CN105291810A - 一种混合电驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种混合电驱动装置，包括发动机、第一电机、第二电机、前传动、第一行星排、第二行星排及换档元件；发动机通过前传动分别与第一行星排和第二行星排连接。第一电机与第一行星排连接；第二行星排通过第二电机与车轮连接；第一行星排与第二行星排啮合传动；通过换档元件对第一行星排或第二行星排实现固定传动比。本发明的混合电驱动装置，通过设置的前传动、两个行星排和换档元件，可以实现功率分流模式和定传动比模式，从而在增强动力性的同时还能够提高传动效率。

Description

一种混合电驱动装置

技术领域

本发明涉及车辆驱动技术领域，尤其涉及车辆混合驱动技术领域，具体涉及一种混合电驱动装置。

背景技术

现有的功率分流混合电驱动装置，包括发动机、第一电机、第二电机和分流行星排。其中，发动机与分流行星排的行星架连接，第一电机与分流行星排的太阳轮连接，分流行星排的齿圈与第二电机连接后驱动车轮。在该功率分流混合电驱动装置中，发动机的动力通过行星排分流成两路，一路动力驱动第一发电机发电后供给第二电机，另一路动力和第二电机的动力汇流后共同驱动车辆。

然而，现有技术中的功率分流混合电驱动装置存在以下问题：由于现有车用电机的扩速范围有限，目前可以实现的扩速比为4，因此，最高车速受到了限制。且驱动车辆高速行驶的动力全部来自发动机，而其中部分动力经过了两次机电转换，从而导致高速时的传动效率较低，而在爬坡时发动机的动力经过分流行星排后会降低，因此要求第二电机具有大的输出转矩，但即使这样，长时间爬坡时第二电机会因为工作在低速低效率区而发热加剧。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术中的缺点，提供一种混合电驱动装置，可以增强动力性并提高传动效率。

本发明提供了一种混合电驱动装置，包括发动机、第一电机、第二电机、前传动、第一行星排、第二行星排及换档元件，其中：所述发动机通过所述前传动分别与所述第一行星排和所述第二行星排连接；所述第一电机与所述第一行星排连接；所述第二行星排通过所述第二电机与车轮连接；所述第一行星排与所述第二行星排啮合传动；通过所述换档元件对所述第一行星排或所述第二行星排实现固定传动比。

优选地，所述前传动将所述发动机的动力分解成旋转方向相反的两路动力分别输出到所述第一行星排和所述第二行星排。

优选地，所述前传动将所述发动机的动力分解成旋转方向相同的两路动力分别输出到所述第一行星排和所述第二行星排。

优选地，所述第一行星排包括第一太阳轮、第一行星架和第一齿圈，所述第一行星架与所述前传动连接，所述第一电机与所述第一太阳轮连接，所述第一齿圈上还设有第一中间齿轮，所述第一中间齿轮与所述第二行星排啮合传动。

优选地，所述第二行星排包括第二太阳轮、第二行星架和第二齿圈，所述第二太阳轮与所述前传动连接，所述第二行星架与所述第二电机连接后与所述车轮连接，所述第二齿圈上还设有第二中间齿轮，所述第二中间齿轮与所述第一中间齿轮啮合传动。

优选地，所述换档元件包括第一离合器或者/和第二离合器，所述第一离合器用于闭锁所述第一行星排的任意两个构件，所述第二离合器用于闭锁所述第二行星排的任意两个构件。

优选地，所述第一离合器闭锁所述第一太阳轮和所述第一齿圈，所述第二离合器闭锁所述第二太阳轮和所述第二齿圈。

优选地，所述换档元件还包括第一制动器或者/和第二制动器，所述第一制动器用于锁止所述第一行星排的任意一个构件，所述第二制动器用于锁止所述第二行星排的任意一个构件。

优选地，所述第一制动器锁止所述第一太阳轮，所述第二制动器锁止所述第二太阳轮。

优选地，还包括第三制动器，所述第三制动器用于锁止所述发动机。

上述混合电驱动装置，通过设置的前传动、两个行星排和换档元件，可以实现功率分流模式和定传动比模式，从而在增强动力性的同时还能够提高传动效率。

附图说明

图1是本发明第一具体实施例所涉及的混合电驱动装置的结构示意图；

图2是本发明第二具体实施例所涉及的混合电驱动装置的结构示意图；

图3是本发明第三具体实施例所涉及的混合电驱动装置的结构示意图；

图4是本发明第四具体实施例所涉及的混合电驱动装置的结构示意图。

主要元件符号说明：

1发动机；2第一电机；3第二电机；4前传动；5，51，52，53，54分别是第一行星排、第一太阳轮、第一行星架、第一齿圈和第一中间齿轮；6，61，62，63，64分别是第二行星排、第二太阳轮、第二行星架、第二齿圈和第二中间齿轮；7，71，72，73，74，75分别是换档元件、第一离合器、第二离合器、第一制动器、第二制动器和第三制动器；9车轮。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。应理解，实施例仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制。

图1是本发明第一具体实施例所涉及的混合电驱动装置的结构示意图。

请参照图1，混合电驱动装置包括：发动机1、第一电机2、第二电机3、前传动4、第一行星排5、第二行星排6、换档元件7及车轮9。其中，发动机1通过前传动4分别与第一行星排5和第二行星排6连接。第一电机2与第一行星排5连接。第二行星排6通过第二电机3与车轮9连接。第一行星排5与第二行星排6啮合传动。通过换档元件7对第一行星排5或第二行星排6实现固定传动比。

图2是本发明第二具体实施例所涉及的混合电驱动装置的结构示意图。

请参照图2，第二具体实施例中的混合电驱动装置与第一实施例相比，区别仅在于：前传动4将发动机1的动力分解成旋转方向相反的两路动力并分别输出到第一行星排5和第二行星排6。相应的，与发动机1旋转方向相反的一路动力输出到第一行星排5，与所述发动机1旋转方向相同的另一路动力输出到第二行星排6。

进一步地，在其他实施例中，前传动4也可以将发动机1的动力分解成旋转方向相同的两路动力并分别输出到第一行星排5和第二行星排6。相应的，与发动机1旋转方向相同的一路动力可以输出到所述第一行星排5，与所述发动机1旋转方向相同的另一路动力可以输出到所述第二行星排6，本发明并不以此为限制。

在本实施例中，前传动4可以为定轴齿轮式前传动。在其他实施例中，除了可以用定轴齿轮来对发动机1的动力进行分流外，前传动4也可以采用行星排作为分流机构，本发明并不以此为限制。

第一行星排5包括：第一太阳轮51、第一行星架52和第一齿圈53。第一行星架52与前传动4连接，第一电机2与第一太阳轮51连接。第一行星排5可以采用普通的三构件行星排来实现，也可以采用复合行星排来实现，并不以此为限制。可以将第一行星架52与前传动4连接，也可以将第一太阳轮51或者第一齿圈53与前传动4连接，以输入发动机1的部分动力。第一电机2可以与第一太阳轮51连接，也可以是第一电机2与第一行星排5的其他两个构件连接，并不以此为限制。

进一步的，第一齿圈53上还设有第一中间齿轮54，第一中间齿轮54与第二行星排6啮合传动。第一中间齿轮54可以设在第一齿圈53外，也可以设在第一行星排5的其他两个构件上与第二行星排6啮合传动，并不以此为限制。

第二行星排6包括：第二太阳轮61、第二行星架62和第二齿圈63。第二太阳轮61与前传动4连接，第二行星架62与第二电机3连接后与车轮8连接。第二行星排6可以采用普通的三构件行星排来实现，也可以采用复合行星排来实现，并不以此为限制。可以将第二太阳轮61与前传动4连接，也可以将第二行星架62或者第二齿圈63与前传动4连接，以输入发动机1的部分动力。第二行星架62可以与第二电机3连接后与车轮9连接，也可以是第二行星排6的其他两个构件之一与第二电机3连接后与车轮9连接，并不以此为限制。

第二齿圈63上还设有第二中间齿轮64，第二中间齿轮64与第一中间齿轮54啮合传动。第二中间齿轮64可以设在第二齿圈63外，也可以设在第二行星排6的其他两个构件上与第一行星排5啮合传动，并不以此为限制。

本实施例中的混合电驱动装置工作在功率分流模式下，发动机1经过前传动4分别驱动第一行星架52和第二太阳轮61，第一电机2工作在发电模式给蓄电装置(未示出)充电或者给第二电机3供电，第二电机3工作在电动模式，与发动机1共同驱动车轮9。此时发动机1的部分动力不经过机电转换后传递第二电机3上与其输出动力汇合后驱动车轮9，发动机1的其余动力经过第一电机2转换成电能给蓄电装置充电或者给第二电机3供电。

根据第一行星排5和第二行星排6的运动学方程，可得出以下关系式：

$n_{m1}+(\frac{k_1}{k_2}+\frac{1+k_1}{i_f})n_e=\frac{k_1(1+k_2)}{k_2}{n}_{m2}---\left(1\right)$

其中，if为前传动4中发动机1到第一行星架52的传动比，显然，发动机1到第二太阳轮61的传动比为1，第一行星排5和第二行星排6的结构特征参数分别为k1和k2，发动机1的转速、第一电机2的转速和第二电机3的转速分别为ne、nm1和nm2。

由公式(1)可知，该功率分流结构的参数有i、k1和k2。因此，其参数优选的空间明显大于现有技术中的只有一个分流行星排，所以，采用本实施例的混合电驱动装置可以得到性能更佳的分流结构。

进一步的，如图2所示，该混合电驱动装置还包括换档元件7，该换档元件7可以包括：第一离合器71，用于闭锁第一太阳轮51和第一齿圈53。第一离合器71也可以用于闭锁第一太阳轮51、第一行星架52和第一齿圈53中的任意两个构件，使得第一行星排5的传动比为1，本发明并不以此为限制。此时，发动机1到第二电机3的传动比in为：

$i_n=\frac{1+k_2(1+k_1)i_f}{1+k_2}---\left(2\right)$

也就是说，发动机1的动力全部经第二行星排6传递到车轮9上，因此提高了传动效率，此时第一电机2和第二电机3可以工作在发电模式、电动模式或者空转，可以根据实际情况设定。

可选的，在其他实施例中换档元件7也可以包括：第二离合器72，用于闭锁第二太阳轮51和第二齿圈63。第二离合器72也可以用于闭锁第二太阳轮61、第二行星架62和第二齿圈63中的任意两个构件，使得第二行星排6的传动比为1，并不以此为限制。此时，发动机1到第二电机3的传动比in为：

i_n＝1(3)

由于也是固定速比机械传动，而且是直接档，故明显提高了装置的传动效率。

图3是本发明第三具体实施例所涉及的混合电驱动装置的结构示意图。

请参照图3，第三具体实施例中的混合电驱动装置与第二实施例相比，区别仅在于：换档元件7还可以包括：第一制动器73，用于锁止第一太阳轮51。此时，发动机1到第二电机3的传动比in为：

$i_n=\frac{k_1+k_2(1+k_1)i_f}{k_1(1+k_2)}---\left(4\right)$

由此可以看出，本实施例也是采用了固定速比机械传动，提高了传动效率，并且，也可以通过参数选择实现在宽的范围内选择上述传动比。

可选的，在其他实施例中，换档元件7可以包括：第二制动器74，用于锁止第二齿圈63。此时，发动机1到第二电机3的传动比in为：

i_n＝1+k₂(5)

其也是固定速比机械传动，提高了传动效率，并且，也可以通过参数选择实现在宽的范围内选择上述传动比。

需要说明的是，换档元件7可以只包括第一离合器71、第二离合器72、第一制动器73和第二制动器74中的一个，也可以包括其中的两个，可根据具体情况进行选择组合。

例如，若换档元件7包括第一离合器71和第二离合器72，则该混合电驱动装置可以具有爬坡模式、功率分流模式和高速模式。混合电驱动装置工作在爬坡模式时，第一离合器71闭锁，发动机1和第二电机3共同驱动车轮9。此时发动机1的输出转矩增大后与第二电机3共同驱动车轮9，第一电机2不发电，第二电机3由蓄电装置供电，由此降低了对第二电机3的输出转矩的要求。混合电驱动装置工作在功率分流模式时，第一离合器71和第二离合器72均分离。混合电驱动装置工作在高速模式时，第二离合器8闭锁，发动机1驱动车轮9。高速时，由于发动机1直接驱动车轮9，因此提高了传动效率，而且通过调节发动机1的转速，车速可进一步增大，第二电机3可以工作在电动模式，与发动机1一起驱动车轮9，实现短时的高速超车，第二电机3也可以工作在发电模式给蓄电装置充电。

图4是本发明第四具体实施例所涉及的混合电驱动装置的结构示意图。

请参照图4，第四具体实施例中的混合电驱动装置与第三实施例相比，区别仅在于：还包括第三制动器75。第三制动器75，用于锁止发动机1。在配置的发动机1功率较小时，其启动转矩也较小，为了避免发动机1在纯电动行驶过程中被第一电机2或者车辆意外拖动增加而内部摩擦，因此设置了第三制动器75。对于其他的具体实施例，也可以根据实际需要添加第三制动器75，并不以此为限制。

本发明具体实施例的混合电驱动装置，通过设置的前传动、两个行星排和换档元件，可以实现功率分流模式和定传动比模式，从而在增强动力性的同时还能够提高传动效率。

本发明并不局限于上述实施例，而是覆盖在不脱离本发明的精神和范围的情况下所进行的所有改变和修改。这些改变和修改不应被认为是脱离了本发明的精神和范围，并且所有诸如对于本领域技术人员来说显而易见的修改均应被包括在所附权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种混合电驱动装置，其特征在于，包括发动机、第一电机、第二电机、前传动、第一行星排、第二行星排及换档元件，其中：

所述发动机通过所述前传动分别与所述第一行星排和所述第二行星排连接；

所述第一电机与所述第一行星排连接；

所述第二行星排通过所述第二电机与车轮连接；

所述第一行星排与所述第二行星排啮合传动；

通过所述换档元件对所述第一行星排或所述第二行星排实现固定传动比。

2.根据权利要求1所述的混合电驱动装置，其特征在于，所述前传动将所述发动机的动力分解成旋转方向相反的两路动力分别输出到所述第一行星排和所述第二行星排。

3.根据权利要求1所述的混合电驱动装置，其特征在于，所述前传动将所述发动机的动力分解成旋转方向相同的两路动力分别输出到所述第一行星排和所述第二行星排。

4.根据权利要求1任一所述的混合电驱动装置，其特征在于，所述第一行星排包括第一太阳轮、第一行星架和第一齿圈，所述第一行星架与所述前传动连接，所述第一电机与所述第一太阳轮连接，所述第一齿圈上还设有第一中间齿轮，所述第一中间齿轮与所述第二行星排啮合传动。

5.根据权利要求4所述的混合电驱动装置，其特征在于，所述第二行星排包括第二太阳轮、第二行星架和第二齿圈，所述第二太阳轮与所述前传动连接，所述第二行星架与所述第二电机连接后与所述车轮连接，所述第二齿圈上还设有第二中间齿轮，所述第二中间齿轮与所述第一中间齿轮啮合传动。

6.根据权利要求5所述的混合电驱动装置，其特征在于，所述换档元件包括第一离合器或者/和第二离合器，所述第一离合器用于闭锁所述第一行星排的任意两个构件，所述第二离合器用于闭锁所述第二行星排的任意两个构件。

7.根据权利要求6所述的混合电驱动装置，其特征在于，所述第一离合器闭锁所述第一太阳轮和所述第一齿圈，所述第二离合器闭锁所述第二太阳轮和所述第二齿圈。

8.根据权利要求5或6所述的混合电驱动装置，其特征在于，所述换档元件还包括第一制动器或者/和第二制动器，所述第一制动器用于锁止所述第一行星排的任意一个构件，所述第二制动器用于锁止所述第二行星排的任意一个构件。

9.根据权利要求8所述的混合电驱动装置，其特征在于，所述第一制动器锁止所述第一太阳轮，所述第二制动器锁止所述第二太阳轮。

10.根据权利要求1-9任一所述的混合电驱动装置，其特征在于，还包括第三制动器，所述第三制动器用于锁止所述发动机。