输出合成型混合动力系统

摘要

输出合成型混合动力系统，属于汽车动力装置的技术领域，本发明为解决丰田Prius的混合动力系统采用行星齿轮机构是纯机械装置，存在传动损耗、齿轮振动、噪声、磨损以及需要定期维护的问题。本发明方案：发动机的输出轴连接转矩调节电机、磁场调制型无刷双转子电机的永磁转子、调制环转子、主减速器和汽车车轮；该系统中不同工作模式是通过保持机构中制动器和两个离合器的切换来实现的。调制环转子输出到车轮负载的电磁转矩等于发动机和转矩调节电机共同输入转矩与定子电磁转矩之和。磁场调制型无刷双转子电机实现对发动机转速的解耦，转矩调节电机实现对发动机转矩的解耦，使发动机的转速转矩不依赖负载的转速转矩。

主权项

输出合成型混合动力系统，其特征在于，它包括发动机(1)、转矩调节电机(2)、保持机构、磁场调制型无刷双转子电机(4)、主减速器(5)和汽车控制部；所述保持机构包括第一离合器(3‑1)、制动器(3‑2)和第二离合器(3‑3)；所述磁场调制型无刷双转子电机(4)包括定子(4‑1)、调制环转子(4‑2)和永磁转子(4‑3)；发动机(1)的输出轴连接转矩调节电机(2)的转子输入轴，转矩调节电机(2)的转子输出轴连接第一离合器(3‑1)的输入轴，第一离合器(3‑1)的输出轴连接制动器(3‑2)的输入轴，制动器(3‑2)的输出轴连接永磁转子(4‑3)的转子输入轴，永磁转子(4‑3)的转子输出轴通过第二离合器(3‑3)连接调制环转子(4‑2)的转子输入轴，调制环转子(4‑2)的转子输出轴连接主减速器(5)的输入轴，主减速器(5)的输出轴连接汽车车轮；汽车控制部包括蓄电池(6)、第一速度传感器(7)、第二速度传感器(8)、第三速度传感器(9)、速度信号采集电路(10)、ECU(13)、转矩调节电机控制电路(14)、双转子电机控制电路(15)和主控单元(16)；第一速度传感器(7)设置在发动机(1)的输出轴上；第二速度传感器(8)设置在永磁转子(4‑3)的转子输入轴上；第三速度传感器(9)设置在调制环转子(4‑2)的转子输出轴上；第一速度传感器(7)、第二速度传感器(8)和第三速度传感器(9)的速度信号输出端均与速度信号采集电路(10)的速度信号输入端相连；速度信号采集电路(10)速度信号输出端与主控单元(16)的速度反馈信号输入端相连；主控单元(16)的发动机控制指令输出端通过ECU(13)与发动机(1)的控制端相连；主控单元(16)的转矩调制电机控制指令输出端与转矩调节电机控制电路(14)的输入端相连；主控单元(16)的双转子电机控制指令输出端与双转子电机控制电路(15)的输入端相连；主控单元(16)的蓄电池控制指令输出端与蓄电池(6)的使能端相连；蓄电池(6)的第一电能输入输出端与转矩调节电机控制电路(14)的第一直流电源输入输出端相连；转矩调节电机控制电路(14)的交流电源输入输出端与转矩调节电机(2)的交流输入输出端相连；蓄电池(6)的第二电能输入输出端与双转子电机控制电路(15)的第一直流电源输入输出端相连；双转子电机控制电路(15)的交流电源输入输出端与磁场调制型无刷双转子电机(4)的交流输入输出端相连；转矩调节电机控制电路(14)的第二直流电源输入输出端与双转子电机控制电路(15)的第二直流电源输入输出端相连；混合动力系统工作于以下八种工作模式：模式I：第一离合器(3‑1)结合、制动器(3‑2)结合、第二离合器(3‑3)分离，永磁转子(4‑3)被固定，此时车辆由磁场调制型无刷双转子电机(4)单独进行驱动，可以实现车辆的加速、巡航、减速、倒车功能；当发动机(1)或转矩调节电机(2)出现故障时，该模式可实现故障切除，使该混合动力系统具有很强的容错功能；模式II：第一离合器(3‑1)分离、制动器(3‑2)结合、第二离合器(3‑3)分离，永磁转子(4‑3)被固定，此时车辆由磁场调制型无刷双转子电机(4)单独进行驱动，可以实现车辆的加速、巡航、减速、倒车功能；混合动力系统可实现串联模式运行，所谓串联模式是指发动机(1)先将机械能通过电机转化成电能，电能再通过另一个电机转化成车轮负载(17)所需要的机械能；模式III：第一离合器(3‑1)结合、制动器(3‑2)分离、第二离合器(3‑3)分离，此时该系统可实现并联模式或混联模式运行，可以实现车辆的加速、巡航、减速、倒车功能；所谓并联模式是指发动机(1)直接将机械能传递给车轮负载(17)，同时转矩调节电机(2)将蓄电池(6)电能转换成机械能也传递给车轮负载(17)或将部分机械能转换成电能存储到蓄电池(6)中；模式IV：第一离合器(3‑1)分离、制动器(3‑2)分离、第二离合器(3‑3)分离，为一种过渡模式，用于其他模式间的切换；模式V：第一离合器(3‑1)结合、制动器(3‑2)结合、第二离合器(3‑3)结合，此时发动机(1)、转矩调节电机(2)的转子、永磁转子(4‑3)、调制环转子(4‑2)均被固定，即车辆处于停车状态；该模式可使该混合动力系统在停车状态下具有防盗功能；模式VI：第一离合器(3‑1)分离、制动器(3‑2)结合、第二离合器(3‑3)结合，此时磁场调制型无刷双转子电机(4)中的调制环转子(4‑2)和永磁转子(4‑3)均被固定，即车辆处于停车状态；由于第一离合器(3‑1)分离，因此在该模式下，当蓄电池(6)电量不足时，由发动机(1)进行驱动，转矩调节电机(2)作为发电机运行，通过转矩调节电机控制电路(14)对蓄电池(6)进行充电；若发动机(1)需要启动时，则蓄电池(6)通过转矩调节电机控制电路(14)为转矩调节电机(2)提供电能，转矩调节电机(2)作为电动机运行，带动发动机(1)达到一定速度后再进行点火启动；模式VII：第一离合器(3‑1)结合、制动器(3‑2)分离、第二离合器(3‑3)结合，此时车辆可由发动机(1)单独驱动，或由发动机(1)和转矩调节电机(2)共同驱动，或由发动机(1)和磁场调制型无刷双转子电机(4)共同驱动，或由发动机(1)、转矩调节电机(2)和磁场调制型无刷双转子电机(4)共同驱动，可以实现车辆的加速、巡航、减速功能；实现并联模式运行；模式VIII：第一离合器(3‑1)分离、制动器(3‑2)分离、第二离合器(3‑3)结合，此时车辆由磁场调制型无刷双转子电机(4)单独进行驱动，可以实现车辆的加速、巡航、减速、倒车功能；混合动力系统可实现串联模式运行。