專(zhuān)利名稱(chēng)：電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)及相關(guān)行星齒輪無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)和控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及電動(dòng)汽車(chē)電驅(qū)系統(tǒng)電機(jī)控制器 技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)及相關(guān)行星齒輪無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)和控制方法。
背景技術(shù)：
電動(dòng)車(chē)輛(包括純電動(dòng)和混合動(dòng)力車(chē)輛)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)方案常見(jiàn)的有五 種(1)單電機(jī)、減速器、差速器；(2)單電機(jī)、變速器、差速器，變速器一般可以是2速至4 速；(3)2臺(tái)或4臺(tái)輪轂電機(jī)，無(wú)減速器；(4)2臺(tái)或4臺(tái)輪轂電機(jī)帶行星齒輪減速器；(5)定 子和轉(zhuǎn)子可以相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)的逆轉(zhuǎn)電機(jī)。采用輪轂電機(jī)雖然可以省去變速器、減速器、差速器、傳動(dòng)軸、聯(lián)軸節(jié)等傳動(dòng)系統(tǒng)， 簡(jiǎn)化動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增加系統(tǒng)效率，但因控制復(fù)雜、耐久性問(wèn)題不易解決，至今尚未在電動(dòng) 車(chē)輛上獲得廣泛應(yīng)用。單電機(jī)、減速器、差速器的動(dòng)力傳動(dòng)方案多見(jiàn)于普及型純電動(dòng)小型和微型車(chē)輛中。 其優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有離合器，便于實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)能量回饋；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，提高了可靠性和效率。另外， 由于不需要換檔，運(yùn)行的平順性好。缺點(diǎn)是要求驅(qū)動(dòng)電機(jī)低速時(shí)轉(zhuǎn)矩較高，調(diào)速范圍寬。因 此，這個(gè)方案一般不適合起步扭矩和最高車(chē)速都很大的情況，如在高速公路行使的中巴和 大巴等較大型車(chē)輛。單電機(jī)、變速器、差速器的動(dòng)力傳動(dòng)方案可降低對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)峰值轉(zhuǎn)矩、峰值轉(zhuǎn)速和 調(diào)速范圍的要求，進(jìn)而降低電機(jī)的成本，同時(shí)可以較容易將常用車(chē)速設(shè)計(jì)在電機(jī)最佳效率 區(qū)，提高了系統(tǒng)的效率。缺點(diǎn)是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，轉(zhuǎn)動(dòng)部件多，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)本身的效率和可靠 性略低。另外，若是沿用原車(chē)變速器，則常常帶有離合器，但離合器作為起步裝置的功能顯 得多余，一般離合器盤(pán)上的減振機(jī)構(gòu)也并非為電動(dòng)車(chē)輛所需。不僅如此，若采用常見(jiàn)的金屬 帶式無(wú)級(jí)式自動(dòng)變速器，則功能顯得多余，因?yàn)槔速M(fèi)了電機(jī)本身具有的調(diào)速能力，無(wú)謂增加 了系統(tǒng)復(fù)雜性。若采用有級(jí)式自動(dòng)變速器，則換檔時(shí)的難以避免的不完美給電機(jī)本身的平 滑動(dòng)力不必要地添加了缺憾。綜上所述，電動(dòng)車(chē)輛的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)需要一種有別于傳統(tǒng)燃油汽車(chē)的技術(shù)方案， 其主要特點(diǎn)是(1)充分利用電機(jī)調(diào)速范圍寬的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行變速；(2)傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比與傳統(tǒng) 內(nèi)燃機(jī)匹配的有級(jí)和無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器都簡(jiǎn)單；(3)無(wú)級(jí)變速、高傳動(dòng)效率。因此，期望提供一種電動(dòng)車(chē)輛的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，能充分利用電機(jī)調(diào)速范圍寬的優(yōu) 點(diǎn)進(jìn)行變速，傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)匹配的有級(jí)和無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器都簡(jiǎn)單，具有無(wú) 級(jí)變速、高傳動(dòng)效率的特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供一種電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī) 及相關(guān)行星齒輪無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)和控制方法，該電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)設(shè)計(jì)巧妙，結(jié)構(gòu)獨(dú)特，
5與行星齒輪配合，能充分利用電機(jī)調(diào)速范圍寬的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行變速，傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比與傳統(tǒng)內(nèi) 燃機(jī)匹配的有級(jí)和無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器都簡(jiǎn)單，具有無(wú)級(jí)變速、高傳動(dòng)效率的特點(diǎn)，最終提高了 整車(chē)性能，適于大規(guī)模推廣應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，在本發(fā)明的第一方面，提供了 一種電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)，包 括機(jī)殼、輸出軸及位于所述機(jī)殼內(nèi)的外轉(zhuǎn)子和定子，所述輸出軸至少部分位于所述機(jī)殼中 并相對(duì)所述機(jī)殼可轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置，所述定子套設(shè)在所述輸出軸的周?chē)?，所述定子外?cè)設(shè)置有外 側(cè)三相繞組，所述外轉(zhuǎn)子套設(shè)在所述外側(cè)三相繞組的周?chē)⑾鄬?duì)所述定子可轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置，其 特點(diǎn)是，所述電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)還包括內(nèi)轉(zhuǎn)子，所述定子內(nèi)側(cè)設(shè)置有內(nèi)側(cè)三相繞組，所 述內(nèi)轉(zhuǎn)子插設(shè)在所述內(nèi)側(cè)三相繞組中圍繞所述輸出軸并相對(duì)于所述定子可轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置，從而 所述內(nèi)側(cè)三相繞組和所述內(nèi)轉(zhuǎn)子構(gòu)成內(nèi)電機(jī)分系統(tǒng)，所述外側(cè)三相繞組和所述外轉(zhuǎn)子構(gòu)成 外電機(jī)分系統(tǒng)。較佳地，所述外轉(zhuǎn)子和所述內(nèi)轉(zhuǎn)子分別為永磁體和勵(lì)磁繞組中的任意一種。 在本發(fā)明的第二方面，提供了 一種電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)行星齒輪無(wú)級(jí)變速系 統(tǒng)，其特點(diǎn)是，包括行星齒輪和上述的電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)，所述外轉(zhuǎn)子與所述行星齒輪 的齒圈、行星架和太陽(yáng)輪中的任一部件連接，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子與所述齒圈、所述行星架和所述太 陽(yáng)輪中的另一部件連接，所述輸出軸與所述齒圈、所述行星架和所述太陽(yáng)輪中的第三部件 連接。較佳地，所述外轉(zhuǎn)子與所述齒圈連接，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子與所述太陽(yáng)輪連接，所述輸出軸 與所述行星架連接。較佳地，所述外轉(zhuǎn)子與所述齒圈連接，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子與所述行星架連接，所述輸出軸 與所述太陽(yáng)輪連接。較佳地，所述外轉(zhuǎn)子與所述行星架連接，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子與所述齒圈連接，所述輸出軸 與所述太陽(yáng)輪連接。較佳地，所述電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)行星齒輪無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)還包括差速器，所述 輸出軸與所述差速器的差速器外殼連接。更佳地，所述電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)行星齒輪無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)還包括主減速齒輪 對(duì)，所述主減速齒輪對(duì)位于所述行星齒輪和所述差速器外殼之間并分別與所述行星齒輪和 所述差速器外殼連接。更佳地，所述電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)行星齒輪無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)還包括半軸，所示半 軸與所述差速器連接，所述輸出軸為空心軸，所述半軸穿設(shè)所述空心軸。在本發(fā)明的第三方面，提供了一種上述的電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)行星齒輪無(wú)級(jí)變 速系統(tǒng)的最佳能量經(jīng)濟(jì)性控制方法，其特點(diǎn)是，通過(guò)整車(chē)控制器根據(jù)車(chē)輛的行駛狀態(tài)、電池 荷電狀態(tài)(SOC)、加速踏板、制動(dòng)踏板的狀態(tài)及其時(shí)間變化率確定電機(jī)運(yùn)行模式是驅(qū)動(dòng)模式 還是制動(dòng)能量回饋模式，進(jìn)而確定所述電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的工作轉(zhuǎn)矩T3;然后向內(nèi)電 機(jī)分系統(tǒng)控制器和外電機(jī)分系統(tǒng)控制器發(fā)出電機(jī)運(yùn)行模式和轉(zhuǎn)矩指令，內(nèi)電機(jī)分系統(tǒng)控制 器和外電機(jī)分系統(tǒng)控制器根據(jù)所述電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)行星齒輪無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)的拓?fù)?結(jié)構(gòu)以及齒圈和太陽(yáng)輪齒數(shù)確定所述內(nèi)轉(zhuǎn)子和所述外轉(zhuǎn)子須提供的轉(zhuǎn)矩1\、T2，根據(jù)車(chē)速、 車(chē)輪動(dòng)態(tài)半徑算出輸出轉(zhuǎn)速ω3，再根據(jù)所述內(nèi)電機(jī)分系統(tǒng)和所述外分系統(tǒng)效率曲線實(shí)時(shí) 計(jì)算出所述內(nèi)轉(zhuǎn)子和所述外轉(zhuǎn)子此時(shí)最佳的工作轉(zhuǎn)速，其中
權(quán)利要求
一種電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)，包括機(jī)殼、輸出軸及位于所述機(jī)殼內(nèi)的外轉(zhuǎn)子和定子，所述輸出軸至少部分位于所述機(jī)殼中并相對(duì)所述機(jī)殼可轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置，所述定子套設(shè)在所述輸出軸的周?chē)?，所述定子外?cè)設(shè)置有外側(cè)三相繞組，所述外轉(zhuǎn)子套設(shè)在所述外側(cè)三相繞組的周?chē)⑾鄬?duì)所述定子可轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置，其特征在于，所述電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)還包括內(nèi)轉(zhuǎn)子，所述定子內(nèi)側(cè)設(shè)置有內(nèi)側(cè)三相繞組，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子插設(shè)在所述內(nèi)側(cè)三相繞組中圍繞所述輸出軸并相對(duì)于所述定子可轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置，從而所述內(nèi)側(cè)三相繞組和所述內(nèi)轉(zhuǎn)子構(gòu)成內(nèi)電機(jī)分系統(tǒng)，所述外側(cè)三相繞組和所述外轉(zhuǎn)子構(gòu)成外電機(jī)分系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)，其特征在于，所述外轉(zhuǎn)子和所述內(nèi) 轉(zhuǎn)子分別為永磁體和勵(lì)磁繞組中的任意一種。
3.一種電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)行星齒輪無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)，其特征在于，包括行星齒輪和 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)，所述外轉(zhuǎn)子與所述行星齒輪的齒圈、行星 架和太陽(yáng)輪中的任一部件連接，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子與所述齒圈、所述行星架和所述太陽(yáng)輪中的另 一部件連接，所述輸出軸與所述齒圈、所述行星架和所述太陽(yáng)輪中的第三部件連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)行星齒輪無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)，其特征在 于，所述外轉(zhuǎn)子與所述齒圈連接，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子與所述太陽(yáng)輪連接，所述輸出軸與所述行星架 連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)行星齒輪無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)，其特征在 于，所述外轉(zhuǎn)子與所述齒圈連接，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子與所述行星架連接，所述輸出軸與所述太陽(yáng)輪 連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)行星齒輪無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)，其特征在 于，所述外轉(zhuǎn)子與所述行星架連接，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子與所述齒圈連接，所述輸出軸與所述太陽(yáng)輪 連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)行星齒輪無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)，其特征在 于，所述電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)行星齒輪無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)還包括差速器，所述輸出軸與所述 差速器的差速器外殼連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)行星齒輪無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)，其特征在 于，所述電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)行星齒輪無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)還包括主減速齒輪對(duì)，所述主減速 齒輪對(duì)位于所述行星齒輪和所述差速器外殼之間并分別與所述行星齒輪和所述差速器外 殼連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)行星齒輪無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)，其特征在 于，所述電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)行星齒輪無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)還包括半軸，所示半軸與所述差速 器連接，所述輸出軸為空心軸，所述半軸穿設(shè)所述空心軸。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)行星齒輪無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)的最 佳能量經(jīng)濟(jì)性控制方法，其特征在于，通過(guò)整車(chē)控制器根據(jù)車(chē)輛的行駛狀態(tài)、電池荷電狀態(tài) (SOC)、加速踏板、制動(dòng)踏板的狀態(tài)及其時(shí)間變化率確定電機(jī)運(yùn)行模式是驅(qū)動(dòng)模式還是制動(dòng) 能量回饋模式，進(jìn)而確定所述電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的工作轉(zhuǎn)矩T3;然后向內(nèi)電機(jī)分系統(tǒng) 控制器和外電機(jī)分系統(tǒng)控制器發(fā)出電機(jī)運(yùn)行模式和轉(zhuǎn)矩指令，內(nèi)電機(jī)分系統(tǒng)控制器和外電 機(jī)分系統(tǒng)控制器根據(jù)所述電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)行星齒輪無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及 齒圈和太陽(yáng)輪齒數(shù)確定所述內(nèi)轉(zhuǎn)子和所述外轉(zhuǎn)子須提供的轉(zhuǎn)矩1\、T2，根據(jù)車(chē)速、車(chē)輪動(dòng)態(tài)2
11. 一種根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)行星齒輪無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)的最 佳能量經(jīng)濟(jì)性控制方法，其特征在于，通過(guò)整車(chē)控制器根據(jù)車(chē)輛的行駛狀態(tài)、電池荷電狀態(tài) (SOC)、加速踏板、制動(dòng)踏板的狀態(tài)及其時(shí)間變化率確定電機(jī)運(yùn)行模式是驅(qū)動(dòng)模式還是制動(dòng) 能量回饋模式，進(jìn)而確定所述電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的工作轉(zhuǎn)矩T3;然后向電機(jī)控制器發(fā) 出電機(jī)運(yùn)行模式和轉(zhuǎn)矩指令，電機(jī)控制器根據(jù)所述電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)行星齒輪無(wú)級(jí)變 速系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及齒圈和太陽(yáng)輪齒數(shù)確定所述內(nèi)轉(zhuǎn)子和所述外轉(zhuǎn)子須提供的轉(zhuǎn)矩1\、 T2，根據(jù)車(chē)速、車(chē)輪動(dòng)態(tài)半徑算出輸出轉(zhuǎn)速ω3，再根據(jù)所述內(nèi)電機(jī)分系統(tǒng)和所述外分系統(tǒng)效 率曲線實(shí)時(shí)計(jì)算出所述內(nèi)轉(zhuǎn)子和所述外轉(zhuǎn)子此時(shí)最佳的工作轉(zhuǎn)速，其中
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)行星齒輪無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)的最 佳能量經(jīng)濟(jì)性控制方法，其特征在于，采用電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制，一旦確定所述內(nèi)轉(zhuǎn)子和 所述外轉(zhuǎn)子的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩和工作轉(zhuǎn)速，則根據(jù)矢量控制算法，確定內(nèi)側(cè)三相繞組和外側(cè)三相 繞組的勵(lì)磁電流分量idl、id2和轉(zhuǎn)矩電流分量iql、iq2，再用以下Clarke逆變換公式(8)和 Park逆變換公式(9)確定輸入到內(nèi)側(cè)三相繞組和外側(cè)三相繞組的三相交流電流iA1、iB1、ia 和iA2、iB2、ie2，使內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子在目標(biāo)轉(zhuǎn)矩和工作轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，其中
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)，其輸出軸至少部分位于機(jī)殼中并相對(duì)機(jī)殼可轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置，定子套設(shè)在輸出軸的周?chē)?，定子外?cè)設(shè)置有外側(cè)三相繞組，外轉(zhuǎn)子套設(shè)在外側(cè)三相繞組的周?chē)⑾鄬?duì)定子可轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置，定子內(nèi)側(cè)設(shè)置有內(nèi)側(cè)三相繞組，內(nèi)轉(zhuǎn)子插設(shè)在所述內(nèi)側(cè)三相繞組中圍繞輸出軸并相對(duì)于定子可轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置，還提供了一種電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)行星齒輪無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)及控制方法，本發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)用雙轉(zhuǎn)子電機(jī)設(shè)計(jì)巧妙，結(jié)構(gòu)獨(dú)特，與行星齒輪配合，能充分利用電機(jī)調(diào)速范圍寬的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行變速，傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)匹配的有級(jí)和無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器都簡(jiǎn)單，具有無(wú)級(jí)變速、高傳動(dòng)效率的特點(diǎn)，最終提高了整車(chē)性能，適于大規(guī)模推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)H02K16/02GK101951092SQ20101028384
公開(kāi)日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月16日
發(fā)明者袁一卿 申請(qǐng)人:上海中科深江電動(dòng)車(chē)輛有限公司