CN204895102U

CN204895102U - 一种转矩耦合和转速耦合动力系统

Info

Publication number: CN204895102U
Application number: CN201520703565.6U
Authority: CN
Inventors: 余捷
Original assignee: Fujian University of Technology
Current assignee: Fujian University of Technology
Priority date: 2015-09-11
Filing date: 2015-09-11
Publication date: 2015-12-23
Anticipated expiration: 2025-09-11

Abstract

本实用新型公开了一种转矩耦合和转速耦合动力系统，包括发动机、定子浮动式电机、轴离合器、定子离合器、超级电容组；所述定子浮动式电机包括电机控制器、定子和转子，所述定子浮动式电机的定子上设置有定子制动器和集电环，集电环通过所述电机控制器与超级电容组电连接，发动机的动力输出轴通过所述轴离合器与定子浮动式电机的转子连接，发动机的动力输出轴通过所述定子离合器与定子浮动式电机的定子连接，所述定子浮动式电机的转子为动力系统的动力输出轴。本实用新型公转矩耦合和转速耦合动力系统结构简单、模式切换容易、高效率、高可靠性、同时兼顾车辆的动力性与经济性。

Description

一种转矩耦合和转速耦合动力系统

技术领域

本实用新型涉及新能源汽车领域，特别是涉及一种转矩耦合和转速耦合动力系统。

背景技术

为使车辆起步平稳、换挡平顺及避免传动系过载冲击，现有车辆有的采用离合器的分离、半联动滑摩和结合等不同工作状态实现发动机向传动系的输出转矩不断变换；有的采用液力变矩器实现发动机和传动系之间动力的“软结合”方式进行动力传递。显然，第一种方法需要驾驶员频繁切换离合器的工作状态以适应汽车不同工况，增加了驾驶疲劳度；第二种降低了车辆传动系的传动效率。为此，一套能实现发动机动力与传动系切断、半联动或结合，并能提高车辆传动系效率和动力性的系统成为研究的对象。

在已有技术中，ISG和BSG技术比较成熟，ISG(IntegratedStarterandGenerator)，ISG是汽车起动发电一体机，BSG(BeltDrivenStarterGenerator)BSG是一项轻度混合动力技术。ISG和BSG的基本原理使利用一套电控电机系统来回收汽车怠速工况下发动机的能量以及汽车制动工况下的惯性能，所回收的能量再回馈到汽车的驱动当中。所不同的，结构上ISG利用一台电机的转子与发动机输出轴同轴连接的方式实现车辆制动发电以及发动机快速启停的方式来提高车辆传动系效率；BSG采用一套皮带传动驱动起动电机的方式实现发动机的启停节能和制动能回收。

ISG系统因为电机的转子与发动机输出轴机械连接，因此可以在车辆起步加速中电机直接提供助力，提高车辆动力性。然而，也正是这种机械连接，使发动机的工作点无法在最佳节能区域，同时当转子转速过低时将导致发动机停机。因此，ISG系统在堵车工况下，车速在低速和停车状态间不断切换，这将导致多次性地启停发动机。这显然对发动机零部件的磨损较大，而且每次启动发动机的能耗较大将导致堵车工况下整车效率较低。

BSG系统的发电机是通过皮带驱动的，由于皮带的传递能力有限，发电机的功率不可能做得很大，制动时能量回收不多。此外，BSG没有配备耦合机构，无法在车辆加速时提供助力。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题，提供一种转矩耦合和转速耦合动力系统，用于改善现有新能源动力系统的动力性和效率。

本实用新型是这样实现的：

一种转矩耦合和转速耦合动力系统，包括发动机、定子浮动式电机、轴离合器、定子离合器、超级电容组；

所述定子浮动式电机包括电机控制器、定子和转子，所述定子浮动式电机的定子上设置有定子制动器和集电环，集电环通过所述电机控制器与超级电容组电连接，发动机的动力输出轴通过所述轴离合器与定子浮动式电机的转子连接，发动机的动力输出轴通过所述定子离合器与定子浮动式电机的定子连接，所述定子浮动式电机的转子为动力系统的动力输出轴。

进一步的，所述定子离合器的主动部分通过花键连接于发动机的动力输出轴，定子离合器的从动部分连接于定子浮动式电机的定子。

进一步的，还包括变速器、万向节和差速器；

所述定子浮动式电机的转子依次通过所述变速器、万向节、差速器连接于驱动轮。

进一步的，所述轴离合器为湿式多片离合器。

进一步的，所述轴离合器为电磁离合器。

本实用新型具有如下优点：本实用新型转矩耦合和转速耦合动力系统可实现发动机和电机的转矩耦合，又能实现发动机曲轴和电机转子之间非刚性连接的转速耦合，与BSG动力系统对比，本实用新型不仅可以根据需要选用的电机容量来匹配整车动力需求，而且可以实现助力驱动；与ISG动力系统相比，可使发动机的工作点可以独立于电机转子的转速，其工作点可调整到高效区间，同时改善整车动力性和效率。

附图说明

图1为本实用新型实施方式转矩耦合和转速耦合动力系统的组成及连接示意图。

标号说明：

1、发动机；2、花键；3、定子离合器；4、轴离合器；

5、集电环；6、定子制动器；7、变速器；8、万向节；

9、差速器；10、驱动轮；11、电机控制器；12、超级电容组；

13、定子浮动式电机。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1，为本实用新型的实施方式一种转矩耦合和转速耦合动力系统，该动力系统包括发动机1、定子浮动式电机13、轴离合器4、定子离合器3、超级电容组11、变速器7、万向节8、差速器9和驱动轮10。

定子浮动式电机13的定子可跟常规电机一样固定不动，也可根据需要有转动的能力，在结构上主要是通过制动器6来实现定子的制动或释放旋转能力。

所述定子浮动式电机13包括电机控制器11、定子和转子，所述定子浮动式电机的定子上设置有定子制动器6和集电环5，集电环5通过所述电机控制器11与超级电容组12电连接，发动机1的动力输出轴通过所述轴离合器4与定子浮动式电机13的转子连接，发动机1的动力输出轴通过所述定子离合器3与定子浮动式电机的定子连接，其中，所述定子离合器3的主动部分通过花键2连接于发动机1的动力输出轴，定子离合器3的从动部分连接于定子浮动式电机13的定子。所述定子浮动式电机的转子为动力系统的动力输出轴，所述定子浮动式电机13的转子依次通过所述变速器7、万向节8、差速器9连接于驱动轮10。

在本实施方式中，所述轴离合器为湿式多片离合器。而在其他实施方式中，所述轴离合器也可以为电磁离合器。

在小型车辆上根据其安装空间和传递力矩的实际情况，图12所示的动力系统中的轴离合器应优先选用电磁离合器，易于完成组装和控制；在大中型车辆如公交车等，为了保证离合器寿命和传递大扭矩需求，图1所示的动力系统中的轴离合器应优先选用湿式多片离合器。

本实用新型动力系统可工作于以下几种工作模式：

(1)转矩耦合助力驱动模式：此时，定子离合器3处于分离状态、轴离合器4处于结合状态、定子制动器6处于制动状态。该模式下，发动机1和定子浮动式电机(以下简称电机)的转子经轴离合器4机械式地刚性连接一起，其转速也一样。再根据功率守恒定律，有T₁n₁+T₂n₂＝T_on_o和n₁＝n₂＝n_o成立，可得到T_o＝T₁+T₂，其中n₁和T₁为发动机曲轴输出的转速和转矩；n₂和T₂为电机转子输出的转速和转矩；n_o和T_o为变速器输入端处的转速和转矩。因此，利用这种单轴传动结构可实现电机与发动机的功率叠加输出，在同转速下，二者实现了转矩耦合。这种转矩耦合驱动模式，可有效利用双电机的扭矩叠加提高车辆的动力性，适用于车辆爬坡和加速工况。

(2)转速耦合驱动模式：此时，定子离合器3处于结合状态、轴离合器4处于分离状态、制动器6处于释放状态。该模式主要实现发动机与电机转子之间的“软连接”(非机械连接)——发动机的曲轴可以与电机的转子有不同的转速。此时，发动机输出轴与电机的定子相当于直接连接，其转速和转矩一样，而电机的定子和转子因作用力和反作用力的相互作用，导致电机转子上的输出转矩也与定子相等，即T₁＝T₂＝T₃＝T_o，其中T₃为电机定子所受的转矩。利用功率守恒原理，可得到n_o＝n₁+n_m2，其中n_m2＝n_o-n₃＝n_o-n₁为电机转子和定子的转速差。显然，该模式下发动机的转速可以独立于电机转子的转速，并带来如下好处：发动机的转速可以工作在高效区间，并且转矩输出同传统汽车一样。再利用电机调速相应快的特点，满足车辆不同的调速需求。该模式可以在怠速工况下利用电机发电进行发动机多余能量回收，也可在中高速行车时让发动机工作在高效区。

(3)发动机单独驱动模式：此时，定子离合器3处于分离状态、轴离合器4处于结合状态、制动器6处于释放状态。该模式下，发动机的动力经电机的转子和变速器等一系列传动系部件传递到驱动轮。该模式适用于电机出故障时保证车辆仍然可以行驶，提高安全性和维修便利性。同时，也适用于中高车速下对驱动力要求不高的工况行车，由于此时发动机处于高效区运转，传动系整体效率较高。

(4)制动能回收模式：此时，定子离合器3处于分离状态、轴离合器4处于结合状态、制动器6处于制动状态。利用车辆惯性能反拖电机，动力系统根据制动强度可实现单机再生制动。该模式使用于刹车制动模式，实现惯性能回收利用。

本实用新型转矩耦合和转速耦合动力系统融合了ISG动力系统和BSG动力系统两者的优势，不仅可实现发动机和电机的扭矩耦合助力驱动模式，又能实现发动机曲轴和电机转子之间非刚性连接的动力系统。与BSG对比，不仅可以根据需要选用的电机容量来匹配整车动力需求而且可以实现助力驱动；与ISG相比，使发动机的工作点可以独立于电机转子的转速，其工作点可调整到高效区间，同时改善整车动力性和效率。此外，若电机系统出故障时，仍然可以保证车辆像传统汽车一样运行。本实用新型动力系统结构简单、模式切换容易、高效率、高可靠性、同时兼顾车辆的动力性与经济性，为现有汽车的节能技术提供了一种方式。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效形状或结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims

1.一种转矩耦合和转速耦合动力系统，其特征在于，包括发动机、定子浮动式电机、轴离合器、定子离合器、超级电容组；

2.根据权利要求1所述的转矩耦合和转速耦合动力系统，其特征在于，所述定子离合器的主动部分通过花键连接于发动机的动力输出轴，定子离合器的从动部分连接于定子浮动式电机的定子。

3.根据权利要求1所述的转矩耦合和转速耦合动力系统，其特征在于，还包括变速器、万向节和差速器；

4.根据权利要求1所述的转矩耦合和转速耦合动力系统，其特征在于，所述轴离合器为湿式多片离合器。

5.根据权利要求1所述的转矩耦合和转速耦合动力系统，其特征在于，所述轴离合器为电磁离合器。