CN105667295A - 集成式双转子电机的两挡混合动力汽车驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及集成式双转子电机的两挡混合动力汽车驱动系统。包括发动机、多片湿式摩擦离合器、双转子电机、双离合两挡变速器、差速器、逆变控制器和动力电池。多片湿式摩擦离合器和双转子电机构成电磁式动力耦合机构，能够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、混合驱动模式和再生制动模式；通过双离合两挡变速器，实现车辆低速挡、高速挡的快速平顺切换；该驱动系统集多片湿式摩擦离合器与双转子电机、双离合两挡变速器与差速器为一体，传动效率高、结构紧凑、集成度高、便于整车布置和轻量化，且提升整车动力性、经济性、排放性和舒适性。

Description

集成式双转子电机的两挡混合动力汽车驱动系统
技术领域
本发明属于混合动力汽车技术领域，具体涉及集成式双转子电机的两挡混合动力汽车驱动系统。
背景技术
结合了纯电动汽车和传统燃油汽车优势的混合动力汽车驱动系统的关键是动力耦合机构。目前混合动力汽车驱动系统采用两种类型动力耦合机构：（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方式进行动力耦合，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。
目前电动汽车或者采用燃油汽车多挡自动变速器，使得传动系统结构复杂，整车质量增加，降低了能量利用效率，或者采用单一固定速比的减速器，使得发动机和驱动电机常常工作在低效率区，很难兼顾整车动力性和经济性的要求。
发明内容
为了实现混合动力汽车的动力传递效率高、动力传递平稳、结构紧凑和控制灵活，本发明提供一种集成式双转子电机的两挡混合动力汽车驱动系统。
集成式双转子电机的两挡混合动力汽车驱动系统包括发动机1、双离合两挡变速器、差速器7、动力电池30、逆变控制器29和动力耦合机构，其中动力电池30和逆变控制器29电连接。
所述动力耦合机构包括耦合电机和耦合离合器4；
所述耦合电机为永磁无刷双转子电机，包括定子28、外转子27和内转子26；所述内转子26和外转子27构成内电机，所述外转子27和定子28构成外电机；内转子26固定设于动力耦合输入轴3上，动力耦合输入轴3的输入端连接着发动机输出轴2；外转子27的轴向一端连接着动力耦合输出轴6的输入端，动力耦合输出轴6的输出端连接着所述双离合两挡变速器的壳体25，并通过双离合两挡变速器，实现车辆低速挡、高速挡的快速平顺换挡；
所述定子28的定子绕组与逆变控制器29电连接；
所述耦合离合器4为多片湿式摩擦离合器，耦合离合器4的主动片设于动力耦合输入轴3上，并与发动机动力输出轴2相连，耦合离合器4的从动片通过外转子的左端盖32连接着外转子27。
通过耦合离合器4实现发动机与耦合电机之间不同动力驱动模式的快速平顺切换；
起动发动机模式时，所述耦合离合器4处于结合状态，双离合两挡变速器中的第一离合器24、第二离合器23均处于分离状态，所述动力电池30处于放电状态，所述外电机进入电驱动模式，外转子27经耦合离合器4带动发动机输出轴2至某一转速，起动发动机1；
驻车充电模式时，所述发动机1处于驱动状态，所述耦合离合器4处于结合状态，双离合两挡变速器中的第一离合器24、第二离合器23均处于分离状态，所述动力电池30处于充电状态，所述耦合电机的外电机进入发电模式，发动机1输出的动力经动力耦合输入轴3、耦合离合器4带动外转子27转动，并经逆变控制器29给动力电池30充电；
纯电机驱动模式时，所述发动机1处于关闭状态，所述耦合离合器4处于分离状态，所述动力电池30处于放电状态，所述耦合电机的外电机进入电驱动模式，外转子27经动力耦合输出轴6、双离合两挡变速器和差速器7将动力传递给车轮15，实现车辆低速挡、高速挡的快速平顺换挡驱动车辆行驶；
发动机单独驱动模式时，所述发动机1处于驱动状态，所述耦合离合器4处于分离状态，发动机1经动力耦合输入轴3带动内转子26转动，通过内转子26、外转子27之间的电磁耦合，外转子27经动力耦合输出轴6、双离合两挡变速器和差速器7将动力传递给车轮14，实现车辆低速挡、高速挡的快速平顺换挡驱动车辆行驶；
混合驱动模式时，所述发动机1处于驱动状态，所述耦合离合器4处于分离状态，所述动力电池30处于放电状态，发动机1经动力耦合输入轴3带动内转子26转动，通过内转子26、外转子27之间的电磁耦合提供动力，同时动力电池30经逆变控制器29给耦合电机供电提供动力，两者经动力耦合输出轴6、双离合两挡变速器和差速器7传递给车轮14，实现车辆低速挡、高速挡的快速平顺换挡驱动车辆行驶；
再生制动模式时，所述发动机1处于关闭状态，所述耦合离合器4处于分离状态，双离合两挡变速器中的第一离合器24处于结合状态、第二离合器23处于分离状态，所述动力电池30处于充电状态，所述耦合电机的内电机的电磁力解除，所述耦合电机的内外电机进入发电模式，车轮14的制动力通过所述差速器7、双离合两挡变速器和动力耦合输出轴6，带动外转子27反转，回收制动能量，并经逆变控制器29给动力电池30充电。
进一步限定的具体结构如下：
所述外转子27为环状，同轴套设在内转子26上；外转子27的轴向一端通过右端盖35固定连接着动力耦合输出轴6的输入端，外转子27的轴向另一端设有左端盖32，耦合离合器4的从动片设于外转子的左端盖32内。
所述外转子27包括环状的外转子架33和外转子线圈；所述外转子线圈包括外线圈和内线圈；所述外线圈套设在外转子架33的外圆周上，外线圈对应着定子28的内圆周；所述内线圈设于外转子架33的内圆周上，内线圈对应着内转子26的外圆周。
外转子架33的轴向一端设有外凸的凸环，通过凸环连接着右端盖35；外转子架33的轴向另一端连接着左端盖32。
本发明的有益技术效果体现在以下方面：
1.本发明采用由多片湿式摩擦离合器和永磁无刷双转子电机构成的电磁式动力耦合机构，发动机与车轮间无直接机械连接，能够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、混合驱动模式和再生制动模式，与基于行星齿轮机构的混合动力系统相比，具有动力传递效率高，动力传递平稳、结构紧凑、控制灵活等优点。
2.本发明采用双离合两挡变速机构，与一档固定速比的变速机构相比，能够改善整车动力性、经济性、排放性和舒适性，提高了发动机工作效率、驱动电机效率，延长了动力电池寿命和整车续驶里程。
3.本发明的集多片湿式摩擦离合器与双转子电机、双离合两挡变速机构与差速器为一体，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，传动路线短的优点，且有利于整车的设计布置。
附图说明
图1为本发明的两挡混合动力汽车驱动系统示意图。
图2为动力耦合机构结构示意图。
上图中序号：发动机1、发动机输出轴2、动力耦合输入轴3、耦合离合器4、左半轴5、动力耦合输出轴6、差速器7、左半轴齿轮8、差速器行星轮轴9、差速器行星轮10、右半轴齿轮11、从动减速齿轮12、右半轴13、车轮14、第一挡从动齿轮15、中间轴16、主动减速齿轮17、第二挡从动齿轮18、第一离合器传动轴19、第一挡主动齿轮20、第二挡主动齿轮21、第二离合器传动轴22、第二离合器23、第一离合器24、壳体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、左端盖32、外转子架33、电机壳体34、右端盖35、电机壳体右端盖36。
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，集成式双转子电机的两挡混合动力汽车驱动系统包括发动机1、双离合两挡变速器、差速器7、动力电池30、逆变控制器29和动力耦合机构；其中动力电池30采用三元聚合物锂电池或磷酸铁锂电池，动力电池30和逆变控制器29电连接。
动力耦合机构包括耦合电机和耦合离合器4。
参见图2，耦合电机为永磁无刷双转子电机，包括定子28、外转子27和内转子26；其中内转子26和外转子27构成内电机，外转子27和定子28构成外电机。内转子26固定安装于动力耦合输入轴3上，动力耦合输入轴3的输入端连接着发动机输出轴2。外转子27同轴套装在内转子26上；外转子27包括环状的外转子架33和外转子线圈；外转子线圈包括外线圈和内线圈；外线圈套装在外转子架33的外圆周上，外线圈对应着定子28的内圆周；内线圈安装于外转子架33的内圆周上，内线圈对应着内转子26的外圆周。外转子架33的轴向一端设有外凸的凸环，通过凸环连接着右端盖35，右端盖35固定连接着动力耦合输出轴6的输入端，动力耦合输出轴6的输出端连接着双离合两挡变速器的壳体25；外转子架33的轴向另一端连接着左端盖32，耦合离合器4的从动片安装于左端盖32内。定子28的定子绕组与逆变控制器29电连接。
耦合离合器4为多片湿式摩擦离合器，耦合离合器4的主动片安装于动力耦合输入轴3上，耦合离合器4的从动片通过外转子的左端盖32连接着外转子27。
参见图1，双离合两挡变速器包括双离合器壳体25、第一离合器24、第二离合器23、第一离合器输出轴19、第二离合器输出轴22、第一挡主动齿轮20、第一挡从动齿轮15、第二挡主动齿轮21、第二挡从动齿轮18、中间轴16、主动减速齿轮17和从动减速齿轮12。双离合器壳体25与动力耦合机构的输出轴6连接；第一离合器24通过第一离合器输出轴19与第一挡主动齿轮20连接，并与第一挡从动齿轮15常啮合；第二离合器23通过第二离合器输出轴22与第二挡主动齿轮21连接，并与第二挡从动齿轮18常啮合；第二离合器输出轴22空套在第一离合器输出轴19上；第一挡从动齿轮15和第二挡从动齿轮18分别固定安装在中间轴16上；主动减速齿轮17固定安装在中间轴16上，并与从动减速齿轮12常啮合，从动减速齿轮12与差速器7固定连接为一体，并通过差速器和左半轴5、右半轴13驱动车轮14；通过控制双离合两挡变速器，实现车辆低速挡、高速挡的快速平顺换挡。
差速器7包括差速器壳体、行星轮轴9、差速器行星轮10、左半轴齿轮8、右半轴齿轮11。左半轴齿轮8和右半轴齿轮11之间通过行星轮轴9分别设有两只差速器行星轮10，行星轮轴10的两端分别设于差速器壳体上，所述左半轴齿轮8、右半轴齿轮11分别与车辆左半轴5、右半轴13连接，并驱动车轮14。
本发明通过耦合离合器4实现发动机与耦合电机之间不同动力驱动模式的快速平顺切换；通过双离合两挡变速器实现车辆低速挡、高速挡的快速平顺换挡。
具体工作原理说明如下：
（1）起动发动机模式时，耦合离合器4处于结合状态，双离合两挡变速器中的第一离合器24、第二离合器23均处于分离状态，动力电池30处于放电状态，外电机进入电驱动模式，外转子27经耦合离合器4带动发动机输出轴2至某一转速，起动发动机1。
（2）驻车充电模式时，发动机1处于驱动状态，耦合离合器4处于结合状态，双离合两挡变速器中的第一离合器24、第二离合器23均处于分离状态，所述动力电池30处于充电状态，所述耦合电机的外电机进入发电模式，发动机1输出的动力经动力耦合输入轴3、耦合离合器4带动外转子27转动，并经逆变控制器29给动力电池30充电。
（3）纯电机驱动模式时，发动机1处于关闭状态，耦合离合器4处于分离状态，动力电池30处于放电状态，耦合电机的外电机进入电驱动模式，外转子27经动力耦合输出轴6、双离合两挡变速器和差速器7将动力传递给车轮15，实现车辆低速挡、高速挡的快速平顺换挡驱动车辆行驶。
（4）发动机单独驱动模式时，发动机1处于驱动状态，耦合离合器4处于分离状态，发动机1经动力耦合输入轴3带动内转子26转动，通过内转子26、外转子27之间的电磁耦合，外转子27经动力耦合输出轴6、双离合两挡变速器和差速器7将动力传递给车轮14，实现车辆低速挡、高速挡的快速平顺换挡驱动车辆行驶。
（5）混合驱动模式时，发动机1处于驱动状态，耦合离合器4处于分离状态，动力电池30处于放电状态，发动机1经动力耦合输入轴3带动内转子26转动，通过内转子26、外转子27之间的电磁耦合提供动力，同时动力电池30经逆变控制器29给耦合电机供电提供动力，两者经动力耦合输出轴6、双离合两挡变速器和差速器7传递给车轮14，实现车辆低速挡、高速挡的快速平顺换挡驱动车辆行驶。
（6）再生制动模式时，发动机1处于关闭状态，耦合离合器4处于分离状态，双离合两挡变速器中的第一离合器24处于结合状态、第二离合器23处于分离状态，所述动力电池30处于充电状态，所述耦合电机的内电机的电磁力解除，所述耦合电机的内外电机进入发电模式，车轮14的制动力通过所述差速器7、双离合两挡变速器和动力耦合输出轴6，带动外转子27反转，回收制动能量，并经逆变控制器29给动力电池30充电。

Claims (4)

1.集成式双转子电机的两挡混合动力汽车驱动系统，包括发动机（1）、双离合两挡变速器、差速器（7）、动力电池（30）、逆变控制器（29）和动力耦合机构，其中动力电池（30）和逆变控制器（29）电连接，其特征在于：
所述动力耦合机构包括耦合电机和耦合离合器（4）；
所述耦合电机为永磁无刷双转子电机，包括定子（28）、外转子（27）和内转子（26）；所述内转子（26）和外转子（27）构成内电机，所述外转子（27）和定子（28）构成外电机；内转子（26）固定设于动力耦合输入轴（3）上，动力耦合输入轴（3）的输入端连接着发动机输出轴（2）；外转子（27）的轴向一端连接着动力耦合输出轴（6）的输入端，动力耦合输出轴（6）的输出端连接着所述双离合两挡变速器的壳体（25），并通过双离合两挡变速器，实现车辆低速挡、高速挡的快速平顺换挡；
所述定子（28）的定子绕组与逆变控制器（29）电连接；
所述耦合离合器（4）为多片湿式摩擦离合器，耦合离合器（4）的主动片设于动力耦合输入轴（3）上，并与发动机动力输出轴（2）相连，耦合离合器（4）的从动片通过外转子的左端盖（32）连接着外转子（27）；
通过耦合离合器（4）实现发动机与耦合电机之间不同动力驱动模式的快速平顺切换；
起动发动机模式时，所述耦合离合器（4）处于结合状态，双离合两挡变速器中的第一离合器（24）、第二离合器（23）均处于分离状态，所述动力电池（30）处于放电状态，所述外电机进入电驱动模式，外转子（27）经耦合离合器（4）带动发动机输出轴（2）至某一转速，起动发动机（1）；
驻车充电模式时，所述发动机（1）处于驱动状态，所述耦合离合器（4）处于结合状态，双离合两挡变速器中的第一离合器（24）、第二离合器（23）均处于分离状态，所述动力电池（30）处于充电状态，所述耦合电机的外电机进入发电模式，发动机（1）输出的动力经动力耦合输入轴（3）、耦合离合器（4）带动外转子（27）转动，并经逆变控制器（29）给动力电池（30）充电；
纯电机驱动模式时，所述发动机（1）处于关闭状态，所述耦合离合器（4）处于分离状态，所述动力电池（30）处于放电状态，所述耦合电机的外电机进入电驱动模式，外转子（27）经动力耦合输出轴（6）、双离合两挡变速器和差速器（7）将动力传递给车轮（15），实现车辆低速挡、高速挡的快速平顺换挡驱动车辆行驶；
发动机单独驱动模式时，所述发动机（1）处于驱动状态，所述耦合离合器（4）处于分离状态，发动机（1）经动力耦合输入轴（3）带动内转子（26）转动，通过内转子（26）、外转子（27）之间的电磁耦合，外转子（27）经动力耦合输出轴（6）、双离合两挡变速器和差速器（7）将动力传递给车轮（14），实现车辆低速挡、高速挡的快速平顺换挡驱动车辆行驶；
混合驱动模式时，所述发动机（1）处于驱动状态，所述耦合离合器（4）处于分离状态，所述动力电池（30）处于放电状态，发动机（1）经动力耦合输入轴（3）带动内转子（26）转动，通过内转子（26）、外转子（27）之间的电磁耦合提供动力，同时动力电池（30）经逆变控制器（29）给耦合电机供电提供动力，两者经动力耦合输出轴（6）、双离合两挡变速器和差速器（7）传递给车轮（14），实现车辆低速挡、高速挡的快速平顺换挡驱动车辆行驶；
再生制动模式时，所述发动机（1）处于关闭状态，所述耦合离合器（4）处于分离状态，双离合两挡变速器中的第一离合器（24）处于结合状态、第二离合器（23）处于分离状态，所述动力电池（30）处于充电状态，所述耦合电机的内电机的电磁力解除，所述耦合电机的内外电机进入发电模式，车轮（14）的制动力通过所述差速器（7）、双离合两挡变速器和动力耦合输出轴（6），带动外转子（27）反转，回收制动能量，并经逆变控制器（29）给动力电池（30）充电。
2.根据权利要求1所述的集成式双转子电机的两挡混合动力汽车驱动系统，其特征在于：所述永磁无刷双转子电机的外转子（27）为环状，同轴套设在内转子（26）上；外转子（27）的轴向一端通过右端盖（35）固定连接着动力耦合输出轴（6）的输入端，外转子（27）的轴向另一端设有左端盖（32），耦合离合器（4）的从动片设于外转子的左端盖（32）内。
3.根据权利要求1或2所述的集成式双转子电机的两挡混合动力汽车驱动系统，其特征在于：所述永磁无刷双转子电机的外转子（27）包括环状的外转子架（33）和外转子线圈；所述外转子线圈包括外线圈和内线圈；所述外线圈套设在外转子架（33）的外圆周上，外线圈对应着定子（28）的内圆周；所述内线圈设于外转子架（33）的内圆周上，内线圈对应着内转子（26）的外圆周。
4.根据权利要求3所述的集成式双转子电机的两挡混合动力汽车驱动系统，其特征在于：外转子架（33）的轴向一端设有外凸的凸环，通过凸环连接着右端盖（35）；外转子架（33）的轴向另一端连接着左端盖（32）。
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