CN101028799A - 四轮驱动汽车的双转子混合动力装置及驱动方法 - Google Patents

四轮驱动汽车的双转子混合动力装置及驱动方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于四轮驱动汽车的双转子混合动力系统，由发动机、双转子电机、传动轴、后桥、逆变器、电池、电动机、前桥、车轮组成。其中双转子电机包括：输入轴、内转子电枢绕组、内转子铁心、外转子永磁磁钢、外转子铁心和输出轴；内转子铁心被固定在输入轴上并与之一起旋转，外转子铁心和外转子永磁磁钢与输出轴刚性相连，并与输出轴一起旋转。本发明成本低、轻量化、效率高。

Description

四轮驱动汽车的双转子混合动力装置及驱动方法
技术领域
本发明涉及一种混合动力汽车驱动系统，尤其是一种带有双转子电机的用于四轮驱动汽车的混合动力驱动系统。
背景技术
混合动力驱动系统有串联、并联和混联三种形式。串联混合动力系统是先由发电机将发动机输出的动力全部转换为电能，再经电动机将电能转换为机械能驱动车轮，其优点是可实现发动机的最优控制，缺点是经两次能量全部转换，损失能量过大。并联系统是在传统的汽车传动系统基础上，另加一路电动驱动系统，为汽车加速或爬坡时提供辅助动力，其优点是能量转换的比例较少，缺点是发动机与车轮间靠直接的机械连接，发动机不能总在高效率点工作。普通的混联系统是通过特制的动力分配装置将来自发动机的动力分为机械和电力两条路径，可发挥串联式和并联式的优点，但结构复杂，成本很高，同时复杂的传动机构会降低传动效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于四轮驱动汽车的混合动力驱动系统，该驱动系统采用由内外两个转子结构的双转子电机，组成发电机和动力分配装置一体化的双转子混合动力分配系统。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种四轮驱动汽车的双转子混合动力装置，其中汽车中设置有发动机、传动轴、前桥、后桥、由前桥、后桥驱动的车轮，其特征在于：发动机连接双转子电机，发动机的一部分功率通过双转子电机向车轮传递动力，发动机的另外一部分功率通过双转子电机发电后将电能输出给电动机。
为了解决上述技术问题，本发明还提供一种四轮驱动汽车的双转子混合动力驱动方法，其特征在于：发动机传递到双转子电机的功率分为两条路径传递：一部分发动机功率利用内外转子之间的磁力作用直接传递输出到连接车轮的桥；另一部分发动机功率利用内外转子之间的速度差，绕组线圈切割磁力线发电，机械能转化成电能输出给电动机或电池，由电动机或电池驱动连接车轮的桥。
本发明的双转子电机一方面通过内外转子的磁力作用，直接将来自发动机的转矩传递给后桥或前桥，另一方面利用内外转子之间的转速差发电，由电动机驱动前桥或后桥。通过内外两个转子的协调工作可以使发动机运行于最高效率点，从而提高整个系统的效率，并且低成本、轻量化。因此，本发明的有益效果包括：
1.由于发动机与车轮间没有直接的机械连接，可以调节发动机在高效率点工作，当车速变化时，只需调整气隙磁场的旋转速度和电动机的输出功率即可，这样发动机大多数工况都能够以最高效率运行，与车速的变化关系不大。因而该混合动力调速传动系统燃料消耗少，排放少，效率高，绿色环保。
2.本发明系统中，省去了一些机械传动装置，无须另加变速器，因而能量转换较少，传动环节少，传动效率高，而且零件少，结构简单，成本低。
3.汽车减速时，内外转子间的电磁力可以解除，电动机以发电状态工作，可充分回馈制动能量，提高了能源利用率，节省了能源。
4.汽车行驶速度和发动机转速相互独立，电机可以实现发动机至车轮的无级变速传动。5.该混合动力调速传动系统还具有调速范围宽、调速平稳、控制灵活的优点。
附图说明
图1为本发明的双转子混合动力驱动系统结构简图。
图2为本发明的双转子电机结构简图的侧面图。
主要部件附图标记说明
1.发动机          2.双转子电机         3.传动轴
4.后桥            5.车轮               6.逆变器
7.电池            8.电动机             9.前桥
21.输入轴         22.滑环              23.内转子电枢绕组
24.内转子铁心    25.外转子永磁磁钢      26.外转子铁心
27.输出轴
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的双转子混合动力驱动装置及驱动方法作进一步详细说明。但是可以理解的是，说明书描述的实施例只是本发明能够实现的一种方式，还有很多方式并没有描述，但是限定于权利要求中。描述实施例的目的是为了使本发明更为清楚，而不是限制保护范围。
如图1所示，本发明的汽车中设置有发动机1、传动轴3、前桥9、后桥4、由前桥、后桥驱动的车轮5等。发动机1的曲轴与双转子电机2的输入轴21与相连，电机的输出轴27通过传动轴3与后桥4相连。当然，输出轴27也可以与前桥9相连。
发动机1连接双转子电机2，发动机1的一部分功率通过双转子电机2向车轮传递动力，发动机1的另外一部分功率通过双转子电机2发电后将电能输出给电动机8。双转子电机2发出的电能通过滑环传递到逆变器6，转换成直流电后储存在电池7中，电池7中的电能再通过另外一个逆变器传递到电动机8，或者电能直接通过滑环传递到电动机8。
因此，本发明整个动力传递系统中功率分为两条路经传递：一部分发动机功率利用内外转子之间的磁力作用直接传递输出到后桥；另一部分发动机功率利用内外转子之间的速度差，绕组线圈切割磁力线发电，机械能转化成电能输出给电动机8，由电动机8驱动前桥9。可见，如上所述系统中的双转子混合动力电机集成了发电机和动力分配器的双重功用。
当汽车低速或小负荷行驶时，关闭发动机1，由电池7向电动机8提供动力，驱动前轮运转，实现汽车零排放行驶。
当汽车正常行驶时，由发动机1提供动力，发动机1在油耗低、排放少的区域工作，发动机1提供的动力由两个通道分别传递给前、后车轮5，主通道为双转子电机电磁力矩直接给后桥的机械通道，副通道为双转子电机传递给电动机的电力通道，通过控制两通道能量流的比例来获得最高的效率。
当汽车加速或爬坡行驶时，除发动机1通过两个通道分别向前、后车轮提供动力外，电池7也向电动机提供动力。
当汽车减速或下长坡时，电动机8以发电状态工作，由车轮5驱动，将汽车的动能转化为电能，储存在电池7中。
如图2所示，在本发明的双转子混合动力驱动装置中，双转子电机包括：输入轴21、滑环22、内转子电枢绕组23、内转子铁心24、外转子永磁磁钢25、外转子铁心26和输出轴27。
其中，内转子铁心24被固定在输入轴21上并与之一起旋转；内转子电枢绕组23环绕在内转子铁心24上，并且内转子电枢绕组23通过滑环22和逆变器相连；外转子铁心26和外转子永磁磁钢25与输出轴27刚性相连，并与输出轴27一起旋转。
除了上述实施例外，本发明所述的双转子电机结构还可以是：内转子安装永磁磁钢，外转子安装电枢绕组；或者内、外转子均安装电枢绕组。

Claims (10)

1.一种四轮驱动汽车的双转子混合动力装置，其中汽车中设置有发动机(1)、传动轴(3)、前桥(9)、后桥(4)、由前桥、后桥驱动的车轮(5)，其特征在于：
发动机(1)连接双转子电机(2)，发动机(1)的一部分功率通过双转子电机(2)向车轮传递动力，发动机(1)的另外一部分功率通过双转子电机(2)发电后将电能输出给电动机(8)。
2.根据权利要求1所述的双转子混合动力系统，其特征在于：
双转子电机(2)上设置滑环(22)，双转子电机(2)发出的电能通过滑环传递到逆变器(6)，转换成直流电后储存在电池(7)中，或者通过另外一个逆变器传递到电动机(8)。
3.根据权利要求1或2所述的四轮驱动汽车的双转子混合动力装置，其特征在于：
双转子电机(2)通过传动轴(3)连接后桥(4)，一个电动机(8)连接前桥(9)；或者双转子电机(2)通过传动轴(3)连接后桥(4)，两个电动机(8)分别连接左、右前车轮(5)；或者双转子电机(2)连接前桥(9)，一个电动机(8)连接后桥(4)；或者双转子电机(2)连接前桥(9)，两个电动机(8)分别连接左、右后车轮(5)。
4.根据权利要求3所述的四轮驱动汽车的双转子混合动力装置，其特征在于：
双转子电机(2)包括：输入轴(21)、内转子电枢绕组(23)、内转子铁心(24)、外转子永磁磁钢(25)、外转子铁心(26)和输出轴(27)；内转子铁心(24)被固定在输入轴(21)上并与之一起旋转，外转子铁心(26)和外转子永磁磁钢(25)与输出轴(27)刚性相连，并与输出轴(27)一起旋转，双转子电机具有发电机和动力分配器的双重作用。
5.根据权利要求4所述的四轮驱动汽车的双转子混合动力装置，其特征是内转子安装电枢绕组，外转子安装永磁磁钢；或者内转子安装永磁磁钢，外转子安装电枢绕组；或者内、外转子均安装电枢绕组。
6、一种四轮驱动汽车的双转子混合动力驱动方法，其特征在于：
发动机(1)传递到双转子电机(2)的功率分为两条路径传递：一部分发动机功率利用内外转子之间的磁力作用直接传递输出到连接车轮的桥；另一部分发动机功率利用内外转子之间的速度差，绕组线圈切割磁力线发电，机械能转化成电能输出给电动机(8)或电池(7)，由电动机(8)或电池(7)驱动连接车轮的桥。
7、根据权利要求6所述的双转子混合动力驱动方法，其特征在于：
当汽车低速或小负荷行驶时，关闭发动机(1)，由电池(7)向电动机(8)提供动力，实现汽车零排放行驶。
8、根据权利要求6所述的双转子混合动力驱动方法，其特征在于：
当汽车正常行驶时，由发动机(1)提供动力，发动机(1)提供的动力由两个通道分别传递给前、后车轮。
9、根据权利要求6所述的双转子混合动力驱动方法，其特征在于：
当汽车加速或爬坡行驶时，除发动机(1)通过两个通道分别向前、后车轮提供动力外，电池(7)也向电动机提供动力。
10、根据权利要求6或9所述的双转子混合动力驱动方法，其特征在于：
当汽车减速或下长坡时，电动机(8)以发电状态工作，由车轮(5)驱动，将汽车的动能转化为电能，储存在电池(7)中。
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