输出合成型混合动力系统技术方案

输出合成型混合动力系统，属于汽车动力装置的技术领域，本发明专利技术为解决丰田Prius的混合动力系统采用行星齿轮机构是纯机械装置，存在传动损耗、齿轮振动、噪声、磨损以及需要定期维护的问题。本发明专利技术方案：发动机的输出轴连接转矩调节电机、磁场调制型无刷双转子电机的永磁转子、调制环转子、主减速器和汽车车轮；该系统中不同工作模式是通过保持机构中制动器和两个离合器的切换来实现的。调制环转子输出到车轮负载的电磁转矩等于发动机和转矩调节电机共同输入转矩与定子电磁转矩之和。磁场调制型无刷双转子电机实现对发动机转速的解耦，转矩调节电机实现对发动机转矩的解耦，使发动机的转速转矩不依赖负载的转速转矩。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及输出合成型混合动力系统，属于汽车动力装置的

技术介绍
1997年，日本丰田公司推出了世界上第一辆量混合动力汽车Prius。丰田prius因其具有低能耗、低排放和良好的整车性能等优点，受到了很多汽车厂商和消费者的关注和青睐。截止2013年底，丰田prius的累计销量已经突破300万辆，是目前世界上最成功的一款混合动力汽车。 丰田Prius虽然经历了几代车型的改变，但是其内部的混合动力系统基本构成方式是相同的。丰田Prius的混合动力系统由发动机、电动/发电机1、电动/发电机2、行星齿轮机构、蓄电池/超级电容和减速器构成，其结构示意图如图1所示。图中虚线表示电气连接，实线表示机械连接。通过电动/发电机1和行星齿轮机构实现了发动机和车轮之间的转速解耦，通过电动发电机2的转矩调节作用实现了发动机和车轮之间的转矩解耦。综上可知，发动机工作的转速、转矩完全独立于车轮负载的转速、转矩，因此发动机能够始终工作在最优工作曲线上，从而使丰田Prius整车的油耗低、尾气排放低。 然而丰田Prius的混合动力系统也存在一些问题。行星齿轮机构是纯机械装置，不可避免的存在传动损耗、齿轮振动、噪声、磨损以及定期维护等问题。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决丰田Prius的混合动力系统采用行星齿轮机构是纯机械装置，存在传动损耗、齿轮振动、噪声、磨损以及需要定期维护的问题，提供了一种输出合成型混合动力系统。 本专利技术所述输出合成型混合动力系统，它包括发动机、转矩调节电机、保持机构、磁场调制型无刷双转子电机、主减速器和汽车控制部； 所述保持机构包括第一离合器、制动器和第二离合器； 所述磁场调制型无刷双转子电机包括定子、调制环转子和永磁转子； 发动机的输出轴连接转矩调节电机的转子输入轴，转矩调节电机的转子输出轴连接第一离合器的输入轴，第一离合器的输出轴连接制动器的输入轴，制动器的输出轴连接永磁转子的转子输入轴，永磁转子的转子输出轴通过第二离合器连接调制环转子的转子输入轴，调制环转子的转子输出轴连接主减速器的输入轴，主减速器的输出轴连接汽车车轮； 汽车控制部包括蓄电池、第一速度传感器、第二速度传感器、第三速度传感器、速度信号采集电路、ECU、转矩调节电机控制电路、双转子电机控制电路和主控单元；第一速度传感器设置在发动机的输出轴上；第二速度传感器设置在永磁转子的转子输入轴上；第三速度传感器设置在调制环转子的转子输出轴上；第一速度传感器、第二速度传感器和第三速度传感器的速度信号输出端均与速度信号采集电路的速度信号输入端相连；速度信号采集电路速度信号输出端与主控单元的速度反馈信号输入端相连； 主控单元的发动机控制指令输出端通过ECU与发动机的控制端相连； 主控单元的转矩调制电机控制指令输出端与转矩调节电机控制电路的输入端相连；主控单元的双转子电机控制指令输出端与双转子电机控制电路的输入端相连；主控单元的蓄电池控制指令输出端与蓄电池的使能端相连； 蓄电池的第一电能输入输出端与转矩调节电机控制电路的第一直流电源输入输出端相连；转矩调节电机控制电路的交流电源输入输出端与转矩调节电机的交流输入输出端相连； 蓄电池的第二电能输入输出端与双转子电机控制电路的第一直流电源输入输出端相连；双转子电机控制电路的交流电源输入输出端与磁场调制型无刷双转子电机的交流输入输出端相连； 转矩调节电机控制电路的第二直流电源输入输出端与双转子电机控制电路的第二直流电源输入输出端相连。 本专利技术的优点：该混合动力系统和丰田“Prius”的混合动力系统异曲同工，不仅使发动机的转矩和转速得到同时控制，实现了车辆的无级变速功能，而且在汽车运行的各种工况下，使发动机能始终工作在最高效率区，从而达到了降低油耗和减少排放的控制目标。更重要的是，由于本专利技术中采用的基于磁场调制原理的无刷双转子电机在功能上可以等效成行星齿轮机构和电机的集成效果，因此本专利技术完全可以做成与丰田Prius相同的混合动力系统而比丰田Prius混合动力系统结构上省去了行星齿轮机构。同时，通过该系统中保持机构的切换作用，可以使本系统工作在串联、并联、混联、发动机自锁防盗、容错等多种工作模式。因此，本专利技术的整车结构更加简化紧凑，其控制更加灵活，智能性更高，而且可以减少汽车自重，也降低了对蓄电池的容量和发动机的要求。 附图说明 图1是
技术介绍
中涉及的Prius混合动力系统的结构示意图； 图2是本专利技术所述输出合成型混合动力系统的结构示意图，采用径向磁场调制型无刷双转子电机； 图3是本专利技术所述输出合成型混合动力系统的结构示意图，采用轴向磁场调制型无刷双转子电机； 图4是本专利技术所述输出合成型混合动力系统处于工作模式一时的示意图； 图5是本专利技术所述输出合成型混合动力系统处于工作模式二时的示意图； 图6是本专利技术所述输出合成型混合动力系统处于工作模式三时的示意图； 图7是本专利技术所述输出合成型混合动力系统处于工作模式四时的示意图； 图8是本专利技术所述输出合成型混合动力系统处于工作模式五时的示意图； 图9是本专利技术所述输出合成型混合动力系统处于工作模式六时的示意图； 图10是本专利技术所述输出合成型混合动力系统处于工作模式七时的示意图； 图11是本专利技术所述输出合成型混合动力系统处于工作模式八时的示意图。 具体实施方式 具体实施方式一：下面结合图2至图11说明本实施方式，本实施方式所述输出合成型混合动力系统，它包括发动机1、转矩调节电机2、保持机构、磁场调制型无刷双转子电机4、主减速器5和汽车控制部； 所述保持机构包括第一离合器3-1、制动器3-2和第二离合器3-3； 所述磁场调制型无刷双转子电机4包括定子4-1、调制环转子4-2和永磁转子4-3； 发动机1的输出轴连接转矩调节电机2的转子输入轴，转矩调节电机2的转子输出轴连接第一离合器3-1的输入轴，第一离合器3-1的输出轴连接制动器3-2的输入轴，制动器3-2的输出轴连接永磁转子4-3的转子输入轴，永磁转子4-3的转子输出轴通过第二离合器3-3连接调制环转子4-2的转子输入轴，调制环转子4-2的转子本文档来自技高网...

【技术保护点】
输出合成型混合动力系统，其特征在于，它包括发动机(1)、转矩调节电机(2)、保持机构、磁场调制型无刷双转子电机(4)、主减速器(5)和汽车控制部；所述保持机构包括第一离合器(3‑1)、制动器(3‑2)和第二离合器(3‑3)；所述磁场调制型无刷双转子电机(4)包括定子(4‑1)、调制环转子(4‑2)和永磁转子(4‑3)；发动机(1)的输出轴连接转矩调节电机(2)的转子输入轴，转矩调节电机(2)的转子输出轴连接第一离合器(3‑1)的输入轴，第一离合器(3‑1)的输出轴连接制动器(3‑2)的输入轴，制动器(3‑2)的输出轴连接永磁转子(4‑3)的转子输入轴，永磁转子(4‑3)的转子输出轴通过第二离合器(3‑3)连接调制环转子(4‑2)的转子输入轴，调制环转子(4‑2)的转子输出轴连接主减速器(5)的输入轴，主减速器(5)的输出轴连接汽车车轮；汽车控制部包括蓄电池(6)、第一速度传感器(7)、第二速度传感器(8)、第三速度传感器(9)、速度信号采集电路(10)、ECU(13)、转矩调节电机控制电路(14)、双转子电机控制电路(15)和主控单元(16)；第一速度传感器(7)设置在发动机(1)的输出轴上；第二速度传感器(8)设置在永磁转子(4‑3)的转子输入轴上；第三速度传感器(9)设置在调制环转子(4‑2)的转子输出轴上；第一速度传感器(7)、第二速度传感器(8)和第三速度传感器(9)的速度信号输出端均与速度信号采集电路(10)的速度信号输入端相连；速度信号采集电路(10)速度信号输出端与主控单元(16)的速度反馈信号输入端相连；主控单元(16)的发动机控制指令输出端通过ECU(13)与发动机(1)的控制端相连；主控单元(16)的转矩调制电机控制指令输出端与转矩调节电机控制电路(14)的输入端相连；主控单元(16)的双转子电机控制指令输出端与双转子电机控制电路(15)的输入端相连；主控单元(16)的蓄电池控制指令输出端与蓄电池(6)的使能端相连；蓄电池(6)的第一电能输入输出端与转矩调节电机控制电路(14)的第一直流电源输入输出端相连；转矩调节电机控制电路(14)的交流电源输入输出端与转矩调节电机(2)的交流输入输出端相连；蓄电池(6)的第二电能输入输出端与双转子电机控制电路(15)的第一直流电源输入输出端相连；双转子电机控制电路(15)的交流电源输入输出端与磁场调制型无刷双转子电机(4)的交流输入输出端相连；转矩调节电机控制电路(14)的第二直流电源输入输出端与双转子电机控制电路(15)的第二直流电源输入输出端相连。...

【技术特征摘要】
1.输出合成型混合动力系统，其特征在于，它包括发动机(1)、转矩调节电机(2)、
保持机构、磁场调制型无刷双转子电机(4)、主减速器(5)和汽车控制部；
所述保持机构包括第一离合器(3-1)、制动器(3-2)和第二离合器(3-3)；
所述磁场调制型无刷双转子电机(4)包括定子(4-1)、调制环转子(4-2)和永磁转
子(4-3)；
发动机(1)的输出轴连接转矩调节电机(2)的转子输入轴，转矩调节电机(2)的转
子输出轴连接第一离合器(3-1)的输入轴，第一离合器(3-1)的输出轴连接制动器(3-2)
的输入轴，制动器(3-2)的输出轴连接永磁转子(4-3)的转子输入轴，永磁转子(4-3)
的转子输出轴通过第二离合器(3-3)连接调制环转子(4-2)的转子输入轴，调制环转子(4-2)
的转子输出轴连接主减速器(5)的输入轴，主减速器(5)的输出轴连接汽车车轮；
汽车控制部包括蓄电池(6)、第一速度传感器(7)、第二速度传感器(8)、第三速
度传感器(9)、速度信号采集电路(10)、ECU(13)、转矩调节电机控制电路(14)、
双转子电机控制电路(15)和主控单元(16)；第一速度传感器(7)设置在发动机(1)
的输出轴上；第二速度传感器(8)设置在永磁转子(4-3)的转子输入轴上；第三速度传
感器(9)设置在调制环转子(4-2)的转子输出轴上；第一速度传感器(7)、第二速度传
感器(8)和第三速度传感器(9)的速度信号输出端均与速度信号采...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑萍，白金刚，佟诚德，于斌，王鹏飞，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23