四輪驅動電動汽車的雙轉子輪轂電機及其動力傳遞方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電動汽車輪轂電機以及其控制領域，特指一種四輪驅動電動汽車的雙轉子輪轂電機及其動力傳遞方法，涉及一種兼有驅動、差速、制動及能量回收的雙轉子輪轂電機，尤其是通過雙轉子電機與行星齒輪機構結合實現(xiàn)動力轉速耦合和轉矩耦合。
【背景技術】
[0002]隨著全球能源供應日益緊張，國際原油價格跌宕起伏，生態(tài)環(huán)境惡化，節(jié)能與環(huán)保已成為全球范圍的主題，正因如此新能源汽車的開發(fā)與研究迫在眉睫。純電動汽車因為它零排放、零污染、高效率的特性成為未來汽車發(fā)展的一大方向。
[0003]現(xiàn)有純電動汽車的驅動系統(tǒng)布置形式目前主要有四種基本典型結構，即傳統(tǒng)的驅動方式、電動機一驅動橋組合式驅動方式、電動機-驅動橋整體式驅動方式、輪毅電動機分散驅動方式。傳統(tǒng)的驅動方式仍然采用內(nèi)燃機汽車的驅動系統(tǒng)布置方式只是將內(nèi)燃機換成電動機，屬于改造型電動汽車，布置形式結構復雜、效率低，不能充分發(fā)揮驅動電動機的性能；電動機一驅動橋組合式驅動方式在驅動電動機端蓋的輸出軸處加裝減速齒輪和差速器等，電動機、固定速比減速器、差速器的軸互相平行，一起組合成一個驅動整體。它通過固定速比的減速器來放大驅動電動機的輸出轉矩，但沒有可選的變速擋位，也就省掉了離合器，并且對驅動電動機的調(diào)速要求較高；電動機-驅動橋整體式與發(fā)動機橫向前置一前輪驅動的內(nèi)燃機汽車的布置方式類似，把電動機、固定速比減速器和差速器集成為一個整體，兩根半軸連接驅動車輪，這種驅動方式由于增加了驅動電動機和功率轉換器，增加了初始成本，而且在不同條件下對2個驅動電動機進行精確控制的可靠性需要進一步研究；輪毅電動機分散驅動式一般采用低速內(nèi)定子外轉子電動機，其外轉子直接安裝在車輪的輪緣上，可完全去掉變速裝置，驅動電動機轉速和車輪轉速相等，車輪轉速和車速控制完全取決于驅動電動機的轉速控制。由于不通過機械減速，通常要求驅動電動機為低速大轉矩電動機。低速內(nèi)定子外轉子電動機結構簡單，無需齒輪變速傳動機構，但其體積大、質量大、成本高。
[0004]采用輪毅電動機驅動可大大縮短從驅動電動機到驅動車輪的傳遞路徑，不僅能騰出大量的有效空間便于總體布局并且能大大提高了對車輪的動態(tài)響應控制性能。每臺驅動電動機的轉速可獨立調(diào)節(jié)控制，便于實現(xiàn)電子差速。既省去了機械差速器，也有利于提高汽車轉彎時的操控性，因此近年輪轂電機驅動技術越來越受到人們的關注，成為電動汽車研究的一大熱點。
[0005]—般的輪轂電機都是傳統(tǒng)的單定子，單轉子結構。主要分成兩種結構型式:內(nèi)轉子型和外轉子型，通常，外轉子型采用低速外轉子電機，電機的最高轉速在1000-1500r/min左右，無任何減速裝置，電機的外轉子與車輪的輪輞固定或者集成在一起，車輪的轉速與電機相同。內(nèi)轉子型則采用高速內(nèi)轉子電機，同時裝備固定傳動比的減速器。為了獲得較高的功率密度，電機的轉速通常高達10000r/min。減速結構通常采用傳動比在10:1左右的行星齒輪減速裝置，車輪的轉速在1000r/min左右。
[0006]雖然輪轂電機驅動系統(tǒng)相較于電動機集中動力驅動系統(tǒng)具有很大的優(yōu)勢，但其仍然存在許多不足之處。單一的單電機驅動模式無法滿足汽車低速和高速等行駛工況的需求，為了滿足整車動力性需求，輪轂電機仍然采用大功率電機，這樣不僅功率得不到充分利用，而且電機體積和質量的增加使得整車簧下質量增加不利于操控。同時，電子差速使得電機的控制系統(tǒng)過于復雜，不利于整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。近年來出現(xiàn)的雙轉子電機因為內(nèi)外雙轉子結構具有更好的驅動特性。不過國內(nèi)外研究的熱點主要集中于將雙轉子電機作為動力耦合裝置用于混合動力汽車，用它替代傳統(tǒng)的變速箱、起動機、發(fā)電機作為一種無級變速器使用，而對將其應用于輪轂電機的研究仍然空缺。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提出了一種新型輪轂電機結構，將雙轉子電機與行星齒輪機構結合，通過離合器、制動器的結合斷開可以工作在不同模式下，實現(xiàn)電機單獨驅動、轉速耦合及轉矩耦合不同運行狀態(tài)。同時在汽車制動時能有效地進行制動能量的回收。
[0008]本發(fā)明雙轉子輪轂電機結構的具體技術方案如下:
[0009]一種四輪驅動電動汽車的雙轉子輪轂電機，包括電機組和行星齒輪機構，電機組和行星齒輪機構通過離合器連接，電機組和行星齒輪機構均位于機殼內(nèi)；
[0010]所述電機組包括內(nèi)轉子、外轉子和定子支架，所述定子支架一端固定連接機殼一端，所述內(nèi)轉子設于定子支架內(nèi)部中心軸線，且與定子支架轉動連接，所述外轉子轉動連接于定子支架的外側；
[0011]所述定子支架外側壁設有定子外繞組，定子外繞組電性連接第二直流/交流轉換器，定子支架內(nèi)側壁設有與定子外繞組相對應的定子內(nèi)繞組，定子內(nèi)繞組電性連接第一直流/交流轉換器，第一直流/交流轉換器和第二直流/交流轉換器均電性連接儲電裝置；
[0012]所述內(nèi)轉子上設有與定子外繞組相對應的永磁體；
[0013]所述外轉子內(nèi)側壁設有與定子外繞組相對應的永磁體；
[0014]所述內(nèi)轉子的輸出端和外轉子的輸出側通過第二離合器連接；
[0015]行星齒輪機構設于雙轉子輪轂電機的輸出側，行星齒輪機構由齒圈、輸出軸、太陽輪、行星輪和行星架組成；輸出軸與太陽輪同軸固連；太陽輪與內(nèi)轉子同軸連接且中間設有第二制動器和第一離合器，行星架與外轉子的輸出側連接且中間設置第一制動器和第三菌A嬰聞口 ο
[0016]上述方案中，所述第二離合器的從動盤固定連接于外轉子輸出側的外側壁，所述第三離合器的從動盤固定連接于外轉子輸出側的外側壁。
[0017]上述方案中，所述第二離合器和第三離合器的從動盤的固定連接方式均為螺栓連接。
[0018]上述方案中，所述外轉子和內(nèi)轉子均通過軸承與定子支架轉動連接。
[0019]上述方案中，所述儲電裝置為動力電池。
[0020]所述的四輪驅動電動汽車的雙轉子輪轂電機的動力傳遞方法，包括驅動模式、緩速制動模式和差速模式；
[0021]—、驅動模式:
[0022]A、啟動:
[0023]第一離合器接合，第二離合器和第三離合器松開，第一制動器制動，第二制動器不制動，定子內(nèi)繞組通電，動力通過儲電裝置、第一直流/交流轉換器、定子內(nèi)繞組、內(nèi)轉子、太陽輪、齒圈、輸出軸，最終傳遞到車輪；
[0024]B、轉矩耦合:
[0025]第一離合器、第二離合器接合，第三離合器松開，第一制動器制動，第二制動器不制動，定子外繞組和定子內(nèi)繞組均通電，動力分兩路傳遞，一路通過儲電裝置、第一直流/交流轉換器、定子內(nèi)繞組、內(nèi)轉子、第一離合器和太陽輪，另一路通過儲電裝置、第二直流/交流轉換器、定子外繞組、外轉子、第二離合器、內(nèi)轉子、第一離合器和太陽輪，實現(xiàn)轉矩耦合，提高轉矩輸出；
[0026]C、單電機驅動，包括C1內(nèi)電機驅動或C 2外電機驅動兩種情況:
[0027]C1:第一離合器接合，第二離合器、第三離合器松開，第一制動器制動，第二制動器不制動，定子內(nèi)繞組通電，動力通過儲電裝置、第一直流/交流轉換器、定子內(nèi)繞組、內(nèi)轉子、第一離合器、太陽輪、齒圈和輸出軸，最終傳遞到車輪；
[0028]C2:第三離合器接合，第一離合器、第二離合器松開，第二制動器制動，第一制動器不制動，定子外繞組通電，動力通過儲電裝置、第二直流/交流轉換器、定子外繞組、外轉子、第三離合器、行星架、齒圈和輸出軸，最終傳遞到車輪；
[0029]D、轉速耦合:第一離合器和第三離合器接合，第二離合器松開，第一制動器、第二制動器均不制動，定子外繞組和定子內(nèi)繞組均通電，動力分兩路傳遞，一路通過儲電裝置、第一直流/交流轉換器、定子內(nèi)繞組、內(nèi)轉子、第一離合器、太陽輪和齒圈，另一路通過儲電裝置、第二直流/交流轉換器、定子外繞組、外轉子、行星架和齒圈，通過行星齒輪機構實現(xiàn)轉速親合，提高輸出轉速；
[0030]二、緩速制動模式，包括如下A或B兩種情況:
[0031]A:第一離合器接合，第二離合器和