一種混合動力汽車用電子無級調(diào)速器制造技術

一種混合動力汽車用電子無級調(diào)速器，包括發(fā)動機、離合器、復合磁通切換永磁電機、電功率模塊、電池組、主減速器、車輪和控制單元。本實用新型專利技術由于采用復合磁通切換永磁電機作為功率分配裝置，既無行星齒輪，又無滑環(huán)、碳制電刷等機械裝置，損耗低、結(jié)構簡單。只采用一個電機就能實現(xiàn)多種模式的運行，節(jié)省空間，提高舒適度。本實用新型專利技術的電子無極調(diào)速系統(tǒng)，發(fā)動機一直工作于高效運行區(qū)域，有效地提高了整車效率。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

一種混合動力汽車用電子無級調(diào)速器
本技術屬于汽車動力領域，為一種輸入功率分配型混合動力汽車調(diào)速裝置。技術背景近年來，隨著全球環(huán)境惡化以及石油資源的日益短缺，傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)面臨著嚴峻考驗。因此，節(jié)能環(huán)保新能源汽車的研發(fā)已經(jīng)成為世界各國政府的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)和國內(nèi)外專家學者關注的熱點之一。作為新能源汽車的一類，混合動力汽車以其燃油經(jīng)濟性高、尾氣排放低、續(xù)航里程長的顯著優(yōu)點脫穎而出，并得到了快速的發(fā)展。而有效實現(xiàn)混合動力汽車基本功能的關鍵技術之一是研發(fā)高性能的電子無級調(diào)速(electronically continuously variable transmission,簡稱 E-CVT)系統(tǒng)。根據(jù)是否采用機械齒輪，可將現(xiàn)有上市以及國內(nèi)外專家學者廣泛研究的E-CVT系統(tǒng)分為兩大類一類是采用機械齒輪(行星齒輪)的E-CVT系統(tǒng)，另一類為沒有齒輪嚙合的無齒輪E-CVT系統(tǒng)。 帶機械齒輪功率分配裝置的E-CVT系統(tǒng)都存在一個問題，即必須采用行星齒輪來調(diào)節(jié)引擎和聯(lián)接在汽車驅(qū)動軸上的電機之間的能量傳送。和所有機械齒輪一樣，行星齒輪存在著傳輸損耗和齒輪噪音的缺點，而且必須人為定期地給齒輪加潤滑劑進行維護。而無機械齒輪功率分配裝置的E-CVT系統(tǒng)，通常采用一個雙轉(zhuǎn)子電機來實現(xiàn)功率分配，即采用電氣聯(lián)結(jié)方式來克服上述問題。然后，這種電氣聯(lián)結(jié)的電子無級調(diào)速系統(tǒng)在克服行星齒輪缺點的同時也產(chǎn)生了一個新的問題系統(tǒng)中所采用的雙轉(zhuǎn)子電機必需通過滑環(huán)和碳制電刷從轉(zhuǎn)子中輸入或輸出電能量。而眾所周知，滑環(huán)和碳制電刷將產(chǎn)生額外的損耗，而且需要定期維護。 此外，處于最里面的內(nèi)轉(zhuǎn)子電機的散熱問題也是制約該系統(tǒng)實際應用的一個主要瓶頸。因此，研發(fā)一種既不需要行星齒輪，也不需要滑環(huán)和碳制電刷，而且效率高、控制方便、運行穩(wěn)定的新型E-CVT系統(tǒng)成為目前混合動力汽車調(diào)速領域的熱點問題。
技術實現(xiàn)思路
技術問題本技術是提出一種基于復合式磁通切換永磁電機的混合動力汽車用電子無極調(diào)速器。該調(diào)速器既無行星齒輪，也無滑環(huán)和碳制電刷。既解決帶齒輪功率分配裝置存在著傳輸損耗和齒輪噪音的缺點，又解決了帶電刷雙轉(zhuǎn)子電機系統(tǒng)產(chǎn)生的額外損耗、定期維護及散熱問題。技術方案本技術的基于復合磁通切換永磁電機的混合動力汽車用電子無極調(diào)速器，包括發(fā)動機、離合器、主減速器、車輪，其特征是還包括復合磁通切換永磁電機、電功率模塊、電池組、控制單元；發(fā)動機通過離合器連接復合磁通切換永磁電機的內(nèi)轉(zhuǎn)子，電功率模塊連接在復合磁通切換永磁電機的內(nèi)定子與外定子之間，電池組與復合磁通切換永磁電機的內(nèi)定子及電功率模塊相連；復合磁通切換永磁電機的外轉(zhuǎn)子經(jīng)主減速器與車輪連接.；控制單元分別與發(fā)動機、電功率模塊、電池組相連。復合磁通切換永磁電機由內(nèi)轉(zhuǎn)子、內(nèi)定子、夕卜定子、夕卜轉(zhuǎn)子組成，且內(nèi)定子與外定子通過隔磁環(huán)連接為一個整體。電功率模塊包括第一功率變換器、DC-DC變換電路、第二功率變換器，且第一功率變換器與第二功率變換器都具備雙向整流、逆變功能；電池組經(jīng)過電功率模塊和第二功率變換器輸出或存儲能量。復合磁通切換永磁電機，利用雙凸極結(jié)構電機的特點,將放置永磁體與電樞繞組的定子整合，而外電機的外轉(zhuǎn)子經(jīng)主減速器與適合低速的車輪耦合，內(nèi)電機的內(nèi)轉(zhuǎn)子經(jīng)離合器與適合高速的發(fā)動機f禹合。將汽車上三個旋轉(zhuǎn)設備發(fā)動機，E-CVT和車輪傳動系統(tǒng)高度集成，發(fā)動機與車輪傳動系統(tǒng)之間無直接機械連結(jié)，以實現(xiàn)電氣聯(lián)結(jié)的電子無級調(diào)速系統(tǒng)。在作為功率分配器工作時，發(fā)動機驅(qū)動復合磁通切換電機的內(nèi)轉(zhuǎn)子，通過電磁耦合作用，內(nèi)定子繞組獲得一個總電功率，該電功率將分為兩個部分，一部分由內(nèi)定子繞組經(jīng)第二功率變換器將交流電整流成與電池組充電電壓相匹配的直流電傳輸?shù)诫姵亟M，以化學能的形式存儲于電池組中；另一部分以電功率的形式經(jīng)DC-DC變換電路，將直流電壓調(diào)整為適合外定子繞組工作，再通過第一功率變換器逆變，將電能傳遞到復合磁通切換電機的外定子繞組中，通過電磁耦合，使得外轉(zhuǎn)子產(chǎn)生機械轉(zhuǎn)矩并以機械能的形式驅(qū)動車輪。上述兩部分的功率流大小與方向可以根據(jù)需求，由控制單元合理分配。其總的控制策略為(1) 當由發(fā)動機的機械功率轉(zhuǎn)化至復合磁通切換電機內(nèi)定子的電功率超過驅(qū)動車輪所需的機械功率時，控制單元控制第一功率變換器分配能量，將一部分電功率經(jīng)DC-DC變換器、第一功率變換器向外定子繞組提供電功率，再轉(zhuǎn)化成車輛驅(qū)動所需的機械功率；另一部分剩余的電功率則通過第二功率變換器給電池組充電，存儲多余能量；(2)當由發(fā)動機的機械功率轉(zhuǎn)化至復合磁通切換電機內(nèi)定子的電功率小于驅(qū)動車輪所需的機械功率時，控制單元控制第二功率變換器將全部電能經(jīng)DC-DC變換器、第一功率變換器傳遞到外定子繞組，同時控制電池組經(jīng)DC-DC變換器、第一功率變換器也向外定子繞組提供不足的電能，此時車輪行駛所需的能量由電池組與發(fā)動機兩方面共同提供。除了上述兩種主要工作模式外，還存在很多其他工作模式，僅通過電池組給外定子繞組供電，實現(xiàn)純電動模式；在車輛下坡或者剎車時，實現(xiàn)機械能的能量反饋等。有益效果I、本技術既無行星齒輪，又無炭制電刷、滑環(huán)等機械結(jié)構，可以使發(fā)動機一直工作在高效區(qū)域，從而顯著提高整車的工作效率。2、創(chuàng)造性提出了一種復合磁通切換永磁電機的設計思想，利用雙凸極結(jié)構電機的特點，將放置永磁體與電樞繞組的內(nèi)、外定子整合，而電機的外轉(zhuǎn)子與適合低速的車輪傳動系統(tǒng)耦合，內(nèi)轉(zhuǎn)子與適合高速的發(fā)動機耦合，避免了傳統(tǒng)雙轉(zhuǎn)子電機中內(nèi)轉(zhuǎn)子難以散熱從而無法實際應用的技術瓶頸。3、基于復合磁通切換永磁電機搭建的E-CVT系統(tǒng)，通過巧妙設計可以將汽車上三個旋轉(zhuǎn)設備(發(fā)動機，E-CVT和車輪傳統(tǒng)系統(tǒng))高度集成，以實現(xiàn)電氣聯(lián)結(jié)的電子無級調(diào)速系統(tǒng)，從而具有高功率密度、高效率和安靜運行的優(yōu)點。不僅可以實現(xiàn)現(xiàn)有電子無級調(diào)速系統(tǒng)的全部功能，而且在結(jié)構、體積、性能、散熱、制造工藝、實用性等方面都具有較為明顯的優(yōu)勢，且設計方法靈活多變，可根據(jù)系統(tǒng)需求調(diào)整。附圖說明圖I是本技術中所采用的復合磁通切換永磁電機的結(jié)構圖，其中有內(nèi)轉(zhuǎn)子3、 內(nèi)定子4、外定子5、外轉(zhuǎn)子6、隔磁鋁環(huán)16。圖2是本技術基于復合磁通切換永磁電機的混合動力汽車用電子無極調(diào)速系統(tǒng)拓撲結(jié)構框圖，其中包括發(fā)動機I、離合器2、復合磁通切換永磁電機7、第一功率變換器8、DC-DC變換電路9、第二功率變換器10、電池組12、控制單元13、主減速器14、車輪15。具體實施方式如圖2，本技術包括發(fā)動機I、離合器2、復合磁通切換永磁電機7、電功率模塊 11、電池組12、控制單元13、主減速器14 (可不需要，采用外轉(zhuǎn)子直驅(qū)方式)、車輪15。發(fā)動機I通過離合器2連接復合磁通切換永磁電機7的內(nèi)轉(zhuǎn)子3，內(nèi)定子4與第二功率變換器10 相連并且與DC-DC變換電路9、第一功率變換器8、外定子5串聯(lián)，外轉(zhuǎn)子6經(jīng)主減速器14 與車輪15相連?？刂茊卧?3分別與發(fā)動機I、電功率模塊11、電池組12相連。電池組12 可以通過第二功率變換器10或第一功率變換器8和DC-DC變換電路9儲存或輸出電能。本技術的基于復合式磁通切換永磁電機的混合動力汽車用電子無極調(diào)速系統(tǒng)包括發(fā)動機、離合器、主減速器、復合式磁通切換永磁電機、電功率模塊，電池組、控制單元和驅(qū)動車輪。發(fā)動機通過離合器與復合式磁通切換本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種混合動力汽車用電子無級調(diào)速器，包括發(fā)動機（1）、離合器（2）、主減速器（14）、車輪（15），其特征是還包括復合磁通切換永磁電機（7）、電功率模塊（11）、電池組（12）、控制單元（13）；發(fā)動機（1）通過離合器（2）連接復合磁通切換永磁電機（7）的內(nèi)轉(zhuǎn)子（3），電功率模塊（11）連接在復合磁通切換永磁電機（7）的內(nèi)定子（4）與外定子（5）之間，電池組（12）與復合磁通切換永磁電機（7）的內(nèi)定子（4）及電功率模塊（11）相連；復合磁通切換永磁電機（7）的外轉(zhuǎn)子（6）經(jīng)主減速器（14）與車輪（15）連接.；控制單元（13）分別與發(fā)動機（1）、電功率模塊（11）、電池組（12）相連。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：花為，柯海波，吳中澤，程明，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：實用新型
國別省市：