CN102398506A - 混合动力系 - Google Patents

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Abstract

描述了一种包括旋转能量源、齿轮组、可旋转定子电机、最终驱动齿轮组以及能量存储装置的混合动力系。通过使用一个或者多个离合器选择性地连接这些特征，可以实现一系列模式，从而与实现类似功能的系统相比使用实质上较少的部件获得递送不同的功率系的特性。通过在模式之间变化，旋转能量源与可旋转定子机的效率可以基于车辆的当前所需性能而得以优化，从而在宽范围的行驶条件下产生整体的效率增加。

Description

混合动力系
技术领域
本发明的实施例涉及混合动力系，并且更具体涉及将引擎的输出互连至驱动的混合动力系，该混合动力系包括旋转电机，该旋转电机具有两个电旋转构件并且可以配置为作为电动机或者发电机操作。混合动力系还包括三个机械耦合装置，这些装置能够被选择以可逆地耦合驱动的各个部件，从而允许混合传动系以不同的模式进行操作。混合动力系还包括能量存储装置，以用于当旋转电机作为电动机操作时向其提供电力，并且用于当旋转电机作为发电机操作时存储来自旋转电机的电力。
背景技术
当前，大多数路面行驶车辆使用通过汽油、柴油、乙醇、液化气、生物燃料或者任何可燃液体燃料提供动力的内燃机，该内燃机耦合到以不同比率将动力源连接到车辆车轮的齿轮箱。然而，这要求动力源的速度和扭矩改变，以允许将期望的扭矩和速度递送到车轮。在这些情况下，动力源不能够连续地在其最高效率状态下运行。更进一步，当车辆减速时，为使车辆慢下来而从车辆取得的动能被作为热损耗掉，从而耗散在刹车系统中。
已经通过将电动机/发电机和动力存储装置与内燃引擎组合而进行了校正这些问题的先前尝试。这些尝试已经很成功，但是大多数系统要求许多部件，并且要求使用两个电动机/发电机。这些系统中的多数也不能够跨宽范围的行驶条件而提供内燃引擎和电动机/发电机的最佳的操作条件，从而导致小于最佳的燃料效率。
所提出的发明允许依赖于驾驶员的需求从系统中取出或者向系统给出能量，而同时减小系统中的部件的数量。本发明还允许系统在不同的“模式”之间切换，借此，引擎或者电机的操作条件是变化的，从而确保无论施加的行驶条件如何，它们总是在最佳效率处操作或者接近最佳效率操作。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种用于将引擎的输出互连至驱动的混合动力系，该混合动力系包括：旋转电机，其包括第一可旋转构件和第二可旋转构件；能量存储装置，其电连接到旋转电机，并且被配置为向旋转电机供应电力或者从其接收电力；第一机械耦合装置和第二机械耦合装置，它们能够被选择，以分别将第一可旋转构件和第二可旋转构件可逆地连接到引擎的输出；第三机械耦合装置，其能够被选择，以将可旋转构件中的一个可逆地连接到接地点，其中可旋转构件中的另一个机械地连接到旋转电机的输出；并且其中该混合动力系根据机械耦合装置中的哪个或哪些被选择为连接而在不同的模式中操作。
第二可旋转构件可以连接到接地点，并且然后第一可旋转构件连接到旋转电机的输出。包括环形齿轮、行星架、太阳齿轮的行星齿轮组可以被部署为将第一可旋转构件和第二可旋转构件与第一机械耦合装置和第二机械耦合装置机械地互连。
第二可旋转构件可以连接到接地点，并且然后第一可旋转构件连接到旋转电机的输出。包括环形齿轮、行星架、太阳齿轮的行星齿轮组可以被部署为将第一可旋转构件和第二可旋转构件与驱动机械地互连。
第二可旋转构件可以连接到接地点，并且然后第一可旋转构件连接到旋转电机的输出。可以部署包括环形齿轮、行星架、太阳齿轮的行星齿轮组，其中旋转电机的输出机械地连接到行星架并且环形齿轮连接到驱动；旋转电机的输出也经由第四可选择连接器连接到驱动，并且太阳齿轮经由第五可选择连接器连接到接地点。
第一可旋转构件可以连接到接地点，并且然后第二可旋转构件连接到旋转电机的输出。包括环形齿轮、行星架、太阳齿轮的行星齿轮组可以被部署为将第一可旋转构件和第二可旋转构件与第一机械耦合装置和第二机械耦合装置机械地互连。
第一可旋转构件可以连接到接地点，并且然后第二可旋转构件连接到旋转电机的输出。包括环形齿轮、行星架、太阳齿轮的行星齿轮组可以被部署为将第一可旋转构件和第二可旋转构件与驱动机械地互连。
可以部署齿轮组以将引擎的输出机械地连接到第一机械耦合装置和第二机械耦合装置。
可以部署齿轮组以将第一可旋转构件和第二可旋转构件中的一个机械地连接到旋转电机的输出。
本发明允许系统中的部件的速度和扭矩发生改变。
附图说明
图1是包含具有引擎和电机之间的齿轮组的旋转定子电机的系统的第一实施例的示意图。
图2是包含具有引擎和电机之间的齿轮组的旋转定子电机的系统的第一实施例的变形的示意图，借此电机的方向进行了反转。
图3是包含具有电机和最终驱动齿轮组之间的齿轮组的旋转定子电机的系统的第二实施例的示意图。
图4是包含具有电机和最终驱动齿轮组之间的齿轮组的旋转定子电机的系统的第二实施例的变形的示意图。
图5是使用行星齿轮系作为电机和最终驱动齿轮组之间的齿轮组的系统的第二实施例的应用的示意图。
图6是覆盖了其中行星齿轮组被用作电机和最终驱动齿轮组之间的齿轮组的特定情况的系统的第三实施例的示意图。
图7-图12是可能在图6中示出的系统的第三实施例中使用的具体行星齿轮组配置。
图13是覆盖了其中行星齿轮组被用作电机和最终驱动之间的齿轮组的特定情况的系统的第四实施例的示意图。
图14-图19是在图13中示出的系统的第四实施例可能使用的具体行星齿轮组配置。
图20是覆盖了其中行星齿轮组被用作动力源和电机之间的齿轮组的特定情况系统的第五实施例的示意图。
图21是覆盖了其中行星齿轮组被用作动力源和电机之间的齿轮组的特定情况的系统的第六实施例的示意图。
图22-图27是在图20和图21中示出的系统的第五和第六实施例可能使用的具体行星齿轮组配置。
具体实施方式
图1示出了包含旋转能量源10的混合动力系14，该旋转能量源10可以是内燃引擎或者能够产生旋转输出的任何装置。具有第一可旋转构件15和第二可旋转构件16的旋转电机13电连接到能量存储装置22，该能量存储装置22可以是能够存储能量的任何装置，诸如电池组或者燃料电池。旋转电机可以被以各种方式描述为双转子电机或者旋转定子电机。
在图1中示出的实施例中，输出轴11将引擎连接到齿轮组12。齿轮组可以是提供引擎和电机之间的速度/扭矩比率的任何装置，可能的配置包括固定比率齿轮组或者多比率齿轮组、具有任意数目的以下部件的行星组，这些部件经由使用离合器或者其他扭矩中断装置或者CVT变速器接地或者彼此连接。
混合动力系包含旋转电机，该旋转电机包括第一可旋转构件16和第二可旋转构件15。在下文中这些称为可旋转定子部分15和转子部分16。可以允许可旋转定子自由旋转，或者通过啮合连接到地的一个或者多个离合器19而使可旋转定子保持静止。
混合动力系包括一个或者多个机械耦合装置17，这些装置17允许电机的转子与齿轮组的构件啮合并且迫使电机的转子随着齿轮组的构件旋转，从而间接地将电机的转子与输入轴和引擎连接。一个或者多个机械耦合装置17也可以脱离啮合，从而允许转子独立于齿轮组与引擎而旋转。
混合动力系还包含一个或者多个机械耦合装置18，这些机械耦合装置18允许齿轮组并且因此允许引擎与电机的可旋转定子啮合或者脱离啮合。电机的转子连接到最终驱动齿轮组21。最终驱动齿轮组是实现引擎和电机之间的速度/扭矩比率的任何装置，可能的配置包括固定比率齿轮组或者多比率齿轮组、冕状轮(crown wheel)和小齿轮(pinion)、具有任意数目的以下部件的行星组，这些部件经由使用机械耦合装置或者其他扭矩中断装置或者CVT变速器接地或者彼此连接。如果在任意特定应用中认为最终驱动齿轮组为不必要的，则可以省略最终驱动齿轮组。最终驱动齿轮组连接到输出23，输出23包括可以用来给多种机器(包括路面车辆的车轮或者旋转输入机器)供应动力的旋转输出。
如在表1中所描述的，通过改变一个或者多个机械耦合装置的状态，混合动力系可以在各种模式中操作。通过使一个或者多个机械耦合装置19啮合并且使一个或者多个机械耦合装置17和18脱离啮合来选择电驱动模式。在该模式中，在引擎和车轮之间不存在扭矩路径，并且因此所有的驱动动力来自电机。该模式在低速高加速度情境中尤其有用，这种情境诸如在城镇周围驾驶车辆，其中使用引擎不足以实现所要求的速度和扭矩改变。该特定情况使可旋转定子接地，电机然后从能量存储装置取得能量，将其转化为扭矩。然后将扭矩馈入到最终驱动齿轮组并且最终作为旋转输出而输出。
机械耦合装置例如可以是离合器，并且在下文中使用该术语。
表1
  模式   离合器17   离合器18   离合器19
  电驱动   O   O   X
  速度   O   X   O
  扭矩   X   O   X
  IC启动   X   O   X
  能量恢复   O   O   X
  静止充电   O   X   O
说明：X＝离合器啮合；O＝离合器脱离啮合
速度模式允许电机在不增加或者减去扭矩的情况下向传动系增加或者减去速度。该特定模式在中速情境中是有用的，在该中速情境中，已由引擎提供的扭矩足以使车辆加速并且克服由路面和空气提供的阻力。当引擎产生了足够的扭矩，并且从引擎输出的速度高于需要时，可以从系统取得能量并且将能量存储在能量存储装置中以供稍后使用。速度增加经由可旋转定子电机获得。电机的可旋转定子以由齿轮组确定的比率随着引擎旋转。电机然后可以从能量存储装置汲取能量从而在可旋转定子和转子之间产生相对负的速度，或者从能量存储装置输入能量从而在可旋转定子和转子之间产生相对正的速度。在合适时，在可旋转定子速度中增加或者从可旋转定子速度中减去该相对速度，从而产生接下来被输入到最终驱动齿轮组的较大或者较小的总速度。如表1中所描述的，速度模式要求一个或者多个离合器18啮合，并且一个或者多个离合器17和19脱离啮合。
扭矩模式允许电机在不增加或者减去速度的情况下通过向能量存储装置给出或者从能量存储装置汲取能量而向动力系增加或者从动力系减去扭矩。如果动力系将在高速(诸如高速行驶)下保持在速度模式中，则电机将总是向该系统中增加速度，并且因此总是从能量存储装置汲取能量，从而耗尽电力。在该情境中，扭矩模式校正该问题。可旋转定子接地，并且引擎经由齿轮组连接到转子。现在存在从引擎到输出的直接机械路径，并且从而在该路径上的任何点处的速度由引擎、齿轮组和最终驱动齿轮组确定。如果在输出处的所要求的扭矩比由引擎供应的少，则电机从该系统取得能量并且将该能量存储在能量存储装置中，从而在转子和可旋转定子之间产生负的扭矩差，从动力系中减去该扭矩差，从而减小了总扭矩输出。如果所要求的扭矩比已经供应的大(诸如在高速下超车)，则电机从能量存储装置取出能量，从而在转子和可旋转定子之间建立正的扭矩差，向动力系增加该扭矩差，从而增加总扭矩输出。
扭矩模式要求使一个或者多个离合器17和19啮合并且使一个或者多个离合器18脱离啮合。
如果旋转能量源要求外部启动方法(诸如在内燃引擎中)，则一个或者多个离合器17和19啮合，而同时一个或者多个离合器18脱离啮合。来自电机的扭矩将使引擎在正方向上旋转，从而启动装置。
能量恢复模式允许车辆重新取得动能并且将其存储以供稍后使用。这在刹车操作下或者在车辆在下山时尤其有用。可旋转定子接地，并且经由最终驱动齿轮组连接到输出的转子在可旋转定子内旋转。电机从动力系取出能量，并且将其存储在能量存储装置中，继而减小了车辆的速度。能量恢复模式要求一个或者多个离合器19将被啮合，而同时使一个或者多个离合器17和18将脱离啮合。
在某些情况中，可能要求在车辆静止时(如在堵车中)对能量存储装置充电。在该情况中，由外部刹车装置导致不存在输出的旋转。一个或者多个离合器18啮合，并且一个或者多个离合器17和19脱离啮合。这允许可旋转定子相对于转子旋转。然后可以从电机汲取能量，并且这些能量被存储在能量存储装置中。
图2示出了与在图1中所示出的类似的可旋转定子混合动力系。该系统的功能与图1中示出的系统的功能相同，然而在该实例中，可旋转定子机的方向进行了反转，并且转子可选地接地。该系统包含旋转能量源、旋转定子电机、能量存储装置、输入轴和齿轮组。可以允许转子自由旋转，或者通过使一个或者多个离合器19啮合而使转子保持静止。
混合动力系包括一个或者多个离合器17，其允许电机的转子与齿轮组的构件啮合并且迫使电机的转子随着齿轮组的构件旋转，从而间接地将电机的转子与输入轴和引擎连接。一个或者多个离合器17也可以脱离啮合，从而允许转子独立于齿轮组和引擎而旋转。混合动力系还包括一个或者多个离合器18，其允许齿轮组并且从而允许引擎与电机的可旋转定子啮合或者脱离啮合。电机的可旋转定子连接到最终驱动齿轮组。最终驱动齿轮组连接到由旋转输出组成的输出。基于一个或者多个离合器17、18和19的状态，可以获得各种操作模式。在表2中总结了可实现的各种操作模式。
表2
  模式   离合器17   离合器18   离合器19
  电驱动   O   O   X
  速度   X   O   O
  扭矩   O   X   X
  IC启动   O   X   X
  能量恢复   O   O   X
  静止充电   X   O   O
说明：X＝离合器啮合；O＝离合器脱离啮合
图3示出了旋转定子混合动力系，其中齿轮组插入在电机和最终驱动齿轮组之间。与图1中示出的实施例相比，动力系的该实施例的操作没有什么不同，然而，其允许在电机和最终驱动之间实现不同的比率，从而允许电机和旋转动力源这两者的效率都得以优化。该系统包括旋转能量源、旋转定子电机、能量存储装置、输入轴和齿轮组。可以允许可旋转转子自由旋转，或者通过啮合一个或者多个离合器19而使可选装转子保持静止。
混合动力系包括一个或者多个离合器17，其允许电机的转子与输入轴和引擎啮合或者迫使电机的转子随着输入轴和引擎旋转一个或者多个离合器17也可以脱离啮合，从而允许转子独立于引擎而旋转。混合动力系还包括一个或者多个离合器18，其允许引擎与电机的可旋转定子啮合或者脱离啮合。通过改变一个或者多个离合器17、18和19的状态，系统能够在各种模式中操作。在表3中总结了可实现的各种模式。
表3
  模式   离合器17   离合器18   离合器19
  电驱动   O   O   X
  速度   O   X   O
  扭矩   X   O   X
  IC启动   X   O   X
  能量恢复   O   O   X
  静止充电   O   X   O
说明：X＝离合器啮合；O＝离合器脱离啮合
图4示出了与在图3中示出的类似的可旋转定子混合动力系。该系统的功能与图3中示出的系统的功能相同，然而在该实例中，可旋转定子机的方向进行了反转，并且转子可选地接地。该系统包含旋转能量源、旋转定子电机、能量存储装置、输入轴和齿轮组。可以允许转子自由旋转，或者通过啮合一个或者多个离合器19而使转子保持静止。
混合动力系包括一个或者多个离合器17，其允许电机的转子与输入轴和引擎啮合或者迫使电机的转子随着输入轴和引擎旋转。一个或者多个离合器17也可以脱离啮合，从而允许转子独立于引擎而旋转。混合动力系还包括一个或者多个离合器18，其允许引擎与电机的可旋转定子啮合或者脱离啮合。电机的可旋转定子连接到齿轮组，并且继而连接到最终驱动齿轮组。最终驱动齿轮组连接到由旋转输出组成的输出。基于一个或者多个离合器17、18和19的状态，可获得各种操作模式。在表4中总结了可实现的各种模式。
表4
  模式   离合器17   离合器18   离合器19
  电驱动   O   O   X
  速度   X   O   O
  扭矩   O   X   X
  IC启动   O   X   X
  能量恢复   O   O   X
  静止充电   X   O   O
说明：X＝离合器啮合；O＝离合器脱离啮合
图5是在图3中示出的概念的一个应用。该特定配置使用具有环形齿轮25、行星齿轮架26、太阳齿轮27的行星齿轮组30、允许太阳齿轮可选地接地的一个或者多个离合器28、以及允许在环形齿轮和行星架之间的连接的一个或者多个离合器24，来实现各种比率。
电机的输出连接到行星架，太阳齿轮连接到一个或者多个离合器28，并且环形齿轮连接到最终驱动的输入。一个或者多个离合器24连接到环形齿轮和行星架，并且可以有效地锁闭行星组，以获得1∶1的比率。通过如在表5中描述的使离合器啮合和脱离啮合，可以实现电机和最终驱动齿轮组之间的不同比率。这些比率可以在如在表3中描述的所有模式中操作，从而给出可能的操作模式的阵列(在表5中总结)。这些模式中的每个具有理想的操作范围，由此其处于最佳效率。通过基于驾驶员输入和操作条件来切换模式，可以在大范围的行驶条件上实现高效率。该特定配置允许多个模式，包括2个不同的电驱动模式、2个不同的速度模式、2个不同的扭矩模式和2个不同的能量恢复模式。
表5
 模式   离合器17   离合器18   离合器19   离合器24   离合器28
 电驱动1   O   O   X   X   O
 电驱动2   O   O   X   O   X
 速度1   O   X   O   O   X
 速度2   O   X   O   X   O
 扭矩1   X   O   X   X   O
 扭矩2   X   O   X   O   X
 IC启动   X   O   X   N/A   N/A
 能量恢复1   O   O   X   X   O
 能量恢复2   O   O   X   O   X
  静止充电   O   X   O   N/A   N/A
说明：X＝离合器啮合；O＝离合器脱离啮合
图6示出了其中由三个构件(环形齿轮组、安装在架中的一组行星齿轮和太阳齿轮)组成的通用行星组33用作旋转能量源与电机之间的齿轮组的混合动力系。来自输入轴的动力被分别划分在两个路径35和路径36中。路径36经由一个或者多个离合器37连接到通用行星组33的一个构件。路径35经由一个或者多个离合器38连接到通用行星组33的第二构件。通用行星组33的第二构件附加地连接到电机的转子。电机的可旋转定子部分连接到行星组33的最终的构件以及一个或者多个离合器34，离合器34允许使可旋转定子和行星组的对应元件这两者接地的选项。如在表6中概述的那样，依赖于一个或者多个离合器37、38和34的状态，该配置在多个模式中操作。其具有以下益处：提供多个模式，以确保旋转能量源和电机两者都能够利用最少的离合器在宽范围的操作条件上高效地操作。
表6
  模式   离合器38   离合器37   离合器34
  电驱动   O   O   X
  速度   O   X   O
  扭矩   X   O   X
  IC启动   X   O   X
  能量恢复   O   O   X
  静止充电   O   X   O
说明：X＝离合器啮合；O＝离合器脱离啮合
图7-图12示出了当使用图6中示出的系统时可用的行星组的各种配置。图7示出了机械地连接到电机的可旋转定子的环形齿轮、机械地连接到电机的转子部分并且经由一个或者多个离合器38机械地连接到引擎的行星架、以及经由一个或者多个离合器37机械地连接到引擎的太阳齿轮。
图8示出了机械地连接到电机的可旋转定子的环形齿轮、经由一个或者多个离合器37机械地连接到引擎的行星架、以及机械地连接到电机的转子部分并且经由一个或者多个离合器38机械地连接到引擎的太阳齿轮。
图9示出了经由一个或者多个离合器37机械地连接到引擎的环形齿轮、机械地连接到电机的可旋转定子的行星架、以及机械地连接到电机的转子部分并且经由一个或者多个离合器38机械地连接到引擎的太阳齿轮。
图10示出了机械地连接到电机的转子部分并且经由一个或者多个离合器38机械地连接到引擎的环形齿轮、机械地连接到电机的可旋转定子的行星架、以及经由一个或者多个离合器37机械地连接到引擎的太阳齿轮。
图11示出了机械地连接到电机的转子部分并且经由一个或者多个离合器38机械地连接到引擎的环形齿轮、经由一个或者多个离合器37机械地连接到引擎的行星架、以及机械地连接到电机的可旋转定子的太阳齿轮。
图12示出了经由一个或者多个离合器37机械地连接到引擎的环形齿轮、机械地连接到电机的转子部分并且经由一个或者多个离合器38机械地连接到引擎的行星架、以及机械地连接到电机的可旋转定子的太阳齿轮。
图13示出了其中由三个构件(环形齿轮组、安装在架中的一组行星齿轮和太阳齿轮)组成的通用行星组33用作旋转能量源与电机之间的齿轮组的混合动力系。与在图6中描述的系统相比，该系统在操作上类似，但是从该系统的实施例可见电机定向进行了反转。来自输入轴的动力被分别划分在两个路径35和路径36中。路径35经由一个或者多个离合器40连接到通用行星组33的一个构件。路径36经由一个或者多个离合器39连接到通用行星组33的第二构件。行星组33的第二构件附加地连接到电机的可旋转定子部分。电机的转子部分连接到行星组33的最终构件以及一个或者多个离合器41，离合器41允许使定子和行星组的对应元件这两者接地的选项。如在表7中概述的那样，依赖于离合器39、40和41，的状态，该配置在多个模式中操作。其具有以下益处：提供多个模式，以确保旋转能量源和电机两者都能够利用最少的离合器在宽范围的操作条件上高效地操作。
表7
  模式   离合器39   离合器40   离合器41
  电驱动   O   O   X
  速度   O   X   O
  扭矩   X   O   X
  IC启动   X   O   X
  能量恢复   O   O   X
  静止充电   O   X   O
说明：X＝离合器啮合；O＝离合器脱离啮合
图14-图19示出了当使用图13中示出的系统时可用的行星组的各种配置。图14示出了机械地连接到电机的转子的环形齿轮、机械地连接到电机的可旋转定子并且经由一个或者多个离合器39机械地连接到引擎的行星架、以及经由一个或者多个离合器40机械地连接到引擎的太阳齿轮。
图15示出了机械地连接到电机的转子的环形齿轮、经由一个或者多个离合器40机械地连接到引擎的行星架、以及机械地连接到电机的可旋转定子并且经由一个或者多个离合器39机械地连接到引擎的太阳齿轮。
图16示出了经由离合器40机械地连接到引擎的环形齿轮、机械地连接到电机的转子部分的行星架、以及机械地连接到电机的可旋转定子并且经由一个或者多个离合器39机械地连接到引擎的太阳齿轮。
图17示出了机械地连接到电机的可旋转定子并且经由离合器39机械地连接到引擎的环形齿轮、机械地连接到电机的转子部分的行星架、以及经由一个或者多个离合器40机械地连接到引擎的太阳齿轮。
图18示出了机械地连接到电机的可旋转定子并且经由离合器39机械地连接到引擎的环形齿轮、经由一个或者多个离合器40机械地连接到引擎的行星架、以及机械地连接到电机的转子部分的太阳齿轮。
图19示出了经由一个或者多个离合器40机械地连接到引擎的环形齿轮、机械地连接到电机的可旋转定子并且经由一个或者多个离合器39机械地连接到引擎的行星架以及机械地连接到电机的转子部分的太阳齿轮。
图20示出了其中由三个构件(环形齿轮组、安装在架中的一组行星齿轮和太阳齿轮)组成的通用行星组33用作电机与最终驱动齿轮组之间的齿轮组的混合动力系。可旋转定子连接到行星组33的构件中的一个以及离合器31，离合器31允许可旋转定子和行星组的相应构件被设置为可选地接地。转子连接到行星组33的第二构件，并且最终驱动齿轮组连接到行星组33的最终的部件。如在表8中概述的那样，通过改变离合器17、18和31的状态，该配置允许多个不同模式。
表8
 模式   离合器17   离合器18   离合器31
 电驱动   O   O   X
 速度   O   X   O
 扭矩   X   O   X
 IC启动   X   O   X
 能量恢复   O   O   X
 静止充电1   O   X   O
 静止充电2   X   O   O
说明：X＝离合器啮合；O＝离合器脱离啮合
图21示出了其中由三个构件(环形齿轮组、安装在架中的一组行星齿轮和太阳齿轮)组成的通用行星组33用作电机与最终驱动齿轮组之间的齿轮组的混合动力系。该系统与在图20中描述的系统在操作上类似，但是从该系统的实施例可见机器定向进行了反转。电机的转子部分连接到行星组33的构件中的一个以及与离合器43，离合器43允许转子和行星组的相应构件被可选地接地。可旋转定子连接到行星组33的第二构件，并且最终驱动齿轮组连接到行星组33的最终的部件。如在表9中概述的那样，通过改变17、18和43的状态，该配置允许多个不同模式。
表9
 模式   离合器17   离合器18   离合器43
 电驱动   O   O   X
 速度   X   O   O
 扭矩   O   X   X
 IC启动   O   X   X
 能量恢复   O   O   X
 静止充电1   O   X   O
 静止充电2   X   O   O
说明：X＝离合器啮合；O＝离合器脱离啮合
图22-图27示出了当使用图20和图21中示出的系统时可用的行星组的各种配置。图22示出了机械地连接到电机的可旋转定子的环形齿轮、机械地连接到电机的转子的行星架、以及机械地连接到最终驱动齿轮组的太阳齿轮。
图23示出了机械地连接到电机的转子的环形齿轮、机械地连接到电机的可旋转定子的行星架、以及机械地连接到最终驱动齿轮组的太阳齿轮。
图24示出了机械地连接到电机的可旋转定子的环形齿轮、机械地连接到电机的最终驱动齿轮组的行星架、以及机械地连接到电机的转子的太阳齿轮。
图25示出了机械地连接到电机的转子的环形齿轮、机械地连接到最终驱动齿轮组的行星架、以及机械地连接到电机的可旋转定子的太阳齿轮。
图26示出了机械地连接到最终驱动齿轮组的环形齿轮、机械地连接到电机的转子的行星架、以及机械地连接到电机的可旋转定子的太阳齿轮。
图27示出了机械地连接到最终驱动齿轮组的环形齿轮、机械地连接到电机的可旋转定子的行星架、以及机械地连接到电机的转子的太阳齿轮。

Claims (47)

1.一种用于将引擎的输出互连至驱动的混合动力系，所述混合动力系包括：
旋转电机，其包括：
第一可旋转构件，和
第二可旋转构件；
所述旋转电机能够充当发电机或者电动机；
能量存储装置，其电连接到所述旋转电机，并且被配置为向所述旋转电机供应电力或者从所述旋转电机接收电力；
第一机械耦合装置，其能够被选择，以将所述第一可旋转构件可逆地连接到所述引擎的所述输出；
第二机械耦合装置，其能够被选择，以将所述第二可旋转构件可逆地连接到所述引擎的所述输出；
第三机械耦合装置，其能够被选择，以将所述可旋转构件之一可逆地连接到接地点；
其中第二可旋转构件机械地连接到所述旋转电机的输出，并且第一可旋转构件连接到接地点；
其中所述混合动力系在根据所述机械耦合装置中的哪个或哪些被选择为连接的模式中进行操作。
2.根据权利要求1所述的混合动力系，其包括行星齿轮组，所述行星齿轮组包括环形齿轮、行星架、太阳齿轮；所述行星齿轮组将所述第一可旋转构件和第二可旋转构件与所述第一机械耦合装置和第二机械耦合装置机械地互连。
3.根据权利要求2所述的混合动力系，其中，所述第一可旋转构件和第二可旋转构件分别机械地连接到所述环形齿轮和所述行星架，并且所述第一机械耦合装置和第二机械耦合装置分别机械地连接到所述太阳齿轮和所述行星架。
4.根据权利要求2所述的混合动力系，其中，所述第一可旋转构件和第二可旋转构件分别机械地连接到所述环形齿轮和所述太阳齿轮，并且所述第一机械耦合装置和第二机械耦合装置分别机械地连接到所述行星架和所述太阳齿轮。
5.根据权利要求2所述的混合动力系，其中，所述第一可旋转构件和第二可旋转构件分别机械地连接到所述行星架和所述太阳齿轮，并且所述第一机械耦合装置和第二机械耦合装置分别机械地连接到所述环形齿轮和所述太阳齿轮。
6.根据权利要求2所述的混合动力系，其中，所述第一可旋转构件和第二可旋转构件分别机械地连接到所述行星架和所述环形齿轮，并且所述第一机械耦合装置和第二机械耦合装置分别机械地连接到所述太阳齿轮和所述环形齿轮。
7.根据权利要求2所述的混合动力系，其中，所述第一可旋转构件和第二可旋转构件分别机械地连接到所述太阳齿轮和所述环形齿轮，并且所述第一机械耦合装置和第二机械耦合装置分别机械地连接到所述行星架和所述环形齿轮。
8.根据权利要求2所述的混合动力系，其中，所述第一可旋转构件和第二可旋转构件分别机械地连接到所述太阳齿轮和所述行星架，并且所述第一机械耦合装置和第二机械耦合装置分别机械地连接到所述环形齿轮和所述行星架。
9.根据权利要求1所述的混合动力系，其包括行星齿轮组，所述行星齿轮组包括环形齿轮、行星架、太阳齿轮；所述行星齿轮组将所述第一可旋转构件和第二可旋转构件与所述驱动机械地互连。
10.根据权利要求9所述的混合动力系，其中，所述第一可旋转构件和第二可旋转构件分别机械地连接到所述行星架和所述环形齿轮，并且所述太阳齿轮连接到所述驱动。
11.根据权利要求9所述的混合动力系，其中，所述第一可旋转构件和第二可旋转构件分别机械地连接到所述环形齿轮和所述行星架，并且所述太阳齿轮连接到所述驱动。
12.根据权利要求9所述的混合动力系，其中，所述第一可旋转构件和第二可旋转构件分别机械地连接到所述太阳齿轮和所述环形齿轮，并且所述行星架连接到所述驱动。
13.根据权利要求9所述的混合动力系，其中，所述第一可旋转构件和第二可旋转构件分别机械地连接到所述环形齿轮和所述太阳齿轮，并且所述行星架连接到所述驱动。
14.根据权利要求9所述的混合动力系，其中，所述第一可旋转构件和第二可旋转构件分别机械地连接到所述行星架和所述太阳齿轮，并且所述环形齿轮连接到所述驱动。
15.根据权利要求9所述的混合动力系，其中，所述第一可旋转构件和第二可旋转构件分别机械地连接到所述太阳齿轮和所述行星架，并且所述环形齿轮连接到所述驱动。
16.根据权利要求1-15中任一项所述的混合动力系，其中所述第一机械耦合装置和第二机械耦合装置不被选择为连接，并且其中所述第三机械耦合装置被选择为连接，其中所述模式为电驱动或者能量恢复。
17.根据权利要求1-15中任一项所述的混合动力系，其中所述第二机械耦合装置和第三机械耦合装置不被选择为连接，并且其中所述第一机械耦合装置被选择为连接，其中所述模式为速度增加或者静止充电。
18.根据权利要求1-15中任一项所述的混合动力系，其中所述第二机械耦合装置和第三机械耦合装置被选择为连接，并且其中所述第一机械耦合装置不被选择为连接，其中所述模式为扭矩增加或者引擎启动。
19.一种用于将引擎的输出互连至驱动的混合动力系，所述混合动力系包括：
旋转电机，其包括：
第一可旋转构件，和
第二可旋转构件；
所述旋转电机能够充当发电机或者电动机；
能量存储装置，其电连接到所述旋转电机，并且被配置为向所述旋转电机供应电力或者从所述旋转电机接收电力；
第一机械耦合装置，其能够被选择，以将所述第一可旋转构件可逆地连接到所述引擎的所述输出；
第二机械耦合装置，其能够被选择，以将所述第二可旋转构件可逆地连接到所述引擎的所述输出；
第三机械耦合装置，其能够被选择，以将所述可旋转构件之一可逆地连接到接地点；
其中所述可旋转构件中的另一个机械地连接到所述旋转电机的输出；
行星齿轮组，所述行星齿轮组包括环形齿轮、行星架和太阳齿轮；其中所述旋转电机的所述输出机械地连接到所述行星架；所述驱动连接到所述环形齿轮；所述旋转电机的所述输出也经由第四可选择连接器连接到所述驱动，并且所述太阳齿轮经由第五可选择连接器连接到接地点；
其中所述混合动力系在根据所述机械耦合装置中的哪个或哪些被选择为连接的模式中进行操作。
20.一种用于将引擎的输出互连至驱动的混合动力系，所述混合动力系包括：
旋转电机，其包括：
第一可旋转构件，和
第二可旋转构件；
所述旋转电机能够充当发电机或者电动机；
能量存储装置，其电连接到所述旋转电机，并且被配置为向所述旋转电机供应电力或者从所述旋转电机接收电力；
第一机械耦合装置，其能够被选择，以将所述第一可旋转构件可逆地连接到所述引擎的所述输出；
第二机械耦合装置，其能够被选择，以将所述第二可旋转构件可逆地连接到所述引擎的所述输出；
第三机械耦合装置，其能够被选择，以将所述可旋转构件之一可逆地连接到接地点；
行星齿轮组，所述行星齿轮组包括环形齿轮、行星架、太阳齿轮；所述行星齿轮组将所述第一可旋转构件和第二可旋转构件与所述第一机械耦合装置和第二机械耦合装置机械地互连；
其中第一可旋转构件机械地连接到所述旋转电机的输出，并且第二可旋转构件连接到接地点；
其中所述混合动力系在根据所述机械耦合装置中的哪个或哪些被选择为连接的模式中进行操作。
21.根据权利要求20所述的混合动力系，其中，所述第一可旋转构件和第二可旋转构件分别机械地连接到所述行星架和所述环形齿轮，并且所述第一机械耦合装置和第二机械耦合装置分别机械地连接到所述行星架和所述太阳齿轮。
22.根据权利要求20所述的混合动力系，其中，所述第一可旋转构件和第二可旋转构件分别机械地连接到所述太阳齿轮和所述环形齿轮，并且所述第一机械耦合装置和第二机械耦合装置分别机械地连接到所述太阳齿轮和所述行星架。
23.根据权利要求20所述的混合动力系，其中，所述第一可旋转构件和第二可旋转构件分别机械地连接到所述太阳齿轮和所述行星架，并且所述第一机械耦合装置和第二机械耦合装置分别机械地连接到所述太阳齿轮和所述环形齿轮。
24.根据权利要求20所述的混合动力系，其中，所述第一可旋转构件和第二可旋转构件分别机械地连接到所述环形齿轮和所述行星架，并且所述第一机械耦合装置和第二机械耦合装置分别机械地连接到所述环形齿轮和所述太阳齿轮。
25.根据权利要求20所述的混合动力系，其中，所述第一可旋转构件和第二可旋转构件分别机械地连接到所述环形齿轮和所述太阳齿轮，并且所述第一机械耦合装置和第二机械耦合装置分别机械地连接到所述环形齿轮和所述行星架。
26.根据权利要求20所述的混合动力系，其中，所述第一可旋转构件和第二可旋转构件分别机械地连接到所述行星架和所述太阳齿轮，并且所述第一机械耦合装置和第二机械耦合装置分别机械地连接到所述行星架和所述环形齿轮。
27.根据权利要求20-26中任一项所述的混合动力系，其中所述第一机械耦合装置和第三机械耦合装置被选择为连接，并且其中所述第二机械耦合装置不被选择为连接，其中所述模式为扭矩增加或者引擎启动。
28.一种用于将引擎的输出互连至驱动的混合动力系，所述混合动力系包括：
旋转电机，其包括：
第一可旋转构件，和
第二可旋转构件；
所述旋转电机能够充当发电机或者电动机；
能量存储装置，其电连接到所述旋转电机，并且被配置为向所述旋转电机供应电力或者从所述旋转电机接收电力；
第一机械耦合装置，其能够被选择，以将所述第一可旋转构件可逆地连接到所述引擎的所述输出；
第二机械耦合装置，其能够被选择，以将所述第二可旋转构件可逆地连接到所述引擎的所述输出；
第三机械耦合装置，其能够被选择，以将所述可旋转构件之一可逆地连接到接地点；
其中所述第一可旋转构件机械地连接到所述旋转电机的输出，所述第二可旋转构件连接到所述接地点；
其中所述第一机械耦合装置和第三机械耦合装置不被选择为连接，并且其中所述第二机械耦合装置被选择为连接；
其中所述混合动力系在用于速度增加或者静止充电的模式中进行操作。
29.根据权利要求28所述的混合动力系，其包括行星齿轮组，所述行星齿轮组包括环形齿轮、行星架、太阳齿轮；所述行星齿轮组将所述第一可旋转构件和第二可旋转构件与所述第一机械耦合装置和第二机械耦合装置机械地互连。
30.根据权利要求29所述的混合动力系，其中，所述第一可旋转构件和第二可旋转构件分别机械地连接到所述行星架和所述环形齿轮，并且所述第一机械耦合装置和第二机械耦合装置分别机械地连接到所述行星架和所述太阳齿轮。
31.根据权利要求29所述的混合动力系，其中，所述第一可旋转构件和第二可旋转构件分别机械地连接到所述太阳齿轮和所述环形齿轮，并且所述第一机械耦合装置和第二机械耦合装置分别机械地连接到所述太阳齿轮和所述行星架。
32.根据权利要求29所述的混合动力系，其中，所述第一可旋转构件和第二可旋转构件分别机械地连接到所述太阳齿轮和所述行星架，并且所述第一机械耦合装置和第二机械耦合装置分别机械地连接到所述太阳齿轮和所述环形齿轮。
33.根据权利要求29所述的混合动力系，其中，所述第一可旋转构件和第二可旋转构件分别机械地连接到所述环形齿轮和所述行星架，并且所述第一机械耦合装置和第二机械耦合装置分别机械地连接到所述环形齿轮和所述太阳齿轮。
34.根据权利要求29所述的混合动力系，其中，所述第一可旋转构件和第二可旋转构件分别机械地连接到所述环形齿轮和所述太阳齿轮，并且所述第一机械耦合装置和第二机械耦合装置分别机械地连接到所述环形齿轮和所述行星架。
35.根据权利要求29所述的混合动力系，其中，所述第一可旋转构件和第二可旋转构件分别机械地连接到所述行星架和所述太阳齿轮，并且所述第一机械耦合装置和第二机械耦合装置分别机械地连接到所述行星架和所述环形齿轮。
36.根据权利要求28所述的混合动力系，其包括行星齿轮组，所述行星齿轮组包括环形齿轮、行星架、太阳齿轮；所述行星齿轮组将所述第一可旋转构件和第二可旋转构件与所述驱动机械地互连。
37.一种用于将引擎的输出互连至驱动的混合动力系，所述混合动力系包括：
旋转电机，其包括：
第一可旋转构件，和
第二可旋转构件；
所述旋转电机能够充当发电机或者电动机；
能量存储装置，其电连接到所述旋转电机，并且被配置为向所述旋转电机供应电力或者从所述旋转电机接收电力；
第一机械耦合装置，其能够被选择，以将所述第一可旋转构件可逆地连接到所述引擎的所述输出；
第二机械耦合装置，其能够被选择，以将所述第二可旋转构件可逆地连接到所述引擎的所述输出；
第三机械耦合装置，其能够被选择，以将所述可旋转构件之一可逆地连接到接地点；
其中所述第一可旋转构件机械地连接到所述旋转电机的输出，所述第二可旋转构件连接到所述接地点；
其中所述第一机械耦合装置和第二机械耦合装置不被选择为连接，并且其中所述第三机械耦合装置被选择为连接；
其中所述混合动力系在用于电驱动或者能量恢复的模式中进行操作。
38.根据权利要求37所述的混合动力系，其包括行星齿轮组，所述行星齿轮组包括环形齿轮、行星架、太阳齿轮；所述行星齿轮组将所述第一可旋转构件和第二可旋转构件与所述第一机械耦合装置和第二机械耦合装置机械地互连。
39.根据权利要求38所述的混合动力系，其中，所述第一可旋转构件和第二可旋转构件分别机械地连接到所述行星架和所述环形齿轮，并且所述第一机械耦合装置和第二机械耦合装置分别机械地连接到所述行星架和所述太阳齿轮。
40.根据权利要求38所述的混合动力系，其中，所述第一可旋转构件和第二可旋转构件分别机械地连接到所述太阳齿轮和所述环形齿轮，并且所述第一机械耦合装置和第二机械耦合装置分别机械地连接到所述太阳齿轮和所述行星架。
41.根据权利要求38所述的混合动力系，其中，所述第一可旋转构件和第二可旋转构件分别机械地连接到所述太阳齿轮和所述行星架，并且所述第一机械耦合装置和第二机械耦合装置分别机械地连接到所述太阳齿轮和所述环形齿轮。
42.根据权利要求38所述的混合动力系，其中，所述第一可旋转构件和第二可旋转构件分别机械地连接到所述环形齿轮和所述行星架，并且所述第一机械耦合装置和第二机械耦合装置分别机械地连接到所述环形齿轮和所述太阳齿轮。
43.根据权利要求38所述的混合动力系，其中，所述第一可旋转构件和第二可旋转构件分别机械地连接到所述环形齿轮和所述太阳齿轮，并且所述第一机械耦合装置和第二机械耦合装置分别机械地连接到所述环形齿轮和所述行星架。
44.根据权利要求38所述的混合动力系，其中，所述第一可旋转构件和第二可旋转构件分别机械地连接到所述行星架和所述太阳齿轮，并且所述第一机械耦合装置和第二机械耦合装置分别机械地连接到所述行星架和所述环形齿轮。
45.根据权利要求37所述的混合动力系，其包括行星齿轮组，所述行星齿轮组包括环形齿轮、行星架、太阳齿轮；所述行星齿轮组将所述第一可旋转构件和第二可旋转构件与所述驱动机械地互连。
46.根据权利要求1至15、19至26和28至45中的任一项所述的混合动力系，其包括齿轮组，所述齿轮组将所述引擎的所述输出机械地连接到所述第一机械耦合装置和第二机械耦合装置。
47.根据权利要求1至15、19至26和28至45中的任一项所述的混合动力系，其包括齿轮组，所述齿轮组将第一可旋转构件和第二可旋转构件之一机械地连接到所述旋转电机的输出。
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