本发明涉及一种基于双转子电机的轮边动力驱动系统及其控制方法，本轮边动力驱动系统包括轮毂安装基座、定子、定子线圈、外转子、外转子外层永磁体、外转子内层永磁体、内转子、内转子线圈、半轴锁止器、蓄电池以及驱动控制系统组成。外转子上有轮辋，可以安装轮胎，其中间圆环面上有内、外两层永磁体，定子线圈与外转子外层组成外电机，外转子内层永磁体与内转子线圈组成内电机，半轴通过传动惰轮与内转子连接。本发明可以形成一种新的轮边动力驱动系统，具有纯电动驱动、混合动力驱动、制动能量回收、发电等功能。
1.一种基于双转子电机的轮边驱动动力系统，其特征在于，包括双转子电机的轮边驱动动力本体、蓄电池以及驱动控制系统；
所述双转子电机的轮边驱动动力本体包括由内圈向外圈依次设置的轮毂(8)、轮毂安装基座(4)、内转子(11)、外转子(15)、定子(3)、轮辋(1)；
所述轮毂安装基座(4)通过车辆悬架与车辆连接，轮毂安装基座(4)分为轮毂安装基座前端(4-1)、轮毂安装基座后端(4-2)，轮毂安装基座前端(4-1)设有前端内腔(4-3)，轮毂安装基座后端(4-2)设有后端内腔(4-4)，后端内腔(4-4)为圆柱形内腔，前端内腔(4-3)为台阶状圆柱内腔，在前端内腔(4-3)台阶位置的圆周上装有传动惰轮(16)；
所述轮毂(8)通过轴承安装在轮毂安装基座后端内腔(4-4)内，所述内转子(11)通过轴承套装在轮毂安装基座(4)的外圈，所述外转子(15)通过螺栓连接轮毂(8)的一侧，所述定子(3)分别通过螺栓连接在轮毂安装基座前端(4-1)，所述外转子(15)最外层一体铸造有轮辋(1)，用于安装轮胎；所述轮毂安装基座前端内腔(4-3)分别设有半轴(53)、内齿轮(7)，半轴(53)通过花键嵌套在内齿轮(7)内，内齿轮(7)通过轴承安装在轮毂安装基座(4)的前端内腔(4-3)内，所述传动惰轮(16)分别与内齿轮(7)、内转子(11)的齿轮啮合；
所述外转子(15)中间有永磁体安装架，永磁体安装架的圆环面上有内、外两层永磁体，分别为外转子内层永磁体(13)、外转子外层永磁体(14)，所述定子(3)卡合在轮辋(1)和外转子外层永磁体(14)之间，靠近外转子外层永磁体(14)的定子(3)端面上设有定子线圈(2)，靠近外转子内层永磁体(13)的内转子(11)端面上设有内转子线圈(12)，定子线圈(2)与外转子外层永磁体(14)组成外电机，外转子内层永磁体(13)与内转子线圈(12)组成内电机；
所述定子线圈(2)、内转子线圈(12)均与驱动控制系统相连，驱动控制系统与蓄电池相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于双转子电机的轮边驱动动力系统，其特征在于，所述半轴(53)上装有半轴锁止器，必要时可以锁止半轴(53)。
3.根据权利要求1所述的一种基于双转子电机的轮边驱动动力系统，其特征在于，所述驱动控制系统包括主控制单元、发动机控制单元、内电机驱动电路、外电机驱动电路以及电源电量检测电路；所述主控制单元分别和发动机控制单元、内电机驱动电路、外电机驱动电路、蓄电池以及电源电量检测电路相连；
所述主控制单元根据油门踏板开度、制动踏板开度、车速、蓄电池储电量等车辆信息，决定是否需要向发动机控制单元、内电机驱动电路、外电机驱动电路发出驱动信号；
所述发动机控制单元根据主控制单元的发动机起动信号，控制发动机运转，或者根据主控制单元的发动机停机信号，停止发动机的供油系统和点火系统工作；
所述内电机驱动电路根据主控制单元的驱动信号，驱动双转子电机的内电机，当双转子电机内电机转变为发电机后，所述内电机驱动电路能把双转子电机内电机发出的交流电进行整流调压，向蓄电池充电；
所述外电机驱动电路根据主控制单元的驱动信号，驱动双转子电机的外电机，外电机驱动车辆行驶，当双转子电机外电机转变为发电机，所述外电机驱动电路能把外电机发出的交流电进行整流调压，向蓄电池充电；
所述电源电量检测电路用于检测蓄电池储电量的多少，并把储电量信号传送给主控制单元，主控制单元依据该信号确定是否需要安排内、外电机发电给蓄电池充电。
4.根据权利要求1所述的一种基于双转子电机的轮边驱动动力系统，其特征在于，所述内齿轮(7)与轮毂安装基座(4)之间设有单向离合器(6)。
5.一种采用上述权利要求1-4任一项所述的基于双转子电机的轮边驱动动力系统的控制方法，其特征在于，包括以下控制方式：当系统处在纯电动低速行驶时，蓄电池通过驱动控制系统中的外电机驱动电路给定子线圈(2)供电，定子线圈(2)与外转子外层永磁体(14)构成外电机，电磁转矩驱动外转子(15)旋转，并利用安装在外转子(15)轮辋(1)上的轮胎与路面之间的附着作用产生驱动力；
当系统处在纯电动高速行驶时，蓄电池通过驱动控制系统中的内电机驱动电路给内转子线圈(12)供电，内转子线圈(12)与外转子内层永磁体(13)构成的内电机，可以高速驱动外转子旋转；
当系统处在混合动力行驶功能时，除了外电机驱动，半轴(53)上的动力经过内齿轮(7)、传动惰轮(16)到达内转子(11)，蓄电池通过驱动控制系统给内转子(11)线圈供电，内转子线圈(12)与外转子内层永磁体(13)建立电磁耦合效应，依靠电磁力矩把内转子上的动力传递到外转子上；
当系统处在制动能量回收功能时，制动过程中，外电机转变为发电机，把车辆动能转变为电能，并通过驱动控制系统给蓄电池充电，同时内电机也可以转变为发电机，吸收制动能量并转化为电能，给蓄电池充电；
当系统处在行驶中发电的功能时，装有所述轮边动力驱动系统的车辆在行驶时，若蓄电池有充电需求，可以由发动机动力经半轴(53)、内齿轮(7)、传动惰轮(16)、内电机驱动外转子(15)旋转，此时内电机、外电机均可转变为发电机，吸收机械能并转变为电能，给蓄电池充电。
6.根据权利要求5所述的一种基于双转子电机的轮边驱动动力系统控制方法，其特征在于，当系统处在纯电动高速行驶时，当内电机驱动时，驱动控制系统通过驱动半轴锁止器锁止半轴(53)，内转子(11)固定不转，此时电磁转矩能有效传递到外转子(15)上，通过安装在外转子轮辋(1)上的轮胎与路面之间的附着作用产生驱动力。
7.根据权利要求5所述的一种基于双转子电机的轮边驱动动力系统控制方法，其特征在于，当系统处在混合动力行驶功能时，通过控制内电机的转差，内电机还能对外转子输出动力；若无需电机驱动，也可仅由发动机动力经半轴(53)、内齿轮(7)、传动惰轮(16)、内电机驱动外转子(15)旋转。
一种基于双转子电机的轮边动力驱动系统及其控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种基于双转子电机的轮边动力驱动系统及其控制方法，该系统可以实现车辆的纯电动行驶，也可以实现混合动力行驶功能，还具有制动能量回收发电等功能，是一种新型的车辆轮边动力驱动系统。
背景技术
[0002] 当前，为了减小汽车对大气的污染，人们发明了许多新技术应用到汽车上，例如汽油发动机缸内直喷技术、电动汽车技术、混合动力驱动技术以及本发明所涉及基于双转子电机轮边动力驱动系统等。基于双转子电机的轮边动力驱动系统具有纯电动驱动功能与混合动力驱动功能，还能回收制动能量，是一种新型的轮边动力驱动系统，可以提高车辆燃油经济性能。
[0003] 目前轮边动力驱动系统种类较多，例如专利专利申请201310728290.7、201410508949.2、201410508949.2等，这些发明的思路与方法有各自的特点和优势，主要结构特点是具有轮毂电机，但都不具有轮边混合动力的功能，也无法实现高、低速电机双电机的配合工作。
发明内容
[0004] 为了解决以上技术问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于双转子电机的轮边动力驱动系统及其控制方法，通过采用双转子电机结构，使得轮边动力驱动系统具有结构紧凑、控制灵活、功能多样等优点。
[0005] 本发明的技术方案为：
[0006] 一种基于双转子电机的轮边驱动动力系统，包括双转子电机的轮边驱动动力本体、蓄电池以及驱动控制系统；所述双转子电机的轮边驱动动力本体包括由内圈向外圈依次设置的轮毂、轮毂安装基座、内转子、外转子、定子、轮辋；所述轮毂安装基座通过车辆悬架与车辆连接，轮毂安装基座分为轮毂安装基座前端、轮毂安装基座后端，轮毂安装基座前端设有前端内腔，轮毂安装基座后端设有后端内腔；后端内腔为圆柱形内腔，前端内腔为台阶状圆柱内腔，在前端内腔台阶位置的圆周上装有传动惰轮；所述轮毂通过轴承安装在轮毂安装基座后端内腔内，所述内转子通过轴承套装在轮毂安装基座的外圈，所述外转子通过螺栓连接轮毂的一侧，所述定子分别通过螺栓连接在轮毂安装基座前端，所述外转子最外层一体铸造有轮辋，用于安装轮胎；所述轮毂安装基座前端内腔分别设有半轴、内齿轮，半轴通过花键嵌套在内齿轮内，内齿轮通过轴承安装在轮毂安装基座的前端内腔内，所述传动惰轮分别与内齿轮、内转子的齿轮啮合；所述外转子中间有永磁体安装架，永磁体安装架的圆环面上有内、外两层永磁体，分别为外转子内层永磁体、外转子外层永磁体，所述定子卡合在轮辋和外转子外层永磁体之间，靠近外转子外层永磁体的定子端面上设有定子线圈，靠近外转子内层永磁体的内转子端面上设有内转子线圈，定子线圈与外转子外层永磁体组成外电机，外转子内层永磁体与内转子线圈组成内电机；所述定子线圈、内转子线圈均与驱动控制系统相连，驱动控制系统与蓄电池相连。
[0007] 进一步，所述半轴上装有半轴锁止器，必要时可以锁止半轴。
[0008] 进一步，所述驱动控制系统包括主控制单元、发动机控制单元、内电机驱动电路、外电机驱动电路以及电源电量检测电路；所述主控制单元分别和发动机控制单元、内电机驱动电路、外电机驱动电路、蓄电池以及电源电量检测电路相连；
[0009] 所述主控制单元根据油门踏板开度、制动踏板开度、车速、蓄电池储电量等车辆信息，决定是否需要向发动机控制单元、内电机驱动电路、外电机驱动电路发出驱动信号；
[0010] 所述发动机控制单元根据主控制单元的发动机起动信号，控制发动机运转，或者根据主控制单元的发动机停机信号，停止发动机的供油系统和点火系统工作；
[0011] 所述内电机驱动电路根据主控制单元的驱动信号，驱动双转子电机的内电机，当双转子电机内电机转变为发电机后，所述内电机驱动电路能把双转子电机内电机发出的交流电进行整流调压，向蓄电池充电；
[0012] 所述外电机驱动电路根据主控制单元的驱动信号，驱动双转子电机的外电机，外电机驱动车辆行驶，当双转子电机外电机转变为发电机，所述外电机驱动电路能把外电机发出的交流电进行整流调压，向蓄电池充电；
[0013] 所述电源电量检测电路用于检测蓄电池储电量的多少，并把储电量信号传送给主控制单元，主控制单元依据该信号确定是否需要安排内、外电机发电给蓄电池充电。
[0014] 进一步，所述内齿轮与轮毂安装基座之间设有单向离合器。
[0015] 本发明的方法的技术方案为：
[0016] 一种基于双转子电机的轮边驱动动力系统控制方法，包括以下控制方式：
[0017] 当系统处在纯电动低速行驶时，蓄电池通过驱动控制系统中的外电机驱动电路给定子线圈供电，定子线圈与外转子外层永磁体构成外电机，电磁转矩驱动外转子旋转，并利用安装在外转子轮辋上的轮胎与路面之间的附着作用产生驱动力；
[0018] 当系统处在纯电动高速行驶时，蓄电池通过驱动控制系统中的内电机驱动电路给内转子线圈供电，内转子线圈与外转子内层永磁体构成的内电机，可以高速驱动外转子旋转；
[0019] 当系统处在混合动力行驶功能时，除了外电机驱动，半轴上的动力经过内齿轮、传动惰轮到达内转子，蓄电池通过驱动控制系统给内转子线圈供电，内转子线圈与外转子内层永磁体建立电磁耦合效应，依靠电磁力矩把内转子上的动力传递到外转子上；
[0020] 当系统处在制动能量回收功能时，制动过程中，外电机转变为发电机，把车辆动能转变为电能，并通过驱动控制系统给蓄电池充电，同时内电机也可以转变为发电机，吸收制动能量并转化为电能，给蓄电池充电；
[0021] 当系统处在行驶中发电的功能时，装有所述轮边动力驱动系统的车辆在行驶时，若蓄电池有充电需求，可以由发动机动力经半轴、内齿轮、传动惰轮、内电机驱动外转子旋转，此时内电机、外电机均可转变为发电机，吸收机械能并转变为电能，给蓄电池充电。
[0022] 进一步，当系统处在纯电动高速行驶时，当内电机驱动时，驱动控制系统通过驱动半轴锁止器锁止半轴，内转子固定不转，此时电磁转矩能有效传递到外转子上，通过安装在外转子轮辋上的轮胎与路面之间的附着作用产生驱动力。
[0023] 进一步，当系统处在混合动力行驶功能时，通过控制内电机的转差，内电机还能对外转子输出动力；若无需电机驱动，也可仅由发动机动力经半轴、内齿轮、传动惰轮、内电机驱动外转子旋转。
[0024] 本发明的上述技术方案相比现有其它技术具有以下优点：
[0025] (1)基于双转子电机构建车辆轮边动力驱动系统，该系统具有结构紧凑、控制灵活、功能多样等优点。
[0026] (2)该轮边动力驱动系统融入了混合动力驱动功能，是一种新型混合动力系统构想。
[0027] (3)该轮边动力系统纯电动行驶时，双转子电机中内、外电机分别在高速、低速状态使用，可以充分实现电机的最佳工作性能，提高电驱动效率。
附图说明
[0028] 图1示出了本发明的轮边动力系统的总体结构示意图。
[0029] 图2示出了本发明传动惰轮在轮毂安装基座内的安装结构图。
[0030] 图3示出了本发明传动惰轮在轮毂安装基座内的A-A剖面示意图。
[0031] 图4为本发明的外转子结构示意图。
[0032] 图5为本发明的外转子结构B-B剖面示意图。
[0033] 图6为本发明的半轴锁止器结构示意图。
[0034] 图7示出了本发明驱动控制系统结构图。
[0035] 图中：轮辋1、定子线圈2、定子3、轮毂安装基座4、轮毂安装基座前端4-1、轮毂安装基座后端4-2、前端内腔4-3、后端内腔4-4、制动蹄片51、制动盘52、半轴53、锁止电机54、锁止蜗杆56、回位弹簧55、锁止蜗杆56、单向离合器6、内齿轮7、轮毂8、轴承9、轴承10、内转子11、内转子线圈12、外转子内层永磁体13、外转子外层永磁体14、外转子15、传动惰轮16。
具体实施方式
[0036] 为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0037] 一种基于双转子电机的轮边驱动动力系统，包括双转子电机的轮边驱动动力本体、蓄电池以及驱动控制系统；所述双转子电机的轮边驱动动力本体包括由内圈向外圈依次设置的轮毂8、轮毂安装基座4、内转子11、外转子15、定子3、轮辋1。
[0038] 如图2、图3所示，所述轮毂安装基座4通过车辆悬架与车辆连接，轮毂安装基座4有四个部分，分别为轮毂安装基座前端4-1、轮毂安装基座后端4-2，以及前端内腔4-3和后端内腔4-4；后端内腔4-4为圆柱形内腔，前端内腔4-3为台阶状圆柱内腔。在前端内腔4-3台阶部位的圆周上装有传动惰轮16。
[0039] 如图1所示，所述轮毂8通过轴承安装在轮毂安装基座后端内腔4-4内，所述内转子11通过轴承套装在轮毂安装基座4的外圈，所述外转子15通过螺栓连接轮毂8的一侧，所述定子3分别通过螺栓连接在轮毂安装基座前端4-1，所述外转子15最外层一体铸造有轮辋1，用于安装轮胎；所述轮毂安装基座前端内腔4-3分别设有半轴53、内齿轮7，半轴53通过花键嵌套在内齿轮7内，内齿轮7通过轴承安装在轮毂安装基座4的前端内腔4-3内，所述传动惰轮16分别与内齿轮7、内转子11的齿轮啮合；所述外转子15中间层的圆环面上有内、外两层永磁体，分别为外转子内层永磁体13、外转子外层永磁体14，所述定子3卡合在轮辋1和外转子外层永磁体14之间，靠近外转子外层永磁体14的定子3端面上设有定子线圈2，靠近外转子内层永磁体13的内转子11端面上设有内转子线圈12，定子线圈2与外转子外层永磁体14组成外电机，外转子内层永磁体13与内转子线圈12组成内电机；所述定子线圈2、内转子线圈12均与驱动控制系统相连，驱动控制系统与蓄电池相连。所述半轴53上装有半轴锁止器，必要时可以锁止半轴53。
[0040] 本发明的轮边动力驱动系统中，所述轮毂安装基座4为管柱体结构，轮毂安装基座前端空腔4-3内装配的传动惰轮16数量为四个，沿轮毂安装基座4的径向圆周均匀分布。轮毂安装基座前端4-1设立环状凸缘。所述定子3为圆柱形桶状结构，通过螺栓，定子3的桶底圆环面连接在轮毂安装基座前端4-1的环状凸缘上，定子3圆柱形桶壁内侧装有定子线圈2。内转子11的外圆柱面上装有内转子线圈12，该线圈通过滑环碳刷机构与外界电路相连。
[0041] 如图4和图5所示，所述外转子15连同轮辋1为一整体，在轮辋1的内侧，外转子15上有永磁体安装架，该安装架为空心圆柱体，也与外转子15为一整体。永磁体安装架的外圆面装有外转子外层永磁体14，永磁体安装架的内圆面装有外转子内层永磁体13。
[0042] 如图6所示为本发明的半轴锁止器，包括：制动蹄片51、制动盘52、锁止电机54、锁止蜗杆56及回位弹簧55。制动盘52与半轴53连接在一起，同步旋转，制动蹄片51通过旋转销轴安装在轮毂安装基座4上，锁止电机54也固定在轮毂安装基座4上，锁止电机54通电后，驱动锁止蜗杆56旋转，收紧制动蹄片51，制动蹄片51通过摩擦力抱住制动盘52，实现半轴53的锁止，半轴53锁止后，锁止电机54无需再通电，锁止蜗杆56的自锁效应可以保持半轴53的锁止状态。给锁止电机54反向通电，则制动蹄片51松开，半轴53解除锁止。
[0043] 内齿轮7与轮毂安装基座4之间设有单向离合器6，从而半轴53可以带动内齿轮7旋转，并经过传动惰轮16把动力传递到内转子11上，但内齿轮7不能反向旋转，故内转子只能单向旋转。
[0044] 下面详细介绍本发明的驱动控制方法。
[0045] 如图7所示，所述驱动控制系统包括主控制单元、发动机控制单元、内电机驱动电路、外电机驱动电路以及电源电量检测电路；所述主控制单元分别和发动机控制单元、内电机驱动电路、外电机驱动电路、蓄电池以及电源电量检测电路相连；
[0046] 当蓄电池电量充足，所述轮边动力系统可以进行纯电动模式行驶。纯电动低速行驶时，蓄电池通过驱动控制系统给定子线圈2供电，定子线圈与外转子外层永磁体14构成永磁电动机(外电机)，电磁转矩驱动外转子旋转。此外纯电动高速行驶时，蓄电池通过驱动控制系统给内转子线圈供电，内转子线圈与外转子内层永磁体构成的内电机，可以高速驱动外转子旋转。由于单向离合器6的反向阻止作用，内转子无法反向旋转，其受到的反向电磁转矩不会传递到内齿轮及半轴上。通过内、外电机的区别工作，能让两个电机都能工作在效率最优的区间，提高了电驱动的整体效率。
[0047] 当电源电量检测电路检测到蓄电池电量不足时，所述轮边动力驱动系统可以进行混合动力行驶。混合动力行驶时，除了外电机驱动，半轴上的动力(来源于发动机系统)经过内齿轮7、传动惰轮16到达内转子11。此时，内电机在初始时刻需要蓄电池提供励磁电流，蓄电池通过驱动控制系统给内转子线圈12供电，内转子线圈与外转子内层永磁体建立电磁耦合效应，依靠电磁力矩把内转子上的动力转矩传递到外转子上。当内电机工作后，内转子转速超过外转子后，内电机开始发电，并给蓄电池充电。
[0048] 在混合动力行驶时，根据车辆行驶功率需求大小，确定外电机的工作状态，当车辆行驶车速较小，车辆的驱动功率需求也较小，发动机有效负荷不足以使其工作在经济区域，那外电机转为发电状态，增加发动机有效负荷，促使发动机工作能工作在经济工作区。
[0049] 若车辆行驶车速较大，车辆的驱动功率需求随之变大，发动机有效负荷可以使其工作在经济区域，那外电机可以不参与工作。
[0050] 此外，所述轮边动力驱动系统具有制动能量回收功能，制动时，根据制动强度不同，内电机、外电机可以分别或一起转变为发电机，吸收制动能量，并将其转化为电能给蓄电池充电。若制动强度较小，则内电机转化为发电机，尤其内电机电磁力矩较小，其产生的制动力矩不大，回收制动能量的能力也不大。若制动强度需求较大，可以将外电机转化为发电机，由于外电机为低速大转矩电机，当其转化为发电机后，产生的制动力矩也大，所以能大量吸收制动能量。当然内、外电机同时进行电磁制动，则制动能量回收的效果肯定也最好。
[0051] 所述轮边动力驱动系统由驱动控制系统控制，驱动控制系统包括主控制单元、发动机控制单元、内电机驱动电路、外电机驱动电路、蓄电池以及电源电量检测电路，如图4所示。
[0052] 所述主控制单元为主要控制部件，其根据油门踏板开度、制动踏板开度、车速、电源储电量等车辆信息，决定是否需要向发动机控制单元、内电机驱动电路、外电机驱动电路发出驱动信号；
[0053] 所述发动机控制单元，其主要功能有：根据主控制单元的发动机起动信号，控制发动机运转，或者根据主控制单元的发动机停机信号，停止发动机的供油系统和点火系统工作；
[0054] 所述内电机驱动电路，其主要功能是根据主控制单元的驱动信号，驱动双转子电机的内电机，当双转子电机内电机转变为发电机后，所述内电机驱动电路能把双转子电机内电机发出的交流电进行整流调压，向蓄电池充电；
[0055] 所述外电机驱动电路，其主要功能是根据主控制单元的驱动信号，驱动双转子电机的外电机，外电机驱动车辆行驶，当双转子电机外电机转变为发电机，所述外电机驱动电路能把外电机发出的交流电进行整流调压，向蓄电池充电。
[0056] 所述电源电量检测电路，其主要功能是检测蓄电池储电量的多少，并把储电量信号传送给主控制单元，主控制单元依据该信号确定是否需要安排内、外电机发电给蓄电池充电。
[0057] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0058] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
