电动汽车用柔性电磁耦合扭矩传递方法

摘要

一种电动汽车用柔性电磁耦合扭矩传递方法，属于现代交通技术领域。其特征是扭矩传递控制过程中，在控制模块接收到扭矩传递命令后，根据当前车速和挡位等参数信息产生电流控制信号，驱动模块根据电流控制信号逐渐增大外转子励磁绕组通电电流，励磁绕组磁通势随之逐渐增大，励磁绕组磁场与内转子永磁体磁场间相互作用力逐渐增大，传递扭矩逐渐增大，从动轴平稳加速，直到主、从动轴转速同步；扭矩中断控制过程中，在控制模块接收到扭矩中断命令后，中断电流控制信号输出，驱动模块电流输出为零，励磁绕组磁通势为零，外转子与内转子电磁连接中断，传递扭矩为零。本发明的效果和益处是消除了摩擦生热和机械磨损问题、响应速度快和具有过载保护功能。

权利要求

1.一种电动汽车用柔性电磁耦合扭矩传递方法，其特征在于：

a)机械结构包括外转子轴、外转子励磁绕组、滑环、内转子轴和内转子永磁体，其中，外转子轴与动力源刚性连接，内转子轴与负载刚性连接，外转子励磁绕组通电后产生磁场，与内转子永磁体磁场相互作用，传递扭矩；

b)电子控制系统包括控制模块、驱动模块和电源模块，其中，控制模块产生电流控制信号，驱动模块根据电流控制信号改变外转子励磁绕组通电电流大小，从而改变传递扭矩大小，电源模块为外转子励磁绕组提供能量；

c)扭矩传递控制过程中，在控制模块接收到扭矩传递命令后，根据当前车速和挡位参数信息产生电流控制信号，驱动模块根据电流控制信号逐渐增大外转子励磁绕组通电电流，外转子励磁绕组磁通势随电流增大而逐渐增大，外转子励磁绕组磁场与内转子永磁体磁场间相互作用力逐渐增大，传递扭矩逐渐增大，从动轴平稳加速，直到主、从动轴转速同步；

d)在过载情况下，传递扭矩T大于限制扭矩阈值Tmax，内、外转子出现相对滑动；

e)扭矩中断控制过程中，在控制模块接收到扭矩中断命令后，中断电流控制信号输出，驱动模块电流输出为零，外转子励磁绕组磁通势为零，外转子与内转子电磁连接中断，传递扭矩为零。

说明书

电动汽车用柔性电磁耦合扭矩传递方法

技术领域

[0001] 本发明属于现代交通技术领域，涉及到一种扭矩传递方法，特别涉及到一种电动汽车用柔性电磁耦合扭矩传递方法。

背景技术

[0002] 电动汽车用驱动电机动力输出轴需要通过动力传递装置与变速器输入轴连接来完成扭矩传递。目前扭矩传递方法主要有采用离合器传递扭矩、采用磁性联轴器传递扭矩和采用刚性连接传递扭矩。离合器依靠机械摩擦来传递扭矩，势必造成摩擦生热和机械磨损，且结合过程中存在空行程，响应速度慢；磁性联轴器依靠嵌入内、外转子中的永磁体间的电磁力传递扭矩，虽然解决了机械摩擦带来的生热和磨损问题，但无法实现主、从动轴间传递扭矩平稳增大和动力中断功能；刚性连接无法实现动力中断和过载保护功能。为了既解决摩擦生热和机械磨损问题，又实现传递扭矩平稳增大、动力中断和过载保护功能，需要在电动汽车用驱动电机扭矩传递过程中采取有效的方法。

发明内容

[0003] 本发明要解决的技术问题是：针对离合器依靠机械摩擦来传递扭矩造成摩擦生热和机械磨损的缺点及结合过程中有空行程造成响应速度慢的不足，提出一种电动汽车用柔性电磁耦合扭矩传递方法，利用外转子励磁绕组通电产生的磁场与内转子永磁体的磁场之间的相互作用力，进行扭矩传递；通过控制励磁绕组通电电流大小来逐渐改变内、外转子磁场间相互作用力的大小，从而实现传递扭矩平稳增大和动力中断功能；在过载情况下，内、外转子出现相对滑动以保护动力源。

[0004] 本发明的技术方案是：本发明由机械结构和电子控制系统两部分组成。机械结构包括外转子轴、外转子励磁绕组、滑环、内转子轴和内转子永磁体；其中，外转子轴与动力源刚性连接，作为动力输入轴；外转子励磁绕组通电后产生磁场，与内转子永磁体磁场相互作用，传递扭矩；内转子轴与负载刚性连接，作为动力输出轴。电子控制系统包括控制模块、驱动模块和电源模块；其中，控制模块在接收到扭矩传递命令后，产生电流控制信号；驱动模块根据电流控制信号改变励磁绕组通电电流大小，从而改变传递扭矩大小；电源模块为外转子励磁绕组提供能量。

[0005] 本发明的控制过程包括扭矩传递控制过程和扭矩中断控制过程。

[0006] 扭矩传递控制过程：在控制模块接收到扭矩传递命令后，根据当前车速和挡位等参数信息产生电流控制信号；驱动模块根据电流控制信号逐渐增大外转子励磁绕组通电电流；励磁绕组磁通势随电流增大而逐渐增大；励磁绕组磁场与内转子永磁体磁场间相互作用力逐渐增大，主、从动轴结合过程中，传递扭矩逐渐增大，从动轴平稳加速，直到主、从动轴转速同步；在过载情况下，传递扭矩T大于限制扭矩阈值Tmax，内、外转子会出现相对滑动以保护动力源。

[0007] 扭矩中断控制过程：在控制模块接收到扭矩中断命令后，中断电流控制信号输出，驱动模块电流输出为零，励磁绕组磁通势为零，外转子与内转子电磁连接中断，传递扭矩为零。

[0008] 本发明的效果和益处是：本发明采用非接触扭矩传递方式，利用电磁场传递扭矩，解决了摩擦生热和机械磨损问题，提高了动力传递效率；通过控制外转子励磁绕组通电电流大小来逐渐改变传递扭矩的大小，运行平稳，响应速度快；过载情况下，内、外转子出现相对滑动可保护动力源。

附图说明

[0009] 图1是本发明系统组成示意图。

[0010] 图中：1外转子轴；2滑环；3外转子励磁绕组；4内转子永磁体；5内转子轴；6驱动模块；7控制模块；8电源模块。

[0011] 图2是本发明扭矩传递控制过程示意图。

[0012] 图3是本发明扭矩中断控制过程示意图。

具体实施方式

[0013] 以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

[0014] 实施例

[0015] 如图1所示，本发明由机械结构和电子控制系统两部分组成。机械结构由外转子轴1、滑环2、外转子励磁绕组3、内转子永磁体4和内转子轴5组成；电子控制系统由驱动模块6、控制模块7和电源模块8组成。其中，外转子轴1与电动汽车用驱动电机输出轴刚性连接，作为动力输入轴；电子控制系统通过滑环2给外转子励磁绕组3提供励磁电流；励磁绕组通电产生的磁场与内转子永磁体4的磁场相互作用，传递扭矩；内转子轴5与变速器输入轴刚性连接，作为动力输出轴；控制模块7从整车ECU采集当前车速、挡位等参数信息，在接收到扭矩传递命令后产生PWM电流控制信号；驱动模块6根据PWM电流控制信号改变励磁绕组通电电流大小，从而改变传递扭矩大小；电源模块8采用车载蓄电池组，为外转子励磁绕组3提供能量。

[0016] 本发明的控制过程包括扭矩传递控制过程和扭矩中断控制过程。

[0017] 如图2所示，扭矩传递控制过程为：在控制模块7接收到扭矩传递命令后，根据从整车ECU采集的当前车速和挡位等参数信息生成占空比逐渐增大的PWM电流控制信号；驱动模块6根据PWM电流控制信号逐渐增大外转子励磁绕组通电电流；由式(1)可知，励磁绕组磁通势随电流增大而增大，由式(2)可知，传递扭矩T随磁通势增大而增大，故外转子励磁绕组磁场与内转子永磁体磁场间相互作用力逐渐增大，主、从动轴结合过程中，传递扭矩逐渐增大，从动轴转速逐渐平稳增加，直到主、从动轴转速同步。

[0018] FS＝N×IS (1)

[0019] T＝KM×FS×FR×sin(θSR) (2)

[0020] 式中：T为传递转矩；KM为比例系数；FS为外转子励磁绕组磁通势；FR为内转子永磁体磁通势；θSR为FS与FR夹角；N为外转子励磁绕组匝数；IS为外转子励磁绕组通电电流大小。

[0021] 在过载情况下，传递扭矩T大于限制扭矩阈值Tmax，内、外转子会出现相对滑动以保护驱动电机。

[0022] 如图3所示，扭矩中断控制过程为：在控制模块7接收到扭矩中断命令后，中断PWM电流控制信号输出，驱动模块6电流输出为零，励磁绕组磁通势为零，外转子与内转子电磁连接中断，传递扭矩为零，电动汽车动力输出中断。