CN102484411A - 减小转矩纹波的电机驱动系统布置 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种具有由共用可旋转轴连接的第一电机与第二电机的车辆电机驱动系统，其中所述轴与第一及第二车轮可操作地啮合。所述第一电机耦合到所述可旋转轴部件的第一端且所述第二电机耦合到所述可旋转轴部件的第二端。所述第一电机与所述第二电机彼此异相90电度安装以最小化转矩纹波。

Description

减小转矩纹波的电机驱动系统布置
相关申请案交叉参考
本申请案请求在2009年6月24日提出申请的第61/220,081号美国临时申请案的权益及优先权，所述申请案以引用方式并入本文中。
技术领域
背景技术
本发明一般来说涉及一种混合动力车辆电机驱动系统，且更特定来说涉及一种减小在共用轴上具有多个电机的电机驱动系统中的转矩纹波的电机布置。
相关技术说明
混合动力电动车辆(HEV)及全电动车辆(FEV)使用电机来将电能转换成动能。HEV将内燃机与一个或一个以上电动机组合，而FEV仅使用电动机。电机通常为电机驱动系统的部分。电机驱动系统可包括在共用轴上连接的两个或两个以上电机。这些电机通常具有已知量的转矩纹波(在转子从可变速度电机驱动中的一个位置移动到另一位置时由其导致的不平滑转矩)，由此输出转矩以取决于电机设计及操作条件的频率及量值波动。影响转矩纹波的电机设计及操作条件包括磁体设计、槽的数目、极的数目、气隙磁通密度谐波等。此转矩纹波可被车辆所有者察觉到且为不期望的，因为其可降低所有者舒适性及享受性及/或车辆性能。优选地最小化或消除所述影响以增强所有者舒适性且改善车辆性能。用于最小化转矩纹波的常规技术包括修改磁体设计及或蜿蜒电机驱动系统的布局。然而，这些常规技术可成本高昂、无效及/或效率低。
因此，此项技术中需要一种以成本更高效且效率更高的方式最小化或消除转矩纹波的电机驱动系统。
发明内容
因此，本发明涉及一种具有由共用轴连接的第一电机与第二电机的车辆电机驱动系统，其中所述轴与第一及第二车轮可操作地啮合。所述第一电机耦合到所述可旋转轴部件的第一端且所述第二电机耦合到所述可旋转轴部件的第二端。所述第一电机与所述第二电机彼此异相90电度安装以最小化转矩纹波。
本发明的一个优点在于所述电机驱动系统具有成本更高效且效率更高地最小化转矩纹波的电机布置。
将容易地了解本发明的其它特征及优点，因为在结合附图阅读随后的说明之后可更好地对其加以理解。
附图说明
图1是根据示范性实施例的混合动力汽车的透视图。
图2是根据示范性实施例的图1的车辆的俯视图。
图3是根据示范性实施例的具有耦合到共用轴的两个电机的电机驱动系统的示意图。
图4是根据示范性实施例的在安装到共用轴上期间第一电机与第二电机对准的图解性视图。
图5是比较两个不同电机布置中的转矩纹波的曲线图。
图6是在第一电机、第二电机及经组合第一与第二电机之间比较相对转矩对转子角度的曲线图。
具体实施方式
大体参照各图且特定参照图1及图2，其图解说明混合动力车辆10。在此实例中，车辆10为汽油及电动力的插电式混合动力车辆。车辆10可为具有电机驱动系统12的客车、卡车或其它类型的车辆。车辆10还包括控制车辆10的操作的动力系(power train)14。在此实例中，动力系14为插电式混合动力的，且包括电动力的电机16及电机控制器18。车辆10还可包括当在某些操作条件下需要时补充电动机16的汽油动力的发动机20以及电池22。所述发动机可依靠另一燃料进行操作，例如柴油、甲烷、丙烷、氢等。涵盖各种类型的发动机，例如四缸汽油动力的发动机等。对发动机的选择取决于各种因素，包括车辆大小、重量、电池容量等。电机16可为电机器，例如电动机。电动机的实例包括12v高速电动机、DC串绕电动机、永磁式DC电动机、相位AC感应电机等。
参照图3，其展示用于车辆10的电机驱动系统12的图示。电机驱动系统12包括以操作啮合耦合在一起的各种组件，例如第一电机24、第二电机26、具有齿轮(或多个齿轮)或差速器30的变速器或齿轮箱28(例如，单速或多速变速器等)及具有齿轮36的轴(共用可旋转轴或驱动轴)34。所述电机驱动系统还包括一个或一个以上车轴、轴等；其操作地互连电机驱动系统12的各种组件。
共用轴34包括操作地连接到第一电机24的第一端36及操作地连接到第二电机26的第二端38。连接的实例为可旋转连接等。共用轴16还连接到变速器28且还可包括额外齿轮，例如小齿轮、行星齿轮组等。变速器或齿轮箱28及差速器30位于第一电机24与第二电机26之间。轴齿轮(小齿轮)36包括多个齿40且位于轴38的第二端上。轴齿轮36可同心地安装到轴34且与轴34整合在一起。轴齿轮40的齿与变速器齿轮或差速器30咬合啮合。在此配置下，存在进入到差速器30中的90度输入，其中第一电机24、第二电机26、变速器28、差速器30及共用轴34彼此直列式且相对于车辆10的宽度横向地安装。
第一电机24及第二电机26安装于共用轴34上，使得第一电机24及第二电机26的电相位彼此偏移，从而减小转矩纹波的量值。为使第一电机24及第二电机26偏移，电机24、26彼此以预定量(例如，90电度、180电度等)异相安装。举例来说，第二电机26可绕两个电机24、26安装在其上的相同轴向路径转动，如图4中所展示。尽管揭示两个电机24、26，但电机驱动系统12中可包括更大数目个电机且所述电机可以预定方式彼此偏移。理想的偏移量取决于极的数目及共用轴34上的电机的数目。
现在参照图4，其展示在安装到共用轴34上期间第一电机24与第二电机26相对于彼此的对准。第一电动机24及第二电动机26包括各种组件，包括定子42及绕定子42旋转的转子44。定子42或电动机24、26的静止组件包括以预定方式(例如，绕定子的圆周相对于彼此等距等)布置的多个线圈(A、B、C)46。转子44或电动机24、26的非静止组件包括以预定方式(例如，交替的北(N)极与南(S)极)布置其极且可旋转地与定子42交互的多个磁体46。转子旋转，因为电机的线及磁场经布置使得绕转子的轴产生转矩。使第一电机24及第二电机26偏移(如上文所展示及论述)减轻由第一电机24及第二电机26形成的转矩纹波效应。
电相位是指电压的电相位角度，其中电度＝极/2*(机械度)举例来说，12个极对于电机器(例如，电动机)是可接受的值。换句话说，此意指为使两个电机24、26为异相90电度，所述电机中的一者(例如，第二电机26)应从另一电机(例如，第一电机24)转动(偏移)预定值，例如针对12极机器(例如，电动机)15度。
电机驱动系统12的此布置通过以下方式来减小转矩纹波：使一个电机(例如，第二电机26)稍微转动(偏移)，使得当另一电机(例如，第一电机24)具有转矩峰值(纹波的高部分)时一个电机具有转矩低谷(纹波的低部分)，从而最小化转矩纹波效应。尽管理想地在电机设计阶段最小化转矩纹波，但此不能总是实现。本发明的电机驱动系统12的布置在一个以上电机连接到共用轴的情况下减小高转矩纹波电机的影响。此外，本发明的电机驱动系统12的布置在电机选择方面提供较大通用性、选项及灵活性，且还降低车辆、电机等的市场的成本。
现在参照图5及图6，其分别展示在常规电机布置114与本发明的偏移电机布置116之间比较转矩纹波或相对转矩110(y轴)对转子角度112(x轴)的图示，及在第一电机118、第二电机120及经组合第一与第二电机122之间比较相对转矩110对转子角度112的图示。其中电机操作使得其电相位完美地对准(不偏移)的常规驱动单元(即，常规布置)的转矩纹波相对高，如图5中124处所展示。相比之下，其中电机24、26操作使得其电相位彼此偏移的的本发明电机驱动系统12的转矩纹波相对低，如图5中126处所展示。如所展示，可通过实施本发明的电机驱动系统12来实现转矩纹波量值的显著减小。
在常规驱动单元的情况下，电相位通常相对于机械位置在相同位置中(即，电相位完美地对准)。此意指离开相同组装线的两个电机经制造使得极完全相同地布置。此意指如果电机以相同方式紧固到共用轴且安装，那么来自每一电机的转矩纹波将彼此一致。然而，如果转动电机中的一者(例如，第二电机26)(举例来说，其安装极可以使得电机26转动15机械度(对于12极机器)的方式布置)，此将致使转矩纹波为异相90度，使得第一电机24的转矩峰值将与第二电机26的转矩低谷对应且反之亦然(即，电相位偏移)，如本发明中所揭示。或者，转子44可轴向旋转，使得在安装到共用轴34上之后转子44将如期望地定相，如图6中128处所展示。
注意，通过使用上文所描述的配置/布置作为基础可构想出众多变化形式。此包括但不限于使用齿轮、链条驱动或其中依据两个或两个以上电机之间的相对旋转位置的任何其它方法以机械方式连结的电机。此还包括周期性地机械断开但可以使得在电机重新啮合后电机即刻定相(偏移)以获得最小转矩纹波的方式控制的电机。
根据以上教示，可对本发明作出许多修改及改变。因此，在所附权利要求书的范围内，可以不同于所具体描述的方式实践本发明。

Claims (5)

1.一种用于车辆的电机驱动系统，所述电机驱动系统包含：
第一电动机，其可操作以用于驱动车辆的第一车轮；
第二电动机，其可操作以用于驱动所述车辆的第二车轮；及
可旋转轴部件，其具有第一端及第二端，且所述第一电动机耦合到所述可旋转轴部件的所述第一端且所述第二电动机耦合到所述可旋转轴部件的所述第二端，其中所述第一电动机与所述第二电动机彼此异相预定度数安装以最小化转矩纹波。
2.根据权利要求1所述的电机驱动系统，其中所述第一电动机与所述第二电动机彼此异相90电度安装以最小化转矩纹波。
2、根据权利要求1所述的电机驱动系统，其中所述第一电动机与所述第二电动机彼此异相180电度安装以最小化转矩纹波。
3.根据权利要求1所述的电动机驱动系统，其中所述第一电动机及所述第二电动机为12极机器。
4.根据权利要求3所述的电机驱动系统，其中所述第二电机安装于所述可旋转轴上，使得所述第二电机相对于安装于所述可旋转轴上的所述第一电机偏移预定机械度数。
5.根据权利要求3所述的电机驱动系统，其中所述第二电机安装于所述可旋转轴上，使得所述第二电机相对于安装于所述可旋转轴上的所述第一电机偏移15机械度。
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