CN103009992A - 基于新型磁力无级变速器和双转子电机的混合动力系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种混合动力系统，包括新型磁力无级变速器、双转子电机及电池。发动机与双转子电机相连，双转子电机会将来自发动机的机械能一部分输入到新型磁力无级变速器中，另一部分会在电机内产生感应电流，经逆变器变频输入到变速器线圈中以控制磁力无级变速器的速比，同时可根据需要以电能形式储存在电池中。采用本发明，在可以实现混合动力驱动的同时，解决混合动力汽车车重较重的问题，同时提高了传动效率，降低了制造成本。

Description

基于新型磁力无级变速器和双转子电机的混合动力系统

技术领域

本专利涉及混合动力汽车系统，特别地，涉及一种基于新型磁力无级变速器和双转子电机的混合动力系统。 

背景技术

混合动力汽车是具有低污染、低油耗特点的新一代清洁能源汽车。一套性能优良的混合动力系统在混合动力汽车中起到了至关重要的作用。然而现在大部分混合动力系统尺寸较大导致车重较重，同时由于系统内能量经过多次转化以及电机效率不高的问题，使得整个系统的效率水平并不理想。另外，由于采用了混合动力驱动方式，使得汽车的成本也随之上涨。为了解决上述问题，本发明提出了一种基于新型磁力无级变速器的混合动力系统。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的混合动力汽车驱动系统。本系统可以在一定程度下解决现有混合动力系统重量较重的问题，同时可以进一步提高系统效率以及进一步降低制造成本。 

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：发动机的输出轴与双转子电机相连，电机一方面与新型磁力无级变速器相连，另一方面通过电刷将电机内线圈切割磁感线产生的电流引出，通过逆变器的两次变换把变频后的交流电输入到磁力无级变速器的线圈绕组中，以便控制磁力无级变速器的控制转子，与此同时，由发电机中引出的电流还可以向电池充电。当将双转子电机和磁力变速器间的传动轴固定，系统还具备制动能量回收功能。 

该混合动力系统中包含双转子电机、磁力无级变速器、电池三个主要部分。双转子电机由线圈内转子和永磁体外转子组成。电机的内转子与发动机输出轴相连，同时外转子与磁力无级变速器的内转子相连。 

磁力无级变速器由内转子、调磁转子、控制转子以及线圈绕组组成，磁力无级变速器的调磁转子与输出轴连接。 

作为储能装置电池的正负极均与逆变器相连。逆变器一端与发动机输出轴连接，通过集电环、电刷接收来自双转子电机的感应电流，另一逆变器将感应电流或者来自电池的电流变频后输入到磁力无级变速器的线圈绕组中，以便控制变速器变速。 

本发明具有以下有益效果： 

新型磁力无级变速器采用了同轴非接触的紧凑布置结构，而且还具有较大的传动比，在可以实现连续变速的同时也具有主减速器的功能，可以替代主减速器。因此该系统的应用可以大大减低车辆重量。 

系统核心部分新型磁力无级变速器采用了非接触依靠磁场相互作用的传动方式使得传动效率提高噪声减小，同时无需润滑油，免维护降低了使用成本。 

得益于永磁体的成本降低，使得整个系统的制造成本低于现有混合动力系统。 

附图说明

图1为混合动力系统工作原理示意图 

图2为磁齿轮二维示意图 

图3为磁齿轮内转子示意图 

图4为磁齿轮调磁转子示意图 

图5为磁齿轮外转子示意图 

图6为磁力无级变速器调磁转子示意图 

图7为磁力无级变速器线圈绕组示意图 

图8为磁力无级变速器二维装配示意图 

图1中：1-发动机；2-电刷；3-输入轴；4-双转子电机内转子；5-双转子电机外转子；6-双转子电机输出轴；7-双转子电机；8-磁力无级变速器；9-磁力无级变速器内转子；10-磁力无级变速器调磁转子；11-磁力无级变速器输出轴；12-磁力无级变速器控制转子；13-线圈绕组；14-电池；15-逆变器 

具体实施方式

以下结合附图及实例对本发明作进一步的详细描述。 

本发明工作原理示意图如图1所示，发动机将机械能通过轴输入到双转子电机中，电机再将能量输入到磁力无级变速器中。同时，双转子电机内的线圈切割磁感线产生电流，电流通过逆变器的两次变换输入到磁力无级变速器的线圈绕组中以便根据发动机的不同工况控制变速器的速比，与此同时可根据需要将一部分电能储存在电池中，这部分能量可以在需要时，比如车辆加速工况，输入到磁力无级变速器中。当将双转子电机与磁力变速器之间的传动轴固定时，车辆制动的能量可经磁力变速器输入到电池中，系统起到能量回收的作用。 

本发明中的双转子电机部分与串级调速系统中电动机类似，不同的是，本发明中利用了串级调速系统中电动机没有采用的气隙转矩部分，将原串级调速系统中定子直接与磁力无级变速器的输入端相连，此种设计可以保证有更多的功率扭矩传递给变速器部分，发动机输出的功率得到了充分的应用。 

本发明中的磁力无级变速器（图8）的基础是磁齿轮（图2），由于其采用非接触的方法传递转矩，可以消除由于摩擦而产生的损失，提高传递效率，具有较大传动比，同时降低了运行过程中产生的噪音，而且由于不使用润滑油，使其更加便于维护。 

磁齿轮由内转子(图3)、调磁转子（图4）、外转子（图5）三部分组成，三部分同轴但是相互之间无接触，留有1mm的间隙。其中内外转子均由块状永磁体通过黏合在轭铁上制作而成，但是内转子上的永磁铁数目要少于外转子上的永磁铁数目，只有这样才能保证磁齿轮运行的时候具有一定的传动比。内外转子中间的调磁转子内间隔分布了由硅钢片冷轧而成的调磁块，其作用是调节在内转子与外转子间的磁场并建立磁路。通常情况下，内转子与输入轴相连，调磁转子与外转子有一个固定不动，另一个与输出轴相连。当内转子转动的时候，其产生的磁场与另外的转子相互作用，由于磁场的强度差异所以输入轴与输出轴之间产生了一个固定的传动比。磁力无级变速器就是在此基础之上发展而来，不同的是，新型磁力无级变速器将磁齿轮的外转子作为控制转子（图6），转子轭铁内外侧均装有永磁体，并且将线圈绕组（图7）加在外转子的外部，同时将调磁转子作为输出，通过控制电磁线圈绕组进而控制外转子的转速使内转子和调磁转子之间可以具有连续传动比，即达到无级变速的目的。该新型磁力无级变速器的输出扭矩可维持在100Nm左右，传动效率可高达98%，而且该新型磁力无级变速器具有较大的传动比，最大传动比可达10：1，可以替代汽车上的主减速器。 

本发明实现混合动力传动的主要过程如下： 

发动机工作，机械能一方面通过双转子电机经传动轴输入到磁力无级变速器，作为变速器的动力源；一方面在双转子电机内产生感应电流，经逆变器变频输入到磁力无级变速器的线圈绕组中以便根据发动机不同工况控制变速器进行速比变化，与此同时，可根据需要向电池内储存一部分电能。 

发动机工作，机械能一方面通过双转子电机经传动轴输入到磁力无级变速器中，另一部分在双转子电机内产生感应电流，通过电刷将电流引出，经逆变器变频输入到磁力无级变速器的线圈绕组中以便根据发动机不同工况控制变速器进行速比变化，同时电池向磁力无级变速器提供电能。此时的磁力无级变速器既有减速的作用，还有电动机的作用。 

发动机停止工作，将双转子电机同磁力变速器之间的传动轴固定，制动回收的动能经磁力无级变速器转化成电能储存在电池中。 

以上所举实例仅为本发明的优选实例，大凡依本发明权利要求及发明说明书内容所作的 简单的等效变化与修饰，皆应属本发明专利覆盖的范围。 

Claims (7)

1.一种基于新型触磁力无级变速器和双转子电机的混合动力系统基本组成部分为双转子电机、磁力无级变速器和电池。

2.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于：由发动机输出的机械一部分能经双转子电机输入到磁力无级变速器中并根据发动机工况进行不同速比变速，同时双转子电机内的感应电流经逆变器变频调节磁力无级变速器的速比，同时也可根据需要将一部分电能储存到电池中。

3.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于：当磁力无级变速器接收来自发动机的机械能的时候，磁力无极变速器也可作为电机使用，即利用电池储存的电能来驱动无极变速器，起到能量分配机构的作用。

4.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于将双转子电机与磁力变速器间的传动轴固定，车辆制动时的能量可经磁力无级变速器输入到电池中。

5.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于电机为双转子电机，双转子电机包括线圈、永磁体、输出转子。

6.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于双转子电机内的线圈切割磁感线产生的电流经电刷引出，根据需要输送到电池为其充电，或经变频后输入磁力无级变速器的线圈绕组中，以便控制速比。

7.根据权利要求1所述混合动力系统，其特征在于磁力无级变速器由带永磁体的内转子、装有硅钢片的调磁块的调磁转子、带有永磁体的控制转子和线圈绕组组成。

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