CN102328573B - 一种混合动力汽车驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种混合动力汽车驱动装置，主要包括发动机、太阳轮、行星轮、行星架、齿圈、太阳轮轴、公共齿轮、发电机齿轮、电动机齿轮、发电机、电动机、差速器、半轴、车轮。太阳轮与行星轮、行星架、齿圈等共同组成行星轮系，太阳轮与太阳轮轴、公共齿轮机械连接，用于发电机或电动机与行星轮系之间的动力传递。本发明在发电机与太阳轮之间增加一级齿轮传动，增加发电机输出功率的同时，降低系统对发电机的转速、强度等性能要求，从而降低技术难度和开发成本；本发明动力输出直接采用齿轮啮合，可靠性高，传动平稳、效率高，避免了链传动的缺点，降低了系统的维护费用。
Description
技术领域
本发明属于混合动力技术领域，涉及一种混合动力汽车驱动装置，具体涉及一种使用行星轮系的混合动力汽车驱动装置。
背景技术
现如今，人们不仅要求汽车有足够的性能和安全性，还对汽车的油耗和环保提出了更高的要求，也就是，要求汽车具有良好的动力性、操纵性、舒适性和安全性的同时，还要求汽车尽可能地降低油耗和排放，这就使得混合动力汽车成为人们青睐的对象。
在现有的混合动力技术中，采用行星轮系的混合动力汽车驱动装置大部分结构都非常复杂，加工装配也比较困难，其所能实现的性能、功能等，与开发、生产的技术和成本投入不成正比，因此，无论是结构，还是生产方面都很难实际用于车上。
丰田Prius混合动力汽车的动力分配装置，可谓是混合动力驱动装置中的典范，使用比较简单的结构，实现了复杂的功能，但是由于发电机与太阳轮直接机械连接，为了在中速以下范围内为电动机提供更充足的电能供给，发电机的最高转速达到了每分钟1万转，甚至更高，这就对电机转子的强度提出了很高的要求，同时也对永磁电机高速弱磁提出了更高的要求。另外，动力系统的动力输出采用的是链传动，这就把链传动的缺点，引入了动力系统。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提出一种使用行星轮系的混合动力汽车驱动装置，通过在发电机与太阳轮之间增加一级齿轮(行星轮系)传动，来降低系统对发电机的转速、强度等性能要求，从而降低技术难度和开发成本。同时，动力输出直接采用齿轮啮合，可靠性高，传动平稳、效率高，系统维护工作量低。
本发明提出一种混合动力汽车驱动装置，其特征在于：包括发动机、行星架、太阳轮、行星轮、齿圈、发电机齿轮、发电机、太阳轮轴、公共齿轮、电动机齿轮、电动机、差速器、半轴和车轮。
行星架传递发动机的动力，行星架分别与发动机和行星轮机械连接，行星架、太阳轮、行星轮、齿圈组成行星轮系；太阳轮通过太阳轮轴与公共齿轮机械连接，公共齿轮均与发电机齿轮和电动机齿轮机械连接，太阳轮用于为发电机与行星轮系之间或电动机与行星轮系之间传递动力。
齿圈与行星轮机械连接，齿圈还与差速器壳体上的齿轮啮合，为混合动力汽车驱动装置提供动力传输，进而驱动车轮转动。
所述的发电机与发电机齿轮机械连接，发电机通过太阳轮轴和公共齿轮，与太阳轮机械连接；所述的电动机与电动机齿轮机械连接，电动机通过太阳轮轴和公共齿轮，与太阳轮机械连接；所述的差速器通过半轴与车轮连接。
本发明的优点在于：
1、本发明所提供的一种混合动力汽车驱动装置，在发电机与太阳轮之间增加一级齿轮传动，增加发电机输出功率的同时，降低系统对发电机的转速、强度等性能要求，从而降低技术难度和开发成本；
2、本发明所提供的一种混合动力汽车驱动装置，动力输出直接采用齿轮啮合，可靠性高，传动平稳、效率高，避免了链传动的缺点，降低了系统的维护费用等；
3、本发明所提供的一种混合动力汽车驱动装置，发动机、发电机和电机非同轴布置，可以减少装置的总体长度，布置灵活。
附图说明
图1：本发明提出的一种混合动力汽车驱动装置的结构示意图。
图中：1-发动机； 2-行星架； 3-太阳轮；
4-行星轮； 5-齿圈； 6-发电机齿轮；
7-发电机； 8-太阳轮轴； 9-公共齿轮；
10-电动机齿轮； 11-电动机； 12-差速器
13-半轴； 14-车轮。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
本发明提供一种混合动力汽车驱动装置，如图1所示，主要包括发动机1、行星架2、太阳轮3、行星轮4、齿圈5、发电机齿轮6、发电机7、太阳轮轴8、公共齿轮9、电动机齿轮10、电动机11、差速器12、半轴13和车轮14。
所述的发动机1为传统内燃机，如汽油机、柴油机或其他燃料发动机，是混合动力汽车驱动装置的主要动力源之一，发动机1与行星架2机械连接。
所述的行星架2传递发动机1的动力，行星架2分别与发动机1和行星轮4机械连接，行星架2与太阳轮3、行星轮4、齿圈5共同组成行星轮系。
太阳轮3通过太阳轮轴8与公共齿轮9机械连接，公共齿轮9与发电机齿轮6均和电动机齿轮10机械连接，太阳轮3用于为发电机7与行星轮系之间或电动机11与行星轮系之间传递动力。
齿圈5与行星轮4机械连接，齿圈5还与差速器12壳体上的齿轮啮合，为混合动力汽车驱动装置提供动力传输，进而驱动车轮14转动。
所述的发电机7与发电机齿轮6机械连接，发电机7通过太阳轮轴8和公共齿轮9与太阳轮3机械连接，主要用于发动机1的驱动下发电和调整发动机的工作区域。优选地，所述的发电机7为永磁同步发电机。
所述的电动机11与电动机齿轮10机械连接，电动机11通过太阳轮轴8和公共齿轮9与太阳轮3机械连接，是混合动力汽车驱动装置的另一个动力源，用于混合动力汽车驱动装置的纯电动驱动功能，倒车及制动能量回收功能。
优选地，所述的电动机11为永磁同步电动机。
所述的差速器12通过半轴13与车轮14连接。所述的差速器12、半轴13和车轮14在结构和作用等方面与常规汽车的差速器、半轴和车轮相同。
本发明提出的一种混合动力汽车驱动装置通过各个部件的协调工作，该驱动装置可以实现混合动力汽车的各种行驶模式和功能。
当车辆中低速(如速度低于60km/h)行驶或在市内行驶时，采用发动机1驱动，不仅效率较低，油耗较高，而且燃烧后的排放污染物较多，因此，此时采用电动机11单独驱动车辆。此时，电动机11正向旋转(如图1所示)，通过电动机齿轮10、公共齿轮9和太阳轮轴8带动太阳轮3转动，方向如图1所示，由于发动机1处于静止状态，也就是行星架2处于静止状态，从而通过太阳轮3带动行星轮4旋转，再通过行星轮4带动齿圈5旋转，输出电动机11的动力，驱动车轮14转动，实现混合动力汽车驱动装置的纯电动驱动功能。
当车辆急加速(如司机猛踩油门或超车时)时，除了上述的电动机11通过行星轮系驱动车轮14旋转外，发动机1也通过行星架2进行动力的输出，发动机1的动力通过行星架2和行星轮4，传递到齿圈5，再经齿圈5将动力输出到车轮14。
当车辆纯电动行驶一定时间以后，车载储能装置存储的电能，不能满足车辆继续行驶使用时，发动机1起动，并成为车辆行驶的主要动力源，此时，电动机11仅作为发动机1的辅助动力源，即当车辆需求功率较大，而发动机1不能满足时，由电动机11进行补充。在此阶段，发动机1正向旋转，太阳轮3正向旋转的同时，带动发电机7正向旋转并工作在发电状态，此时，通过发电机7来调整，使得发动机始终工作在经济区域。
当车辆处于高速(如速度高于60km/h)巡航行驶时，仅依靠发动机1就足以驱动车辆行驶，且此时发动机1也能够工作在经济区域，因此，发电机7和电动机11都处于不转动的状态，在电动机齿轮10、公共齿轮9、发电机齿轮6和太阳轮轴8的传动下，太阳轮3也处于不转动的状态。发动机1带动行星架2正向旋转，在行星轮4的带动下，齿圈5也正向旋转，驱动车轮转动。
当车辆需要倒车时，混合动力汽车驱动装置的动力传递路线与纯电动驱动功能的动力传递路线相同，只需电动机11反向转动(与图1所示方向相反)即可。
在车辆减速或制动时，发动机1会自动关闭，因行星架2和发动机1是机械连接，故此时行星架2处于不转动的状态，车辆动能通过车轮14反馈到混合动力汽车驱动装置，在车轮14的驱动下，齿圈5继续正向转动，并带动行星轮4正向转动，行星轮4通过太阳轮3、太阳轮轴8、公共齿轮9、发电机齿轮6和电动机齿轮10，驱动发电机7和电动机11转动，电动机11工作在发电状态下，将车辆的动能转变为电能，如果车辆需要的制动强度较大，发电机7也可工作在发电状态，否则，发电机7将出于空转状态。
当车辆静止时，如果需要对储能装置进行充电，此时车轮14处于不转动的状态，也就是齿圈5处于静止状态，发动机1带动行星架2正向旋转，在行星架2和齿圈5的共同作用下，行星轮4反向旋转(与图1所示方向相反)，进而行星轮4带动太阳轮3反向旋转，在太阳轮轴8、公共齿轮9、发电机齿轮6和电动机齿轮10的传动下，发电机7和电动机11反向旋转，其中发电机7工作在发电状态，为储能装置充电。如果储能装置缺电较多，电动机11也可以工作在发电状态，否则，电动机11将处于空转状态。
本发明公开的混合动力汽车驱动装置，当车辆遇到红灯时，发动机1将自动关闭。
Claims (10)
1.一种混合动力汽车驱动装置，其特征在于：包括发动机、行星架、太阳轮、行星轮、齿圈、发电机齿轮、发电机、太阳轮轴、公共齿轮、电动机齿轮、电动机、差速器、半轴和车轮；
行星架传递发动机的动力，行星架分别与发动机和行星轮机械连接，行星架、太阳轮、行星轮、齿圈组成行星轮系；太阳轮通过太阳轮轴与公共齿轮机械连接，公共齿轮均与发电机齿轮和电动机齿轮机械连接，太阳轮用于为发电机与行星轮系之间或电动机与行星轮系之间传递动力；
齿圈与行星轮机械连接，齿圈还与差速器壳体上的齿轮啮合，为混合动力汽车驱动装置提供动力传输，进而驱动车轮转动；
所述的发电机与发电机齿轮机械连接，发电机通过太阳轮轴和公共齿轮，与太阳轮机械连接；所述的电动机与电动机齿轮机械连接，电动机通过太阳轮轴和公共齿轮，与太阳轮机械连接；所述的差速器通过半轴与车轮连接。
2.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车驱动装置，其特征在于：所述的发动机为内燃机。
3.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车驱动装置，其特征在于：所述的发电机为永磁同步发电机。
4.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车驱动装置，其特征在于：所述的电动机为永磁同步电动机。
5.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车驱动装置，其特征在于：当车辆速度低于60km/h时，所述的驱动装置采用电动机进行驱动。
6.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车驱动装置，其特征在于：当车辆急加速时，所述的驱动装置采用电动机和发动机进行驱动。
7.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车驱动装置，其特征在于：当车辆车载储能装置存储的电能，不能满足车辆继续行驶使用时，发动机起动，成为车辆行驶的主要动力源，电动机作为发动机的辅助动力源。
8.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车驱动装置，其特征在于：当车辆速度高于60km/h时，所述的驱动装置采用发动机进行驱动。
9.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车驱动装置，其特征在于：当车辆减速或制动时，发动机自动关闭，在车轮的驱动下，齿圈正向转动，并带动行星轮正向转动，行星轮通过太阳轮、太阳轮轴、公共齿轮、发电机齿轮和电动机齿轮，驱动发电机和电动机转动，电动机工作在发电状态下，将车辆的动能转变为电能。
10.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车驱动装置，其特征在于：当车辆静止时，发电机工作在发电状态，为储能装置充电。
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