CN108011471B - 直接驱动式双轮毂电机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电动汽车领域中的电驱动设备，具体涉及电动汽车直接驱动式双轮毂电机系统。采用一对旋转方向相反的直接驱动式轮毂电机与一只双机控制盒及与之配套的信号电缆、电源电缆组成一套完整的电动汽车直接驱动式双轮毂电机系统。在电动汽车上根据车辆使用要求，可作为两轮直接后驱，两轮直接前驱或直接四轮驱动，由于去除了繁杂的机械传动和变速装置，系统效率高，安装简便。由于电机功率驱动电路直接安装在轮毂电机内部，没有了一般电机和电机功率驱动电路分开之间的连接用三根长数米的大截面电缆，这样不仅降低了安装成本，更重要的是可大大减少电机功率损失和电磁干扰，提高了整系统的效率。

Description

直接驱动式双轮毂电机系统
技术领域
本发明属于电动汽车领域中的电驱动设备，具体涉及电动汽车直接驱动式双轮毂电机系统。
背景技术
作为新能源汽车，纯电动汽车的发展受到了广泛关注。目前，纯电动汽车多采用类似于传统燃油汽车传动结构(发动机加机械变速箱和差速器传动装置)的驱动方式，只是将燃油发动机用一台或两台驱动电机替代。作为新一代的采用直驱式轮毂电机驱动系统，去除了原燃油发动机及其附属配件，如油、气滤清器，化油器，油箱等以及发动机动能传递到车轮运转所必须的机械变速箱，差速器等部件，大大地简化了机车的机械结构，提高了驱动系统的整体效率和降低了系统故障。
目前，采用轮毂电机直接驱动方式的电动汽车较为少见，其原因之一是目前使用在电动车中的轮毂电机存在一些缺点，如在轮毂中使用普通内转子电机加装机械减速机构组成“间接驱动轮毂电机”，结构复杂降低了系统效率；受汽车车轮轮毂尺寸限制，制约了大功率的轮毂电机的制造，不能满足大马力电动汽车的需要。
发明内容
鉴于现存问题，本发明的目的是提供一种行之有效的解决方案，即采用一对旋转方向相反的直接驱动式轮毂电机与一只双机控制盒及与之配套的信号电缆、电源电缆组成一套完整的电动汽车直接驱动式双轮毂电机系统。
本发明所述的直接驱动式双轮毂电机系统，是一种设计合理，动力性能、电机的可控制性能及产品经济性能均可满足大马力电动汽车使用需求的驱动系统。
本发明所述直接驱动式双轮毂电机系统，其特征在于：系统是由两台外形、性能规格完全相同的直驱型轮毂电机，一只带有输入、输出电缆及电源线组成的双机控制盒。
本发明实现上述目的第一种技术方案是：直接驱动式轮毂电机是一种外转子式直流无刷轮毂电机，其包括电机转子组件、电机定子组件、电机驱动组件、电机制动连接组件组成。
上述直流无刷轮毂电机所述电机转子组件是由沿内表面贴满磁钢的转子外圈、转子外圆盘、转子内圆盘、轴承、轮毂固定螺栓组成，其特征在于：转子外圆盘也是电机动力输出法兰盘，直接经轮毂固定螺栓与车辆轮毂刚性连接，转子外圆盘和转子内圆盘内侧有沿圆周均分的肋片，旋转时可产生冷却风对定子组件进行冷却，转子内圆盘端部还有可连接碟刹制动盘的法兰接口。
上述直流无刷轮毂电机所述电机定子组件是由多槽硅钢片叠压而成的定子铁芯、定子线圈、定子固定架、定子轴及转子位置传感器组成，其特征在于：定子线圈其引出线直接连到电机驱动组件内，转子位置传感器固定在定子铁芯上，转子位置传感器可以是霍尔型、光电型的位置传感器，转子位置传感器信号线与电机驱动组件驱动信号线一并作为信号电缆引出；定子固定架将定子铁芯紧固并与电机轴刚性连接，电机轴则通过内外轴承与电机转子组件连接，使电机转子灵活转动，电机轴后端有电机连接法兰盘可与汽车轴连接。
上述直流无刷轮毂电机所述电机功率驱动组件是由电机功率驱动模块、功率驱动电路板及散热板组成，固定在电机定子组件内并连接有输入电源和驱动控制信号线引入，其特征在于：电机驱动模块是由IGBT模块或IPM智能模块构成并安装在散热板上，功率驱动电路板安装在功率模块上将由电缆引入的电机控制信号转换成功率控制信号控制电机的运转，并将电机运行时的工作电流及速度等信号经由电缆输出反馈到双机控制盒主控电路，散热板是由多片半导体制冷片与铝板组成，并设有温控器件，本驱动组件固化成一整体固定在电机定子组件内侧并连接有输入电源和驱动控制信号线引入。
所述直接驱动式双轮毂电机系统中的双机控制盒是由控制盒壳体，双电机控制板、高压予充电及电源转换电路板、双机信号匹配板、控制电缆、总电源电缆组成，其特征在于：它是本系统的管理中心，连接供电电源和两台轮毂电机，完成供电电源的电压变换、以保证系统中不同电压的需求，输入控制信号的电平变换和对两台电机的分配和平衡，根据输入控制信号及电机反馈信号输出确保电机正确运行的驱动指令、输出并显示有关运行参数信号，盒内各电路板之间是用插接件连接。
所述双机控制盒内双机信号匹配板的功能是：将设定电机工作状态的输入信号经控制电缆进入经电平变换后送至双电机控制板，同时也将电机工作状态如运行、前进、倒车、故障等信号经控制电缆输出到车内仪表盘。
所述双机控制盒内双电机控制板的功能是：双机信号匹配板输入的经电平变换后的控制信号与两台轮毂电机通过信号电缆送入的轮毂电机功率驱动组件反馈过来的电机运行参数进行逻辑比较及运算以保证两台电机运转方向相反且运行同步，再经信号电缆反回到各自的电机功率驱动组件驱动电机运转，并可控制每台电机分别单独运行。
所述双机控制盒内高压预充电及电源转换电路板的功能是：将经总电源电缆输进的高电压经DC-DC电路变换成多路电压供系统不同的需求以及对系统内母线电容进行予充电、延时供电、以保证功率器件的安全工作，在予充电电路中使用了只在接通和断开时才耗电的磁保持接触器，节省了系统电损耗。
本发明实现上述目的第二种技术方案是，直接驱动式轮毂电机是一种外转子式电励磁直流双凸极轮毂电机，其包括电机转子组件、电机定子组件、电机驱动组件、电机制动连接组件组成。
上述电励磁直流双凸极轮毂电机所述电机转子组件是由转子外圆盘、内凸极转子铁芯、转子内圆盘、轴承、轮毂固定螺栓组成，其特征在于：内压装由多凸极硅钢片叠压而成的凸极转子铁芯的转子外圆盘也是电机动力输出法兰盘，直接经轮毂固定螺栓与车辆轮毂刚性连接，转子外圆盘和转子内圆盘内侧有沿圆周均分的肋片，旋转时可产生冷却风对定子组件进行冷却，转子内圆盘端部还有可连接碟刹制动盘的法兰接口。
上述电励磁直流双凸极轮毂电机所述电机定子组件是由凸极型多槽硅钢片叠压而成的定子铁芯、定子线圈、定子固定架、定子轴及转子位置传感器组成，其特征在于：定子线圈是由不同功能的两种绕组组成，一组是产生定子固定磁场的励磁绕组，一组形成旋转磁场的三相绕组，定子线圈其引出线直接连到机内电机驱动组件内，转子位置传感器固定在定子铁芯上，转子位置传感器可以是霍尔型、光电型的位置传感器，转子位置传感器信号线与电机驱动组件驱动信号线一并作为信号电缆引出，定子固定架将定子铁芯紧固并与电机轴刚性连接，电机轴则通过内外轴承与电机转子组件连接，使电机转子灵活转动，电机轴后端有电机连接法兰盘可与汽车轴连接。
上述电励磁直流双凸极轮毂电机所述电机功率驱动组件是由电机功率驱动模块、功率驱动电路板、散热板组成，其特征在于：电机驱动模块是由IGBT模块或IPM智能模块构成并安装在散热板上，功率驱动电路板安装在功率模块上将由电缆引入的电机控制信号转换成功率控制信号控制电机的运转，并将电机运行时的工作电流及速度等信号经由电缆输出反馈到双机控制盒主控电路，散热板是由多片半导体制冷片与铝板组成，并设有温控器件，本驱动组件固化成一整体固定在电机定子组件外侧并连接有输入电源和驱动控制信号线引入。
本发明的有益效益
本系统在电动汽车上根据车辆使用要求，可作为两轮直接后驱，两轮直接前驱或直接四轮驱动，由于去除了繁杂的机械传动和变速装置，系统效率高，安装简便。
由于电机功率驱动电路直接安装在轮毂电机内部，没有了一般电机和电机功率驱动电路分开之间的连接用三根长数米的大截面电缆，这样不仅降低了安装成本，更重要的是可大大减少电机功率损失和电磁干扰，提高了整系统的效率。
由于将普通车载单台大功率的驱动电机更改成两台或多台小功率的直驱轮毂电机，实现分轮驱动、集中控制，对生产更大功率的电动汽车成为可能。
由于电机安装有制动盘，结合轮毂电机特有的电制动特性，增加了汽车的制动效果，提高了安全性。
如采用本发明的第二种技术方案，使用外转子式电励磁直流双凸极轮毂电机，它不使用价格高昂的稀土磁钢，大大降低了电机生产成本，且电机耐高温性能也极大的提高，其综合技术性能优于第一种技术方案。
附图说明
图1为本发明系统结构示意图。
图2为本发明第一种技术方案中直接驱动式轮毂电机结构图。
图3为本发明第二种技术方案中直接驱动式轮毂电机结构图。
图4为本发明所述的双机控制盒结构图。
图中：1、左式直接驱动式轮毂电机，2、右式直接驱动式轮毂电机，3、电源电缆，4、信号电缆，5、双机控制盒，6、控制电缆，7、总电源电缆，8、转子外圈，9、安装螺柱，10、转子磁钢，11、定子线圈，12、定子铁芯，13、定子固定架，14、转子外圆盘，15、外轴承，16、轮毂连接螺栓，17、功率驱动组件，18、转子内圆盘，19、内轴承，20、定子轴，21、电机连接法兰盘，22、安装螺栓，23、碟刹制动盘，24、内凸极转子铁芯，25、控制盒壳体，26、双电机控制板，27、高压予充电电路，28、双机信号匹配板，29、电缆插座，30、插接件。
具体实施方式
图1中：直接驱动式轮毂电机左1与直接驱动用轮毂电机右2分别用电源电缆3、信号电缆4连接到双机控制盒5，控制电缆6连接到汽车控制开关、踏板等设备输入控制信号，总电源电缆7则连接到汽车供电电源，组成本发明所述电动汽车直接驱动式双轮毂电机系统。
图2示出了第一种技术方案中电动汽车外转子式直流无刷轮毂电机结构：转子磁钢10粘在转子外圈8的内面，将转子外圆盘14、转子内圆盘18用安装螺柱9紧固在转子外圈端面，轴承15、轴承19分别紧压在转子外圆盘14和转子内圆盘18相应的轴承室内，组成轮毂电机的转子组件；用定子固定架13压紧的定子铁芯12上嵌入定子线圈11并将线圈引线经定子固定架13端面孔导入功率驱动组件17，功率驱动组件17安装在定子固定架13内，把功率驱动组件17的信号电缆4和电源电缆3经定子轴上的电线过孔导出、再将以上组装好的定子组件压入定子轴20，组成电机定子组件；碟刹制动盘23可用安装螺栓22固定在转子内圆盘18后端的法兰接口上。
图3示出了第二种技术方案中电动汽车外转子式电励磁直流双凸极轮毂电机结构：内凸极转子铁芯24紧压在转子外圆盘14的园环内面、转子内圆盘18用安装螺栓9紧固在转子外圆盘端面，轴承15、轴承19分别紧压在转子外圆盘14和转子内圆盘18相应的轴承室内，组成轮毂电机的转子组件；用定子固定架13压紧的定子铁芯12上嵌入定子线圈11并将线圈引线经定子轴20上的电线过孔导入功率驱动组件17，功率驱动组件17安装在电机连接法兰盘21内，把功率驱动组件17的信号电缆4和电源电缆3经电机连接法兰盘21过孔导出、再将以上组装好的定子组件压入定子轴20，组成电机定子组件；碟刹制动盘23可用安装螺栓22固定在转子内圆盘18后端的法兰接口上。
图4示出了本系统所述的双机控制盒结构：设定的控制信号经控制电缆6进入到控制盒壳体25内的双机信号匹配板28，供电电源经总电源电缆7接入到控制盒壳体25内的高压予充电电路板27，双机信号匹配板28与高压予充电电路板27两块板的输出信号经插接件30与双电机控制板26连接，高压予充电电路板27经电源电缆3分别与两台轮毂电机相连、为电机提供驱动电源，双电机控制板26所产生的两台电机驱动控制信号经信号电缆4分别传输到两台轮毂电机驱动组件。
以上实施例用于说明本发明结构，但不用来限制本发明的保护范围。
参看图1，很显然本发明所述电动汽车直接驱动式双轮毂电机系统较原先由各自独立的内转子无刷直流电机和电机控制器以及用间接驱动的轮毂电机和控制器连接成的电驱动系统有本质区别，不但省去了三根直流电机和电机控制器间的连接电缆和外接的位置传感器连线、也省去了必须的繁杂的机械传动和变速装置，结构合理，传动效率高，是电动汽车理想的驱动系统，达到了本发明的效果。

Claims (4)

1.一种电动汽车直接驱动式双轮毂电机系统， 其特征在于： 是由 2 台电机性能参数相同和旋向相反且运行同步的电动汽车直接驱动式轮毂电机、双机控制盒、以及与双机控制盒配套的信号电缆和电源电缆组成， 2 台电动汽车直接驱动式轮毂电机分别为一台左式电动汽车直接驱动式轮毂电机、一台右式电动汽车直接驱动式轮毂电机；
电机定子组件内侧一体固化有电机功率驱动组件，电机功率驱动组件连接有输入电源的电源电缆和驱动控制信号线的信号电缆；电机功率驱动组件中电机功率驱动模块是由IGBT模块或IPM智能模块构成并安装在散热板上，散热板是由多片半导体制冷片与铝板组成，并设有温控器件；功率驱动电路板安装在电机功率驱动模块上，将由信号电缆引入的电机控制信号转换成功率控制信号控制电机的运转，并将直接驱动式轮毂电机运行时的工作电流及速度信号经由信号电缆输出反馈到双电机控制板；
所述直接驱动式轮毂电机系统中的双机控制盒是由控制盒壳体，双电机控制板、高压预充电及电源转换电路板、双机信号匹配板、控制电缆、总电源电缆组成；双机信号匹配板的功能是：将设定电机工作状态的输入信号经控制电缆进入经电平变换后送至双电机控制板和对两台直接驱动式轮毂电机的分配和平衡，同时也将直接驱动式轮毂电机的工作状态经控制电缆输出到车内仪表盘，电机工作状态包括运行、前进、倒车和故障信号；双电机控制板的功能是：双机信号匹配板输入的经电平变换后的控制信号与两台直接驱动式轮毂电机通过信号电缆送入的电机功率驱动组件反馈过来的电机运行参数进行逻辑比较及运算以保证两台直接驱动式轮毂电机运转方向相反且运行同步，再经信号电缆反回到各自的电机功率驱动组件驱动直接驱动式轮毂电机运转，并可控制每台直接驱动式轮毂电机分别单独运行；高压预充电及电源转换电路板的功能是：将经总电源电缆输进的高电压经DC-DC电路变换成多路电压供系统不同的需求以及对系统内母线电容进行预充电、延时供电、以保证功率器件的安全工作，在高压预充电及电源转换电路中使用了只在接通和断开时才耗电的磁保持接触器，节省了系统电损耗；
在所述双机控制盒内：设定的控制信号经控制电缆进入到控制盒壳体内的双机信号匹配板，供电电源经总电源电缆接入到控制盒壳体内的高压预充电及电源转换电路板，双机信号匹配板和高压预充电及电源转换电路板均经插接件与双电机控制板连接，高压预充电及电源转换电路板经电源电缆分别与两台直接驱动式轮毂电机相连，双电机控制板所产生的两台电机驱动控制信号经信号电缆分别传输到两台电机功率驱动组件。
2.根据权利要求1所述的电动汽车直接驱动式双轮毂电机系统，其特征在于：直接驱动式轮毂电机的转子外圆盘是电机动力输出法兰盘，电机动力输出法兰盘直接经轮毂固定螺栓与车辆轮毂刚性连接，转子外圆盘的内侧和转子内圆盘的内侧均设有沿圆周均分的肋片，旋转时产生冷却风对定子组件进行冷却，转子内圆盘端部还连接碟刹制动盘的法兰接口。
3.根据权利要求1所述的电动汽车直接驱动式双轮毂电机系统，其特征在于：直接驱动式轮毂电机的转子外圆盘内压装有由多凸极硅钢片叠压而成的凸极转子铁芯，转子外圆盘是电机动力输出法兰盘，电机动力输出法兰盘直接经轮毂固定螺栓与车辆轮毂刚性连接，转子外圆盘和转子内圆盘内侧有沿圆周均分的肋片，旋转时产生冷却风对定子组件进行冷却，转子内圆盘端部还连接碟刹制动盘的法兰接口。
4.根据权利要求1所述的电动汽车直接驱动式双轮毂电机系统，其特征在于：电动汽车的使用要求， 电动汽车为两轮直接后驱，两轮直接前驱或四轮直接驱动，实现分轮驱动、集中控制的电动汽车驱动系统。
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