專利名稱：一種用雙轉子電機作動力的混合動力車的制作方法
技術領域：
本發明屬于電機及混合動力技術領域，涉及一種用雙轉子電機作動力的混合動力車。
背景技術：
經過十幾年的發展，混合動力系統總成已從原來發動機與電機離散結構向發動機電機和變速箱一體化結構發展，即集成化混合動力總成系統。混合動力總成以動力傳輸路線分類，可分為串聯式、并聯式和混聯式等三種。普通的混聯系統是通過特制的動力分配裝置將來自發動機的動力分為機械和電力兩條路徑，可發揮串聯式和并聯式的優點，但是結構復雜，成本很高，同時過多的齒輪轉動會降低效率。在本領域中先進深度混合動力系統，行星齒輪機構將發動機、發電機和電動機連 接在一起構成電力無級變速混合動力系統，無論車速如何變化，發動機總是工作在高效區域，提高了混合動力車輛的燃油經濟性，但是，這種系統也存在結構復雜、體積較大的問題。現有人公開了一種雙轉子混合動力復合永磁電機，由內外兩個徑向式磁路結構的永磁電機組成，包括由輸入軸、內轉子電樞繞組、內轉子鐵心、外轉子鐵心和外轉子永磁磁鋼組成的內電機組件，和由定子繞組、定子鐵心、外轉子鐵心和外轉子永磁磁鋼組成的外電機組件，其中內轉子鐵心被固定在輸入軸上并與之一起旋轉，定子鐵心被固定在機殼上，外轉子鐵心和外轉子永磁磁鋼與輸出軸剛性相連，并與輸出軸一起旋轉，其中外轉子鐵心和外轉子永磁磁鋼被內外電機所共用。另外，此結構還包括使冷卻液由機殼和輸入軸流經內轉子鐵心的冷卻系統，但是這種結構的動力性能不夠好，散熱效果不好且該冷卻系統操作不是很方便。現在普通的混合動力車輛是由ISG電機、電動機和蓄電池來實現，并不能實現無級調速。

發明內容
本發明針對現有的技術存在上述問題，提出了一種用雙轉子電機作動力的混合動力車，該混合動力車能夠實現無級調速，具有運行平穩，性能好等優點。本發明通過下列技術方案來實現一種用雙轉子電機作動力的混合動力車，包括發動機、傳動機構和與傳動機構相連接的驅動輪，其特征在于，在發動機和傳動機構之間連接有雙轉子電機，雙轉子電機的輸入端與發動機連接，輸出端與傳動機構連接，在雙轉子電機上還連接有控制雙轉子電機轉動以配合發動機發出不同功率的輸出控制模塊。本混合動力車能夠將雙轉子電機當做無級變速器來使用。啟動時，輸出控制模塊控制雙轉子電機轉動，帶動發動機轉動。發動機啟動后，輸出控制模塊控制雙轉子電機，在發動機動力小于所需動力時，由雙轉子電機提供動力；在發動機等于所需動力時，雙轉子電機不輸出；或者由雙轉子電機直接提供動力。在上述的用雙轉子電機作動力的混合動力車中，所述的輸出控制模塊包括檢測輸入端轉速的第一傳感器、檢測輸出端轉速的第二傳感器，分別與定子繞組和轉子繞組連接的電源電路和控制電源電路的電機控制單元，上述的第一傳感器、第二傳感器和電源電路均與電機控制單元連接，電機控制單元能接收第一傳感器和第二傳感器輸送的電信號并進行分析處理，同時發送控制信號控制電源電路輸出相應的電流控制上述的雙轉子電機工作。第一傳感器和第二傳感器將電信號傳送給電機控制單元，電機控制單元得到電信號后輸出控制信號控制電源電路輸出相應的電流控制雙轉子電機工作。在上述的用雙轉子電機作動力的混合動力車中，所述的電源電路包括提供直流電源的蓄電池和與蓄電池連接的直流變換器，在直流變換器上分別連有第一逆變器和第二逆變器，所述的第一逆變器與定子繞組連接，所述的第二逆變器與轉子繞組連接。
當發動機轉矩等于驅動轉矩，發動機轉速小于、等于或者大于車速時，控制第一逆變器不輸出電流，控制第二逆變器輸出的勵磁電流的大小，使所產生的轉矩和發動機輸出的轉矩平衡。當發動機轉矩小于驅動轉矩，發動機轉速等于、小于或者大于車速時，控制第一逆變器輸出超前的同向旋轉的電流矢量，控制第二逆變器輸出勵磁電流矢量使它產生的轉矩和發動機輸出轉矩平衡。當發動機轉矩大于驅動轉矩，發動機轉速小于、等于或者大于車速時，控制第一逆變器輸出滯后的同向旋轉的電流矢量，控制第二逆變器輸出勵磁電流矢量使它所產生的轉矩和發動機輸出的轉矩之差等于汽車所需的驅動轉矩。在上述的用雙轉子電機作動力的混合動力車中，所述的雙轉子電機包括殼體和設置在殼體內的定子，所述的殼體內設有外轉子，所述的外轉子兩端連接于殼體內并與殼體周向轉動連接，外轉子的一部分位于定子內且在該部分的外周面上設有永磁體，外轉子的另一部分為空心體且伸出所述的定子外，在空心體內周面上設有永磁體，在空心體內設有內轉子，內轉子的一端為輸入端，該端伸出殼體并與殼體周向轉動連接，內轉子的另一端與空心體周向轉動連接，內轉子上設有與上述空心體永磁體相匹配的轉子繞組。本雙轉子電機由外轉子和定子組成第一個電機結構，外轉子和內轉子組成第二個電機結構。內轉子的輸入端為本雙轉子電機的輸入軸，外轉子的輸出端為本雙轉子電機的輸出軸。在第一個電機結構中，外轉子上的永磁體磁力線從永磁體N極出發，徑向穿過外轉子和定子之間的氣隙，沿著定子的軛部到達另一相鄰永磁體S體上方并徑向穿過外轉子和定子之間的氣隙達到該永磁體的S極，再從這一永磁體的N極出發沿著轉子的軛部回到原來的永磁體S極，形成一個閉合回路。外轉子和內轉子形成的第二個電機結構中，外轉子的磁力先分布方式與第一個電機結構的分布方式相同。并分別通過控制轉子繞組和定子的直流勵磁電流矢量來控制勵磁電流的大小，從而控制雙轉子電機的輸出扭矩。在上述的用雙轉子電機作動力的混合動力車中，所述的外轉子為一體式結構，包括圓筒狀結構的本體，其本體一端為伸出殼體外的輸出端，本體的另一端通過軸承連接于殼體內。在上述的用雙轉子電機作動力的混合動力車中，所述的外轉子為分體式結構，包括轉子軸和與轉子軸連接的圓筒狀空心體，轉子軸位于定子內，轉子軸的一端為伸出殼體外的輸出端。這種分體式結構便于制造，能夠將普通的電機改造成雙轉子電機，結構簡化，成本降低，且散熱效果好。在上述的用雙轉子電機作動力的混合動力車中，所述內轉子的外周面上沿著軸向開有齒槽，上述的轉子繞組設置于齒槽內，所述空心體內的永磁體和內轉子形成徑向磁通結構。在上述的用雙轉子電機作動力的混合動力車中，所述的定子上開設有齒槽，在齒槽內設有定子繞組，所述外轉子上的永磁體和定子形成徑向磁通結構。將外轉子和內轉子的徑向磁通結構分開，不僅能避免磁的相互干擾，同時能夠降低永磁體的布置難度，便于制造。現有技術相比，本雙轉子電機和用雙轉子電機作動力的混合動力車具有以下優點I、本雙轉子電機將外轉子和內轉子組成電機結構設置于定子和外轉子組成的電機結構外，使得本雙轉子電機的散熱效果改善，同時簡化了永磁體的布置要求，便于制造，成本降低。2、本混合動力車能夠將雙轉子電機當做無級變速器來使用。控制第一逆變器和第二逆變器向定子和轉子繞組輸送的電流矢量，能夠混合發動機的動力，具有動力性能好，散熱性好。


圖I是具有一體式結構外轉子的雙轉子電機的結構示意圖；圖2是具有分體式結構外轉子的雙轉子電機的結構示意圖；圖3是雙轉子電機混合動力車原理示意圖；圖4是外轉子和定子組成電機結構的示意圖；圖5是外轉子和內轉子組成電機結構的示意圖；圖6是圖4中磁力線分布示意圖；圖7是圖5中磁力線分布示意圖；圖中，殼體I ;定子2 ;齒槽021 ;定子繞組022 ;外轉子3 ;本體031 ;空心體0312 ；轉子軸032 ;輸出端033 ;軸承4 ;永磁體5 ;內轉子6 ;轉子繞組061 ;齒槽062 ;輸入端063 ；驅動輪7 ;第一傳感器8 ;第二傳感器9 ;電源電路10 ;蓄電池101 ;直流變換器102 ;第一逆變器103 ;第二逆變器104 ;電機控制單元11 ;發動機12。
具體實施例方式以下是本發明的具體實施例并結合附圖，對本發明的技術方案作進一步的描述，但本發明并不限于這些實施例。如圖I所示，本雙轉子電機包括殼體I和設置在殼體I內的定子2，定子2上開設有齒槽021，在齒槽021內設有定子繞組022，殼體I內的外轉子3上的永磁體5和定子2形成徑向磁通結構。外轉子3為一體式結構的,兩端連接于殼體I內并與殼體I周向轉動連接，具體來說，外轉子3包括圓筒狀結構的本體031，其本體031 —端為伸出殼體I外的輸出端033，輸出端033通過軸承4連接于殼體I上，本體031的另一端通過軸承4連接于殼體I內。外轉子3的一部分位于定子2內且在該部分的外周面上設有永磁體5，外轉子3的另一部分為空心體0312且伸出定子2外，在空心體0312內周面上設有永磁體5，在空心體0312內設有內轉子6,內轉子6的一端為輸入端063,該端伸出殼體I并與殼體I周向轉動連接，內轉子6的另一端與空心體0312周向轉動連接，即通過軸承4連接，內轉子6上設有與空心體0312永磁體5相匹配的轉子繞組061。具體來說，內轉子6的外周面上沿著軸向開有齒槽062，轉子繞組061設置于齒槽062內，空心體0312內的永磁體5和內轉子6形成徑向磁通結構。如圖2所示，作為另一種雙轉子電機，本雙轉子電機的外轉子3為分體式結構，包括轉子軸032和圓筒狀空心體0312，圓筒狀空心體0312與轉子軸032通過聯軸器034連接，轉子軸032位于定子2內，轉子軸032的一端為伸出殼體I外的輸出端033。外轉子3兩端連接于殼體I內并與殼體I周向轉動連接，即通過軸承4連接，外轉子3的一部分位于定子2內且在該部分的外周面上設有永磁體5，外轉子3的另一部分為空心體0312且伸出定子2外，在空心體0312內周面上設有永磁體5，在空心體0312內設有內轉子6，內轉子6的一端為輸入端063,該端伸出殼體I并與殼體I周向轉動連接，內轉子6的另一端與空心體0312周向轉動連接，內轉子6上設有與空心體0312永磁體5相匹配的轉子繞組061。外轉子3和定子2組成外電機，外轉子3和內轉子6組成內電機。如圖6、7所示。永磁體5的N極和S極布置在外轉子3的圓周方向上,相鄰永磁體5的S極和N極相對應。·在外電機中磁力線從永磁體5的N極出發，徑向穿過外轉子3和定子2之間的氣隙，到達另一永磁體5的S極，再從這一永磁體5的N極出發，回到永磁體5的S極，形成一個閉合回路。在內電機中磁力線從永磁體5的N極出發，徑向穿過外轉子3和內轉子6之間的氣隙，到達另一永磁體5的S極，再從這一永磁體5的N極出發，回到永磁體5的S極，形成一個閉合回路。磁場在外轉子3上只有徑向的分布，沒有圓周方向的分布。如圖3所示本雙轉子電機作動力的混合動力車，包括發動機12、傳動機構和與傳動機構相連接的驅動輪7，在發動機12和傳動機構之間連接有雙轉子電機，雙轉子電機的輸入端063與發動機12連接，輸出端033與傳動機構連接，在雙轉子電機上還連接有控制雙轉子電機轉動以配合發動機12發出不同功率的輸出控制模塊。輸出控制模塊包括檢測輸入端063轉速的第一傳感器8、檢測輸出端033轉速的第二傳感器9,分別與定子繞組和轉子繞組061連接的電源電路10和控制電源電路10的電機控制單元11，第一傳感器8、第二傳感器9和電源電路10均與電機控制單元11連接，電機控制單元11能接收第一傳感器8和第二傳感器9輸送的電信號并進行分析處理，同時發送控制信號控制電源電路10輸出相應的電流控制上述的雙轉子電機工作。電源電路10包括提供直流電源的蓄電池101和與蓄電池101連接的直流變換器102，在直流變換器102上分別連有與定子繞組連接的第一逆變器103和與轉子繞組061連接的第二逆變器104。如圖4、5所示，在外轉子3和內轉子6之間形成的氣隙為內氣隙，即第二氣隙；在外轉子3的外圍是由定子2軛部、軸向形成于定子2內圓周上的定子2齒槽021和位于齒槽021內的定子繞組022構成的定子2，在外轉子3和定子2之間形成的氣隙為外氣隙，即第一氣隙。內轉子6、外轉子3、定子2之間軸心重合。定子繞組022可以為三相或多相繞組，構成第一電氣端口，與第一逆變器103連接；轉子繞組061可以為三相或多相繞組，構成第二電氣端口，與第二逆變器104連接。輸入端063將機械能輸入或者輸出，輸出端033通過軸將機械能輸入或者輸出。第一、二傳感器和分別測量輸入端063和輸出端033的位置和轉速。內轉子6繞組通過軸2上的滑環引出。本發明混合動力車驅動控制系統的控制方法如下
本發明的雙轉子電機的運行工況一，當發動機12轉矩等于驅動轉矩，發動機12轉速等于車速時，第一逆變器103目標電流給定為零，即不進行控制；第二逆變器104施加一個超前于外轉子3磁場的直流的勵磁電流矢量，控制此勵磁電流的大小，使它在第二氣隙磁場的作用下所產生的轉矩和發動機12輸出的轉矩平衡。本發明的雙轉子電機的運行工況二，當發動機12轉矩等于驅動轉矩，發動機12轉速小于車速時，第一逆變器103目標電流給定為零，即不進行控制；第二逆變器104施加一個與輸入端063同方向旋轉的勵磁電流矢量,控制此勵磁電流的大小,使它在第二氣隙磁場的作用下所產生的轉矩和發動機12輸出轉矩平衡，控制它的轉速等于輸入端063轉速和輸出端033的轉速差，即控制勵磁電流矢量的轉速和輸出端033轉速之和與輸入端063的轉速相等，并且相位超前于氣隙中內電機的磁場相位。本發明的雙轉子電機的運行工況三，當發動機12轉矩等于驅動轉矩，發動機12轉速大于車速時，第一逆變器103目標電流給定為零，即不進行控制；第二逆變器104施加一個與輸入端063反方向旋轉的勵磁電流矢量,控制此勵磁電流的大小,使它在第二氣隙磁 場的作用下所產生的轉矩和發動機12輸出轉矩平衡，控制它的轉速等于輸入端063轉速和輸出端033的轉速差，即控制勵磁電流矢量的轉速和輸入端063轉速之和與輸出端033的轉速相等，并且相位超前于氣隙中內電機的磁場相位。本發明的雙轉子電機的運行工況四，當發動機12轉矩小于驅動轉矩，發動機12轉速等于車速時，第一逆變器103施加一個與輸入端063同向旋轉的電流矢量，并且此電流矢量的相位超前于氣隙中外電機的磁場的相位，控制此電流矢量的大小，使它與第一氣隙電機磁場的作用下所產生的轉矩和發動機12輸出的轉矩之和等于汽車所需的驅動轉矩；第二逆變器104施加一個超前于內電機磁場的直流的勵磁電流矢量，控制此勵磁電流的大小，使它在第二氣隙磁場的作用下所產生的轉矩和發動機12輸出轉矩平衡。本發明的雙轉子電機的運行工況五，當發動機12轉矩小于驅動轉矩，發動機12轉速小于車速時，第一逆變器103施加一個與輸入端063同向旋轉的電流矢量，并且此電流矢量的相位超前于氣隙中外電機的磁場的相位，控制此電流矢量的大小，使它與第一氣隙磁場的作用下所產生的轉矩和發動機12輸出的轉矩之和等于汽車所需的驅動轉矩；第二逆變器104施加一個與輸入端063同方向旋轉的勵磁電流矢量,控制此勵磁電流的大小,使它在第二氣隙磁場的作用下所產生的轉矩和發動機12輸出轉矩平衡，控制它的轉速等于輸入端063轉速和輸出端033的轉速差，即控制勵磁電流矢量的轉速和輸出端033轉速之和與輸入端063的轉速相等,并且相位超前于氣隙中內電機的磁場相位。本發明的雙轉子電機的運行工況六，當發動機12轉矩小于驅動轉矩，發動機12轉速大于車速時，第一逆變器103施加一個與輸入端063同向旋轉的電流矢量，并且此電流矢量的相位超前于氣隙中外電機的磁場的相位，控制此電流矢量的大小，使它與第一氣隙磁場的作用下所產生的轉矩和發動機12輸出的轉矩之和等于汽車所需的驅動轉矩；第二逆變器104施加一個與輸入端063反方向旋轉的勵磁電流矢量,控制此勵磁電流的大小,使它在第二氣隙磁場的作用下所產生的轉矩和發動機12輸出轉矩平衡，控制它的轉速等于輸入端063轉速和輸出端033的轉速差，即控制勵磁電流矢量的轉速和一機械端口轉速之和與輸出端033的轉速相等,并且相位超前于氣隙中內電機的磁場相位。本發明的雙轉子電機的運行工況七，當發動機12轉矩大于驅動轉矩，發動機12轉速等于車速時，第一逆變器103施加一個與輸入端063同向旋轉的電流矢量，并且此電流矢量的相位滯后于氣隙中外電機的磁場的相位，控制此電流矢量的大小，使它與第一氣隙磁場的作用下所產生的轉矩和發動機12輸出的轉矩之差等于汽車所需的驅動轉矩；第二逆變器104施加一個超前于內電機的磁場的直流的勵磁電流矢量，控制此勵磁電流的大小，使它在第二氣隙磁場的作用下所產生的轉矩和發動機12輸出轉矩平衡。本發明的雙轉子電機的運行工況八，當發動機12轉矩大于驅動轉矩，發動機12轉速小于車速時，第一逆變器103施加一個與輸入端063同向旋轉的電流矢量，并且此電流矢量的相位滯后于氣隙中外電機的磁場的相位，控制此電流矢量的大小，使它與第一氣隙磁場的作用下所產生的轉矩和發動機12輸出的轉矩之差等于汽車所需的驅動轉矩；第二逆變器104施加一個與輸入端063同方向旋轉的勵磁電流矢量,控制此勵磁電流的大小,使它在第二氣隙磁場的作用下所產生的轉矩和發動機12輸出轉矩平衡，控制它的轉速等于輸入端063轉速和輸出端033的轉速差，即控制勵磁電流矢量的轉速和輸出端033轉速之和與輸入端063的轉速相等,并且相位超前于氣隙中內電機的磁場相位。本發明的雙轉子電機的運行工況九，當發動機12轉矩大于驅動轉矩，發動機12轉 速大于車速時，第一逆變器103施加一個與輸入端063同向旋轉的電流矢量，并且此電流矢量的相位滯后于氣隙中外電機的磁場的相位，控制此電流矢量的大小，使它與第一氣隙磁場的作用下所產生的轉矩和發動機12輸出的轉矩之差等于汽車所需的驅動轉矩；第二逆變器104施加一個與輸入端063反方向旋轉的勵磁電流矢量,控制此勵磁電流的大小,使它在第二氣隙磁場的作用下所產生的轉矩和發動機12輸出轉矩平衡，控制它的轉速等于輸入端063轉速和輸出端033的轉速差，即控制勵磁電流矢量的轉速和一機械端口轉速之和與輸出端033的轉速相等,并且相位超前于氣隙中內電機的磁場相位。
權利要求
1.一種用雙轉子電機作動力的混合動力車，包括發動機(12)、傳動機構和與傳動機構相連接的驅動輪(067)，其特征在于，在發動機(12)和傳動機構之間連接有雙轉子電機，雙轉子電機的輸入端(063)與發動機(12)連接，輸出端(033)與傳動機構連接，在雙轉子電機上還連接有控制雙轉子電機轉動以配合發動機(12)發出不同功率的輸出控制模塊。
2.根據權利要求I所述的用雙轉子電機作動力的混合動力車，其特征在于，所述的輸出控制模塊包括檢測輸入端(063)轉速的第一傳感器(8)、檢測輸出端(033)轉速的第二傳感器(9)，分別與定子(2)繞組和轉子繞組(061)連接的電源電路(10)和控制電源電路(10)的電機控制單元(11)，上述的第一傳感器(8 )、第二傳感器(9 )和電源電路(10 )均與電機控制單元(11)連接，電機控制單元(11)能接收第一傳感器(8)和第二傳感器(9)輸送的電信號并進行分析處理，同時發送控制信號控制電源電路(10)輸出相應的電流控制上述的雙轉子電機工作。
3.根據權利要求2所述的用雙轉子電機作動力的混合動力車，其特征在于，所述的電源電路(IO )包括提供直流電源的蓄電池(IOI)和與蓄電池(IOI)連接的直流變換器(102)，在直流變換器(102)上分別連有第一逆變器(103)和第二逆變器(104)，所述的第一逆變器(103)與定子(2)繞組連接，所述的第二逆變器(104)與轉子繞組(061)連接。
4.根據權利要求I或2或3所述的用雙轉子電機作動力的混合動力車，其特征在于，所述雙轉子電機包括殼體(I)和設置在殼體(I)內的定子(2)，其特征在于，所述的殼體(I)內設有外轉子(3)，所述的外轉子(3)兩端連接于殼體(I)內并與殼體(I)周向轉動連接，外轉子(3)的一部分位于定子(2)內且在該部分的外周面上設有永磁體(5)，外轉子(3)的另一部分為空心體(0312)且伸出所述的定子(2)外，在空心體(0312)內周面上設有永磁體(5)，在空心體(0312)內設有內轉子(6)，內轉子(6)的一端為輸入端(063)，該端伸出殼體(I)并與殼體(I)周向轉動連接，內轉子(6)的另一端與空心體(0312)周向轉動連接，內轉子(6 )上設有與上述空心體(0312)永磁體(5 )相匹配的轉子繞組(061)。
5.根據權利要求4所述的用雙轉子電機作動力的混合動力車，其特征在于，所述的外轉子(3)為一體式結構，包括圓筒狀結構的本體(031)，其本體(031) —端為伸出殼體(I)夕卜的輸出端(033)，本體(031)的另一端通過軸承(4)連接于殼體(I)內。
6.根據權利要求4所述的用雙轉子電機作動力的混合動力車，其特征在于，所述的外轉子(3 )為分體式結構，包括轉子軸(032 )和與轉子軸(032 )連接的圓筒狀空心體(0312)，轉子軸(032 )位于定子(2 )內，轉子軸(032 )的一端為伸出殼體(I)外的輸出端(033 )。
7.根據權利要求6所述的用雙轉子電機作動力的混合動力車，其特征在于，所述內轉子(6)的外周面上沿著軸向開有齒槽(062)，上述的轉子繞組(061)設置于齒槽(062)內，所述空心體(0312)內的永磁體(5)和內轉子(6)形成徑向磁通結構。
8.根據權利要求7所述的用雙轉子電機作動力的混合動力車，其特征在于，所述的殼體(I)上開設有齒槽(021)，在齒槽(021)內設有定子繞組(022)，所述外轉子(3)上的永磁體(5)和定子(2)形成徑向磁通結構。
全文摘要
本發明提供了一種用雙轉子電機作動力的混合動力車，屬于混合動力技術領域。它解決了現有普通混合動力車輛不能實現無級調速的問題。本用雙轉子電機作動力的混合動力車包括發動機、傳動機構和與傳動機構相連接的驅動輪，在發動機和傳動機構之間連接有雙轉子電機，雙轉子電機的輸入端與發動機連接，輸出端與傳動機構連接，在雙轉子電機上還連接有控制雙轉子電機轉動以配合發動機發出不同功率的輸出控制模塊。該混合動力車能夠實現無級調速，具有運行平穩，性能好等優點。
文檔編號H02K7/10GK102897013SQ20121043324
公開日2013年1月30日 申請日期2011年4月2日 優先權日2011年4月2日
發明者蔡良正, 楊燁照, 趙昆青 申請人:浙江錢江摩托股份有限公司