CN207526910U - 一种采用电磁变矩器的汽车动力传递系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种采用电磁变矩器的汽车动力传递系统，其发动机曲轴连接电磁变矩器外转子；电磁变矩器外转子内设有三相电枢绕组；电枢绕组通过接触滑环连接至电源转换器；电磁变矩器外转子和发动机曲轴联动，其中央枢接有一转轴；电磁变矩器内转子上设有第一磁钢，第一磁钢和电枢绕组相对设置；转轴的一端安装有太阳轮；大齿圈安装于外壳内；行星齿轮分别和大齿圈和太阳轮相啮合，其将动力输送至输出轴；变矩电机电枢绕组设置在外壳内，其电性连接至电源转换器；输出轴上安装有变矩电机转子，其上设有第二磁钢，第二磁钢和变矩电机电枢绕组相对设置；输出轴连接至变速箱。本实用新型具有控制简单、传递效率高、增扭、发电、发动机起动等功能。

Description

一种采用电磁变矩器的汽车动力传递系统

【技术领域】

本实用新型涉及一种汽车动力传递系统，具体涉及一种采用电磁变矩器的汽车动力传递系统，属于汽车驱动系统技术领域。

【背景技术】

现有技术的乘用车变速系统主要有以下几种类型及特点：

1、手动换挡式变速器(MT)

主要组成：机械摩擦式离合器+平行轴式手动变速器(同步器+牙嵌啮合换挡)；

操作方法：换挡时驾驶员放松油门踏板，踩下离合器踏板，同时通过换挡杆挂上相应的档位齿轮，然后松开离合踏板；

主要特点：传动系效率较高，但是对驾驶员操作的技巧性要求较高，换挡冲击性较大，汽车起步操作难度较高(特别对非熟练操作者)；离合器摩擦片易磨损，需要定期检查和更换。

2、电控机械式自动变速器(AMT、DSG、采取牙嵌啮合换挡机构)，其主要组成：电控单(双)机械摩擦式离合器+平行轴式自动变速器；

操作方法：有电控ECU根据车速、发动机转速及油门开度等参数，通过控制电控离合器及换挡液压缸进行相应的换挡操作。

主要特点：机械本体结构与手动换挡式动力传递系统基本一致。城市道路频繁换挡易导致摩擦片磨损，换挡顿挫感较强，对控制的要求较高。

3、常规自动变速器(AT)

主要组成：液力变矩器+行星齿轮式变速器(摩擦结合换挡机构)；

操作方法：有电控ECU根据车速、发动机转速及油门开度等参数，通过控制相应档位电磁阀等执行元件完成相应的换挡操作。

主要特点：通过液力变矩器实现发动机与变速器之间的动力传递，动力传递平稳柔和，换挡过程较平顺。但是液力变矩器传递效率较低，由液压控制实现换挡，消耗一定的能源，同时对变速器油品质及油温要求较高。系统整体传递效率比手动变速器差。

4、平行轴式自动变速器

主要组成：液力变矩器+平行轴齿轮式变速器(摩擦结合换挡机构)；

操作方法：有电控ECU根据车速、发动机转速及油门开度等参数，通过控制相应档位电磁阀等执行元件完成相应的换挡操作。

主要特点：与AT相比具有结构简单、成本低等优点；但是换挡平顺性不如AT，变速箱体积与AT的行星齿轮机构相比较大。

5、CVT

主要组成：液力变矩器+钢带式无级变速机构；

操作方法：有电控ECU根据车速、发动机转速及油门开度等参数，通过控制相应档位电磁阀等执行元件完成相应的换挡操作。

主要特点：与AT相比具有结构简单、元件数少、换挡平顺性高等优点；但由于采取摩擦传递动力，传递扭矩收到较大限制。

从上述车辆动力传动系统结构中可见，一般采用机械摩擦式离合器(手动、自动控制)或液力变矩器作为发动机与变速结构之间动力传递的控制部件。

1、机械摩擦式离合器

离合器采取机械部件之间摩擦力传递发动机的扭矩，通过控制摩擦片(从动部件)和压盘(主动部件)之间的正压力完成动力传递的接通和中断，实现车辆的起步、换挡和停车等动作。可由驾驶员直接控制或变速器ECU根据车辆状态和驾驶意图进行控制，实现对发动机动力的接通或切断。

2、液力变矩器

液力变矩器壳体内部具有泵轮、涡轮和液压油等，泵轮由发动机飞轮直接驱动，涡轮通过输出轴变速机构相连接。转动的泵轮带动液压油高速运动，高速流动的液压油冲击涡轮，将转矩传递给变速结构，从而实现发动机扭矩的传递。由于泵轮和涡轮之间采取液力传递动力，工作特性柔和、平稳。又由于是纯机械部件，工作可靠性高，所以在乘用车的动力传动系统上得到广泛的应用。

上述两种动力传动控制方法的缺点主要有以下几点：

1.机械摩擦式离合器

(1)摩擦盘易磨损，动力接合平稳性差；

(2)手动变速器对驾驶员操作能力和强度要求较高，自动变速器则对系统的控制要求较高。

2.液力变矩器

(1)不论车辆是否是在需要动力行驶或停车阶段，只要发动机工作，液力变矩器内部就有液压油流动，造成的能源损失较大。

(2)由于液压油的持续冲击作用，不论发动机是怠速还是其他工作状态，液力变矩器的输出轴始终具有一定的力矩输出，会导致采用牙嵌啮合换挡机构的变速器换挡困难，所以一般应用于依靠摩擦结合方式换挡的自动变速系统。

因此，为解决上述技术问题，确有必要提供一种创新的采用电磁变矩器的汽车动力传递系统，以克服现有技术中的所述缺陷。

【实用新型内容】

为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种具有控制简单、传递效率高、增扭、发电、发动机起动等多重功能的采用电磁变矩器的汽车动力传递系统。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：一种采用电磁变矩器的汽车动力传递系统，其包括发动机机体、发动机曲轴、外壳、电磁变矩器外转子、电磁变矩器内转子、大齿圈、行星齿轮、变矩电机电枢绕组、输出轴、变速箱以及电源转换器；其中，所述发动机曲轴输出端连接并驱动电磁变矩器外转子；所述电磁变矩器外转子内设有电枢绕组；所述电枢绕组电性连接至电源转换器；所述电磁变矩器外转子和发动机曲轴联动，其中央枢接有一转轴；所述电磁变矩器内转子安装于转轴上，其上设有第一磁钢，第一磁钢和电枢绕组相对设置；所述转轴的一端安装有太阳轮；所述大齿圈与电磁变矩器外转子通过刚性链接成一体；所述行星齿轮分别和大齿圈和太阳轮相啮合，其将动力输送至输出轴；所述变矩电机电枢绕组设置在外壳内，其电性连接至电源转换器；所述输出轴上安装有变矩电机转子，其上设有第二磁钢，第二磁钢和变矩电机电枢绕组相对设置；所述输出轴连接至变速箱。

本实用新型的采用电磁变矩器的汽车动力传递系统进一步设置为：所述发动机曲轴上设置有取电滑环，所述取电滑环分别电性连接电枢绕组和电源转换器。

本实用新型的采用电磁变矩器的汽车动力传递系统进一步设置为：所述转轴通过一对轴承支撑于电磁变矩器外转子上。

本实用新型的采用电磁变矩器的汽车动力传递系统进一步设置为：所述外壳固定于发动机机体一侧。

本实用新型的采用电磁变矩器的汽车动力传递系统进一步设置为：内转子与行星齿轮机构的太阳轮刚性链接，外转子与大齿圈刚性链接成一体。

本实用新型的采用电磁变矩器的汽车动力传递系统进一步设置为：所述电源转换器连接至一动力电池上。

本实用新型的采用电磁变矩器的汽车动力传递系统还设置为：所述电源转换器内包含AC/DC模块、DC/AC模块以及控制器；所述AC/DC模块一端和取电滑环电性连接，另一端和DC/AC模块电性连接；所述DC/AC模块电性连接至变矩电机电枢绕组。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型的采用电磁变矩器的汽车动力传递系统摒弃了原来一般车辆使用的摩擦式离合器或液力变矩器结构，采取电磁转差式离合器加一套周转轮系加一套永磁无刷直流电机(或永磁同步电机)组成的电磁耦合变矩机构，来实现汽车动力传动系统中离合器或液力变矩器功能；该结构具有控制简单、传递效率高、增扭、发电、发动机起动等多重功能。适用于手动变速系统(无需操作离合器踏板)、自动变速系统及并联式混合动力汽车使用。

【附图说明】

图1是本实用新型的采用电磁变矩器的汽车动力传递系统的剖面图。

图2是电源转换器中AC/DC模块和DC/AC模块的电路图。

图3是电源转换器中的控制器的信号控制图。

图4是电磁变矩器电枢绕组供电时的电流回路图。

图5是转差功率输出时的电流回路图。

【具体实施方式】

请参阅说明书附图1至附图5所示，本实用新型涉及一种采用电磁变矩器的汽车动力传递系统，其由发动机机体1、发动机曲轴2、外壳3、电磁变矩器外转子4、电磁变矩器内转子5、大齿圈6、行星齿轮7、变矩电机电枢绕组8、输出轴9、变速箱10以及电源转换器11等几部分装配而成。

其中，所述发动机曲轴2一端连接至发动机机体1，另一端(输出端)连接并驱动电磁变矩器外转子4，使电磁变矩器外转子4转动。

所述电磁变矩器外转子4内设有电枢绕组12，电枢绕组12为三相电枢绕组。所述电枢绕组12电性连接至电源转换器11。所述电磁变矩器外转子4和发动机曲轴2联动，其中央枢接有一转轴13。所述转轴13通过一对轴承22支撑于电磁变矩器外转子4上。

所述电磁变矩器内转子5安装于转轴13上，其上设有第一磁钢14，第一磁钢14和电枢绕组8相对设置。所述发动机曲轴2上设置有取电滑环21，所述取电滑环21分别电性连接电枢绕组8和电源转换器11，当第一磁钢14和电枢绕组8之间存在转速差时产生感应电势，感应电势传送至电源转换器11。

所述转轴13的一端安装有太阳轮15，使电磁变矩器内转子5与太阳轮15刚性链接；所述大齿圈6与电磁变矩器外转子4通过刚性链接成一体。所述行星齿轮7分别和大齿圈6和太阳轮15相啮合，其将动力输送至输出轴9。

所述外壳4固定于发动机机体1一侧。所述变矩电机电枢绕组8设置在外壳3内，其亦电性连接至电源转换器11。所述输出轴9上安装有变矩电机转子16，其上设有第二磁钢17，第二磁钢17和变矩电机电枢绕组8相对设置。当电源转换器11为变矩电机电枢绕组8供电时，能够增加输出轴9的输出动力。所述输出轴9连接至变速箱10。在本实施方式中，所述第一磁钢14和第二磁钢17为永磁磁钢。

进一步的，所述电源转换器11连接至一动力电池18上，其内包含AC/DC模块31、DC/AC模块32以及控制器33；所述AC/DC模块31一端和取电滑环21电性连接，另一端和DC/AC模块32电性连接；所述DC/AC模块32电性连接至变矩电机电枢绕组8。

本实用新型的采用电磁变矩器的汽车动力传递系统的工作原理如下：

1、汽车起步控制(变速器挂入相应档位)

发动机动力由发动机曲轴2输入，带动电磁变矩器外转子4(含电枢绕组12)及周转轮系的大齿圈6同步转动，由于车辆停止不动，则行星齿轮7不动，在周转轮系的作用下，电磁变矩器内转子5相对于电磁变矩器外转子4作反方向高速转动；由于内、外转子具有较大的转速差，使得外转子电枢绕组7切割永磁磁场，从而在电枢中产生感应电势，感应电势的大小与转速差成正比。

见图(2)、图(3)、图(4)所示，感应电势通过取电滑环21进去AC/DC模块31，AC/DC模块31在控制器33的控制下通过PWM1-PWM3信号控制整流桥下桥臂功率管的导通脉宽，控制三相绕组的电流大小即可控制电枢感应磁场大小，从而控制电磁变矩器内转子5的转矩大小；内转子和外转子的力矩通过周转轮系合成，经输出轴9输出。通过对PWM的脉宽大小控制可以实现发动机负载转矩的平稳变化，实现车辆的平稳起步。PWM(高电平)脉宽由油门踏板传感器信号和电磁离合器的输入、输入转速差信号控制。由于采取汽车ECU程序控制，车辆起步的平顺性可以得到很好的控制。

为了尽快使车辆起步，降低发动机的起步负载，根据发动机输入与输出转速(行星架)转速差信号，通过驱动控制电路对变矩电机进行驱动力矩的控制，加快车辆起步过程。

2、汽车换挡控制

(1)手动变速系统控制

在车辆行驶过程中，如需要换挡只要驾驶员完全松开油门踏板，根据发动机节气门怠速信号(或联合其他电子开关信号，如换挡手柄开关)，汽车ECU控制的AC/DC模块31的PWM关闭下桥臂功率开关管，使三想绕组电流降至0，则电磁变矩器内转子5的电磁转矩为零，电磁离合器没有动力输出(相当于驾驶员踩下离合器踏板)，驾驶员可以通过换挡手柄进行机械换挡。换挡后，通过踩下油门踏板完成发动机动力的恢复输出和车辆的加速行驶。

(2)自动变速系统换挡控制

牙嵌啮合式换挡机构：换挡方式与前述手动挡换挡方式相似，ECU通过降低发动机转速和PWM信号控制电枢绕组12电流大小，切断发动机动力输出，同时控制换挡机构完成相应的换挡操作。换挡完成后恢复正常控制。

摩擦结合式换挡机构：与液力变矩器+自动变速器控制系统相似，需要换挡时，ECU直接进行换挡机构控制换挡，为了提高换挡的平顺性，在换挡时，发动机ECU进行降低发动机输出转矩控制。

3、汽车加速增扭

车辆需要快速加速时，ECU根据油门、动力电池容量信号，通过PWM4-PWM9驱动变矩电机(变矩电机电枢绕组8、变矩电机转子16等部件组成)提供额外附加转矩，驱动车辆加速行驶。

4、转差功率回收

电磁变矩器外转子4、电磁变矩器内转子5之间存在转速差，所以运转时会产生转差功率，功率大小根据转差和转矩变化而变化，回收转差功率可以提高系统的能源效率；控制器33根据系统状况，通过AC/DC模块31将转差功率存储在动力电池18中，或直接驱动变矩电机转化为驱动车辆的机械能。

具体实现方法如下：在PWM信号低电平期间(下桥臂功率管关闭)，电枢绕组12输出电流由上下桥臂二极管输出，经电容C1滤波后输入DC/DC变换器，获得所需的直流电压对动力电池充电或直接驱动变矩电机。见图(5)示。

5、发动机起动

控制器33通过变矩电机的驱动电路驱动变矩电机，由于发动机不转，在周转轮系作用下，电磁变矩器内转子5转动，通过控制AC/DC模块31PWM信号增大外转子三相绕组7的电流值，从而驱动电磁变矩器外转子4跟随电磁变矩器内转子5转动，带动发动机曲轴2转动，从而起动发动机。

以上的具体实施方式仅为本创作的较佳实施例，并不用以限制本创作，凡在本创作的精神及原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本创作的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种采用电磁变矩器的汽车动力传递系统，其特征在于：包括发动机机体、发动机曲轴、外壳、电磁变矩器外转子、电磁变矩器内转子、大齿圈、行星齿轮、变矩电机电枢绕组、输出轴、变速箱以及电源转换器；其中，所述发动机曲轴输出端连接并驱动电磁变矩器外转子；所述电磁变矩器外转子内设有电枢绕组；所述电枢绕组电性连接至电源转换器；所述电磁变矩器外转子和发动机曲轴联动，其中央枢接有一转轴；所述电磁变矩器内转子安装于转轴上，其上设有第一磁钢，第一磁钢和电枢绕组相对设置；所述转轴的一端安装有太阳轮；所述大齿圈与电磁变矩器外转子通过刚性链接成一体；所述行星齿轮分别和大齿圈和太阳轮相啮合，其将动力输送至输出轴；所述变矩电机电枢绕组设置在外壳内，其电性连接至电源转换器；所述输出轴上安装有变矩电机转子，其上设有第二磁钢，第二磁钢和变矩电机电枢绕组相对设置；所述输出轴连接至变速箱。

2.如权利要求1所述的采用电磁变矩器的汽车动力传递系统，其特征在于：所述发动机曲轴上设置有取电滑环，所述取电滑环分别电性连接电枢绕组和电源转换器。

3.如权利要求1所述的采用电磁变矩器的汽车动力传递系统，其特征在于：所述转轴通过一对轴承支撑于电磁变矩器外转子上。

4.如权利要求1所述的采用电磁变矩器的汽车动力传递系统，其特征在于：所述外壳固定于发动机机体一侧。

5.如权利要求1所述的采用电磁变矩器的汽车动力传递系统，其特征在于：内转子与行星齿轮机构的太阳轮刚性链接，外转子与大齿圈刚性链接成一体。

6.如权利要求1所述的采用电磁变矩器的汽车动力传递系统，其特征在于：所述电源转换器连接至一动力电池上。

7.如权利要求2所述的采用电磁变矩器的汽车动力传递系统，其特征在于：所述电源转换器内包含AC/DC模块、DC/AC模块以及控制器；所述AC/DC模块一端和取电滑环电性连接，另一端和DC/AC模块电性连接；所述DC/AC模块电性连接至变矩电机电枢绕组。