CN102774265A - 一种混合动力驱动*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混合动力驱动***，包括发动机、第一电机、第二电机、行星齿轮构件，发动机与行星齿轮机构齿圈连接，第一电机与行星齿轮机构太阳轮相连接，第二电机一方面与行星齿轮机构行星架相连，另一方面与***车轮驱动轴相连，其特征在于： 所述驱动装置中还包括设置于齿圈与行星架之间的第一离合器、设置于齿圈与机壳之间的第二离合器。本装置通过离合器的配合，可以实现纯电动模式、混合模式、发动机直驱模式，能够有效地减少能量传递过程中的损失， 尤其适用于经常处于中低速行驶工作的大型车辆。

Description

一种混合动力驱动***

技术领域

本发明涉及一种混合动力车辆驱动***，属于车辆混合动力技术领域。

背景技术

混合动力汽车是由两种或两种以上的能量转换器作驱动源，而其中至少有一种驱动源能提供电能的车辆，一般认为，混合动力汽车就是既有内燃机又有电动机驱动的车辆。混合动力***按照动力传输路线进行分类可以划分为：串联式、并联式和混联式。混联式混合动力***的布置方式综合了串联式布置方式和并联式布置方式的特点，提供了根据不同工况让油、电两种能源分别按照串联、并联或串并联结合三种模式工作，从而使得混合动力***可以根据不同的工况选用不同的动力驱动方式。

中国专利文献CN1769087A公开了一种混合驱动装置，在此结构中，发动机与行星架相连，通过行星齿轮将动力传给外圈的齿圈和内圈的太阳轮，齿圈轴与电动机和传动轴相连，太阳轮与发电机相连。在起动及低速工况下，发动机不工作，该机构以纯电动方式进行驱动；当车速提高时，发动机功率通过行星***分为两条，一条是通过齿圈直接传到变速器，另一条是驱动发电机发电。

上述专利文献中所公开的混合驱动装置中只要发动机参与工作，就要向发电机提供能量供发电机发电。上述***用于大型车辆时，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（70-80km/h）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，一方面用于驱动车辆，经过行星齿轮的传递会产生能量损失，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；另一方面，发动机的动力需要供给发电机发电，***所需的发动机的动力大于用于驱动所需的动力，容易使发动机脱离其燃油经济区。

经常处于低速行驶工作的大型车辆（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，当上述大型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，降低了能量率，因此，经常处于中低速行驶工作的大型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

因此，本发明要解决的技术问题在于现有技术中的混合动力***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***。

本发明提供的混合动力***，包括发动机，第一电机，其具有一空心轴结构转子；第二电机其转子与一车轮驱动轴相连接；行星齿轮机构，包括齿圈、太阳轮、连接多个行星轮的行星架，其中所述齿圈与所述发动机的输出轴相连接；所述太阳轮与所述第一电机转子轴相连接；所述行星架与所述第二电机转子通过一中间轴相连接；储能装置，与所述第一电机和所述第二电机电连接；本***中还包括第一离合装置，其设置于所述齿圈和所述行星架之间，用于实现所述齿圈和所述行星架的连接或者分开；和第二离合装置，其设置于车体固定部件和所述齿圈之间，这里车体固定部件可以是行星齿轮机构外部的壳体。其中，所述齿圈具有延伸部，所述延伸部具有与所述发动机输出轴垂直且与所述行星架一侧面平行的延伸面，所述第一离合装置设置在所述延伸面与行星架的所述侧面之间。

本***中还包括一控制***，所述第一电机、第二电机、所述第一离合装置、所述第二离合装置与所述控制***电连接。

附图说明

图1是本发明混合动力***结构示意图。

其中，10是发动机，20是行星齿轮机构，21是齿圈，210是齿圈延伸部，22是太阳轮，23是行星架，30是第一电机，40是第二电机，50是车轮驱动轴，51是中间轴，Ｃ1是第一离合装置，Ｃ2是第二离合装置。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明提供的混合动力***的结构示意图进行详细的说明。

图1所示为本发明所述混合动力***，包括发动机10、行星齿轮机构20、第一电机30、第二电机40和储能装置，其中发动机10具有一个输出轴；第一电机30具有一转子，其转子具有空心轴结构；第二电机40具有一转子，所述转子与车轮驱动轴50相连接；行星齿轮机构包括齿圈21，所述齿圈21中心与所述发动机10输出轴同轴固定、与所述齿圈21内啮合的多个行星齿轮、与所述行星齿轮固定的行星架23和与所述行星齿轮外啮合的太阳轮22；所述太阳轮32与所述第一电机30的转子相连接，所述行星架23与所述第二电机转子通过一中间轴51相连接；储能装置与所述第一电机30和所述第二电机40电连接，用于为所述发电机和电动机供电，本实施例中设置所述储能装置为超级电容；此外，还包括第一离合装置Ｃ1和第二离合装置Ｃ2，其中，第一离合装置Ｃ1设置于所述齿圈21和所述行星架23之间，本实施例中所述齿圈21具有延伸部210，所述延伸部210的轴心与所述发动机10输出轴位于同一直线上，所述延伸部210的与所述发动机10输出轴固定连接，所述延伸部210具有与所述发动机输出轴相互垂直且与所述行星架23一侧面平行的一延伸面，所述第一离合装置Ｃ1设置在所述延伸面与行星架23的所述侧面之间；本实施例中设置所述第一离合装置Ｃ1为片式离合器，包括安装在所述延伸面210上的离合片和安装在所述行星架23侧面的离合片；第二离合装置Ｃ2设置于车体固定部件和所述太阳轮22之间，所述车体固定部件为设置在所述行星齿轮机构20外部的壳体，所述第二离合装置Ｃ2为钢带式离合器，所述钢带式离合器包括固定在壳体内壁上的钢带和与所述钢带配合抱死或脱开所述齿圈21；

作为本发明的另一个实施例，所述第二离合装置Ｃ2也可以是多片湿式离合器，所述多片湿式离合器包括与安装置在齿圈外侧的外花键结构啮合的离合片，和与装置在壳体上的内花键结构啮合的离合片。

作为本发明的另一个实施例，所述储能装置可以是动力电池。

进一步，在上述实施例的基础上，还包括一控制***，所述第一电机30、所述第二电机40、所述第一离合装置Ｃ1和所述第二离合装置Ｃ2与所述控制***电连接，即通过控制***方便地控制第一电机30或第二电机40的工作状态。

本实施例中所述混合动力驱动***具有如下四种工作方式：

一、纯电动驱动模式：发动机10不启动，第一离合装置Ｃ1处于脱开状态，第二离合装置Ｃ2处于接合状态，第一电机30作电动机使用，由储能装置向第一电机30供电，控制***控制第一电机30转子的转动通过转子轴传递给行星齿轮机构的太阳轮22，太阳轮22的转动带动行星架23的转动，从而带动车轮驱动轴50的转动，进而驱动车轮。第二电机40空转，不消耗能量。可以根据工况需要调整第一电机30的转速和转矩。由于齿圈21与机壳处于接合状态，齿圈21固定，第一电机30的转速以一定的传动比通过行星齿轮机构输出，由第一电机30单独驱动车辆行驶。为了最大限度的发挥本***的优势，可以合理设计行星齿轮的尺寸，使电动机以高的升速比输出，这样做有利于减小电机体积，节省车内空间。

二、混合驱动模式：发动机10启动，第一离合装置Ｃ1处于脱开状态，第二离合装置Ｃ2处于脱开状态，发动机10通过齿圈21输出动力，动力经行星架23传递后传给中间轴51，带动第二电机40与车轮驱动轴50旋转，进而驱动车辆。此时与太阳轮22相连的第一电机30可以作为调速电机，与发动机10转速耦合，使发动机燃油高效区的工作范围更宽；与中间轴51相连的第二电机40可以视工况启动，与发动机转矩耦合，为驱动***提供更强劲的动力。

三、发动机直驱模式：发动机10启动后，第一离合装置Ｃ1处于闭合状态，第二离合装置Ｃ2处于脱开状态，发动机10通过齿圈21输出动力，由于齿圈21与行星架23连为一体结构，发动机动力以1：1向车轮驱动轴输出。此时太阳轮22从动，可以控制与太阳轮22相连的第一电机30转子空转，即通过控制***控制所述第一电机30定子不通电；亦可以控制第一电机30转速与发动机10转速耦合，使发动机10更好地工作在高效区。

上述实施例中所述混合动力驱动***工作过程如下：

首先，车辆起步、低速（小于第一预定车速）时，第一离合器Ｃ1处于脱开状态，第二离合器Ｃ2处于接合状态，启动第一电机30，由储能装置给第一电机30供电，由第一电机30单独驱动车辆起步和低速行驶；当然，***也可以设置使用第二电机40驱动车辆启动。纯电动模式也适用于路况不好情况下的低速行驶和爬坡等工况。

当车速高于第一预定车速时，接合第一离合装置Ｃ1，同时打开第二离合装置Ｃ2，由第二电机40带动发动机10启动，当发动机10达到一定转速，可以通过自身油路运转时，打开第一离合装置Ｃ1，并且调节第一电机30的转速，使整体车速平稳。由于上述过程时间很短，一般1秒以内，所以车体不会感觉到强烈的震动，并且通过第一电机30的调速，可以使车速更加平稳。发动机10通过行星齿轮机构20降速输出，根据工况调节第一电机30的转速，使发动机10与第一电机30转速耦合，第一电机30亦可以在必要时做发电机使用，消耗发动机10过剩能量，使发动机20工作在燃油高效区。必要时，第二电机40启动，由第一电机30或储能装置供电，与发动机转矩耦合，为***增加转矩。驱动***工作在混合驱动模式。

当车速需要进一步提高，高于第二预定车速时，发动机10通过行星齿轮机构20降速输出不能满足工况需求，继续使用混合模式即将使其脱离燃油高效区，由使车辆进入发动机直接驱动模式：闭合第一离合装置Ｃ1，并使第二离合装置Ｃ2保持脱开，发动机10带动齿圈21与行星架23同步旋转带动车轮驱动轴50，即发动机传动比为1：1，发动机10的输出能量全部用来驱动车轮，此时，车辆进入发动机直驱模式，即由发动机10直接驱动车辆前进；

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***利用行星齿轮机构20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，不需经行星齿轮机构20变速，无能量传递损失，因而提高了发动机的工作效率，极大的节约了能源。

Claims (9)

1.一种混合动力***，包括

发动机（10）；

第一电机（30），具有一电机转子，其转子具有空心轴结构；

第二电机（40），具有一电机转子，所述转子与车轮驱动轴（50）相连接；

行星齿轮机构（20），包括齿圈（21）、太阳轮（22）、连接多个行星轮的行星架（23），其中所述齿圈（21）与所述发动机（10）的输出轴相连接；所述太阳轮（22）与所述第一电机（30）转子轴相连接；所述行星架（23）与所述第二电机（40）转子通过一中间轴（51）相连接；

储能装置，与所述第一电机（30）和所述第二电机（40）电连接；

其特征在于：还包括

第一离合装置（C1），其设置于所述齿圈（21）和所述行星架（23）之间，用于实现所述齿圈（21）和所述行星架（23）的连接或者分开；和第二离合装置（C2），其设置于车体固定部件和所述齿圈（21）之间。

2.根据权利要求1所述混合动力***，其特征在于：所述齿圈（21）具有延伸部（210），所述延伸部（210）具有与所述发动机输出轴垂直且与所述行星架（23）一侧面平行的延伸面，所述第一离合装置（C1）设置在所述延伸面与行星架（23）的所述侧面之间。

3.根据权利要求1所述的混合动力驱动***，其特征在于：所述第一离合装置（C1）为片式离合器。

4.根据权利要求1所述混合动力***，其特征在于：所述车体固定部件为设置在所述行星齿轮机构（20）外部的壳体。

5.根据权利要求4所述混合动力***，其特征在于：第二离合装置（C2）为带式离合器，包括设置在所述壳体上的钢带和设置在齿圈上的能够与钢带抱死的离合片。

6.根据权利要求4所述混合动力***，其特征在于：第二离合装置（C2）为片式离合器。

7.根据权利要求1所述的混联式混合动力***，其特征在于：所述发动机（10）、行星齿轮机构（20）、第一电机（30）、第二电机（40）设置于同一旋转中心线上，所述中间轴（51）穿过所述第一电机（30）转子空心轴，所述第二电机（40）转子相连接。

8.根据权利要求1所述的混联式混合动力***，其特征在于：所述储能装置为蓄电池或者超级电容。

9.根据权利要求1-8任一所述混合动力***，其特征在于：还包括一控制***，所述第一电机（30）、第二电机（40）、所述第一离合装置（C1）、所述第二离合装置（C2）与所述控制***电连接。

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