CN101269623A - 混合动力汽车驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混合动力汽车驱动装置，包括内燃机、电动机、力矩啮合装置和变速箱，所述电动机包括定子和转子，所述力矩啮合装置的三根轴分别与内燃机、变速箱和电动机的转子相连接，所述转子呈空心圆筒形，所述力矩啮合装置与转子同轴且安装在转子的空心圆筒内。本发明将电动机沿径向布置在力矩啮合装置的外围，结构非常紧凑，缩小了动力驱动系统的轴向尺寸，便于动力总成驱动系统在汽车内布置。很好地克服了混合动力汽车因电动机和力矩啮合装置而造成的轴向尺寸大、安装布置困难的缺陷。

Description

混合动力汽车驱动装置
技术领域
本发明涉及一种用于混合动力汽车的驱动系统，该系统通过使用内燃机、一台电动机/发电机、力矩啮合装置、变速箱的组合来驱动汽车。
背景技术
迄今为止，已经出现了多种使用自动变速箱和手自一体变速箱的混合动力方案。比如，美国专利US 5895333，提出了一种带有自动变速箱的混合动力驱动系统的结构。该系统包含了发动机、电动机、由单排行星轮组成的力矩啮合装置、变速箱等，并由它们组成了动力驱动总成。在该系统中的力矩啮合装置由单排行星轮组成。在该系统中力矩啮合装置与两个离合器布置在变速箱的一个壳体室中，电动机轴向布置在变速箱另一个相邻的壳体室内。在该系统中力矩啮合装置与电动机同轴轴向并排布置在变速箱的两个不同壳体室里，由此增大了动力驱动总成的轴向布置空间。这给动力总成驱动系统布置在发动机舱带来了很大的困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构紧凑、轴向布置尺寸小的混合动力汽车驱动装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种混合动力汽车驱动装置，包括内燃机、电动机、力矩啮合装置和变速箱，所述电动机包括定子和转子，所述力矩啮合装置的三根轴分别与内燃机、变速箱和电动机的转子相连接，所述转子呈空心圆筒形，所述力矩啮合装置与转子同轴且安装在转子的空心圆筒内。
本发明将电动机沿径向布置在力矩啮合装置的外围，结构非常紧凑，缩小了动力驱动系统的轴向尺寸，便于动力总成驱动系统在汽车内布置。很好地克服了混合动力汽车因电动机和力矩啮合装置而造成的轴向尺寸大、安装布置困难的缺陷。
优选地，所述变速箱与力矩啮合装置相邻同轴布置。
作为上述技术方案的一种优选方案，所述力矩啮合装置是一个包括太阳轮、行星架和齿圈的行星齿轮机构，所述行星架与内燃机的输出轴相连接，所述太阳轮与电动机的转子相连接，所述齿圈与变速箱的输入轴相连接。行星齿轮机构可以将内燃机和电动机的力矩合成后输出给变速箱。
作为上述优选方案的进一步优化，所述力矩啮合装置是一个包括双排行星轮的行星齿轮机构，所述行星架与两排行星轮同时相连接。采用双排行星轮在满足行星齿轮机构传动比的情况下可以大大减小行星齿轮机构的尺寸，从而使得力矩啮合装置更便于布置在电动机转子的内部。
作为上述优选方案的进一步优化，所述力矩啮合装置中的太阳轮与行星架之间连接有电控液压操作离合器，所述电控液压操作离合器也安装在转子的空心圆筒内。这样可以使结构更加紧凑。
更进一步地，还包括沿轴向相邻的第一壳体和第二壳体，所述电动机、力矩啮合装置和电控液压操作离合器位于第一壳体内，所述变速箱位于第二壳体内，所述第一壳体内设有隔板，所述隔板沿径向将第一壳体分为相互液密封的内室和外室两部分，所述电动机位于外室，所述力矩啮合装置和电控液压操作离合器位于内室。将电动机安装在力矩啮合装置的外围，使电动机和力矩啮合装置同轴径向布置，减小了动力驱动总成的轴向空间的布置尺寸，使得系统在结构上更加紧凑。电动机、力矩啮合装置和电控液压操作离合器都布置在第一壳体内，安装在发动机和变速箱之间，在传统动力汽车中，此位置通常用来安装液力变矩器。在本发明的混合动力汽车中，由于电动机和力矩啮合装置取代了传统动力汽车液力变矩器，其安装位置也正好取代了液力变矩器的安装位置，因此本发明的混合动力汽车驱动装置可以最大限度地借鉴传统动力汽车驱动装置的布局，从而节约设计成本。
优选地，所述电动机的定子固定在第一壳体上，电动机的转子安装在隔板上。
优选地，所述第二壳体内还包括一个主油泵，主油泵与变速箱的输入轴相连接。
优选地，所述变速箱的输入轴及隔板内设有与电控液压操作离合器相连通的液压油道。
优选地，所述内燃机安装在发动机舱内，还包括一个固定安装在发动机舱的内燃机制动器，所述内燃机制动器与内燃机的飞轮相连接。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明混合动力汽车驱动装置的结构原理图。
图2是图1中虚线框A所围部分的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种带有手自一体变速箱的混合动力汽车驱动装置，包括下列关键部件：内燃机1、电动机9、力矩啮合装置7、变速箱13、主油泵16、电控液压操作离合器8、内燃机制动器4和高压电池等。其中，内燃机1可以是汽油机也可以是柴油机，电机9为在正、反转时都可以工作在电动机状态或发电机状态的四象限电机，它包括定子9b和转子9a。
力矩啮合装置7将内燃机1和电动机9的输出功率耦合在一起，然后输出到变速箱的输入轴17。在本实施例中，力矩啮合装置7是一个包括太阳轮7s、行星架7c、齿圈7r的行星齿轮机构。其中，行星架7c与内燃机的输出轴2相连接，太阳轮7s与电机的转子9a相连接，齿圈7r与变速箱的输入轴17相连接。
电控液压操作离合器8连接在力矩啮合装置中的太阳轮7s与行星架7c之间，当电控液压操作离合器8啮合时，太阳轮7s与行星架7c就成为一体，此时内燃机1和电动机9就进入并联工作模式，电动机9可以根据需要助力或进行发电、及制动；电控液压操作离合器8释放时，此混合动力系统的力矩啮合装置7则工作在行星轮状态。
主油泵16与变速箱的输入轴17相连接。为了防止在某些情况下液压系统的油压不足，还集成了电控油泵15，电控油泵15与主油泵16并联，以保证液压系统和电控液压操作离合器8的工作油压。
内燃机制动器4与内燃机的飞轮3相连接，并固定安装在内燃机的机舱内。在纯电动运行时，通过的内燃机制动器4锁住内燃机输出轴2上的飞轮3，由电动机9单独驱动整车。
内燃机的输出轴2与行星架7c之间还连接有扭振减震器5，用来吸收来自发动机的振动，减少传递到驾驶员上的不舒服感。
混合动力整车控制器18用于对整车进行智能控制。变速箱13是一个有级变速箱。变速箱13内有一个用于锁住或释放变速箱输入轴17的离合器。在整车静止时，为了快速启动内燃机1，通过控制器18的控制，离合器锁住变速箱输入轴17，电动机9反转拖动内燃机1到目标转速，内燃机1即被快速启动。
如何将上述各部件布置在一个有限的空间内，是一个有待解决的问题。特别是，与传统动力汽车相比，混合动力汽车需要增加电动机和力矩啮合装置，这会造成驱动系统轴向尺寸的增加，给动力总成驱动系统的布置造成困难。本发明的创新之处就在于提供了一种更加合理的空间布局，使混合动力汽车驱动装置的结构更加紧凑、轴向尺寸小。
下面对本发明的结构作详细说明。
在本实施例中，包括同轴布置的第一壳体6和第二壳体12，第一壳体6和第二壳体12沿轴向相邻，其中主油泵16和变速箱13位于第二壳体12内。第一壳体6位于发动机和变速箱之间，在传统动力汽车中，此位置通常用来安装液力变矩器，由于在混合动力汽车中没有液力变矩器，因此本发明的设计构思是试图将电动机9和力矩啮合装置7取代液力变矩器的位置布置在第一壳体6内，但如果按照常规的做法，将电动机9和力矩啮合装置7沿轴向布置，是无法实现的。
本发明则创造性地将电动机9和力矩啮合装置7沿径向布置，从而巧妙地解决了这一难题。
如图2所示，电动机的转子9a呈空心圆筒形，力矩啮合装置7与转子9a同轴且安装在转子9a的空心圆筒内。第一壳体6主要由壳架6q、6k、6n所围成，设在第一壳体6内的隔板6p、6m沿径向将第一壳体6分为相互液密封的两个腔室——内室11和外室10，内室11和外室10同轴，且外室10环绕在内室11的外围。电动机9布置在外室10内，电动机的定子9b固定在壳架6k上，电动机的转子9a安装在隔板6m上，隔板6p与6m用螺栓连接，连接处的密封槽内还安装有密封圈。力矩啮合装置7和电控液压操作离合器8都安装在内室11中，电控液压操作离合器8安装在隔板6p、6m与力矩啮合装置7围成的空间内，隔板6m同时作为电控液压操作离合器8的固定摩擦片支架，电控液压操作离合器8的移动摩擦片支架20则通过销子19与行星轮7p、行星架7c相连接。
力矩啮合装置7的太阳轮7s与隔板6p通过齿啮合的方式进行相互连接，从而将太阳轮7s与电动机的转子9a连接在一起；齿圈7r与支架21用通过齿啮合进行相互连接，支架21进而与变速箱的输入轴17相连接；变速箱的输入轴17、支架21及隔板6m内设有通向电控液压操作离合器8液压油道，以控制电控液压操作离合器8的啮合或释放。
在彼此有相对旋转运动的不同元件间，根据需要安装有不同的轴承和密封圈。
在本实施例中，力矩啮合装置7采用双排行星轮的行星齿轮机构，行星架7c与两排行星轮7p同时相连接。为了提高整车驱动系统动力性能及控制上的方便，通常要求在变速箱输入轴转速为0时，电动机与内燃机的转速比接近-1。对于单排行星轮装置而言，为了实现电动机输出力矩与内燃机输出力矩耦合输出到变速箱的输入轴上，变速箱通常连接到行星架上，电动机与齿圈相连接，内燃机与太阳轮连接，当变速箱输入轴转速为0时，电动机与内燃机的转速比接近-1时，意味着齿圈与太阳轮的齿数比接近1，这样就不利于布置设计行星轮，换句话说，为了能布置下行星轮，需要增大太阳轮的直径数倍，进而增加了整个单排行星轮装置尺寸数倍；而对于双排行星轮的行星齿轮机构而言，变速箱通常连接到外齿圈上，电动机、内燃机分别连接到太阳轮和行星架上，在变速箱输入轴转速为0时，要求电动机与内燃机的转速比接近1时，双排行星齿轮装置的外齿圈与太阳轮的齿数比为2，这说明采用双排行星齿轮装置，有利于布置及设计与行星轮。总之，与单排行星齿轮装置相比较而言，实现整车系统要求的相同功能，双排行星齿轮装置具有更小得多的尺寸，更利于布置在电机的转子内。
本发明通过创造性的结构设计，将力矩啮合装置和电控液压操作离合器布置在电动机转子的径向空间内，减小了动力驱动总成的轴向布置尺寸，使得系统在结构上更加紧凑，为混合动力汽车提供了一种更合理的驱动系统的布局。

Claims (10)

1. 一种混合动力汽车驱动装置，包括内燃机(1)、电动机(9)、力矩啮合装置(7)和变速箱(13)，电动机(1)包括定子(9b)和转子(9a)，所述力矩啮合装置(7)的三根轴分别与内燃机(1)、变速箱(13)和电动机的转子(9a)相连接，其特征是：所述转子(9a)呈空心圆筒形，力矩啮合装置(7)与转子(9a)同轴且安装在转子(9a)的空心圆筒内。
2. 根据权利要求1所述的混合动力汽车驱动装置，其特征是：所述变速箱(13)与力矩啮合装置(7)相邻同轴布置。
3. 根据权利要求1所述的混合动力汽车驱动装置，其特征是：所述力矩啮合装置(7)是一个包括太阳轮(7s)、行星架(7c)和齿圈(7r)的行星齿轮机构，所述行星架(7c)与内燃机的输出轴(2)相连接，所述太阳轮(7s)与电动机的转子(9a)相连接，所述齿圈(7r)与变速箱的输入轴(17)相连接。
4. 根据权利要求3所述的混合动力汽车驱动装置，其特征是：所述力矩啮合装置(7)是一个包括双排行星轮的行星齿轮机构，所述行星架(7c)与两排行星轮同时相连接。
5. 根据权利要求3所述的混合动力汽车驱动装置，其特征是：所述力矩啮合装置(7)中的太阳轮(7s)与行星架(7c)之间连接有电控液压操作离合器(8)，所述电控液压操作离合器(8)也安装在转子(9a)的空心圆筒内。
6. 根据权利要求5所述的混合动力汽车驱动装置，其特征是：还包括沿轴向相邻的第一壳体(6)和第二壳体(12)，所述电动机(9)、力矩啮合装置(7)和电控液压操作离合器(8)位于第一壳体(6)内，所述变速箱(13)位于第二壳体(12)内，所述第一壳体(6)内设有隔板，所述隔板沿径向将第一壳体(6)分为相互液密封的内室(11)和外室(10)两部分，所述电动机(9)位于外室(10)，所述力矩啮合装置(7)和电控液压操作离合器(8)位于内室(11)。
7. 根据权利要求6所述的混合动力汽车驱动装置，其特征是：所述电动机的定子(9b)固定在第一壳体上，电动机的转子(9a)安装在隔板上。
8. 根据权利要求6所述的混合动力汽车驱动装置，其特征是：所述第二壳体(12)内还包括一个主油泵(16)，主油泵(16)与变速箱的输入轴(17)相连接。
9. 根据权利要求6所述的混合动力汽车驱动装置，其特征是：所述变速箱的输入轴(17)及隔板内设有与电控液压操作离合器(8)相连通的液压油道。
10. 根据权利要求1-9任一项所述的混合动力汽车驱动装置，其特征是：所述内燃机(1)安装在发动机舱内，还包括一个固定安装在发动机舱的内燃机制动器(4)，所述内燃机制动器(4)与内燃机的飞轮(3)相连接。
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