CN101318462A - 混合动力车辆驱动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合动力车辆驱动系统，包括发动机、空心轴发电机、电动机、逆变器、电池和安装在机壳内的前行星齿轮机构，所述机壳内还安装有后行星齿轮机构；所述发动机的输出端穿过所述发电机的空心轴连接前行星齿轮机构的行星架，所述前行星齿轮机构的齿圈连接所述后行星齿轮机构的行星架，所述前行星齿轮机构的太阳轮连接所述空心轴发电机，所述空心轴发电机经逆变器连接所述电池，所述电池经逆变器连接所述电动机，所述电动机连接所述后行星齿轮机构的太阳轮，所述后行星齿轮机构的齿圈固定在机壳上，所述后行星齿轮机构的行星架上设置有用于车辆的动力输出接口。本发明降低了系统对电动机的转矩需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种车辆驱动系统，尤其涉及一种混合动力车辆驱动系统。
背景技术
混合动力驱动系统有串联、并联和混联三种形式。串联混合动力系统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，缺点是经两次能量全部转换，损失能量过大。并联系统是在传统的汽车传动系统基础上，另加一路电动驱动系统，为汽车加速或爬坡时提供辅助动力，其优点是能量转换的比例较少，缺点是发动机与车轮间靠直接的机械连接，发动机不能总在高效率点工作。现有的混联系统是采用一套行星齿轮机构，行星架与发动机连接， 太阳轮与发电机连接，齿圈与电动机连接，并设置有用于驱动车辆的动力输出接口，这种结构可以发挥串联式和并联式的优点，但是由于齿圈的转速较低，所要求的电动机转矩势必很大，这种低速大转矩的电动机的缺点是体积大、重量大、材料成本高。
发明内容
为了解决现有混联系统电动机转矩过大的问题，本发明的基本构思是：采用两套行星齿轮机构，两套行星齿轮机构中的两个转速较高、转矩较小的太阳轮分别连接发电机和电动机。
作为实现本发明基本构思的第一种技术方案，一种混合动力车辆驱动系统，包括发动机、空心轴发电机、电动机、逆变器、电池和安装在机壳内的前行星齿轮机构，所述机壳内还安装有后行星齿轮机构；所述发动机的输出端穿过所述发电机的空心轴连接所述前行星齿轮机构的行星架，所述前行星齿轮机构的齿圈连接所述后行星齿轮机构的行星架，所述前行星齿轮机构的太阳轮连接所述空心轴发电机，所述空心轴发电机经逆变器连接所述电池，所述电池经逆变器连接所述电动机，所述电动机连接所述后行星齿轮机构的太阳轮，所述后行星齿轮机构的齿圈固定在机壳上，所述后行星齿轮机构的行星架上设置有用于车辆的动力输出接口。
作为实现本发明基本构思的第二种技术方案，一种混合动力车辆驱动系统，包括发动机、空心轴发电机、电动机、逆变器、电池和安装在机壳内的前行星齿轮机构，所述机壳内还安装有后行星齿轮机构，所述发动机的输出端穿过所述发电机的空心轴连接所述前行星齿轮机构的行星架，所述前行星齿轮机构的齿圈连接所述后行星齿轮机构的齿圈，所述前行星齿轮机构的太阳轮连接所述空心轴发电机，所述空心轴发电机经逆变器连接所述电池，所述电池经逆变器连接所述电动机，所述电动机连接所述后行星齿轮机构的太阳轮，所述后行星齿轮机构的行星架固定在机壳上，所述后行星齿轮机构的齿圈上设置有用于车辆的动力输出接口。
作为实现本发明基本构思的第三种技术方案，一种混合动力车辆驱动系统，包括发动机、空心轴发电机、电动机、逆变器、电池和安装在机壳内的前行星齿轮机构，所述机壳内还安装有后行星齿轮机构，所述发动机的输出端穿过所述发电机的空心轴连接所述前行星齿轮机构的齿圈，所述前行星齿轮机构的行星架连接所述后行星齿轮机构的行星架，所述前行星齿轮机构的太阳轮连接所述空心轴发电机，所述空心轴发电机经逆变器连接所述电池，所述电池经逆变器连接所述电动机，所述电动机连接所述后行星齿轮机构的太阳轮，所述后行星齿轮机构的齿圈固定在机壳上，所述后行星齿轮机构的行星架上设置有用于车辆的动力输出接口。
作为实现本发明基本构思的第四种技术方案，一种混合动力车辆驱动系统，包括发动机、空心轴发电机、电动机、逆变器、电池和安装在机壳内的前行星齿轮机构，所述机壳内还安装有后行星齿轮机构，所述发动机的输出端穿过所述发电机的空心轴连接所述前行星齿轮机构的齿圈，所述前行星齿轮机构的行星架连接所述后行星齿轮机构的齿圈，所述前行星齿轮机构的太阳轮连接所述空心轴发电机，所述空心轴发电机经逆变器连接所述电池，所述电池经逆变器连接所述电动机，所述电动机连接所述后行星齿轮机构的太阳轮，所述后行星齿轮机构的行星架固定在机壳上，所述后行星齿轮机构的齿圈上设置有用于车辆的动力输出接口。
上述四种技术方案中，所述动力输出接口设置在所述空心轴发电机和所述电动机之间。
上述四种技术方案中，所述电动机为空心轴电动机，所述动力输出接口穿出所述电动机的空心轴设置在电动机后端。
本发明的有益效果是：由于电动机连接后行星齿轮机构中的太阳轮，使得电动机转矩大大降低，从而有效地降低了电动机的重量，减少了电动机的材料成本。
附图说明
图1为本发明第一种技术方案实施例一纵向输出的结构示意图；
图2为本发明第一种技术方案实施例二侧向输出的结构示意图；
图3为本发明第二种技术方案实施例一纵向输出的结构示意图；
图4为本发明第二种技术方案实施例二侧向输出的结构示意图；
图5为本发明第三种技术方案实施例一纵向输出的结构示意图；
图6为本发明第三种技术方案实施例二侧向输出的结构示意图；
图7为本发明第四种技术方案实施例一纵向输出的结构示意图；
图8为本发明第四种技术方案实施例二侧向输出的结构示意图。
图中：1、发动机，2、前行星齿轮机构，3、后行星齿轮机构，4、空心轴发电机，5、电动机，6、逆变器，7、电池，8、机壳。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
第一种技术方案的实施例一、二，如图1、图2所示，表示输出接口，一种混合动力车辆驱动系统，包括发动机1、前行星齿轮机构2、后行星齿轮机构3、空心轴发电机4、电动机5、逆变器6、电池7。其中，发动机1的输出端穿过空心轴发电机的空心轴连接前行星齿轮机构2的行星架，前行星齿轮机构2的齿圈连接后行星齿轮机构3的行星架并与之一起旋转，前行星齿轮机构2的太阳轮连接空心轴发电机4，空心轴发电机4经逆变器6变直流储存在电池7内，或再变交流输出给电动机5，电动机5连接后行星齿轮机构3的太阳轮，后行星齿轮机构3的齿圈固定在机壳8上，后行星齿轮机构3的行星架上设置有用于车辆的动力输出接口。前行星齿轮机构2的齿圈上的转矩和后行星齿轮机构3的行星架上的转矩共同作用在车辆的动力输出接口上。
用于驱动车辆的动力输出接口可以直接设置在空心轴发电机和电动机之间，如图2所示，通过机械方式向车轴提供动力；如图1所示，也可以通过采用空心轴电动机，将动力输出接口穿过电动机的空心轴移植到电动机的后端。
第二种技术方案的实施例一、二，如图3、图4所示，
表示输出接口，一种混合动力车辆驱动系统，包括发动机1、前行星齿轮机构2、后行星齿轮机构3、空心轴发电机4、电动机5、逆变器6、电池7。其中，发动机1的输出端穿过空心轴发电机的空心轴连接前行星齿轮机构2的行星架，前行星齿轮机构2的齿圈连接后行星齿轮机构3的齿圈并与之一起旋转，前行星齿轮机构2的太阳轮连接空心轴发电机4，空心轴发电机4经逆变器6变直流储存在电池7内，或再变交流输出给电动机5，电动机5连接后行星齿轮机构3的太阳轮，后行星齿轮机构3的行星架固定在机壳8上，后行星齿轮机构3的齿圈上设置有用于车辆的动力输出接口。前行星齿轮机构2的齿圈上的转矩和后行星齿轮机构3的齿圈上的转矩共同作用在车辆的动力输出接口上。
用于驱动车辆的动力输出接口可以直接设置在空心轴发电机和电动机之间，如图4所示，通过机械方式向车轴提供动力；如图3所示，也可以通过采用空心轴电动机，将动力输出接口穿过电动机的空心轴移植到电动机的后端。
第三种技术方案的实施例一、二，如图5、图6所示，
表示输出接口，一种混合动力车辆驱动系统，包括发动机1、前行星齿轮机构2、后行星齿轮机构3、空心轴发电机4、电动机5、逆变器6、电池7。其中，发动机1的输出端穿过空心轴发电机的空心轴连接前行星齿轮机构2的齿圈，前行星齿轮机构2的行星架连接后行星齿轮机构3的行星架并与之一起旋转，前行星齿轮机构2的太阳轮连接空心轴发电机4，空心轴发电机4经逆变器6变直流储存在电池7内，或再变交流输出给电动机5，电动机5连接后行星齿轮机构3的太阳轮，后行星齿轮机构3的齿圈固定在机壳8上，后行星齿轮机构3的行星架上设置有用于车辆的动力输出接口。前行星齿轮机构2的行星架上的转矩和后行星齿轮机构3的行星架上的转矩共同作用在车辆的动力输出接口上。
用于驱动车辆的动力输出接口可以直接设置在空心轴发电机和电动机之间，如图6所示，通过机械方式向车轴提供动力；如图5所示，也可以通过采用空心轴电动机，将动力输出接口穿过电动机的空心轴移植到电动机的后端。
第四种技术方案的实施例一、二，如图7、图8所示，
表示输出接口，一种混合动力车辆驱动系统，包括发动机1、前行星齿轮机构2、后行星齿轮机构3、空心轴发电机4、电动机5、逆变器6、电池7。其中，发动机1的输出端穿过空心轴发电机的空心轴连接前行星齿轮机构2的齿圈，前行星齿轮机构2的行星架连接后行星齿轮机构3的齿圈并与之一起旋转，前行星齿轮机构2的太阳轮连接空心轴发电机4，空心轴发电机4经逆变器6变直流储存在电池7内，或再变交流输出给电动机5，电动机5连接后行星齿轮机构3的太阳轮，后行星齿轮机构3的行星架固定在机壳8上，后行星齿轮机构3的齿圈上设置有用于车辆的动力输出接口。前行星齿轮机构2的行星架上的转矩和后行星齿轮机构3的齿圈上的转矩共同作用在车辆的动力输出接口上。
用于驱动车辆的动力输出接口可以直接设置在空心轴发电机和电动机之间，如图8所示，通过机械方式向车轴提供动力；如图7所示，也可以通过采用空心轴电动机，将动力输出接口穿过电动机的空心轴移植到电动机的后端。
上述四种技术方案中，前行星齿轮机构一方面向车轴传递动力，另一方面其太阳轮与空心轴发电机的转子一起旋转，将发动机的剩余动力转化成电能，这部分电能通过电动机转换成机械能作用在后行星齿轮机构的太阳轮上，并经后行星齿轮机构变速后，也向车轴传递动力。依据车辆的运行工况，空心轴发电机、电动机和电池之间都可以发生能量转移。其特点是两套行星齿轮机构中的两个转速相对较高、转矩相对较小的太阳轮分别连接空心轴发电机和电动机，需求的电机转矩小，意味着电机的体积可以较小，节约材料，且重量轻。
整个系统中功率分为两条路经传递：一部分发动机功率以机械方式输出给驱动轴，可以采用两种方式，第一种方式为：通过发动机驱动前行星齿轮机构的行星架，前行星齿轮机构的齿圈输出动力给驱动轴；第二种方式为：发动机驱动前行星齿轮机构的齿圈，前行星齿轮机构的行星架输出动力给驱动轴；另一部分发动机功率通过空心轴发电机，将机械能转化成电能输出给电动机，由电动机驱动后行星齿轮机构的太阳轮，这部分动力也可以采用两种方式输出给驱动轴，第一种方式为：固定后行星齿轮机构的齿圈，通过其太阳轮驱动其行星架，依靠行星架输出动力给驱动轴；第二种方式为：固定后行星齿轮机构的行星架，通过其太阳轮驱动其齿圈，依靠齿圈输出动力给驱动轴。上述两部分发动机功率已经通过系统会合。
根据车辆的需要，所述的空心轴发电机可以以发电方式工作，也可以以电动方式工作；同理，所述的电动机可以以电动方式工作，也可以以发电方式工作。
当汽车低速或小负荷行驶时，关闭发动机，由电池向电动机提供动力，由电动机驱动车轮运转，实现汽车零排放行驶。
当汽车正常行驶时，由发动机提供动力，发动机在油耗低、排放少的区域工作，发动机提供的动力由两个通道分别传递给前、后车轮，主通道为发动机驱动前行星齿轮机构的行星架，前行星齿轮机构的齿圈输出动力给驱动轴的机械通道，副通道为空心轴发电机传递给电动机的电力通道；或主通道为发动机驱动前行星齿轮机构的齿圈，前行星齿轮机构的行星架输出动力给某驱动轴的机械通道，副通道为空心轴发电机传递给电动机的电力通道。通过前、后行星齿轮机构相互连接，主、副通道的动力共同作用在前、后行星齿轮机构的连接件上，向车轴提供动力，通过控制两通道能量流的比例来获得高效率。
当汽车加速或爬坡行驶时，除发动机通过两个通道分别向车轴提供动力外，电池也向电动机提供动力。
当汽车减速或下长坡时，电动机以发电状态工作，由车轮驱动，将汽车的动能转化为电能，储存在电池中。
本发明采用两套行星齿轮机构，避免了现有技术中电动机驱动转速相对较小、转矩需求过大的齿圈或行星架的弊病，电动机不需要过大的转矩。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之例，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，采用其它形式，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种混合动力车辆驱动系统，包括发动机、空心轴发电机、电动机、逆变器、电池和安装在机壳内的前行星齿轮机构，其特征是，所述机壳内还安装有后行星齿轮机构；所述发动机的输出端穿过所述发电机的空心轴连接所述前行星齿轮机构的行星架，所述前行星齿轮机构的齿圈连接所述后行星齿轮机构的行星架，所述前行星齿轮机构的太阳轮连接所述空心轴发电机，所述空心轴发电机经逆变器连接所述电池，所述电池经逆变器连接所述电动机，所述电动机连接所述后行星齿轮机构的太阳轮，所述后行星齿轮机构的齿圈固定在机壳上，所述后行星齿轮机构的行星架上设置有用于车辆的动力输出接口。
2.一种混合动力车辆驱动系统，包括发动机、空心轴发电机、电动机、逆变器、电池和安装在机壳内的前行星齿轮机构，其特征是，所述机壳内还安装有后行星齿轮机构，所述发动机的输出端穿过所述发电机的空心轴连接所述前行星齿轮机构的行星架，所述前行星齿轮机构的齿圈连接所述后行星齿轮机构的齿圈，所述前行星齿轮机构的太阳轮连接所述空心轴发电机，所述空心轴发电机经逆变器连接所述电池，所述电池经逆变器连接所述电动机，所述电动机连接所述后行星齿轮机构的太阳轮，所述后行星齿轮机构的行星架固定在机壳上，所述后行星齿轮机构的齿圈上设置有用于车辆的动力输出接口。
3.一种混合动力车辆驱动系统，包括发动机、空心轴发电机、电动机、逆变器、电池和安装在机壳内的前行星齿轮机构，其特征是，所述机壳内还安装有后行星齿轮机构，所述发动机的输出端穿过所述发电机的空心轴连接所述前行星齿轮机构的齿圈，所述前行星齿轮机构的行星架连接所述后行星齿轮机构的行星架，所述前行星齿轮机构的太阳轮连接所述空心轴发电机，所述空心轴发电机经逆变器连接所述电池，所述电池经逆变器连接所述电动机，所述电动机连接所述后行星齿轮机构的太阳轮，所述后行星齿轮机构的齿圈固定在机壳上，所述后行星齿轮机构的行星架上设置有用于车辆的动力输出接口。
4.一种混合动力车辆驱动系统，包括发动机、空心轴发电机、电动机、逆变器、电池和安装在机壳内的前行星齿轮机构，其特征是，所述机壳内还安装有后行星齿轮机构，所述发动机的输出端穿过所述发电机的空心轴连接所述前行星齿轮机构的齿圈，所述前行星齿轮机构的行星架连接所述后行星齿轮机构的齿圈，所述前行星齿轮机构的太阳轮连接所述空心轴发电机，所述空心轴发电机经逆变器连接所述电池，所述电池经逆变器连接所述电动机，所述电动机连接所述后行星齿轮机构的太阳轮，所述后行星齿轮机构的行星架固定在机壳上，所述后行星齿轮机构的齿圈上设置有用于车辆的动力输出接口。
5.根据权利要求1至4之一所述的混合动力车辆驱动系统，其特征是，所述动力输出接口设置在所述空心轴发电机和所述电动机之间。
6.根据权利要求1至4之一所述的混合动力车辆驱动系统，其特征是，所述电动机为空心轴电动机，所述动力输出接口穿出所述电动机的空心轴设置在电动机后端。
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