CN112467949A - 一种电动汽车双电机驱动系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种电动汽车双电机驱动系统及其控制方法，属于电动汽车技术领域，该双电机驱动系统，包括外壳体、第一电机单元、第二电机单元、转轴、角度传感器和控制器，外壳体内设置转轴，转轴的两端设置第一电机单元和第二电机单元，第一电机单元的功率小于第二电机单元的功率，转轴的轴端连接角度传感器，角度传感器通过控制器与两个相互并联的继电器Ⅰ和继电器Ⅱ相连，继电器Ⅰ与第一电机单元的控制电路电连接，继电器Ⅱ与第二电机单元的控制电路电连接，本发明的有益效果是，该系统整体结构简单紧凑，加工难度低，散热效果好，使电机运行在高效率的经济转速下，提高了电机的工作效率，节约了电能，提高了电动汽车的续航里程。

Description

一种电动汽车双电机驱动系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种电动汽车双电机驱动系统及其控制方法。
背景技术
轮毂电机又称车轮内装电机，是将用于驱动电动汽车的电动机安置在轮圈之内、轮毂之外的技术，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，因此将电动汽车的机械部分大大简化。
现有的轮毂电机驱动系统采用的是单个电机的驱动结构，根据电机的转子型式主要分成两种结构型式，一种是内转子式，另一种是外转子式。外转子式采用低速外转子电机，电机的最高转速在1000-1500r/min，由于低速爬坡行驶时需要大扭矩，就需要加大电流，也就容易导致磁钢发热、电机损坏的弊端；而内转子式则采用高速内转子电机，电机的转速可高达10000r/min，能获得较高的功率密度，但是在低速重载、低速轻载、高速轻载的情况下，电动机的效率会比处于高效率区间时下降20％～30％，而且如今电动汽车长时间处于城市工况，即处于低速工况时间较多，这样就会导致能源的大量浪费，不利于提高续航里程。
为此，一些电动汽车采用双电机结构，虽然让系统的高效率区间大大扩大，但是双电机驱动系统的控制过程要比单电机驱动系统复杂的多，需要解决双电机与变速箱、减速箱的匹配，双耦合的控制和协调两个电机的平衡控制等难题，这使现有的双电机结构复杂，加工难度大，加工和维护成本高。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电动汽车双电机驱动系统及其控制方法，该驱动系统整体结构简单紧凑，加工难度低，散热效果好，可使电机尽可能地运行在高效率的经济转速下，提高了电机的工作效率，节约了电能，提高了电动汽车的续航里程。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述电动汽车双电机驱动系统，包括外壳体、第一电机单元、第二电机单元、转轴、角度传感器和控制器，所述外壳体的两端分别设置有端盖，所述外壳体内设置有转轴，所述转轴的两端分别通过轴承与端盖相连，所述转轴的两端还设置有第一电机单元和第二电机单元，所述第一电机单元的功率小于第二电机单元的功率，所述转轴的轴端连接所述角度传感器，所述角度传感器通过控制器与两个相互并联的继电器Ⅰ和继电器Ⅱ相连，所述继电器Ⅰ与第一电机单元的控制电路电连接，所述继电器Ⅱ与第二电机单元的控制电路电连接。
进一步地，所述第一电机单元包括第一定子部件和第一转子部件，所述第一转子部件固定在所述转轴的一端，所述第一定子部件设置在所述第一转子部件外，且所述第一定子部件压装在所述外壳体的内壁上。
进一步地，所述第二电机单元包括第二定子部件和第二转子部件，所述第二转子部件固定在所述转轴的另一端，所述第二定子部件设置在所述第二转子部件外，且所述第二定子部件压装在所述外壳体的内壁上。
进一步地，所述第一定子部件和第二定子部件均包括定子铁芯及其内壁的绕线槽内缠绕的定子线圈，所述第一定子部件的定子铁芯内的绕线槽的数量小于第二定子部件的绕线槽的数量。
进一步地，所述第一转子部件和第二转子部件均包括转子铁芯及其外周设置的多个永磁体，所述第一转子部件中的永磁体的数量大于所述第二转子部件中的永磁体的数量。
进一步地，所述第一电机单元的高效区转速最大值等于所述第二电机单元的高效区转速最小值，所述第一电机单元的体积小于所述第二电机单元的体积，所述外壳体包括一体成型的第一壳体和第二壳体，所述第一壳体内设置所述第一电机单元，所述第二壳体内设置所述第二电机单元，所述第一壳体和第二壳体之间通过锥形过渡段相连，所述锥形过渡段上设置有多个接线口。
进一步地，所述第一壳体外沿其周向设置有散热翅片，所述第二壳体内沿其长度方向设置有散热水道，所述第二壳体外设置有与所述散热水道的入口相通连的进水口和与所述散热水道的出口相通连的出水口。
进一步地，所述散热水道设置为环绕在第二壳体内的螺旋形水道。
进一步地，所述外壳体固定在车身底盘上，所述转轴伸出外壳体的一端与车轮轮毂固定相连。
一种所述的电动汽车双电机驱动系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)角度传感器检测转轴的转速信号并将信号传输给控制器；
2)控制器将检测的转速信号变换成数字信号后将其与第一电机单元、第二电机单元的高效区转速范围进行比较；
3)当检测的转速小于第一电机单元的高效区转速范围或在第一电机单元的高效区转速范围内时，控制器控制继电器Ⅰ工作，控制第一电机单元工作；当检测的转速等于第一电机单元的高效区转速的最大值时，控制器控制继电器Ⅰ工作，控制第一电机单元工作；当检测的转速在第二电机单元的高效区转速范围内或大于第二电机单元的高效区转速范围时，控制器控制继电器Ⅱ工作，控制第二电机单元工作。
本发明的有益效果是：
1、本发明结合传统径向磁通电机的结构特点，将第一电机单元和第二电机单元通过转轴集成一个电机，两个电机单元互不干涉，角度传感器检测转轴的转速并将检测信号传输给控制器，控制器识别根据不同转速信号来控制相应的继电器的触点断开或闭合，从而驱动相应的电机单元工作，使得电动汽车能够长时间保持在经济车速区间内，大大提高了电机的工作效率，节约了电能，从而提高了电动汽车的续航里程。
2、本发明将两个电机单元集成于同一转轴上，无需考虑两个电机单元的变速箱与减速器相互匹配的问题，双耦合问题和两个电机单元的平衡控制问题，该驱动系统整体结构简单稳定，加工难度低。
3、本发明包括小功率的第一电机单元和大功率的第二电机单元，使整个驱动系统的高效转速区间增大，使驱动系统可以更长时间工作在两个电机单元的高效率区间内，使每个电机单元的损耗小，发热量小，有利于驱动系统的散热。
4、本发明根据两个不同功率的电机单元的体积大小设计了与之匹配的外壳体，使整体结构更加紧凑，并根据两个电机单元的功率大小设计了对应的散热结构和散热方式，提高了整体的散热性能。
综上，该双电机驱动系统整体结构简单紧凑，加工难度低，散热效果好，可在电动汽车低速和高速运行的工况下使电机运行在高效率的经济转速下，提高了电机的工作效率，节约了电能，提高了电动汽车的续航里程。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明的内部结构示意图；
图2为图1中外壳体的结构示意图；
图3为图1中第一定子部件或第二定子部件的结构示意图；
图4为图1中第一转子部件或第二转子部件的侧视图；
图5为本发明的控制原理图；
上述图中的标记均为：1.外壳体，11.第一壳体，12.第二壳体，13.锥形过渡段，14.接线口，15.散热翅片，16.散热水道，17.进水口，18.出水口，2.第一电机单元，21.第一定子部件，211.定子铁芯，212.定子线圈，22.第一转子部件，221.转子铁芯，222.永磁体，3.第二电机单元，31.第二定子部件，32.第二转子部件，4.转轴，5.角度传感器，6.端盖。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明具体的实施方案为：如图1～图5所示，一种电动汽车双电机驱动系统，包括外壳体1、第一电机单元2、第二电机单元3、转轴4、角度传感器5和控制器，外壳体1的两端分别设置有端盖6，外壳体1内设置有转轴4，外壳体1固定在车身底盘上，转轴4伸出外壳体1的一端与车轮轮毂固定相连，转轴4的两端分别通过轴承与端盖6相连，转轴4的两端还设置有第一电机单元2和第二电机单元3，第一电机单元2的功率小于第二电机单元3的功率，转轴4的轴端连接角度传感器5，角度传感器5通过控制器与两个相互并联的继电器Ⅰ和继电器Ⅱ相连，继电器Ⅰ与第一电机单元2的控制电路电连接，继电器Ⅱ与第二电机单元3的控制电路电连接。本发明将第一电机单元2和第二电机单元3通过转轴4集成一个电机，两个电机单元互不干涉，角度传感器5检测转轴4的转速并将检测信号传输给控制器，控制器识别根据不同转速信号来控制相应的继电器的触点断开或闭合，从而驱动相应的电机单元工作，使得电动汽车能够长时间保持在经济车速区间内，大大提高了电机的工作效率，节约了电能，从而提高了电动汽车的续航里程。
具体地，其中的第一电机单元2包括第一定子部件21和第一转子部件22，第一转子部件22固定在转轴4的一端，第一定子部件21设置在第一转子部件22外，且第一定子部件21压装在外壳体1的内壁上。第二电机单元3包括第二定子部件31和第二转子部件32，第二转子部件32固定在转轴4的另一端，第二定子部件31设置在第二转子部件32外，且第二定子部件31压装在外壳体1的内壁上。
具体地，其中的第一定子部件21和第二定子部件31均包括定子铁芯211及其内壁的绕线槽内缠绕的定子线圈212，第一定子部件21的定子铁芯211内的绕线槽的数量小于第二定子部件31的绕线槽的数量，例如，第一定子部件21中的绕线槽的数量为12个，而第二定子部件31的绕线槽的数量为18个，第一定子部件21的体积小于第二定子部件31的体积。第一转子部件22和第二转子部件32均包括转子铁芯221及其外周设置的多个永磁体222，第一转子部件22中的永磁体222的数量大于第二转子部件32中的永磁体222的数量，例如第一转子部件22中的永磁体222的数量为16块，第二转子部件32中的永磁体222的数量为10块，则第一转子部件22的磁极对数较多，对应的额定转速较低，而第二转子部件32的磁极对数较少，对应的额定转速较高。
具体地，第一电机单元2的高效区转速最大值等于第二电机单元3的高效区转速的最小值，使第一电机单元2和第二电机单元3组合在一起形成的高效区转速连续，便于控制器根据实际的转速来调整第一电机单元2或第二电机单元3工作。第一电机单元2的体积小于第二电机单元3的体积，外壳体1包括一体浇铸成型的第一壳体11和第二壳体12，第一壳体11内设置第一电机单元2，第二壳体12内设置第二电机单元3，使外壳体1的形状与第一电机单元2和第二电机单元3的形状相匹配，使整体结构更紧凑，第一壳体11和第二壳体12之间通过锥形过渡段13相连，锥形过渡段13上设置有多个接线口14，用于将导线穿过后与第一电机单元2和第二电机单元3的控制电路相连，并将导线定位。
具体地，由于第一壳体11内设置第一电机单元2，第一电机单元2的功率较小，工作产生的热量小，因此，在第一壳体11外沿其周向设置有散热翅片15，通过散热翅片15将第一电机单元2工作产生的热量散失；由于第二壳体12内设置第二电机单元3，第二电机单元3的功率较大，工作产生的热量大，因此，为了使散热效果更好，第二壳体12内沿其长度方向设置有散热水道16，该散热水道16设置为环绕在第二壳体12内的螺旋形水道，第二壳体12外设置有与散热水道16的入口相通连的进水口17和与散热水道16的出口相通连的出水口18，进水口17和出水口18之间通过循环水泵与冷却水箱相连，该循环水泵和冷却水箱可固定定位在外壳体1外，循环水泵将冷却水箱内的水通过进水口17导入散热水道16内对第二电机单元3进行水冷散热，温度升高的水通过出水口18再回流到冷却水箱内，实现了对第二电机单元3的循环水冷冷却。
上述电动汽车双电机驱动系统的控制方法，包括以下步骤：
1)角度传感器5检测转轴4的转速信号并将信号传输给控制器；
2)控制器将检测的转速信号变换成数字信号后将其与第一电机单元2、第二电机单元3的高效区转速范围进行比较；
3)当检测的转速小于第一电机单元2的高效区转速范围或在第一电机单元2的高效区转速范围内时，控制器控制继电器Ⅰ工作，控制第一电机单元2工作；当检测的转速等于第一电机单元2的高效区转速的最大值时，控制器控制继电器Ⅰ工作，控制第一电机单元2工作；当检测的转速在第二电机单元3的高效区转速范围内或大于第二电机单元3的高效区转速范围时，控制器控制继电器Ⅱ工作，控制第二电机单元3工作，使车速长时间保持在双电机驱动系统的高效区转速范围内。
综上，该双电机驱动系统整体结构简单紧凑，加工难度低，散热效果好，可在电动汽车低速和高速运行的工况下使电机运行在高效率的经济转速下，提高了电机的工作效率，节约了电能，提高了电动汽车的续航里程。
以上所述，只是用图解说明本发明的一些原理，本说明书并非是要将本发明局限在所示所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。

Claims (10)

1.一种电动汽车双电机驱动系统，其特征在于，包括外壳体(1)、第一电机单元(2)、第二电机单元(3)、转轴(4)、角度传感器(5)和控制器，所述外壳体(1)的两端分别设置有端盖(6)，所述外壳体(1)内设置有转轴(4)，所述转轴(4)的两端分别通过轴承与端盖(6)相连，所述转轴(4)的两端还设置有第一电机单元(2)和第二电机单元(3)，所述第一电机单元(2)的功率小于第二电机单元(3)的功率，所述转轴(4)的轴端连接所述角度传感器(5)，所述角度传感器(5)通过控制器与两个相互并联的继电器Ⅰ和继电器Ⅱ相连，所述继电器Ⅰ与第一电机单元(2)的控制电路电连接，所述继电器Ⅱ与第二电机单元(3)的控制电路电连接。
2.根据权利要求1所述的电动汽车双电机驱动系统，其特征在于：所述第一电机单元(2)包括第一定子部件(21)和第一转子部件(22)，所述第一转子部件(22)固定在所述转轴(4)的一端，所述第一定子部件(21)设置在所述第一转子部件(22)外，且所述第一定子部件(21)压装在所述外壳体(1)的内壁上。
3.根据权利要求2所述的电动汽车双电机驱动系统，其特征在于：所述第二电机单元(3)包括第二定子部件(31)和第二转子部件(32)，所述第二转子部件(32)固定在所述转轴(4)的另一端，所述第二定子部件(31)设置在所述第二转子部件(32)外，且所述第二定子部件(31)压装在所述外壳体(1)的内壁上。
4.根据权利要求3所述的电动汽车双电机驱动系统，其特征在于：所述第一定子部件(21)和第二定子部件(31)均包括定子铁芯(211)及其内壁的绕线槽内缠绕的定子线圈(212)，所述第一定子部件(21)的定子铁芯(211)内的绕线槽的数量小于第二定子部件(31)的绕线槽的数量。
5.根据权利要求3所述的电动汽车双电机驱动系统，其特征在于：所述第一转子部件(22)和第二转子部件(32)均包括转子铁芯(221)及其外周设置的多个永磁体(222)，所述第一转子部件(22)中的永磁体(222)的数量大于所述第二转子部件(32)中的永磁体(222)的数量。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的电动汽车双电机驱动系统，其特征在于：所述第一电机单元(2)的高效区转速最大值等于所述第二电机单元(3)的高效区转速最小值；所述第一电机单元(2)的体积小于所述第二电机单元(3)的体积，所述外壳体(1)包括一体成型的第一壳体(11)和第二壳体(12)，所述第一壳体(11)内设置所述第一电机单元(2)，所述第二壳体(12)内设置所述第二电机单元(3)，所述第一壳体(11)和第二壳体(12)之间通过锥形过渡段(13)相连，所述锥形过渡段(13)上设置有多个接线口(14)。
7.根据权利要求6所述的电动汽车双电机驱动系统，其特征在于：所述第一壳体(11)外沿其周向设置有散热翅片(15)，所述第二壳体(12)内沿其长度方向设置有散热水道(16)，所述第二壳体(12)外设置有与所述散热水道(16)的入口相通连的进水口(17)和与所述散热水道(16)的出口相通连的出水口(18)。
8.根据权利要求7所述的电动汽车双电机驱动系统，其特征在于：所述散热水道(16)设置为环绕在第二壳体(12)内的螺旋形水道。
9.根据权利要求1所述的电动汽车双电机驱动系统，其特征在于：所述外壳体(1)固定在车身底盘上，所述转轴(4)伸出外壳体(1)的一端与车轮轮毂固定相连。
10.一种如权利要求1～9任意一项所述的电动汽车双电机驱动系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)角度传感器(5)检测转轴(4)的转速信号并将信号传输给控制器；
2)控制器将检测的转速信号变换成数字信号后将其与第一电机单元(2)、第二电机单元(3)的高效区转速范围进行比较；
3)当检测的转速小于第一电机单元(2)的高效区转速范围或在第一电机单元(2)的高效区转速范围内时，控制器控制继电器Ⅰ工作，控制第一电机单元(2)工作；当检测的转速等于第一电机单元(2)的高效区转速的最大值时，控制器控制继电器Ⅰ工作，控制第一电机单元(2)工作；当检测的转速在第二电机单元(3)的高效区转速范围内或大于第二电机单元(3)的高效区转速范围时，控制器控制继电器Ⅱ工作，控制第二电机单元(3)工作。
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