CN102717694A - 混合动力传动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种混合动力传动装置，涉及动力传动装置技术领域，用来减小混合动力传动装置的轴向尺寸，进而简化混合动力传动装置的结构。所述混合动力传动装置包括发动机的曲轴、单排行星轮系、换档机构以及电机；其中，所述发动机的曲轴通过飞轮与所述单排行星轮系的齿圈连接；所述单排行星轮系的行星架连接所述换档机构的输入轴，所述换档机构的输出轴连接所述电机的转子轴；所述太阳轮连接有单向锁止机构，且在所述太阳轮与所述齿圈之间设有离合器。本发明应用在混合动力汽车中。

Description

混合动力传动装置
技术领域
本发明涉及动力传动装置技术领域，尤其涉及一种混合动力传动装置。
背景技术
混合动力汽车是指车上装有两个以上动力源，比如蓄电池、燃料电池、太阳能电池、内燃机、电机等等，当前混合动力汽车一般是指动力源为内燃机和电机的混合驱动形式。
目前混合动力汽车的动力结构形式主要有3种。一种是串联结构形式，一种是并联结构形式，还有一种是混联结构形式。并联结构形式主要以发动机驱动行驶，利用电机所具有的在启动时产生强大动力的特征，在汽车起步、加速等发动机燃油消耗较大时，用电机辅助驱动的方式来降低发动机的油耗。混联结构形式是指，在低速时只靠电动马达驱动行驶，速度提高时发动机和电机相配合驱动。启动和低速时只靠电机驱动行驶，当速度提高时，由发动机和电机共同高效地分担动力。串联结构形式是指只用电机驱动行驶的电动汽车，发动机只作为动力源使发电机发电，汽车只靠电机驱动行驶，驱动***只是电机。
但不管是上述哪种混合动力汽车，由于电机的加入，势必会使原来的动力传动装置的结构变得复杂，***变得庞大，动力传动动装置的轴向尺寸会因此而增加。
发明内容
本发明的实施例提供一种混合动力传动装置，用来减小现有技术中混合动力传动装置的轴向尺寸，进而简化混合动力传动装置的结构。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种混合动力传动装置，包括：发动机的曲轴、单排行星轮系、换档机构以及电机；其中，
所述发动机的曲轴通过飞轮与所述单排行星轮系的齿圈连接；
所述单排行星轮系的行星架连接所述换档机构的输入轴，所述换档机构的输出轴连接所述电机的转子轴；
所述太阳轮连接有单向锁止机构，且在所述太阳轮与所述齿圈之间设有离合器。
其次，所述太阳轮设有太阳轮中心轴，所述太阳轮中心轴为空心轴，所述行星架设有行星架中心轴，所述行星架中心轴穿过所述空心轴并与所述换档机构的输入轴连接。
再次，所述单向锁止机构包括单向离合器和制动器，所述单向离合器的内环与所述太阳轮中心轴连接、外环与所述制动器连接。
进一步地，所述齿圈镶嵌在所述飞轮内。
进一步地，所述飞轮内固定连接有扭转减震器。
优选地，所述换档机构的齿轮组为一对、两对、三对或四对。
优选地，所述发动机设置在所述单排行星轮系的一侧，所述电机设置在所述单排行星轮系的另一侧。
其中，所述电机的转子轴通过齿轮组与所述换档机构的输出轴连接。
优选地，所述电机为永磁同步电机。
本发明实施例提供的混合动力传动装置，包括：发动机的曲轴、单排行星轮系、换档机构以及电机；其中，所述发动机的曲轴通过飞轮与所述单排行星轮系的齿圈连接；所述单排行星轮系的行星架连接所述换档机构的输入轴，所述换档机构的输出轴连接所述电机的转子轴；所述太阳轮连接有单向锁止机构，且在所述太阳轮与所述齿圈之间设有离合器。因此当发动机不工作时，所述换档机构处于空档位置，动力由所述电机经所述转子轴驱动所述换档机构的输出轴转动进而驱动车辆行驶；当发动机启动参加工作时，首先整车控制***控制所述换档机构由空档变换到一定档位并同时控制所述单向锁止机构将所述太阳轮锁止使之不能反向转动，发动机的动力由所述齿圈输入，经所述行星架输出到所述换档机构的输入轴，再通过所述换档机构加速或减速地传递到所述输出轴，此时的传动比为所述单排行星轮系的传动比与该档位下换档机构的传动比的乘积；此时在该档位下如果整车控制***控制所述离合器结合，则所述太阳轮与所述齿圈便被结合成一整体同时正向转动，所述单排行星轮系的传动比为1，此时整个传动装置的传动比即为该档位下换档机构的传动比，这样相当于在一个档位下实现了两个不同的传动比，对于多档变速器，此装置将换档机构的档位数量减少了一半，因此减小了现有技术中混合动力传动装置的轴向尺寸，进而简化了混合动力传动装置的结构。
附图说明
图1为本发明混合动力传动装置的实施例1的结构示意图；
图2为本发明混合动力传动装置的实施例2的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明实施例混合动力传动装置进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：所述混合动力传动装置包括：发动机1的曲轴11、单排行星轮系、换挡机构以及电机；
曲轴11通过飞轮12与所述单排行星轮系的齿圈（未图示）连接；
所述单排行星轮系的行星架32连接所述换挡机构的输入轴10，所述换挡机构的输出轴20连接所述电机的转子轴30；
太阳轮31连接有受控于整车控制***的单向锁止机构，且在太阳轮31与所述齿圈之间设有离合器6。
本发明实施例提供的混合动力传动装置，当发动机不工作时，所述换档机构处于空档位置，动力由所述电机经所述转子轴驱动所述换档机构的输出轴转动进而驱动车辆行驶；当发动机启动参加工作时，首先整车控制***控制所述换档机构由空档变换到一定档位并同时控制所述单向锁止机构将所述太阳轮锁止使之不能反向转动，发动机的动力由所述齿圈输入，经所述行星架输出到所述换档机构的输入轴，再通过所述换档机构加速或减速地传递到所述输出轴，此时的传动比为所述单排行星轮系的传动比与该档位下换档机构的传动比的乘积；此时在该档位下如果整车控制***控制所述离合器结合，则所述太阳轮与所述齿圈便被结合成一整体同时正向转动，所述单排行星轮系的传动比为1，此时整个传动装置的传动比即为该档位下换档机构的的传动比，这样相当于在一个档位下实现了两个不同的传动比，对于多档变速器，此装置将换档机构的档位数量减少了一半，因此减小了该混合动力传动装置的轴向尺寸，简化了结构。
对于上述实施例，需要说明的是，输出轴20和主减速器连接，以驱动车辆行驶；另外之所以选择太阳轮连接单向锁止机构来实现的太阳轮的锁止，是因为太阳轮的转矩是齿圈的转矩的1/K(K为齿圈的齿数与太阳轮的齿数的比值)，这样可以减小所述单向锁止机构的容量从而减小所述单向锁止机构的尺寸进而简化混合动力传动装置的结构。
其次，太阳轮31设有太阳轮中心轴33，太阳轮中心轴33可以为空心轴，行星架32设有行星架中心轴34，行星架中心轴34穿过所述空心轴并与所述换档机构的输入轴10连接，太阳轮中心轴33和行星架中心轴34之间采用轴承支撑。这样太阳轮中心轴33和行星架中心轴34共轴线，而且二者可以布置在所述单排行星轮系的同一侧，使动力传动更平稳，而且结构简单，节省安装空间。
再次，所述单向锁止机构还可以包括单向离合器5和制动器4，单向离合器5的内环与太阳轮中心轴33连接、外环与制动器4连接。这样，当发动机点火后，所述换挡机构置于空档位置，所述齿圈和飞轮12在发动机的曲轴11的带动下转动，此时制动器4处于释放状态，则单向离合器5处于分离状态，太阳轮31可以反向自由转动，此时所述单排行星轮系没有动力输出；当所述换档机构挂上一定档位，制动器4在整车控制***的控制下开始制动，通过单向离合器5将太阳轮31制动，则发动机的动力由所述齿圈输入，经行星架32输出，并通过所述换档机构进而驱动车辆行驶。车辆在该档位下行驶时，如果整车控制***控制离合器6结合，则所述齿圈与太阳轮31结合成一整体同时正向转动，制动器4则在整车控制***的控制下释放，或者在单向离合器5的作用下制动器4也可以不释放，不影响传动效果。
进一步地，所述齿圈镶嵌在飞轮12内。这样，发动机的动力通过飞轮12由所述齿圈输入到所述单排行星轮系并通过行星架32输出到所述换档机构。其中，所述齿圈的外圈可以直接镶嵌在所述飞轮内，而无需另外引出齿圈中心轴，简化了混合动力传动装置的结构。而如果所述单排行星轮系选择动力由齿圈输出，就需要引出齿圈中心轴。
进一步地，飞轮12内固定连接有扭转减振器（未图示）。这是因为发动机自身在输出扭矩的过程中会产生较大的振动，另外在动力传递过程中也会产生较大的敲击振动，这对整车的声品质和动力传递的稳定性都有较大影响，因此本发明实施例在起关键作用的飞轮内集成扭转减振器以降低整车的振动。其中扭转减振器可以集成在所述飞轮内，也可以作为单独的一个部件安装在所述飞轮内。
优选地，所述换档机构的齿轮组为一对、两对、三对或四对。所述换档机构一般由输入轴、输出轴、齿轮组和滑套组成，一对齿轮组可以传递两个不同的传动比，因此我们可以使用一对、两对、三对或四对齿轮组实现两个、四个、六个或八个不同的传动比，也可以是更多齿轮组传递更多不同的传动比。如图1所示，所述换档机构包括输入轴10、输出轴20、滑套7和齿轮组G1、2和齿轮组G3、4，倒档可以通过电机的反转来实现，其中，齿轮组G1、2表示1档和2档的齿轮组，齿轮组G3、4表示3档和4档的齿轮组。如图2所示，所述换档机构包括输入轴10、输出轴20、滑套7和齿轮组G1、2和齿轮组G3、4以及齿轮组G5、6和倒档齿轮组Gr。
优选地，所述发动机可以设置在所述行星轮系的一侧，所述电机设置在所述单排行星轮系的另一侧。这样发动机与电机距离较远，减少发动机对电机的热辐射。当然发动机和电机也可以设置在所述行星轮系的同一侧，如图2所示，那样更容易减小传动装置的轴向尺寸，如果可以增大传动装置的径向尺寸同样可以减小热辐射。
其中，所述电机的转子轴30可以通过齿轮组G0与所述换档机构的输出轴20连接。这样所述电机的转子轴30和所述换档机构的输出轴20之间的扭矩可以通过齿轮组G0来调节。如果二者之间的扭矩不需要调节，也可以将转子轴30与输出轴20用联轴器连接在一起，如图2所示，电机的转子轴30即直接连接所述换档机构的输出轴20。
优选地，所述电机可以为永磁同步电机。所述永磁同步电机包括定子22和转子21，转子21和转子轴30固定连接。永磁同步电机体积小，重量轻，结构简单，效率高，控制灵活，功率因数高，所需的逆变器容量小；永磁同步电机可以工作在电动模式或发电模式，因此根据电池状态可以控制电机随时进入电动或发电状态，使发动机的工作状态始终处在最佳燃油状态。
需要进一步说明的是，发动机、单排行星轮系、离合器、单向锁止机构和换挡机构的工作状态的组合可以满足混合动力汽车的各种工况，下面结合图1具体说明。
工况1、电机单独驱动
发动机不点火，所述换档机构处于空档，电机提供驱动力驱动输出轴20转动，进而驱动车辆行驶。
工况2、发动机怠速
发动机点火，所述齿圈跟随飞轮12一起转动，滑套7置于齿轮组G1、2和齿轮组G3、4之间，即所述换档机构处于空档，制动器4在整车控制***的控制下处于释放状态，太阳轮31反向自由转动，此时行星架32没有输出，发动机处于怠速状态。
工况3、一档运行
发动机点火，所述齿圈跟随飞轮12一起转动，滑套7向齿轮组G1、2滑动，使齿轮组G1、2中的从动轮与输出轴20结合，制动器4在整车控制***的控制下开始制动，通过单向离合器5将太阳轮31反向制动，行星架32输出，此时的传动比关系为:
I1=I1、2*（1+K）/K    （1）
式（1）中的I1为本发明混合动力传动装置在所述换档机构处于一档时的传动比，I1、2为齿轮组G1、2自身的传动比，K为齿圈和太阳轮的齿数比。
工况4、二档运行
在工况3的状态下，整车控制***控制离合器6结合，制动器4可以释放（或者在单向离合器的作用下制动器4也可以不释放），所述齿圈和太阳轮31结合在一起跟随飞轮12正向转动，行星架32输出，此时所述单排行星轮系的传动比为1，则本发明混合动力传动装置的传动比关系为：
I2=I1、2    （2）
式（2）中的I2为本发明混合动力传动装置在所述换档机构处于二档时的传动比。
工况5、换档瞬间
在工况4的状态下，如果所述换档机构需要换档，在滑套7从齿轮组G1、2向G3、4滑动的过程中，发动机的动力会暂时中断，输出轴20的转速会瞬时下降，此时启动电机驱动输出轴20旋转，实现了无动力中断换档。
工况6、三档运行
工况6的运行情况和工况3的运行情况类似，在此不作赘述。
工况7、四档运行
工况7的运行情况和工况4的运行情况类似，在此不作赘述。
倒档可以由电机的反转来实现。
在发动机工作的过程中可以视与电机电连接的电池的状态使电机随时进入电动或发电状态；当车辆制动时电池可以回收制动能量储存电能。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种混合动力传动装置，包括：发动机的曲轴、单排行星轮系、换档机构以及电机；其特征在于，
所述发动机的曲轴通过飞轮与所述单排行星轮系的齿圈连接；
所述单排行星轮系的行星架连接所述换档机构的输入轴，所述换档机构的输出轴连接所述电机的转子轴；
所述太阳轮连接有单向锁止机构，且在所述太阳轮与所述齿圈之间设有离合器。
2.根据权利要求1所述的混合动力传动装置，其特征在于，所述太阳轮设有太阳轮中心轴，所述太阳轮中心轴为空心轴，所述行星架设有行星架中心轴，所述行星架中心轴穿过所述空心轴并与所述换档机构的输入轴连接。
3.根据权利要求2所述的混合动力传动装置，其特征在于，所述单向锁止机构包括单向离合器和制动器，所述单向离合器的内环与所述太阳轮中心轴连接、外环与所述制动器连接。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的混合动力传动装置，其特征在于，所述齿圈镶嵌在所述飞轮内。
5.根据权利要求4所述的混合动力传动装置，其特征在于，所述飞轮内固定连接有扭转减震器。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的混合动力传动装置，其特征在于，所述换档机构的齿轮组为一对、两对、三对或四对。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的混合动力传动装置，其特征在于，所述发动机设置在所述单排行星轮系的一侧，所述电机设置在所述单排行星轮系的另一侧。
8.根据权利要求7所述的混合动力传动装置，其特征在于，所述电机的转子轴通过齿轮组与所述换档机构的输出轴连接。
9.根据权利要求8所述的混合动力传动装置，其特征在于，所述电机为永磁同步电机。
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