CN110320471A - 基于多轴输入型双转子电机的多工况模拟试验台架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多轴输入型双转子电机的多工况模拟试验台架，包括发动机、行星减速器、双转子电机、检测组件以及负载组件，所述发动机通过三号离合器将动力输入至行星减速器的行星架，所述行星减速器的齿圈通过一号离合器实现与双转子电机外转子的动力传动，所述行星减速器的太阳轮通过二号离合器实现与双转子电机内转子的动力传动，所述外转子将动力输出至负载组件；本发明可实现多个工作模式下的电机性能变化的测试，扩大了实验台架的实验工况范围，通过振动激励装置对电机轴伸部分给予径向激励，用于模拟车辆实际运行工况中电机轴伸部分的径向跳动，更加真实地检测出双转子电机性能的各种参数。

Description

基于多轴输入型双转子电机的多工况模拟试验台架

技术领域

本发明涉及电机试验技术领域，特别涉及一种基于多轴输入型双转子电机的多工况模拟试验台架。

背景技术

近年来，随着混合动力电动汽车的快速发展，利用双转子电机的电磁耦合方式逐步走向成熟，其中双转子电机的使用极大地减小了耦合系统的体积和重量，可利用电磁耦合使机械功率与电功率的高效合成，得到无级调速的效果。因此双转子电机的结构、性能、可靠性均对整车性能有着至关重要的影响，为了优化设计新型双转子电机，必然需要搭建相应实验台架，对电机各方面性能的进行测试，获得的各种参数，可加深科研人员对电机的了解，提高开发效率。因此，电机实验台架的研发对电机的研发具有举足轻重的意义。

现有的实验台架均使用较为简单的结构，利用电动机、电力测功机、转速转矩传感器和惯量模拟装置直接对电机性能进行测试，在这种测试方法下，一种实验装置只能得到一种行驶工况的电机性能，并且由此获得的数据太过于理想化，不满足汽车真实行驶的道路条件，具有极大的局限性，这对电机的研发工作造成了阻碍，

因此急需一种可模拟多种行驶模式的实验台架，该试验台架可模拟真实的道路状况，而且能实现多种驱动模式的数据监测。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于多轴输入型双转子电机的多工况模拟试验台架，该试验台架可模拟真实的道路状况，而且能实现多种驱动模式的数据监测。

本发明的基于多轴输入型双转子电机的多工况模拟试验台架，包括发动机、行星减速器、双转子电机、检测组件以及负载组件，所述发动机通过三号离合器将动力输入至行星减速器的行星架，所述行星减速器的齿圈通过一号离合器实现与双转子电机外转子的动力传动，所述行星减速器的太阳轮通过二号离合器实现与双转子电机内转子的动力传动，所述外转子将动力输出至负载组件，所述检测组件设置于发动机至负载组件之间的动力传递路径上用于检测转速以及转矩，所述齿圈以及太阳轮分别通过一号制动器以及二号制动器实现制动或转动。

进一步，还包括振动激励装置，所述振动激励装置输入端传动配合于外转子，所述振动激励装置将动力输出至负载组件，所述振动激励装置为外转子与负载组件之间的动力传递轴提供径向激励以模拟电机轴伸的小幅径向跳动。

进一步，所述振动激励装置包括连接轴、安装于连接轴上的轴承、用于安装轴承的轴承座以及驱动轴承座沿径向振动的激励组件，所述连接轴一端传动配合于外转子另一端将动力输出至负载组件。

进一步，所述激励组件为安装于轴承座底部用于驱动轴承座径向运动的若干个直线电机。

进一步，所述轴承座与直线电机之间设置有两层滑板，两层滑板之间设置有弹性垫块。

进一步，所述负载组件为电力测功机。

进一步，所述检测组件为两个转速转矩传感器，两个转速转矩传感器分别设置于发动机与行星减速器之间的动力传递路径上以及外转子与负载组件之间的动力传递路径上。

进一步，还包括惯量模拟装置，所述发动机将动力输入至惯量模拟装置，所述惯量模拟装置设置于发动机与行星减速器之间，所述惯量模拟装置由若干个轴向叠加的飞轮片构成。

进一步，所述滑板单自由度竖向滑动安装于导轨上，所述导轨固定于支架上。

进一步，两个所述转速转矩传感器分别设置于惯量模拟装置与行星减速器之间以及负载装置与振动激励装置之间，所述惯量模拟装置与与其相邻的转速转矩传感器通过一号万向节传动配合，所述负载装置与与其相邻的转速转矩传感器通过二号万向节传动配合。

本发明的有益效果：

本发明采用行星减速器进行动力分配，可通过连接或分离相应的离合器，获得纯电力驱动、发动机直接驱动以及混合驱动等工作模式下的电机性能变化的测试，扩大了实验台架的实验工况范围，具有适用性广、集成度高、稳定可靠，动力传递效率高，测试精确的优点。

本发明通过振动激励装置对电机轴伸部分给予径向激励，用于模拟由于路面不平使得汽车发生垂直或水平振动而引起的双转子电机轴伸部分的径向跳动，结合系统中的转速转矩传感器，可获得双转子电机的更贴近车辆实际运行工况的动态性能变化图，更加真实地检测出双转子电机性能的各种参数。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明振动激励装置结构示意图；

图3为本发明原理简图；

具体实施方式

图1为本发明结构示意图；图2为本发明振动激励装置结构示意图；图3为本发明原理简图；

如图所示，本实施例中的基于多轴输入型双转子电机的多工况模拟试验台架，包括发动机1、行星减速器2、双转子电机3、检测组件以及负载组件，所述发动机通过三号离合器6将动力输入至行星减速器的行星架2a，所述行星减速器的齿圈2b通过一号离合器4实现与双转子电机外转子3a的动力传动，所述行星减速器的太阳轮2c通过二号离合器5实现与双转子电机内转子3b的动力传动，所述外转子3b将动力输出至负载组件，所述检测组件设置于发动机至负载组件之间的动力传递路径上用于检测转速以及转矩，所述齿圈以及太阳轮分别通过一号制动器7以及二号制动器8实现制动或转动。

如图1所示，各个部件安装于底座21上，底座采用铸铁材料定制，底座上横纵开有多条T型槽，发动机、惯量模拟装置、转速转矩传感器、行星减速器、双转子电机、振动激励装置和电力测功机均安装于相应的支座上，各个支座通过螺栓固定于底座上，各个支座均底部可设置相应的T形导轨与T型槽配合，通过相应的支座调节各个部件的轴线，使它们的转轴轴线同轴，并且支座可沿着T型槽滑动来适配不同型号的双转子电机；一号、二号以及三号离合器采用膜片弹簧离合器实现动力的通断；

双转子电机的内转子分布有三相绕组，通过滑环与变流器相连，定子上也分布有三相绕组，引出线与变流器相连，外转子内、外两侧分别装有永磁体，通过内、外转子气隙磁场与内转子和定子交换电磁能量，双转子电机为现有技术，具体不在赘述；对于多轴输入型双转子电机，考虑到在多个输入轴的相互配合下，可实现汽车不同工作模式的模拟，因此采用行星减速器进行动力分配，可通过连接或分离相应的离合器，获得纯电力驱动、发动机直接驱动以及混合驱动等工作模式下的电机性能变化；

结合图3所示，发动机直接驱动模式中分离二号离合器，结合一号和三号离合器，二号制动器制动，一号制动器分离，动力由行星架输入齿圈输出至外转子，并通过外转子将动力输出至负载组件；纯电力驱动的单电机模式中分离一号和三号离合器，结合二号离合器，二号制动器制动，一号制动器分离，动力由动力电池提供给电机定子，以电磁耦合的方式，迫使外转子转动，进行动力输出至负载组件；纯电力驱动的双电机模式中分离一号离合器，结合二号和三号离合器，一号制动器制动，二号制动器分离，动力由发动机通过行星架输入太阳轮输出至内转子，通过电磁耦合，由内转子驱动外转子将动力输出至负载组件；混合动力驱动模式中结合一号、二号以及三号离合器，一号、二号制动器分离，动力由发动机通过行星架输入，由太阳轮与齿圈分别输出给内、外转子，内外转子通过电磁耦合最后将动力通过外转子输出至负载组件；行星减速器的应用使实验台架可针对多种工作模式检测发动机油耗、电机性能等电机研发所需要的数据；

本实施例中，还包括振动激励装置，所述振动激励装置输入端传动配合于外转子，所述振动激励装置将动力输出至负载组件，所述振动激励装置为外转子与负载组件之间的动力传递轴提供径向激励以模拟电机轴伸的小幅径向跳动；考虑到汽车在真实道路行驶时，由于路面不平使得汽车发生垂直或水平振动，电机轴伸部分也会发生小幅度径向跳动，为了检测出更加真实的实验数据，设计振动激励装置对电机轴伸部分给予径向激励，本实施例中宜给予正弦激励，由位移传感器22获得激励下的径向位移，与转速转矩传感器相配合，最终得到性能与径向位移的关系图；其中位移传感器安装于支架17上，位移传感器正对连接轴12用于检测连接轴的轴向位移，通过振动激励装置可获得双转子电机的动态性能变化图，能更加真实地检测出双转子电机性能数据；

本实施例中，所述振动激励装置包括连接轴12、安装于连接轴上的轴承、用于安装轴承的轴承座13以及驱动轴承座沿径向振动的激励组件，所述连接轴一端传动配合于外转子另一端将动力输出至负载组件；双转子电机与连接轴12通过凸缘式刚性联轴器23实现传动配合，其中，激励组件驱动轴承座以及轴承发生径向运动，通过轴承驱动连接轴径向小幅运动，该结构模拟了实际的运行工况，也不影响双转子电机的动力传动，其中连接轴的径向移位幅度依据实际工况确定，具体不在赘述；

本实施例中，所述激励组件为安装于轴承座13底部用于驱动轴承座径向运动的若干个直线电机14；本实施例中设置有四个直线电机，四个直线电机呈矩形分布，直线电机的数量以及分布方式可依据实际情况进行相应的调整，具体不在赘述；

本实施例中，所述轴承座13与直线电机14之间设置有两层滑板15，两层滑板之间设置有弹性垫块16；所述动力振动激励板块采用直线电机14输出正弦激励，直线电机14底部通过螺栓固定在支架17上，直线电机的输出轴与法兰盘相连接，法兰盘通过螺栓与远离直线电机的滑板相连接；两滑板之间设置有弹性垫块，弹性垫块采用粘贴的方式连接于两个滑板上，避免刚性激励对电机造成不可修复的损伤，直线电机将直线运动通过轴承座13传递到连接轴12上，连接轴12与双转子电机输出轴通过凸缘式刚性联轴器23连接，完成了激励的动力传递，当双转子电机轴伸发生径向跳动时，位移传感器22与转速转矩传感器配合，得到双转子电机的动态性能图；

本实施例中，所述负载组件为电力测功机9；电力测功机可作为负载组件也可以作为驱动组件，通过增加电力测功机可实现再生制动模式，再生制动模式中分离一号、二号以及三号离合器，一号制动器以及二号制动器分离，动力由电力测功机输入至外转子进行发电，将电力储存到电池中，最终通过检测电池可得到充电效率；

本实施例中，所述检测组件为两个转速转矩传感器10，两个转速转矩传感器分别设置于发动机与行星减速器之间的动力传递路径上以及外转子与负载组件之间的动力传递路径上；本实施例中选用CGQY型应变式转矩转速传感器，通过两个转速转矩传感器可对动力输入端以及动力输出端进行检测，通过对两个路径的测量结果对比以降低由于装配精度导致的测量误差，同时由于输出端以及输出端响应时间不同，达到稳态的时间不同，通过两个转矩转速传感器的匹配可精确测试相应的数据。

本实施例中，还包括惯量模拟装置11，所述发动机将动力输入至惯量模拟装置，所述惯量模拟装置设置于发动机与行星减速器之间，所述惯量模拟装置由若干个轴向叠加的飞轮片构成；三号离合器位于惯量模拟装置与发动机之间，三号离合器输出端与惯量模拟装置之间通过ML型梅花弹性联轴器实现传动配合，惯量模拟装置采用纯机械惯量模拟法，模拟汽车的平移动能与转动惯量，可通过增减飞轮片数量可匹配出各种汽车的惯量，各飞轮片通过螺栓轴向固定为一体，飞轮片与相应的飞轮转轴通过普通平键进行周向定位，通过飞轮转轴的轴肩以及轴套对飞轮片轴向两端进行轴向定位，具体不在赘述。

本实施例中，所述滑板15单自由度竖向滑动安装于导轨18上，所述导轨固定于支架17上；滑板呈矩形结构，在滑板的四角处配合有四个导轨，支架呈框架结构，各个导轨安装于支架的各个竖梁上，滑板的四角处连接有与滑块，该滑块与相对于的导轨单自由度滑动配合，导轨可采用T形导轨或者燕尾导轨，相应的滑块上开设有与导轨相适配的T形槽或者燕尾槽，通过四个导轨对滑板的导向保证滑板直线运行，提高了激励可靠性和稳定性；其中位移传感器22安装于支架上，具体导轨的数量、安装位置以及支架结构可依据滑板的结构进行相适配的调整，具体不在赘述；

本实施例中，两个所述转速转矩传感器分别设置于惯量模拟装置与行星减速器之间以及负载装置与振动激励装置之间，所述惯量模拟装置与与其相邻的转速转矩传感器通过一号万向节19传动配合，所述负载装置与与其相邻的转速转矩传感器通过二号万向节20传动配合；行星减速器与相邻的转速转矩传感器通过ML型梅花弹性联轴器传动配合；连接轴与相邻的转速转矩传感器同样通过ML型梅花弹性联轴器传动配合，一号、二号万向节可弥补由于各个部件的制造误差与安装误差造成的同轴度偏差，并缓解由于振动激励装置径向激励导致的径向窜动。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于多轴输入型双转子电机的多工况模拟试验台架，其特征在于：包括发动机、行星减速器、双转子电机、检测组件以及负载组件，所述发动机通过三号离合器将动力输入至行星减速器的行星架，所述行星减速器的齿圈通过一号离合器实现与双转子电机外转子的动力传动，所述行星减速器的太阳轮通过二号离合器实现与双转子电机内转子的动力传动，所述外转子将动力输出至负载组件，所述检测组件设置于发动机至负载组件之间的动力传递路径上用于检测转速以及转矩，所述齿圈以及太阳轮分别通过一号制动器以及二号制动器实现制动或转动。

2.根据权利要求1所述的基于多轴输入型双转子电机的多工况模拟试验台架，其特征在于：还包括振动激励装置，所述振动激励装置输入端传动配合于外转子，所述振动激励装置将动力输出至负载组件，所述振动激励装置为外转子与负载组件之间的动力传递轴提供径向激励以模拟电机轴伸的小幅径向跳动。

3.根据权利要求2所述的基于多轴输入型双转子电机的多工况模拟试验台架，其特征在于：所述振动激励装置包括连接轴、安装于连接轴上的轴承、用于安装轴承的轴承座以及驱动轴承座沿径向振动的激励组件，所述连接轴一端传动配合于外转子另一端将动力输出至负载组件。

4.根据权利要求3所述的基于多轴输入型双转子电机的多工况模拟试验台架，其特征在于：所述激励组件为安装于轴承座底部用于驱动轴承座径向运动的若干个直线电机。

5.根据权利要求4所述的基于多轴输入型双转子电机的多工况模拟试验台架，其特征在于：所述轴承座与直线电机之间设置有两层滑板，两层滑板之间设置有弹性垫块。

6.根据权利要求1所述的基于多轴输入型双转子电机的多工况模拟试验台架，其特征在于：所述负载组件为电力测功机。

7.根据权利要求2所述的基于多轴输入型双转子电机的多工况模拟试验台架，其特征在于：所述检测组件为两个转速转矩传感器，两个转速转矩传感器分别设置于发动机与行星减速器之间的动力传递路径上以及外转子与负载组件之间的动力传递路径上。

8.根据权利要求7所述的基于多轴输入型双转子电机的多工况模拟试验台架，其特征在于：还包括惯量模拟装置，所述发动机将动力输入至惯量模拟装置，所述惯量模拟装置设置于发动机与行星减速器之间，所述惯量模拟装置由若干个轴向叠加的飞轮片构成。

9.根据权利要求5所述的基于多轴输入型双转子电机的多工况模拟试验台架，其特征在于：所述滑板单自由度竖向滑动安装于导轨上，所述导轨固定于支架上。

10.根据权利要求8所述的基于多轴输入型双转子电机的多工况模拟试验台架，其特征在于：两个所述转速转矩传感器分别设置于惯量模拟装置与行星减速器之间以及负载装置与振动激励装置之间，所述惯量模拟装置与与其相邻的转速转矩传感器通过一号万向节传动配合，所述负载装置与与其相邻的转速转矩传感器通过二号万向节传动配合。