CN1319769C - 混联式混合动力汽车用电机 - Google Patents

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Abstract

涉及汽车动力领域的混联式混合动力汽车用电机，是针对公知的电机与发动机、变速齿轮箱的联接匹配不太理想，汽车发动机效率欠高而设计的。设计要点ISG电机的A冷却水管与A机壳连接成一体；HEV电机的B冷却水管与B机壳连接为一体。HEV/ISG电机既用作电动机，将由储能装置提供的电能转换为用于驱动车轮的机械能；同时HEV/ISG电机也用作发电机将刹车和减速的机械能转换为电能给动力储能装置进行充电；主要用于混联式混合动力汽车。解决了电机与发动机、变速齿轮箱的联接匹配，满足了混联式混合动力汽车对稀土永磁交流同步电机(HEV/ISG)的要求。

Description

混联式混合动力汽车用电机
技术领域
本发明涉及汽车动力领域，是混联式混合动力汽车用的HEV/ISG稀土交流永磁同步电机。
背景技术
目前，汽车只有单一的动力源，即发动机带动变速齿轮箱实施减速或加速。混合动力汽车结构分为串联、并联和混联三种型式，对于混联式综合了串联式和并联式两者的优点。使得发动机始终都在最佳状态下运行技术方案尚未报道。混联型独特之处在于发动机可以和变速箱有效分离，从而必要时可以象串联式一样的工作。在低速状况，发动机和变速箱分离，按照串联方式工作；在高速状态，发动机和变速箱连接，按照并联方式工作；因此混联式充分利用了串联和并联的优点，能够使发动机更高频率的在最佳状态下工作。由于添加了更多附件，而且组合更加复杂，混联式的成本也比前两者都普遍高。
这样要求HEV电机能够在最大功率持续时间30～60s，如果电机冷却不好，散热不可靠，性能与电机的效率就会大大降低，所以电机机壳采取水冷却方式，来满足电机冷却的需要，这样对电机机壳设计与制造难度增大，而且目前还没有成熟的制造手段；这样要求电机重量轻，温升低，定子铁芯与机壳接触面积大，电机可靠性要求高；用于混合动力汽车的电机还必须要具有良好的可控性和容错能力以及低噪声、高效率，同时具有对电压波动不敏感等性能。
同样要求ISG电机能够在最大功率持续时间，如果电机冷却不好，散热不可靠，性能与电机的效率就大大降低，所以电机机壳采取水冷却方式，来满足电机冷却的需要。这样对电机机壳设计与制造难度增大，而且目前还没有成熟的制造手段；这样要求电机重量轻，温升低，定子铁芯与机壳接触面积大，电机可靠性要求高；用于混合动力汽车的电机还必须要具有良好的可控性和容错能力以及低噪声、高效率，同时具有对电压波动不敏感等性能。
发明内容
本发明目的是提供一种混联式混合动力汽车用电机，使其解决电机与发动机、变速齿轮箱的联接匹配，满足混联式混合动力汽车对稀土永磁交流同步电机(HEV/ISG)的要求。本发明是采用如下技术方案来实现的。
一种混联式混合动力汽车用电机，该电机包括皮带轮，A、B前端盖，A、B机壳，A、B后端盖，A、B定子总成，A、B转子总成，A、B冷却水管，A、B旋转变压器总成，A、B出线盒；发动机联接ISG电机、混合动力汽车控制器；HEV电机联接离合器、发动机，混合动力汽车控制器；混合动力汽车控制器联接动力电瓶。要点是ISG电机的A冷却水管与A机壳连接成一体；HEV电机的B冷却水管与B机壳连接为一体。
所述的ISG电机的A转子总成的一端连接轴承；HEV电机的B转子总成的一端连接轴承。
所述的ISG电机的A转子总成的铁芯和HEV电机的B转子总成的铁芯是分段式的。所述的铁芯采用分段型，目的是来消除磁力脉动、电磁噪声与振源。
ISG电机的A定子总成的定子铁芯和HEV电机的B定子总成的定子铁芯采用直槽式。直槽式的铁芯易于加工适于大批量生产，相对成本低。
ISG电机或HEV电机与发动机、离合器、变速齿轮箱联接后分同时起动或单独起动。因ISG电机或HEV电机属稀土永磁同步交流电机，混联式综合了串联式或并联式两者的优点。混联式混和动力汽车采用这种方式使得发动机始终都在最佳状态下运行。混联型独特之处在于发动机和变速箱有效分离，从而必要时象串联式一样的工作。在低速状况，发动机和变速箱分离，按照串联方式工作；在高速状态，发动机和变速箱连接，按照并联方式工作；因此混联式充分利用了串联和并联的优点，能够使发动机更高频率的在最佳状态下工作。由于添加了更多附件，而且组合更加复杂，混联式的成本也比前两者都普遍高。
HEV/ISG电机既用作电动机，将由储能装置提供的电能转换为用于驱动车轮的机械能；同时HEV/ISG电机也用作发电机将刹车和减速的机械能转换为电能给动力储能装置进行充电；主要用于混联式混合动力汽车。解决了电机与发动机、变速齿轮箱的联接匹配，满足了混联式混合动力汽车对稀土永磁交流同步电机(HEV/ISG)的要求。。
附图说明
图1是本发明结构联接方框图。
图2是ISG电机结构示意图，序号中的同一名称前加入A。
图3是HEV电机结构示意图，序号中的同一名称前加入B。
以上附图的序号及名称：1、ISG电机，2、发动机，3、离合器，4、HEV电机，5、变速齿轮箱，6、动力电瓶，7、混合动力汽车控制器；8、皮带轮，9、A前端盖，10、A机壳，11、A后端盖，12、A定子总成，13、A转子总成，14、A冷却水管，15、A旋转变压器总成，16、A出线盒；17、B前端盖，18、B机壳，19、B后端盖，20、B旋转变压器总成，21、B定子总成，22、B转子总成，23、B冷却水管，24、B出线盒。
具体实施方式
下面结合具体应用来对本发明作进一步的描述：
参照图1、2、3，本发明装配到一汽混联式混合动力汽车，其控制方法为(如图1所示)：
一、混联式混合动力汽车与ISG电机和HEV电机的联接方式：
a)、ISG电机1、发动机2通过皮带轮8皮带的联接，发动机2通过皮带轮来传递力矩，为ISG电机1提供动力；
b)、ISG电机1的温度传感器和A旋转变压器总成15的传感信号通过线束(图1中的点划线为线束)与混合动力汽车控制器7联接，为该控制器控制ISG电机1提供传感信号；
c)、ISG电机1三相电线通过线束与混合动力汽车控制器7联接，当ISG电机1以发电机工作模式时，三相电线用来通过混合动力汽控制器7为动力电瓶6充电；当ISG电机1以电动机工作模式时，由动力电瓶6提供能源，混合动力汽车控制器7通过三相电线控制发动机2的转速，驱动汽车。
d)、HEV电机4B机壳18变速齿轮箱5直接联接；
e)、变速齿轮箱5通过离合器3与发动机2直接联接；
f)、HEV电机4与变速齿轮箱5的齿轮直接联接，HEV电机4直接通过变速齿轮来将动力传递给汽车；发动机2通过离合器3到变速齿轮将动力传递给汽车；
g)、HEV电机4的温度传感器和B旋转变压器总成20的传感信号通过线束与混合动力汽车控制器7联接，为混合动力汽车控制器7控制HEV电机4提供传感信号
h)、HEV电机4三相电线通过线束与混合动力汽车控制器7联接，当HEV电机4以发电机工作模式时，三相电线用来通过混合动力汽车控制器7为动力电瓶6充电；当HEV电机4以电动机工作模式时，由动力电瓶6提供能源，混合动力汽车控制器7通过三相电线控制电动机的转速，驱动汽车。
二、混联式混合动力电动汽车的工作模式：
①、启动以及中速以下行驶，此时发动机效率低下，因此发动机关闭，电池组合加进来为HEV电机4供电，仅由HEV电机4直接通过变速齿轮驱动汽车行驶；
②、在常规行驶时，发动机作主动力源，由动力分离装置将动力分成两路，一路驱动发电机进行发电，产生的电力HEV电机4运转，另一路则直接驱动车轮，系统会自动对两条路径的动力进行最佳分配，以达到效率的最大化；
③、当要加速时，混合动力汽车控制器7控制电池组为HEV电机4和ISG电机1供电，增强电动机输出功率，发动机与HEV电机4和ISG电机1同时给汽车提供动力；
④、当减速或制动时，则由车轮的惯性力驱动HEV电机4。这时HEV电机4变成了发电机，车辆制动能量转换成了电能，并通过控制器向动力电瓶6充电；
⑤、电池组电量保持在一个恒定水平。当系统发现电池组电量下降，混合动力汽车控制器7会控制ISG电机1发电，向电池组充电。
通常高速行驶状态下(纯油模式)这时候发动机启动，并只有发动机作为驱动源，发动机的能量一方面传输给汽车的驱动轮，一方面传输给发电机充电，电能再由电动机转化成驱动力传输到驱动轮上。急加速状态(油电混合模式)急加速过程通常需要更大驱动力，因此在此状态下发动机和电动机同时运转已获得最大的扭矩。1.5L发动机的功率只有56kw，而且始终是以优化功效的工作模式运行。然而加上电机的辅助，最大输出功率可以超过100kw，最大输出扭矩超过500N·m。制动过程(动能转化电能模式)该过程则是停止发动机喷油，利用发电机将动能转化成电能向电池充电，以备后用。
停车状态时，发动机和电动机会同时停止工作，此时油耗和排放均为零，不过在该状态下电池处于亏电状态，那么发动机继续运转驱动发电机向电池充电，此外，环保空调完全由电力驱动，因此关闭发动机后也一样运行。
在排放和节能上的优势，由于采用了混合动力系统，排放水平已经到达了SULEV(超低排放水平)的标准，而当它处于纯电力驱动时，它的排放为零。与此同时，它的燃油经济性也进一步提升，在城市和高速两种工况下分别达到4.7L/100Km和5.5L/100Km，而两者的综合油耗也只有5.1L/100Km，仅为同等排量内燃机汽车的2/3。
该车虽然在成本上比原型车高出约30％，但是比原型车节油40％～50％，综合排放低了60％以上。
a、研究开发混联式混合动力汽车用的稀土永磁同步电机(ISG)，达到下述技术指标：
峰值运行功率：8kw
额定运行功率：4kw
直流电压：288V
最大反电动势：350V
最大电流：210A
最高运行转速：8000rpm
极限运行转速：9000rpm
最大力矩：40N.M(1700rpm)
最大驱动转速：6000rpm
b、研究开发混联式混合动力汽车用的稀土永磁同步电机(HEV)，达到下述技术指标：
峰值运行功率：25kw
额定运行功率：15kw
直流电压：288V
最大反电动势：480V
最大电流：210A
最高运行转速：2200rpm
极限运行转速：6500rpm
最大力矩：135N.M(1770rpm)
最大驱动转速：6000rpm
最大功率持续时间(S)：30～60S。

Claims (4)

1、一种混联式混合动力汽车用电机，该电机包括皮带轮，A、B前端盖，A、B机壳，A、B后端盖，A、B定子总成，A、B转子总成，A、B冷却水管，A、B旋转变压器总成，A、B出线盒；发动机联接ISG电机、混合动力汽车控制器；HEV电机联接离合器、发动机，混合动力汽车控制器；混合动力汽车控制器联接动力电瓶；其特征是ISG电机(1)的A冷却水管(14)与A机壳(10)连接成一体；HEV电机(4)的B冷却水管(23)与B机壳(18)连接为一体。
2、如权利要求1所述的混联式混合动力汽车用电机，其特征是ISG电机(1)的A转子总成(13)的一端连接轴承；HEV电机(4)的B转子总成(22)的一端连接轴承。
3、如权利要求1所述的混联式混合动力汽车用电机，其特征是ISG电机(1)的A转子总成(13)的转子铁芯和HEV电机(4)的B转子总成(22)的转子铁芯是分段式的。
4、如权利要求1所述的混联式混合动力汽车用电机，其特征是ISG电机(1)的A定子总成(12)的定子铁芯和HEV电机(4)的B定子总成(21)的定子铁芯是直槽式。
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