減小轉矩紋波的電機驅動系統布置的製作方法
2023-12-02 12:40:41 1
專利名稱：減小轉矩紋波的電機驅動系統布置的製作方法
技術領域：
背景技術：
本發明一般來說涉及一種混合動力車輛電機驅動系統，且更特定來說涉及一種減小在共用軸上具有多個電機的電機驅動系統中的轉矩紋波的電機布置。相關技術說明混合動力電動車輛(HEV)及全電動車輛(FEV)使用電機來將電能轉換成動能。HEV 將內燃機與一個或一個以上電動機組合，而FEV僅使用電動機。電機通常為電機驅動系統的部分。電機驅動系統可包括在共用軸上連接的兩個或兩個以上電機。這些電機通常具有已知量的轉矩紋波(在轉子從可變速度電機驅動中的一個位置移動到另一位置時由其導致的不平滑轉矩)，由此輸出轉矩以取決於電機設計及操作條件的頻率及量值波動。影響轉矩紋波的電機設計及操作條件包括磁體設計、槽的數目、極的數目、氣隙磁通密度諧波等。 此轉矩紋波可被車輛所有者察覺到且為不期望的，因為其可降低所有者舒適性及享受性及 /或車輛性能。優選地最小化或消除所述影響以增強所有者舒適性且改善車輛性能。用於最小化轉矩紋波的常規技術包括修改磁體設計及或蜿蜒電機驅動系統的布局。然而，這些常規技術可成本高昂、無效及/或效率低。因此，此項技術中需要一種以成本更高效且效率更高的方式最小化或消除轉矩紋波的電機驅動系統。
發明內容
因此，本發明涉及一種具有由共用軸連接的第一電機與第二電機的車輛電機驅動系統，其中所述軸與第一及第二車輪可操作地嚙合。所述第一電機耦合到所述可旋轉軸部件的第一端且所述第二電機耦合到所述可旋轉軸部件的第二端。所述第一電機與所述第二電機彼此異相90電度安裝以最小化轉矩紋波。本發明的一個優點在於所述電機驅動系統具有成本更高效且效率更高地最小化轉矩紋波的電機布置。將容易地了解本發明的其它特徵及優點，因為在結合附圖閱讀隨後的說明之後可更好地對其加以理解。
圖1是根據示範性實施例的混合動力汽車的透視圖。圖2是根據示範性實施例的圖1的車輛的俯視圖。
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圖3是根據示範性實施例的具有耦合到共用軸的兩個電機的電機驅動系統的示意圖。圖4是根據示範性實施例的在安裝到共用軸上期間第一電機與第二電機對準的圖解性視圖。圖5是比較兩個不同電機布置中的轉矩紋波的曲線圖。圖6是在第一電機、第二電機及經組合第一與第二電機之間比較相對轉矩對轉子角度的曲線圖。
具體實施例方式大體參照各圖且特定參照圖1及圖2，其圖解說明混合動力車輛10。在此實例中， 車輛10為汽油及電動力的插電式混合動力車輛。車輛10可為具有電機驅動系統12的客車、卡車或其它類型的車輛。車輛10還包括控制車輛10的操作的動力系(power train) 14。 在此實例中，動力系14為插電式混合動力的，且包括電動力的電機16及電機控制器18。車輛10還可包括當在某些操作條件下需要時補充電動機16的汽油動力的發動機20以及電池22。所述發動機可依靠另一燃料進行操作，例如柴油、甲烷、丙烷、氫等。涵蓋各種類型的發動機，例如四缸汽油動力的發動機等。對發動機的選擇取決於各種因素，包括車輛大小、 重量、電池容量等。電機16可為電機器，例如電動機。電動機的實例包括12v高速電動機、 DC串繞電動機、永磁式DC電動機、相位AC感應電機等。參照圖3，其展示用於車輛10的電機驅動系統12的圖示。電機驅動系統12包括以操作嚙合耦合在一起的各種組件，例如第一電機對、第二電機沈、具有齒輪(或多個齒輪)或差速器30的變速器或齒輪箱觀(例如，單速或多速變速器等)及具有齒輪36的軸 (共用可旋轉軸或驅動軸)34。所述電機驅動系統還包括一個或一個以上車軸、軸等；其操作地互連電機驅動系統12的各種組件。共用軸34包括操作地連接到第一電機M的第一端36及操作地連接到第二電機 26的第二端38。連接的實例為可旋轉連接等。共用軸16還連接到變速器觀且還可包括額外齒輪，例如小齒輪、行星齒輪組等。變速器或齒輪箱洲及差速器30位於第一電機M 與第二電機26之間。軸齒輪(小齒輪)36包括多個齒40且位於軸38的第二端上。軸齒輪36可同心地安裝到軸34且與軸34整合在一起。軸齒輪40的齒與變速器齒輪或差速器 30咬合嚙合。在此配置下，存在進入到差速器30中的90度輸入，其中第一電機M、第二電機沈、變速器觀、差速器30及共用軸34彼此直列式且相對於車輛10的寬度橫向地安裝。第一電機M及第二電機沈安裝於共用軸34上，使得第一電機M及第二電機沈的電相位彼此偏移，從而減小轉矩紋波的量值。為使第一電機M及第二電機26偏移，電機 24 J6彼此以預定量(例如，90電度、180電度等)異相安裝。舉例來說，第二電機沈可繞兩個電機MJ6安裝在其上的相同軸向路徑轉動，如圖4中所展示。儘管揭示兩個電機M、 26，但電機驅動系統12中可包括更大數目個電機且所述電機可以預定方式彼此偏移。理想的偏移量取決於極的數目及共用軸34上的電機的數目。現在參照圖4，其展示在安裝到共用軸34上期間第一電機M與第二電機沈相對於彼此的對準。第一電動機M及第二電動機沈包括各種組件，包括定子42及繞定子42 旋轉的轉子44。定子42或電動機MJ6的靜止組件包括以預定方式(例如，繞定子的圓周相對於彼此等距等)布置的多個線圈(A、B、C)46。轉子44或電動機M、26的非靜止組件包括以預定方式(例如，交替的北(N)極與南( 極)布置其極且可旋轉地與定子42交互的多個磁體46。轉子旋轉，因為電機的線及磁場經布置使得繞轉子的軸產生轉矩。使第一電機M及第二電機26偏移(如上文所展示及論述)減輕由第一電機M及第二電機沈形成的轉矩紋波效應。電相位是指電壓的電相位角度，其中電度=極/2*(機械度)舉例來說，12個極對於電機器(例如，電動機)是可接受的值。換句話說，此意指為使兩個電機M、26為異相 90電度，所述電機中的一者(例如，第二電機26)應從另一電機(例如，第一電機24)轉動 (偏移)預定值，例如針對12極機器(例如，電動機)15度。電機驅動系統12的此布置通過以下方式來減小轉矩紋波使一個電機(例如，第二電機26)稍微轉動(偏移)，使得當另一電機(例如，第一電機24)具有轉矩峰值(紋波的高部分)時一個電機具有轉矩低谷(紋波的低部分)，從而最小化轉矩紋波效應。儘管理想地在電機設計階段最小化轉矩紋波，但此不能總是實現。本發明的電機驅動系統12的布置在一個以上電機連接到共用軸的情況下減小高轉矩紋波電機的影響。此外，本發明的電機驅動系統12的布置在電機選擇方面提供較大通用性、選項及靈活性，且還降低車輛、電機等的市場的成本。現在參照圖5及圖6，其分別展示在常規電機布置114與本發明的偏移電機布置 116之間比較轉矩紋波或相對轉矩110 (y軸)對轉子角度112(x軸)的圖示，及在第一電機118、第二電機120及經組合第一與第二電機122之間比較相對轉矩110對轉子角度112 的圖示。其中電機操作使得其電相位完美地對準(不偏移)的常規驅動單元(即，常規布置)的轉矩紋波相對高，如圖5中IM處所展示。相比之下，其中電機M、26操作使得其電相位彼此偏移的的本發明電機驅動系統12的轉矩紋波相對低，如圖5中1 處所展示。如所展示，可通過實施本發明的電機驅動系統12來實現轉矩紋波量值的顯著減小。在常規驅動單元的情況下，電相位通常相對於機械位置在相同位置中(即，電相位完美地對準)。此意指離開相同組裝線的兩個電機經製造使得極完全相同地布置。此意指如果電機以相同方式緊固到共用軸且安裝，那麼來自每一電機的轉矩紋波將彼此一致。 然而，如果轉動電機中的一者(例如，第二電機26)(舉例來說，其安裝極可以使得電機沈轉動15機械度(對於12極機器)的方式布置)，此將致使轉矩紋波為異相90度，使得第一電機M的轉矩峰值將與第二電機26的轉矩低谷對應且反之亦然(即，電相位偏移)，如本發明中所揭示。或者，轉子44可軸向旋轉，使得在安裝到共用軸34上之後轉子44將如期望地定相，如圖6中1 處所展示。注意，通過使用上文所描述的配置/布置作為基礎可構想出眾多變化形式。此包括但不限於使用齒輪、鏈條驅動或其中依據兩個或兩個以上電機之間的相對旋轉位置的任何其它方法以機械方式連結的電機。此還包括周期性地機械斷開但可以使得在電機重新嚙合後電機即刻定相(偏移)以獲得最小轉矩紋波的方式控制的電機。根據以上教示，可對本發明作出許多修改及改變。因此，在所附權利要求書的範圍內，可以不同於所具體描述的方式實踐本發明。
權利要求
1.一種用於車輛的電機驅動系統，所述電機驅動系統包含第一電動機，其可操作以用於驅動車輛的第一車輪；第二電動機，其可操作以用於驅動所述車輛的第二車輪；及可旋轉軸部件，其具有第一端及第二端，且所述第一電動機耦合到所述可旋轉軸部件的所述第一端且所述第二電動機耦合到所述可旋轉軸部件的所述第二端，其中所述第一電動機與所述第二電動機彼此異相預定度數安裝以最小化轉矩紋波。
2.根據權利要求1所述的電機驅動系統，其中所述第一電動機與所述第二電動機彼此異相90電度安裝以最小化轉矩紋波。2.根據權利要求1所述的電機驅動系統，其中所述第一電動機與所述第二電動機彼此異相180電度安裝以最小化轉矩紋波。
3.根據權利要求1所述的電動機驅動系統，其中所述第一電動機及所述第二電動機為 12極機器。
4.根據權利要求3所述的電機驅動系統，其中所述第二電機安裝於所述可旋轉軸上， 使得所述第二電機相對於安裝於所述可旋轉軸上的所述第一電機偏移預定機械度數。
5.根據權利要求3所述的電機驅動系統，其中所述第二電機安裝於所述可旋轉軸上， 使得所述第二電機相對於安裝於所述可旋轉軸上的所述第一電機偏移15機械度。
全文摘要
本發明揭示一種具有由共用可旋轉軸連接的第一電機與第二電機的車輛電機驅動系統，其中所述軸與第一及第二車輪可操作地嚙合。所述第一電機耦合到所述可旋轉軸部件的第一端且所述第二電機耦合到所述可旋轉軸部件的第二端。所述第一電機與所述第二電機彼此異相90電度安裝以最小化轉矩紋波。
文檔編號H02K7/20GK102484411SQ201080037092
公開日2012年5月30日 申請日期2010年6月24日 優先權日2009年6月24日
發明者保羅·博什科維奇 申請人:菲斯科汽車公司