[发明专利]混合动力汽车用电子无级调速系统

说明书

技术领域

本发明属于汽车动力领域，为一种输入功率分配型混合动力汽车调速装置。

背景技术

近年来，随着全球环境恶化以及化石燃料的日益短缺，传统汽车产业面临着严峻考验。因此，节能环保的新能源汽车研发已经成为世界各国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种，混合动力汽车凭借其燃油经济性高、尾气排放低、续航里程长的显著优点脱颖而出，得到了快速的发展。

有效实现混合动力汽车基本功能的关键技术之一是研发高性能的电子无级调速（electronically continuously variable transmission，简称E-CVT）系统。根据是否采用机械齿轮，可将现有市场上以及国内外专家学者广泛研究的E-CVT系统分为两大类：一类是采用机械齿轮（行星齿轮）的E-CVT系统；另一类为没有齿轮啮合的无齿轮E-CVT系统。带机械齿轮功率分配装置的E-CVT系统都存在一个问题，即必须采用行星齿轮来调节发动机和连接在汽车驱动轴上的驱动电机之间的能量传送与分配。和所有机械齿轮一样，行星齿轮也存在传输损耗和齿轮噪声的缺点，而且必须人工定期给齿轮加润滑剂进行维护。而无机械齿轮功率分配装置的E-CVT系统，通常采用一个双转子电机来实现功率分配，即采用电气连接方式来克服上述问题。然而，这种电气连接的电子无级调速系统在克服行星齿轮缺点的同时也产生了一个新的问题：系统中所采用的双转子电机必需利用电刷和滑环从转子中输入或输出电能。而电刷和滑环将产生额外的损耗，且需要定期维护，此外，双转子电机中处于最里面的内转子的散热问题也是制约该系统实际应用的一个重要瓶颈。因此，研发一种既不需要行星齿轮，也不需要电刷和滑环，且效率高、控制方便、运行稳定的新型E-CVT系统成为目前混合动力汽车领域的一个热点问题。

发明内容

技术问题：本发明是提出一种基于复合式开关磁阻电机的混合动力汽车用电子无极调速系统。该系统既无行星齿轮，也无电刷、滑环和永磁体。既解决了带齿轮功率分配装置存在传输损耗和齿轮噪声的缺点，又解决了普通带电刷双转子电机系统产生额外损耗、需要定期维护及不易散热的问题。此外，由于未采用永磁材料，因此可避免永磁体高温退磁所引发一系列问题，极大提高了系统的可靠性。

技术方案：本发明的一种混合动力汽车用电子无极调速系统，包括发动机、离合器、车辆驱动系统，还包括复合式开关磁阻电机、由内定子侧功率变换器、DC-DC变换器、外定子侧功率变换器组成的电功率模块、电池组、控制单元；发动机通过离合器连接至复合式开关磁阻电机的内转子，内定子侧功率变换器、DC-DC变换器和外定子侧功率变换器串联后连接在复合式开关磁阻电机的内定子绕组与外定子绕组之间，电池组分别与内定子侧功率变换器、DC-DC变换器相连；复合式开关磁阻电机的外转子连接至车轮驱动系统，控制单元分别与发动机、内定子侧功率变换器、DC-DC变换器、外定子侧功率变换器、电池组相连。

所述的复合式开关磁阻电机由内转子、内定子、外定子、外转子组成，且内定子与外定子通过隔磁环集成为一个整体，内定子与外定子分别套有内定子绕组与外定子绕组。

所述的内定子侧功率变换器、外定子侧功率变换器均为双向整流、逆变功能的功率变换器，DC-DC变换器为直流升/降压功能的变换器，电池组通过以上功率变换器与电机相连，能存储或输出能量。

所述的复合式开关磁阻电机存在两个独立控制的功率通路，高速内电机的内转子经离合器与发动机耦合，低速外电机的外转子与车轮驱动系统耦合，且整个系统不存在永磁体。

电功率模块包括内定子侧功率变换器、DC-DC变换器和外定子侧功率变换器。其中，内定子侧功率变换器与外定子侧功率变换器都具备双向整流、逆变功能，内定子侧功率变换器与复合式开关磁阻电机的内定子绕组相连，外定子侧功率变换器与复合式开关磁阻电机的外定子绕组相连；DC-DC变换器具备直流升/降压功能，其分别与内定子侧功率变换器和外定子侧功率变换器相连。

电池组经过电功率模块连接到复合式开关磁阻电机上，进行能量的输出或存储。其中，电池组一路直接连接至内定子侧功率变换器，另一路通过DC-DC变换器连接至外定子侧功率变换器。

复合式开关磁阻电机，其内转子和内定子组成内电机，外转子和外定子组成外电机，内外电机两者之间电路、磁路、热路完全独立，可以分别进行控制。内电机的内转子经离合器与高速运行的发动机耦合，外电机的外转子与低速运行的车轮驱动系统耦合。