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CN111376698A - 一种双盘式电机电动无极变速机电一体化系统 - Google Patents

一种双盘式电机电动无极变速机电一体化系统 Download PDF

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CN111376698A CN202010338360.8A CN202010338360A CN111376698A CN 111376698 A CN111376698 A CN 111376698A CN 202010338360 A CN202010338360 A CN 202010338360A CN 111376698 A CN111376698 A CN 111376698A
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李连强
王辛立
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Nanjing Qingyan Haiyi new energy power Co.,Ltd.
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Qingdao Hailing Yuanzhi Technology R & D Co ltd
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Abstract

一种双盘式电机电动无极变速机电一体化系统，其包括外壳、行星轮、太阳轮、输入轴、行星架、齿圈架、齿圈、输出轴、空心轴、ISG电机定子、ISG电机定子、ISG电机转子、主驱电机定子、主驱电机转子、主驱电机定子。ISG电机定子和ISG电机转子组成ISG盘式电机。主驱电机定子和主驱电机转子组成双定子结构的主驱电机。输出轴穿过空心轴内部，空心轴前端、后端与输出轴间布置有支承轴承。太阳轮、行星轮、齿圈组成行星排。ISG电机定子、主驱电机定子连接在一起，通过支撑轴承与空心轴连接。ISG电机定子侧外壳通过支承轴承与空心轴连接，主驱电机定子侧外壳通过支撑轴承与输出轴连接。本发明结构紧凑、功率密度大、系统效率高、NVH特性突出。

Description

一种双盘式电机电动无极变速机电一体化系统
技术领域
本发明属于汽车零部件技术领域，具体涉及一种双盘式电机电动无极变速机电一体化系统。
背景技术
随着汽车工业的快速发展，“节能”“减排”已成为汽车工业发展的主旋律。混合动力系统作为传统动力向新能源动力过渡的一种中间产物，其节能效果突出，同时兼顾使用便利性和驾驶者习惯，已成为当前汽车发展的既要技术方案。
混合动力按照其结构原理分为串联式混合动力、并联式混合动力、混联式混合动力三种，其中混联式混合动力原理性兼顾串联式混合动力、并联式混合动力优点，可实现发动机转速及扭矩的较为充分双解耦，具有燃油经济性高、控制灵活、动力性强等特点，受到相关零部件厂家及整车厂家的重视。混联式混合动力系统一般有电动发电一体机、主驱电机、耦合系统等组成，根据耦合系统的结构类型，分为开关混联式、行星混联式两种，其中行星混联式混合动力系统利用行星排运动特性，通过发动机、电动发电一体机、主驱电机的协调控制，在满足驾驶动力请求的基础上实现发动机转速及扭矩的充分解耦，使发动机运行于经济区间以达到较高的燃油经济性。丰田公司的行星混联系统已成为当前世界上普及率最高的混合动力系统。基于行星排的电控无极变速机电一体化系统是行星混联式混合动力系统的核心部件，其性能优劣直接关系混合动力整车的燃油经济系、动力性及舒适性。
常规的行星混联无级变速机电一体化系统中的双电机通常为圆柱形的双电机并排或者旁轴布置。圆柱形电机受定子端部绕组影响，轴向尺寸相对较长；受定子冷却水道接触面积影响，散热效率相对较低；受定转子铁芯重量及齿槽影响，其功率密度较低、存在扭矩脉动情况。双圆柱形电机并排布置时，系统轴向尺寸较长、体积较大、功率密度相对较小；双电机旁轴布置时，旁轴电机通常使用齿轮或者皮带传递，系统径向尺寸大、功率密度低、传递效率较低、存在径向不平衡力等。为进一步提升混联式混合动力的系统效率、满足更为紧凑的车辆布置需求、满足车辆轻量化需求、提升整车NVH特性及零部件可靠性，迫切需求一种结构紧凑、效率高、功率密度高、轻量化的基于行星排的电控无级变速机电一体化系统。
发明内容
针对现有技术中的基于行星排的电控无极变速机电一体化系统存在尺寸较大、功率密度较低、系统效率相对较低、NVH特性差等问题，本发明提供一种结构紧凑、功率密度大、系统效率高、NVH特性突出的基于行星排的双盘式电机电动无极变速机电一体化系统。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种双盘式电机电动无极变速机电一体化系统，其包括外壳、行星轮、太阳轮、输入轴、行星架、齿圈架、齿圈、输出轴、空心轴、ISG电机定子、ISG电机定子、ISG电机转子、主驱电机定子、主驱电机转子、主驱电机定子。
所述ISG电机定子包括ISG电机定子一和ISG电机定子二，ISG电机定子一、ISG电机定子二和ISG电机转子组成双定子结构的ISG盘式电机。
所述主驱电机定子包括主驱电机定子一和主驱电机定子二，所述主驱电机定子一、主驱电机定子二和主驱电机转子组成双定子结构的主驱电机。
所述主驱电机、ISG电机壳体内部可充满油液，实现油液润滑，也可使用各自定子内部水道进行冷却液冷却。
所述输出轴穿过空心轴内部，空心轴前端、后端与输出轴间布置有支承轴承。
所述太阳轮、行星轮、齿圈组成行星排。
所述ISG电机定子、主驱电机定子连接在一起，通过支撑轴承与空心轴连接。
所述ISG电机定子侧外壳通过支承轴承与空心轴连接，所述主驱电机定子侧外壳通过支撑轴承与输出轴连接。
进一步地，所述ISG电机定子内包括定子绕组、定子铁芯、冷却水道。
进一步地，所述ISG电机定子与ISG电机转子之间距离为ISG电机气隙尺寸。
进一步地，所述ISG电机定子内部冷却水道使用冷却液进行液冷降温。
进一步地，所述主驱电机定子和ISG电机定子分别与外壳相连。
进一步地，所述ISG电机转子与空心轴相连。
进一步地，所述ISG电机定子布置有旋转编码器的固定端，所述ISG电机转子部分与旋转编码器的运动部件固定。
进一步地，所述主驱电机定子和ISG电机定子内包括但不局限于定子绕组、定子铁芯、冷却水道。
进一步地，所述主驱电机定子内部冷却水道使用冷却液进行液冷降温。
进一步地，所述主驱电机定子与主驱电机转子之间距离为主驱电机气隙尺寸。
进一步地，所述主驱电机转子与输出轴相连。
进一步地，所述主驱电机定子布置有旋转编码器的固定端，所述主驱电机转子与旋转编码器的运动部件固定。
进一步地，所述太阳轮通过空心轴与ISG电机转子相连。
进一步地，所述行星轮一侧通过行星架与输入轴相连，所述行星轮的另一侧为支撑臂结构，所述支撑臂与空心轴通过支撑轴承相连。
进一步地，所述输入轴通过支撑轴承与外壳相连，支撑轴承内侧为密封件，支承轴承与密封件并联使用，实现油液密封。
进一步地，所述齿圈通过齿圈架与输出轴相连。
进一步地，所述外壳内部加注有油液，优选齿轮油。
进一步地，行星排侧的外壳上还布置有油液加注口和放油口。
本发明的有益效果为：
1.盘式电机的轴向尺寸短，在本发明中双盘式电机进一步共用壳体结构，系统轴向尺寸短，结构更为紧凑，满足对空间要求较高的布置要求；
2.盘式电机采用无铁芯电驱结构，不存在圆柱式电机由于齿槽引起的转矩脉动，转矩输出平稳，系统的NVH特性改善明显；
3.盘式电机不存在磁滞和涡流损耗，可达到较高的效率，从而系统达到达到较高的效率；
4.盘式电机峰值转矩、堵转转矩较高，转矩密度大，系统可达到较宽的转矩范围，满足车辆各工况扭矩输出需求；
5.本发明中，可通过多个模块化的主驱电机、ISG电机并排布置，已达到较高的输出扭矩或输出功率，方面系统级别的平台化、模块化、标准化布局；
6.本发明中，通过输出轴、空心轴两端的轴承径向支撑，既保证传动轴传动的同轴度、平顺性，又能够实现定转子、行星排轮系的轴向限位，保证系统安全；
7.本发明中，各个支撑轴承具备径向支撑和轴向限位作用，既保证运动部件工作过程中的同轴度、又避免轴向移位，保证系统安全。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明种双盘式电机嵌套式电动无极变速机电一体化系统实施例结构示意图。
附图标记：1-外壳、2-行星轮、3-太阳轮、4-输入轴、5-行星架、6-齿圈架、7-齿圈、8-输出轴、9-空心轴、10-ISG电机定子一、11-ISG电机定子二、12-ISG电机转子、13-主驱电机定子一、14-主驱电机转子、15-主驱电机定子二、16-扭转减震器输入端、17-扭转减震器输出端、18-发动机、19-飞轮输出端、20-传动轴、21-主减速器、22-驱动桥、23-动力电池、24-高压配电单元、25-主驱电机逆变器、26-ISG电机逆变器、27-高压线束。
具体实施方式
为了便于理解，下面结合附图，通过实施例，对本发明技术方案作进一步具体描述：
如图1-图2所示，一种双盘式电机电动无极变速机电一体化系统，包括外壳1、行星轮2、太阳轮3、输入轴4、行星架5、齿圈架6、齿圈7、输出轴8、空心轴9、ISG电机定子一10、ISG电机定子二11、ISG电机转子12、主驱电机定子一13、主驱电机转子14和主驱电机定子二15。
ISG电机定子一10、ISG电机定子二11和ISG电机转子12组成双定子结构的ISG盘式电机。ISG电机定子一10和ISG电机定子二11内包括但不局限于定子绕组、定子铁芯、冷却水道。
ISG电机定子一10与ISG电机转子12之间、ISG电机定子二11与ISG电机转子12之间距离为ISG电机气隙尺寸；ISG电机定子一10和ISG电机定子二11内部冷却水道使用冷却液进行液冷降温。
ISG电机定子一10和ISG电机定子二11与外壳1相连；ISG电机转子12与空心轴9相连。
ISG电机定子一10或ISG电机定子二11布置有旋转编码器的固定端，ISG电机转子12部分与旋转编码器的运动部件固定。
主驱电机定子一13、主驱电机定子二15和主驱电机转子14组成双定子结构的主驱电机。
主驱电机定子一13和主驱电机定子二15内包括但不局限于定子绕组、定子铁芯、冷却水道；主驱电机定子一13和主驱电机定子二15内部冷却水道使用冷却液进行液冷降温。
主驱电机定子一13与主驱电机转子14之间、主驱电机定子二15与主驱电机转子14之间距离为主驱电机气隙尺寸。
主驱电机定子一13和主驱电机定子二15与外壳1相连。
主驱电机转子14与输出轴8相连。
主驱电机定子一13或主驱电机定子二15布置有旋转编码器的固定端，主驱电机转子14部分与旋转编码器的运动部件固定。
主驱电机和ISG盘式电机壳体内部可充满油液，实现油液润滑，也可使用各自定子内部水道进行冷却液冷却。
输出轴8穿过空心轴9内部，空心轴9前端、后端与输出轴8间布置有支承轴承。
太阳轮3、行星轮2、齿圈7组成行星排。
太阳轮3通过空心轴9与ISG电机转子12相连。
行星轮2通过一侧的行星架5与输入轴4相连。
行星轮2的另一侧为支撑臂结构，支撑臂与空心轴9通过支撑轴承相连。
输入轴4通过支撑轴承与壳体1相连，支撑轴承内侧为密封件，实现油液密封。
齿圈7通过齿圈架6与输出轴8相连。
行星排壳体内部加注有油液，优选齿轮油。
行星排侧的外壳1上还布置有油液加注口和放油口。
ISG电机定子一10侧外壳通过支承轴承与空心轴9连接，主驱电机定子二15侧外壳通过支撑轴承与输出轴8连接。
支承轴承与密封件并联使用，实现油液密封。
ISG电机定子二11、主驱电机定子一13连接在一起，通过支撑轴承与空心轴9连接。
ISG电机定子一10、ISG电机定子二11和主驱电机定子一13与空心轴9通过支撑轴承轴向限位、径向固定。
输出轴8和输入轴4与外壳1之间分别通过支承轴承及油封等轴向限位、径向固定。
发动机18的飞轮输出端19与扭矩减震器输入端16相连，扭转减震器的输出端17与系统的输入端相连，扭转减震器可吸收及过滤发动机18的震动，将动力平顺的传递至系统的前输入端。
系统的输出轴8与传动轴20相连，传动轴20与驱动桥22的主减速器21的输入端相连；传动轴20还包括但不局限于万向节、花键等，优选使用球笼式等速万向节、十字节式万向节。
动力电池23的正负极端与高压配电单元24的正负极使用高压线束27连接。
高压配电单元24内部包括但不局限于高压接触器、高压熔断器、高压控制单元、绝缘监测模块、电流传感器等。高压接触器及高压熔断器组成高压配电分路。
动力电池23电能经高压配电单元24内部对应的高压配电分路，输出主驱动电机逆变器直流供电至主驱动电机逆变器25，输出ISG电机逆变器直流供电至ISG电机逆变器26。
ISG电机逆变器26与ISG电机定子的绕组通过三相高压线相连，ISG电机的旋转编码器、温度传感器等通过低压线束与ISG电机逆变器26相连，ISG电机逆变器26接收到外部控制指令，通过三相高压线控制ISG电机响应外部指令，同时通过旋转编码器、温度传感器等反馈ISG电机运行状态。
主驱动电机逆变器25与主驱动电机定子的绕组通过三相高压线相连，主驱动电机的旋转编码器、温度传感器等通过低压线束与主驱动电机逆变器25相连，主驱动电机逆变器25接收到外部控制指令，通过三相高压线控制主驱动电机响应外部指令，同时通过旋转编码器、温度传感器等反馈主驱动电机运行状态。
上述实施例只是对本发明技术方案的举例说明或解释，而不应理解为对本发明技术方案的限制，显然，本领域的技术人员可对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也包含这些修改和变型在内。

Claims (10)

1.一种双盘式电机电动无极变速机电一体化系统，其包括外壳、行星轮、太阳轮、输入轴、行星架、齿圈架、齿圈、输出轴、空心轴、ISG电机定子、ISG电机定子、ISG电机转子、主驱电机定子、主驱电机转子、主驱电机定子；
所述ISG电机定子包括ISG电机定子一和ISG电机定子二，所述ISG电机定子一、ISG电机定子二和ISG电机转子组成双定子结构的ISG盘式电机；
所述主驱电机定子包括主驱电机定子一和主驱电机定子二，所述主驱电机定子一、主驱电机定子二和主驱电机转子组成双定子结构的主驱电机；
所述输出轴穿过空心轴内部，所述空心轴前端、后端与输出轴间布置有支承轴承；
所述ISG电机定子、主驱电机定子连接在一起，通过支撑轴承与空心轴连接；
所述ISG电机定子侧外壳通过支承轴承与空心轴连接，所述主驱电机定子侧外壳通过支撑轴承与输出轴连接；
所述太阳轮、行星轮、齿圈组成行星排。
2.根据权利要求1所述的双盘式电机电动无极变速机电一体化系统，其特征在于：所述ISG电机定子内包括定子绕组、定子铁芯和冷却水道。
3.根据权利要求2所述的双盘式电机电动无极变速机电一体化系统，其特征在于：所述ISG电机定子与外壳相连，所述ISG电机转子与空心轴相连，所述太阳轮通过空心轴与ISG电机转子相连。
4.根据权利要求3所述的双盘式电机电动无极变速机电一体化系统，其特征在于：所述主驱电机定子与外壳相连，所述主驱电机转子与输出轴相连。
5.根据权利要求4所述的双盘式电机电动无极变速机电一体化系统，其特征在于：所述ISG电机定子布置有旋转编码器的固定端，所述ISG电机转子部分与旋转编码器的运动部件固定。
6.根据权利要求5所述的双盘式电机电动无极变速机电一体化系统，其特征在于：所述主驱电机定子和ISG电机定子内包括定子绕组、定子铁芯、冷却水道。
7.根据权利要求6所述的双盘式电机电动无极变速机电一体化系统，其特征在于：所述主驱电机定子布置有旋转编码器的固定端，所述主驱电机转子与旋转编码器的运动部件固定。
8.根据权利要求7所述的双盘式电机电动无极变速机电一体化系统，其特征在于：所述行星轮一侧通过行星架与输入轴相连，所述行星轮的另一侧为支撑臂结构，所述支撑臂与空心轴通过支撑轴承相连。
9.根据权利要求8所述的双盘式电机电动无极变速机电一体化系统，其特征在于：所述输入轴通过支撑轴承与壳体相连，支撑轴承内侧为密封件，支承轴承与密封件并联。
10.根据权利要求9所述的双盘式电机电动无极变速机电一体化系统，其特征在于：所述齿圈通过齿圈架与输出轴相连，行星排侧的外壳上还布置有油液加注口和放油口。
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