一种混合动力汽车用电子无级调速器制造技术

一种混合动力汽车用电子无级调速器，包括发动机、离合器、复合磁通切换永磁电机、电功率模块、电池组、主减速器、车轮和控制单元。本实用新型专利技术由于采用复合磁通切换永磁电机作为功率分配装置，既无行星齿轮，又无滑环、碳制电刷等机械装置，损耗低、结构简单。只采用一个电机就能实现多种模式的运行，节省空间，提高舒适度。本实用新型专利技术的电子无极调速系统，发动机一直工作于高效运行区域，有效地提高了整车效率。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

一种混合动力汽车用电子无级调速器
本技术属于汽车动力领域，为一种输入功率分配型混合动力汽车调速装置。技术背景近年来，随着全球环境恶化以及石油资源的日益短缺，传统汽车产业面临着严峻考验。因此，节能环保新能源汽车的研发已经成为世界各国政府的战略性产业和国内外专家学者关注的热点之一。作为新能源汽车的一类，混合动力汽车以其燃油经济性高、尾气排放低、续航里程长的显著优点脱颖而出，并得到了快速的发展。而有效实现混合动力汽车基本功能的关键技术之一是研发高性能的电子无级调速(electronically continuously variable transmission,简称 E-CVT)系统。根据是否采用机械齿轮，可将现有上市以及国内外专家学者广泛研究的E-CVT系统分为两大类一类是采用机械齿轮(行星齿轮)的E-CVT系统，另一类为没有齿轮啮合的无齿轮E-CVT系统。 带机械齿轮功率分配装置的E-CVT系统都存在一个问题，即必须采用行星齿轮来调节引擎和联接在汽车驱动轴上的电机之间的能量传送。和所有机械齿轮一样，行星齿轮存在着传输损耗和齿轮噪音的缺点，而且必须人为定期地给齿轮加润滑剂进行维护。而无机械齿轮功率分配装置的E-CVT系统，通常采用一个双转子电机来实现功率分配，即采用电气联结方式来克服上述问题。然后，这种电气联结的电子无级调速系统在克服行星齿轮缺点的同时也产生了一个新的问题系统中所采用的双转子电机必需通过滑环和碳制电刷从转子中输入或输出电能量。而众所周知，滑环和碳制电刷将产生额外的损耗，而且需要定期维护。 此外，处于最里面的内转子电机的散热问题也是制约该系统实际应用的一个主要瓶颈。因此，研发一种既不需要行星齿轮，也不需要滑环和碳制电刷，而且效率高、控制方便、运行稳定的新型E-CVT系统成为目前混合动力汽车调速领域的热点问题。
技术实现思路
技术问题本技术是提出一种基于复合式磁通切换永磁电机的混合动力汽车用电子无极调速器。该调速器既无行星齿轮，也无滑环和碳制电刷。既解决带齿轮功率分配装置存在着传输损耗和齿轮噪音的缺点，又解决了带电刷双转子电机系统产生的额外损耗、定期维护及散热问题。技术方案本技术的基于复合磁通切换永磁电机的混合动力汽车用电子无极调速器，包括发动机、离合器、主减速器、车轮，其特征是还包括复合磁通切换永磁电机、电功率模块、电池组、控制单元；发动机通过离合器连接复合磁通切换永磁电机的内转子，电功率模块连接在复合磁通切换永磁电机的内定子与外定子之间，电池组与复合磁通切换永磁电机的内定子及电功率模块相连；复合磁通切换永磁电机的外转子经主减速器与车轮连接.；控制单元分别与发动机、电功率模块、电池组相连。复合磁通切换永磁电机由内转子、内定子、夕卜定子、夕卜转子组成，且内定子与外定子通过隔磁环连接为一个整体。电功率模块包括第一功率变换器、DC-DC变换电路、第二功率变换器，且第一功率变换器与第二功率变换器都具备双向整流、逆变功能；电池组经过电功率模块和第二功率变换器输出或存储能量。复合磁通切换永磁电机，利用双凸极结构电机的特点,将放置永磁体与电枢绕组的定子整合，而外电机的外转子经主减速器与适合低速的车轮耦合，内电机的内转子经离合器与适合高速的发动机f禹合。将汽车上三个旋转设备发动机，E-CVT和车轮传动系统高度集成，发动机与车轮传动系统之间无直接机械连结，以实现电气联结的电子无级调速系统。在作为功率分配器工作时，发动机驱动复合磁通切换电机的内转子，通过电磁耦合作用，内定子绕组获得一个总电功率，该电功率将分为两个部分，一部分由内定子绕组经第二功率变换器将交流电整流成与电池组充电电压相匹配的直流电传输到电池组，以化学能的形式存储于电池组中；另一部分以电功率的形式经DC-DC变换电路，将直流电压调整为适合外定子绕组工作，再通过第一功率变换器逆变，将电能传递到复合磁通切换电机的外定子绕组中，通过电磁耦合，使得外转子产生机械转矩并以机械能的形式驱动车轮。上述两部分的功率流大小与方向可以根据需求，由控制单元合理分配。其总的控制策略为(1) 当由发动机的机械功率转化至复合磁通切换电机内定子的电功率超过驱动车轮所需的机械功率时，控制单元控制第一功率变换器分配能量，将一部分电功率经DC-DC变换器、第一功率变换器向外定子绕组提供电功率，再转化成车辆驱动所需的机械功率；另一部分剩余的电功率则通过第二功率变换器给电池组充电，存储多余能量；(2)当由发动机的机械功率转化至复合磁通切换电机内定子的电功率小于驱动车轮所需的机械功率时，控制单元控制第二功率变换器将全部电能经DC-DC变换器、第一功率变换器传递到外定子绕组，同时控制电池组经DC-DC变换器、第一功率变换器也向外定子绕组提供不足的电能，此时车轮行驶所需的能量由电池组与发动机两方面共同提供。除了上述两种主要工作模式外，还存在很多其他工作模式，仅通过电池组给外定子绕组供电，实现纯电动模式；在车辆下坡或者刹车时，实现机械能的能量反馈等。有益效果I、本技术既无行星齿轮，又无炭制电刷、滑环等机械结构，可以使发动机一直工作在高效区域，从而显著提高整车的工作效率。2、创造性提出了一种复合磁通切换永磁电机的设计思想，利用双凸极结构电机的特点，将放置永磁体与电枢绕组的内、外定子整合，而电机的外转子与适合低速的车轮传动系统耦合，内转子与适合高速的发动机耦合，避免了传统双转子电机中内转子难以散热从而无法实际应用的技术瓶颈。3、基于复合磁通切换永磁电机搭建的E-CVT系统，通过巧妙设计可以将汽车上三个旋转设备(发动机，E-CVT和车轮传统系统)高度集成，以实现电气联结的电子无级调速系统，从而具有高功率密度、高效率和安静运行的优点。不仅可以实现现有电子无级调速系统的全部功能，而且在结构、体积、性能、散热、制造工艺、实用性等方面都具有较为明显的优势，且设计方法灵活多变，可根据系统需求调整。附图说明图I是本技术中所采用的复合磁通切换永磁电机的结构图，其中有内转子3、 内定子4、外定子5、外转子6、隔磁铝环16。图2是本技术基于复合磁通切换永磁电机的混合动力汽车用电子无极调速系统拓扑结构框图，其中包括发动机I、离合器2、复合磁通切换永磁电机7、第一功率变换器8、DC-DC变换电路9、第二功率变换器10、电池组12、控制单元13、主减速器14、车轮15。具体实施方式如图2，本技术包括发动机I、离合器2、复合磁通切换永磁电机7、电功率模块 11、电池组12、控制单元13、主减速器14 (可不需要，采用外转子直驱方式)、车轮15。发动机I通过离合器2连接复合磁通切换永磁电机7的内转子3，内定子4与第二功率变换器10 相连并且与DC-DC变换电路9、第一功率变换器8、外定子5串联，外转子6经主减速器14 与车轮15相连。控制单元13分别与发动机I、电功率模块11、电池组12相连。电池组12 可以通过第二功率变换器10或第一功率变换器8和DC-DC变换电路9储存或输出电能。本技术的基于复合式磁通切换永磁电机的混合动力汽车用电子无极调速系统包括发动机、离合器、主减速器、复合式磁通切换永磁电机、电功率模块，电池组、控制单元和驱动车轮。发动机通过离合器与复合式磁通切换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合动力汽车用电子无级调速器，包括发动机（1）、离合器（2）、主减速器（14）、车轮（15），其特征是还包括复合磁通切换永磁电机（7）、电功率模块（11）、电池组（12）、控制单元（13）；发动机（1）通过离合器（2）连接复合磁通切换永磁电机（7）的内转子（3），电功率模块（11）连接在复合磁通切换永磁电机（7）的内定子（4）与外定子（5）之间，电池组（12）与复合磁通切换永磁电机（7）的内定子（4）及电功率模块（11）相连；复合磁通切换永磁电机（7）的外转子（6）经主减速器（14）与车轮（15）连接.；控制单元（13）分别与发动机（1）、电功率模块（11）、电池组（12）相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：花为，柯海波，吴中泽，程明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：实用新型
国别省市：