CN103647367B - 驱动电机以及混联式混合动力系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种驱动电机，包括壳体以及置于壳体内的定子和转子；转子的中部沿轴向形成有用于套接固定太阳轮的转子轴，壳体的内部通过第一制动器安装有内齿圈，太阳轮和内齿圈均与安装在行星架上的行星齿轮啮合，行星架的中部与沿轴向设置的输出连接轴固定连接，并且行星架与太阳轮之间设置有第二制动器。其在满足混联式混合动力系统正常工作的前提下，使得输出连接轴在满足较大的输出扭矩的同时，尽量减小了转子的输出轴的输出扭矩，从而使得驱动电机本身、和自身内的定子及转子的尺寸大大降低，同时也使得驱动电机更加便于安装使用。本发明还提供两种混联式混合动力系统，其使得混联式混合动力系统的整体尺寸和重量大大降低，提高了其通用性。

Description

驱动电机以及混联式混合动力系统

技术领域

本发明涉及一种驱动电机以及混联式混合动力系统，尤其涉及一种大输出扭矩的驱动电机以及混联式混合动力系统，属于电机技术领域。

背景技术

随着城市交通的不断发展，人们驾驶的车辆对石油等能源的需求量也在日益增加。为了有效地减少对石油等不可再生能源的消耗，人们发展出了混合动力汽车。

混合动力汽车目前主要采用的是混合动力系统。该系统如图1所示，包括发动机11以及依次设置在发动机11的输出轴上的扭转减震器12和发电机13，并且发动机11的输出轴与离合器14的输入端相连，离合器14的输出端与驱动电机15的转子相连，驱动电机15的转子最终与驱动桥16相连；其中，发电机13通过第一电机控制器17与储能装置19相连，驱动电机15通过第二电机控制器18与储能装置19相连。

使用时，当汽车处于低速行驶时，离合器14断开。储能装置19带动驱动电机15正常工作，并通过驱动桥16传动从而实现车辆的正常行驶。此时当储能装置19中的电能满足行驶要求时，发动机11不启动；当储能装置19中的电能不满足行驶要求时，发动机11启动并带动发电机13进行发电，然后对储能装置19进行充电。当汽车到达一定车速时，离合器14结合。发动机11启动并依次带动发电机13和驱动电机15正常工作；此时发电机13对储能装置19进行充电，驱动电机15根据发动机11的负荷情况选择对发动机11辅助驱动或是对储能装置19进行充电。

其通过驱动电机15以及发动机11混合驱动车辆行驶，从而有效地减少了对发动机11对石油等不可再生能源的消耗。

但在这种混合动力系统中，当汽车在处于低速行驶时，其需要较大的输出扭矩（例如，用于一般客车的混合动力系统中的驱动电机，其峰值输出扭矩达到2000N.m）。由于驱动电机的输出扭矩与驱动电机的电流呈正比，因此为了满足较大的输出扭矩，一般会选用具有较大工作电流的驱动电机。这样一来会造成驱动电机的尺寸和重量的增加，进而对驱动电机的安装使用造成了一定的限制。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种驱动电机，其在满足较大的输出扭矩的同时，自身的尺寸和重量较小。

本发明的目的在于提供一种混联式混合动力系统，其在满足较大的输出扭矩的同时，自身的尺寸和重量较小。

本发明的目的还在于提供另一种混联式混合动力系统，其在满足较大的输出扭矩的同时，自身的尺寸和重量较小。

本发明提供的一种驱动电机，包括壳体以及置于所述壳体内的定子和转子；

所述转子的中部沿轴向形成有用于套接固定太阳轮的转子轴，所述壳体的内部通过第一制动器安装有内齿圈，所述太阳轮和所述内齿圈均与安装在行星架上的行星齿轮啮合，所述行星架的中部与沿轴向设置的输出连接轴固定连接，并且所述行星架与所述太阳轮之间设置有第二制动器；

其中，所述内齿圈与所述壳体之间通过所述第一制动器实现结合或分离，所述太阳轮与所述行星架之间通过所述第二制动器实现结合或分离。

可选的，所述壳体沿轴向的两端均通过轴承与所述转子轴连接。

可选的，所述转子输通过花键与所述太阳轮固定连接。

可选的，所述输出连接轴通过花键与所述行星架固定连接。

本发明提供的一种混联式混合动力系统，包括发动机以及依次设置在所述发动机的输出轴上的扭转减震器和发电机，并且所述发动机的输出轴与离合器的输入端相连；

所述离合器的输出端与上述任一项所述的驱动电机中的转子轴的输入端相连，所述驱动电机中的输出连接轴的输出端与驱动桥相连；

所述发电机通过第一电机控制器与储能装置相连，所述驱动电机通过第二电机控制器与所述储能装置相连。

本发明提供的一种混联式混合动力系统，包括发动机以及输入端与所述发动机的输出轴相连的离合器，所述离合器的输出端与上述任一项所述的驱动电机中的转子轴的输入端相连，所述驱动电机中的输出连接轴的输出端与驱动桥相连；

所述发动机的输出轴通过传动装置与发电机相连；

所述发电机通过第一电机控制器与储能装置相连，所述驱动电机通过第二电机控制器与所述储能装置相连。

可选的，所述传动装置为皮带轮和皮带。

与现有技术相比，本发明提供的驱动电机，在满足混联式混合动力系统正常工作的前提下，其将转子轴与行星轮系的太阳轮相连，并且在行星轮系增大扭矩的作用下由输出连接轴进行输出。其使得输出连接轴在满足较大的输出扭矩的同时，尽量减小了转子轴的输出扭矩，从而使得驱动电机本身的定子及转子的尺寸大大降低，进而使得驱动电机本身的尺寸和重量大大降低，同时也使得驱动电机更加便于安装使用，大大提高了其使用范围。

在进一步的技术方案中，壳体沿轴向的两端均通过轴承安装转子轴，从而有效地提高转子轴在壳体内的安装稳定性，进而保证转子轴的输出扭矩。

在进一步的技术方案中，转子轴通过花键与太阳轮固定，便于安装。

在进一步的技术方案中，输出连接轴的输出端通过花键与行星架固定，便于安装。

与现有技术相比，本发明提供的混联式混合动力系统，其通过将驱动电机中的转子轴与行星轮系的太阳轮相连，并且在行星轮系增大扭矩的作用下由输出连接轴进行输出。其使得输出连接轴在满足较大的输出扭矩的同时，尽量减小了转子轴的输出扭矩，从而使得驱动电机本身的定子及转子的尺寸大大降低，进而使得驱动电机本身的尺寸和重量大大降低，同时也使得驱动电机更加便于安装使用，大大提高了其使用范围，并最终使得混联式混合动力系统的整体尺寸和重量大大降低，提高了其通用性。

与现有技术相比，本发明提供的混联式混合动力系统，其通过将驱动电机中的转子轴与行星轮系的太阳轮相连，并且在行星轮系增大扭矩的作用下由输出连接轴进行输出。其使得输出连接轴在满足较大的输出扭矩的同时，尽量减小了转子轴的输出扭矩，从而使得驱动电机本身的定子及转子的尺寸大大降低，进而使得驱动电机本身的尺寸和重量大大降低，同时也使得驱动电机更加便于安装使用，大大提高了其使用范围，并最终使得混联式混合动力系统的整体尺寸和重量大大降低，提高了其通用性。

上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。

附图说明

在下文中将基于仅为非限定性的实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为现有技术中提供的混联式混合动力系统的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的驱动电机的结构示意图；

图3为本发明实施例二提供的混联式混合动力系统的结构示意图；

图4为本发明实施例三提供的混联式混合动力系统的结构示意图。

附图说明：

11-发动机，12-扭转减震器，13-发电机，14-离合器，15-驱动电机，16-驱动桥，17-第一电机控制器，18-第二电机控制器，19-储能装置；

21-壳体，22-定子，23-转子，24-太阳轮，25-转子轴，26-第一制动器，27-内齿圈，28-行星架，29-行星齿轮，210-输出连接轴，211-第二制动器，212-轴承；

31-发动机，32-扭转减震器，33-发电机，34-离合器，35-驱动电机，36-驱动桥，37-第一电机控制器，38-第二电机控制器，39-储能装置，310-传动装置。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本发明中的具体实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在描述具体实施方式前，先对本发明中出现的方向性名词做如下限定：

在驱动电机中，转子的轴线以及轴向即为本发明中的轴线以及轴向。

实施例一：

如图2所示，本实施例中提供的驱动电机35，包括壳体21以及置于壳体21内的定子22和转子23；转子23的中部沿轴向形成有用于套接固定太阳轮24的转子轴25，壳体21的内部通过第一制动器26安装有内齿圈27，太阳轮24和内齿圈27均与安装在行星架28上的行星齿轮29啮合，行星架28的中部与沿轴向设置的输出连接轴210固定连接，并且行星架28与太阳轮24之间设置有第二制动器211；其中，内齿圈27与壳体21之间通过第一制动器26实现结合或分离，太阳轮24与行星架28之间通过第二制动器211实现结合或分离。

使用时，当汽车处于低速行驶时，驱动电机35启动，转子23开始旋转，同时转子轴25带动太阳轮24进行自转。此时，内齿圈27与壳体21通过第一制动器26实现结合（即内齿圈27通过第一制动器26于壳体21固定为一体），太阳轮24与行星架28通过第二制动器211实现分离（即太阳轮24与行星架28分离，各自进行旋转）。在太阳轮24自转的带动下，行星齿轮29在行星架28上开始自转，同时行星齿轮29在内齿圈27内绕太阳轮24开始公转；此时行星架28在行星齿轮29公转的带动下绕轴线开始自转，并最终通过行星架28的自转带动输出连接轴210绕轴线开始旋转；此时处于低速档位。

其中，输出连接轴210的输出扭矩N_输出的计算公式为：

N_输出=N_m×（1+k）；

k=z_r/z_s。

其中，N_m为驱动电机35中转子轴25的输出扭矩；k为行星齿轮29基本传动比；z_r为内齿圈27的齿数，z_s为太阳轮24的齿数。

由上述公式可看出，当输出连接轴210的输出扭矩N_输出满足实际使用需要时，驱动电机35中的转子轴25的输出扭矩可大大降低。

当汽车处于高速行驶时，发动机启动，发动机直接带动转子轴25进行旋转，同时转子轴25带动太阳轮24进行自转。此时，内齿圈27与壳体21通过第一制动器26实现分离（即内齿圈27与壳体21分离，内齿圈27可在壳体21内自转），太阳轮24与行星轮通过第二制动器211实现结合（即太阳轮24与行星架28通过第二制动器211结合为一体，一同旋转）。在太阳轮24自转的带动下，行星架28带动输出连接轴210跟随太阳轮24一同自转，内齿圈27在行星齿轮29的带动下自转。同理，驱动电机35亦可直接带动转子轴25、太阳轮24、行星架28以及输出连接轴210一同进行旋转。此时驱动电机35或发动机的动力直接输出，处于高速档位。

因此，在满足混联式混合动力系统正常工作的前提下，本实施例中提供的驱动电机35，其将转子轴25与行星轮系的太阳轮24相连，并且在行星轮系增大扭矩的作用下由输出连接轴210进行输出。其使得输出连接轴210在满足较大的输出扭矩的同时，尽量减小了转子轴25的输出扭矩，从而使得驱动电机35本身的定子22及转子23的尺寸大大降低，进而使得驱动电机35本身的尺寸和重量大大降低，同时也使得驱动电机35更加便于安装使用，大大提高了其使用范围。

本实施例中，壳体21沿轴向的两端均通过轴承212与转子轴25连接。其通过壳体21沿轴向的两端均通过轴承212安装转子轴25，从而有效地提高转子轴25在壳体21内的安装稳定性，进而保证转子轴25的输出扭矩。

本实施例中，转子轴25通过花键与太阳轮24固定连接。从而便于太阳轮24在转子轴25上的安装固定。

本实施例中，输出连接轴210通过花键与行星架28固定连接。从而便于行星架28在输出连接轴210上的安装固定。

实施例二：

如图3所示，本实施例中提供的混联式混合动力系统，包括发动机31以及依次设置在发动机31的输出轴上的扭转减震器32和发电机33，并且发动机31的输出轴与离合器34的输入端相连；离合器34的输出端与上述实施例一中所述的驱动电机35中的转子轴25的输入端相连，驱动电机35中的输出连接轴210的输出端与驱动桥36相连；发电机33通过第一电机控制器37与储能装置39相连，驱动电机35通过第二电机控制器38与储能装置39相连。

需要说明的是发动机31、扭转减震器32和发电机33不一定通过一根主轴依次连接，也可为单独的转轴依次相连，只要能够实现发动机31、扭转减震器32和发电机33一同旋转工作即可。

使用时，当汽车处于低速行驶时，离合器34断开。储能装置39带动驱动电机35正常工作，并通过驱动桥36传动从而实现车辆的正常行驶。此时驱动电机35处于实施例一中描述的低速档位的工作状态，在此不再赘述。此时，当储能装置39中的电能满足行驶所需要的电能时，发动机31不启动；当储能装置39中的电能不能满足行驶所需要的电能时，发动机31启动并带动发电机33进行发电，然后对储能装置39进行充电，从而保证驱动电机35正常工作。

当汽车开始高速行驶时（即车速达到一定数值后），离合器34结合。发动机31启动并依次带动发电机33和驱动电机35中的输出连接轴210正常工作，输出连接轴210带动驱动桥36传动从而实现车辆的正常行驶；此时发电机33通过第一电机控制器37对储能装置39进行充电。此时驱动电机35处于实施例一中描述的高速档位的工作状态，在此不再赘述。

此时驱动电机35的工作状态分为三种情况：

1.当发动机31的负荷率正常时，驱动电机35中的转子23空转，不进行任何作功。

2.当发动机31的负荷率较高时，驱动电机35中的转子23励磁，驱动电机35辅助发动机31进行驱动，从而降低发动机31的负荷率。

3.当发动机31的负荷率较低时，驱动电机35中的转子23励磁，驱动电机35通过第二电机控制器38对储能装置39进行充电。

本实施例中提供的混联式混合动力系统，其通过将驱动电机35中的转子轴25与行星轮系的太阳轮24相连，并且在行星轮系增大扭矩的作用下由输出连接轴210进行输出。其使得输出连接轴210在满足较大的输出扭矩的同时，尽量减小了转子轴25的输出扭矩，从而使得驱动电机35本身的定子22及转子23的尺寸大大降低，进而使得驱动电机35本身的尺寸和重量大大降低。同时也使得驱动电机35更加便于安装使用，大大提高了其使用范围，并最终使得混联式混合动力系统的整体尺寸和重量大大降低，提高了其通用性。

实施例三：

如图4所示，本实施例中提供的混联式混合动力系统，包括发动机31以及输入端与发动机31的输出轴相连的离合器34，离合器34的输出端与上述实施例一中所述的驱动电机35中的转子轴25的输入端相连，驱动电机35中的输出连接轴210的输出端与驱动桥36相连；发动机31的输出轴通过传动装置310与发电机33相连；发电机33通过第一电机控制器37与储能装置39相连，驱动电机35通过第二电机控制器38与储能装置39相连。

本实施例中提供的混联式混合动力系统，其整体结构与实施例二中提供的混联式混合动力系统相类似，其具体工作过程及效果亦与实施例二中提供的混联式混合动力系统相同或类似，在此不再赘述。

下面仅以不同之处加以描述，实施例二中提供的混联式混合动力系统中，其发电机33是通过扭转减震器32串联至发动机31的输出轴上；而本实施例中提供的混联式混合动力系统，其发电机33是通过传动机构并联至发动机31的输出轴上；采用这种并联式连接方式，可进一步减小混联式混合动力系统的结构尺寸，更加便于在车辆上进行布置、安装，从而进一步提高了混联式混合动力系统的使用范围。具体的，其发电机33的具体工作过程与实施例二中的相类似，在此不再赘述。

本实施例中，传动装置310为皮带轮和皮带。需说明的是，传动装置310不仅限于皮带轮和皮带，还可为链轮和链条，传动齿轮等。需理解的是只要能够实现将发电机33与发动机31的输出轴进行连接的传动装置310均应落入本发明的保护范围。

最后应说明的是：以上实施方式及实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式及实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施方式或实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施方式或实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种驱动电机，包括壳体以及置于所述壳体内的定子和转子；

所述转子的中部沿轴向形成有用于套接固定太阳轮的转子轴，所述壳体的内部通过第一制动器安装有内齿圈，所述太阳轮和所述内齿圈均与安装在行星架上的行星齿轮啮合，所述行星架的中部与沿轴向设置的输出连接轴固定连接，并且所述行星架与所述太阳轮之间设置有第二制动器；

其中，所述内齿圈与所述壳体之间通过所述第一制动器实现结合或分离，所述太阳轮与所述行星架之间通过所述第二制动器实现结合或分离；

通过使得所述转子轴与所述太阳轮相连接，在所述太阳轮增大扭矩的作用下，由所述输出连接轴进行输出，以使得所述输出连接轴在满足较大的输出扭矩的同时以减小所述转子轴的输出扭矩。

2.根据权利要求1所述的驱动电机，其特征在于，所述壳体沿轴向的两端均通过轴承与所述转子轴连接。

3.根据权利要求1或2所述的驱动电机，其特征在于，所述转子轴通过花键与所述太阳轮固定连接。

4.根据权利要求1所述的驱动电机，其特征在于，所述输出连接轴通过花键与所述行星架固定连接。

5.一种混联式混合动力系统，包括发动机以及依次设置在所述发动机的输出轴上的扭转减震器和发电机，并且所述发动机的输出轴与离合器的输入端相连；

所述离合器的输出端与上述权利要求1到4中任一项所述的驱动电机中的转子轴的输入端相连，所述驱动电机中的输出连接轴的输出端与驱动桥相连；

所述发电机通过第一电机控制器与储能装置相连，所述驱动电机通过第二电机控制器与所述储能装置相连。

6.一种混联式混合动力系统，包括发动机以及输入端与所述发动机的输出轴相连的离合器，所述离合器的输出端与上述权利要求1到4中任一项所述的驱动电机中的转子轴的输入端相连，所述驱动电机中的输出连接轴的输出端与驱动桥相连；

所述发动机的输出轴通过传动装置与发电机相连；

所述发电机通过第一电机控制器与储能装置相连，所述驱动电机通过第二电机控制器与所述储能装置相连。

7.根据权利要求6所述的混联式混合动力系统，所述传动装置为皮带轮和皮带。