磁齒輪電機傳動的無級調速系統技術方案

一種磁齒輪電機傳動的無級調速系統，其特征在于，包括雙轉子磁齒輪電機(1)，發動機(2)，車輪主減速器(3)，逆變器(4)，電機控制單元(5)，發動機控制單元(6)，動力管理單元(7)，差速齒輪(8)；其中，所述動力管理單元(7)分別連接所述電機控制單元(5)和發動機控制單元(6)，所述電機控制單元(5)控制逆變器(4)驅動雙轉子磁齒輪電機(1)，所述發動機控制單元(6)控制發動機(2)運行，所述發動機(2)連接雙轉子磁齒輪電機(1)；所述車輪主減速器(3)通過差速齒輪(8)連接所述雙轉子磁齒輪電機(1)。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術公開了一種磁齒輪電機傳動的無級調速系統，包括雙轉子磁齒輪電機，發動機，車輪主減速器，逆變器，電機控制單元，發動機控制單元，動力管理單元。雙轉子磁齒輪電機的兩個轉子分別連接發動機曲軸和車輪主減速器，實現了電磁轉矩與發動機轉矩的無接觸耦合，從而讓整個系統實現無摩擦的能量傳輸。雙轉子磁齒輪電機可以使發動機最大程度地工作在效率最高的工作點，在發動機啟動、提速過程中，可以由電機輔助驅動，從而避免了瞬時油耗的增加。電機的兩套繞組可以同時運行在發電和電動兩種模式，功率密度高。同時，對磁齒輪的速比配置進行了優化，使其在最接近傳統行星齒輪組速比的前提下，結構最為精簡，簡化了產品的生產工藝。【專利說明】磁齒輪電機傳動的無級調速系統
本專利技術涉及一種動力管理系統，特別是一種適用于混合動力汽車的電子無級調速系統。
技術介紹
目前常規混合動力汽車采用以行星齒輪組為核心，輔以兩臺電機與一臺發動機共同組成混合動力系統的結構。由于齒輪組在運行中存在齒間的接觸和間隙，容易產生噪聲和磨損。國內外有學者提出利用同軸磁齒輪結構形成差動裝置，從而取代傳統的機械行星齒輪。但是傳統結構的磁齒輪復合電機中，調磁塊之間的空隙沒有得到利用；同時，定子繞組與發動機曲軸之間無法直接產生電磁轉矩，而必須通過外轉子磁場。有學者在調磁塊中間插入永磁體，希望在定子上多加一套繞組對其進行利用，這就需要在定子上布置極數較多的繞組，從而造成定子齒槽數的增多，這會造成諸多不良后果，例如:槽面積減小，造成在相同槽滿率情況下下線困難；槽絕緣增多，導致槽滿率下降，電機出力減小；端部增多，導致用銅量增加；極靴增多，從而導致定子鐵損增加，電機效率下降；定子鐵芯的加工難度提聞。
技術實現思路
專利技術目的:針對上述現有技術，提出一種磁齒輪電機傳動的無級調速系統，以減小系統運行中的磨損和噪聲，使系統的結構精簡，功率密度增加，且便于生產制造。技術方案:一種磁齒輪電機傳動的無級調速系統，包括雙轉子磁齒輪電機，發動機，車輪主減速器，逆變器，電機控制單元，發動機控制單元，動力管理單元，差速齒輪；其中，所述動力管理單元分別連接所述電機控制單元和發動機控制單元，所述電機控制單元控制逆變器驅動雙轉子磁齒輪電機，所述發動機控制單元控制發動機運行，所述發動機連接雙轉子磁齒輪電機；所述車輪主減速器通過差速齒輪連接所述雙轉子磁齒輪電機。作為本專利技術的優選方案，所述雙轉子磁齒輪電機包括外轉子、定子、調磁環轉子、支架；其中，所述支架設置在電機的最外側，所述支架內側設置外轉子，所述定子設置在電機最內層，并與所述支架固定連接；所述調磁環轉子設置在外轉子和定子之間，并連接所述發動機的曲軸；所述外轉子上設有外轉子永磁體，外轉子連接所述差速齒輪；所述調磁環轉子中設有調磁塊與永磁體，調磁塊與永磁體間隔設置；所述定子中設有外層繞組與內層繞組；所述內層繞組產生的旋轉磁場極對數與調磁環轉子中永磁體極對數相同；所述外轉子永磁體極對數P。、外層繞組產生磁場的極對數Pi以及調磁環轉子中調磁塊個數Ps滿足Po+Pi = Ps。作為本專利技術的改進，所述定子中設置的外層繞組與內層繞組均采用雙層分數槽集中繞組排布。作為本專利技術的進一步改進，所述外轉子永磁體采用內嵌式單向充磁結構設置在所述外轉子上。有益效果:本專利技術與現有技術相比，有如下顯著優點:(I)雙轉子磁齒輪電機通過利用定子側的分數槽繞組的諧波磁場，可以在定子槽數很少的情況下，產生極數足夠多的磁場，從而與調磁環中永磁體產生電磁轉矩；(2)在多繞組定子中采用雙層分數槽集中繞組，減少了繞組間的磁場相互耦合的影響，同時減小了繞線和加工的難度；(3)磁齒輪結構調磁環設計成運動部件，作為雙轉子磁齒輪電機的一個轉子，在調磁塊的空隙中填充永磁體，實現了定子磁場對發動機曲軸的直接驅動，而不會對外轉子產生影響，從而可以直接實現發動機啟動；(4)磁齒輪的調磁環將發動機機械能輸入，外轉子將發動機轉矩與電磁轉矩直接耦合以后，向車輪輸出，使系統結構緊湊，易于裝配；(5)整個電機采用外轉子結構，減小了離心力對外轉子永磁體的影響；(6)在外轉子極對數較多的情況下，采用內嵌式單向充磁結構，即永磁體全部采用同一種充磁方向，減小了漏磁，從而提高永磁體利用率；(7)采用磁齒輪雙轉子電機，系統運行時避免了動力耦合過程中的齒輪磨損和噪聲。【專利附圖】【附圖說明】圖1是本專利技術的系統結構示意圖；圖2是本專利技術所包含雙轉子磁齒輪電機的結構示意圖；圖3是本專利技術所包含雙轉子磁齒輪電機定子的繞組示意圖。【具體實施方式】下面結合附圖對本專利技術做更進一步的解釋。一種磁齒輪電機傳動的無級調速系統如圖1所示，包括雙轉子磁齒輪電機1，發動機2，車輪主減速器3，逆變器4，電機控制單元5，發動機控制單元6，動力管理單元7，差速齒輪8。動力管理單元7分別連接電機控制單元5和發動機控制單元6，電機控制單元5控制逆變器4驅動雙轉子磁齒輪電機1，所述發動機控制單元6控制發動機2運行，發動機2連接雙轉子磁齒輪電機I。車輪主減速器3通過差速齒輪8連接雙轉子磁齒輪電機I。其中，發動機2可以采用普通乘用車發動機；動力管理單元7，發動機控制單元6，電機控制單元5全部接入CAN總線，以實現整車工況、轉矩分配等數據的傳輸；動力管理單元7作為整車與動力總成的接口，分析駕駛員意圖和整車工況，從而計算出動力總成的轉矩分配；發動機控制單元6根據動力管理單元7發出的轉矩需求指令，對發動機進行控制；電機控制單元5根據動力管理單元7的指令，對逆變器4進行控制，將電機的電磁轉矩與發動機2的機械轉矩進行耦合，共同作用于外轉子；電機外轉子再通過差速齒輪8將轉矩輸出至車輪主減速器3。雙轉子磁齒輪電機I如圖2所示，包括外轉子9、定子10、調磁環轉子16、支架15。支架15設置在電機的最外側,支架15內側設置外轉子9 ;定子10設置在電機最內層,并與支架15固定連接；調磁環轉子16設置在外轉子9和定子10之間，并連接發動機2的曲軸；外轉子9上設有外轉子永磁體13，外轉子9連接差速齒輪8 ;調磁環轉子16中設有調磁塊與永磁體14，調磁塊與永磁體間隔設置；定子10中設有外層繞組11與內層繞組12 ;內層繞組12產生的旋轉磁場極對數與調磁環轉子16中永磁體極對數相同；外轉子永磁體13極對數P。、外層繞組11產生磁場的極對數Pi以及調磁環轉子16中調磁塊個數Ps滿足PJPi =Ps，而其轉速比則是:PtjX QjpiX Qi = PsX Qs，其中Ω。是外轉子轉速，Qi是定子外層繞組磁場的轉速，Qs是調磁環磁場的轉速，即為發動機轉速。現有行星齒輪組的速比關系為:Ω motor+P Χ ΩΙ0Ε = (l+P) X Ω ringΩ m()tOT是太陽輪轉速，相當于本專利技術中的定子外層繞組11磁場轉速Qi ;ΩΚΕ是行星輪架的轉速，相當于本專利技術中調磁環轉子15轉速Ω3;ΩΗη8是齒圈轉速，相當于本專利技術中外轉子9轉速0。；速比!)相當于本專利技術中參數？。/^。現有混合動力汽車上的行星齒輪組的速比P —般選取在2~3之間，考慮到速比關系的相似性，本專利技術優選將參數PtZPi配置為2.7，這樣的做法好處是，在不影響原車動力性和經濟性的情況下，發揮本專利技術的優點。根據以上原理，同時為了兼顧加工制造的方便，與本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種磁齒輪電機傳動的無級調速系統，其特征在于，包括雙轉子磁齒輪電機(1)，發動機(2)，車輪主減速器(3)，逆變器(4)，電機控制單元(5)，發動機控制單元(6)，動力管理單元(7)，差速齒輪(8)；其中，所述動力管理單元(7)分別連接所述電機控制單元(5)和發動機控制單元(6)，所述電機控制單元(5)控制逆變器(4)驅動雙轉子磁齒輪電機(1)，所述發動機控制單元(6)控制發動機(2)運行，所述發動機(2)連接雙轉子磁齒輪電機(1)；所述車輪主減速器(3)通過差速齒輪(8)連接所述雙轉子磁齒輪電機(1)。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：程明，孫樂，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：