一种基于磁场调制电机的轮边驱动系统及控制方法与流程

本发明属于新能源汽车电机驱动，具体涉及一种基于磁场调制电机的轮边驱动系统及控制方法。

背景技术：

1、在新能源汽车领域中，电传动系统作为整车的关键驱动部件，电机的运行效率关系到整车的运行里程。新能源汽车轮边驱动系统速度变化范围较广，通常利用体积庞大的齿轮箱等机械装置来对转速进行调节。系统加入多档位变速器后不可避免地带来振动、噪声、摩擦损耗、以及润滑油定期维护等问题，这将增加系统的复杂性、体积、重量以及使用成本。另外，机械齿轮不具备过载保护能力，即传递转矩超过齿轮承受能力时，容易导致安全事故。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有的集成驱动系统当中齿轮箱占用空间大、需要定期维护、重量较大等不足，提供一种结构紧凑、拆装便捷、维护效率高、有利于减轻系统重量、提高系统功率密度的基于磁场调制电机的轮边驱动系统及控制方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

3、一种基于磁场调制电机的轮边驱动系统，包括：轮胎、轮辋、制动盘安装毂、传动轴、制动盘、制动器压铁、制动器壳体、制动器线圈、制动器弹簧和磁场调制电机；所述轮胎与轮辋配合连接，所述轮辋与制动盘安装毂连接，制动盘与制动盘安装毂连接成一体，所述制动盘安装毂与传动轴的一端连接，传动轴的另一端与磁场调制电机连接；所述制动器压铁位于制动器壳体的端部，且制动器压铁和制动器壳体均与磁场调制电机连接，所述制动盘位于制动器压铁与磁场调制电机之间，所述制动器线圈设置制动器壳体内，制动器弹簧的两端分别连接制动器压铁与制动器壳体；

4、当车辆启动时，制动器线圈得电产生吸力，制动器压铁压缩制动器弹簧，当制动器弹簧运行到预设位置后触发行程开关，磁场调制电机驱动传动轴运转，进而驱动轮胎转动；当车辆进行驻车时，制动器线圈失电，制动器压铁在制动器弹簧的作用下与制动盘接触产生摩擦制动，车辆运行在驻车档位。

5、作为本发明的进一步改进，所述磁场调制电机包括：机壳组件、电磁驱动组件和三相电源系统，所述电磁驱动组件安装在机壳组件内，并与三相电源系统连接，所述三相电源系统用于向电磁驱动组件供电；所述制动器压铁和制动器壳体通过第二螺钉与机壳组件连接，所述制动盘位于制动器压铁与机壳组件之间；所述传动轴的一端贯穿机壳组件，并与电磁驱动组件连接。

6、作为本发明的进一步改进，所述电磁驱动组件包括：外转子总成、定子、调制环和内转子；所述内转子、调制环、外转子总成和定子由内至外依次设置，所述内转子与传动轴连接固定，所述定子与三相电源系统连接；当三相电源系统对定子进行供电后，外转子总成与定子之间的气隙中产生行波磁场，通过调制环进行磁场调制，进而实现控制外转子总成和内转子的旋转运动。

7、作为本发明的进一步改进，所述外转子总成包括外层永磁体和内层永磁体，所述外层永磁体采用内嵌式结构，所述内层永磁体采用表贴式结构；所述内转子采用halbach的永磁体布置形式。

8、作为本发明的进一步改进，当进行磁场调制时，需满足如下关系：

9、pout+pin＝pmodulate，

10、式中，pout为内层永磁体的极对数，pin为内转子的外层永磁体极对数，pmodulate为调制环的导磁块数。

11、作为本发明的进一步改进，所述三相电源系统包括依次连接的三相变流器、直流滤波器和整流器，且三相变流器的输出端与定子连接，整流器的输入端与外置的三相电源连接。

12、作为本发明的进一步改进，所述机壳组件包括：前端盖、外壳体和后端盖，所述外壳体的前端通过第二螺钉与前端盖连接固定，外壳体的后端通过第三螺钉与后端盖连接固定，所述电磁驱动组件设置在外壳体内部；所述前端盖与传动轴之间通过第四轴承进行连接，后端盖与传动轴之间通过第五轴承进行连接。

13、作为本发明的进一步改进，所述外转子总成通过第二轴承、第一套筒和第三轴承与传动轴进行连接，所述第三轴承与第四轴承之间设有第二套筒；所述定子与外壳体进行过盈配合；所述调制环的前端通过第一轴承与外转子总成进行连接，调制环的后端通过第四螺钉与后端盖进行固定；所述内转子与传动轴进行过盈配合。

14、作为本发明的进一步改进，所述制动盘安装毂与第四轴承之间设有第三套筒，所述第三套筒与前端盖设有油封，所述油封嵌套在第三套筒外周，并通过油封座和第一螺钉与前端盖连接固定。

15、作为本发明的进一步改进，所述制动盘通过0型圈与制动盘安装毂进行径向预紧，所述制动盘安装毂与传动轴通过花键进行连接，并通过止动垫和锁紧螺母进行固定。

16、作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种基于上述基于磁场调制电机的轮边驱动系统的控制方法，包括以下步骤：

17、步骤s1、根据转子实际位置值与指令期望值的差值作为位置控制器的输入，位置控制器的输出信号作为速度指令期望值；

18、步骤s2、速度指令期望值与速度实际值比较后，作为速度控制器的输入，速度控制器的输出值作为转矩指令期望值；

19、步骤s3、转矩的实际值根据给定的励磁磁链与经矢量变换e-jθ后实际的id、iq由转矩公式tem＝pψfis求得；

20、步骤s4、转矩的实际输出值与指令期望值的差值经转矩控制器和矢量变换器ejθ后，进而得到电机三相电流的指令，再经过电压源逆变器，即实现电机的控制。

21、与现有技术相比，本发明的优点在于：

22、1、本发明的基于磁场调制电机的轮边驱动系统及控制方法，通过将轮胎与轮辋配合连接、轮辋与制动盘安装毂连接、制动盘与制动盘安装毂连接成一体、传动轴的两端分别与制动盘安装毂和磁场调制电机、制动器压铁和制动器壳体均与磁场调制电机连接、制动盘位于制动器压铁与磁场调制电机之间，即组成了轮边驱动系统的主体结构，而且减小了轮边驱动系统的空间体积；当车辆启动时，制动器线圈得电产生吸力，制动器压铁压缩制动器弹簧，制动器弹簧运行到预设位置后触发行程开关，磁场调制电机驱动传动轴和轮胎运转；当车辆进行驻车时，制动器线圈失电，制动器弹簧带动制动器压铁与制动盘接触产生摩擦制动；本发明一方面可以解决电传动系统中需要电机和齿轮箱配合使用而造成轮边驱动系统占用空间较大的问题，另一方面可以借助电磁场调制所产生的速比作用，使得电机运行在较高效的区间内以提高整车的续航里程。

23、2、本发明的基于磁场调制电机的轮边驱动系统及控制方法，通过磁场调制的作用实现了电机的转速变换并有效提升了电机的运行效率。进一步地，通过磁齿轮的设计实现了一种非物理接触式的传动，能够实现系统的过载保护能力，从而可以有效保证系统的安全可靠。与此同时，电机的内转子采用halbach的永磁体布置形式，有效降低了谐波磁场，从而降低了电机的谐波损耗和增大电机的功率密度。

技术特征：

1.一种基于磁场调制电机的轮边驱动系统，其特征在于，包括：轮胎(1)、轮辋(8)、制动盘安装毂(10)、传动轴(11)、制动盘(19)、制动器压铁(20)、制动器壳体(21)、制动器线圈(22)、制动器弹簧(23)和磁场调制电机；所述轮胎(1)与轮辋(8)配合连接，所述轮辋(8)与制动盘安装毂(10)连接，制动盘(19)与制动盘安装毂(10)连接成一体，所述制动盘安装毂(10)与传动轴(11)的一端连接，传动轴(11)的另一端与磁场调制电机连接；所述制动器压铁(20)位于制动器壳体(21)的端部，且制动器压铁(20)和制动器壳体(21)均与磁场调制电机连接，所述制动盘(19)位于制动器压铁(20)与磁场调制电机之间，所述制动器线圈(22)设置制动器壳体(21)内，制动器弹簧(23)的两端分别连接制动器压铁(20)与制动器壳体(21)；

2.根据权利要求1所述的基于磁场调制电机的轮边驱动系统，其特征在于，所述磁场调制电机包括：机壳组件、电磁驱动组件和三相电源系统，所述电磁驱动组件安装在机壳组件内，并与三相电源系统连接，所述三相电源系统用于向电磁驱动组件供电；所述制动器压铁(20)和制动器壳体(21)通过第二螺钉(24)与机壳组件连接，所述制动盘(19)位于制动器压铁(20)与机壳组件之间；所述传动轴(11)的一端贯穿机壳组件，并与电磁驱动组件连接。

3.根据权利要求2所述的基于磁场调制电机的轮边驱动系统，其特征在于，所述电磁驱动组件包括：外转子总成(27)、定子(28)、调制环(31)和内转子(36)；所述内转子(36)、调制环(31)、外转子总成(27)和定子(28)由内至外依次设置，所述内转子(36)与传动轴(11)连接固定，所述定子(28)与三相电源系统连接；当三相电源系统对定子(28)进行供电后，外转子总成(27)与定子(28)之间的气隙中产生行波磁场，通过调制环(31)进行磁场调制，进而实现控制外转子总成(27)和内转子(36)的旋转运动。

4.根据权利要求3所述的基于磁场调制电机的轮边驱动系统，其特征在于，所述外转子总成(27)包括外层永磁体(29)和内层永磁体(30)，所述外层永磁体(29)采用内嵌式结构，所述内层永磁体(30)采用表贴式结构；所述内转子(36)采用halbach的永磁体布置形式。

5.根据权利要求4所述的基于磁场调制电机的轮边驱动系统，其特征在于，当进行磁场调制时，需满足如下关系：

6.根据权利要求3所述的基于磁场调制电机的轮边驱动系统，其特征在于，所述三相电源系统包括依次连接的三相变流器(37)、直流滤波器(38)和整流器(39)，且三相变流器(37)的输出端与定子(28)连接，整流器(39)的输入端与外置的三相电源连接。

7.根据权利要求3所述的基于磁场调制电机的轮边驱动系统，其特征在于，所述机壳组件包括：前端盖(25)、外壳体(26)和后端盖(33)，所述外壳体(26)的前端通过第二螺钉(24)与前端盖(25)连接固定，外壳体(26)的后端通过第三螺钉(32)与后端盖(33)连接固定，所述电磁驱动组件设置在外壳体(26)内部；所述前端盖(25)与传动轴(11)之间通过第四轴承(7)进行连接，后端盖(33)与传动轴(11)之间通过第五轴承(35)进行连接。

8.根据权利要求7所述的基于磁场调制电机的轮边驱动系统，其特征在于，所述外转子总成(27)通过第二轴承(3)、第一套筒(4)和第三轴承(5)与传动轴(11)进行连接，所述第三轴承(5)与第四轴承(7)之间设有第二套筒(6)；所述定子(28)与外壳体(26)进行过盈配合；所述调制环(31)的前端通过第一轴承(2)与外转子总成(27)进行连接，调制环(31)的后端通过第四螺钉(34)与后端盖(33)进行固定；所述内转子(36)与传动轴(11)进行过盈配合。

9.根据权利要求8所述的基于磁场调制电机的轮边驱动系统，其特征在于，所述制动盘安装毂(10)与第四轴承(7)之间设有第三套筒(14)，所述第三套筒(14)与前端盖(25)设有油封(15)，所述油封(15)嵌套在第三套筒(14)外周，并通过油封座(16)和第一螺钉(17)与前端盖(25)连接固定。

10.根据权利要求8所述的基于磁场调制电机的轮边驱动系统，其特征在于，所述制动盘(19)通过0型圈(18)与制动盘安装毂(10)进行径向预紧，所述制动盘安装毂(10)与传动轴(11)通过花键进行连接，并通过止动垫(12)和锁紧螺母(13)进行固定。

11.一种基于权利要求1至10中任意一项所述的基于磁场调制电机的轮边驱动系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种基于磁场调制电机的轮边驱动系统及控制方法，轮胎与轮辋配合连接，轮辋与制动盘安装毂连接，制动盘与制动盘安装毂连接成一体，传动轴的两端分别与制动盘安装毂和磁场调制电机连接；制动器压铁和制动器壳体均与磁场调制电机连接，制动盘位于制动器压铁与磁场调制电机之间；当车辆启动时，制动器线圈得电产生吸力，制动器压铁压缩制动器弹簧，制动器弹簧运行到预设位置后触发行程开关，磁场调制电机驱动传动轴和轮胎运转；当车辆驻车时，制动器线圈失电，制动器弹簧带动制动器压铁与制动盘接触产生摩擦制动。本发明具有结构紧凑、拆装便捷、维护效率高、安全可靠等优点，有利于提高整车的续航里程。

技术研发人员：刘文弢,李伟业,史文波,陈立,李华湘,周鸿,刘一哲,秦登
受保护的技术使用者：襄阳中车电机技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/7/4