专利名称：电动汽车用双转子电机及相关行星齿轮无级变速系统和控制方法
技术领域：
本发明涉及电动汽车驱动系统技术领域，特别涉及电动汽车电驱系统电机控制器 技术领域，具体是一种电动汽车用双转子电机及相关行星齿轮无级变速系统和控制方法。
背景技术：
电动车辆(包括纯电动和混合动力车辆)动力传动系统的技术方案常见的有五 种(1)单电机、减速器、差速器；(2)单电机、变速器、差速器，变速器一般可以是2速至4 速；(3)2台或4台轮毂电机，无减速器；(4)2台或4台轮毂电机带行星齿轮减速器；(5)定 子和转子可以相反方向转动的逆转电机。采用轮毂电机虽然可以省去变速器、减速器、差速器、传动轴、联轴节等传动系统， 简化动力系统结构，增加系统效率，但因控制复杂、耐久性问题不易解决，至今尚未在电动 车辆上获得广泛应用。单电机、减速器、差速器的动力传动方案多见于普及型纯电动小型和微型车辆中。 其优点是没有离合器，便于实现再生制动能量回馈；结构简单，提高了可靠性和效率。另外， 由于不需要换档，运行的平顺性好。缺点是要求驱动电机低速时转矩较高，调速范围宽。因 此，这个方案一般不适合起步扭矩和最高车速都很大的情况，如在高速公路行使的中巴和 大巴等较大型车辆。单电机、变速器、差速器的动力传动方案可降低对驱动电机峰值转矩、峰值转速和 调速范围的要求，进而降低电机的成本，同时可以较容易将常用车速设计在电机最佳效率 区，提高了系统的效率。缺点是传动机构较复杂，转动部件多，传动机构本身的效率和可靠 性略低。另外，若是沿用原车变速器，则常常带有离合器，但离合器作为起步装置的功能显 得多余，一般离合器盘上的减振机构也并非为电动车辆所需。不仅如此，若采用常见的金属 带式无级式自动变速器，则功能显得多余，因为浪费了电机本身具有的调速能力，无谓增加 了系统复杂性。若采用有级式自动变速器，则换档时的难以避免的不完美给电机本身的平 滑动力不必要地添加了缺憾。综上所述，电动车辆的动力传动系统需要一种有别于传统燃油汽车的技术方案， 其主要特点是(1)充分利用电机调速范围宽的优点进行变速；(2)传动系统结构比与传统 内燃机匹配的有级和无级自动变速器都简单；(3)无级变速、高传动效率。因此，期望提供一种电动车辆的动力传动系统，能充分利用电机调速范围宽的优 点进行变速，传动系统结构比与传统内燃机匹配的有级和无级自动变速器都简单，具有无 级变速、高传动效率的特点。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种电动汽车用双转子电机 及相关行星齿轮无级变速系统和控制方法，该电动汽车用双转子电机设计巧妙，结构独特，
5与行星齿轮配合，能充分利用电机调速范围宽的优点进行变速，传动系统结构比与传统内 燃机匹配的有级和无级自动变速器都简单，具有无级变速、高传动效率的特点，最终提高了 整车性能，适于大规模推广应用。为了实现上述目的，在本发明的第一方面，提供了 一种电动汽车用双转子电机，包 括机壳、输出轴及位于所述机壳内的外转子和定子，所述输出轴至少部分位于所述机壳中 并相对所述机壳可转动设置，所述定子套设在所述输出轴的周围，所述定子外侧设置有外 侧三相绕组，所述外转子套设在所述外侧三相绕组的周围并相对所述定子可转动设置，其 特点是，所述电动汽车用双转子电机还包括内转子，所述定子内侧设置有内侧三相绕组，所 述内转子插设在所述内侧三相绕组中围绕所述输出轴并相对于所述定子可转动设置，从而 所述内侧三相绕组和所述内转子构成内电机分系统，所述外侧三相绕组和所述外转子构成 外电机分系统。较佳地，所述外转子和所述内转子分别为永磁体和励磁绕组中的任意一种。 在本发明的第二方面，提供了 一种电动汽车用双转子电机行星齿轮无级变速系 统，其特点是，包括行星齿轮和上述的电动汽车用双转子电机，所述外转子与所述行星齿轮 的齿圈、行星架和太阳轮中的任一部件连接，所述内转子与所述齿圈、所述行星架和所述太 阳轮中的另一部件连接，所述输出轴与所述齿圈、所述行星架和所述太阳轮中的第三部件 连接。较佳地，所述外转子与所述齿圈连接，所述内转子与所述太阳轮连接，所述输出轴 与所述行星架连接。较佳地，所述外转子与所述齿圈连接，所述内转子与所述行星架连接，所述输出轴 与所述太阳轮连接。较佳地，所述外转子与所述行星架连接，所述内转子与所述齿圈连接，所述输出轴 与所述太阳轮连接。较佳地，所述电动汽车用双转子电机行星齿轮无级变速系统还包括差速器，所述 输出轴与所述差速器的差速器外壳连接。更佳地，所述电动汽车用双转子电机行星齿轮无级变速系统还包括主减速齿轮 对，所述主减速齿轮对位于所述行星齿轮和所述差速器外壳之间并分别与所述行星齿轮和 所述差速器外壳连接。更佳地，所述电动汽车用双转子电机行星齿轮无级变速系统还包括半轴，所示半 轴与所述差速器连接，所述输出轴为空心轴，所述半轴穿设所述空心轴。在本发明的第三方面，提供了一种上述的电动汽车用双转子电机行星齿轮无级变 速系统的最佳能量经济性控制方法，其特点是，通过整车控制器根据车辆的行驶状态、电池 荷电状态(SOC)、加速踏板、制动踏板的状态及其时间变化率确定电机运行模式是驱动模式 还是制动能量回馈模式，进而确定所述电动汽车用双转子电机的工作转矩T3;然后向内电 机分系统控制器和外电机分系统控制器发出电机运行模式和转矩指令，内电机分系统控制 器和外电机分系统控制器根据所述电动汽车用双转子电机行星齿轮无级变速系统的拓扑 结构以及齿圈和太阳轮齿数确定所述内转子和所述外转子须提供的转矩1\、T2，根据车速、 车轮动态半径算出输出转速ω3，再根据所述内电机分系统和所述外分系统效率曲线实时 计算出所述内转子和所述外转子此时最佳的工作转速，其中
权利要求
一种电动汽车用双转子电机，包括机壳、输出轴及位于所述机壳内的外转子和定子，所述输出轴至少部分位于所述机壳中并相对所述机壳可转动设置，所述定子套设在所述输出轴的周围，所述定子外侧设置有外侧三相绕组，所述外转子套设在所述外侧三相绕组的周围并相对所述定子可转动设置，其特征在于，所述电动汽车用双转子电机还包括内转子，所述定子内侧设置有内侧三相绕组，所述内转子插设在所述内侧三相绕组中围绕所述输出轴并相对于所述定子可转动设置，从而所述内侧三相绕组和所述内转子构成内电机分系统，所述外侧三相绕组和所述外转子构成外电机分系统。
2.根据权利要求1所述的电动汽车用双转子电机，其特征在于，所述外转子和所述内 转子分别为永磁体和励磁绕组中的任意一种。
3.一种电动汽车用双转子电机行星齿轮无级变速系统，其特征在于，包括行星齿轮和 根据权利要求1所述的电动汽车用双转子电机，所述外转子与所述行星齿轮的齿圈、行星 架和太阳轮中的任一部件连接，所述内转子与所述齿圈、所述行星架和所述太阳轮中的另 一部件连接，所述输出轴与所述齿圈、所述行星架和所述太阳轮中的第三部件连接。
4.根据权利要求3所述的电动汽车用双转子电机行星齿轮无级变速系统，其特征在 于，所述外转子与所述齿圈连接，所述内转子与所述太阳轮连接，所述输出轴与所述行星架 连接。
5.根据权利要求3所述的电动汽车用双转子电机行星齿轮无级变速系统，其特征在 于，所述外转子与所述齿圈连接，所述内转子与所述行星架连接，所述输出轴与所述太阳轮 连接。
6.根据权利要求3所述的电动汽车用双转子电机行星齿轮无级变速系统，其特征在 于，所述外转子与所述行星架连接，所述内转子与所述齿圈连接，所述输出轴与所述太阳轮 连接。
7.根据权利要求3所述的电动汽车用双转子电机行星齿轮无级变速系统，其特征在 于，所述电动汽车用双转子电机行星齿轮无级变速系统还包括差速器，所述输出轴与所述 差速器的差速器外壳连接。
8.根据权利要求7所述的电动汽车用双转子电机行星齿轮无级变速系统，其特征在 于，所述电动汽车用双转子电机行星齿轮无级变速系统还包括主减速齿轮对，所述主减速 齿轮对位于所述行星齿轮和所述差速器外壳之间并分别与所述行星齿轮和所述差速器外 壳连接。
9.根据权利要求7所述的电动汽车用双转子电机行星齿轮无级变速系统，其特征在 于，所述电动汽车用双转子电机行星齿轮无级变速系统还包括半轴，所示半轴与所述差速 器连接，所述输出轴为空心轴，所述半轴穿设所述空心轴。
10.一种根据权利要求3所述的电动汽车用双转子电机行星齿轮无级变速系统的最 佳能量经济性控制方法，其特征在于，通过整车控制器根据车辆的行驶状态、电池荷电状态 (SOC)、加速踏板、制动踏板的状态及其时间变化率确定电机运行模式是驱动模式还是制动 能量回馈模式，进而确定所述电动汽车用双转子电机的工作转矩T3;然后向内电机分系统 控制器和外电机分系统控制器发出电机运行模式和转矩指令，内电机分系统控制器和外电 机分系统控制器根据所述电动汽车用双转子电机行星齿轮无级变速系统的拓扑结构以及 齿圈和太阳轮齿数确定所述内转子和所述外转子须提供的转矩1\、T2，根据车速、车轮动态2
11. 一种根据权利要求3所述的电动汽车用双转子电机行星齿轮无级变速系统的最 佳能量经济性控制方法，其特征在于，通过整车控制器根据车辆的行驶状态、电池荷电状态 (SOC)、加速踏板、制动踏板的状态及其时间变化率确定电机运行模式是驱动模式还是制动 能量回馈模式，进而确定所述电动汽车用双转子电机的工作转矩T3;然后向电机控制器发 出电机运行模式和转矩指令，电机控制器根据所述电动汽车用双转子电机行星齿轮无级变 速系统的拓扑结构以及齿圈和太阳轮齿数确定所述内转子和所述外转子须提供的转矩1\、 T2，根据车速、车轮动态半径算出输出转速ω3，再根据所述内电机分系统和所述外分系统效 率曲线实时计算出所述内转子和所述外转子此时最佳的工作转速，其中
12.根据权利要求10或11所述的电动汽车用双转子电机行星齿轮无级变速系统的最 佳能量经济性控制方法，其特征在于，采用电流、转速双闭环控制，一旦确定所述内转子和 所述外转子的目标转矩和工作转速，则根据矢量控制算法，确定内侧三相绕组和外侧三相 绕组的励磁电流分量idl、id2和转矩电流分量iql、iq2，再用以下Clarke逆变换公式(8)和 Park逆变换公式(9)确定输入到内侧三相绕组和外侧三相绕组的三相交流电流iA1、iB1、ia 和iA2、iB2、ie2，使内转子和外转子在目标转矩和工作转速下运行，其中
全文摘要
本发明涉及一种电动汽车用双转子电机，其输出轴至少部分位于机壳中并相对机壳可转动设置，定子套设在输出轴的周围，定子外侧设置有外侧三相绕组，外转子套设在外侧三相绕组的周围并相对定子可转动设置，定子内侧设置有内侧三相绕组，内转子插设在所述内侧三相绕组中围绕输出轴并相对于定子可转动设置，还提供了一种电动汽车用双转子电机行星齿轮无级变速系统及控制方法，本发明的电动汽车用双转子电机设计巧妙，结构独特，与行星齿轮配合，能充分利用电机调速范围宽的优点进行变速，传动系统结构比与传统内燃机匹配的有级和无级自动变速器都简单，具有无级变速、高传动效率的特点，最终提高了整车性能，适于大规模推广应用。
文档编号H02K16/02GK101951092SQ20101028384
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月16日 优先权日2010年9月16日
发明者袁一卿 申请人:上海中科深江电动车辆有限公司