CN105346373B - 一种常闭式电磁齿嵌离合器和单电机混合动力系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种常闭式电磁齿嵌离合器和单电机混合动力系统，该离合器包括：环形电磁铁、环形衔铁、弹性复位件、动端面齿轮和定端面齿轮；本发明提供的技术方案通过控制两个离合器的脱开或闭合，实现了单电机混合动力系统在不同工作模式之间的转换，常闭式电磁齿嵌离合器与传统的干式离合器相比，具有轴向尺寸短、重量轻、占用空间小、传递转矩大、动作迅速等特点；与传统的齿嵌离合器相比，其端面齿轮分别直接与电机主轴和汽车的驱动轴耦合，高度集成；并且特殊设计的环形衔铁和环形电磁铁的局部形状能够似的吸合过程中电磁力近似与电流成正比，使得吸合过程柔和可控，进一步导致单电机混合动力系统的模式转换过程柔和可控。

Description

一种常闭式电磁齿嵌离合器和单电机混合动力系统

技术领域

本发明涉及汽车领域，尤其涉及一种常闭式电磁齿嵌离合器和单电机混合动力系统。

背景技术

现有技术中，汽车混合动力系统中通常包含离合器、变速器与电机，目前市场上常见的双电机、单离合器混联混合动力系统，即由ISG电机(即发电启动一体机)和驱动电机联动而成。ISG电机和驱动电机之间设置有离合器，通过该离合器的离合状态来实现双电机混联系统在纯电动、串联或者并联的驱动模式之间切换。该方案的离合器往往采用传统汽车中的干式离合器，而干式离合器受限于其结构，具有占用空间大、重量大、传递的转矩容量有限等缺点，上述缺点限制了双电机混联系统的发展，导致该方案不仅成本较高，且电机的有效利用率低。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种常闭式电磁齿嵌离合器和单电机混合动力系统，以解决上述问题或者至少部分地解决上述问题。

依据本发明的一个方面，提供了一种常闭式电磁齿嵌离合器，该离合器包括：环形电磁铁、环形衔铁、弹性复位件、动端面齿轮和定端面齿轮；

所述环形衔铁套置固定在所述动端面齿轮上，二者同轴心设置；

当所述环形电磁铁未通电时，所述环形衔铁与所述环形电磁铁相距一定距离，所述动端面齿轮和所述定端面齿轮相啮合；

当所述环形电磁铁通电时，所述环形衔铁被磁吸至所述环形电磁铁上，驱使所述动端面齿轮脱离所述定端面齿轮；

所述弹性复位件安装在所述动端面齿轮上，用于在所述环形电磁铁断电后，驱使所述动端面齿轮复位与所述定端面齿轮相啮合。

可选地，所述动端面齿轮和所述定端面齿轮的齿尖和齿槽均设置为矩形。

可选地，所述弹性复位件包括：定位板和多个弹簧；

所述动端面齿轮的轴向端面具有多个沉孔；

所述多个弹簧与所述多个沉孔一一对应，对于每个弹簧，其一端嵌装于沉孔内，另一端固接在所述定位板上；

所述定位板位置固定。

可选地，所述环形电磁铁的轴向端面上具有环形凹止口；

所述环形衔铁的轴向端面上具有与所述环形凹止口相适配的环形凸止口；

当所述环形衔铁被磁吸至所述环形电磁铁上时，所述环形凸止口嵌装在所述环形凹止口内。

可选地，所述环形凸止口的端面上具有环形凹槽，所述环形凹槽与所述环形凸止口同轴心设置；

所述环形凹槽的两个槽边能够嵌装在所述环形凹止口内。

可选地，所述环形电磁铁包括：励磁线圈和铁芯；

沿圆周绕线的所述励磁线圈通过树脂密封固定于所述铁芯的内部。

依据本发明的另一个方面，提供了一种单电机混合动力系统，该系统包括发动机和电机，

所述发动机和所述电机之间安装有第一离合器；

所述电机与汽车的驱动轴之间安装有第二离合器；

其中，所述第二离合器为如上任一项所述的常闭式电磁齿嵌离合器。

可选地，所述环形电磁铁固定于所述电机的端盖上，且与所述电机的主轴同轴心；

所述动端面齿轮套置在所述电机的主轴上，且能够随所述电机的主轴同步转动，以及能够沿所述电机的主轴轴向移动；

所述定端面齿轮固定在所述汽车的驱动轴上，二者同轴心设置；

所述弹性复位件固定在所述电机的主轴上，用于在所述环形电磁铁断电后，驱使所述动端面齿轮沿所述电机的主轴轴向移动，复位至与所述定端面齿轮相啮合。

可选地，所述电机的端盖上设有环形卡槽，所述环形卡槽与所述电机的主轴同轴心，所述环形电磁铁嵌装在所述环形卡槽内，且所述环形电磁铁的高度小于所述环形卡槽的槽深，用于形成所述环形凹止口。

可选地，该系统进一步包括：电机驱动器和储能装置；

所述电机驱动器安装在所述电机和所述储能装置之间。

由上述可知，综上所述，本发明提供的技术方案通过控制两个离合器的脱开或闭合，实现了单电机混合动力系统在不同工作模式之间的转换，其中，用于对电机和汽车的驱动轴进行机械连接的第二离合器是一种常闭式电磁齿嵌离合器，该离合器采用电磁线圈控制，并采用端面齿轮传递转矩，与传统的干式离合器相比，该离合器具有轴向尺寸短、重量轻、占用空间小、传递转矩大、动作迅速等特点；与传统的齿嵌离合器相比，该离合器的动端面齿轮、定端面齿轮分别直接与电机主轴和汽车的驱动轴耦合，离合器整体分别与两端的电机主轴和汽车的驱动轴精密配合，高度集成；并且特殊设计的环形衔铁和环形电磁铁的局部形状能够似的吸合过程中电磁力近似与电流成正比，使得吸合过程柔和可控，进一步导致单电机混合动力系统的模式转换过程柔和可控，符合需求。

附图说明

图1示出了根据本发明一个实施例的一种单电机混合动力系统的剖视图；

图2示出了根据本发明一个实施例的一种单电机混合动力系统的局部剖视图；

图3A示出了根据本发明一个实施例的一种单电机混合动力系统的A向剖视图；

图3B示出了根据本发明一个实施例的一种单电机混合动力系统的B向剖视图；

图3C示出了根据本发明一个实施例的一种单电机混合动力系统的C向剖视图；

图3D示出了根据本发明一个实施例的一种单电机混合动力系统的D向剖视图；

图4示出了根据本发明另一个实施例的一种单电机混合动力系统的示意图；

图5A示出了根据本发明一个实施例的单电机混合动力系统处于纯电动驱动模式的示意图；

图5B示出了根据本发明一个实施例的单电机混合动力系统处于制动能量回收模式的示意图；

图5C示出了根据本发明一个实施例的单电机混合动力系统处于并联工作模式的示意图；

图5D示出了根据本发明一个实施例的单电机混合动力系统处于停车充电模式的示意图。

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，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1示出了根据本发明一个实施例的一种单电机混合动力系统的剖视图。如图1所示，该单电机混合动力系统包括：发动机100、第一离合器200、电机300和第二离合器400。

发动机100和电机300之间安装有第一离合器200，第一离合器200的一端齿轮安装在发动机100的输出轴上，第一离合器200的另一端齿轮安装在电机300的主轴的靠近发动机100的一端上，闭合的第一离合器200能够在发动机100和电机300之间传递动力；电机300与汽车的驱动轴(图中未示出)之间安装有第二离合器400，第二离合器400的一端齿轮安装在电机300的主轴的远离发动机100的一端上，第二离合器400的另一端齿轮安装在汽车的驱动轴上，闭合的第二离合器400能够在电机300和汽车的驱动轴之间传递动力。在本实施例中，第一离合器200是干式离合器，第二离合器400是常闭式电磁齿嵌离合器，干式离合器是现有技术中常用的离合器种类，对其不再赘述，下文中主要对常闭式电磁齿嵌离合器的机械结构及其在单电机混合动力系统中的机械连接方式进行说明。

图2示出了根据本发明一个实施例的一种单电机混合动力系统的局部剖视图(图1中的点划线框内的放大图)，由图2可以获知第二离合器400与电机300的机械连接方式、第二离合器400的机械结构、以及第二离合器400与汽车的驱动轴的机械连接方式。

如图2所示，在本实施例的单电机混合动力系统中，第二离合器400包括：环形电磁铁410、环形衔铁420、动端面齿轮430、定端面齿轮440和弹性复位件450。环形衔铁420固定在动端面齿轮430上，且二者同轴心设置，优选地，环形衔铁420套置固定在动端面齿轮430上，这样可以进一步缩短第二离合器400的轴向尺寸，进而缩小单电机混合动力系统的体积。当环形电磁铁410未通电时，环形衔铁420与环形电磁铁410相距一定距离，动端面齿轮430和定端面齿轮440相啮合(如图2所示)；当环形电磁铁410通电时，环形衔铁420被磁吸至环形电磁铁410上，驱使动端面齿轮430脱离定端面齿轮440；弹性复位件450安装在动端面齿轮430上，具体地弹性复位件450包括定位板451和多个弹簧452，多个弹簧卡在定位板451与动端面齿轮430之间且呈压缩状态，用于在环形电磁铁410断电后，驱使动端面齿轮430复位与定端面齿轮440相啮合。在本发明的一个实施例中，第二离合器400的环形电磁铁410包括：励磁线圈和铁芯；沿圆周绕线的所述励磁线圈通过树脂密封固定于所述铁芯的内部。

如图2所示，第二离合器400与电机300以及汽车的驱动轴的机械连接方式如下：电机300的端盖上设有环形卡槽310，该环形卡槽310与电机300的主轴同轴心，第二离合器400的环形电磁铁410嵌装在环形卡槽310内，由于环形电磁铁410的高度小于环形卡槽310的槽深，形成了环形凹止口。环形衔铁420的轴向端面上具有与上述环形电磁铁410嵌装在环形卡槽310内所形成的环形凹止口相适配的环形凸止口；当环形衔铁420被磁吸至环形电磁铁410上时，环形衔铁420上的环形凸止口嵌装在环形电磁铁410与环形卡槽310形成的环形凹止口内，进一步地，环形凸止口的端面上具有环形凹槽，该环形凹槽与环形凸止口同轴心设置，环形凹槽的两个槽边能够嵌装在环形凹止口内。第二离合器400的动端面齿轮430通过轴向的花键套置在电机300的主轴上，使得环形衔铁420和动端面齿轮430固定组成的整体既能随电机300的主轴同步转动，也能沿电机300的主轴轴向移动；定端面齿轮440固定在汽车的驱动轴上，二者同轴心设置；弹性复位件450的定位板451固定在电机300的主轴上，用于在环形电磁铁410断电后，驱使环形衔铁420和动端面齿轮430固定组成的整体沿电机300的主轴轴向移动，复位至与定端面齿轮440相啮合。

图3A示出了根据本发明一个实施例的一种单电机混合动力系统的A向剖视图，图3B示出了根据本发明一个实施例的一种单电机混合动力系统的B向剖视图，图3C示出了根据本发明一个实施例的一种单电机混合动力系统的C向剖视图，图3D示出了根据本发明一个实施例的一种单电机混合动力系统的D向剖视图。由图3A-3D可以看出，本实施例中，动端面齿轮430和定端面齿轮440的齿尖和齿槽均设置为矩形，不仅有利于提高系统在对中不好时的抗干扰性能，还可以提升端面齿轮之间传递转矩的能力。此外，动端面齿轮430的轴向端面具有多个沉孔，弹性复位件450的多个弹簧452与多个沉孔一一对应，对于每个弹簧452，其一端嵌装于沉孔内，另一端固接在定位板451上。

图4示出了根据本发明另一个实施例的一种单电机混合动力系统的示意图。如图4所示，该系统在包括发动机100、第一离合器200、电机300、第二离合器400、汽车的驱动轴500的基础上，进一步包括：储能装置600和电机驱动器700。

其中，电机驱动器700安装在电机300和储能装置600之间，用于将储能装置600储存的能量提供给电机300，驱动电机300转动。

基于上述机械结构，本发明提供的单电机混合动力系统通过控制第一离合器和第二离合器的脱开或闭合，使得系统可以根据需求在纯电动驱动模式、制动能量回收模式、并联工作模式、停车充电模式之间转换，其工作原理如下：

图5A示出了根据本发明一个实施例的单电机混合动力系统处于纯电动驱动模式的示意图。如图5A所示，当需要纯电动驱动模式时，在单电机混合动力系统中，脱开第一离合器，闭合第二离合器闭合，整车控制器控制电机工作在驱动模式，储能装置(本实施例中表示为“电池”)通过电机驱动器(图中未示出)向电机提供能量，驱使电机转动，电机转动的动能通过闭合的第二离合器传递给汽车的驱动轴(本实施例中表示为“主减+车轮”)，驱使汽车的驱动轴转动，进而驱使汽车的车轮转动。

图5B示出了根据本发明一个实施例的单电机混合动力系统处于制动能量回收模式的示意图。如图5B所示，当存在制动工况时，在单电机混合动力系统中，脱开第一离合器，闭合第二离合器，关闭发动机，整车控制器控制电机工作在能量回收模式，电机产生的电能储存在储能装置(本实施例中表示为“电池”)中，电池电量增加。

图5C示出了根据本发明一个实施例的单电机混合动力系统处于并联工作模式的示意图。如图5C所示，当需要较多的驱动能量时，在单电机混合动力系统中，闭合第一离合器和第二离合器，整车控制器分别控制发动机与电机工作在驱动状态下，一方面，发动机的动能通过闭合的第一离合器、电机的主轴和闭合的第二离合器传递给汽车的驱动轴(本实施例中表示为“主减+车轮”)；另一方面，电机的动能通过闭合的第二离合器传递给汽车的驱动轴(本实施例中表示为“主减+车轮”)；即发动机与单机共同驱使汽车的驱动轴转动，进而驱使汽车的车轮转动，该模式能够获得较高的经济性。

图5D示出了根据本发明一个实施例的单电机混合动力系统处于停车充电模式的示意图。如图5D所示，停车时，在单电机混合动力系统中，闭合第一离合器，脱开第二离合器，整车控制器控制发动机恒转速工作，发动机的动能通过闭合的第一离合器传递给电机，驱使电机转动发电，电机的电能再传递给储能装置(本实施例中表示为“电池”)，使得电池电量快速上升。

综上所述，本发明提供的技术方案通过控制两个离合器的脱开或闭合，实现了单电机混合动力系统在不同工作模式之间的转换，其中，用于对电机和汽车的驱动轴进行机械连接的第二离合器是一种常闭式电磁齿嵌离合器，该离合器采用电磁线圈控制，并采用端面齿轮传递转矩，与传统的干式离合器相比，该离合器具有轴向尺寸短、重量轻、占用空间小、传递转矩大、动作迅速等特点；与传统的齿嵌离合器相比，该离合器的动端面齿轮、定端面齿轮分别直接与电机主轴和汽车的驱动轴耦合，离合器整体分别与两端的电机主轴和汽车的驱动轴精密配合，高度集成；并且特殊设计的环形衔铁和环形电磁铁的局部形状能够似的吸合过程中电磁力近似与电流成正比，使得吸合过程柔和可控，进一步导致单电机混合动力系统的模式转换过程柔和可控，符合需求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种常闭式电磁齿嵌离合器，其特征在于，该离合器包括：环形电磁铁、环形衔铁、弹性复位件、动端面齿轮和定端面齿轮；

所述环形衔铁套置固定在所述动端面齿轮上，二者同轴心设置；

当所述环形电磁铁未通电时，所述环形衔铁与所述环形电磁铁相距一定距离，所述动端面齿轮和所述定端面齿轮相啮合；

当所述环形电磁铁通电时，所述环形衔铁被磁吸至所述环形电磁铁上，驱使所述动端面齿轮脱离所述定端面齿轮；

所述弹性复位件安装在所述动端面齿轮上，用于在所述环形电磁铁断电后，驱使所述动端面齿轮复位与所述定端面齿轮相啮合；

所述环形电磁铁的轴向端面上具有环形凹止口；所述环形衔铁的轴向端面上具有与所述环形凹止口相适配的环形凸止口；当所述环形衔铁被磁吸至所述环形电磁铁上时，所述环形凸止口嵌装在所述环形凹止口内；

所述环形电磁铁和所述动端面齿轮位于同一侧，所述动端面齿轮的齿的朝向和所述环形衔铁的凸止口的朝向相反。

2.如权利要求1所述的离合器，其特征在于，

所述动端面齿轮和所述定端面齿轮的齿尖和齿槽均设置为矩形。

3.如权利要求1所述的离合器，其特征在于，

所述弹性复位件包括：定位板和多个弹簧；

所述动端面齿轮的轴向端面具有多个沉孔；

所述多个弹簧与所述多个沉孔一一对应，对于每个弹簧，其一端嵌装于沉孔内，另一端固接在所述定位板上；

所述定位板位置固定。

4.如权利要求1所述的离合器，其特征在于，

所述环形凸止口的端面上具有环形凹槽，所述环形凹槽与所述环形凸止口同轴心设置；

所述环形凹槽的两个槽边能够嵌装在所述环形凹止口内。

5.如权利要求1所述的离合器，其特征在于，所述环形电磁铁包括：励磁线圈和铁芯；

沿圆周绕线的所述励磁线圈通过树脂密封固定于所述铁芯的内部。

6.一种单电机混合动力系统，该系统包括发动机和电机，其特征在于，

所述发动机和所述电机之间安装有第一离合器；

所述电机与汽车的驱动轴之间安装有第二离合器；

其中，所述第二离合器为如权利要求1-5中任一项所述的常闭式电磁齿嵌离合器。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，

所述环形电磁铁固定于所述电机的端盖上，且与所述电机的主轴同轴心；

所述动端面齿轮套置在所述电机的主轴上，且能够随所述电机的主轴同步转动，以及能够沿所述电机的主轴轴向移动；

所述定端面齿轮固定在所述汽车的驱动轴上，二者同轴心设置；

所述弹性复位件固定在所述电机的主轴上，用于在所述环形电磁铁断电后，驱使所述动端面齿轮沿所述电机的主轴轴向移动，复位至与所述定端面齿轮相啮合。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，

所述电机的端盖上设有环形卡槽，所述环形卡槽与所述电机的主轴同轴心，所述环形电磁铁嵌装在所述环形卡槽内，且所述环形电磁铁的高度小于所述环形卡槽的槽深，用于形成所述环形凹止口。

9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，该系统进一步包括：电机驱动器和储能装置；

所述电机驱动器安装在所述电机和所述储能装置之间。