增程式電動汽車用定子永磁型雙機械端口電機及動力總成的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種增程式電動汽車用定子永磁型雙機械端口電機及動力總成。增程式電動汽車用定子永磁型雙機械端口電機包括發電機和驅動電機，發電機是由電機輸入軸、內轉子和永磁型內定子構成一個內轉子定子永磁型內電機，驅動電機是由永磁型外定子、外轉子和電機輸出軸構成一個外轉子定子永磁型外電機。本發明實現了將增程式電動汽車的發電機和驅動電機一體化設置制造，大幅減小體積，節省內燃機艙內空間；驅動電機采用外轉子結構，運行于低速大轉矩模式，可直接驅動汽車，無需減速齒輪，降低了系統復雜度；內、外轉子之上無任何繞組以及永磁體，無需電刷和滑環，降低了損耗同時又方便維護。
【專利說明】
増程式電動汽車用定子永磁型雙機械端口電機及動力總成
技術領域
[0001]本發明涉及一種增程式電動汽車用定子永磁型雙機械端口電機及動力總成，屬于電動汽車動力技術。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著全球環境惡化以及石油資源的日益短缺，傳統汽車產業面臨著嚴峻考驗。因此，節能環保新能源汽車的研發已經成為世界各國政府的戰略性產業和國內外專家學者關注的熱點之一。作為新能源汽車的一類，增程式電動汽車以其燃油消耗量低、尾氣排放少、續航里程長的顯著優點脫穎而出，并得到了快速的發展。
[0003]而有效提高增程式電動汽車性能的關鍵核心技術是研制高性能的動力總成系統。增程式電動汽車的動力總成系統由動力電池系統、動力驅動系統、整車控制系統和增程發電系統組成，由整車控制器完成運行控制策略，其中動力驅動系統和增程發電系統為增程式電動汽車動力總成系統的核心部分。而動力驅動系統又由電動機以及差減速器構成，增程發電系統則由內燃機和發電機構成。由于增程式電動汽車動力總成系統包含的組件較多，占用體積較大，為其內燃機艙的布置帶來了困難。尤其是對于國內占有量最大的緊湊型轎車，其內燃機艙的安裝空間極其有限。一種解決方案是將動力驅動系統和增程發電系統分別安裝于汽車前艙和后艙中，但這不僅占用了大量空間，還由于整體結構復雜導致安裝維護困難。
[0004]為減小增程式電動汽車動力總成系統體積，中國專利ZL201320689759.6提出了一種同軸式雙轉子/雙定子電機。該電機由外轉子、第一定子、第二定子以及內轉子構成，第一定子包圍著第二定子，且兩者之間具有間隙，并在該間隙中設有冷卻水道；電機輸入軸、內轉子和第二定子構成了一個電勵磁同步發電機;第一定子、外轉子和電機輸出軸構成了一個內置式永磁同步驅動電機。該電機結構實現了將增程式電動汽車的發電機和驅動電機一體化設置制造，從而大幅減小了體積，節省內燃機艙內空間。然而，該電機仍具有如下缺點:
(1)永磁體置于外轉子鐵心內部，破壞了轉子整體機械強度，運行時易震動，可靠性較低；
(2)發電機采用電勵磁同步電機，因此需要電刷和滑環，而電刷和滑環需要定期維護并會產生額外損耗等；(3)散熱水道置于第一定子和第二定子之間，不能帶走外轉子永磁體以及內轉子勵磁線圈的熱量。顯然，溫度過高會導致外轉子永磁體發生不可逆失磁以及內轉子勵磁線圈的燒毀，極大的限制了整個系統的過載能力，同時也降低了系統可靠性；(4)外電機極對數較少，不能發揮外轉子永磁同步電機低速大轉矩的特點；(5)輸出軸和車輪差速器之間需要減速器，不僅占用了體積，增加了系統復雜度，還會引起額外損耗，降低系統可靠性。

【發明內容】

[0005]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種增程式電動汽車用定子永磁型雙機械端口電機及動力總成，體積小且便于布置。
[0006]技術方案:為實現上述目的，本發明采用的技術方案為:
[0007]—種增程式電動汽車用定子永磁型雙機械端口電機，包括殼體、電機輸入軸、電機輸出軸、以及安裝在殼體內部的內轉子、永磁型內定子、電機固定環、永磁型外定子和外轉子，且內轉子、永磁型內定子、電機固定環、永磁型外定子和外轉子由內至外同軸線設置；電機固定環為不導磁金屬材質；電機輸入軸右端位于殼體內、左端伸出殼體，電機輸出軸左端位于殼體內、右端伸出殼體；內轉子與電機輸入軸右端同軸線固定，永磁型內定子貼合電機固定環內表面固定，永磁型外定子貼合電機固定環外表面固定，外轉子與電機輸出軸左端同軸線固定；電機輸入軸、內轉子和永磁型內定子構成一個內轉子定子永磁型內電機，稱之為這是發電機;永磁型外定子、外轉子和電機輸出軸構成一個外轉子定子永磁型外電機，稱之為這是驅動電機。
[0008]電機固定環為不導磁金屬材質，用于連接永磁型外定子與永磁型內定子，并將兩個定子固定在殼體上，同時阻隔兩個定子之間的磁場耦合;一般在電機輸入軸與殼體之間采用軸承鏈接并采用油封設計，在電機輸出軸與殼體之間也采用軸承鏈接并采用油封設
i+o
[0009]優選的，發電機的永磁體和電樞繞組安裝在永磁型內定子上，內轉子由純硅鋼片周向疊壓而成；驅動電機的永磁體和電樞繞組安裝在永磁型外定子上，外轉子由純硅鋼片周向疊壓而成。
[0010]優選的，永磁型內定子和永磁型外定子的定子類型一致，均為磁通切換電機定子、雙凸極永磁電機定子或磁通反向型電機定子。
[0011 ]優選的，電機固定環上設置有散熱孔道，散熱孔道能夠外接冷卻裝備;通過散熱控制實現定子永磁型雙機械端口電機的快速散熱。
[0012]一種采用權力要求所述的增程式電動汽車用定子永磁型雙機械端口電機的動力總成，包括增程式電動汽車用定子永磁型雙機械端口電機、內燃機、雙電機控制器、蓄電池和差速器，增程式電動汽車用定子永磁型雙機械端口電機包括發電機和驅動電機，發電機的電機輸入軸與內燃機的輸出軸直接連接，驅動電機的電機輸出軸與差速器的輸入軸直接連接;雙電機控制器從蓄電池處獲取的驅動能量通過驅動電機輸出動力，直接傳遞給差速器;雙電機控制器從蓄電池處獲取的發電能量通過發電機輸出動力，直接啟動內燃機，內燃機帶動發電機發電，產生的電能通過雙電機控制器存儲在蓄電池內。
[0013]上述動力總成有兩種工作情況，具體如下:
[0014]—種情況下，由雙電機控制器從蓄電池獲取能量，再通過驅動電機向差速器輸出動力；
[0015]另一種情況下，先由發電機通過雙電機控制器從蓄電池處獲取能量，拖動內燃機至最優工作點轉速;隨后內燃機點火運行，并帶動發電機運行;發電機通過雙電機控制器向蓄電池充電；雙電機控制器仍從蓄電池處獲取能量，通過驅動電機輸出動力，直接傳遞至差速器。
[0016]上述動力總成中的增程式電動汽車用定子永磁型雙機械端口電機也可替換為相互獨立的定子永磁型發電控制器和定子永磁型驅動電機控制器。
[0017]有益效果:本發明提供的增程式電動汽車用定子永磁型雙機械端口電機及動力總成，實現了將增程式電動汽車的發電機和驅動電機一體化設置制造，并采用了定子永磁型雙機械端口電機作為發電機和驅動電機，主要有以下有益效果:1、大幅減小體積，節省內燃機艙內空間；2、發電機和驅動電機之間無磁場親合，控制簡單;3、永磁體安裝在定子上，抗震性強，可靠性高;4、電機固定環上開有散熱孔，而固定環直接與安裝有電樞繞組和永磁體的定子接觸，散熱性好;5、定子永磁型外轉子電機具有低速大轉矩的特性，可直接與車輪差速器相連，不需要減速齒輪，從而降低了成本，增加了系統可靠性;6、內、外轉子皆為硅鋼片疊壓而成，不僅加工方便而且不需要電刷和滑環，具有牢固、可靠性高的優點。
【附圖說明】
[0018]圖1為增程式電動汽車用定子永磁型雙機械端口電機的結構示意圖；
[0019]圖2為增程式電動汽車動力總成系統能量走向示意圖(純電動模式)；
[0020]圖3為增程式電動汽車動力總成系統能量走向示意圖(增程模式)。
【具體實施方式】
[0021 ]下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。
[0022]如圖1所示為一種增程式電動汽車用定子永磁型雙機械端口電機，包括殼體9(可米用鑄招材料)、電機輸入軸6、電機輸出軸5、以及安裝在殼體9內部的內轉子4、永磁型內定子2、電機固定環7、永磁型外定子I和外轉子3，且內轉子4、永磁型內定子2、電機固定環7、永磁型外定子I和外轉子3由內至外同軸線設置;電機固定環7為不導磁金屬材質；電機輸入軸6右端位于殼體9內、左端伸出殼體9，電機輸出軸5左端位于殼體9內、右端伸出殼體9;內轉子4與電機輸入軸6右端同軸線固定，永磁型內定子2貼合電機固定環7內表面固定，永磁型外定子I貼合電機固定環7外表面固定，外轉子3與電機輸出軸5(曲軸結構)左端同軸線固定。
[0023]所述電機輸入軸6、內轉子4和永磁型內定子2構成一個內轉子定子永磁型內電機，稱之為這是發電機11;由于發電機11直徑較小，因此本案的設計可有效提高電機輸出軸5的輸出功率，增加運行效率。
[0024]所述永磁型外定子1、外轉子3和電機輸出軸5構成一個外轉子定子永磁型外電機，稱之為這是驅動電機12;由于驅動電機12具有低速大轉矩的特性，可直接驅動汽車，不需要減速齒輪。
[0025]所述發電機11的永磁體和電樞繞組安裝在永磁型內定子2上，內轉子4由純硅鋼片周向疊壓而成；驅動電機12的永磁體和電樞繞組安裝在永磁型外定子I上，外轉子3由純硅鋼片周向疊壓而成。本案中，永磁型內定子2和永磁型外定子I的定子類型一致，均為磁通切換電機定子、雙凸極永磁電機定子或磁通反向型電機定子。優選的，電機固定環7上設置有散熱孔道8，散熱孔道8能夠外接冷卻裝備。
[0026]進一步地，在殼體9、電機輸入軸6之間采用油封設計。同樣地，在殼體9、電機輸出軸5之間也采用油封設計。這樣將潤滑油或散熱油密封在整個同步電機內部，內、外轉子轉動時帶動油液飛濺，可對內、外轉子進行冷卻，提高電機的持續性能。
[0027]如圖2和圖3所示，為一種增程式電動汽車動力總成系統包括:內燃機10、由永磁型內定子2、內轉子4和電機輸入軸6構成的發電機11 (如圖1所不)、由永磁型外定子1、外轉子3和電機輸出軸5構成的驅動電機12 (如圖1所不)、雙電機控制器13、蓄電池14、差速器15。雙電機控制器13也可以改為兩個獨立的電機控制器。
[0028]增程式電動汽車具有兩種工作模式，分別是純電動模式、增程模式。
[0029]參閱圖2，當蓄電池14的電量較高時，由雙電機控制器13從蓄電池14處獲取能量，通過驅動電機12輸出動力，直接傳遞至車輪差速器15，驅動車輛前行。這就是純電動模式。此時內燃機1熄火，發電機11不工作。
[0030]參閱圖3，當蓄電池14的電量較低時，先由發電機11通過雙電機控制器13從蓄電池14處獲取能量，輸出短時大扭矩以起動內燃機10，并將內燃機驅動至最佳工作點轉速。隨后，內燃機10點火工作，并帶動發電機11運行。發電機11通過雙電機控制器13向蓄電池14充電。雙電機控制器13仍從蓄電池14處獲取能量，通過驅動電機12輸出動力，直接傳遞至車輪差速器15，驅動車輛前行。這樣便可以維持驅動電機12的持續工作。這就是增程模式。
[0031]對于增程式電動汽車而言，內燃機10的輸出軸不直接參與整車驅動，僅用于蓄電池14電量不足時充電。因此，從純電動模式切換至增程模式時不存在扭矩波動，整車平順性得到保證。
[0032]本申請增程式電動汽車用定子永磁型電機具有如下優點:
[0033]其一，大幅減小體積，節省內燃機艙內空間。內、外電機呈同心式分布，這種結構能夠使得整個定子永磁型雙機械端口電機的軸向長度得到極大減小。對于目前主流的橫置內燃機、橫置減速器的動力系統來說，對內燃機艙內的橫向空間要求降低，因而可在有限的整車前艙內布置包括發電機和驅動電機在內的定子永磁型雙機械端口電機，結構緊湊，布置靈活性尚。
[0034]其二，發電機和驅動電機之間無磁場耦合，控制簡單。發電機和驅動電機之間完全解耦，可視為兩臺獨立的電機，因此，可分開控制，減小了控制復雜度。同時，由于發電機和驅動電機之間無干擾，內燃機10可長期穩定工作在單一工作點(例如最佳燃油點)，從而可采用小排量內燃機(如三缸機)，以更大程度減小油耗及排放。
[0035]其三，永磁體安裝在定子上，避免了電機運行時轉子旋轉所帶來的震動，有效避免了永磁體因震動而失磁的風險，提高了電機整體的抗震性和可靠性。
[0036]其四，電機固定環上開有散熱孔，電機固定環直接與安裝有電樞繞組和永磁體的定子接觸。通過散熱孔外接散熱裝置，可有效帶走電機熱量，同時對電機的性能也沒有任何影響，從而提高了電機整體的散熱性能。
[0037]其五，定子永磁型外轉子電機具有低速大轉矩的特性，可直接與車輪差速器相連，不需要減速齒輪，從而降低了成本和系統的復雜度，增加了系統可靠性。
[0038]其六，內、外電機轉子皆為硅鋼片疊壓而成，不含任何繞組以及永磁體，增加了轉子堅固程度，提高了可靠性。
[0039]其七，定子永磁型雙機械端口電機不需電刷和滑環，減小了系統損耗和維護成本，增加了系統可靠性。
[0040]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出:對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種增程式電動汽車用定子永磁型雙機械端口電機，其特征在于:包括殼體(9)、電機輸入軸(6)、電機輸出軸(5)、以及安裝在殼體(9)內部的內轉子(4)、永磁型內定子(2)、電機固定環(7)、永磁型外定子(I)和外轉子(3)，且內轉子(4)、永磁型內定子(2)、電機固定環(7)、永磁型外定子(I)和外轉子(3)由內至外同軸線設置；電機固定環(7)為不導磁金屬材質；電機輸入軸(6)右端位于殼體(9)內、左端伸出殼體(9)，電機輸出軸(5)左端位于殼體(9)內、右端伸出殼體(9)；內轉子(4)與電機輸入軸(6)右端同軸線固定，永磁型內定子(2)貼合電機固定環(7)內表面固定，永磁型外定子(I)貼合電機固定環(7)外表面固定，外轉子(3)與電機輸出軸(5)左端同軸線固定； 電機輸入軸(6)、內轉子(4)和永磁型內定子(2)構成一個內轉子定子永磁型內電機，稱之為這是發電機(11);永磁型外定子(I)、外轉子(3)和電機輸出軸(5)構成一個外轉子定子永磁型外電機，稱之為這是驅動電機(12)。2.根據權利要求1所述的增程式電動汽車用定子永磁型雙機械端口電機，其特征在于:發電機(11)的永磁體和電樞繞組安裝在永磁型內定子(2)上，內轉子(4)由純硅鋼片周向疊壓而成；驅動電機(12)的永磁體和電樞繞組安裝在永磁型外定子(I)上，外轉子(3)由純硅鋼片周向置壓而成。3.根據權利要求1所述的增程式電動汽車用定子永磁型雙機械端口電機，其特征在于:永磁型內定子(2)和永磁型外定子(I)的定子類型一致，均為磁通切換電機定子、雙凸極永磁電機定子或磁通反向型電機定子。4.根據權利要求1所述的增程式電動汽車用定子永磁型雙機械端口電機，其特征在于:電機固定環(7)上設置有散熱孔道(8)，散熱孔道(8)能夠外接冷卻裝備。5.—種采用權利要求1所述的增程式電動汽車用定子永磁型雙機械端口電機的動力總成，其特征在于:包括增程式電動汽車用定子永磁型雙機械端口電機、內燃機(10)、雙電機控制器(13)、蓄電池(14)和差速器(15)，增程式電動汽車用定子永磁型雙機械端口電機包括發電機(II)和驅動電機(12)，發電機(11)的電機輸入軸(6)與內燃機(10)的輸出軸直接連接，驅動電機(12)的電機輸出軸(5)與差速器(15)的輸入軸直接連接;雙電機控制器(13)從蓄電池(14)處獲取的驅動能量通過驅動電機(12)輸出動力，直接傳遞給差速器(15);雙電機控制器(13)從蓄電池(14)處獲取的發電能量通過發電機(11)輸出動力，直接啟動內燃機(10)，內燃機(10)帶動發電機(11)發電，產生的電能通過雙電機控制器(13)存儲在蓄電池(14)內。
【文檔編號】H02K51/00GK105896855SQ201610218891
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月8日
【發明人】花為, 周令康, 程明
【申請人】東南大學