CN105515312B - 一种电动汽车用双机械端口驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车用双机械端口驱动装置，包括：呈同轴并列布置的第一驱动机构和第二驱动机构，所述第一驱动机构和第二驱动机构均包括：定子，其固定设置，并且所述定子上缠绕有定子绕组；以及绕线转子，其可旋转设置在所述定子内部，并且可旋转运动通过第一轴输出；笼形转子，其设置在所述定子和所述绕线转子之间，并且可旋转运动通过第二轴输出；第一传动机构和第二传动机构，其分别与所述第一驱动机构和第二驱动机构连接，选择性的将所述第一轴或第二轴的动力输出，以及能够选择性的将所述第一轴固定。本发明能够实现多种工作模式，并且能将第一和第二驱动机构锁定在一起，具有可靠性高的优点。

Description

一种电动汽车用双机械端口驱动装置

技术领域

本发明涉及电动汽车驱动机构技术领域，特别涉及一种电动汽车用双机械端口驱动装置。

背景技术

随着世界各国汽车保有量的不断增长，导致了全球石油开采量高度增加。而地球上石油资源是有限的，过量开采必将导致能源危机。因此，加大新能源汽车的研发力度势在必行。纯电动汽车作为新能源汽车的一种主要类型，其全部采用电力驱动，与传统燃油汽车相比，电动汽车所需的电能来源广泛且汽车运行过程中可做到零排放，起到了保护环境的作用；在制动时可回收制动能量，节省了大量电能。驱动电机作为驱动系统的核心部件，对汽车性能起到了关键的影响。目前，电动汽车所用的驱动电机种类主要有：直流电机、永磁同步电机、交流感应电机和开关磁阻电机等。

直流电机与交流电机相比，效率低，电刷与换向器之间容易产生换向火花，质量和体积较大。因此，限制了直流电机在电动汽车驱动系统中的应用。开关磁阻电机运行时有较大的电磁噪声和转矩脉动，在一定程度上制约了其在电动汽车上的应用。永磁同步电机具有结构简单、体积小、质量轻和效率高的优点，但与交流感应电机相比，有成本高和启动困难等缺点。交流感应电机有结构简单、体积小、质量轻和工作可靠等优点，但其调速过程中存在转差，因此，所产生的转差功率导致电机效率变低，并且使转子温度变高。绕线式感应电机双馈调速可以实现转差功率的回馈，效率较高，但是作为车载驱动电机，每台驱动电机需要配备两台变频控制器，使驱动系统过于复杂。传统无刷双馈电机与绕线式感应电机相比，只是取消了集电环，从而避免了电刷的磨损。但因其及以上所述各种传统型电机都具有一个共同特点，即都是单机械端口，当作为车载驱动电机，就需配备两台变频控制器，驱动系统仍然较为复杂。

驱动电机的布置形式对汽车性能的影响同样重要。其形式主要可分为：

1单电机通过减速器和差速器将动力传递给驱动轮的驱动形式；

2双电机或多电机通过减速器将动力传递给驱动轮的驱动形式；

3采用轮毂电机的驱动形式。

第一种布置形式与传统汽车发动机布置形式相类似，没有充分利用电机驱动的特点，使得传动系统效率较低，差速装置质量较大。第二种布置形式可取消普通的机械差速器，可根据不同工况的需要，精确控制每个驱动轮的输出转矩。但由于增加了驱动电机的数量导致电机控制器的数量相应增多。同时驱动电机总的材料用量也会大幅增加，比如机壳体积和绕组端部长度加大所导致的材料用量增加。因此，该布置形式导致了汽车整体质量的增加以及成本的增长。第三种布置形式中既可采用高速内转子配合减速器的形式，也可采用体积相对较大的低速外转子电机形式，也就是我们所说的轮毂电机驱动。该布置形式除具有第二种布置形式的优点外，还充分利用了车轮内部的空间，有利于降低汽车质心。但该种布置形式使汽车簧下质量大幅增加，降低了乘坐舒适性。另外，在极限爬坡工况时，若一侧驱动轮悬空或陷入淤泥，则另一侧驱动轮难以保证所需驱动力矩。

除上述传统电机的多种布置形式外，随着电动汽车越来越受到重视，国内外学者也提出了多种电机驱动形式，使得驱动装置更适用于电动汽车，但其中有很多仍存在着体积大、质量大、耗电多、控制困难和左右输出的机械端口转动惯量不一致等缺点。

发明内容

本发明的目的是克服现有电动驱动装置体积大、耗电多的缺陷，提供了一种共用定子的双机械端口驱动装置，其两机械端口的转矩和转速可独立控制，加大了汽车的操纵稳定性的控制能力。

本发明的另一个目的是提供一种多工作模式的驱动装置，部分部件出现故障磨损，驱动装置仍可正常工作，提高了驱动装置的可靠性和适应性。

使驱动装置具有多种工作模式

本发明提供的技术方案为：

一种电动汽车用双机械端口驱动装置，包括：

呈同轴并列布置的第一驱动机构和第二驱动机构，所述第一驱动机构和第二驱动机构均包括：

定子，其固定设置，并且所述定子上缠绕有定子绕组；以及

绕线转子，其可旋转设置在所述定子内部，并且可旋转运动通过第一轴输出；

笼形转子，其设置在所述定子和所述绕线转子之间，并且可旋转运动通过第二轴输出；

第一传动机构和第二传动机构，其分别与所述第一驱动机构和第二驱动机构连接，选择性的将所述第一轴或第二轴的动力输出，以及能够选择性的将所述第一轴固定。

优选的是，还包括锁止机构，其设置于所述第一驱动机构和第二驱动机构之间，能够将第一驱动机构的笼形转子和第二驱动机构的笼形转子同轴锁定。

优选的是，所述第一驱动机构的定子和第二驱动机构的定子共用同一定子绕组。

优选的是，所述第一传动机构和第二传动机构均包括：

第一轴齿轮，其与所述第一轴同轴固定连接；

第二轴齿轮，其与所述第二轴固定连接；

减速主动齿轮，其设置于所述第一轴齿轮和第二轴齿轮之间，所述减速主动齿轮能够选择性的与所述第一轴齿轮和第二轴齿轮接合，以将第一轴或第二轴的动力传递给所述减速主动齿轮；

减速从动齿轮，其与所述减速主动齿轮啮合，并连接车轮，以将动力传递给车轮；

固定齿圈，其固定设置，并且选择性的与所述第一轴齿轮接合，以将第一轴固定。

优选的是，还包括控制电路，其包括：

左双向整流逆变器，与左集电环连接，为第一驱动机构提供电流；

中间双向整流逆变器，其与所述定子绕组连接，以为所述定子绕组供电；

右双向整流逆变器，与右集电环连接，为第二驱动机构提供电流；

左转子绕组选择开关，其与所述左集电环连接，选择性的将所述左集电环与所述第一驱动机构中的控制绕组或转矩绕组导通；

右转子绕组选择开关，其与所述右集电环连接，选择性的将所述右集电环与所述第二驱动机构中的控制绕组或转矩绕组导通。

优选的是，所述左转子绕组选择开关和右转子绕组选择开关均包括：

滑动套筒，其套合在所述第一轴上，并且能够沿所述第一轴轴线移动；所述滑动套筒与所述集电环连接；

控制绕组触点片，其设置在所述滑动套筒的一侧，并通过导线与所述控制绕组连接；

转矩绕组触点片，其设置在所述滑动套筒的另一侧，并通过导线与所述转矩绕组连接；

其中所述滑动套筒能够左右滑动，以将集电环与控制绕组或转矩绕组导通。

优选的是，所述锁止机构包括：

中间支撑板，其可旋转的设置于所述第一驱动机构和第二驱动机构之间，

左离合器，其固定于所述中间支撑板的左侧，选择性的与所述第一驱动机构的笼形转子连接；

右离合器，其固定于所述中间支撑板的右侧，选择性的与所述第二驱动机构的笼形转子连接。

优选的是，锁止机构包括：

内转盘，其与所述第一驱动机构的笼形转子固定连接，所述内转盘有沿径向方向的滑道沟槽；

外转盘，其呈圆环状，并与所述第二驱动机构的笼形转子同轴固定连接；所述外转盘内圆周上设置有贯通槽，所述内转盘设置于内；

滑叉，其包括滑动端和推动端，所述滑动端设置在滑道沟槽内，并且所述滑动端与内转盘之间设置有滑叉弹簧，以使所述滑叉在所述滑道沟槽内沿径向向内移动；

滑叉套筒，其与所述滑叉的推动端相配合，能推动所述滑叉在所述滑道沟槽内沿径向向外移动，并使滑动端最前端插入到贯通槽内，以实现所述内转盘和外转盘的锁定。

优选的是，所述笼形转子包括鼠笼式绕组，所述鼠笼式绕组包括

第一端部短接环和第二端部短接环，其呈圆环状，分别设置于笼形转子轴向的两端，

区域导条，其设置有偶数个，平行于笼形转子轴线并且沿周向均匀分布，所述区域导条两端分别与所述第一端部短接环和第二端部短接环连接，将笼形转子表面划分为偶数个区域；

同心式导条，其设置于所述区域内，并且所述同心式导条两端与第一端部短接环或第二端部短接环连接，以形成回路；

其中，相邻两个区域内的同心式导条中，一个区域内的同心式导条两端与第一端部短接环连接，另一区域内的同心式导条两端与第二端部短接环连接。

优选的是，所述绕线转子沿着径向自外而内依次同轴缠绕有控制绕组和转矩绕组；所述控制绕组的极数与所述定子绕组的极数不相同，所述转矩绕组的极数与所述定子绕组的极数相同。

本发明的有益效果是：

本发明提出一种双机械端口驱动装置，具有交流感应电机的所有优点，还可实现转差功率的回馈，而且相比两台绕线式感应电机的双馈调速系统减少了一个变频控制器。该装置具有转速范围大、体积小和便于布置的优点。该装置可安装在车架上，从而减少了簧下质量，提高了乘坐的舒适性。其两机械端口的转矩和转速可独立控制，加大了汽车的操纵稳定性的控制能力。在上陡坡时，一侧驱动轮悬空或打滑时，可将两机械端口的功率相加并通过一侧端口输出。由于该驱动装置左右驱动部件是对称式分布，从而两机械端口所具有的转动惯量相等，这样就便于输出转矩控制以及制动能量回收时的稳定性控制，并且避免了因汽车驱动装置左右两侧转动惯量不同而造成的一侧制动器的偏磨现象。

附图说明

图1为本发明所述的电动汽车用双机械端口驱动装置总体结构示意图。

图2为本发明所述的左第二驱动机构结构示意图。

图3为本发明所述的绕线转子结构示意图。

图4为本发明所述的传动机构结构示意图。

图5为本发明所述的锁止机构结构示意图。

图6为本发明所述的锁止机构另一实施例的结构示意图。

图7为本发明所述的控制电路示意图。

图8为本发明所述的转子绕组选择开关结构示意图。

图9为本发明所述的鼠笼式绕组周向展开图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供了一种电动汽车用双机械端口驱动装置，包括机壳100、第一驱动机构200、第二驱动机构300、第一传动机构400、第二传动机构500、控制电路600以及锁止机构700。从第一驱动机构200中输出的动力经第一传动机构400带动左侧车轮转动，从第二驱动机构300中输出的动力经第二传动机构500带动右侧车轮转动。所述锁止机构700设置于第一驱动机构200和第二驱动机构300之间，用于将第一驱动机构200和第二驱动机构300锁止使它们之间可以相互传递转矩。

机壳100作为本装置的防护机构，还起到了支撑装置中各转轴的作用。第一驱动机构200和第二驱动机构300设置于机壳100内的中部，并且第一驱动机构200和第二驱动机构300以机壳100的中间平面为对称面，呈左右对称布置。第一传动机构400设置于第一驱动机构200的左侧，第二传动机构500设置于第二驱动机构300的右侧，并且第一传动机构400和第二传动机构500也以机壳100的中间平面为对称面，呈左右对称布置。

如图2所示，所述第一驱动机构200和第二驱动机构300的结构完全相同。所述第一驱动机构200包括左定子铁心210、左笼形转子220、左绕线转子230；所述第二驱动机构300包括右定子铁心310、右笼形转子320、右绕线转子330。

所述第一驱动机构200和第二驱动机构300共用一个组合定子，所述组合定子包括左定子铁心210、右定子铁心310以及设置于它们之间的中间支撑座240。中间支撑座240的内圆周面上开有齿槽，中间支撑座240的材料为非导磁金属材料，其目的是减少该处绕组所对区域的电感，从而来减小绕组中电流在该处所产成的磁通。左定子铁心210和右定子铁心310与中间支撑座250轴向紧邻装配，左定子铁心210和右定子铁心310与中间支撑座240开有同样的齿槽。三者紧密装配后应保证各个齿槽中心线重合，定子绕组250贯通装配在该组合定子齿槽内，成为一个完整的组合定子。左定子铁心210和右定子铁心310由硅钢片装配而成，起到了良好的导磁效果，加大了绕组单位电流所产生的磁通。

所述组合定子贴合在机壳100的内表面设置，在与组合定子配合的机壳部分，机壳100内有与圆柱形定子轴向等长的冷却水套，冷却水套范围覆盖整个组合定子的外圆周面，可使定子绕组250充分散热。

所述左笼形转子220与右笼形转子320的结构相同，均呈为圆筒形结构，位于组合铁心内圆周面内侧。其中，左笼形转子220位于左定子铁心210与左绕线转子230之间，左笼形转子220与左定子铁心210之间的气隙为左侧外气隙，左笼形转子220与左绕线转子230之间的气隙为左侧内气隙；由于该驱动装置成左右对称布置，右笼形转子320位于右定子铁心310与右绕线转子330之间，右笼形转子320与右定子铁心310之间的气隙为右侧外气隙，右笼形转子320与右绕线转子330之间的气隙为右侧内气隙。

以左笼形转子220为例，所述左笼形转子220的旋转运动通过左第二轴221输出。由于左笼形转子220的旋转运动能够从左右两端输出，因此左笼形转子220的左右两端均连接左第二轴221。

如图9所示，所述左笼形转子220和右笼形转子320还包括圆筒状铁心、鼠笼式绕组和铁心端部支撑架。鼠笼式绕组包括沿圆筒状铁心周向排列且平行于铁心中心轴方向的导条和端部短接环。该鼠笼绕组可采用传统无刷双馈电机的闭环结构笼形转子“极数转换器”的思想，但形式上本发明进行了改进，其形式为数根周向均布排列且平行于铁心中心轴方向的区域导条，位于笼形转子两端分别设置有第一端部短接环222和第二端部短接环223，所述区域导条224两端分别与这两个端部短接环相连接。各个区域导条224与端部短接环222、223将笼形转子表面划分了数个均匀的区域，在每个区域中将有数个同心式导条回路。所谓同心式分布，就是以每个区域内的轴向导条225从轴向中心线开始沿周向向两侧均匀排列，而且导条长度相对该中心线呈对称式增长。本发明中所述在一个区域内每对长度相同的轴向导条225的一侧通过一根横向导条226相短接，另一侧与该区域内的端部短接环相短接。与传统无刷双馈电机笼形转子绕组不同，本发明的笼形绕组共有偶数个区域，其中呈奇数次序的区域内的导条与笼形转子一侧的端部短接环连接，而呈偶数次序的区域内的导条与笼形转子另一侧的端部短接环连接，这样使笼形绕组内的电流均布，从而使转子发热量均匀，有利于电机驱动机构散热。由于本发明中笼形转子为一圆筒形结构，而电机驱动机构内的磁通需穿过两层气隙，因此，为减少漏磁，笼形转子内的导条在转子径向上贯穿于所在的圆筒状铁心。在笼形转子铁心两端部均有起机械支撑作用的支撑架，靠近驱动装置中间一端的支撑架有一个以转子轴线为中心的圆孔，孔内安装有轴承，通过该孔将笼形转子靠近驱动装置中间的一端安装在装置中。在该端支撑架的外侧固定有用来连接离合器从动盘的空心圆柱形套筒，该套筒轴线与笼形转子轴线相重合。

如图3所示，所述左绕线转子230包括左绕线转子铁心231，左控制绕组232和左转矩绕组233。左绕线转子铁心231是由硅钢片装配而成的圆柱形铁心，在左绕线转子铁心231圆周面上齿槽内布置了两套绕组，左控制绕组232和左转矩绕组233，两套绕组沿左绕线转子230径向呈上下两层分布。靠近轴心的内层绕组为左转矩绕组233，左转矩绕组233的极数与定子绕组250的极数相等；靠近左绕线转子230外圆周面的外层绕组为左控制绕组232，该绕组极数与定子绕组250极数不等。两绕组在同一齿槽内上下两层紧邻布置，有效地利用了齿槽空间，减少了因绕组距离使得气隙扩大而导致磁阻增加的问题。做为一种优选的，本装置中的左转矩绕组233与左控制绕组232及定子绕组250均为多相对称绕组。

左绕线转子230的旋转运动通过左第一轴234输出，所述左第一轴234固定在左绕线转子230的轴线处。所述左第一轴234两端分别由两个轴承支撑。所述左第二轴221套设在左第一轴234上，从而使左第一轴234起到支撑左笼形转子220的目的，使其能够绕左第一轴234轴线旋转。

如图4所示，第一传动机构400和第二传动机构500的结构完全相同，以第一传动机构400为例。第一传动机构400包括从左至右以此布置的左固定齿圈401、左第一轴齿轮402、左减速主动齿轮403、左第二轴齿轮404，以及与所述左减速主动齿轮403啮合的左减速从动齿轮405。

其中左固定齿圈401与机壳100相对固定安装。左第一轴齿轮402与左第一轴234通过花键相固连，左第一轴齿轮402圆周面上轴相并列两排相同的轮齿，其与左固定齿圈401之间设有同步器406。左固定齿圈401为一外齿齿轮，其外部与一内齿齿轮相啮合，二者均为直齿齿轮，这个内齿齿轮即为左锁止接合套407。当左锁止接合套407向左第一轴齿轮402移动时，左固定齿圈401与左第一轴齿轮402通过锁止接合套407连接起来，则左第一轴234将被固定而无法相对机壳转动。

左减速主动齿轮403通过滚针轴承空套在左第一轴234上，左减速主动齿轮403的两侧固连有左第一接合齿圈和左第二接合齿圈，两侧的接合齿圈上分别设有与其啮合的左第一轴接合套408和左第二轴接合套409。左第一轴接合套408与左第一轴齿轮402之间设有同步器406，左第一轴接合套408向左侧移动时，将使得左减速主动齿轮403与左第一轴齿轮402相固连，即将左绕线转子230的转矩通过左减速从动齿轮405输出给左车轮。

左第二轴齿轮404与空套在左第一轴234上的左第二轴221刚性连接，左第二轴接合套409与左减速主动齿轮403之间设有同步器406，当左第二轴接合套409向右移动时，将使左减速主动齿轮403与左第二轴齿轮404刚性连接，即可将左笼形转子220输出的转矩通过左减速从动齿轮405传输给左车轮。

所述锁止机构700设置于第一驱动机构200和第二驱动机构300之间，用于将左笼形转子220和右笼形转子320锁定，使它们同步转动。

如图5所示，所述锁止机构700包括中间支撑板711，其与中间支撑座240内圆周面之间装配有滚针轴承712，使中间支撑板711可以绕自身轴线自由转动。中间支撑板711左右各固定连接一个离合器，其中左离合器的左从动盘713与左笼形转子220固连，右离合器的右从动盘714与右笼形转子320固连。当左压盘715和右压盘716分别向中间支撑板711方向移动时，能够将左笼形转子220和右笼形转子320的转矩传递给中间支撑板711，中间支撑板711即作为左右笼形转子转矩相互传递的媒介。当左右车轮所处的附着条件相差较大时，可推动离合器左右压盘，使得低附着一侧的驱动转矩传递到高附着一侧。当左右离合器完全压紧时，会将左右笼形转子相互锁紧使其同步运行，此时该离合器就相当于传统汽车的差速器锁止机构。由于此处无需磁通传递能量，为减少漏磁，中间支撑板711、左从动盘713、右从动盘714、左压盘715等部件均采用非导磁材料。

如图6所示，在另一实施例中，所述锁止机构700包括滑叉套筒721、滑叉722、滑叉弹簧723、内转盘725和外转盘726。

所述内转盘725与左第二轴221同轴固定连接，使内转盘能够随着左笼形转子220一同旋转。所述滑叉套筒721可旋转的套合在左第二轴221上，并且滑叉套筒721能够在左第二轴221上轴向滑动。内转盘725为一定厚度的圆形的金属盘，其左侧端面上有N个滑道沟槽，各个沟槽由内转盘圆心呈辐射状向外缘延伸导通。沟槽表面为圆柱形，在沟槽内接近外缘的位置设置有弹簧座。在滑道沟槽内设置有滑叉722，所述滑叉722包括两部分，一部分是滑叉722的滑动端，其为套在滑叉弹簧723内的金属直杆并安装在沟槽内，金属直杆端部为楔形结构；另一部分是滑叉722的推动端，其横截面积与滑动端金属直杆相同，但这两部分是呈30度角焊接而成。外转盘726为一圆形金属盘，其厚度与内转盘725相同。在外转盘726端面上开有与内转盘725的滑道沟槽数量相同的轴向贯通槽，槽型为一倒置漏斗形，该贯通槽槽底靠近外转盘726的外缘，槽深为滑叉722滑动端长度的0.6倍。两相邻轴向贯通槽的漏斗形斜边相交于一点，该点距离轴心的距离与内转盘725的半径相等，即将内转盘725与外转盘726同轴装配后，该相交点与内转盘725外圆周面相切。外转盘726的右侧与一笼形支架相连，笼形支架通与右第二轴321同轴固定连接。当需要锁止左右笼形转子时，可通过一分离轴承推动滑叉套筒721，滑叉套筒721将推动滑叉722的推动端沿滑叉套筒轴向移动，从而使滑叉722移动端克服滑叉弹簧723弹力向外移动。当滑叉722楔形端没有正对外转盘726的轴向贯通孔时，滑叉722楔形端将首先与漏斗形孔的斜平面相接触，由于该作用力的存在，使滑叉722进入槽内，实现左笼形转子220和右笼形转子320的锁止。

如图7所示，所述控制电路600包括左双向整流逆变器610、中间双向整流逆变器620、右双向整流逆变器630、电池组640、左集电环650、右集电环660、左转子绕组选择开关670、右转子绕组选择开关680。

所述左集电环650、右集电环660、左转子绕组选择开关670、右转子绕组选择开关680设置在机壳100内的单独区域内，防止传动机构的润滑油等对其工作的影响。

所述左集电环650套接固连在左第一轴234的外圆柱面上，左集电环650的滑环与其圆周面接触的电刷相配合，电刷通过导线与机壳100外的双向整流逆变器相连接，集电环利用导线将电刷所传递的电能经左第一轴的空心通道传递给左转子绕组选择开关670的中心触点片。

如图8所示，左转子绕组选择开关670是由紧密套接在左第一轴234外圆柱面上的一个绝缘材质圆环和在绝缘圆环外表面上周向均布的导电铜片以及外侧套接的左滑动套筒671构成。因为本发明以驱动机构中的绕组取为三相绕组为例，则同一圆周方向上有三个导电铜片，称为一个铜片组，同理，电机驱动机构中的绕组相数为N时，一个铜片组则对应有N个导电铜片。这样的铜片组沿轴向共有三列，外侧列称为控制绕组触点片672，该列的三片导电铜片分别与左控制绕组232的三相电中各相导线相连接；内侧列称为转矩绕组触点片673，与左转矩绕组233的三相电中各相导线相连接；中间列称为电源触点片，其外侧套接有左滑动套筒671，左滑动套筒671为一绝缘材料的圆筒，圆筒内圆柱面装有条形导电弹簧片，弹簧片与所接触的铜片在圆周方向的宽度相等，弹簧片轴向长度大于相邻铜片轴向间距且小于二倍相邻铜片轴向间距，其目的在于当滑动套筒671滑动时，只能是仅控制绕组与电源相连或仅转矩绕组与电源相连，而不能使两绕组同时接入电源。滑动套筒671的外柱面上有一圆周方向的沟槽674，通过控制与之相配合的开关拨叉就可以使滑动开关沿轴向移动。该选择开关结构可以保证在左第一轴234转过任何角度时，都能控制滑动套筒671移动。右转子绕组选择开关680与左转子绕组选择开关670左右对称布置，结构完全相同。

电控系统中共有三台双向整流逆变器，安置在机壳100外，通过导线与机壳100内的各电枢绕组相连接。该双向整流逆变器可将动力电池组输出的直流电转换为电驱动机构所需的不同频率和幅值的交流电，当然也可转换输出指定大小的直流电，另外可将电驱动装置制动能量回收时产生的交流电转换为直流电输送给动力电池组640。左双向整流逆变器610三相电导线与左侧电刷相连，中间双向整流逆变器620三相电导线与定子绕组250相连，右双向整流逆变器630三相电导线与右侧电刷相连，各双向整流逆变器直流侧并联后与动力电池组640连接。

本发明提供的电动汽车用双机械端口驱动装置，具有三种动力输出模式。一种为常规运行模式，另外两种作为备用运行模式，当出现故障时，启用备用运行模式。

在常规运行模式下，将左绕线转子230和右绕线转子330固定，由左笼形转子220和右笼形转子320分别旋转，将动力通过第一传动机构400和第二传动机构500传递给左右两侧驱动轴，形成双机械端口动力输出。其实施方法是将第一和第二传动机构的锁止接合套由固定齿圈处移向第一轴齿轮，将固定齿圈与第一轴齿轮通过锁止接合套刚性连接，从而使左右第一轴被固定而无法相对机壳100转动，这样也就固定了左右两绕线转子230、330。拨动左右两侧的转子绕组选择开关上的滑动套筒，使其滑至控制绕组触点片处，使得左右两侧双向整流逆变器610、630发出的电流分别通过左右两侧集电环接入左右两控制绕组，中间双向整流逆变器620将其发出电流直接通过导线接入定子绕组250。其中定子绕组250中输入的驱动所用输入电能占通入的总电能的70％以上，这样可以利用定子外圆周表面所接触的壳体冷却水套充分散热。由于左右第一轴已被固定，则集电环中的滑环与其电刷之间没有相对滑动，因此在常用运行装置工作时，集电环不起作用，不会造成电刷的磨损，其相当于导线连接。靠近绕线转子230、330外圆周面的外层绕组为控制绕组，该绕组极数为q对极，定子绕组250极数为p对极，两者不相等。左笼形转子220的转速是n_l1，该转速与定子绕组250中电流频率f_p和左控制绕组232中电流频率f_q1需满足关系式：n_l1＝60(f_p±f_q1)/(p+q)；同样的右笼形转子320的转速是n_l2，该转速与定子绕组250中电流频率f_p和右控制绕组中电流频率f_q2需满足关系式：n_l2＝60(f_p±f_q2)/(p+q)。以上两公式中，若当控制绕组所接电源的相序与定子绕组所接电源的相序相同时，括号内的正负符号取正号，若当控制绕组所接电源的相序与定子绕组所接电源的相序相反时，括号内的正负符号取负号。根据公式分析可知，虽然两笼形转子220、320共用一套定子绕组250，但由于每个笼形转子都对应由于自己的控制绕组，所以可以独立控制左笼形转子220和右笼形转子230各自的转速。根据电机学原理分析，由于本发明装置左右侧的绕线转子及左右侧笼形转子相对于定子中心径向截面成左右对称，因此在不考虑左右两侧绕组电流大小的影响时，则绕组的等效励磁电感相等。第一驱动机构200输入给左笼形转子220的电磁转矩由两部分组成，一部分是定子绕组250电流和左笼形转子220电流作用所产生的转矩，另一部分是左绕线转子230的控制绕组232电流和左笼形转子220电流作用所产生的转矩。同样，第二驱动机构300输入给右笼形转子320的电磁转矩由两部分组成，一部分是定子绕组250电流和右笼形转子320电流作用所产生的转矩，另一部分是右绕线转子330的控制绕组电流和和右笼形转子320电流作用所产生的转矩。与转速分析相同，虽然两笼形转子共用一套定子绕组250，但由于每个笼形转子都对应有自己的控制绕组，所以可以独立控制左笼形转子230和右笼形转子330各自的转矩。将左右第二轴接合套分别与左右第二轴齿轮固连，以将左右笼形转子输出的动力通过左右主动减速齿轮传递给左右车轮。

备用运行模式是当常用运行装置某些零部件出现故障时，驱动装置仍能正常工作的一套装置系统。备用运行模式可根据故障零部件的不同，分为第一备用运行模式和第二备用运行模式。

第一备用运行模式是中间双向整流逆变器620出现故障，左右两侧整流逆变器610、630正常，则此时定子绕组290将处于断路状态，定子绕组290中无电流通过。装置中的左右两侧传动机构400、500的操纵方式与常用运行模式的操纵方式相同，即锁止接合套由固定齿圈处移向第一轴齿轮。装置中的驱动机构可以采取对左右两侧绕线转子230、330的转矩绕组供电的方式，拨动转子绕组选择开关上的滑动套筒，使其滑至转矩绕组触点片处，使得左右两侧双向整流逆变器610、630发出的电流分别通过左右两侧集电环接入左右两侧转矩绕组，使左绕线转子230和右绕线转子330各自产生励磁磁通，分别对应通过左右两侧的内外两层气隙形成闭合的磁路。左侧励磁磁通在左笼形转子220中感应出电流，从而得到电磁转矩作用在左笼形转子220上，同理右侧励磁磁通在右笼形转子320中感应出电流，从而得到电磁转矩作用在右笼形转子320上。因此，在中间双向整流逆变器620出现故障时，该驱动装置仍能正常工作。

第二备用运行模式是当左右两侧笼形转子220、320中出现转子断条或是左右两侧的第二轴出现疲劳断裂等问题时，左右两侧的锁止接合套分别与左右两侧第一轴齿轮脱开连接，左右两侧第一轴接合套分别将左右两侧第一轴齿轮和左右两侧减速主动齿轮刚性连接，左右两侧第二轴接合套与第二轴齿轮脱开连接。拨动转子绕组选择开关上的滑动套筒，使其滑至转矩绕组触点片处，使得左右两侧双向整流逆变器610、630发出的电流分别通过左右两侧集电环接入左右两侧转矩绕组中，中间双向整流逆变器620将其发出电流直接通过导线接入定子绕组250。

此时，左右两侧转矩绕组产生的励磁磁通分别与定子绕组产生的励磁磁通相互作用，在左右两侧的绕线转子230、330上产生电磁转矩。由于左右两侧电刷与对应集电环可相对滑动，虽然左右两侧绕线转子电磁转矩的作用下在转动，但通入左右两侧转矩绕组的电流不受影响。分别调节左右两侧转矩绕组中电流的频率和幅值，即可独立控制左绕线转子220和右绕线转子320各自的转速和转矩。在此过程中，虽然左右两侧笼形转子220、320在合成气隙磁场作用下也在转动，但其属于空转而消耗极小的功率，因此可以忽略不计。

在装配有本发明所述的双机械端口驱动装置的电动汽车的实际驱动过程中，可以依据以下方法进行控制：

1、当汽车左右两侧驱动轮在同一附着路面上行驶时，在常用运行模式运转正常的情况下，可利用常用运行模式进行驱动。需要调节左右两侧驱动轮速度时，根据控制绕组所接电源的相序与定子绕组所接电源的相序相同或相反关系，分为两种方式处理。当两者相序相反时，定子绕组电流频率f_p与左右两侧笼形转子中转速较高一侧的转速n_lg关系式为：f_p＝n_lg(p+q)/60。例如，若左笼形转子相对右笼形转子的转速要高，则定子绕组电流频率f_p的大小应为f_p＝n_l1(p+q)/60，即左笼形转子的转速只是利用定子绕组电流频率来调节，左控制绕组电流不参与转速调节，左笼形转子的转速公式为n_l1＝60f_p/(p+q)，右笼形转子的转速要依靠定子绕组电流频率和右侧控制绕组电流共同调节，右笼形转子的转速公式为n_l2＝60(f_p-f_q2)/(p+q)。当两者相序相同时，定子绕组电流频率f_p与左右两侧笼形转子中转速较低一侧的转速n_ld关系式仍为：f_p＝n_ld(p+q)/60。例如，若左笼形转子相对右笼形转子的转速要低，则定子绕组电流频率f_p的大小应为f_p＝n_l1(p+q)/60，即左笼形转子的转速只是利用定子绕组电流频率来调节，左控制绕组电流不参与转速调节，左笼形转子的转速公式为n_l1＝60f_p/(p+q)，右笼形转子的转速要依靠定子绕组电流频率和右侧控制绕组电流共同调节，右笼形转子的转速公式为n_l2＝60(f_p-fq₂)/(p+q)。运用该控制方法，可以有效减少左右两侧双向整流逆变器上产生的热量，从而可以集中对定子和中间双向整流逆变器进行散热，降低了冷却设备的体积及繁冗程度，方便了对本装置系统的热管理。

2、当汽车左右两侧驱动轮不在同一附着路面上行驶时，在常用运行模式运转正常的情况下，可利用常用运行模式进行驱动。当处于高附着路面上的一侧车轮可以根据驱动需求充分利用路面附着力，也就是说处于高附着路面一侧的装置机械端口输出驱动力足以驱动汽车时，可按照左右两侧驱动轮在同一附着路面上行驶时的控制方法来控制两侧机械端口驱动。但是当处于一些陡坡极限工况时，由于处于高附着路面一侧的装置机械端口输出驱动力不能驱动汽车时，则需控制左右离合器的接合程度，使处于低附着路面一侧的机械端口的驱动转矩传递给高附着路面一侧的机械端口，这样可以充分利用高附着路面的附着力，较大地提高了汽车的动力性。当然，当一侧车轮处于极低的附着系数路面或是车轮悬空，则需要像传统差速器驱动桥一样，将左右两侧驱动半轴锁止即可，在本装置中可以利用本发明中所提出的锁止机构700将左右两侧笼形转子220、320锁止。

3、当中间双向整流逆变器出现故障，左右两侧整流逆变器正常时，该种情况可以运用普通的鼠笼转子式异步电机控制方法即可。当处于一些陡坡极限工况时，由于处于高附着路面一侧的装置机械端口输出驱动力不能驱动汽车时，可采用与常规运行模式在此工况下控制锁止机构工作相同的方法，从而来提高汽车动力性。

4、当左右两侧笼形转子220、320中出现转子断条或是第二轴出现疲劳断裂等问题时，左右两侧笼形转子220、320不再输出动力，使其仅保持在空载自由转动的状态。控制左右两侧转矩绕组中电流的频率，即可满足独立控制左右两侧绕线转子230、330的转速需求。每一侧绕线转子与定子之间都可以看成一台绕线式异步电机，可以利用双馈调速的方式进行控制两绕线转子230、330各自的转速，但由于本装置结构的特殊性，其具体控制方法仍有不同。由于定子绕组250接有中间双向整流逆变器620，因此本装置主要采用变频调速，但为实现独立控制单定子绕组对应的两绕线转子各自的转速，则仍需采用辅助双馈调速的方式。具体控制方法是当左右两侧驱动轮转速相同时，定子绕组250电流频率f_p与左绕线转子230的转速n_r1和右绕线转子330的转速n_r2之间的关系式为n_r1＝n_r2＝60f_p/p，其中p为定子绕组和转矩绕组所具有的极对数。此时，转矩绕组内通入的是直流电，两绕线转子均工作在同步电动状态。当左右两侧驱动轮转速不同时，定子绕组250电流频率f_p与转速较高一侧的绕线转子转速n_rg关系式仍为n_rg＝60f_p/p，其中转速较高一侧绕线转子中的转矩绕组通入的仍是直流电，使得该绕线转子工作在同步电动状态，而较低一侧绕线转子中的转矩绕组则通入的是一定频率的交流电，控制较低一侧绕线转子所对应的双向整流逆变器的输出电压及频率大小，使得较低一侧绕线转子工作在双馈调速控制下的次同步速电动状态，从而来调节其转速及转矩的大小。这种控制方法的优点是，减少了转子铁损，可以有效调节电机驱动机构的功率因数，使其效率较高，大量减少了电能的消耗，提高了电动汽车的续驶里程。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种电动汽车用双机械端口驱动装置，其特征在于，包括：

呈同轴并列布置的第一驱动机构和第二驱动机构，所述第一驱动机构和第二驱动机构均包括：

定子，其固定设置，并且所述定子上缠绕有定子绕组；以及

绕线转子，其可旋转设置在所述定子内部，并且可旋转运动通过第一轴输出；

笼形转子，其设置在所述定子和所述绕线转子之间，并且可旋转运动通过第二轴输出；

第一传动机构和第二传动机构，其分别与所述第一驱动机构和第二驱动机构连接，选择性的将所述第一轴或第二轴的动力输出，以及能够选择性的将所述第一轴固定；

所述绕线转子沿着径向自外而内依次同轴缠绕有控制绕组和转矩绕组；所述控制绕组的极数与所述定子绕组的极数不相同，所述转矩绕组的极数与所述定子绕组的极数相同。

2.根据权利要求1所述的电动汽车用双机械端口驱动装置，其特征在于，还包括锁止机构，其设置于所述第一驱动机构和第二驱动机构之间，能够将第一驱动机构的笼形转子和第二驱动机构的笼形转子同轴锁定。

3.根据权利要求1或2所述的电动汽车用双机械端口驱动装置，其特征在于，所述第一驱动机构的定子和第二驱动机构的定子共用同一定子绕组。

4.根据权利要求1或2所述的电动汽车用双机械端口驱动装置，其特征在于，所述第一传动机构和第二传动机构均包括：

第一轴齿轮，其与所述第一轴同轴固定连接；

第二轴齿轮，其与所述第二轴固定连接；

减速主动齿轮，其设置于所述第一轴齿轮和第二轴齿轮之间，所述减速主动齿轮能够选择性的与所述第一轴齿轮和第二轴齿轮接合，以将第一轴或第二轴的动力传递给所述减速主动齿轮；

减速从动齿轮，其与所述减速主动齿轮啮合，并连接车轮，以将动力传递给车轮；

固定齿圈，其固定设置，并且选择性的与所述第一轴齿轮接合，以将第一轴固定。

5.根据权利要求1或2所述的电动汽车用双机械端口驱动装置，其特征在于，还包括控制电路，其包括：

左双向整流逆变器，与左集电环连接，为第一驱动机构提供电流；

中间双向整流逆变器，其与所述定子绕组连接，以为所述定子绕组供电；

右双向整流逆变器，与右集电环连接，为第二驱动机构提供电流；

左转子绕组选择开关，其与所述左集电环连接，选择性的将所述左集电环与所述第一驱动机构中的控制绕组或转矩绕组导通；

右转子绕组选择开关，其与所述右集电环连接，选择性的将所述右集电环与所述第二驱动机构中的控制绕组或转矩绕组导通。

6.根据权利要求5所述的电动汽车用双机械端口驱动装置，其特征在于，所述左转子绕组选择开关和右转子绕组选择开关均包括：

滑动套筒，其套合在所述第一轴上，并且能够沿所述第一轴轴线移动；所述滑动套筒与所述集电环连接；

控制绕组触点片，其设置在所述滑动套筒的一侧，并通过导线与所述控制绕组连接；

转矩绕组触点片，其设置在所述滑动套筒的另一侧，并通过导线与所述转矩绕组连接；

其中所述滑动套筒能够左右滑动，以将集电环与控制绕组或转矩绕组导通。

7.根据权利要求2所述的电动汽车用双机械端口驱动装置，其特征在于，所述锁止机构包括：

中间支撑板，其可旋转的设置于所述第一驱动机构和第二驱动机构之间，

左离合器，其固定于所述中间支撑板的左侧，选择性的与所述第一驱动机构的笼形转子连接；

右离合器，其固定于所述中间支撑板的右侧，选择性的与所述第二驱动机构的笼形转子连接。

8.根据权利要求2所述的电动汽车用双机械端口驱动装置，其特征在于，锁止机构包括：

内转盘，其与所述第一驱动机构的笼形转子固定连接，所述内转盘有沿径向方向的滑道沟槽；

外转盘，其呈圆环状，并与所述第二驱动机构的笼形转子同轴固定连接；所述外转盘内圆周上设置有贯通槽，所述内转盘设置于内；

滑叉，其包括滑动端和推动端，所述滑动端设置在滑道沟槽内，并且所述滑动端与内转盘之间设置有滑叉弹簧，以使所述滑叉在所述滑道沟槽内沿径向向内移动；

滑叉套筒，其与所述滑叉的推动端相配合，能推动所述滑叉在所述滑道沟槽内沿径向向外移动，并使滑动端最前端插入到贯通槽内，以实现所述内转盘和外转盘的锁定。

9.根据权利要求1所述的电动汽车用双机械端口驱动装置，其特征在于，所述笼形转子包括鼠笼式绕组，所述鼠笼式绕组包括

第一端部短接环和第二端部短接环，其呈圆环状，分别设置于笼形转子轴向的两端；

区域导条，其设置有偶数个，平行于笼形转子轴线并且沿周向均匀分布，所述区域导条两端分别与所述第一端部短接环和第二端部短接环连接，将笼形转子表面划分为偶数个区域；

同心式导条，其设置于所述区域内，并且所述同心式导条两端与第一端部短接环或第二端部短接环连接，以形成回路；

其中，相邻两个区域内的同心式导条中，一个区域内的同心式导条两端与第一端部短接环连接，另一区域内的同心式导条两端与第二端部短接环连接。