专利名称：混合动力电动汽车集成式无级自动变速驱动装置的制作方法
技术领域：
混合动力电动汽车集成式无级自动变速驱动装置
本实用新型涉及一种混合动力电动汽车集成式无级自动变速驱动装置。
现代中高级轿车采用的无级液力自动变速器AT，由于其传动效率低、油耗 大、制造难、成本高，现在已有被CVT和AMT所取代的趋势。但因CVT和AMT 均未能从根本上解决采用无级自动变速器所带来的上述问题，所以，在中高级 轿车上并没有获得广泛使用。尤其在世界能源紧张、节能减排呼声高涨的今天， 应运而生的混合动力电动汽车，就必须重新审视该如何采用无级自动变速驱动 装置。
因混合动力电动汽车的电动机与机械变速器的连接方法不同，所形成变速 驱动装置的性能有很大差异。据中国工程院院士陈清泉等编著的《现代电动汽 车技术》第三章所载目前，世界混合动力电动汽车按发动机与电动机连接方 式功能分类共有4种，其中，有串联式、并联式、混联式和复合式。这4种方 式，因发动机与驱动电动机之间均没有任何形式的直接联系，虽有许多优点， 但仍有系统结构冗余，效率不高等不足之虞。若要实现无级自动变速，还必须 增加新变速装置，使成本进一步增高。
1999年11月，日本本田公司开发上市的Insight轿车，它用电动机的一
个转子代替飞轮与发动机曲轴呈机械连接，而固定不动的定子则与发动机呈磁 链连接，再施以与电子控制器相连接的电路，构成新的混合动力汽车驱动系统。 Insight是将飞轮、起动机、发电机的功能集成一体，并以磁链连接方式将电 动机与发动机连体。这已与前述4种方式完全不同，应属于新的可称为集成式 的第5种方式。显然，其优点是结构紧凑、重量轻、功能多、成本低，但是，电动机与发动机虽有磁链的连体关系，可通过电子控制器控制转子，间接控制 发动机工作状态，却由于电动机/发电机与发动机的功率混合是等速叠加，限制 了电机特性的发挥，系统参数优化区间受到影响，其调速范围狭窄，也不能使 发动机始终处于高效工作区，更不能实现无级自动变速，权称这种动力混合叠 加形式为低度集成型。
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供--种效率高、调速 范围宽广、各速功率混合叠加、更大限度地优化系统参数匹配，使发动机、电 机、电池组等始终工作在最佳状态，油耗和排放达到最低，并在实现无级自动 变速的同时，还能实现油、电单独驱动和油电混合驱动及制动/下坡能量回收 等多种工作模式。
为达上述目的，本实用新型采用了 2个可绕电机中心轴自由旋转的双转子
与单排或多排行星齿轮机构组合呈机械连接组成的双转子电机-行星排型集成 体。集成体的一个转子与发动机连体的同时，与另一个转子一样，机械连接行 星排，发动机通过该转子与电机磁链连接。功率变换器、电子控制器及总线、 电池组等不仅通过固定在电机动力总成壳体上的滑环、电路接口与电机中l个
或2个转子电力连接，而且还与发动机直接地实现电力连接。这就组成了无级 自动变速驱动装置基体的主要架构。
为解决上述任务，本实用新型的混合动力电动汽车集成式无级自动变速驱 动装置，由带电枢铁芯及绕组的第一个转子和带永磁体的第二个转子且有2自 由度可绕中心轴旋转的双转子、滑环等组成的电机，与包含数个制动器、数个 单向离合器和普通离合器在内，有2自由度或2自由度以上的行星排机构组合呈 机械连接，组成双转子电机-行星排集成体；电机第一个转子除通过曲轴的延长中轴，穿过第二个转了基体回转中心中空轴管，与行星排机构组合三元件中的某 一元件机械连接外，还替代发动机的飞轮、离合器，通过曲轴与发动机机械连 体，第二个转子除与行星排机构组合机械连接外，还通过前述第--个转子与发动
机呈磁链连接，对于FF驱动形式，双转子电机-行星排集成体的行星排机构组 合再与差速器机械连接，从而组成双转子电机-行星排机构组合-差速器一体的 电机动力总成。电机动力总成的壳体合件与发动机壳体机械连接，并共同组成 发动机-电机混合动力总成。通过电机动力总成壳体的滑环及电路接口，与双转 子电机-行星排集成体内的电机及其数个制动器、数个单向离合器与普通离合器 等，和发动机一起直接与功率变换器、电子控制器及总线、电池组呈电力连接， 发动机与电机的动力在双转子电机-行星排集成体内混合叠加后，由差速器输出 给传动轴，最终传递至驱动车轮。电机动力总成与功率变换器、电子控制器及总 线、电池组等一起构成混合动力电动汽车集成式无级自动变速驱动装置。该装
置为双转子电机-行星排型集成式；
作为本实用新型的另一种实施方案，所述双转子电机-行星排型集成体内 电机，除设置在行星排机构组合之前外，也可以设置在行星排机构组合之后，还 可以设置在2个行星排机构组合之间，并与行星棑的1个或2个元件机械连接；
作为本实用新型的第3种实施方案，当汽车采用FR驱动形式时，将差速器
从电机动力总成内移至后轴驱动桥内，新电机动力总成仅由双转子电机-行星排
机构组合组成，其动力输出由行星排机构组合的行星排元件之一抑或转子完成；
作为本实用新型的第4种实施方案，在所述电机的动力输出端一个转子， 再与由带电枢铁芯及绕组的第—-.个转子和带永磁体的第二个转子且有2自由度 可绕中心轴旋转的双转子、滑环等组成的电机的动力输入端呈机械连接，串联组成2个或多个双转了屯机集成体。由该集成体构成的电机动力总成与功率变 换器、电子控制器及其总线、电池组等一起，组成混合动力电动汽车集成式无 级自动变速驱动装置。该装置为双转子多电机型集成式；
作为本实用新型的一种改进,动力输出端的发动机曲轴，可与行星排机构组 合中的1-2个元件机械连接，抑或与电机的1-2个转子机械连接；
作为本实用新型的另一种改进，对亍所述双转子电机可以是永磁电机或励 磁电机，永磁体或励磁绕组及铁芯可以在第一个转子上，也可以在第二个转子 上，相对应的另一转子即为绕组线圈及铁芯。当2个转子都采用绕组线圈及铁 芯结构时，必须要比带永磁体转子时多采用一个滑环。
对于所述双转子电机可以工作在电动机模式下，也可以工作在发电机模式 下，在与行星排机构组合及发动机一起协调工作完成无级自动变速的同时，实现 油、电单独驱动和油电混合驱动及制动/下坡能量回收等多种工作模式。其模式 切换和调速功能均由功率变换器、电子控制器及其总线、电池组等实现。
功率变换器由IGBT或GTO等功率器件，采用PWM或逆变等拓扑结构完成； 电子控制器由微处理器或DPS与各种软件等构成；电池组可采用铅酸电池、镍 氢电池、锂电池、燃料电池等。
将节气门开度、制动踏板位置、变速档位、发动机转速或车速等控制信号 输入电子控制器，实现无级自动变速及各种驱动方式的控制与切换。
由于本实用新型采用双转子电机-行星排型电机动力总成，不仅有如 Insight般省去飞轮、起动机、发电机，还省去了原车离合器，相对采用较多 的无级自动液力变矩器AT而言，因双转子龟机本身就是变矩器，不仅省去AT 中的液力变矩器和复杂的液力控制系统，还同样可以实现无级自动变速，使制造大为容易，整车成本有较多下降；又由于结构更为紧凑，轴向尺寸更小、重量 轻，所以能有效抵销一部分因采用电机、功率变换器、电子控制器及电池组等 所带来的整车重量和成本的增加，对于轿车普遍采用的FF横向发动机布置方式 尤为有利；又因电机2个转子均与行星排机械连接，使设计方法、控制策略及 选择自由度增加，能在各速下实现功率混合叠加，故可更大限度地优化系统参 数匹配，使调速范围更宽广，令发动机、电动机和电池组始终协调地处于最佳 工作状态。由于系统效率提高，所以整车油耗降低、排污减少。
采用双转子电机，不仅将飞轮、离合器、起动机、发电机、变矩器、功率 耦合器诸多功能集成一体，而且还能将发动机、电动机、行星排机构组合、差 速器的实体实现结构一体化，在完成无级自动变速的同时，完成油、电单独驱动 和油电混合驱动及制动/下坡能量回收等多种工作模式。权称这种动力混合叠加 形式为高度集成型。
以下结合附图和实施方式对本实用新型作进一步祥细说明。
图1为混合动力电动汽车按发动机与电机连接方式分类功能框图； 图2为本实用新型FF驱动形式横置发动机混合动力电动汽车集成式无级自 动变速驱动装置功能示意图3为双转子电机-行星排型和双转子多电机型集成体局部剖视示意图； 图4为FR驱动形式混合动力电动汽车集成式无级自动变速驱动装置局部剖 结构简图5为图4中制动器结构B-B剖视局部放大简图。
图6为混合动力电动汽车集成式无级自动变速驱动装置8种工作模式框图。
图1中，B为蓄电池组，E为内燃机，F为油箱，G为发电机，M为驱动电动机，Mo为另一个电动机，P为功率转换器，Po为另一个功率转换器，T为传动 装置(包括制动器、离合器、齿轮箱)。对于
图1中(5)-(6)，Mz为转子，Md为定 子，Mi、 M2为2个转子，To为另--个传动装置(包括制动器、离合器、齿轮箱 和差速器)；图中，粗实线为电力连接，细实线为液流连接，双实线为机械连 接。图中(1)-(4)为在背景技术《现代电动汽车技术》 一书所载较为公认的分 类；(5)为Insight公知结构的分类功能框图；(6)为本实用新型的分类功能框 图，图中l为电机动力总成，2为电力接口。其中转子M2由永磁体构成。若其 为励磁绕组及铁芯构成，则有电力连接于接口 2;图(5)-(6)中双虚线为磁链连 接。
图2中由带电枢铁芯及绕组的第一个转子Ml和带永磁体的第二个转子M2 且有2自由度可绕中心轴旋转的双转子、滑环7等组成的电机Mi-M2，与包含 数个制动器D、数个单向离合器Co、 C3和普通离合器Ci、 C2在内，有2自由度 或2自由度以上的行星排机构组合8或9呈机械连接，组成双转子电机-行星排 集成体。电机转子Mi除通过曲轴14的延长中轴10，穿过转子M2基体回转中心 中空轴管，与行星排机构组合8或9三元件中的某一元件机械连接外，还替代发 动机13的飞轮、离合器，通过曲轴14与发动机13机械连体，转子M2除与行 星排机构组合8或9机械连接外，还通过转子Mi与发动机13呈磁链连接，对于 FF驱动形式，双转子电机-行星排集成体的行星排机构组合8或9再与差速器 11机械连接，从而组成双转子电机-行星排机构组合-差速器一体的电机动力总 成l。电机动力总成1的壳体合件15与发动机13壳体机械连接，并共同组成 发动机-电机混合动力总成。通过电机动力总成壳体合件15的滑环7及电路接 口 2，与双转子电机-行星排集成体内的电机Mi-M2及其数个制动器D、数个单向离合器C()、 C3与普通离合器Ci、 C'2等，和发动机13 —起直接与功率变换器16、 电子控制器及总线17、电池组18成电力连接，发动机13与电机Mi-M2的动力 在双转子电机-行星排集成体内混合叠加后，由差速器11输出给传动轴12、 19， 最终传递至驱动车轮20，电机动力总成1与功率变换器16、电子控制器及总线 17、电池组18等一起构成混合动力电动汽车集成式无级自动变速驱动装置。 该装置为双转子电机-行星排型集成式。
如图2所示，电机Mi-M2，除设置在行星排机构组合8或9之前外，也可以 如图3(1)设置在行星排机构组合8或9之后，还可以如图3(2)设置在行星排机 构组合8与9之间，并与行星排的1个或2个元件机械连接；
当汽车采用FR驱动形式时，将差速器11从电机动力总成1内移至后轴驱动 桥内，新电机动力总成仅由双转子电机-行星排机构组合组成，其动力输出由行 星排机构组合8或9的行星排元件之一抑或转子Mi或M2完成，如图3(1)-(3);
如图3(3)所示，在所述电机Mi-M2的动力输出端转子Mi，再与由带电枢铁 芯及绕组的第一个转子M4和带永磁体的第二个转子M3且有2自由度可绕中心 轴旋转的双转子、滑环7等组成的电机的动力输入端M3或M4呈机械连接，串 联组成2个或多个双转子电机集成体，由该集成体构成的电机动力总成与功率 变换器16、电子控制器及其总线17、电池组18等一起，组成混合动力电动汽 车集成式无级自动变速驱动装置。该装置为双转子多电机型集成式；
发动机动力输出端曲轴14，可与行星排机构组合8或9中的1-2个元件机 械连接，抑或与电机Mi-M2或电机M3-M4的1-2个转子机械连接；
对于所述双转子电机Mi-M2或电机M3-M4可以是永磁电机或励磁电机，永磁 体或励磁绕组及铁芯可以在转子Mi或M4上，也可以在转子M2或M3上，相对应的另一转子即为绕组线圈及铁芯。当2个转子都采用绕组线圈及铁芯结构吋， 必须要比带永磁体转子时多采用一个滑环；
对于所述双转子电机Mi-M2或双转子电机M3-M4可以工作在电动机模式下，
也可以工作在发电机模式下，在与行星排机构组合及发动机一起协调工作完成 无级自动变速的同时，实现油、电单独驱动和油电混合驱动及制动/下坡能量回
收等多种工作模式。其模式切换和调速功能均由功率变换器16、电子控制器及 其总线17、电池组18等实现。
参考图2，由本实用新型的一个实施例，如图4所示结构知，对所述混合动 力电动汽车集成式无级自动变速驱动装置，其壳体合件15由两部分，即开有 进风口的前半壳44与开有出风口的后半壳60组成。在两半壳之间夹有立板48 和与之紧密相连的滑环49，通过罗栓组件50将它们4件紧固成一体。端板41 配在前半壳44前端突缘处，并通过罗栓40将其与壳体合件15共同紧固在发 动机外壳上；
作为本装置动力输入接口的电机转子Ml由电枢基体33和铁芯及绕组4(3组 成。在其前段外轴颈处依次紧密装有滚动轴承34和单向离合器Co及由2个半 滑环36、 37组成的滑环7。滚动轴承34外圈与端板41的内孔紧密配合，单向 离合器Co的外环通过罗栓39紧固在端板41上，滑环7的静止环37与单向离 合器Co的外环连成一体，旋转环36与电枢基体33连成一体同步旋转。
电枢基体33前段轴颈内孔开有花键与发动机动力输出曲轴14的外花键配 合，电枢基体33中心轴颈通过滑套30与离合器Ci从动毂24径向滑配。离合 器Ci从动毂24后段轴有外花键和外圆柱面分别与组成中轴10的中心轴23的 内花键和内孔面定位配合，并由罗栓25将二者紧固成一体以传递曲轴扭矩。离合器Cl由电枢基体33内的一部分，外加固定其上的电磁线圈及推杆32、压 盘31、数片金属挡片29共同构成离合器Ci的主动件；由数只摩擦片28和从 动毂24共同构成离合器Ci的从动件。金属挡片29与摩擦片28有隙间或布置。 金属挡片29的外圆周与摩擦片28内圆周都制有数道凹槽，分别与电枢基体33 和从动毂24的内外花键齿相契合，并随同各自一起旋转；
电机转子Mi由电枢基体33中段轴颈与由隔套38轴向定位的一对滚动轴承 45紧配，滚动轴承外圈与离合器C2固定鼓42紧密配合。该鼓外端突缘被罗栓 43固定于前半壳44之t。离合器C2结构与离合器Ci相似，所不同的是电枢基 体33的悬出臂盘与金属挡片共同构成离合器C2的主动件，而固定鼓42则与摩 擦片、电磁线圈等共同构成离合器C2的被动件，且凹槽及内外花键齿与离合器 Ci的布置方式完全相反；
电机转子Mi三相电流引线和离合器Ci电磁线圈引线束35,借助滑环36、 37与离合器C2的电磁线圈引线合成电线束3，通过接口 2与功率变换器16， 电子控制器及其总线17、电池组18等相连接。
电机转子M2由转子基体21和永磁体或励磁绕组及铁芯22共同构成。转子 基体21支撑在一对滚动轴承26的外圈上，其内圈紧密配合在中心轴23上。 转子基体21前端通过滚动轴承26中的前轴承、隔环27与离合器Ci从动毂24 在轴向定位，其后端通过滚动轴承26中的后轴承与中心轴23的突肩相抵轴向 定位。转子Ml与M2间的轴向定位由滑动轴承47担当。而转子Mi与M2间的气 隙大小则由它们相对中心线旋转的定位基准保证；
第一行星排由行星齿轮58、转子M2基体21后端的太阳轮和齿圈57、行星 架70及行星轮轴72等构成。行星轮轴72将第一行星排行星架的制动鼓54、行星齿轮58和行星架70通过紧固件紧固成一体。行星齿轮58两侧有垫片73 使其转动时减少摩擦。单向离合器C3的外圈与行星架的制动鼓54内孔紧密配 合，内圈与第一行星排齿圈57紧密配合。有相对转动的行星架制动鼓54与转 子M2基体21在轴向有滑动轴承52，径向有滑动轴承74定位。行星架70依靠 --对滚动轴承68支撑在中心轴23后段外径上。其中，滚动轴承68的前滚动 轴承内圈前侧通过定位环71与转子M2基体21后滚动轴承的内环相抵轴向定 位，后滚动轴承的内圈后侧则与中心轴23后段的突肩相抵轴向定位。
通过电磁线圈75控制单向离合器Cs的滚子旋转，实现第一行星排行星架 70与齿圈57锁止与分离，电磁线圈75的引线束51通过滑环49、立板48及 电力接口 2与功率变换器16，电子控制器及其总线17、电池组18等相连接。 单向离合器C3从动鼓54也是制动器D之一的制动鼓。
第二行星排由行星齿轮69、与之啮合的行星架70后端的太阳轮、与行星 齿轮69啮合的齿圈62、与中心轴23花键齿密压成一体的行星架66及行星轮 轴67等构成。通过行星轮轴67的紧固件将行星齿轮(59、第一行星排的齿圈 57与行星架66紧固成一体，在行星齿轮69两侧有垫片73使其转动时减少摩 擦。滚动轴承65的外圈压在齿圈62前侧内孔突肩处，其内圈密压在中心轴23 末端花键齿后侧轴颈突肩处，以作第二行星排的前侧轴向定位，而齿圈62的 外轴颈处通过其上的滚动轴承61与后半壳60的内轴孔紧密配合，为第二行星 排后侧轴向定位。在滚动轴承61与齿圈62背部之间的轴颈处，压入风扇59， 以便对电机和摩擦副进行冷却。在齿圈62与行星架(36轴向间，装有滑动轴承 63。电机与发动机两种动力都通过齿圈62后端的外齿轮或花键传递给差速器、 传动轴及至驱动车轮。挡片64是为密封所用。制动器D的环形制动带6、 53、56分别为制动转子M2、第一行星排行星架70和第二行星排行星架66所用。其 结构可参见简图5。
对本实用新型的无级自动变速原理，用图2和图4作如下简要说明。 电机电磁转矩的产生在功率变换器16，电子控制器及其总线17、电池 组18等作用下，三相电流通入转子Mi铁芯及绕组46形成一个旋转磁场，与转 子M2永磁体的磁场或励磁绕组及铁芯的励磁磁场相互作用产生的励磁转矩，加 上转子凸极效应产生的磁阻转矩之和，即为在气隙间建起的电机电磁转矩Td。 控制Td的大小和方向，使转子Mi、 M2间产生不同速度大小和方向的相对运动。
控制转矩角取值可令电机在电动机与发电机之间切换。切断三相电流，则电磁 转矩Td^，转子Mi、 M2间没有电磁转矩联系，此时，电机起离合器的作用。
电机变矩的原理由电动机的工作原理知道，电动机拖动负载必须满足方
程式T卜T2二J(d"/dt)，式中，Tl-电机驱动转矩；T2-负载阻力矩；J-系统转 动惯量；电机角速度。当系统的旋转质量和工作半径确定后，J是常数，设 T2/Ti为变矩系数K，令a^J/Ti，当Ti确定后，a为常数。故得下式
K:l-a(dco/dt)
由公式知，变矩系数K是电动机转速变化率d"/dt的函数。当K#l时，即 实现变矩。通过功率变换器16和控制器17控制转速变化率d" 则变矩系 数K发生改变。可知，此时的电动机可以看作是变矩器。对于双转子电机，其 "可以看作是2个转子相对运动的角速度。
汽车静止时，Ti〈T2， dto/dt=0;汽车起动时，为使Ti〉T2，亦即K〈1，则须 使d"/dt〉0，即控制电机转子处于加速旋转状态；汽车匀速运行时，Tl二T2， 亦即K二1，须dco/dti，则控制电机转子处于匀速旋转状态；汽车减速运行时，Tl〈T2，则K〉1。必须使d"/dt〈0，也就是使电机转子处于减速旋转状态；如此
操控，即实现了电机变矩。
无级自动变速是这样实现的电机在恒功率特性区的工作曲线为双曲线函 数，因电机功率等于扭矩与角速度之积，则驱动功率与负载功率有下式
Tl W l=T2 " 2二常数
调整无数个K来满足扭矩与转速的匹配与变化实现电机无级变速。
根据路面状况和行驶需要，依据节气门开度、制动踏板位置、变速档位、
发动机转速或车速等控制信号输入功率变换器16，电子控制器及其总线17， 自动控制电磁转矩Td的变化、转子d"/dt大小和方向及数个制动器、数个单 向离合器及普通离合器电磁线圈的不同启合，则可以实现无级自动变速。
电驱动、油驱动、油电混合驱动和能量回收4种模式是这样进行的 纯电驱动模式关闭发动机，利用功率变换器16、电子控制器17控制C2
使转子Mi不转，并产生电磁转矩使转子M2逆时针旋转，经行星排机构组合8
和9传递动力使车辆前进；若使转子Ml不转，转子M2顺时针旋转，则可以实
现车辆倒退。离合器Co须保证转子Mi在任何情况下不能逆时针旋转，据此实
现纯电驱动。显然这是节油减排的重要理由；
油驱动模式利用功率变换器16、电子控制器17控制制动器D中的一个， 使转子M2不转，Ci闭合，由发动机带动转子Mi顺时针旋转，使动力经过行星
排9传递动力使车辆前进；若制动第一行星排的行星架并使转子Ml、 M2都顺时
针旋转，则可以实现车辆倒退；
油电混合驱动模式功率变换器16、电子控制器17、电池组18使转子M2 逆时针旋转并产生电磁扭矩，其反力矩推动转子Mi顺时针旋转，并与出力的发动机顺吋针转矩在各种速度下混合叠加，此吋的输出转矩即为两者之和，从而 使车辆获得更大的驱动力；
能量回收模式当制动/下坡时，发动机与电机被车轮反拖，电机处于发 电机状态。在功率变换器16、电子控制器17、电池组18等作用下，除有部分
机械能量被发动机制动消耗外，发电机产生的电能被存储于电池组18中，实
现运动能量的回收，达到节能的功效。
参考图4知，图5中的电磁线圈78，通过接口 2在功率变换器16，电子控 制器及其总线17的控制下，使作动杆77与固定于壳体合件15上的支撑杆76 之间产生相对运动，令制动器D的环形制动带56抱紧或放松制动鼓57，以产 生电机动力总成l的不同工况。其它制动器D的结构及环形制动带6、 53的工 作与此相似。
图6中，给出混合动力电动汽车集成式无级自动变速驱动装置的8种工作 模式。(1)为纯电驱行驶，电机处于电动机状态；(2)为电驱行驶中起动发动 机点火，电机起到起动机作用；(3)为油驱动行驶，即发动机正常行驶；(4) 为油电混合驱动加速，发动机、电机同处于出力状态；(5)为制动/下坡时的 能量回收模式，电机处于发电机状态，将电能存储于电池组中。此时，电机与 发动机共同制动。若制动力不足，则令驾驶员实施机械制动；(6)为油驱行驶 中将多余电能对电池组充电，电机处于发电机状态；(7)为驻车时发动机对电 池组充电，电机处于发电机状态；(8)为驻车时起动发动机点火。图中箭头表 明流向，线型与文字说明如图l。
在前述8种工作模式中，电驱动(1)、油驱动(3)、油电混合驱动(4) 三种工作模式均可实现无级自动变速驱动。
权利要求1. 一种混合动力电动汽车集成式无级自动变速驱动装置，它包括有可自由转动的双转子(M1)、(M2)且带滑环(7)的电机，与包含数个制动器(D)、数个单向离合器(C0)、(C3)与普通离合器(C1)、(C2)在内的行星排机构组合(8)、(9)，差速器(11)，传动轴(12)、(19)，发动机(13)及曲轴(14)，驱动车轮(20)，功率变换器(16)，电子控制器及其总线(17)，电池组(18)等，其特征在于由带电枢铁芯及绕组的第一个转子(M1)和带永磁体的第二个转子(M2)且有2自由度可绕中心轴旋转的双转子、滑环(7)等组成的电机(M1)-(M2)，与包含数个制动器(D)、数个单向离合器(C0)、(C3)与普通离合器(C1)、(C2)在内，有2自由度或2自由度以上的行星排机构组合(8)或(9)呈机械连接，组成双转子电机-行星排集成体，电机转子(M1)除通过曲轴(14)的延长中轴(10)，穿过转子(M2)基体回转中心中空轴管，与行星排机构组合(8)或(9)三元件中的某一元件机械连接外，还替代发动机(13)的飞轮、离合器，通过曲轴(14)与发动机(13)机械连体，转子(M2)除与行星排机构组合(8)或(9)机械连接外，还通过转子(M1)与发动机(13)呈磁链连接，对于FF驱动形式，双转子电机-行星排集成体的行星排机构组合(8)或(9)再与差速器(11)机械连接，从而组成双转子电机-行星排机构组合-差速器一体的电机动力总成(1)，电机动力总成(1)的壳体合件(15)与发动机(13)壳体机械连接，并共同组成发动机-电机混合动力总成，通过电机动力总成壳体合件(15)的滑环(7)及电路接口(2)，与双转子电机-行星排集成体内的电机(M1)-(M2)及其数个制动器(D)、数个单向离合器(C0)、(C3)与普通离合器(C1)、(C2)等，和发动机(13)一起直接与功率变换器(16)、电子控制器及总线(17)、电池组(18)呈电力连接，发动机(13)与电机(M1)-(M2)的动力在双转子电机-行星排集成体内混合叠加后，由差速器(11)输出给传动轴(12)、(19)，最终传递至驱动车轮(20)，电机动力总成(1)与功率变换器(16)、电子控制器及总线(17)、电池组(18)等一起构成混合动力电动汽车双转子电机-行星排型集成式无级自动变速驱动装置。
2. 根据权利要求1所述的混合动力电动汽车集成式无级自动变速驱动 装置，其特征在于所述双转子电机-行星排型集成体内电机(Mi) - (M2)，除 设置在行星排机构组合(8)或(9)之前外，也可以设置在行星排机构组合(8) 或(9)之后，还可以设置在行星排机构组合(8)与(9)之间，并与行星排的1 个或2个元件机械连接。
3. 根据权利要求1至2所述的混合动力电动汽车集成式无级自动变速 驱动装置，其特征在于当汽车采用FR驱动形式时，将差速器(11)从电机动 力总成(1)内移至后轴驱动桥内，新电机动力总成仅由双转子电机-行星排机 构组合组成，其动力输出由行星排机构组合(8)或(9)的行星排元件之一抑或 转子(Ml)或(M2)完成。
4.根据权利要求l所述的混合动力电动汽车集成式无级自动变速驱动 装置，其特征在于在所述电机(Mi)-(M2)的动力输出端转子(Mi)，再与由带 电枢铁芯及绕组的第一个转子(M4)和带永磁体的第二个转子(M3)且有2自由 度可绕中心轴旋转的双转子、滑环(7)等组成的电机的动力输入端(M3)或(M4) 呈机械连接，串联组成2个或多个双转子电机集成体，由该集成体构成的电 机动力总成与功率变换器(16)、电子控制器及其总线(17)、电池组(18)等一起，组成混合动力电动汽车双转子多电机型集成式无级自动变速驱动装置。
5.根据权利要求1至4所述的混合动力电动汽车集成式无级自动变速驱 动装置，其特征在于作为动力输出端的发动机曲轴(14)，可与行星排机构 组合(8)或(9)中的1-2个元件机械连接，抑或与电机(Mi)- (M2)或电机 (M3) - (M4)的1-2个转子机械连接。
6.根据权利要求1至5所述的混合动力电动汽车集成式无级自动变速 驱动装置，其特征在于对于所述双转子电机(Ml) - (M2)或双转子电机 (M3)-(M4)可以是永磁电机或励磁电机，永磁体或励磁绕组及铁芯可以在转子 (Mi)或(M4)上，也可以在转子(M2)或(M:O上，相对应的另一转子即为绕组线 圈及铁芯。
7.根据权利要求1至6所述的混合动力电动汽车集成式无级自动变速 驱动装置，其特征在于对于所述双转子电机(Ml) - (M2)或双转子电机 (M3) - (M4)可以工作在电动机模式下，也可以工作在发电机模式下，在与行 星机构组合及发动机一起协调工作完成无级自动变速的同时，实现油、电 单独驱动和油电混合驱动及制动/下坡能量回收等多种工作模式，其模式切 换和调速功能均由功率变换器(16)、电子控制器及其总线(17)、电池组(18) 等实现。
专利摘要本实用新型采用2个可绕中心轴自由旋转的双转子与单排或多排行星齿轮机构组合呈机械连接组成双转子电机-行星排型集成体。集成体一个转子与发动机连体的同时，与另一个转子一样机械连接行星排。发动机通过该转子与电机磁链连接。电子控制器通过滑环、电路接口不仅与转子而且还与发动机电力连接，组成无级自动变速驱动装置主要架构。因省去飞轮、离合器、起动机、发电机、AT的液力变矩器和复杂的液力控制系统，故结构紧凑、重量轻、效率高、制造容易、成本较低；能在各速下实现功率混合叠加，调速范围宽广，令发动机和电池组始终处于最佳工作状态，整车油耗低、排污少。可以实现油、电单独驱动和油电混合驱动及制动/下坡能量回收等8种工作模式。
文档编号B60K6/365GK201240251SQ200820008758
公开日2009年5月20日 申请日期2008年3月25日 优先权日2008年3月25日
发明者宫维钧, 宫钦哲, 宫钦鹏 申请人:宫维钧;宫钦哲;宫钦鹏