益,從而減少整體道路運輸的燃料消耗和廢氣排放。此外,其高功率密度可以讓混合動力汽車達到更輕便和靈巧的設計,大大增長其零排放的可運行距離。


鄒國棠教授
香港大學
電機電子工程系

ktchau@eee.hku.hk

 

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