一種用於混合動力汽車的電動變速器雙轉子電機的製作方法

2023-10-27 14:40:27 2

專利名稱：一種用於混合動力汽車的電動變速器雙轉子電機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種汽車變速器電機，具體的說是一種用於混合動力汽車的電動變速器雙轉子電機。
背景技術：
隨著聯合國氣象會議的召開，降低溫室氣體排放成了全世界關注的重點，據統計，全世界溫室氣體的排放中，汽車大約為14%，僅次於發電站(佔21. 3%)和工業生產過程(16. 8%)，列第三位。降低汽車的排放將成為減排的重中之重，將越來越多地吸引資金和技術的投入。各國政府也紛紛加大了在汽車減排方面的政策支持力度，尤其是我國政府，正在不斷出臺新的優惠政策鼓勵企業開發有減排效果的新能源汽車。新能源汽車正以每年130%的速度增長，包括混合動力在內的新能源汽車正在使傳統汽車面臨一場革命性的變化，據預測，到2015年，以混合動力和純電動為主的新能源汽車將取代常規動力汽車成為汽車市 場的主流。目前形成商品的混合動力汽車以豐田的普銳斯為代表，都是通過行星齒輪進行機械率禹合的，米用雙電機(EVT)的混合動力汽車米用電稱合原理，由於省去了發動機飛輪、離合器和變速箱，使重量更輕，效率更高，從上世紀80年度開始國外就在研究開發，最近幾年國內也在開發，但至今未能定型生產。圖I是目前國內外正在研發的混合動力汽車用雙轉子電機的結構原理圖，這是一個統一磁場下的雙轉子電機，內轉子I和定子3有三相繞組，外轉子2的內外均布有永磁鐵，內轉子I和外轉子2內側的永磁鐵組成第一電機(即內電機)，外轉子2外側的永磁鐵和定子3組成第二電機(即外電機)。當發動機帶動內轉子I轉動時，在磁場的作用下外轉子2也跟隨轉動，如果不考慮內外轉子的間隙造成的磁場損失，外轉子2上的輸出扭矩和發動機在內轉子上的輸入扭矩相等。外轉子輸出軸4接汽車驅動系統，內轉子輸入軸5接發動機，一般工況下內外轉子之間存在轉速差，如果發動機轉速大於驅動軸轉速，內電機就成為發電機。發動機的輸出功率分為兩部分，一部分通過磁感應直接穿透到汽車的驅動軸，另一部分通過發電機轉換成電能。發電機發出的交流電經過整流可對電池充電，也可再經過直/交流轉換成交流電和定子繞組相連，作為第二電機(即外電機)的驅動電源，當第一電機的穿透功率不能滿足汽車工況的需要時由第二電機補充。第二電機可在發動機停機時由電池供電直接驅動汽車。同樣原理，當驅動軸的轉速大於發動機轉速或驅動軸扭矩小於穿透扭矩時，第二電機也能作為發電機，對電池充電。和目前最流行的混合動力汽車一樣，兩個電機都可完成機械能-電能-機械能或電能-機械能-電能的轉換，只是耦合方式是通過電耦合而不是通過行星齒輪耦合。從圖I的結構原理圖上可以看出，為了降低磁損耗，內轉子I和外轉子2之間的間隙必須儘量小，一般小於1_，因此，最大的技術難題就是內轉子I的線圈發熱冷卻問題，由於是旋轉軸，不能用循環水冷卻，使用風冷又沒有足夠的氣流空間。而內轉子I的繞組工作時一般處於長時間較大電流(負荷)的情況下，發熱問題比較突出，超出了常用漆包線的承受範圍。國內外對雙轉子電機的研發已有很長時間，但始終沒有形成產業化，冷卻問題沒有突破是重要原因之一。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是，克服現有技術的缺點，提供一種用於混合動力汽車的電動變速器雙轉子電機，可以解決轉子繞組發熱而又不易冷卻的技術問題。本實用新型解決以上技術問題的技術方案是—種用於混合動力汽車的電動變速器雙轉子電機，包括定子、內轉子、外轉子、交直流變換器、電池和殼體，定子、內轉子、外轉子安裝在殼體內，內轉子的內外面都布有永磁鐵，定子和外轉子上都繞有三相繞組；定子安裝在位於電機中心的固定不轉的主軸上；內轉子設在定子的外圍，內轉子連接的輸出軸與汽車的驅動軸連接；外轉子設在內轉子的外圍，內外轉子同軸，外轉子連接的輸入軸與汽車發動機的輸出軸連接；外轉子和內轉子之間因為發動機和汽車驅動軸的轉速差而產生相對轉動，外轉子和內轉子的外側的永磁鐵組成外電機；內轉子繞定子轉動，定子和內轉子的內側的永磁鐵組成內電機；定子的三相繞組 通過電源變換器接電池，外轉子的三相繞組通過節流環和電源變換器接電池。本實用新型和國內外正在研製或公開發表的EVT不同之處在於把和發動機相連的長時間在高負荷下工作的轉子布置到外層，使其繞組有足夠的冷卻空間，把定子布置到軸心位置，由於定子是不轉動的，其繞組可通過水道，用冷卻液冷卻，為解決轉子繞組發熱而又不易冷卻的技術難題提供了有效的途徑。本實用新型進一步限定的技術方案是前述的用於混合動力汽車的電動變速器雙轉子電機，在定子固定的主軸內以及在殼體上布置有水道，通過循環水分別對定子和外轉子的線圈繞組進行冷卻。前述的用於混合動力汽車的電動變速器雙轉子電機，內轉子連接的輸出軸通過由齒輪組成的減速器與汽車的驅動軸連接。減速器的兩端均可輸出，這樣既可應用在發動機前置前驅動的汽車，也可用於發動機前置後驅動的汽車，從前端輸出和獨立的差速器相連可用於前驅動的汽車，向後輸出可直接連接後橋，用於後驅動的汽車。前述的用於混合動力汽車的電動變速器雙轉子電機，減速器的輸出軸上安裝皮帶輪作為取力器，通過皮帶輪驅動汽車液壓助力轉向的油泵或其它需要動力源的組件。這樣解決了混合動力汽車當發動機不工作時的轉向助力，不必一定採用電動助力轉向(EPS)，縮短了混合動力汽車的開發周期，解決了混合動力汽車在發動機停機時的助力轉向的問題，使本實用新型的EVT可以作為插入式混合動力車汽車的傳動系統，用於把現有型號的常規動力汽車改裝為混合動力汽車。本實用新型的有益效果是本實用新型的適用於混合動力汽車使用的雙轉子電機具有驅動和電動無級變速(EVT)的雙重功能，本實用新型和目前國內外正在研發並公開發表的的雙轉子電機的結構相比，內轉子和定子位置互換，電機的定子在中心，外轉子承擔傳統EVT中內轉子的功能，作為輸入端和發動機連接，內轉子作為輸出端和汽車驅動系統連接。本實用新型為解決轉子繞組發熱而又不易冷卻的技術難題提供了有效的途徑，傳統的雙轉子電機的內轉子和發動機連接，轉子的繞組經常處於大電流狀態，由於是旋轉的，而且為了減少磁損，內、外轉子的間隙必須小於1_，因此，很難對內轉子的繞組進行有效冷卻；本實用新型的結構把高負荷工作的轉子繞組布置到外面，有足夠的冷卻空間，定子繞組可通過水道，用冷卻液冷卻，可以解決轉子繞組發熱而又不易冷卻的技術難題。

圖I是現有的混合動力汽車用雙轉子電機的結構原理圖。圖2是本實用新型的結構原理圖。
具體實施方式
實施例I本實施例提供一種用於混合動力汽車的電動變速器雙轉子電機，結構如圖2所示，包括定子3、內轉子I、外轉子2、電池6和殼體10，定子3、內轉子I、外轉子2和電池6安裝在殼體10內，內轉子I的內外面都布有永磁鐵，定子3和外轉子2上都繞有三相繞組； 定子3安裝在位於電機中心的固定不轉的主軸上；內轉子I設在定子的外圍，內轉子I連接的輸出軸4與汽車的驅動軸連接；外轉子2設在內轉子I的外圍，內外轉子同軸，外轉子2連接的輸入軸5與汽車發動機的輸出軸連接；外轉子2和內轉子I之間因為發動機和汽車驅動軸的轉速差而產生相對轉動，外轉子2和內轉子I的外側的永磁鐵組成的外電機；內轉子I繞定子3轉動，定子3和內轉子I的內側的永磁鐵組成內電機；外電機和內電機的工作原理和圖I的現有的雙轉子電機一樣，不同之處在結構上，把內轉子和定子的位置互換，定子在中心，和發動機相連的轉子布置到最外面，圖2中的外轉子的作用相當於圖I中的內轉子，所不同的是本實用新型線圈繞組到了外面，有比較充裕的冷卻空間。定子固定在主軸上，可以在軸向布置循環水道，通過循環水對定子的線圈繞組進行冷卻。外轉子2的三相繞組通過節流環7連接交/直流轉換器8，交/直流轉換器8連接至電池6，定子3的三相繞組通過副直/交流轉換器9連接電池6。定子的三相繞組和外轉子的三相繞組通過交直流變換器和電池相連，根據不同的工況和內、外轉子之間的轉速差，使電機具有驅動和發電的雙重功能。當作為電動機工作時由電池供電，當作為發電機工作時為電池充電。本實用新型和國內外正在研製或公開發表的EVT不同之處在於把和發動機相連的長時間在高負荷下工作的轉子布置到外層，使其繞組有足夠的冷卻空間，把定子布置到軸心位置，由於定子是不轉動的，其繞組可通過水道，用冷卻液冷卻，為解決轉子繞組發熱而又不易冷卻的技術難題提供了有效的途徑。圖3是應用本實用新型雙轉子電機的結構示意圖，外轉子2連接的輸入軸5通過從彈性聯軸節11與汽車發動機的輸出軸連接。內轉子I連接的輸出軸通過齒輪減速後，從減速器輸出軸13與汽車的驅動系統連接，齒輪包括主動齒輪12與被動齒輪14，減速器的兩端均可輸出，這樣既可應用在發動機前置前驅動的汽車，也可用於發動機前置後驅動的汽車，從前端輸出和獨立的差速器相連可用於前驅動的汽車，向後輸出可直接連接後橋，用於後驅動的汽車。取力器是在輸出軸上安裝皮帶輪15，必要時可通過皮帶輪15驅動液壓助力轉向的油泵，這樣解決了混合動力汽車當發動機不工作時的轉向助力，不必一定採用電動助力轉向(EPS)，縮短了混合動力汽車的開發周期，解決了混合動力汽車在發動機停機時的助力轉向的問題，使本實用新型的雙電機可以作為插入式混合動力車汽車的傳動系統，用於把現有型號的常規動力汽車改裝為混合動力汽車。減速器的速比可根據汽車對動力性的要求和電機的外特性，合理選擇齒輪的速t匕，雙電機總成的速比由內、外轉子的轉速差和減速器齒輪的速比構成，這樣就使混合動力汽車在動力性和經濟性的取捨上有更大的選擇餘地。除上述實施例外，本實用新型還可以有其他實施方式。凡採用等同替換或等效變 換形成的技術方案，均落在本實用新型要求的保護範圍。
權利要求1.一種用於混合動カ汽車的電動變速器雙轉子電機，包括定子、內轉子、外轉子、交直流變換器、電池和殼體，所述定子、內轉子、外轉子安裝在殼體內，其特徵在於內轉子的內外面都布有永磁鐵，定子和外轉子上都繞有三相繞組；所述定子安裝在位於電機中心的固定不轉的主軸上；所述內轉子設在所述定子的外圍，所述內轉子連接的輸出軸與汽車的驅動軸連接；所述外轉子設在所述內轉子的外國，內外轉子同軸，外轉子連接的輸入軸與汽車發動機的輸出軸連接；所述外轉子和內轉子之間因為發動機和汽車驅動軸的轉速差而產生相對轉動，外轉子和內轉子的外側的永磁鐵組成外電機；所述內轉子繞定子轉動，定子和內轉子的內側的永磁鐵組成內電機；所述定子的三相繞組通過電源變換器接電池，所述外轉子的三相繞組通過節流環和電源變換器接電池。
2.如權利要求I所述的用於混合動カ汽車的電動變速器雙轉子電機，其特徵在於在所述定子固定的主軸內以及在殼體上布置有水道，通過循環水分別對定子和外轉子的線圈繞組進行冷卻。
3.如權利要求I或2所述的用於混合動カ汽車的電動變速器雙轉子電機，其特徵在於所述內轉子連接的輸出軸通過由齒輪組成的減速器與汽車的驅動軸連接。
4.如權利要求3所述的用於混合動カ汽車的電動變速器雙轉子電機，其特徵在於所述減速器的輸出軸上安裝皮帶輪作為取カ器，通過所述皮帶輪驅動汽車液壓助力轉向的油泵或其它需要動カ源的組件。
專利摘要本實用新型涉及一種汽車變速器電機，是一種用於混合動力汽車的電動變速器雙轉子電機，其結構特點為由定子、內轉子和外轉子組成同軸的兩個交流永磁電機，內轉子的內外面都布有永磁鐵，定子和外轉子上繞有三相繞組；定子安裝在位於電機中心的固定不轉的主軸上；內轉子設在定子的外圍，定子和內轉子組成內電機，內轉子和外轉子有相對運動，組成外電機。內轉子連接的輸出軸與汽車的驅動軸連接；外轉子連接的輸入軸與汽車發動機的輸出軸連接；利用永磁電機的等功率特性，實現汽車的自動變速功能。本實用新型把和發動機相連的長時間在高負荷下工作的轉子布置到外層，使其繞組有足夠的冷卻空間，把定子布置到軸心位置，由於定子是不轉動的，其繞組可通過水道，用冷卻液冷卻，為解決轉子繞組發熱而又不易冷卻的技術難題提供了有效的途徑。
文檔編號H02K16/02GK202475196SQ20122000146
公開日2012年10月3日 申請日期2012年1月5日 優先權日2012年1月5日
發明者張禾豐 申請人:張禾豐