CN105291812B - 集成式双离合双转子电机的混合动力汽车动力驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及集成式双离合双转子电机的混合动力汽车动力驱动系统。包括发动机、动力电池、双离合器、驱动电机和传动机构；双离合器为湿式双离合器，驱动电机为永磁无刷双转子电机，传动机构包括离合器、减速传动机构和差速器；所述发动机、双离合器和驱动电机构成电磁式动力耦合机构；发动机通过驱动电机的内转子、外转子之间的电磁场作用将动力传递到所述传动机构，并通过双离合器实现发动机与驱动电机之间不同动力驱动模式的快速平顺切换，且发动机与车轮间无直接机械连接，确保持发动机在多变工况下以最高效率运行。

Description

集成式双离合双转子电机的混合动力汽车动力驱动系统

技术领域

本发明属于混合动力汽车技术领域，具体涉及集成式双离合双转子电机的混合动力汽车动力驱动系统。

背景技术

随着全球石油资源的紧张和大气污染的日益严重，汽车产业正在进行一场新能源的技术革命。混合动力汽车具备了传统内燃机和电动机双重优势，成为世界汽车行业研究的热点。混合动力汽车的关键是动力耦合机构。现有的混合动力汽车上采用有两种类型：（1）基于行星齿轮机构的齿轮式机械动力耦合机构，是一种接触式动力耦合机构，最典型的例子是丰田Prius轿车的混合动力系统（THS），但采用多电机结构，使得混合动力系统结构无论在制造上还是控制上都较为复杂，且保养费用高，成本过高；（2）串联式机电集成动力耦合机构，将发动机输出轴与电机转子轴直接串联相连，电动机与发动机采用同轴转矩叠加力一式进行动力耦合，最典型的例子是基于ISG的轻度、中度混合动力系统，该系统具有结构紧凑、可靠性高、成本低等优点，但节油不明显，不能满足人们对燃油经济性的要求。而基于双转子电机的电磁式动力耦合机构依靠电磁力进行动力耦合，是一种非接触式耦合系统，具有结构紧凑、控制灵活等优点，较适合混合动力汽车。

离合器是发动机与变速器动力传递的“开关”，传统汽车装配双离合器能够很好地实现平顺换档，且消除换档离合时的动力传递停滞现象。将双离合器引入混合动力汽车的动力耦合系统中，实现发动机与双转子电机不同动力驱动模式的快速平顺切换，不失为一种可行的选择方案。

鉴于目前混合动力汽车动力系统主要部件（发动机、驱动电机、动力传动机构和差速器）在研发过程中缺乏统一的匹配设计，且结构复杂、系统分散、成本较高，不利于产业化和轻量化，将混合动力汽车动力系统集成化势在必行。

发明内容

为解决上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明提供集成式双离合双转子电机的混合动力汽车动力驱动系统。

集成式双离合双转子电机的混合动力汽车动力驱动系统包括发动机1、动力电池29、双离合器、驱动电机和传动机构；

所述双离合器为湿式双离合器，包括双离合器壳体3、第一离合器4、第一离合器传动轴6、第二离合器7和第二离合器传动轴8，第一离合器4和第二离合器7均固定在双离合器壳体3的内侧壁上，双离合器壳体3的外侧连接着发动机1的动力输出轴2，第二离合器传动轴8套设在第一离合器传动轴6上；

所述驱动电机为永磁无刷双转子电机，包括内转子25、外转子26、定子27、电机壳体33、电机输入轴9、电机输出轴24、外转子支架内端盖31和外转子支架外端盖34；所述定子27固定设于电机壳体33的内壁上，所述内转子25固定设于电机输入轴9上，所述外转子26位于内转子25和定子27之间，外转子26通过外转子支架外端盖34连接着电机输出轴24；

所述传动机构包括离合器23、减速传动机构和差速器10；

所述发动机、双离合器和驱动电机构成电磁式动力耦合机构；发动机通过驱动电机的内转子、外转子之间的电磁场作用将动力传递到所述传动机构，并通过双离合器实现发动机与驱动电机之间不同动力驱动模式的快速平顺切换。

优化的技术方案是：双离合器的第一离合器传动轴6和驱动电机的电机输入轴9为一体的主传动轴，发动机1的动力输出轴2和主传动轴在一条直线上；所述双离合器的第二离合器传动轴8的外端固定连接着驱动电机的外转子支架内端盖32。

工作原理说明如下：

起动发动机模式时，所述第一离合器4处于分离状态，第二离合器7处于结合状态，所述离合器23处于分离状态，所述动力电池29处于放电状态，外转子26和定子27构成的外电机进入电驱动模式，起动发动机开始工作；

驻车充电模式时，所述发动机1处于工作状态，所述第一离合器4处于分离状态，第二离合器7处于结合状态，所述离合器23处于分离状态，所述动力电池29处于充电状态，外转子26和定子27构成的外电机进入发电模式，发动机1带动外转子26转动，并给动力电池29充电，以维持动力电池电量水平；

纯电机驱动模式时，所述发动机1处于关闭状态，所述第一离合器4处于分离状态，第二离合器7处于分离状态，所述离合器23处于结合状态，所述动力电池29处于放电状态，外转子26和定子27构成的外电机进入电驱动模式，外转子26将动力传递给所述传动机构，驱动车辆零排放行驶；

发动机单独驱动模式时，所述发动机1处于工作状态，所述第一离合器4处于结合状态，第二离合器7处于分离状态，所述离合器23处于结合状态，发动机1带动电机输入轴9转动，通过驱动电机的内转子25和外转子26之间的电磁场作用将动力传输给所述传动机构，驱动车辆行驶；

混合驱动模式时，所述发动机1处于工作状态，所述第一离合器4处于结合状态，第二离合器7处于分离状态，所述离合器23处于结合状态，所述动力电池29处于放电状态，发动机1带动电机输入轴9转动，通过内转子25和外转子26之间的电磁耦合提供动力，同时动力电池29给驱动电机供电提供动力，共同驱动车辆行驶；

再生制动模式时，所述发动机1处于关闭状态，所述第一离合器4处于分离状态，第二离合器7处于分离状态，所述离合器23处于结合状态，所述动力电池29处于充电状态，内转子25和外转子26构成的内电机的电磁力解除，车轮的制动力带动外转子26反转，外转子26和定子27构成的外电机进入发电模式，回收制动能量，给动力电池充电；

纯电动倒车模式时，所述发动机1处于关闭状态，所述第一离合器4处于分离状态，第二离合器7处于分离状态，所述离合器23处于结合状态，所述动力电池29处于放电状态，外转子26和定子27构成的外电机进入电驱动模式，外转子26反转将动力传递给所述传动机构，驱动车辆倒车。

本发明的有益技术效果体现在以下方面：

1.本发明的发动机、双离合器和驱动电机构成了电磁式动力耦合机构，发动机与车轮间无直接机械连接，保持发动机在多变工况下以最高效率运行，与基于行星齿轮机构的机械动力耦合的混合动力系统相比，具有动力传递效率高，控制灵活等优点。

2.本发明通过双离合器进行发动机与双转子电机之间不同动力驱动模式的快速平顺切换，分别实现车辆的起动发动机模式、驻车充电模式、纯电动驱动模式、发动机单独驱动模式、混合驱动模式、再生制动模式和纯电动倒车模式，与传统的双电机行星齿轮机构的混合动力汽车的动力系统相比，具有动力传递平稳，结构简单，成本低的优点。

3.本发明与动力部件分置的混合动力汽车的驱动系统相比，具有集成度高，有利于整车的设计布置。

附图说明

图1 是本发明的动力驱动系统示意图。

图2 是本发明的电磁式动力耦合机构结构示意图。

上图中序号：1.发动机，2.发动机动力输出轴，3.双离合器壳体，4.第一离合器，5.左半轴，6.第一离合器传动轴，7.第二离合器，8.第二离合器传动轴，9.电机输入轴，10.差速器，11.左半轴齿轮，12.差速器行星轮轴，13.差速器行星轮，14.右半轴齿轮，15.第四齿轮，16.右半轴，17.车轮，18.中间轴，19.第三齿轮，20.第二齿轮，21.减速传动机构输入轴，22.第一齿轮，23.离合器，24.电机输出轴，25.内转子，26.外转子，27.定子，28.逆变控制器，29.动力电池，30.电机壳体左端盖，31.外转子支架内端盖，32.外转子支架，33.电机壳体，34.外转子支架外端盖，35.电机壳体右端盖。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。

参见图1，集成式双离合双转子电机的混合动力汽车动力驱动系统包括发动机1、动力电池29、双离合器、驱动电机和传动机构。

参见图2，双离合器为湿式双离合器，包括双离合器壳体3、第一离合器4、第一离合器传动轴6、第二离合器7和第二离合器传动轴8，第一离合器4和第二离合器7均固定在双离合器壳体3的内侧壁上，双离合器壳体3的外侧连接着发动机1的动力输出轴2，第二离合器传动轴8套设在第一离合器传动轴6上；

驱动电机包括内转子25、外转子26、定子27、电机壳体33、电机输入轴9、电机输出轴24、外转子支架内端盖31和外转子支架外端盖34；所述定子27固定设于电机壳体33的内壁上，所述内转子25固定设于电机输入轴9上，所述外转子26位于内转子25和定子27之间，外转子26通过外转子支架外端盖34)连接着电机输出轴24；

所述双离合器的第一离合器传动轴6和驱动电机的电机输入轴9为一体的主传动轴，发动机1的动力输出轴2和主传动轴在一条直线上；所述双离合器的第二离合器传动轴8的外端固定连接着驱动电机的外转子支架内端盖31；

传动机构包括离合器23、减速传动机构和差速器10；

动力电池29采用三元聚合物锂电池或磷酸铁锂电池。

驱动电机为永磁无刷双转子电机，发动机1、双离合器和驱动电机构成电磁式动力耦合机构；发动机通过驱动电机的内转子、外转子之间的电磁场作用将动力传递到所述传动机构，并通过双离合器实现发动机与驱动电机之间不同动力驱动模式的快速平顺切换。

具体切换过程说明如下：

1）起动发动机模式时，第一离合器4处于分离状态，第二离合器7处于结合状态，离合器23处于分离状态，动力电池29处于放电状态，外转子26和定子27构成的外电机进入电驱动模式，起动发动机开始工作。

2）驻车充电模式时，发动机1处于工作状态，第一离合器4处于分离状态，第二离合器7处于结合状态，离合器23处于分离状态，动力电池29处于充电状态，外转子26和定子27构成的外电机进入发电模式，发动机1带动外转子26转动，并给动力电池29充电，以维持动力电池电量水平。

3）纯电机驱动模式时，发动机1处于关闭状态，第一离合器4处于分离状态，第二离合器7处于分离状态，离合器23处于结合状态，动力电池29处于放电状态，外转子26和定子27构成的外电机进入电驱动模式，外转子26将动力传递给所述传动机构，驱动车辆零排放行驶。

4）发动机单独驱动模式时，发动机1处于工作状态，第一离合器4处于结合状态，第二离合器7处于分离状态，离合器23处于结合状态，发动机1带动电机输入轴9转动，通过驱动电机的内转子25和外转子26之间的电磁场作用将动力传输给所述传动机构，驱动车辆行驶；。

5）混合驱动模式时，发动机1处于工作状态，第一离合器4处于结合状态，第二离合器7处于分离状态，离合器23处于结合状态，动力电池29处于放电状态，发动机1带动电机输入轴9转动，通过内转子25和外转子26之间的电磁耦合提供动力，同时动力电池29给驱动电机供电提供动力，共同驱动车辆行驶。

6）再生制动模式时，发动机1处于关闭状态，第一离合器4处于分离状态，第二离合器7处于分离状态，离合器23处于结合状态，动力电池29处于充电状态，内转子25和外转子26构成的内电机的电磁力解除，车轮的制动力带动外转子26反转，外转子26和定子27构成的外电机进入发电模式，回收制动能量，给动力电池充电。

7）纯电动倒车模式时，发动机1处于关闭状态，第一离合器4处于分离状态，第二离合器7处于分离状态，离合器23处于结合状态，动力电池29处于放电状态，外转子26和定子27构成的外电机进入电驱动模式，外转子26反转将动力传递给所述传动机构，驱动车辆倒车。

Claims (1)

1.集成式双离合双转子电机的混合动力汽车动力驱动系统，包括发动机（1）、动力电池（29）、双离合器、驱动电机和传动机构；

所述双离合器为湿式双离合器，包括双离合器壳体（3）、第一离合器（4）、第一离合器传动轴（6）、第二离合器（7）和第二离合器传动轴（8），第一离合器（4）和第二离合器（7）均固定在双离合器壳体（3）的内侧壁上，双离合器壳体（3）的外侧连接着发动机（1）的动力输出轴（2），第二离合器传动轴（8）套设在第一离合器传动轴（6）上；

所述驱动电机为永磁无刷双转子电机，包括内转子（25）、外转子（26）、定子（27）、电机壳体（33）、电机输入轴（9）、电机输出轴（24）、外转子支架内端盖（31）和外转子支架外端盖（34）；所述定子（27）固定设于电机壳体（33）的内壁上，所述内转子（25）固定设于电机输入轴（9）上，所述外转子（26）位于内转子（25）和定子（27）之间，外转子（26）通过外转子支架外端盖（34）连接着电机输出轴（24）；

所述传动机构包括离合器（23）、减速传动机构和差速器（10），其特征在于：

所述发动机、双离合器和驱动电机构成电磁式动力耦合机构；发动机通过驱动电机的内转子、外转子之间的电磁场作用将动力传递到所述传动机构，并通过双离合器实现发动机与驱动电机之间不同动力驱动模式的快速平顺切换；

具体结构说明如下：

所述双离合器的第一离合器传动轴（6）和驱动电机的电机输入轴（9）为一体的主传动轴，发动机（1）的动力输出轴（2）和主传动轴在一条直线上；所述双离合器的第二离合器传动轴（8）的外端固定连接着驱动电机的外转子支架内端盖（31）；

起动发动机模式时，所述第一离合器（4）处于分离状态，第二离合器（7）处于结合状态，所述离合器（23）处于分离状态，所述动力电池（29）处于放电状态，外转子（26）和定子（27）构成的外电机进入电驱动模式，起动发动机开始工作；

驻车充电模式时，所述发动机（1）处于工作状态，所述第一离合器（4）处于分离状态，第二离合器（7）处于结合状态，所述离合器（23）处于分离状态，所述动力电池（29）处于充电状态，外转子（26）和定子（27）构成的外电机进入发电模式，发动机（1）带动外转子（26）转动，并给动力电池（29）充电，以维持动力电池电量水平；

纯电机驱动模式时，所述发动机（1）处于关闭状态，所述第一离合器（4）处于分离状态，第二离合器（7）处于分离状态，所述离合器（23）处于结合状态，所述动力电池（29）处于放电状态，外转子（26）和定子（27）构成的外电机进入电驱动模式，外转子（26）将动力传递给所述传动机构，驱动车辆零排放行驶；

发动机单独驱动模式时，所述发动机（1）处于工作状态，所述第一离合器（4）处于结合状态，第二离合器（7）处于分离状态，所述离合器（23）处于结合状态，发动机（1）带动电机输入轴（9）转动，通过驱动电机的内转子（25）和外转子（26）之间的电磁场作用将动力传输给所述传动机构，驱动车辆行驶；

混合驱动模式时，所述发动机（1）处于工作状态，所述第一离合器（4）处于结合状态，第二离合器（7）处于分离状态，所述离合器（23）处于结合状态，所述动力电池（29）处于放电状态，发动机（1）带动电机输入轴（9）转动，通过内转子（25）和外转子（26）之间的电磁耦合提供动力，同时动力电池（29）给驱动电机供电提供动力，共同驱动车辆行驶；

再生制动模式时，所述发动机（1）处于关闭状态，所述第一离合器（4）处于分离状态，第二离合器（7）处于分离状态，所述离合器（23）处于结合状态，所述动力电池（29）处于充电状态，内转子（25）和外转子（26）构成的内电机的电磁力解除，车轮的制动力带动外转子（26）反转，外转子（26）和定子（27）构成的外电机进入发电模式，回收制动能量，给动力电池充电；

纯电动倒车模式时，所述发动机（1）处于关闭状态，所述第一离合器（4）处于分离状态，第二离合器（7）处于分离状态，所述离合器（23）处于结合状态，所述动力电池（29）处于放电状态，外转子（26）和定子（27）构成的外电机进入电驱动模式，外转子（26）反转将动力传递给所述传动机构，驱动车辆倒车。