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CN108189661B - 双转子电机及混合动力汽车用多轴级联机电耦合构造 - Google Patents

双转子电机及混合动力汽车用多轴级联机电耦合构造 Download PDF

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CN108189661B CN201810169498.2A CN201810169498A CN108189661B CN 108189661 B CN108189661 B CN 108189661B CN 201810169498 A CN201810169498 A CN 201810169498A CN 108189661 B CN108189661 B CN 108189661B
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Abstract

本发明公开了一种双转子电机及混合动力汽车用多轴级联机电耦合构造，其中双转子电机包括定子、同轴转动安装于定子内的内转子以及以公转兼自转的方式设置于定子与内转子径向之间的外转子；外转子上固定设置有外转子外圈永磁体和外转子内圈永磁体；内转子和外转子的轴向两端分别设置有输入轴和输出轴，外转子的一端固定设置有位于定子外的外转子动力输出齿轮；通过将双转子电机级联为单电机且与行星排多轴连接，使其不仅仅是两个电机的集成，而是充分作为一个并行系统巧妙并入整个机构中，同时具有电力学与机构学作用，使其成为整个机构不可或缺的一部分，且为机构主要工作模式增加了许多子工作模式，从而提高了机构复用率和功率密度。

Description

双转子电机及混合动力汽车用多轴级联机电耦合构造
技术领域
本发明涉及领域，具体涉及一种双转子电机及混合动力汽车用多轴级联机电耦合构造。
背景技术
混合动力汽车作为替代传统内燃机汽车的一种产品而广受关注，国外的Toyota(丰田)、Nissan(日产)、GM(通用)，Ford(福特)等公司纷纷推出了十分成熟的混合动力汽车产品，而像丰田的THS，福特的FHS，通用的AHS等混合动力传动系统都得到了广泛使用。而国内近些年虽然在混合动力传动系统研究较多，但由于国外专利的限制，成熟的产品较少，这也导致了我国混合动力汽车发展较慢；而现有技术中，机电耦合方案中的双转子电机仅对转速进行了解耦，而通过另外一个电机进行转矩解耦，虽然其与离合器的组合使用提供了更多工作模式，但是同时也造成机构过于复杂，使得双转子电机的特性未能完全发挥出来。
因此，为解决以上问题，需要一种双转子电机及混合动力汽车用多轴级联机电耦合构造，能够简化机电耦合构造，增加工作模式，机构简洁紧凑，同时提高机构复用率和功率密度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供双转子电机及混合动力汽车用多轴级联机电耦合构造，能够简化机电耦合构造，增加工作模式，机构简洁紧凑，同时提高机构复用率和功率密度。
本发明的双转子电机及混合动力汽车用多轴级联机电耦合构造，包括定子、同轴转动安装于定子内的内转子以及以公转兼自转的方式设置于定子与内转子径向之间的外转子；所述外转子上固定设置有同时与定子以及内转子作用的外转子内圈永磁体；所述内转子和外转子的轴向同侧一端分别作为内转子动力输入端和外转子动力输入端，内转子的另一端作为内转子动力输出端，所述外转子的另一端固定设置有位于定子外的外转子动力输出齿轮。
进一步，还包括用于对内转子和外转子沿径向限位的保持架，所述内转子和外转子通过轴承安装于保持架。
进一步，所述外转子为柱状且外转子端部沿轴向延伸形成延伸段，所述延伸段外圆设置齿圈并形成所述外转子动力输出齿轮。
进一步，所述内转子为圆筒状。
本发明还公开了一种设置有上述结构的双转子电机的混合动力汽车用多轴级联机电耦合构造，包括发动机、双转子电机、一级传动组件、二级传动行星排、三级传动行星排、四级传动差速锥齿轮行星排、半轴和车轮，所述双转子电机同时作为动力源和传动件外套于半轴；
所述一级传动组件包括左输出锥齿轮、右输出锥齿轮和中间输入锥齿轮，所述中间输入锥齿轮的轮轴和发动机动力输出轴传动连接且中间输入锥齿轮同时与左输出锥齿轮以及右输出锥齿轮啮合；所述左输出锥齿轮的轮轴通过第一离合器与二级传动行星排的二级齿圈传动配合，所述右输出锥齿轮的轮轴通过第四离合器CL4与三级传动行星排的三级齿圈传动配合；
所述二级传动行星排的二级行星架通过第二离合器CL2与双转子电机的外转子动力输入端传动连接，二级传动行星排的二级太阳轮与双转子电机的内转子动力输入端传动连接；
所述三级传动行星排的三级行星轮为双转子电机的外转子动力输出齿轮，三级传动行星排的三级太阳轮通过第三离合器CL3与双转子电机的内转子动力输出端传动连接，所述双转子电机的保持架为三级传动行星排的三级行星架并通过轴承转动安装于半轴，所述三级传动行星排的三级齿圈与作为差速器的四级传动差速锥齿轮行星排的动力输入锥齿轮传动连接，四级传动差速锥齿轮行星排的两个动力输出锥齿轮分别与两半轴传动配合。
本发明的有益效果是：本发明公开的一种双转子电机及混合动力汽车用多轴级联机电耦合构造，通过将双转子电机级联为单电机且与行星排多轴连接，使其不仅仅是两个电机的集成，而是充分作为一个并行系统巧妙并入整个机构中，同时具有电力学与机构学作用，使其成为整个机构不可或缺的一部分，且为机构主要工作模式增加了许多子工作模式，从而提高了机构复用率和功率密度，发动机通过第四离合器CL4可以实现发动机对系统的快速干预，实现蓄电池快速充电、快速加减速等操作，提高了汽车的安全性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明几个主要模式的动力流向图。
具体实施方式
图1为本发明的结构示意图，图2为本发明几个主要模式的动力流向图；如图所示，本实施例中的双转子电机；包括定子14、同轴转动安装于定子14内的内转子17以及以公转兼自转的方式设置于定子14与内转子17径向之间的外转子16；所述定子14为套体；所述外转子16上固定设置有同时与定子以及内转子作用的外转子内圈永磁体15，所述外转子内圈永磁体15可为环形永磁体套固定外套于外转子16上，且环形永磁体套的外圆和内圆互为相反磁性，所述定子上设置有与外转子内圈永磁体15配合并用于控制外转子16公转转速的第一励磁线圈，所述内转子上设置有与外转子内圈永磁体15配合并用于控制内转子17自转转速的第二励磁线圈；所述内转子17和外转子16的轴向同侧一端分别作为内转子17动力输入端和外转子16动力输入端，内转子17的另一端作为内转子17动力输出端，所述外转子16的另一端固定设置有位于定子14外的外转子16动力输出齿轮；当然，双转子电机还包括电机控制系统和电池13，电机控制系统包括控制模块、充电模块、控制线10、控制线路9、模数转换模块12和数模转换模块13；控制模块与充电模块通过控制线10、控制线路9、模数转换模块12和数模转换模块13实现对内、外转子进行控制和对电池的充放电，电机控制系统属于现有技术，在此不再赘述；通过将双转子电机的内、外转子的轴向两端分别设置动力输出端和动力输出端，与其他传动部件形成多轴级联结构，使得其不仅仅是两个电机的集成，而是充分作为一个并行系统巧妙并入整个机构中，同时具有电力学与机构学作用，使其成为整个机构不可或缺的一部分；由于该多轴级联双转子电机为新型电机，采用了磁场调制式齿轮作为内外转子，所以不会出现空转时烧毁电机的现象，故其作为机构件接入整个系统中是可行的；通过与离合器的配合使用，使双转子电机具有多种不同动力传输路径，同时消除一般双转子电机不能实现纯机械路径输出及动力路径过于单一的问题，最大化发挥其机构特性和电机特性。
本实施例中，还包括用于对内转子17和外转子16沿径向限位的保持架，所述内转子17和外转子16通过轴承安装于保持架；所述双转子电机类似为行星排结构，通过保持架利于内、外转子的稳定性。
本实施例中，所述外转子16为柱状且外转子16端部沿轴向延伸形成延伸段，所述延伸段外圆设置齿圈并形成所述外转子16动力输出齿轮；结构强度高，利于结构紧凑。
本实施例中，所述内转子17为圆筒状；方便双转子电机外套于半轴，方便双转子电机的安装。
本实施例还公开一种设置有上述结构的双转子电机的混合动力汽车用多轴级联机电耦合构造，包括发动机1、双转子电机、一级传动组件、二级传动行星排、三级传动行星排、四级传动差速锥齿轮行星排、半轴和车轮，所述双转子电机同时作为动力源和传动件外套于半轴；
所述一级传动组件包括左输出锥齿轮3、右输出锥齿轮和中间输入锥齿轮2，所述中间输入锥齿轮的轮轴和发动机动力输出轴传动连接且中间输入锥齿轮同时与左输出锥齿轮以及右输出锥齿轮啮合；所述左输出锥齿轮的轮轴通过第一离合器CL1与二级传动行星排的二级齿圈5传动配合，二级齿圈5与第一离合器CL1通过设置过渡齿轮4实现传动配合，过渡齿轮4的轮轴与第一离合器CL1的输出端固定连接，过渡齿轮4与设置于二级齿圈外圆的驱动齿啮合，所述右输出锥齿轮的轮轴通过第四离合器CL4与三级传动行星排的三级齿圈传动配合；三级齿圈5与第四离合器CL4通过设置过渡齿轮20实现传动配合，过渡齿轮20的轮轴与第四离合器CL4的输出端固定连接，过渡齿轮20与设置于三级齿圈外圆的驱动齿啮合，保证结构紧凑，传动效率高。
所述二级传动行星排的二级行星架6通过第二离合器CL2与双转子电机的外转子动力输入端传动连接，二级传动行星排的二级太阳轮8与双转子电机的内转子动力输入端传动连接；当然二级行星架6上还设置有二级行星轮7；二级传动行星排的二级齿圈作为动力输入件，二级行星架作为动力输出件；
所述三级传动行星排的三级行星轮为双转子电机的外转子动力输出齿轮，三级传动行星排的三级太阳轮18通过第三离合器CL3与双转子电机的内转子动力输出端传动连接，所述双转子电机的保持架为三级传动行星排的三级行星架(即双转子电机的保持架)并通过轴承转动安装于半轴，所述三级传动行星排的三级齿圈19与作为差速器的四级传动差速锥齿轮行星排的动力输入锥齿轮22传动连接，四级传动差速锥齿轮行星排的两个动力输出锥齿轮(分别为动力输出锥齿轮23和动力输出锥齿轮24)分别与两半轴传动配合；当然，好包括壳体25，二级传动行星排、双转子电机、三级传动行星排和四级传动差速锥齿轮行星排均安装于壳体25内，所述半轴27通过轴承26转动安装于壳体25。
如图2所示，取几种主要模式进行说明，其中图2-1为电动驱动模式，此时双转子电机的外转子16和定子14形成电动机M1输出动力到四级传动差速锥齿轮行星排上，再输出至车轮；图2-2为单发动机驱动模式，此时第四离合器CL4闭合，发动机动力经过过渡齿轮20到三级行星排的三级齿圈19输出到四级传动差速锥齿轮行星排上再输出至车轮；图2-3为ECVT模式，第一离合器CL1闭合，此时多轴双转子电机的内转子17与多轴双转子电机外转子内圈永磁体15形成发电机G2，多轴双转子电机外转子16与多轴双转子电机定子14形成电动机M1，发动机动力经过二级行星排的二级太阳轮8输出到多轴双转子电机的内转子17，发电机G2工作发电实现动力转速解耦，同时通过电动机M1实现转矩解耦，将双解耦后的动力经过多轴双转子电机的外转子16，再通过三级行星排的三级齿圈19进行输出；图2-4为电机辅助驱动模式，离合器CL4闭合，此时多轴双转子电机的外转子16与多轴双转子电机的定子14形成电动机M1，发动机动力经过过渡齿轮20，三级行星排的三级齿圈19将来自于过渡齿轮20的动力和电动机M1的动力进行耦合后通过四级传动差速锥齿轮行星排的动力输出锥齿轮23上再输出至车轮；图2-5为快速行车充电模式，第四离合器CL4闭合，此时多轴双转子电机的外转子16与多轴双转子电机的定子14形成发电机G1，发动机动力经过过渡齿轮20到三级行星排的三级齿圈19再经过三级行星排的三级太阳轮给G1充电，且三级行星排的三级齿圈19上的动力输出到四级传动差速锥齿轮行星排的动力输入锥齿轮23上再输出至车轮；2-6为怠速充电模式，第一离合器CL1闭合，此时多轴双转子电机内的内转子17与多轴双转子电机的外转子内圈永磁体15形成发电机G2，发动机动力经过二级行星排的二级太阳轮8到多轴双转子电机的内转子17上带动发电机G2发电。2-7为制动能量回收模式，此时多轴双转子电机的外转子18与多轴双转子电机的定子形成发电机G1，汽车制动时，车轮28上的动力经过半轴27、四级传动差速锥齿轮行星排的太阳轮23和太阳轮24(即两个动力输出锥齿轮)到四级传动差速锥齿轮行星排的行星轮22(即动力出入锥齿轮)，再通过三级行星排的三级齿圈19到三级行星排的三级太阳轮给G1充电。
所述三级传动行星排设计为3Z型行星排，3Z型行星排与双转子电机进行设计融合，充分将电机高度集成于机械结构中，提高了整体机构的集成化程度，且具有更大的传动比范围，能够有效改善双转子电机的工作性能。另外双转子电机级联为单电机且与行星排多轴连接，使其不仅仅是两个电机的集成，而是充分作为一个并行系统巧妙并入整个机构中，同时具有电力学与机构学作用，使其成为整个机构不可或缺的一部分，且为机构主要工作模式增加了许多子工作模式，从而提高了机构复用率和功率密度。发动机通过第四离合器CL4可以实现发动机对系统的快速干预，实现蓄电池快速充电、快速加减速等操作，提高了汽车的安全性。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种双转子电机的混合动力汽车用多轴级联机电耦合构造，其特征在于：包括发动机、双转子电机、一级传动组件、二级传动行星排、三级传动行星排、四级传动差速锥齿轮行星排、半轴和车轮，所述双转子电机同时作为动力源和传动件外套于半轴；
所述双转子电机包括定子、同轴转动安装于定子内的内转子以及以公转兼自转的方式设置于定子与内转子径向之间的外转子；所述内转子和外转子均采用磁场调制式齿轮，所述外转子上固定设置有同时与定子以及内转子作用的外转子内圈永磁体；所述内转子和外转子的轴向同侧一端分别作为内转子动力输入端和外转子动力输入端，内转子的另一端作为内转子动力输出端，所述外转子的另一端固定设置有位于定子外的外转子动力输出齿轮，通过将双转子电机的内、外转子的轴向两端分别设置动力输出端和动力输出端，与其他传动部件形成多轴级联结构与离合器的配合使用，使双转子电机具有多种不同动力传输路径；所述外转子为柱状且外转子端部沿轴向延伸形成延伸段，所述延伸段外圆设置齿圈并形成所述外转子动力输出齿轮；
所述一级传动组件包括左输出锥齿轮、右输出锥齿轮和中间输入锥齿轮，所述中间输入锥齿轮的轮轴和发动机动力输出轴传动连接且中间输入锥齿轮同时与左输出锥齿轮以及右输出锥齿轮啮合；所述左输出锥齿轮的轮轴通过第一离合器与二级传动行星排的二级齿圈传动配合，所述右输出锥齿轮的轮轴通过第四离合器CL4与三级传动行星排的三级齿圈传动配合；
所述二级传动行星排的二级行星架通过第二离合器CL2与双转子电机的外转子动力输入端传动连接，二级传动行星排的二级太阳轮与双转子电机的内转子动力输入端传动连接；
所述三级传动行星排的三级行星轮为双转子电机的外转子动力输出齿轮，三级传动行星排的三级太阳轮通过第三离合器CL3与双转子电机的内转子动力输出端传动连接，所述双转子电机的保持架为三级传动行星排的三级行星架并通过轴承转动安装于半轴，所述三级传动行星排的三级齿圈与作为差速器的四级传动差速锥齿轮行星排的动力输入锥齿轮传动连接，四级传动差速锥齿轮行星排的两个动力输出锥齿轮分别与两半轴传动配合。
2.根据权利要求 1 所述的双转子电机的混合动力汽车用多轴级联机电耦合构造，其特征在于：所述双转子电机还包括用于对内转子和外转子沿径向限位的保持架，所述内转子和外转子通过轴承安装于保持架。
3.根据权利要求 2 所述的双转子电机的混合动力汽车用多轴级联机电耦合构造，其特征在于：所述内转子为圆筒状。
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