CN103358881B - 混合动力汽车及其空调驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力汽车及其空调驱动装置。该空调驱动装置包括：单排单级行星齿轮机构，单排单级行星齿轮机构包括太阳轮、行星轮、行星架和内齿圈；压缩机，压缩机具有输入轴，压缩机的输入轴与太阳轮之间连接有离合器；电机，电机与内齿圈配合，以便电机驱动内齿圈旋转或者内齿圈驱动电机旋转，电机为ISG电机或BSG电机；发动机，发动机与行星架之间设置有传动机构，发动机通过传动机构驱动行星架旋转；以及用于制动行星架的控制装置。本发明的空调驱动装置通过设置行星齿轮机构，可以更加灵活地控制压缩机，并实现压缩机转速的可调，且该空调驱动装置还节省零部件，成本低，同时方便布置。

Description

混合动力汽车及其空调驱动装置

技术领域

本发明涉及汽车构造技术领域，尤其是涉及一种混合动力汽车及其空调驱动装置。

背景技术

传统汽车中都设置有空调系统用于制冷，空调系统所需的高温高压冷媒由压缩机提供，压缩机可由发动机的曲轴驱动其运行。但是，在传统的混合动力汽车中，当混合动力汽车处于纯电动模式下，发动机不工作，因此无法驱动传统的压缩机以使空调制冷，因此可采用集成有电机的压缩机解决该问题，但是压缩机内部集成电机会增加成本，不方便布置，且成本高，而且这种集成电机的压缩机只能由电能驱动，混合动力汽车的电能来源于发动机，由此在能量转换时会造成能量的二次浪费，并且这种集成电机的压缩机不能实现变频功能。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种用于混合动力汽车的空调驱动装置，该空调驱动装置结构简单，方便布置，效率高。

根据本发明的另一目的，提出了一种具有该空调驱动装置的混合动力汽车。

根据本发明的一个方面，提出了一种用于混合动力汽车的空调驱动装置，该空调驱动装置包括：单排单级行星齿轮机构，所述单排单级行星齿轮机构包括太阳轮、行星轮、行星架和内齿圈；压缩机，所述压缩机具有输入轴，所述压缩机的输入轴与所述太阳轮之间连接有离合器；电机，所述电机与所述内齿圈配合，以便所述电机驱动所述内齿圈旋转或者所述内齿圈驱动所述电机旋转，所述电机为ISG电机或BSG电机；发动机，所述发动机与所述行星架之间设置有传动机构，所述发动机通过所述传动机构驱动所述行星架旋转；以及用于制动所述行星架的控制装置。

根据本发明实施例的用于混合动力汽车的空调驱动装置，通过设置行星齿轮机构，可以更加灵活地控制压缩机，并实现压缩机转速的可调，而且相比集成有电机的电动压缩机而言，本发明实施例中的压缩机可以不集成电机，节省零部件，降低成本和体积，方便布置。

另外，根据本发明实施例的用于混合动力汽车的空调驱动装置，还可以具有如下附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述离合器与所述太阳轮之间连接有连接轴，且所述空调驱动装置还包括用于制动所述连接轴的制动装置。

根据本发明的一个实施例，所述内齿圈的外周面上设置有轮齿，且所述电机的输出轴上设置有齿轮，所述齿轮与所述内齿圈外周面上的轮齿啮合。

根据本发明的一个实施例，所述压缩机与所述电机并排布置。

由此，方便布置。

根据本发明的一个实施例，所述电机的输出轴与所述内齿圈相连且所述电机的输出轴的中心轴线与所述太阳轮的中心轴线重合。

根据本发明的一个实施例，所述压缩机与所述电机相对布置。

由此，方便布置。

根据本发明的一个实施例，所述电机具有定子和转子，所述转子与所述内齿圈相连且随所述内齿圈旋转，所述转子的中心轴线与所述太阳轮的中心轴线重合。

根据本发明的一个实施例，所述传动机构为皮带轮机构。

根据本发明的一个实施例，所述控制装置为制动器或单向离合器。

根据本发明的另一方面，提出了一种混合动力汽车，该混合动力汽车包括上述的空调驱动装置。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的用于混合动力汽车的空调驱动装置的结构示意图；

图2是根据本发明另一个实施例的用于混合动力汽车的空调驱动装置的结构示意图；

图3是根据本发明再一个实施例的用于混合动力汽车的空调驱动装置的结构示意图。

附图标记：

发动机101；

BSG电机111，BSG电机的输出轴112，齿轮113；

压缩机121，压缩机的输入轴122，连接轴123，定子124，转子125；

离合器131；

制动装置141；

内齿圈151，行星轮152，行星架153，太阳轮154；

第一皮带轮161，第二皮带轮162，皮带163；

控制装置171。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的用于混合动力汽车的空调驱动装置。

根据本发明一个实施例的空调驱动装置包括单排单级行星齿轮机构、压缩机121、电机（BSG电机111或ISG电机）、发动机101和控制装置171。

其中，BSG是Belt-drivenStarterGenerator的缩写，ISG是IntegratedStarterGenerator的缩写，对于本领域技术人员而言，BSG电机和ISG电机的具体构造以及工作原理都已为现有技术。

单排单级行星齿轮机构包括太阳轮154、行星轮152、行星架153和内齿圈151，行星轮152与太阳轮154外啮合，行星轮152绕行星轮152的中心轴线可转动地设在行星架153上，行星轮152一方面可以绕自身轴线自转，另一方面也可绕着太阳轮154的中心轴线公转，内齿圈151套在太阳轮154的外面且内齿圈151与行星轮152内啮合，行星轮152可以是多个且在周向上均匀分布，多个行星轮152均设置在同一个行星架153上。可以理解，上述的单排单级行星齿轮机构已为现有技术，因此这里对于该单排单级行星齿轮机构的工作过程、传动原理不作详细说明。

如图1所示，压缩机121具有输入轴122，压缩机121的输入轴122与太阳轮154之间通过离合器131（图1-图3中的C）相连，换言之，若离合器131处于接合状态，则压缩机121的输入轴122与太阳轮154接合以由太阳轮154驱动压缩机121的输入轴122旋转，若离合器131处于断开状态，则压缩机121的输入轴122与太阳轮154断开连接。

可以理解的是，压缩机121已广泛应用于混合动力汽车中，其具体构造和工作原理已为本领域的普通技术人员所熟知，例如，压缩机121可以包括壳体和设于壳体内的压缩机构，压缩机121的输入轴122与压缩机构的曲轴相连以驱动曲轴旋转，当然，可以理解的是，该输入轴122可以由曲轴向外延伸出压缩机壳体而形成，压缩机构可以包括气缸、用于支承曲轴的主轴承和副轴承，气缸、主轴承和副轴承三者间限定出压缩腔，冷媒通过吸气口进入到压缩腔后，由曲轴带动活塞对压缩腔内的冷媒进行压缩，压缩后的高温高压冷媒排出压缩机121以供空调系统使用，例如供给冷凝器用于制冷（当然也可供给蒸发器用于制热），这些现有技术对于本领域的普通技术人员而言，显然都是容易理解的。

电机与内齿圈151配合，以便电机驱动内齿圈151旋转或内齿圈151驱动电机旋转，这里，需要说明的是，关于电机与内齿圈151的配合关系将在下面的三个实施例中给出详细地描述，这里出于简洁的目的，不作详细说明。其中，电机可以是ISG电机或BSG电机111。在本发明的描述中，为了描述方便，在没有特殊说明的情况下，以电机为BSG电机111为例，但是，应当理解的是，对于ISG电机同样适用于本发明。

发动机101与行星架153之间设置有传动机构，具体地，发动机101的曲轴与行星架153之间连接有传动机构，发动机101通过传动机构驱动行星架153旋转。控制装置171用于制动行星架153，具体而言，在需要制动行星架153时，即需要限制行星架153的旋转自由度时，控制装置171制动行星架153，在需要行星架153转动时，控制装置171释放行星架153，行星架153可按照规定的方向转动。

根据本发明实施例的空调驱动装置，具有多种工作模式。

例如，在混合动力汽车处于纯电动时，即发动机101不工作，可由BSG电机111单独驱动压缩机121工作，此时控制装置171制动行星架153，且离合器131接合太阳轮154与压缩机121的输入轴122，由此BSG电机111输出的转速通过内齿圈151、行星轮152、太阳轮154、离合器131后传递至压缩机121的输入轴122，驱动压缩机121工作，其中通过控制BSG电机111的输出转速可以实现对压缩机121转速的控制，从而使空调系统处于较佳的压缩机121制冷转速范围内，提高空调系统的效率。

又如，在发动机101工作时，发动机101通过传动机构驱动行星架153转动，此时控制装置171释放行星架153，即行星架153可转动，行星架153通过行星轮152带动太阳轮154和内齿圈151同向转动，离合器131接合，BSG电机111可工作在电动或发电状态，动力最终耦合后从太阳轮154输出给压缩机121。

其中，通过调节BSG电机111的发电或电动的扭矩来调节BSG电机111的转速，从而达到变相调节压缩机121转速的目的，使压缩机121在发动机101变速工况下能一直保持最佳的制冷转速。具体而言，行星齿轮机构的特性为：太阳轮转速+α*内齿圈转速=（1+α）*行星架转速），其中取α=1.5，若压缩机121最佳制冷转速为2000转，发动机101输出给行星架153的转速为2000转，则可计算出内齿圈的转速为2000转，也就是说，在发动机101经过传动机构传递给行星架153的转速为2000转时，此时控制BSG电机111的转速为2000转，则可实现压缩机121的输入转速为2000转，即压缩机121此时处于最佳制冷转速。当发动机的转速变化时，依据上述公式仍可计算出相应的内齿圈151转速（即BSG电机111转速），从而通过控制BSG电机111的输出转速，从而可使压缩机121处于最佳的制冷转速。需要理解的是，上述只是示意性地说明，不能理解为是对本发明的一种限制。

由此，根据本发明实施例的用于混合动力汽车的空调驱动装置，通过设置行星齿轮113机构，可以更加灵活地控制压缩机121，并实现压缩机121转速的可调，而且相比集成有电机的电动压缩机而言，本发明实施例中的压缩机121可以不集成电机，节省零部件，降低成本和体积，方便布置。

参照图1-图3所示，根据本发明的一个实施例，离合器131与太阳轮154之间连接有连接轴123，且空调驱动装置还包括用于制动连接轴123的制动装置141（图1-图3中的B），其中，在需要制动连接轴123时，制动装置141可制动连接轴123，防止连接轴123转动，在需要连接轴123转动时，制动装置141解除对连接轴123的制动状态，从而连接轴123可转动。

通过设置制动装置141用于制动连接轴123，从而可增加空调驱动装置的工作模式。

具体地，例如，在通过BSG电机111反过来驱动发动机101启动时，制动装置141可制动连接轴123，离合器131此时可处于断开状态，BSG电机111通过内齿圈151、行星轮152、行星架153、传动机构反过去驱动发动机101启动。

又如，BSG电机111还可辅助发动机101进行驱动，此时制动装置141可以制动连接轴123，当然，可以理解的是，此时压缩机121也可以处于使能状态，即压缩机121转动工作。此时BSG电机111可根据发动机101的工作情况进行电动或发电模式，从而进行混合驱动。比如此时阻力负荷为100N，发动机101可提供80N动力，那么BSG电机111此时进行电动模式，并提供20N的动力，再如，此时阻力负荷为100N，发动机101可提供120N动力，那么BSG电机111此时可进行发电模式，将这20N动力对应的能量转换为电能并可贮存在混合动力汽车的蓄电池中。

根据本发明的一些实施例，制动装置141可以是普通的制动器。

根据本发明的一个实施例，如图1所示，内齿圈151的外周面上设置有轮齿。换言之，在该实施例中，单排单级行星齿轮机构与传统单排单级行星齿轮机构相比，其区别可以仅在于：该实施例中的内齿圈151的外周面上设置有轮齿，而传统的内齿圈的外周面则不设置轮齿，对于其它部件例如太阳轮154、行星轮152、行星架153等，则均可采与现有技术完全相同的构成，并且工作原理相同。

如图1所示，在该实施例中，BSG电机111具有输出轴112，且BSG电机111的输出轴112上设置有齿轮113，齿轮113与内齿圈151外周面上的轮齿啮合。通过BSG电机111的输出轴112上的齿轮113与内齿圈151的外啮合作用，从而在BSG电机111与内齿圈151之间形成传动配合。在该实施例中，压缩机121与BSG电机111并排布置，这样可使空调驱动装置结构更加紧凑，方便布置。

根据本发明的另一个实施例，如图2所示，该实施例与图1中所示实施例的区别在于电机与内齿圈151的连接关系。具体地，该实施例中，BSG电机111的输出轴112与内齿圈151相连且随内齿圈151转动，BSG电机111的输出轴112的中心轴线与太阳轮154的中心轴线重合，也就是说，在该实施例中，BSG电机111输出轴112直接与内齿圈151同轴地相连，从而在BSG电机111与内齿圈151之间形成传动配合。在该实施例中，压缩机121与BSG电机111相对布置，这样可使空调驱动装置结构更加紧凑，方便布置。

根据本发明的再一个实施例，如图3所示，该实施例与图2中所示实施例的区别在于，该实施例中的BSG电机111的转子125直接与内齿圈151相连。具体地，BSG电机111具有定子124和转子125，定子124设在外侧且被固定，转子125可转动地设在定子124的内侧，转子125可空套在连接轴123的外面，转子125与内齿圈151相连且随内齿圈151旋转，转子125的中心轴线与太阳轮154的中心轴线重合，也就是说，在该实施例中，电机的转子125直接与内齿圈151同轴地相连，从而在电机与内齿圈151之间形成传动配合。

根据本发明的一些实施例，传动机构为皮带轮机构，具体地，皮带轮机构包括第一皮带轮161、第二皮带轮162和皮带163，皮带163套在第一皮带轮161和第二皮带轮162的外面，发动机101的曲轴可与第一皮带轮161相连以驱动第一皮带轮161转动，行星架153可与第二皮带轮162相连。当然，本发明并不限于此，在本发明的另一些实施例中，传动机构也可以是链轮机构、齿轮副机构等，只要可以实现动力的传递即可。

根据本发明的一个实施例，如图1-图3所示，控制装置171为单向离合器131（图1-图3中的F），由于在实现本发明上述功能时，行星架153只需按照一个方向如顺时针方向转动即可，而需要限制行星架153的反向如逆时针转动，由此通过设置单向离合器131可以实现行星架153的正转、同时反转时被制动。而且单向离合器131为机械结构，无需控制。

当然，本发明并不限于此，在本发明的另一个实施例中，控制装置171也可以是制动器，制动器可由液压控制，在需要制动行星架153时制动器工作，在行星架153需要转动时，制动器不工作。

整体而言，根据本发明一个优选实施例的空调驱动装置，可以具有如下优点：

1）结构新颖，利用BSG电机111通过行星齿轮机构与压缩机121集成，可以去掉电动压缩机121，降低了成本；

2）通过这种结合提高了系统效率，主要利用行星齿轮机构自由度，实现了将不可调速的传统空调变成了可调速的变频空调。

3）通过这种结合提高了BSG电机111的利用效率，节省了空间。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种用于混合动力汽车的空调驱动装置，其特征在于，包括：

单排单级行星齿轮机构，所述单排单级行星齿轮机构包括太阳轮、行星轮、行星架和内齿圈；

压缩机，所述压缩机具有输入轴，所述压缩机的输入轴与所述太阳轮之间连接有离合器；

电机，所述电机与所述内齿圈配合，以便所述电机驱动所述内齿圈旋转或者所述内齿圈驱动所述电机旋转，所述电机为ISG电机或BSG电机；

发动机，所述发动机与所述行星架之间设置有传动机构，所述发动机通过所述传动机构驱动所述行星架旋转；以及

用于制动所述行星架的控制装置。

2.根据权利要求1所述的用于混合动力汽车的空调驱动装置，其特征在于，所述离合器与所述太阳轮之间连接有连接轴，且所述空调驱动装置还包括用于制动所述连接轴的制动装置。

3.根据权利要求1所述的用于混合动力汽车的空调驱动装置，其特征在于，所述内齿圈的外周面上设置有轮齿，且所述电机的输出轴上设置有齿轮，所述齿轮与所述内齿圈外周面上的轮齿啮合。

4.根据权利要求3所述的用于混合动力汽车的空调驱动装置，其特征在于，所述压缩机与所述电机并排布置。

5.根据权利要求1所述的用于混合动力汽车的空调驱动装置，其特征在于，所述电机的输出轴与所述内齿圈相连且所述电机的输出轴的中心轴线与所述太阳轮的中心轴线重合。

6.根据权利要求5所述的用于混合动力汽车的空调驱动装置，其特征在于，所述压缩机与所述电机相对布置。

7.根据权利要求1所述的用于混合动力汽车的空调驱动装置，其特征在于，所述电机具有定子和转子，所述转子与所述内齿圈相连且随所述内齿圈旋转，所述转子的中心轴线与所述太阳轮的中心轴线重合。

8.根据权利要求1所述的用于混合动力汽车的空调驱动装置，其特征在于，所述传动机构为皮带轮机构。

9.根据权利要求1所述的用于混合动力汽车的空调驱动装置，其特征在于，所述控制装置为制动器或单向离合器。

10.一种混合动力汽车，其特征在于，包括空调驱动装置，所述空调驱动装置为根据权利要求1-9中任一项所述的空调驱动装置。