CN106627101A - 用于电动汽车的双转子电机轮毂驱动系统 - Google Patents

用于电动汽车的双转子电机轮毂驱动系统 Download PDF

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叶辉
黄冠富
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陈锐
王育浦
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Abstract

本发明涉及一种用于电动汽车的双转子电机轮毂驱动系统，属于电动汽车技术领域。本发明设计的一种用于电动汽车的双转子电机轮毂驱动系统，其外转子电机具有低转速高扭矩的特性，内转子电机具有低扭矩高转速的特性，即满足车辆高转速和高扭矩的要求，而且避免了复杂的机械换挡机构，可实现电控换挡，结构简单、尺寸紧凑，减小了车辆的非簧载质量，提高了车辆的平顺性、安全性。

Description

用于电动汽车的双转子电机轮毂驱动系统
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，具体涉及一种用于电动汽车的双转子电机轮毂驱动系统。
背景技术
节能减排已成为我国能源战略与环境战略可持续发展的重中之重，对汽车工业提出了节能环保的更高要求。近些年来，混合动力汽车、电动车等新能源汽车已逐步市场化，将成为未来汽车工业发展的方向。电动轮毂又称车轮内装电机技术，它的最大特点就是将动力、传动和制动装置都整合到轮毂内，因此将电动车辆的机械部分大大简化。无论是纯电动、燃料电池电动车，抑或是增程电动车、混合动力车，都可以用电动轮毂作为主要驱动力，也可以作为起步或者急加速时的助力。同时，新能源车的很多技术，比如制动能量回收也可以很轻松地在电动轮毂驱动车型上得以实现。
现有的电动轮毂驱动系统主要分成两种结构型式：内转子式和外转子式。其中外转子式采用低速外传子电机，扭矩高、转速低，导致外转子式在满足车辆爬坡、加速等扭矩要求的同时也限制了车辆的最高车速。内转子式则采用高速内转子电机，扭矩较低、转速很高，在满足车辆最高车速的同时无法在车辆爬坡、加速时提供足够的扭矩。采用两挡转动装置可以解决上述问题，但大大增加了轮毂电机集成的复杂程度，无法满足轮毂内部尺寸(特别是轴向尺寸)的紧凑要求，同时增加了车辆非簧载质量，影响了车辆的平顺性与行驶稳定性。
因此，需要一种用于电动汽车的电机轮毂驱动系统，既要适用于现代汽车的高转速和高扭矩的要求，又要结构简单、尺寸紧凑，以减小车辆的非簧载质量，提高车辆的平顺性、安全性。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何设计一种结构简单、尺寸紧凑的用于电动汽车的电机轮毂驱动系统，同时具备高转速和高扭矩特性，减小车辆的非簧载质量，提高车辆的平顺性、安全性。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于电动汽车的双转子电机轮毂驱动系统，包括双转子电机2，车轮3以及电机控制器1，所述双转子电机2内嵌在车轮3中，所述双转子电机2包括内转子电机和外转子电机，采用内外嵌套式布置，沿径向从内到外分别布置内转子电机的内转子4和内定子5、外转子电机的外定子6和外转子7；所述内转子电机的内转子4和内定子5、外转子电机的外定子6和外转子7均和车轮3轮辋刚性连接；外转子电机与内转子电机的最大输出扭矩之和不小于车轮3轮毂的最大输出扭矩，内转子电机的最高转速不小于车轮3轮毂的最大转速；外转子电机具有相对低转速高扭矩的特性，内转子电机具有相对低扭矩高转速的特性；
所述电机控制器1用于分别对内转子电机和外转子电机进行独立的控制：根据所接收到的转矩或转速命令，对内转子电机和外转子电机的工作模式和输出功率进行协调控制，使双转子电机即满足行车需求，又工作在综合效率最高点。
优选地，所述电机控制器1具体用于按照如下方式进行协调控制：在车辆预设低速范围行驶需要预设扭矩输出时，功率流通过外转子电机驱动车辆行驶，同时内转子电机也工作在转矩模式进行扭矩补偿，通过协调控制内转子电机和外转子电机工作点，达到综合效率最优；在车辆需要预设高速范围行驶时，通过电机控制器使外转子电机工作在自由模式，内转子电机工作在驱动模式，实现功率流由外转子电机向内转子电机的切换，以提高车辆的行驶速度。
优选地，所述电机控制器1具体用于按照如下方式进行协调控制：在车辆下长坡或制动时，若车速高于或等于外转子电机的最高转速，则使外转子电机工作在自由模式，使内转子电机工作在发电模式，进行制动能量回收；若车速低于外转子电机的最高转速，则使内转子电机和外转子电机工作在发电模式进行制动能量回收，使双转子电机工作在综合效率最优。
优选地，所述内定子5与外定子6之间布置有非导磁材料，使内外磁场完全隔绝。
(三)有益效果
本发明设计的一种用于电动汽车的双转子电机轮毂驱动系统，其外转子电机具有低转速高扭矩的特性，内转子电机具有低扭矩高转速的特性，即满足车辆高转速和高扭矩的要求，而且避免了复杂的机械换挡机构，可实现电控换挡，结构简单、尺寸紧凑，减小了车辆的非簧载质量，提高了车辆的平顺性、安全性。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供了一种用于电动汽车的双转子电机轮毂驱动系统，包括双转子电机2，车轮3以及电机控制器1，所述双转子电机2内嵌在车轮3中，所述双转子电机2包括内转子电机和外转子电机，采用内外嵌套式布置，沿径向从内到外分别布置内转子电机的内转子4和内定子5、外转子电机的外定子6和外转子7；所述内转子电机的内转子4和内定子5、外转子电机的外定子6和外转子7均和车轮3轮辋刚性连接，内、外转子电机壳体分别和车辆悬架系统连接；外转子电机与内转子电机的最大输出扭矩之和不小于车轮3轮毂的最大输出扭矩，内转子电机的最高转速不小于车轮3轮毂的最大转速；外转子电机具有相对低转速高扭矩的特性，内转子电机具有相对低扭矩高转速的特性；所述内定子5与外定子6之间布置有非导磁材料，使内外磁场完全隔绝。
所述电机控制器1用于分别对内转子电机和外转子电机进行独立的控制：根据所接收到的转矩或转速命令，对内转子电机和外转子电机的工作模式和输出功率进行协调控制，使双转子电机即满足行车需求，又工作在综合效率最高点。
所述电机控制器1具体用于按照如下方式进行协调控制：在车辆预设低速范围行驶需要大于预设扭矩输出时，功率流通过外转子电机驱动车辆行驶，同时内转子电机也工作在转矩模式进行扭矩补偿，通过协调控制使内、外转子电机工作点分别趋近于高效工作区，达到综合效率最优；在车辆需要预设高速范围行驶时，通过电机控制器使外转子电机工作在自由模式，内转子电机工作在驱动模式，实现功率流由外转子电机向内转子电机的切换，以提高车辆的行驶速度。
所述电机控制器1具体用于按照如下方式进行协调控制：在车辆下长坡或制动时，若车速高于或等于外转子电机的最高转速，则使外转子电机工作在自由模式，使内转子电机工作在发电模式，进行制动能量回收；若车速低于外转子电机的最高转速，则使内转子电机和外转子电机工作在发电模式进行制动能量回收，使双转子电机工作在综合效率最优。
可以看出，本发明实施例设计的一种用于电动汽车的双转子电机轮毂驱动系统，其外转子电机具有低转速高扭矩的特性，内转子电机具有低扭矩高转速的特性，即满足车辆高转速和高扭矩的要求，而且避免了复杂的机械换挡机构，可实现电控换挡，结构简单、尺寸紧凑，减小了车辆的非簧载质量，提高了车辆的平顺性、安全性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于电动汽车的双转子电机轮毂驱动系统，其特征在于，包括双转子电机(2)，车轮(3)以及电机控制器(1)，所述双转子电机(2)内嵌在车轮(3)中，所述双转子电机(2)包括内转子电机和外转子电机，采用内外嵌套式布置，沿径向从内到外分别布置内转子电机的内转子(4)和内定子(5)、外转子电机的外定子(6)和外转子(7)；所述内转子电机的内转子(4)和内定子(5)、外转子电机的外定子(6)和外转子(7)均和车轮(3)轮辋刚性连接；外转子电机与内转子电机的最大输出扭矩之和不小于车轮(3)轮毂的最大输出扭矩，内转子电机的最高转速不小于车轮(3)轮毂的最大转速；外转子电机具有相对低转速高扭矩的特性，内转子电机具有相对低扭矩高转速的特性；
所述电机控制器(1)用于分别对内转子电机和外转子电机进行独立的控制：根据所接收到的转矩或转速命令，对内转子电机和外转子电机的工作模式和输出功率进行协调控制，使双转子电机即满足行车需求，又工作在综合效率最高点。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电机控制器(1)具体用于按照如下方式进行协调控制：在车辆预设低速范围行驶需要预设扭矩输出时，功率流通过外转子电机驱动车辆行驶，同时内转子电机也工作在转矩模式进行扭矩补偿，通过协调控制内转子电机和外转子电机工作点，达到综合效率最优；在车辆需要预设高速范围行驶时，通过电机控制器使外转子电机工作在自由模式，内转子电机工作在驱动模式，实现功率流由外转子电机向内转子电机的切换，以提高车辆的行驶速度。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电机控制器(1)具体用于按照如下方式进行协调控制：在车辆下长坡或制动时，若车速高于或等于外转子电机的最高转速，则使外转子电机工作在自由模式，使内转子电机工作在发电模式，进行制动能量回收；若车速低于外转子电机的最高转速，则使内转子电机和外转子电机工作在发电模式进行制动能量回收，使双转子电机工作在综合效率最优。
4.如权利要求1或2或3所述的系统，其特征在于，所述内定子(5)与外定子(6)之间布置有非导磁材料，使内外磁场完全隔绝。
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