增程式电动汽车用定子永磁型双机械端口电机及动力总成的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种增程式电动汽车用定子永磁型双机械端口电机及动力总成。增程式电动汽车用定子永磁型双机械端口电机包括发电机和驱动电机，发电机是由电机输入轴、内转子和永磁型内定子构成一个内转子定子永磁型内电机，驱动电机是由永磁型外定子、外转子和电机输出轴构成一个外转子定子永磁型外电机。本发明实现了将增程式电动汽车的发电机和驱动电机一体化设置制造，大幅减小体积，节省内燃机舱内空间；驱动电机采用外转子结构，运行于低速大转矩模式，可直接驱动汽车，无需减速齿轮，降低了系统复杂度；内、外转子之上无任何绕组以及永磁体，无需电刷和滑环，降低了损耗同时又方便维护。
【专利说明】
増程式电动汽车用定子永磁型双机械端口电机及动力总成
技术领域
[0001]本发明涉及一种增程式电动汽车用定子永磁型双机械端口电机及动力总成，属于电动汽车动力技术。
【背景技术】
[0002]近年来，随着全球环境恶化以及石油资源的日益短缺，传统汽车产业面临着严峻考验。因此，节能环保新能源汽车的研发已经成为世界各国政府的战略性产业和国内外专家学者关注的热点之一。作为新能源汽车的一类，增程式电动汽车以其燃油消耗量低、尾气排放少、续航里程长的显著优点脱颖而出，并得到了快速的发展。
[0003]而有效提高增程式电动汽车性能的关键核心技术是研制高性能的动力总成系统。增程式电动汽车的动力总成系统由动力电池系统、动力驱动系统、整车控制系统和增程发电系统组成，由整车控制器完成运行控制策略，其中动力驱动系统和增程发电系统为增程式电动汽车动力总成系统的核心部分。而动力驱动系统又由电动机以及差减速器构成，增程发电系统则由内燃机和发电机构成。由于增程式电动汽车动力总成系统包含的组件较多，占用体积较大，为其内燃机舱的布置带来了困难。尤其是对于国内占有量最大的紧凑型轿车，其内燃机舱的安装空间极其有限。一种解决方案是将动力驱动系统和增程发电系统分别安装于汽车前舱和后舱中，但这不仅占用了大量空间，还由于整体结构复杂导致安装维护困难。
[0004]为减小增程式电动汽车动力总成系统体积，中国专利ZL201320689759.6提出了一种同轴式双转子/双定子电机。该电机由外转子、第一定子、第二定子以及内转子构成，第一定子包围着第二定子，且两者之间具有间隙，并在该间隙中设有冷却水道；电机输入轴、内转子和第二定子构成了一个电励磁同步发电机;第一定子、外转子和电机输出轴构成了一个内置式永磁同步驱动电机。该电机结构实现了将增程式电动汽车的发电机和驱动电机一体化设置制造，从而大幅减小了体积，节省内燃机舱内空间。然而，该电机仍具有如下缺点:
(1)永磁体置于外转子铁心内部，破坏了转子整体机械强度，运行时易震动，可靠性较低；
(2)发电机采用电励磁同步电机，因此需要电刷和滑环，而电刷和滑环需要定期维护并会产生额外损耗等；(3)散热水道置于第一定子和第二定子之间，不能带走外转子永磁体以及内转子励磁线圈的热量。显然，温度过高会导致外转子永磁体发生不可逆失磁以及内转子励磁线圈的烧毁，极大的限制了整个系统的过载能力，同时也降低了系统可靠性；(4)外电机极对数较少，不能发挥外转子永磁同步电机低速大转矩的特点；(5)输出轴和车轮差速器之间需要减速器，不仅占用了体积，增加了系统复杂度，还会引起额外损耗，降低系统可靠性。
【发明内容】
[0005]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种增程式电动汽车用定子永磁型双机械端口电机及动力总成，体积小且便于布置。
[0006]技术方案:为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0007]—种增程式电动汽车用定子永磁型双机械端口电机，包括壳体、电机输入轴、电机输出轴、以及安装在壳体内部的内转子、永磁型内定子、电机固定环、永磁型外定子和外转子，且内转子、永磁型内定子、电机固定环、永磁型外定子和外转子由内至外同轴线设置；电机固定环为不导磁金属材质；电机输入轴右端位于壳体内、左端伸出壳体，电机输出轴左端位于壳体内、右端伸出壳体；内转子与电机输入轴右端同轴线固定，永磁型内定子贴合电机固定环内表面固定，永磁型外定子贴合电机固定环外表面固定，外转子与电机输出轴左端同轴线固定；电机输入轴、内转子和永磁型内定子构成一个内转子定子永磁型内电机，称之为这是发电机;永磁型外定子、外转子和电机输出轴构成一个外转子定子永磁型外电机，称之为这是驱动电机。
[0008]电机固定环为不导磁金属材质，用于连接永磁型外定子与永磁型内定子，并将两个定子固定在壳体上，同时阻隔两个定子之间的磁场耦合;一般在电机输入轴与壳体之间采用轴承链接并采用油封设计，在电机输出轴与壳体之间也采用轴承链接并采用油封设
i+o
[0009]优选的，发电机的永磁体和电枢绕组安装在永磁型内定子上，内转子由纯硅钢片周向叠压而成；驱动电机的永磁体和电枢绕组安装在永磁型外定子上，外转子由纯硅钢片周向叠压而成。
[0010]优选的，永磁型内定子和永磁型外定子的定子类型一致，均为磁通切换电机定子、双凸极永磁电机定子或磁通反向型电机定子。
[0011 ]优选的，电机固定环上设置有散热孔道，散热孔道能够外接冷却装备;通过散热控制实现定子永磁型双机械端口电机的快速散热。
[0012]一种采用权力要求所述的增程式电动汽车用定子永磁型双机械端口电机的动力总成，包括增程式电动汽车用定子永磁型双机械端口电机、内燃机、双电机控制器、蓄电池和差速器，增程式电动汽车用定子永磁型双机械端口电机包括发电机和驱动电机，发电机的电机输入轴与内燃机的输出轴直接连接，驱动电机的电机输出轴与差速器的输入轴直接连接;双电机控制器从蓄电池处获取的驱动能量通过驱动电机输出动力，直接传递给差速器;双电机控制器从蓄电池处获取的发电能量通过发电机输出动力，直接启动内燃机，内燃机带动发电机发电，产生的电能通过双电机控制器存储在蓄电池内。
[0013]上述动力总成有两种工作情况，具体如下:
[0014]—种情况下，由双电机控制器从蓄电池获取能量，再通过驱动电机向差速器输出动力；
[0015]另一种情况下，先由发电机通过双电机控制器从蓄电池处获取能量，拖动内燃机至最优工作点转速;随后内燃机点火运行，并带动发电机运行;发电机通过双电机控制器向蓄电池充电；双电机控制器仍从蓄电池处获取能量，通过驱动电机输出动力，直接传递至差速器。
[0016]上述动力总成中的增程式电动汽车用定子永磁型双机械端口电机也可替换为相互独立的定子永磁型发电控制器和定子永磁型驱动电机控制器。
[0017]有益效果:本发明提供的增程式电动汽车用定子永磁型双机械端口电机及动力总成，实现了将增程式电动汽车的发电机和驱动电机一体化设置制造，并采用了定子永磁型双机械端口电机作为发电机和驱动电机，主要有以下有益效果:1、大幅减小体积，节省内燃机舱内空间；2、发电机和驱动电机之间无磁场親合，控制简单;3、永磁体安装在定子上，抗震性强，可靠性高;4、电机固定环上开有散热孔，而固定环直接与安装有电枢绕组和永磁体的定子接触，散热性好;5、定子永磁型外转子电机具有低速大转矩的特性，可直接与车轮差速器相连，不需要减速齿轮，从而降低了成本，增加了系统可靠性;6、内、外转子皆为硅钢片叠压而成，不仅加工方便而且不需要电刷和滑环，具有牢固、可靠性高的优点。
【附图说明】
[0018]图1为增程式电动汽车用定子永磁型双机械端口电机的结构示意图；
[0019]图2为增程式电动汽车动力总成系统能量走向示意图(纯电动模式)；
[0020]图3为增程式电动汽车动力总成系统能量走向示意图(增程模式)。
【具体实施方式】
[0021 ]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0022]如图1所示为一种增程式电动汽车用定子永磁型双机械端口电机，包括壳体9(可米用铸招材料)、电机输入轴6、电机输出轴5、以及安装在壳体9内部的内转子4、永磁型内定子2、电机固定环7、永磁型外定子I和外转子3，且内转子4、永磁型内定子2、电机固定环7、永磁型外定子I和外转子3由内至外同轴线设置;电机固定环7为不导磁金属材质；电机输入轴6右端位于壳体9内、左端伸出壳体9，电机输出轴5左端位于壳体9内、右端伸出壳体9;内转子4与电机输入轴6右端同轴线固定，永磁型内定子2贴合电机固定环7内表面固定，永磁型外定子I贴合电机固定环7外表面固定，外转子3与电机输出轴5(曲轴结构)左端同轴线固定。
[0023]所述电机输入轴6、内转子4和永磁型内定子2构成一个内转子定子永磁型内电机，称之为这是发电机11;由于发电机11直径较小，因此本案的设计可有效提高电机输出轴5的输出功率，增加运行效率。
[0024]所述永磁型外定子1、外转子3和电机输出轴5构成一个外转子定子永磁型外电机，称之为这是驱动电机12;由于驱动电机12具有低速大转矩的特性，可直接驱动汽车，不需要减速齿轮。
[0025]所述发电机11的永磁体和电枢绕组安装在永磁型内定子2上，内转子4由纯硅钢片周向叠压而成；驱动电机12的永磁体和电枢绕组安装在永磁型外定子I上，外转子3由纯硅钢片周向叠压而成。本案中，永磁型内定子2和永磁型外定子I的定子类型一致，均为磁通切换电机定子、双凸极永磁电机定子或磁通反向型电机定子。优选的，电机固定环7上设置有散热孔道8，散热孔道8能够外接冷却装备。
[0026]进一步地，在壳体9、电机输入轴6之间采用油封设计。同样地，在壳体9、电机输出轴5之间也采用油封设计。这样将润滑油或散热油密封在整个同步电机内部，内、外转子转动时带动油液飞溅，可对内、外转子进行冷却，提高电机的持续性能。
[0027]如图2和图3所示，为一种增程式电动汽车动力总成系统包括:内燃机10、由永磁型内定子2、内转子4和电机输入轴6构成的发电机11 (如图1所不)、由永磁型外定子1、外转子3和电机输出轴5构成的驱动电机12 (如图1所不)、双电机控制器13、蓄电池14、差速器15。双电机控制器13也可以改为两个独立的电机控制器。
[0028]增程式电动汽车具有两种工作模式，分别是纯电动模式、增程模式。
[0029]参阅图2，当蓄电池14的电量较高时，由双电机控制器13从蓄电池14处获取能量，通过驱动电机12输出动力，直接传递至车轮差速器15，驱动车辆前行。这就是纯电动模式。此时内燃机1熄火，发电机11不工作。
[0030]参阅图3，当蓄电池14的电量较低时，先由发电机11通过双电机控制器13从蓄电池14处获取能量，输出短时大扭矩以起动内燃机10，并将内燃机驱动至最佳工作点转速。随后，内燃机10点火工作，并带动发电机11运行。发电机11通过双电机控制器13向蓄电池14充电。双电机控制器13仍从蓄电池14处获取能量，通过驱动电机12输出动力，直接传递至车轮差速器15，驱动车辆前行。这样便可以维持驱动电机12的持续工作。这就是增程模式。
[0031]对于增程式电动汽车而言，内燃机10的输出轴不直接参与整车驱动，仅用于蓄电池14电量不足时充电。因此，从纯电动模式切换至增程模式时不存在扭矩波动，整车平顺性得到保证。
[0032]本申请增程式电动汽车用定子永磁型电机具有如下优点:
[0033]其一，大幅减小体积，节省内燃机舱内空间。内、外电机呈同心式分布，这种结构能够使得整个定子永磁型双机械端口电机的轴向长度得到极大减小。对于目前主流的横置内燃机、横置减速器的动力系统来说，对内燃机舱内的横向空间要求降低，因而可在有限的整车前舱内布置包括发电机和驱动电机在内的定子永磁型双机械端口电机，结构紧凑，布置灵活性尚。
[0034]其二，发电机和驱动电机之间无磁场耦合，控制简单。发电机和驱动电机之间完全解耦，可视为两台独立的电机，因此，可分开控制，减小了控制复杂度。同时，由于发电机和驱动电机之间无干扰，内燃机10可长期稳定工作在单一工作点(例如最佳燃油点)，从而可采用小排量内燃机(如三缸机)，以更大程度减小油耗及排放。
[0035]其三，永磁体安装在定子上，避免了电机运行时转子旋转所带来的震动，有效避免了永磁体因震动而失磁的风险，提高了电机整体的抗震性和可靠性。
[0036]其四，电机固定环上开有散热孔，电机固定环直接与安装有电枢绕组和永磁体的定子接触。通过散热孔外接散热装置，可有效带走电机热量，同时对电机的性能也没有任何影响，从而提高了电机整体的散热性能。
[0037]其五，定子永磁型外转子电机具有低速大转矩的特性，可直接与车轮差速器相连，不需要减速齿轮，从而降低了成本和系统的复杂度，增加了系统可靠性。
[0038]其六，内、外电机转子皆为硅钢片叠压而成，不含任何绕组以及永磁体，增加了转子坚固程度，提高了可靠性。
[0039]其七，定子永磁型双机械端口电机不需电刷和滑环，减小了系统损耗和维护成本，增加了系统可靠性。
[0040]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种增程式电动汽车用定子永磁型双机械端口电机，其特征在于:包括壳体(9)、电机输入轴(6)、电机输出轴(5)、以及安装在壳体(9)内部的内转子(4)、永磁型内定子(2)、电机固定环(7)、永磁型外定子(I)和外转子(3)，且内转子(4)、永磁型内定子(2)、电机固定环(7)、永磁型外定子(I)和外转子(3)由内至外同轴线设置；电机固定环(7)为不导磁金属材质；电机输入轴(6)右端位于壳体(9)内、左端伸出壳体(9)，电机输出轴(5)左端位于壳体(9)内、右端伸出壳体(9)；内转子(4)与电机输入轴(6)右端同轴线固定，永磁型内定子(2)贴合电机固定环(7)内表面固定，永磁型外定子(I)贴合电机固定环(7)外表面固定，外转子(3)与电机输出轴(5)左端同轴线固定； 电机输入轴(6)、内转子(4)和永磁型内定子(2)构成一个内转子定子永磁型内电机，称之为这是发电机(11);永磁型外定子(I)、外转子(3)和电机输出轴(5)构成一个外转子定子永磁型外电机，称之为这是驱动电机(12)。2.根据权利要求1所述的增程式电动汽车用定子永磁型双机械端口电机，其特征在于:发电机(11)的永磁体和电枢绕组安装在永磁型内定子(2)上，内转子(4)由纯硅钢片周向叠压而成；驱动电机(12)的永磁体和电枢绕组安装在永磁型外定子(I)上，外转子(3)由纯硅钢片周向置压而成。3.根据权利要求1所述的增程式电动汽车用定子永磁型双机械端口电机，其特征在于:永磁型内定子(2)和永磁型外定子(I)的定子类型一致，均为磁通切换电机定子、双凸极永磁电机定子或磁通反向型电机定子。4.根据权利要求1所述的增程式电动汽车用定子永磁型双机械端口电机，其特征在于:电机固定环(7)上设置有散热孔道(8)，散热孔道(8)能够外接冷却装备。5.—种采用权利要求1所述的增程式电动汽车用定子永磁型双机械端口电机的动力总成，其特征在于:包括增程式电动汽车用定子永磁型双机械端口电机、内燃机(10)、双电机控制器(13)、蓄电池(14)和差速器(15)，增程式电动汽车用定子永磁型双机械端口电机包括发电机(II)和驱动电机(12)，发电机(11)的电机输入轴(6)与内燃机(10)的输出轴直接连接，驱动电机(12)的电机输出轴(5)与差速器(15)的输入轴直接连接;双电机控制器(13)从蓄电池(14)处获取的驱动能量通过驱动电机(12)输出动力，直接传递给差速器(15);双电机控制器(13)从蓄电池(14)处获取的发电能量通过发电机(11)输出动力，直接启动内燃机(10)，内燃机(10)带动发电机(11)发电，产生的电能通过双电机控制器(13)存储在蓄电池(14)内。
【文档编号】H02K51/00GK105896855SQ201610218891
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】花为, 周令康, 程明
【申请人】东南大学