CN102745060A

CN102745060A - 混合动力驱动***

Info

Publication number: CN102745060A
Application number: CN2012102553448A
Authority: CN
Inventors: 静占国
Original assignee: Tianjin Santroll Electric Automobile Technology Co Ltd
Current assignee: Tianjin Santroll Electric Automobile Technology Co Ltd
Priority date: 2012-07-23
Filing date: 2012-07-23
Publication date: 2012-10-24

Abstract

一种混合动力驱动***，包括发动机，具有一个输出轴；行星齿轮机构，包括齿圈、行星架、太阳轮，其中所述齿圈与所述发动机输出轴相连；发电机，具有一发电机转子，所述发电机转子与所述太阳轮同轴固定；电动机，具有一电动机转子，所述电动机转子与所述行星架通过一中间轴连接；所述齿圈与所述行星架之间还设置有一离合装置。解决了现有技术中的混合动力驱动***中发动机混合驱动的工作模式行星齿轮的传递能量损失大且很难使经常处于低速行驶工作的车辆处于高效运行区，进而提供一种适用于经常在低速运营工况下且使该类车辆处于高效运行区的混合动力驱动***。

Description

混合动力驱动***

技术领域

本发明涉及一种车辆动力驱动***，具体地说是一种混合动力驱动***。

背景技术

混合动力驱动***有串联、并联和混联三种形式。串联混合动力***是先由发电机将发动机输出的动力全部转换为电能，再经电动机将电能转换为机械能驱动车轮，其优点是可实现发动机的最优控制，其缺点是经过两次能量转换，能量损失大。并联***是在传统的汽车传动***基础上，另加一路电动驱动***，为汽车加速或爬坡时提供辅助动力。现有混联式混合动力***中内燃机***和电机驱动***各有一套机械变速机构，两套机构或通过齿轮系，或采用行星轮式结构结合在一起，从而综合调节内燃机与电动机之间的转速关系。

中国专利文献CN1769087A公开了一种混合驱动装置，具有输入来自内燃机动力的输入轴，轴出轴，其与上述输入轴在旋转中心线上对齐配置，且与驱动车轮连动；第一电动机，其配置于上述旋转中心线上，且具有定子及转子；动力分配用行星齿轮，其配置于上述旋转中心线上，且具有连结于上述输入轴的第一旋转元件、连续于上棕第一电动机的转子的第二旋转元件、及连续于上述输出轴的第三旋转元件；第二电动机，其配置于上述旋转中心线上，且具有定子及转子；变速装置，其配置于上述旋转中心上，且对上述第二电动机的转子的旋转进行变速并传递到上述输出轴。

上述专利文献中所公开的混合驱动装置在起步或低速时采用第二电动机起步或运动，当速度进一步提高时，采用发动机和第二电动机混合驱动，发动机的动力通过行星齿轮进行传递，当速度进一步提高，发动机处于高效运行区时，不再需要电动机辅助时，发动机的动力仍需要通过行星齿轮进行传递，传递的能量损失大，对于大部分时间处于该速度区间的大型车辆，比如城市公交车，由于这部分能量损失影响的经济性很重要；且根据行星齿轮的材料和制造工艺不同，发动机能量经过行星齿轮的传递能量损失有所不同，且传动比越大，其传递的效率越低，能耗越大。

经常处于低速行驶工作的车辆（例如城市公交或临时作业特种车辆）与小型车辆所使用的发动机一般不同，当经常处于低速行驶工作的车辆的发动机采用上述专利文献所述的混合驱动装置时，由于***发动机处于高效区时仍需要通过行星齿轮传输，降低了能量效率，因此，经常处于低速行驶工作的车辆如果采用上述混合驱动装置很难使该类车辆处于高效运行区，因此能量损耗大，不利于能源节约。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的混合动力驱动***中发动机混合驱动的工作模式行星齿轮的传递能量损失大且很难使经常处于低速行驶工作的车辆处于高效运行区，进而提供一种适用于经常在低速运营工况下且使该类车辆处于高效运行区的混合动力驱动***。

为解决上述技术问题，本发明的一种混合动力驱动***，包括

发动机，具有一个输出轴；

行星齿轮机构，包括齿圈、行星架、太阳轮，其中所述齿圈与所述发动机输出轴相连；

发电机，具有一发电机转子，所述发电机转子与所述太阳轮同轴固定；

电动机，具有一电动机转子，所述电动机转子与所述行星架通过一中间轴连接；

所述齿圈与所述行星架之间还设置有一离合装置。

所述齿圈具有延伸部，所述延伸部具有与所述中间轴相互垂直且与所述行星架一侧面平行的延伸面，所述离合装置设置在所述延伸面与行星架的所述侧面之间。

还包括一控制***，所述发电机、行星齿轮机构、所述电动机及所述离合装置与所述控制***电连接。

所述发电机转子中心成形有腔室，所述行星齿轮机构设置于所述腔室内。

在所述中间轴上设置有一变速机构，所述变速机构具有输入部和输出部，所述输入部与所述中间轴固定连接，所述输出部与所述电动机转子固定连接。

所述变速机构设置于所述发电机和电动机之间。

所述变速机构设置于所述电动机与动力输出部之间。

所述发电机与一储能装置电连接，所述电动机也与所述储能装置电连接。

所述储能装置为蓄电池或者超级电容。

所述离合装置为片式离合器。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点，

（1）在本发明所述混合动力驱动***中，在所述齿圈架内侧和所述行星架外侧之间还同轴设置有离合装置，即当离合装置脱开时，可实现车辆在纯电动模式，当离合装置闭合，使齿圈与行星齿轮同步旋转，可实现发动机直接驱动，减少能量转化造成的能量损失，发动机通过多种模式的切换使其长时间保持在高效区工作，大大提高了发动机的能量效率；

（2）在本发明所述混合动力驱动***中，所述发电机转子中心成形有腔室，所述行星齿轮机构设置于所述腔室内，缩短了行星齿轮和发电机的轴向距离，结构更加紧凑。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1 是本发明所述混合动力驱动***；

图2 是本发明中具有变速机构的所述混合动力驱动***；

图3 是本发明中变速机构后置的所述混合动力驱动***。

图中附图标记表示为：10-发动机，11-输出轴，20-行星齿轮机构，21-齿圈，22-延伸部，23-行星齿轮、24-行星架，25-太阳轮，30-发电机，31-发电机转子，32-发电机定子，33-固定装置，40-电动机，41-电动机转子，42-电动机定子，50-驱动轴，60-中间轴，70-离合装置，90-变速机构。

具体实施方式

图1所示为本实施例中所述的一种混合动力驱动***，包括

发动机10，具有一个输出轴11；

行星齿轮机构20，其包括齿圈21、所述齿圈21中心与所述输出轴11同轴固定、与所述齿圈21内啮合的多个行星齿轮、与所述行星齿轮23固定的行星架24和所述行星齿轮23外啮合的太阳轮25；

发电机30，具有一发电机转子31和发电机定子32，所述发电机转子与所述太阳轮25同轴固定，本实施例中所述发电机转子31上设有一固定装置33，所述固定装置33与所述太阳轮25同轴固定，所述固定装置可以为固定支架；

电动机40，具有一电动机转子41和电动机定子42，所述电动机转子41与所述行星架24通过一中间轴60连接；本实施例中所述行星架24的旋转通过一个中间轴60带动所述电动机转子41旋转，所述中间轴60与所述输出轴11位于同一旋转轴线上，本实施例中的所述中间轴60分割为第一中间轴、轴芯和第二中间轴，所述轴芯设置于所述第一中间轴和所述第二中间轴之间同轴固定连接，所述电动机转子41同轴固定套接在所述轴芯上；

所述齿圈21与所述行星架24之间还设置有一离合装置70；本实施例中所述齿圈21具有延伸部22，所述延伸部22具有与所述中间轴60相互垂直且与所述行星架一侧面平行的延伸面，所述离合装置70设置在所述延伸面与行星架24的所述侧面之间，本实施例中设置所述离合装置70为片式离合器且所述离合装置70的中心与所述中间轴60处于同一旋转轴线上，见图1所示。当然，离合装置70稍有偏离也能实现离合，只要行星架24和延伸部22处于同一旋转轴线就可实现离合装置70的正常离合。

进一步，本实施例在上述实施例的基础上，所述发电机30、行星齿轮机构20、所述电动机40及所述离合装置70与一控制***电连接。

本实施例中所述混合动力驱动***具有如下五种工作方式：

一、纯电动模式：发动机10不启动，离合装置70处于脱开状态，电动机转子41的转动带动所述中间轴60转动，从而带动与所述中间轴60连接的驱动轴50转动进而驱动车轮，可以根据需要调整电动机40的转速和转矩。同时，中间轴60也带动行星架24转动，从而带动与太阳轮25固定连接的固定装置转动，进而带动发电机转子31从动，此时使发电机转子31处于空转状态，电动机40输出的转矩大部分通过驱动轴50用来驱动车辆，少部分用来克服发电机30的自身惯性转矩，此时由电动机40单独驱动车辆行驶。

二、纯发动机模式：发动机10开启，离合装置70处于闭合状态，发动机10通过齿圈21输出动力，太阳轮25从动，行星轮带动所述中间轴60旋转，从而带动与所述中间轴60连接的驱动轴50转动进而驱动车轮，发动机10直接驱动车辆。发电机30可以根据需要空转或者发电，即通过控制***控制所述发电机定子32不通电或通电，当发动机10能量过剩时，发电机30发电，并将电能存储在储能器中；此时，电动机转子41空转，通过控制***控制所述电动机定子42不通电。

三、混合模式一：发动机10开启，离合装置70处于脱开状态，发动机10通过齿圈21输出动力，发动机10通过行星齿轮23后降速输出，控制发电机30的工作状态，对发动机10输出转速进行微调。中间轴60带动电动机40空转，此时发电机30转速与发动机10转速通过行星齿轮机构20耦合。

四、混合模式二：发动机10开启，离合装置70处于闭合状态，使齿圈21与行星齿轮23同步旋转，发动机10直接通过齿圈21输出动力，即中间轴60的转速与发动机10的转速相同，太阳轮25从动带动发电机转子31空转或发电。储能装置给电动机40供给能量，使其为驱动***提供转矩。此时发动机10与电动机40转矩耦合，为***提供更强的驱动能力。

五、充电模式，当储能装置需要充电时，离合器可以脱开，发动机10可以单独运行带动发电机30发电，用于给储能装置充电，所述储能装置为蓄电池或超级电容。

进一步，本实施例在上述实施例的基础上，所述发电机转子31中心成形有腔室，所述行星齿轮机构20设置于所述腔室内，更节约混合动力驱动***轴线上的尺寸，使各部件分布更加合理。

本实施例在上述实施例的基础上，在所述中间轴60上设置有一变速机构90，所述变速机构90具有输入部和输出部，所述输入部与所述中间轴60固定连接，所述输出部与所述电动机转子41固定连接，本实施例中设置所述变速机构90设置于所述发电机30和电动机40之间，当车辆处于纯电动模式时，电动机40通过变速机构90可以对中间轴60的转速进行降速，即可以保证电动机40高速运转，又可以使与所述变速机械固定连接的中间轴60转速降低，进而满足实际操作时对驱动轴50的实际速度的要求，而且有利于电动机40小体积设计，节约车内空间，本实施例中设置所述变速机构90设置于所述发电机30和电动机40之间，如图2所示，可以减轻驾驶室的震动，提高驾驶舒适性。

作为可变换的实施例，本实施例中的所述变速机构90设置于所述发电机30和电动机40之间，即设置于远离所述发动机10的所述电动机40一侧，如图3所示。

上述实施例中所述混合动力驱动***工作过程如下：

首先，本实施例中设置车速低于第一预定车速时采用纯电动模式进行起步和低速行驶，即发动机10不启动，离合装置70处于脱开状态，电动机转子41的转动带动所述中间轴60转动，从而带动与所述中间轴60连接的驱动轴50转动进而驱动车轮，可以根据需要调整电动机40的转速和转矩。同时，中间轴60也带动行星架24转动，从而带动与太阳轮25固定连接的固定装置转动，进而带动发电机转子31从动，此时使发电机转子31处于空转状态，即通过控制***控制所述发电机定子32不通电没有磁场，因此，即使发电机转子31旋转也不会有感应电流和感应电动势产生，电动机40输出的转矩大部分通过驱动轴50用来驱动车辆，少部分用来克服发电机30的自身惯性转矩，此时由电动机40单独驱动车辆行驶。

当车辆继续行驶，降低电动机40转速同时调节发电机30转速，使其耦合输出转速平稳，以保持车辆平稳；当电动机40转速降至接近0时，接合离合装置70，使电动机40带动发动机10启动，发动机10启动后脱开离合装置70，发动机10快速进入高效区，车辆从纯电动模式转换至混合模式一，即离合装置70处于脱开状态，发动机10通过齿圈21输出动力，控制发电机30的工作状态，对发动机10输出转速进行微调。中间轴60带动电动机40空转，此时发电机30转速与发动机10转速通过行星齿轮机构20耦合。，发动机10的转速通过行星齿轮机构20进行降速，因此，中间轴60的转速比发动机10的转速低；此时，电动机转子41可以空转，也可以跟据路况需要为发动机10提供额外转矩。

当车速需要进一步提高，在混合模式一的工作状态下发动机10已经不能继续工作在高效区，车辆从混合模式一转换至纯发动机模式，即发动机10处于开启状态，离合装置70处于闭合状态，发动机10通过齿圈21输出动力，太阳轮25从动，行星轮带动所述中间轴60旋转，从而带动与所述中间轴60连接的驱动轴50转动进而驱动车轮，发动机10与中间轴60的转速比是1：1，也即由发动机10直接驱动车辆前进；发电机30可以根据需要空转或者发电，即通过控制***控制所述发电机定子32不通电或通电，当发动机10能量过剩时，发电机30发电，并将所发的电能存储在储能器中；此时，电动机转子41空转，通过控制***控制所述电动机定子42不通电；电动机转子41的转动亦可以消耗发动机10的过剩能量，使发动机10更好地工作在高效区。

当然，上述各种工作模式可根据实际情况进行适时调整，也可单独使用。本发明所述混合动力驱动***利用行星齿轮23对发动机10的输出进行降速，使发动机10快速进入高效区工作，当发动机10处于高效区工作时，发动机10直接驱动车辆前进，因而扩大了发动机高效区工作的范围，极大的节约了能源。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种混合动力驱动***，包括

发动机（10），具有一个输出轴（11）；

行星齿轮机构（20)，包括齿圈(21)、行星架（24）、太阳轮（25），其中所述齿圈(21)与所述发动机（10）的输出轴（11）相连；

发电机（30），具有一发电机转子（31），所述发电机转子（31）与所述太阳轮（25）同轴固定；

电动机（40），具有一电动机转子（41），所述电动机转子（41）与所述行星架（24）通过一中间轴（60）连接；

其特征在于，所述齿圈(21)与所述行星架（24）之间还设置有一离合装置（70）。

2.根据权利要求1所述混合动力驱动***，其特征在于，所述齿圈(21)具有延伸部（22），所述延伸部（22）具有与所述中间轴（60）相互垂直且与所述行星架一侧面平行的延伸面，所述离合装置（70）设置在所述延伸面与行星架（24）的所述侧面之间。

3.根据权利要求1或2所述混合动力驱动***，其特征在于，还包括一控制***，所述发电机（30）、行星齿轮机构（20)、所述电动机（40）及所述离合装置（70）与所述控制***电连接。

4.根据权利要求1-3任一所述混合动力驱动***，其特征在于，所述发电机转子（31）中心成形有腔室，所述行星齿轮机构（20)设置于所述腔室内。

5.根据权利要求1-4任一所述混合动力驱动***，其特征在于，在所述中间轴（60）上设置有一变速机构（90），所述变速机构（90）具有输入部和输出部，所述输入部与所述中间轴（60）固定连接，所述输出部与所述电动机转子（41）固定连接。

6.根据权利要求1-5任一所述混合动力驱动***，其特征在于，所述变速机构（90）设置于所述发电机（30）和电动机（40）之间。

7.根据权利要求1-6任一所述混合动力驱动***，其特征在于，所述变速机构（90）设置于所述电动机（40）与动力输出部之间。

8.根据权利要求1-7任一所述混合动力驱动***，其特征在于，所述发电机（30）与一储能装置电连接，所述电动机（40）也与所述储能装置电连接。

9.根据权利要求1-8任一所述混合动力驱动***，其特征在于，所述储能装置为蓄电池或者超级电容。

10.根据权利要求1-9任一所述混合动力驱动***，其特征在于，所述离合装置（70）为片式离合器。