CN101559708A - 同轴式双动力耦合装置及混合动力电动汽车的驱动*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同轴式双动力耦合装置及混合动力电动汽车的驱动***，内燃机与离合器、调速电动机、行星齿轮组和扭矩输出轴依次安装在同一轴线上。内燃机的输出与离合器连接，离合器的输出轴穿过调速电动机的转子的空心结构，与扭矩输出轴同心连接；调速电动机的转子与行星齿轮组的太阳轮同轴连接，行星齿轮组的行星架与扭矩输出轴传动连接。电动汽车起步或低速运行时，构成串联式混合动力驱动***。电动汽车中、高速运行时，构成内燃机动力直接驱动***。电动汽车加速或爬坡等大功率运行时，构成并联式混合动力驱动***。其优点是，调速电动机通过行星齿轮组的减速，再与扭矩输出轴传动连接，可以增加电机驱动的输出扭矩。

Description

同轴式双动力耦合装置及混合动力电动汽车的驱动***

技术领域

本发明涉及交通运输的一般车辆技术领域，尤其是涉及车辆动力装置的布置。适用于电动汽车，特别适用于内燃机与电动机组成的混联式混合动力电动汽车。

背景技术

混合动力电动汽车是介于内燃机汽车和纯电动汽车之间的一种车型，是内燃机汽车向纯电动汽车过渡的车型。它主要是解决现有内燃机汽车油耗和排放较大，而纯电动汽车受电池容量制约，行驶的里程有限，充电不方便、功率较低等技术问题。在混合动力电动汽车上采用了内燃机驱动***，同时还采用电动机驱动***，内燃机与电动机共同组成混合动力***来驱动车辆行驶，使车辆的燃料消耗量和废气中所排放的有害气体大量地降低。

现有技术的一种混合动力电动汽车的驱动***，如图1所示。包括内燃机1、发电机6、离合器2、调速电动机3、传动轴7和储能***8，其中的内燃机1与离合器2、调速电动机3依次安装在同一轴线上，构成同轴式双动力耦合装置。

该耦合装置的内燃机1的输出与离合器2连接，离合器2的输出轴2A与调速电动机3的转子轴为同体结构。内燃机1的输出扭矩和调速电动机3的输出扭矩，可以分别也可以叠加后向电动汽车的行驶系传递，驱动车辆行驶。

该耦合装置的缺陷是，因车辆起步或低速运行的需要，调速电动机3的转速设计的较低，增加电动机的输出扭矩和提升电动机的输出功率均比较困难，受到了结构和转速的限制，从而影响了整车的经济技术指标。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，为了弥补现有技术的混合动力电动汽车的驱动***的不足之处，而提供一种可以提高调速电动机的转速，增加调速电动机的输出扭矩和功率的同轴式双动力耦合装置。

本发明为解决上述技术问题而采用如下的技术方案：

同轴式双动力耦合装置，包括内燃机、离合器、调速电动机、行星齿轮组和扭矩输出轴，并且内燃机与离合器、调速电动机、行星齿轮组、扭矩输出轴依次安装在同一轴线上。内燃机与离合器连接，离合器的输出轴穿过调速电动机的转子的空心结构，与扭矩输出轴同心连接，传递内燃机的输出转矩。调速电动机的转子与行星齿轮组的太阳轮同轴连接，行星齿轮组的行星架与扭矩输出轴传动连接，传递调速电动机的输出转矩。

行星齿轮组的齿圈与机座之间设置有锁紧机构；当调速电动机在工作状态，齿圈被锁紧在机座上；当调速电动机在非工作状态，齿圈被锁紧机构释放。

该耦合装置用于电动汽车时，增加了发电机、传动轴和储能***，构成了混合动力电动汽车驱动***。扭矩输出轴与传动轴传动连接，向电动汽车的行驶系传递输出转矩。

当离合器分离时，内燃机可以带动发电机发电，向调速电动机及储能***供电；当离合器结合时，内燃机的转矩，经离合器的输出轴，直接通过扭矩输出轴，向传动轴输出；

调速电动机可以从发电机或储能***获取电能；调速电动机的转矩，经行星齿轮组减速后、通过扭矩输出轴，向传动轴输出；

内燃机的转矩和调速电动机的转矩，可以分别单独输出，也可以在扭矩输出轴上叠加后输出。

使用本发明技术方案的优点是：

1.调速电动机的输出，通过行星齿轮组的减速，再与扭矩输出轴传动连接，可以增加电机驱动的输出扭矩。

2.在保证同样的输出功率的情况下，采用小型调速电动机，可以减少电机的体积和重量。

3.在保证同样的输出转速的情况下，采用高速调速电动机，可以提升电机驱动的功率。

4.调速电动机3转换为发电模式时，通过行星齿轮组的增速，再生电能的效率可以提高。

5.采用本发明的技术方案，内燃机功率可以进一步减小，而动力性能不降，整车节能效果显箸，燃油经济性更好，更有利于实现超低排放的目标。

附图说明

图1为一种现有的混合动力电动汽车的驱动***的布置示意图。

图2为本发明同轴式双动力耦合装置的纵向布置示意图。

图3为图2的AA剖面图。

图4A为本发明混合动力电动汽车的驱动***采用飞轮式发电机的布置示意图。

图4B为本发明混合动力电动汽车的驱动***采用外挂皮带传动式发电机的布置示意图。

图5为本发明实施例的调速电动机3的转速-扭矩图。

图6为本发明实施例的调速电动机3经过行星齿轮组4的转速-扭矩图。

图7为本发明实施例的内燃机1的转速-扭矩图。

图8为本发明实施例的内燃机1和调速电动机3双动力耦合后，产生扭矩叠加的转速-扭矩图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图来进一步说明本发明的技术方案。

本发明同轴式双动力耦合装置，如图2、图3所示。包括内燃机1、离合器2、调速电动机3、行星齿轮组4和扭矩输出轴5，并且内燃机1与离合器2、调速电动机3、行星齿轮组4、扭矩输出轴5依次安装在同一轴线上。

图中内燃机1的输出端与离合器2的输入端连接，离合器2的输出轴2A穿过调速电动机3的转子3A的空心结构，与扭矩输出轴5同心连接，传递内燃机1的输出转矩。扭矩输出轴5可以做成内花键结构，输出轴2A的后段可以做成外花键。

调速电动机3的转子3A与行星齿轮组4的太阳轮4A同轴连接，行星齿轮组4的行星架4B与扭矩输出轴5传动连接，传递调速电动机3的输出转矩。

并且行星齿轮组4的齿圈4C与机座之间设置有锁紧机构4D。当调速电动机3在工作状态，齿圈4C被锁紧在机座上；当调速电动机3在非工作状态，齿圈4C被锁紧机构4D释放。该锁紧机构4D是蹄片式刹车装置，也可以设计成湿式离合器式刹车装置，或钢带式刹车装置。

该耦合装置用于混合动力电动汽车时，如图4A、图4B所示，增加了发电机6、传动轴7和储能***8，构成了驱动***。扭矩输出轴5的后端通过传动轴7连接到驱动桥上的差速器10，向电动汽车的行驶系输出驱动转矩。

混合动力电动汽车的驱动***的工作原理是：

1.电动汽车在待命状态

离合器2根据控制指令分离，内燃机1带动发电机6发电，向储能***8供电。

2.电动汽车起步或低速运行时

离合器2根据控制指令分离，内燃机1带动发电机6发电。调速电动机3根据控制指令，从发电机6或储能***8获取电能，同时行星齿轮组4的齿圈4C被锁紧(或固定)在机座上。调速电动机3的输出扭矩，经过行星齿轮组4的太阳轮4A、行星轮、行星架4B减速后，传递到扭矩输出轴5，再通过传动轴7、差速器10，驱动电动汽车行驶。此时构成串联式混合动力驱动***。

调速电动机3可以选用三相交流变频异步电机，其转速-扭矩关系曲线如图5所示，图中水平坐标为输出转速，垂直坐标为转动扭矩。该调速电动机3通过行星齿轮组4向扭矩输出轴5输出转矩，其转速-扭矩关系曲线如图6所示。最低转速区间可以提供强大的输出扭矩，适应电动汽车在起步时的需要。

调速电动机3也可以选用永磁电动机或开关磁阻电动机。

3.电动汽车在中、高速运行时

离合器2根据控制指令结合，内燃机1的输出转矩，经过离合器2的输出轴2A，传递到扭矩输出轴5，再通过传动轴7、差速器10，驱动电动汽车行驶，此时构成内燃机动力直接驱动***。其转速-扭矩关系曲线如图7所示，图中水平坐标为输出转速，垂直坐标为转动扭矩。内燃机1多余的输出转矩，可以带动发电机6发电。

该时调速电动机3处于非工作状态，行星齿轮组4的齿圈4C被锁紧机构4D释放，因行星架4B与扭矩输出轴5传动连接，故行星架4B随扭矩输出轴5转动，齿圈4C呈自由转动。与调速电动机3的转子3A同轴连接的太阳轮4A，因转子3A的质量较大而趋向停止。若行星架4B与扭矩输出轴5之间设置有分离机构，则齿圈4C可以固定在机座上，省去了锁紧机构4D。当调速电动机3呈非工作状态，行星架4B与扭矩输出轴5之间执行分离。

4.电动汽车加速或爬坡等大功率运行时

离合器2根据控制指令结合，此时除了内燃机1的输出转矩，经过通过离合器2的输出轴2A，传递到扭矩输出轴5。调速电动机3根据控制指令，从储能***8获取电能，同时行星齿轮组4的齿圈4C被锁紧(或固定)在机座上。调速电动机3的输出扭矩，经过行星齿轮组4减速后，传递到扭矩输出轴5。两种动力在扭矩输出轴5上扭矩完全叠加，通过传动轴7、差速器10，驱动电动汽车行驶，此时构成并联式混合动力驱动***。内燃机1和调速电动机3的扭矩叠加后的转速-扭矩关系曲线，如图8所示，图中水平坐标为输出转速，垂直坐标为转动扭矩。

5.电动汽车下坡、减速或制动时

调速电动机3可以处于工作状态，行星齿轮组4的齿圈4C被锁紧(或固定)在机座上。电动汽车的行使惯性，通过差速器10、传动轴7，传递到扭矩输出轴5。再经过行星架4B、行星轮、太阳轮4A增速后，带动调速电动机3的转子3A高速旋转。此时调速电动机3转换为发电模式运行，再生的电能向储能***8供电。

发电机6采用飞轮式发电机时，在内燃机1的启动状态，发电机6可转换为电动机模式，用于启动内燃机1。发电机6也可以采用外挂皮带传动式发电机。发电机6可以选用永磁发电机、异步发电机或同步发电机。

离合器2可以采用摩擦片式，内燃机1通过离合器2的摩擦片2向扭矩输出轴5传递输出扭矩。摩擦片的动作执行机构为电控气动式结构，由电磁换向阀控制气缸的伸缩，带动摩擦片的分离或结合。动作执行机构也可以设计成电控液压式结构或电磁式结构。

储能***8可以采用可充电电池，也可以采用超级电容、或电池与超级电容的组合。储能***8用来储存发电机6提供的电能和调速电动机3提供的再生电能，以及向调速电动机3提供驱动电源。驱动***还包括，储能***8向调速电动机3传输电能的逆变电路9，发电机6向储能***8传输电能的整流电路6A。

本发明同轴式双动力耦合装置及混合动力电动汽车的驱动***，所采用的内燃机的功率，可以比同级别的现有技术混合动力电动汽车的内燃机的功率减小。除了使内燃机经常处于效率较高状态下运转外，充分发挥调速电动机的低速大转矩的特点，再加上行星齿轮组减速增大扭矩的作用，提高了整车的经济技术指标。可以使混合动力电动汽车最大限度地避开，在起动、加速和爬坡时，内燃机燃料消耗量增大和废气排放增多的不利工况。

Claims (8)

1.同轴式双动力耦合装置，其特征是：该装置包括内燃机(1)、离合器(2)、调速电动机(3)、行星齿轮组(4)和扭矩输出轴(5)；并且内燃机(1)与离合器(2)、调速电动机(3)、行星齿轮组(4)和扭矩输出轴(5)依次安装在同一轴线上；

内燃机(1)的输出与离合器(2)连接，离合器(2)的输出轴(2A)穿过调速电动机(3)的转子(3A)的空心结构，与扭矩输出轴(5)同心连接，传递内燃机(1)的输出转矩；

调速电动机(3)的转子(3A)与行星齿轮组(4)的太阳轮(4A)同轴连接，行星齿轮组(4)的行星架(4B)与扭矩输出轴(5)传动连接，传递调速电动机(3)的输出转矩。

2.根据权利要求1所述的耦合装置，其特征是：所述行星齿轮组(4)的齿圈(4C)与机座之间设置有锁紧机构(4D)；当调速电动机(3)在工作状态，齿圈(4C)被锁紧在机座上；当调速电动机(3)在非工作状态，齿圈(4C)被锁紧机构(4D)释放。

3.根据权利要求1所述的耦合装置，其特征是：所述离合器(2)的输出轴(2A)后段的外花键与扭矩输出轴(5)的内花键连接。

4.根据权利要求2所述的耦合装置，其特征是：所述锁紧机构(4D)是蹄片式刹车装置。

5.混合动力电动汽车的驱动***，其特征是：该***包括内燃机(1)、发电机(6)、离合器(2)、调速电动机(3)、行星齿轮组(4)、扭矩输出轴(5)、传动轴(7)和储能***(8)；并且内燃机(1)与离合器(2)、电动机(3)、行星齿轮组(4)和扭矩输出轴(5)依次安装在同一轴线上；

内燃机(1)的输出与离合器(2)连接，离合器(2)的输出轴(2A)穿过调速电动机(3)的转子(3A)的空心结构，与扭矩输出轴(5)同心连接，传递内燃机(1)的输出转矩，内燃机(1)还与发电机(6)传动连接；

调速电动机(3)的转子(3A)与行星齿轮组(4)的太阳轮(4A)同轴连接，行星齿轮组(4)的行星架(4B)与扭矩输出轴(5)传动连接，传递调速电动机(3)的输出转矩；

扭矩输出轴(5)与传动轴(7)传动连接，向电动汽车的行驶系传递输出转矩；

当离合器(2)分离时，内燃机(1)可以带动发电机(6)发电，向调速电动机(3)及储能***(8)供电；

当离合器(2)结合时，内燃机(1)的转矩，经离合器(2)的输出轴(2A)，直接通过扭矩输出轴(5)，向传动轴(7)输出；

调速电动机(3)可以从发电机(6)或储能***(8)获取电能；

调速电动机(3)的转矩，经行星齿轮组(4)减速后、通过扭矩输出轴(5)，向传动轴(7)输出；

内燃机(1)的转矩和调速电动机(3)的转矩，可以分别单独输出，也可以在扭矩输出轴(5)上叠加后输出。

6.根据权利要求5所述的驱动***，其特征是：所述调速电动机(3)在电动汽车下坡、减速或制动时可以转换为发电模式运行，再生的电能储存在储能***(8)中。

7.根据权利要求5所述的驱动***，其特征是：在内燃机(1)的启动状态，所述发电机(6)可转换为电动机模式，用于启动内燃机(1)。

8.根据权利要求5所述的驱动***，其特征是：所述发电机(6)为飞轮式发电机或外挂皮带传动式发电机。

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