CN115556562A - 一种双转子电机混合动力驱动系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种双转子电机混合动力驱动系统，本发明属于机械技术领域，涉及一种双转子电机的混合动力，主要由一个双转子电机、发动机和相应的离合装置组成，能实现电机输出、发动机输出、发动机发电、发动机电动机同时输出等多种情况。

Description

一种双转子电机混合动力驱动系统
技术领域
本发明涉及混合动力技术领域，具体涉及一种用于混合动力汽车的动力系统。
背景技术
混合动力技术是未来新能源技术之一，通常的混动模式，为发动机带动发电机，同时根据需求的耦合输出的电动机，目前也有多种利用双转子电机作为分配、集合输出的发明如CN216467314U、CN101135360A、CN106004404A、CN102158026A，可见双转子是比较成熟的技术，但其双转子系统等存在实用性差、结构复杂、成本高情况，而现有的混合动力系统都采用单电机组合而成，存在自重大，体积大等情况。
发明内容
本发明利用双转子电机，简化并组合了电动机和发电机，同时有效的利用安培力实现机械能和电能的输出，本发明的目的是为了克服现有技术的结构复杂成本高，新颖的采用永磁体和电磁铁组成可控海尔贝克阵列转子和一种双向异步电机，本发明具有结构简单、成本低、集成度高、可靠性强、适应多种情况。
技术方案：
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
包括：发动机，第一离合器，输入轴，双转子复合电机，第二离合器，输出轴，电机控制器，蓄电池，第一转子，第二转子，定子，锁定器；
所述发动机的输出端连接第一离合器，第一离合器通过输入轴连接第一转子，第二转子连接输出轴。输入轴与输出轴通过第二离合器连接，输出轴上有锁定器；
所述双转子复合电机由定子，第一转子、第二转子组成，第一转子位于第二转子内，第一转子与第二转子同轴心，第一转子与输入轴连接，第二转子与输出轴连接，第一转子和第二转子位于圆环定子内，定子能与第二转子相互发生能量传递，第二转子能与第一转子相互发生能量传递；
所述双转子复合电机通过电机控制器与蓄电池连接。
为了简化便于理解，本发明中，定子与双转子复合电机外壳固定，转子引出端有集电环通过电刷连接外部，有电机散热系统，车辆具有刹车系统，输入电流根据实际情况可设置为多相电，电机转子上由位置感应器，发动机输出端和输出轴端有齿轮调速机构为所属技术领域的技术人员能认知到的。
转子型式选取有两种：
第一种是采用同步电机方式，第二转子采用永磁体和电磁铁组成海尔贝克阵列，可控的选择靠近定子侧或靠近第二转子侧磁场强度，定子和第一转子采用同步电机式绕组，第一转子绕组后通过电刷连接电机控制器，电机控制器连接蓄电池，电机控制器内有逆变器和整流器。
当汽车起步时和低速运动时，第一离合器断开，第二离合器耦合，蓄电池电流通过电机控制器连接到定子上，此时定子和第二转子相当于永磁同步电机，第二转子将电能转换为机械能由输出轴输出；
当汽车蓄电池电压低汽车在运动中时，发动机启动，第一离合器耦合，第二离合器断开，此时，发动机带动第一转子旋转，第一转子线圈切割第二转子的磁场，产生电流，由第一转子的电刷通过电机控制器内整流器，给蓄电池充电，同时由于第一转子与第二转子同向旋转且快于第二转子，第一转子的线圈切割第二转子的磁场也会产生安培力使第二转子动力增强；第二转子为永磁体和电磁铁组成海尔贝克阵列，由永磁体磁极平行转子法线和电磁线圈磁极垂直与转子法线组成，通过改变电磁线圈中电流的方向从而改变不同侧的磁场强度，可控的选择靠近定子侧或靠近第一转子侧磁场强度，调整发电量和动力输出量。
当车辆处于高速状态时，发动机启动，第一离合器耦合，第二离合器耦合，发动机通过第一离合器、输入轴、第二离合器、输出轴至输出端。
当车辆处于停车发电状态时，发动机启动，第一离合器耦合，锁定器锁定输出轴，也可以利用刹车系统将输出轴锁定就省去了锁定器，调整转子二中电磁铁电流方向将靠近第一转子侧磁场强度增强，转子一切割转子二磁场，产生电流由转子一的碳刷通过电机控制内整流器给蓄电池充电。
无刷永磁直流电机可以看作特殊的永磁同步电机，只是磁路设计和普通同步电机不同，原理和同步电机一样。
第二种是采用异步电机方式，第二转子采用鼠笼式或者绕线式转子，电动车中优选的采用绕线式转子；第一转子绕组后通过电刷连接到电机控制器上。
当汽车起步时和低速运动时，第一离合器断开，第二离合器耦合，蓄电池电流通过电机控制器连接到定子上，此时定子和第二转子相当于异步电机，第二转子将电能转换为机械能由输出轴输出；特别的采用绕线式转子时，第二转子通过集电环和电刷连接电机控制器内的附加电阻，以便在启动时增大启动转矩，减小启动电流。
当汽车蓄电池电压低且汽车在运动中时，发动机启动，第一离合器耦合，第二离合器断开，此时，发动机带动第一转子旋转，由于汽车在运动中，电机控制器向定子绕组输出电能，在气隙中产生旋转磁场，当旋转磁场切割转子导体时，在导体中产生感应电动势,感应电动势在闭合的第二转子中形成电流，电流在旋转的磁场中受到力作用旋转，转子磁势与定子磁势相同，第一转子切割第二转子产生的气隙磁场，在第一转子的绕组线圈中形成电流，通过第一转子上的集电环和电刷连接电机控制器，将电能存储进蓄电池中。
当车辆处于高速状态时，在发动机启动下，第一离合器耦合，第二离合器耦合，发动机通过第一离合器、输入轴、第二离合器、输出轴至输出端，同时电机控制器清除定子和转子中的电流。
当车辆处于停车发电状态时，发动机启动，第一离合器耦合，锁定器锁定输出轴，也可以利用刹车系统将输出轴锁定就省去了锁定器，对第一转子中通入电流，形成磁场，由第二转子切割第一转子的磁感线，通过第二转子的碳刷和集电环传输至电机控制器内整流器给蓄电池充电，同理，也可以给第二转子中通入电流，由第一转子输出电流，这种方式为同步发电机方式；第二种是感应发电方式，与异步发电机原理相同，由电机控制器在定子绕组中通入多相交变电流，形成旋转磁场，第一转子与发动机一同旋转，第二转子固定，第二转子中也会感应出旋转的磁场，该旋转的磁场可视为和定子的旋转磁场相同，第二转子的旋转磁场将会在第一转子中感应出电场，产生的电磁转矩与转子旋转方向相反，由于第一转子速度大于磁场转速，转差率为负，将机械功率转化为电功率。
有益效果：
采用本混合动力装置能实现电动机和内燃机的混合使用，既能发电又能动力输出，实现纯电模式、混合模式、直驱模式、充电模式,也可以实现蓄电池低电量的情况下行进中充电。
一、附图说明：
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明第二转子方式一结构示意图；
图中:1.发动机，2.第一离合器，3.输入轴，4.双转子复合电机，5.第二离合器，6.输出轴，7.电机控制器，8.蓄电池，9.第一转子，10.第二转子，11.定子，12.锁定器，13.永磁体，14.电磁铁。
二、具体实施方式：
实施例一：根据图1，图2展示一种双转子电机混合动力驱动系统，包括：发动机1，第一离合器2，输入轴3，双转子复合电机4，第二离合器5，输出轴6，电机控制器7，蓄电池8，第一转子9，第二转子10，定子11，锁定器12；第二转子10采用永磁体13和电磁铁14组成海尔贝克阵列，可控的选择靠近定子侧或靠近第二转子侧磁场强度，第一转子9绕组后通过电刷连接电机控制器7，电机控制器连接蓄电池8，电机控制器7内有逆变器和整流器。
当汽车起步时和低速运动时，第一离合器2断开，第二离合器5耦合，蓄电池电流通过电机控制器连接到定子上，此时定子11和第二转子10相当于永磁同步电机，第二转子10将电能转换为机械能由输出轴6输出到变速装置再传动到车轮上；
当汽车蓄电池电压低且汽车在运动中时，发动机1启动，第一离合器2耦合，第二离合器5断开，此时，发动机1带动第一转子9旋转，第一转子线圈切割第二转子10的磁场，产生电流，由第一转子的电刷通过电机控制器7内整流器，给蓄电池8充电，同时由于第一转子9与第二转子10同向旋转且快于第二转子10，第一转子9的线圈切割第二转子的磁场也会产生安培力使第二转子10动力增强；可控的选择靠近定子侧或靠近第一转子侧磁场强度，调整发电量和动力输出量，运动中，定子可控的对第二转子10做功。
当车辆处于高速状态时，发动机启动，第一离合器2耦合，第二离合器5耦合，发动机通过第一离合器、输入轴、第二离合器、输出轴至输出端的机械能量路径，高速状态类似于汽车行驶的高档位状态，该状态电机控制器可以继续向定子输出能量，也可以由第二转子的磁感线切割定子线圈向定子输送电能储存进入蓄电池中。
当车辆处于停车发电状态时，发动机启动，第一离合器耦合，锁定器锁定输出轴，也可以利用刹车系统将输出轴锁定就省去了锁定器，调整第二转子10中电磁铁电流方向将靠近第一转子侧磁场强度增强，转子一切割转子二磁场，产生电流由转子一的碳刷通过电机控制内整流器给蓄电池充电。
实施例二：
根据图1展示一种双转子电机混合动力驱动系统，包括：发动机1，第一离合器2，输入轴3，双转子复合电机4，第二离合器5，输出轴6，电机控制器7，蓄电池8，第一转子9，第二转子10，定子11，锁定器12，第二转子采用鼠笼式或者绕线式转子，电动车中优选的采用绕线式转子；第一转子绕组后通过电刷连接到电机控制器上。
当汽车起步时和低速运动时，第一离合器2断开，第二离合器5耦合，蓄电池8电流通过电机控制器7连接到定子11上，此时定子11和第二转子10相当于异步电机，将电能转换为机械能由输出轴输出；特别的采用绕线式转子时，第二转子通过集电环和电刷连接电机控制器内的附加电阻，以便在启动时增大启动转矩，减小启动电流。
当汽车蓄电池电压低且汽车在运动中时，发动机1启动，第一离合器2耦合，第二离合器5断开，此时，发动机带动第一转子9旋转，由于汽车在运动中，电机控制器向定子11绕组输出电能，在气隙中产生旋转磁场，当旋转磁场切割转子导体时，在导体中产生感应电动势,感应电动势在闭合的第二转子中形成电流，电流在旋转的磁场中受到力作用旋转，转子磁势与定子磁势相同，第一转子9切割第二转子10产生的气隙磁场，在第一转子9的绕组线圈中形成电流，通过第一转子9上的集电环和电刷连接电机控制器7，将电能存储进蓄电池8中。
当车辆处于高速状态时，在发动机启动下，第一离合器2耦合，第二离合器5耦合，发动机通过第一离合器2、输入轴3、第二离合器5、输出轴6至输出端，同时电机控制器7清除定子和全部转子中的电流。
当车辆处于停车发电状态时，发动机1启动，第一离合器2耦合，锁定器12锁定输出轴6，也可以利用刹车系统将输出轴锁定就省去了锁定器，对第一转子9中通入电流，形成磁场，由第二转子10切割第一转子9的磁感线，通过第二转子10的碳刷和集电环传输至电机控制器7内整流器给蓄电池8充电，也可以给第二转子10中通入电流，定子11和第一转子9输出电流，这种方式为同步发电机方式；第二种是感应发电方式，与异步发电机原理相同，由电机控制器7在定子11绕组中通入多相交变电流，形成旋转磁场，第一转子9与发动机1一同旋转，第二转子10固定，第二转子10中也会感应出旋转的磁场，该旋转的磁场可视为和定子11的旋转磁场相同，第二转子10的旋转磁场将会在第一转子9中感应出电场，产生的电磁转矩与转子旋转方向相反，由于第一转子速度大于磁场转速，转差率为负，将机械功率转化为电功率。
此外也可以在第一转子9中通入电流，在第二转子中感应出磁场，第二转子产生的电磁转矩与转子旋转方向相反，由于第一转子速度大于磁场转速，将在第一转子9感应电流，通过第一转子上的集电环和电刷连接电机控制器7，将电能存储进蓄电池8中。

Claims (7)

1.一种用于混合动力汽车的动力传动装置，其特征在于，包括：发动机（1），第一离合器（2），输入轴（3），双转子复合电机（4），第二离合器（5），输出轴(6)，电机控制器(7)，蓄电池(8)，第一转子（9），第二转子（10），定子(11)，锁定器（12）；
所述发动机的输出端连接第一离合器（2），第一离合器（2）通过输入轴（3）连接第一转子（9），第二转子（10）连接输出轴（6），输入轴（3）与输出轴（6）通过第二离合器连接（5），输出轴（6）上有锁定器（12）；
所述双转子复合电机由定子（11），第一转子（9）、第二转子（10）组成，第一转子（9）位于第二转子（10）内，第一转子（9）与第二转子（10）同轴心，第一转子（9）与输入轴（3）连接，第二转子（10）与输出轴（6）连接，第一转子（9）和第二转子（10）位于圆环定子（11）内，定子（11）能与第二转子（10）相互发生能量传递，第二转子（10）能与第一转子（9）相互发生能量传递；
所述双转子复合电机（4）通过电机控制器（7）与蓄电池（8）连接。
2.根据权利要求1所述的混合动力汽车的动力传动装置的双转子复合电机，其特征是：第二转子（10）采用永磁体和电磁铁组成海尔贝克阵列，由永磁体磁极平行转子法线和电磁线圈磁极垂直转子法线组合而成，可控的选择靠近定子（11）侧或靠近第一转子（10）侧磁场强度。
3.根据权利要求2所述的双转子复合电机，其特征是：定子（11）绕组后连接电机控制器（7），第一转子（9）绕组后通过电刷连接电机控制器（7）。
4.根据权利要求1所述的混合动力汽车的动力传动装置的双转子复合电机，其特征是：第二转子（10）采用鼠笼式或者绕线式转子。
5.根据权利要求4所述的双转子复合电机，其特征是：第一转子（9）绕组后通过电刷连接到电机控制器（7）。
6.根据权利要求4所述的双转子复合电机，其特征是：第二转子（10）绕组后通过电刷连接到电机控制器（7）。
7.根据权利要求1所述的混合动力汽车的动力传动装置的电机控制器，其特征是：电机控制器内包含整流器和逆变器。
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