CN105599588A - 多模混合动力无级变速系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多模混合动力无级变速系统，该无级变速系统包括发电机、电动机和内燃机，发电机、电动机与蓄电池连接，发电机的转动轴直接或通过发电机传动系统带动传动轴转动，传动轴与内燃机的转动轴通过第一离合器相连接，传动轴上套有同轴设置的常啮合齿轮，常啮合齿轮与传动轴之间设有第二离合器；无级变速系统还包括行星齿轮组，行星齿轮组的齿圈设有外齿轮，常啮合齿轮与齿圈的外齿轮相啮合，齿圈上还设有能固定齿圈的离合机构，行星齿轮组的太阳轮的转轴和电动机的转动轴同轴连接，行星齿轮组的行星架的输出轴通过差速器驱动车轮转动。该无级变速系统，能够实现纯电驱动、串联、并联、停车充电以及制动回收充电等多种工作模式的切换。

Description

多模混合动力无级变速系统
技术领域
本发明涉及一种多模混合动力无级变速系统。
背景技术
汽车无级变速器一直是人们追求的理想的汽车变速器。采用无极自动变速传动系统，通过速比的连续调节，能够确保内燃机沿最佳燃油经济线工作，提高燃油经济性，节省燃油，降低有害气体排放；同时，无级变速系统可使汽车变速更加平稳，提高了乘坐舒适性。
兼有传统汽车和电动汽车的综合优势而作为两者折衷产品的混合动力汽车，被认为是未来一段时期内最有实用价值的新型汽车。本发明设计了一种适用于混合动力汽车的多模混合动力无级变速系统，该无级变速系统能够实现纯电驱动、串联、并联、停车充电以及制动回收充电等多种工作模式的切换。同时，该系统可在纯电驱动模式实现从电动机到车轮的传动速比的连续变化，也能在并联模式下实现从内燃机到车轮的传动比的连续变化，从而能根据车辆运行速度优化电动机或内燃机的工作状态，改善了车辆的能量利用效率和排放性能。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多模混合动力无级变速系统，该无级变速系统能够实现纯电驱动、串联、并联、停车充电以及制动回收充电等多种工作模式的切换，并能在纯电驱动和并联模式下实现从电机或内燃机到车轮的无级变速。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种多模混合动力无级变速系统，该无级变速系统包括发电机、电动机和内燃机，发电机、电动机与蓄电池连接，发电机的转动轴直接或通过发电机传动系统带动传动轴转动，传动轴与内燃机的转动轴通过第一离合器相连接，传动轴上套有同轴设置的常啮合齿轮，常啮合齿轮与传动轴之间设有第二离合器；无级变速系统还包括行星齿轮组，行星齿轮组的齿圈设有外齿轮，常啮合齿轮与齿圈的外齿轮相啮合，齿圈上还设有能固定齿圈的离合机构，行星齿轮组的太阳轮的转轴和电动机的转动轴同轴连接，行星齿轮组的行星架的输出轴通过差速器驱动车轮转动。
优选的，行星齿轮组的齿圈设有内齿轮，太阳轮位于齿圈中间，齿圈与太阳轮之间设有多个与齿圈的内齿轮、太阳轮相啮合的行星齿轮，行星齿轮安装在行星架上，行星齿轮能绕自身轴线转动，行星架的输出轴位于行星架背向行星齿轮的一面。
优选的，发电机传动系统包括第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮与发电机的转动轴同轴固定连接，第一齿轮与第二齿轮相啮合，第二齿轮与传动轴同轴固定连接。
优选的，差速器的主动齿轮与行星架的输出轴同轴固定连接，差速器的输出轴与车轮同轴固定连接。
优选的，电动机的转动轴与太阳轮的转轴之间设有第三离合器。
优选的，无级变速系统除发电机、电动机和内燃机以外的部件均安装于变速箱内。
优选的，无级变速系统安装于变速箱内。
优选的，离合机构为制动器或离合器。
如上所述，本发明多模混合动力无级变速系统，具有以下有益效果：
该多模混合动力无级变速系统，能够实现纯电驱动、串联、并联、停车充电以及制动回收充电等多种工作模式的切换。同时，该系统可在纯电驱动模式实现从电动机到车轮的传动速比的连续变化，也能在并联模式下实现从内燃机到车轮的传动比的连续变化，从而能根据车辆运行速度优化电动机或内燃机的工作状态，改善了车辆的能量利用效率和排放性能。此无级变速系统结构紧凑，能够很好地解决混合动力变速箱的空间布局问题，特别是能满足发电机和电动机在同侧时的径向尺寸空间问题。
附图说明
图1显示为本发明多模混合动力无级变速系统的第一种实施方式的结构示意图。
图2显示为本发明多模混合动力无级变速系统的第二种实施方式的结构示意图。
图3显示为本发明多模混合动力无级变速系统的第三种实施方式的结构示意图。
元件标号说明
1发电机
2电动机
3内燃机
4传动轴
5第一离合器
6常啮合齿轮
7第二离合器
8行星齿轮组
81齿圈
811外齿轮
812内齿轮
83行星架
84行星齿轮
9离合机构
10差速器
101差速器主动齿轮
102差速器输出轴
11第一齿轮
12第二齿轮
13第三离合器
14变速箱
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图3。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1至图3所示，本发明提供一种多模混合动力无级变速系统，该无级变速系统包括发电机1、电动机2和内燃机3，发电机1、电动机2与蓄电池连接，发电机1的转动轴直接或通过发电机传动系统带动传动轴4转动，传动轴4与内燃机3的转动轴通过第一离合器5相连接，传动轴4上套有同轴设置的常啮合齿轮6，常啮合齿轮6与传动轴4之间设有第二离合器7；无级变速系统还包括行星齿轮组8，行星齿轮组8的齿圈81设有外齿轮811，常啮合齿轮6与齿圈81的外齿轮811相啮合，齿圈81上还设有能固定齿圈81的离合机构9，行星齿轮组8的太阳轮82的转轴和电动机2的转动轴同轴连接，行星齿轮组8的行星架83的输出轴通过差速器10驱动车轮转动。
其中，离合机构9为制动器或离合器等，通过离合机构9来实现齿圈81的固定(零转速)或者释放。而上述方案中，常啮合齿轮6通过与齿圈81的外齿轮811啮合的方式与齿圈81连接，但也可根据机构布局需要的其它方式与齿圈81连接。
上述行星齿轮组8的一种具体结构如图1至图3所示。行星齿轮组8的齿圈81设有内齿轮812，太阳轮82位于齿圈81中间，齿圈81与太阳轮82之间设有多个与齿圈81的内齿轮812、太阳轮82相啮合的行星齿轮84，行星齿轮84安装在行星架83上，行星齿轮84能绕自身轴线转动，行星架83的输出轴位于行星架83背向行星齿轮84的一面。
上述差速器10的一种具体结构如图1至图3所示。差速器10的主动齿轮101与行星架83的输出轴同轴固定连接，差速器10的输出轴102与车轮同轴固定连接。
上述无级变速系统，通过控制三个离合分离机构(第一离合器5、第二离合器7及离合机构9)，调节发电机1、电动机2、内燃机3之间的转速、扭矩和功率，而实现发电机1、电动机2、内燃机3之间的动力耦合，能够实现纯电驱动、串联、并联、停车充电以及制动回收充电等多种工作模式的切换，具体如表1所示。
表1多模混合动力无级变速系统工作模式列表
在纯电模式，控制齿圈81的离合机构9脱开，第一离合器5脱开，第二离合器7闭合，内燃机3不工作，通过发电机1(此时作为电动机)调节齿圈81的转速来实现电动机2的输入转速和行星架83至差速器10的输出端转速之间的无级变速。
在串联模式下，齿圈81被离合机构9制动，第一离合器5闭合，第二离合器7脱开，内燃机3、电动机2、发电机1均工作，电动机2的输入转速和差速器10的输出转速之间的转速速比固定，不能实现无级变速。同时，内燃机3带动发电机1给蓄电池充电。
在并联模式下，控制齿圈81的离合机构9脱开，第一离合器5闭合，第二离合器7闭合，内燃机3工作，电动机2工作，发电机1关闭或作为发电机，通过控制调节电动机2和内燃机3之间的转速而实现输入转速和输出转速之间的无极变速；此模式下，发电机1是否发电根据蓄电池状况决定。
在并联急加速模式时，控制齿圈81的离合机构9脱开，第一离合器5闭合，第二离合器7闭合，内燃机3工作，电动机2工作，发电机1作为发电机或者电动机，电动机2、内燃机3做功时，发电机1可作为电动机2的助力提高车辆加速性能。
在停车充电模式时，控制齿圈81的离合机构9脱开，第一离合器5闭合，第二离合器7脱开，内燃机3工作，电动机2关闭，发电机1工作，内燃机3带动发电机1给蓄电池充电。
在制动回收充电模式时，第一离合器5脱开或闭合，第二离合器7脱开或闭合，内燃机3关闭。此时，有两种模式可选择。第一种模式，控制齿圈81的离合机构9闭合，发电机1关闭，电动机2作为发电机发电而回收能量；第二种模式，控制齿圈81的离合机构9脱开，发电机1和电动机2同时发电回收能量。
发电机1的转动轴可直接与传动轴4同轴固定连接，如图1和图3所示，也可通过发电机传动系统与传动轴4连接，如图2所示。其中，发电机传动系统包括第一齿轮11和第二齿轮12，第一齿轮11与发电机1的转动轴同轴固定连接，第一齿轮11与第二齿轮12相啮合，第二齿轮12与传动轴4同轴固定连接。发电机1与内燃机3不同轴布置的好处是，可以通过第一齿轮11、第二齿轮12的传动比，调整发电机1与内燃机3之间的转速比。
在电动机2不工作时，太阳轮82的转轴在某些工作模式下会带动电动机2空转。若需保证电动机2在不工作时，电动机2的转动轴不会空转，还可在电动机2的转动轴与太阳轮82的转轴之间设有第三离合器13，如图3所示。
上述发电机1、电动机2和内燃机3可以根据需要设置于变速箱14的内部或者外部。即无级变速系统除发电机1、电动机2和内燃机3以外的部件均安装于变速箱14内，或者无级变速系统整体均安装于变速箱14内。
综上所述，本发明多模混合动力无级变速系统，能够实现纯电驱动、串联、并联、停车充电以及制动回收充电等多种工作模式的切换，特别是该系统可在纯电驱动模式实现从电动机到车轮的传动速比的连续变化，也能在并联模式下实现从内燃机到车轮的传动比的连续变化，从而能根据车辆运行速度优化电动机或内燃机的工作状态，改善了车辆的能量利用效率和排放性能。此无级变速系统结构紧凑，能够很好地解决混合动力变速箱的空间布局问题，特别是能满足发电机和电动机在同侧时的径向尺寸空间问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种多模混合动力无级变速系统，其特征在于：所述无级变速系统包括发电机(1)、电动机(2)和内燃机(3)，所述发电机(1)、电动机(2)与蓄电池连接，所述发电机(1)的转动轴直接或通过发电机传动系统带动传动轴(4)转动，所述传动轴(4)与所述内燃机(3)的转动轴通过第一离合器(5)相连接，所述传动轴(4)上套有同轴设置的常啮合齿轮(6)，所述常啮合齿轮(6)与传动轴(4)之间设有第二离合器(7)；所述无级变速系统还包括行星齿轮组(8)，所述行星齿轮组(8)的齿圈(81)设有外齿轮(811)，所述常啮合齿轮(6)与所述齿圈(81)的外齿轮(811)相啮合，所述齿圈(81)上还设有能固定齿圈(81)的离合机构(9)，所述行星齿轮组(8)的太阳轮(82)的转轴和所述电动机(2)的转动轴同轴连接，所述行星齿轮组(8)的行星架(83)的输出轴通过差速器(10)驱动车轮转动。
2.根据权利要求1所述的多模混合动力无级变速系统，其特征在于：所述行星齿轮组(8)的齿圈(81)设有内齿轮(812)，所述太阳轮(82)位于所述齿圈(81)中间，所述齿圈(81)与太阳轮(82)之间设有多个与所述齿圈(81)的内齿轮(812)、太阳轮(82)相啮合的行星齿轮(84)，所述行星齿轮(84)安装在所述行星架(83)上，所述行星齿轮(84)能绕自身轴线转动，所述行星架(83)的输出轴位于所述行星架(83)背向行星齿轮(84)的一面。
3.根据权利要求1所述的多模混合动力无级变速系统，其特征在于：所述发电机传动系统包括第一齿轮(11)和第二齿轮(12)，所述第一齿轮(11)与所述发电机(1)的转动轴同轴固定连接，所述第一齿轮(11)与所述第二齿轮(12)相啮合，所述第二齿轮(12)与所述传动轴(4)同轴固定连接。
4.根据权利要求1所述的多模混合动力无级变速系统，其特征在于：所述差速器(10)的主动齿轮(101)与所述行星架(83)的输出轴同轴固定连接，所述差速器(10)的输出轴(102)与所述车轮同轴固定连接。
5.根据权利要求1所述的多模混合动力无级变速系统，其特征在于：所述电动机(2)的转动轴与所述太阳轮(82)的转轴之间设有第三离合器(13)。
6.根据权利要求1所述的多模混合动力无级变速系统，其特征在于：所述无级变速系统除发电机(1)、电动机(2)和内燃机(3)以外的部件均安装于变速箱(14)内。
7.根据权利要求1所述的多模混合动力无级变速系统，其特征在于：所述无级变速系统安装于变速箱(14)内。
8.根据权利要求1所述的多模混合动力无级变速系统，其特征在于：所述离合机构(9)为制动器或离合器。
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