CN101318460A - 混合动力汽车动力总成 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力汽车的动力总成，包括发动机、双转子电机、电池等，其特征在于：双转子电机包括定子及线圈、外转子、内转子及线圈，定子线圈缠绕在定子上并包围在外转子周围，外转子的内表面和外表面镶嵌有磁钢，内转子线圈缠绕在内转子上，输出轴内转子、外转子、定子与发动机输出轴同轴。外转子的输出轴通过一个轴承支撑在机壳上，并与离合器的主动端相连，内转子从另一端与发动机的输出轴相固定，电池分别与定子线圈和内转子线圈电连接。利用本发明可以使汽车工作在由电机单独驱动或再生制动发电时，不用带动发动机空转。

Description

混合动力汽车动力总成

技术领域

本发明涉及一种汽车的动力系统，尤其是涉及一种利用内燃机和电机共同驱动的混合动力汽车的动力总成。

背景技术

目前具备纯电动驱动模式的混合动力车由于要实现发电，驱动，启动发动机等众多功能，往往采用了两个电机，并有复杂的动力耦合机构，从而增加了成本，造成系统复杂，同时占用比较多的空间。因此人们设计将电机集成在发动机和变速箱之间，集驱动、发电和启动发动机功能于一身，并与输出轴和变速箱输入轴同轴的混合动力车，《车用发动机》杂志2007年2月出版的第1期上发表了一编文章，名为《单轴并联式混合动力总成的设计》，公布了一种并联式混合动力总成，如图1所示，该并联式混合动力总成包括一台共轨柴油机发动机1，一台直流无刷盘式电机2，336V电池组9，将发动机1飞轮卸下，输出轴与电机2的转子对接，在转子上再装发动机1的飞轮，电机2的外壳装于发动机1的缸体上，飞轮后接离合器12，离合器12后接变速器13，飞轮壳及离合器壳与电机壳相连，电池组与电机电连接。这种混合动力总成结构十分紧凑，占用空间较少。但是，这种混合动力总成在使用时，由于电机转子轴与发动机的输出轴相连，在需要给汽车施加动力时，不管是发动机单独驱动还是电机单独驱动汽车，发动机和电机都要转动，当只用电机单独驱动汽车或电机发电回收制动时的动能时，，电机都会带动发动机随之空转，造成浪费，并对发动机造成影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，设计一种混合动力汽车的动力总成，在电机单独驱动汽车时，不会带动发动机或变速箱随之空转，造成浪费，且对发动机和变速箱都不造成影响。

本发明为解决上述技术问题而采用如下的技术方案：一种混合动力汽车的动力总成，包括发动机、电机，其特征在于，所述电机为双转子电机，包括机壳、定子、外转子、内转子，所述定子为绕阻定子，具有外接电源的端子，所述外转子为永磁转子，其内表面和外表面镶嵌有磁钢，所述内转子为绕阻转子，具有外接电源的端子，在机壳内，所述外转子安装在所述定子内，所述内转子安装在所述外转子内，其中所述内转子、所述外转子和所述发动机的输出轴同轴，所述外转子的输出轴与汽车的离合器的主动端相连，所述内转子从另一端与所述发动机的输出轴相固定。

本方案中，电机中的外转子输出轴与离合器的主动端相连，与发动机输出轴通过与内转子相连接，当内转子绕阻通电后，发动机工作时带动内转子形成旋转磁场，从而与外转子内侧磁钢产生相互作用，使外转子跟随内转子旋转，实际上成为一个电磁离合器，在混合动力汽车整车控制器的控制下使发动机的输出轴通过外转子与汽车的离合器成为一个可离可合的连接，当不使用发动机做动力源，仅由电机做动力源时，发动机与电机输出轴脱离。

本发明的有益效果是，当电机单独驱动汽车时，外转子通过离合器，变速箱，传动轴将汽车驱动，由于内转子不加电，它不会随着外转子旋转，因此也不会带动发动机空转，造成浪费。

附图说明

下面结合实施例和附图来进一步说明本发明。

图1为现有技术中混合动力汽车的动力总成。

图2为本发明示意图。

图3为本发明结合电机电源与汽车离合器示意图

图中：1.发动机，2.电机，3.定子，4.磁钢，5.输出轴，6.外转子，7.内转子，8.第二逆变器，9电池，10.第一逆变器，11.轴承，12.离合器，13.变速箱，14.传动轴，15.输出轴，16.发动机输出轴，17.集电环，18挠性盘，19.内转子外接电源端子，20.定子外接电源端子

具体实施方式

如图2所示，为一种混合动力汽车的动力总成和外供电系统连接图，包括发动机1、电机2，所述电机2为双转子电机，包括机壳、定子3、外转子6、内转子7，定子(3)为绕阻定子，具有定子外接电源的端子20，外转子6为永磁转子，其内表面和外表面镶嵌有磁钢4，内转子7为绕阻转子，具有内转子外接电源的端子19，在机壳内，外转子6安装在定子3内，内转子7安装在外转子6内，内转子7、外转子6的输出轴5和发动机1的输出轴16同轴，外转子6的输出轴5与汽车的离合器12的主动端相连，外转子6的输出轴5与机壳通过轴承11相连，内转子7从另一端与所述发动机1的输出轴16相固定。

在发动机1输出轴16上，输出轴16与内转子7的输出轴15之间还安装有一个挠性盘18。以保证发动机1输出轴16与电机2的内转子7输出轴15之间可靠连接。

图3中，蓄电池9是为电机2充放电用的，蓄电池9经过第一逆变器10与所述定子外接电源端子相连接，经过第二逆变器8与集电环17和内转子外接电源端子19相连接，内转子外接电源端子也可以利用碳刷等与电源相连。

外转子6输出轴5通过一个轴承11与电机外壳相固定，其输出端与汽车的离合器12相接，离合器12后是变速箱13，然后是传动轴14驱动车轮前进。

本发明动力总成在混合动力汽车的整车控制器控制下工作。在整车控制器的控制下，本发明可以实现如下几种工作模式：

1：传统发动机驱动模式：

电池9的电能通过第二逆变器8为集电环17提供电能，集电环17与内转子7配合在内转子线圈上通直流电，当发动机1工作时带动内转子7形成旋转磁场，从而与外转子6内侧磁钢5产生相互作用，使外转子6跟随内转子7旋转，实践上成为一个电磁离合器。定子3不通电，发动机1的动力通过电磁离合器以及离合器12传递到变速箱13和传动轴14。这种模式主要用于在高速公路上行驶等发动机燃油经济性较好的情况下。

2：发动机驱动，同时外电机发电模式：

发动机1动力如模式1传到车轮，内转子7同样工作在电磁离合器的状态下，同时定子3通过第一逆变器10到动力电池的电路接通，外转子6外表面上的磁钢4与定子3上的线圈配合组成外电机，外电机工作在发电状态，将发动机的部分动能转化为电能。电能通过第一逆变器10转换后存储在动力电池9中。这种模式主要用于高压电池电能不足，或发动机燃油经济性不高等情况下。通过电机2发电为发动机1增加负载，使发动机1工作在燃油经济性最佳的区域。

3：电机辅助模式：

在这种模式下，发动机1动力如模式1传到车轮，内转子7也如模式1工作在电磁离合器状态。外转子6处于电驱动模式，电能从动力电池9经过逆变器10到定子3，外转子6动力与发动机1动力叠加，经离合器12、变速箱13和传动轴14传递到车轮。由于电机2同时驱动，使得传递到车轮的驱动力增加，获得良好的动力性能。该模式主要用于爬坡，加速等需求较大驱动力的情况下。

4：纯电动模式：

在这种模式下发动机1停止工作，内转子7也停止工作，外电机独力提供驱动力到车轮，能量经动力电池9，逆变器10，外转子6，主离合器12，变速箱13和传动轴14，最后到车轮。由于内转子7停止工作，外转子6到发动机1的连接被切断，从而防止发动机1随电机2空转。这种模式主要工作在起步或低负荷的情况下。排放为零，不消耗燃油，是最环保的一种模式。同时，由于发动机1在低速或低负荷时燃油经济性不高，电机在这种情况下单独驱动可以显著减少整个循环工况的油耗和排放。

5：再生制动模式：

在这种模式下，发动机1停止工作，内转子7也停止工作，离合器12结合。外电机工作在发电状态，由轮胎传来的动力经过传动轴14，变速箱13和主离合器12传递到外转子6，转化为电能后经过第一逆变器10储存在动力电池9中。由于内转子7停止工作，外转子6到发动机1的连接被切断，从而防止发动机1随电机2空转。该模式主要用于刹车，减速等情况下，以回收刹车时的动能。

6：电机发电模式：

由于电动空调，电动转向，电动真空泵以及电机2在纯电动模式的时候都会消耗比较多的电能，为保证动力电池9有足够的能量，可以在整车静止的时候使发动机1带动外转子6发电。内转子6如模式1工作在电磁离合器状态。由于车速为零，没有地面负载的干扰，发动机1可以恒定在最佳燃油经济性的转速下工作。动力由发动机1经内转子7到外转子6转化为电能后经第一逆变器10储存在动力电池9中。此时主离合器12分开。

7：启动发动机的模式：

A：行驶中启动发动机

例如在处于纯电动模式时，发动机1停止工作，外转子6独立驱动，当需要启动发动机1时，首先如模式1使内转子7工作在电磁离合器状态下，使外转子6的动力通过内转子7传递到发动机1，从而启动发动机1。发动机1启动后，内转子7仍工作在电磁离合器状态。在启动过程中逐渐增大内转子7的电流，使电磁离合器结合平稳；发动机1启动后，再逐渐降低外转子6的扭矩，同时逐渐增加发动机1的扭矩，使模式转换平稳。

B：静止启动发动机(冷启动)：

例如停车后重新启动时，首先启动外转子6，再使内转子7工作在电磁离合器状态，从而通过外转子6启动发动机1，然后结合离合器12。

C：静止启动发动机(热启动)：

例如在某些不需要发动机1工作的情况下(如等红灯)暂时停止发动机1之后又迅速启动发动机1的模式。在这种模式下，发动机1和外转子6停止工作，内转子7工作在电磁离合器状态下(或者内转子7停止工作，在重新启动发动机时再使其工作在电磁离合器状态)，在需要启动发动机1时，由外转子6迅速启动发动机1。在这种模式下，当短暂停车的时候可以使发动机1停止工作，随后需要起步时又能够利用电机2迅速启动发动机1，从而减小了油耗，降低了排放。

通电机2的外转子6和发动机之间的配合，以及合理操纵内转子7和主离合器12，使得上述各模式可以相互流畅、顺利地切换。

综上，本发明所具有的优点为：

1：通过内转子的电磁离合器功能，使得系统在纯电动模式和再生制动模式等情况下工作时，杜绝了电机带动发动机或变速箱空转的情况，从而减少了能量浪费，减小了对发动机或变速箱的影响。

2：内转子的电磁离合器功能，使得驱动电机不再与发动机输出轴直接连接，从而减小了模式转换时的冲击。

例如当没有电磁离合器功能，驱动电机直接与发动机输出轴连接时，如果电机工作在纯电动模式下，则会带着发动机输出轴空转。而在需要退出纯电动模式而进入发动机驱动模式时(如电池电量不足时)，一边要使电机停止工作，一边又需要电机来启动发动机，在模式切换的过程中会有冲击，降低驾驶舒适性。

在本方案中，首先使内转子工作在电磁离合器状态下，使外转子的动力通过内转子传递到发动机，从而启动发动机。发动机启动后，内转子仍工作在电磁离合器状态，外转子逐渐停止工作。在启动发动机的过程中逐渐增大内转子线圈的电流，使电磁离合器结合平稳，从而平稳地启动发动机；发动机启动后，再逐渐降低外转子的扭矩，同时逐渐增加发动机的扭矩，使模式转换平稳。

3：通过将具有电磁离合器功能的内转子集成在驱动电机内，有效节省了空间，避免增加额外的电磁离合器而导致轴向空间被占用。

Claims (4)

1.一种混合动力汽车的动力总成，包括发动机(1)、电机(2)，其特征在于，所述电机(2)为双转子电机，包括机壳、定子(3)、外转子(6)、内转子(7)，所述定子(3)为绕阻定子，具有定子外接电源的端子(20)，所述外转子(6)为永磁转子，其内表面和外表面镶嵌有磁钢(4)，所述内转子(7)为绕阻转子，具有内转子外接电源的端子(19)，在机壳内，所述外转子(6)安装在所述定子(3)内，所述内转子(7)安装在所述外转子(6)内，所述内转子(7)的输出轴(15)、所述外转子(6)的输出轴(5)和所述发动机(1)的输出轴(16)同轴，所述外转子(6)的输出轴(5)与汽车的离合器(12)的主动端相连，所述内转子(7)的输出轴(15)从另一端与所述发动机(1)的输出轴(16)相固定。

2.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车的动力总成，其特征在于，所述外转子(6)的输出轴(5)与机壳通过轴承(11)连接。

3.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车的动力总成，其特征在于，所述内转子外接电源端子(19)通过集电环与电源相连。

4.根据权利要求1至3所述的任一种混合动力汽车的动力总成，其特征在于，在所述发动机(1)输出轴(16)上，发动机输出轴(16)与内转子线圈(7)的输出轴(15)之间还安装有一个挠性盘(18)。

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