CN1951013A - 车辆驱动系统以及具有该系统的车辆 - Google Patents

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Abstract

转子(3)具有用作隔断磁通量的磁通量屏蔽的槽缝(22，24，26，28)。当车辆前进时，转子的正旋转方向由箭头所示。槽缝的宽度从相对于正方向的后部位置朝前导位置逐渐变窄。由于在与箭头所示正方向相反的方向上的磁通量泄漏大于在正方向上的磁通量泄漏，所以会产生高的转矩和高的反电动势，从而在反方向上不会产生电动机输出，除非施加高电压。因此，在反方向上产生的转矩用于再生操作。通过这种布置，可提供一种在动力运行和再生操作之间具有平衡性能的车辆驱动系统，以及包含该系统的车辆。

Description

车辆驱动系统以及具有该系统的车辆
技术领域
本发明涉及一种车辆驱动系统和具有该系统的车辆，尤其涉及一种包括旋转电机的车辆驱动系统以及具有该系统的车辆。
背景技术
近年来，人们一直致力于找到一种小型的高效的电动机作为驱动电动车辆、混合动力车辆和其它车辆的电动机。因此已经对多种电动机例如同步磁阻电动机和嵌入式磁体同步电动机进行了研究。
其中，日本专利公开No.10-150754公开了磁阻电动机的一个示例，其中设置在磁通量屏蔽电动机的转子部分处的槽缝设计成宽度可改变以改善效率。具体地，该专利文献在图7中公开了一槽缝形成为相对于旋转方向在磁极中心前面的前导位置比在后面的位置具有更小的宽度。
当电动机用于驱动电动车辆、混合动力车辆和其它车辆时，电动机的一个重要特性是执行再生操作。在传统的改善性能的方法中，主要是追求在动力运行(power running)期间的性能，而几乎没有追求在再生操作期间的性能。
尤其是对于机动车辆，其上安装有蓄电池以用作驱动电动机的直流电源，因此在动力运行和再生操作期间的电压波动不可忽略。因此，考虑到电压波动，需要以动力运行和再生操作之间达到良好平衡的方式来改善性能。
发明内容
本发明的一个目标是提供一种能够以动力运行和再生操作之间达到良好平衡的方式来发挥性能的车辆驱动系统，以及具有该车辆驱动系统的车辆。
总之，本发明是一种车辆驱动系统，包括：构造成以正方向和反方向作为输出轴旋转方向的旋转电机，在反方向上的最大输出小于在正方向上的最大输出；在旋转电机的动力运行期间放电而在旋转电机的再生操作期间充电的蓄电池，蓄电池的端子之间的电压在蓄电池充电时增大，而在蓄电池放电时减小；以及根据输出轴在正方向上的旋转，在使得车辆前进的方向上旋转的旋转轴。
优选地，该旋转电机包括定子和转子，该转子具有在反方向上的旋转的最大输出小于在正方向上的旋转的最大输出的形状。
更优选地，转子具有多个凸极部，并且该多个凸极部中的每一个具有相对于通过旋转中心并正交于输出轴的轴线倾斜的形状。
更优选地，该转子具有相对于通过旋转中心并正交于输出轴的轴线两侧不对称的磁通量屏蔽。
优选地，该车辆驱动系统还包括设置在用于在蓄电池和旋转电机之间授受电流的路径上的逆变器，和从该旋转电机获得旋转信息以控制该逆变器的控制装置。该控制装置控制逆变器，以便根据加速指令在转子内产生在正方向上的转矩，以便该旋转电机执行动力运行，和根据减速指令在转子内产生在反方向上的转矩，以便该旋转电机执行再生操作。
根据本发明的另一个方面，本发明是一种车辆，包括：车辆驱动系统和连接到旋转轴的车轮。该车辆驱动系统包括构造成以正方向和反方向作为输出轴旋转方向的旋转电机，在反方向上的最大输出小于在正方向上的最大输出；在旋转电机的动力运行期间放电而在旋转电机的再生操作期间充电的蓄电池，蓄电池的端子之间的电压在蓄电池充电时增大，而在蓄电池放电时减小；以及根据输出轴在正方向上的旋转，在使得车辆前进的方向上旋转的旋转轴。
优选地，该旋转电机包括定子和转子，该转子具有在反方向上的旋转的最大输出小于在正方向上的旋转的最大输出的形状。
更优选地，转子具有多个凸极部，并且该多个凸极部中的每一个具有相对于通过旋转中心并正交于输出轴的轴线倾斜的形状。
更优选地，该转子具有相对于通过旋转中心并正交于输出轴的轴线两侧不对称的磁通量屏蔽。
优选地，该车辆驱动系统还包括设置在用于在蓄电池和旋转电机之间授受电流的路径上的逆变器，和从该旋转电机获得旋转信息以控制该逆变器的控制装置。该控制装置控制逆变器，以便根据加速指令在转子内产生在正方向上的转矩，以便该旋转电机执行动力运行，和根据减速指令在转子内产生在反方向上的转矩，以便该旋转电机执行再生操作。
根据本发明，可以实现一种具有旋转电机的车辆驱动系统，其中在动力运行期间的最大输出和在再生操作期间的最大输出被很好地平衡。
附图说明
图1是示出根据本发明的车辆驱动系统100的构造的图。
图2是示出图1中的旋转电机1的第一实施例的形状的横截面视图。
图3是示出图1中的旋转电机1的第二实施例的形状的横截面视图。
图4是示出图1中的蓄电池38的电流-电压特性的图。
图5是示出当控制用于本发明的旋转电机的最大输出时所显示的操作特性的图。
图6是示出当考虑到蓄电池的电压波动而控制用于本发明的旋转电机的最大输出时所显示的操作特性的图。
具体实施方式
下文将参照附图详细说明本发明的实施例，其中相同或对应的部分用相同参考标号指示，并且将不再重复说明。
图1是示出根据本发明的车辆驱动系统100的构造的图。
参照图1，车辆驱动系统100包括蓄电池38、在动力运行期间从蓄电池38接收能量并在再生操作期间向该蓄电池返回能量的三相逆变器36，以及旋转电机1，其中通过三相逆变器36控制U相、V相和W相线圈中的每一个的电流和电压。
三相逆变器36包括IGBT 52-62，每个IGBT是功率半导体器件。IGBT52和IGBT 54在蓄电池38的正电极和负电极之间串联连接，并且它们的连接节点连接到电动机的U相线圈。IGBT 56和IGBT 58在蓄电池38的正电极和负电极之间串联连接，并且它们的连接节点连接到电动机的V相线圈。IGBT 60和IGBT 62在蓄电池38的正电极和负电极之间串联连接，并且它们的连接节点连接到电动机的W相线圈。
车辆驱动系统100还包括检测驾驶员的加速器踏板位置的加速器踏板位置传感器41，和从电动机接收旋转信息P以便根据加速器踏板位置传感器41的输出控制三相逆变器36的控制器40。控制器40包括未示出的CPU、ROM、RAM等，以便控制IGBT 52-62中的每一个的门极。
车辆驱动系统100还包括连接到电动机的输出轴44的减速器34，和连接到减速器34的输出轴42的车轮32。
图2是示出图1中的旋转电机1的第一实施例的形状的横截面视图。
参照图2，旋转电机1A包括定子2和转子3。
定子2和转子3中的每一个均由堆叠的磁性钢板形成。转子3的中心部具有穿过该磁性钢板中心的旋转轴4。旋转电机1在用于驱动车辆的动力运行期间用作电动机，而在用于制动车辆的再生操作期间用作发电机。
定子2包括定子磁轭13、连接到定子磁轭13的定子铁心14，和缠绕每个定子铁心14的线圈(未示出)。
转子3具有槽缝22、24、26和28，每个槽缝用作阻挡磁通量的磁通量屏蔽。图2中的箭头所示的方向是正方向，当车辆前进时转子沿该方向旋转，并且每个槽缝的宽度相对于正方向从后部位置向前导位置逐渐减小。
图3是示出图1中的旋转电机1的第二实施例的形状的横截面视图。
参考图3，旋转电机1B包括定子30和转子33。
定子30包括定子磁轭43、连接到定子磁轭43的定子铁心45，和缠绕每个定子铁心45的线圈(未示出)。
转子3是其中形成两对凸极的四极转子。凸极35相对于轴线X-X倾斜并具有两侧不对称形状。图2中的箭头所示的方向是正方向，当车辆前进时转子沿该方向旋转，并且凸极35的倾斜方向是从旋转中心到外部、从相对于正方向的后侧朝前侧的倾斜方向。
对于图3和4中所示的转子的形状，在与箭头所示的正方向相对的反方向上的旋转导致的磁通量泄漏大于在正方向上的旋转导致的磁通量泄漏，因此产生高的转矩和高的反电动势。因此，在相反方向上，转子不能用作产生输出的电动机，除非向转子施加高电压。因此，在反方向上产生的转矩用于再生操作。
图4是示出图1中的蓄电池38的电流-电压特性的图。
参照图4，由于蓄电池38具有内电阻，所以在动力运行期间-即放电操作期间-随着电流增加，该蓄电池的端子之间的电压降低。相反，在再生操作期间-即充电期间-随着电流的幅值增加，该蓄电池的端子之间的电压升高。在图4中，放电电流的方向设定为正。
在本发明中，当驱动机动车辆时，考虑到在动力运行和再生操作期间的电压波动，以动力运行和再生操作之间达到良好平衡的方式来改善性能。
图5是示出当控制用于本发明的旋转电机的最大输出时所显示的操作特性的图。
参照图5，第一象限示出产生正电动机转速和正转矩的运行状态，第二象限示出产生负电动机转速和正转矩的运行状态，第三象限示出产生负电动机转速和负转矩的运行状态，第四象限示出产生正电动机转速和负转矩的运行状态。应指出，在图2和3中的每一个内的箭头所示的正方向上的电动机转速被设定为正。
换句话说，第一象限示出当车辆前进时执行的动力运行，第二象限示出当车辆向后运动时执行的动力运行，第三象限示出当车辆向后运动时执行的再生操作，第四象限示出当车辆前进时执行的再生操作。第一象限和第三象限示出相互点对称的曲线，第二象限和第四象限也示出相互点对称的曲线，这是因为在转子处产生的转矩的方向相同而转子的旋转方向相反。
在图5中，在第一象限内-即在动力运行期间-的最大功率曲线所示的输出幅值设计成大于在第六象限内-即在再生操作期间-的最大功率曲线所示的输出幅值。应指出，当提供固定的电源电压时会呈现图5中所示的特性。通过采用具有图2和3中的每一个所示形状的转子，可使曲线P1的输出大于曲线P4的输出。在此情况下，在曲线P1中当电动机转速低时产生的最大转矩小于曲线P4。
在动力运行期间的最大输出表示通过正转矩使旋转轴加速的最大功，在再生操作期间的最大输出表示通过负转矩使旋转轴减速的最大功。
图6是示出当考虑到蓄电池的电压波动而控制用于本发明的旋转电机的最大输出时所显示的操作特性的图。
参考图6，虚线示出具有两侧对称形状的传统转子的磁阻电动机的情况。如图4所示，蓄电池电压在动力运行期间降低。由于蓄电池电压降低，所以在动力运行期间的最大功率曲线W3朝转矩的较小幅值偏移。
如图4中所示，蓄电池电压的幅值在再生操作期间增加。因此，最大功率曲线W4朝转矩的较大绝对值偏移。换句话说，与再生操作期间曲线W4中的输出相比，动力运行期间在曲线W3中的输出大大降低。如果使用传统技术设计电动机以便可在动力运行期间获得足够的输出，则电动机具有的特性对于再生操作是过度的。
相反，实线W1和W2示出本发明的情况。当图5中所示的曲线在蓄电池电压波动的影响下偏移时，如图6所示，可以实现在动力运行期间的最大功率曲线W1和再生操作期间的最大功率曲线W2之间很好地平衡的电动机。
显然应理解，这里公开的实施例是作为举例而决不是作为限制。本发明的范围不是由上述说明限定，而是由所附权利要求限定。本发明旨在包含落入权利要求及其等同含义范围内的所有变型。

Claims (10)

1.一种车辆驱动系统，包括：
构造成以正方向和反方向作为输出轴(44)的旋转方向的旋转电机(1，1A)，在所述反方向上的最大输出小于在所述正方向上的最大输出；
在所述旋转电机(1，1A)的动力运行期间放电而在所述旋转电机(1，1A)的再生操作期间充电的蓄电池(38)，所述蓄电池(38)的端子之间的电压在所述蓄电池(38)充电时增大，而在所述蓄电池(38)放电时减小；以及
根据所述输出轴(44)在所述正方向上的旋转，在使得车辆前进的方向上旋转的旋转轴(42)。
2.根据权利要求1的车辆驱动系统，其特征在于，所述旋转电机(1，1A)包括：
定子(2，30)，以及
转子(3，33)，该转子具有在所述反方向上的旋转的最大输出小于在所述正方向上的旋转的最大输出的形状。
3.根据权利要求2的车辆驱动系统，其特征在于，
所述转子(33)具有多个凸极部(35)，并且
所述多个凸极部(35)中的每一个具有相对于通过旋转中心并与所述输出轴正交的轴线倾斜的形状。
4.根据权利要求2的车辆驱动系统，其特征在于，所述转子(3)设有相对于通过旋转中心并与所述输出轴正交的轴线两侧不对称的磁通量屏蔽(22，24，26，28)。
5.根据权利要求1的车辆驱动系统，其特征在于还包括：
设置在用于在所述蓄电池(38)和所述旋转电机(1，1A)之间授受电流的路径上的逆变器(36)，以及
从所述旋转电机(1，1A)获得旋转信息以控制所述逆变器(36)的控制装置(40)，其中
所述控制装置(40)控制所述逆变器(36)，以便根据加速指令在所述转子(3，33)内产生在所述正方向上的转矩，以便所述旋转电机(1，1A)执行动力运行，和根据减速指令在所述转子(3，33)内产生在所述反方向上的转矩，以便所述旋转电机(1，1A)执行再生操作。
6.一种车辆，包括：
车辆驱动系统，其中所述车辆驱动系统包括：
构造成以正方向和反方向作为输出轴(44)的旋转方向的旋转电机(1，1A)，在所述反方向上的最大输出小于在所述正方向上的最大输出；
在所述旋转电机(1，1A)的动力运行期间放电而在所述旋转电机的再生操作期间充电的蓄电池(38)，所述蓄电池(38)的端子之间的电压在所述蓄电池(38)充电时增大，而在所述蓄电池(38)放电时减小；以及
根据所述输出轴(44)在正方向上的旋转，在使得车辆前进的方向上旋转的旋转轴(42)；以及
连接到所述旋转轴(42)的车轮(32)。
7.根据权利要求6的车辆，其特征在于，所述旋转电机(1，1A)包括：
定子(2，30)，以及
转子(3，33)，该转子具有在所述反方向上的旋转的最大输出小于在所述正方向上的旋转的最大输出的形状。
8.根据权利要求7的车辆，其特征在于，
所述转子(33)具有多个凸极部(35)，并且
所述多个凸极部(35)中的每一个具有相对于通过旋转中心并与所述输出轴正交的轴线倾斜的形状。
9.根据权利要求7的车辆，其特征在于，所述转子(3)设有相对于通过旋转中心并与所述输出轴正交的轴线两侧不对称的磁通量屏蔽(22，24，26，28)。
10.根据权利要求6的车辆，其特征在于，
所述车辆驱动系统还包括：
设置在用于在所述蓄电池(38)和所述旋转电机(1)之间授受电流的路径上的逆变器(36)，以及
从所述旋转电机(1，1A)获得旋转信息以控制所述逆变器(36)的控制装置(40)，并且
所述控制装置(40)控制所述逆变器(36)，以便根据加速指令在所述转子(3，33)内产生在所述正方向上的转矩，以便所述旋转电机(1，1A)执行动力运行，和根据减速指令在所述转子(3，33)内产生在所述反方向上的转矩，以便所述旋转电机(1，1A)执行再生操作。
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