CN108099582B - 混合动力无级变速系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力无级变速系统，包括输出轴、电机动力耦合机构、起步机构和无级变速机构，起步机构与内燃机和无级变速机构连接，无级变速机构与输出轴连接，所述电机动力耦合机构通过链传动机构与所述输出轴连接。本发明的混合动力无级变速系统，在车辆减速过程中，车辆的惯性力矩可通过链传动机构传递到电机动力耦合机构以实现能量回收，进而可以提高节能减排效果和节油率；同时通过优化的结构设计，使得整个混动无级变速器的尺寸控制在传统无级变速器的范围内，大大提高整车布置上的适用性。

Description

混合动力无级变速系统

技术领域

本发明属于变速器技术领域，具体地说，本发明涉及一种混合动力无级变速系统。

背景技术

典型的混合动力变速器包括电机、动力耦合机构和变速器。变速器使用传统多档AT变速器、DCT变速器等来实现变速。由内燃机或电机产生的动力分别传递到变速器，通过变速器将动力输出到车轮，并且内燃机和电机可以独立或同时将动力输出到变速器。通常混合动力系统具有纯内燃机驱动模式，纯电机驱动模式，内燃机和电机同时驱动的模式。同时以上模式往往都是通过变速器内部的液压系统控制来实现。

虽然当前的混动变速器系统都实现了以上的驱动模式，并且通过针对不同工况切换对应的工作模式实现了节能减排的目的，但是目前的系统都有一定的技术局限，如公告号为CN101574922B的专利文献描述了一种由电机、离合器及AT变速器组成的混合动力变速器，该变速器通过离合器来实现不同的驱动模式，实现了节能减排的效果，不过当混合动力系统高压电耗尽或高压电系统出现保护时，由于电机无法工作导致液压泵无法工作，从而导致连接变速器和发动机之间的离合器无法结合，导致发动机的动力无法传递到变速器使得整车无法在单独发动机驱动的模式下工作。并且由于电机的动力加载在变速器的输入轴上，导致当发动机和电机同时工作扭矩超过变速器承受扭矩时需要对电机或发动机动力进行限制，这将限制了整车的动力性能。同时AT变速器有级式的变速使得发动机或电机始终无法工作在最高效区域，导致发动机和电机的效率无法得到最大限度的发挥。并且目前混合动力系统的变速器在效率，结构尺寸重量，及成本上都有持续改进提升的需求。因此，需要一种功能更完善，节油率更高，更紧凑的混合动力无级变速系统。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种混合动力无级变速系统，目的是提高节能减排效果。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：混合动力无级变速系统，包括输出轴、电机动力耦合机构、起步机构和无级变速机构，起步机构与内燃机和无级变速机构连接，无级变速机构与输出轴连接，所述电机动力耦合机构通过链传动机构与所述输出轴连接。

所述电机动力耦合机构包括电机，电机包括电机定子、电机转子和与电机转子连接的电机支撑轴，所述链传动机构与电机支撑轴和所述输出轴连接。

所述链传动机构包括设置于所述电机支撑轴上的主动链轮、设置于所述输出轴上的从动链轮以及与主动链轮和从动链轮配合的链条。

在车辆减速过程中，整车的惯性动力传递到所述输出轴后，再通过所述链传动机构传递所述电机，以使电机发电，实现能量回收。

所述起步机构包括用于与所述内燃机连接的输入轴和与所述无级变速机构连接的行星齿轮组，所述电机支撑轴空套在输入轴上。

在内燃机驱动模式下工作时，内燃机产生的动力经所述起步机构和所述无级变速机构传递至所述输出轴，最终动力输出到车轮，同时内燃机产生的动力通过输出轴传递到所述链传动机构，最终驱动所述电机转子转动，以实现发电。

在电机驱动模式下工作时，电机产生的动力经链传动机构传递至所述输出轴，最终动力输出到车轮。

在电机驱动模式下工作时，通过所述起步机构启动内燃机，实现在纯电机驱动行驶过程中启动内燃机。

所述无级变速机构为带式无级变速器。

本发明的混合动力无级变速系统，在车辆减速过程中，车辆的惯性力矩可通过链传动机构传递到电机动力耦合机构以实现能量回收，进而可以提高节能减排效果和节油率；同时通过优化的结构设计，使得整个混动无级变速器的尺寸控制在传统无级变速器的范围内，大大提高整车布置上的适用性，降低了重量和成本。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是本发明混合动力无级变速系统的结构示意图；

图中标记为：1、输入轴；2、轴承；3、主动链轮；4、电机支撑轴；5、电机转子；6、电机定子；7、前进倒档机构；8、驱动带轮；9、传动带；10、从动带轮；11、链条；12、从动链轮；13、输出轴；14、差速器。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

如图1所示，本发明提供了一种混合动力无级变速系统，包括变速器壳体、液压油泵、输出轴13、电机动力耦合机构、起步机构、无级变速机构和差速器14，起步机构与内燃机和无级变速机构连接，无级变速机构与输出轴13连接，电机动力耦合机构通过链传动机构与输出轴13连接。电机动力耦合机构布置在内燃机和无级变速机构之间，电机动力耦合机构产生的动力可以不经过无级变速机构传递，而通过链传动机构等直接传递到车轮，实现车辆的纯电动行驶。

具体地说，如图1所示，电机动力耦合机构包括电机，电机包括电机定子6、电机转子5和与电机转子5连接的电机支撑轴4，链传动机构与电机支撑轴4和输出轴13连接。电机定子6与电机转子5相配合，电机转子5设置于电机定子6的内部且电机转子5可相对于电机定子6进行旋转，电机位于变速器壳体的内部，电机定子6和变速器壳体成为一个固定无相对运动的整体。电机转子5与电机支撑轴4固定连接，电机支持轴通过轴承2安装在变速器壳体上。链传动机构包括设置于电机支撑轴4上的主动链轮3、设置于输出轴13上的从动链轮12以及与主动链轮3和从动链轮12配合的链条11，主动链轮3通过花键和电机支撑轴4连接，从动链轮12通过花键与输出轴13连接，主动链轮3和从动链轮12通过链条11连接。在车辆减速过程中，整车的惯性动力传递到输出轴13后，再通过链传动机构传递电机，以使电机发电，实现能量回收，进而可以提高节能减排效果。

如图1所示，输出轴13与电机支撑轴4相平行，输出轴13通过齿轮传动机构与差速器14连接且该齿轮传动机构起到减速增矩作用，该齿轮传动机构并为一级齿轮传动机构，实现动力的传递。

如图1所示，起步机构包括用于与内燃机连接的输入轴1、离合器和与无级变速机构连接的行星齿轮组，电机支撑轴4空套在输入轴1上且电机支撑轴4与输入轴1为同轴设置，输入轴1穿过电机支撑轴4，输入轴1的一端与内燃机连接，用于接收内燃机产生的动力，输入轴1并与液压油泵连接，输入轴1带动液压油泵运转，提供液压油。起步机构的行星齿轮组与离合器相配合，组成前进倒档机构7，前进倒档机构7具有前进档和倒档功能，用于实现混合动力无级变速系统在前进档和倒档之间进行切换。前进倒档机构7的结构如同本领域技术人员所公知的那样，起步机构的离合器包括两组多片摩擦离合器，两组多片摩擦离合器分别为倒档摩擦离合器组和前进摩擦离合器组，倒档摩擦离合器组和前进摩擦离合器组分别由活塞控制进行结合与分离，起步机构的行星齿轮组与无级变速机构和输入轴1连接，倒档摩擦离合器组和前进摩擦离合器组也与输入轴1连接。当前进摩擦离合器组结合后，输入轴1通过行星齿轮组将动力传递至无级变速机构且输入轴1与无级变速机构的旋转方向相同，实现前进档；当倒档摩擦离合器组结合后，输入轴1通过行星齿轮组将动力传递至无级变速机构且输入轴1与无级变速机构的旋转方向相反，实现前进档。

如图1所示，起步机构设置在电机动力耦合机构和无级变速机构中间，实现动力在内燃机和无级变速机构之间的传递，同时通过控制两组多片摩擦离合器实现前进倒档功能。

如图1所示，无级变速机构为带式无级变速器，其包括与起步机构的行星齿轮组连接且用于接收行星齿轮组传递的动力的驱动带轮8、从动带轮10以及设置于驱动带轮8和从动带轮10上且为环形的传动带9，从动带轮10通过齿轮传动机构与输出轴13连接，实现动力的传递，该齿轮传动机构并为一级齿轮传动机构。

本发明的车用混合动力无级变速系统能实现纯内燃机驱动模式、纯电机驱动模式以及内燃机和电机同时驱动的模式，并且可以实现当高压电耗尽或高压电系统出现保护时依然可以实现纯发动机驱动模式下工作；并且采用无级变速机构实现了无级调速功能，使得车辆的内燃机能始终工作在最佳效率区域，能有效提高节油率。同时电机扭矩直接输出到无级变速机构后面的输出轴13上，使得电机扭矩不受限制，并且保证电机动力通过齿轮直接传递到车辆，保证电机的高效输出；同时通过优化的结构设计，使得整个混动无级变速系统的尺寸控制在传统无级变速器的范围内，大大提高整车布置上的适用性。

在内燃机驱动模式下工作时，内燃机产生的动力经起步机构和无级变速机构传递至输出轴13，最终动力输出到车轮，同时内燃机产生的动力通过输出轴13传递到链传动机构，最终驱动电机转子5转动，以实现发电。具体的，在内燃机驱动模式下工作时，内燃机带动输入轴1旋转，通过起步机构中的离合器将动力传递到驱动带轮8，通过传动带9的无级调速后动力传递至从动带轮10，从动带轮10再将动力传递给输出轴13，最终通过差速器14将动力输出到车轮，由于内燃机产生的动力通过无级调速传递到车轮，使得纯内燃机工作时，可以确保发动机燃油经济型发挥到最佳水平。同时该工况下内燃机产生的动力通过输出轴13传递到从动链轮12，再通过链条11将动力传递到主动链轮3，最终可以驱动电机转子5来实现发电，所以该系统可以实现行驶过程中通过内燃机驱动电机发电。或者在该工况下电机动力同样可以通过输出轴13输出到车轮，可以实现发动机和电机同时驱动车辆实现大扭矩输出。

在电机驱动模式下工作时，电机产生的动力经链传动机构传递至输出轴13，最终动力输出到车轮。具体的，电机产生的动力通过链传动机构、输出轴13和差速器14直接传递到车轮，由于链传动和齿轮传动效率是机械传动中效率最高的，而且电机本身不同转速下效率差异比较小，这样固定速比的传动，可以确保电机的动力高效传递到车辆的车轮，就使得电能得到高效的利用，并且链传动和齿轮传动没有扭矩限制，这样就避开了无级变速机构的传动带9无法承受电机大扭矩的缺陷，动力不通过传动带9直接传递到车轮，使得电机的动力充分得到发挥，确保了整车高动力性能。同时在电机驱动模式下工作时，通过起步机构启动内燃机，实现在纯电机驱动行驶过程中启动内燃机，此时结合起步机构中的前进摩擦离合器组来带动输入轴1旋转从而启动内燃机，实现在纯电机驱动行驶过程中启动内燃机，使电机和内燃机同时驱动整车或内燃机单独驱动整车或内燃机驱动电机发电。

相反在减速过程中，车辆的惯性力矩通过减速齿轮机构、链传动机构传递到电机，通过电机的发电功能实现发电将减速过程的能力回收到电池中，实现节能减排。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.混合动力无级变速系统，其特征在于：包括输出轴、电机动力耦合机构、起步机构和无级变速机构，起步机构与内燃机和无级变速机构连接，无级变速机构与输出轴连接，其特征在于：所述电机动力耦合机构通过链传动机构与所述输出轴连接；

电机动力耦合机构包括电机，电机包括电机定子、电机转子和与电机转子连接的电机支撑轴，链传动机构与电机支撑轴和输出轴连接；电机定子与电机转子相配合，电机转子设置于电机定子的内部且电机转子可相对于电机定子进行旋转，电机位于变速器壳体的内部，电机定子和变速器壳体成为一个固定无相对运动的整体；电机转子与电机支撑轴固定连接；

起步机构包括用于与内燃机连接的输入轴、离合器和与无级变速机构连接的行星齿轮组，电机支撑轴空套在输入轴上且电机支撑轴与输入轴为同轴设置，输入轴穿过电机支撑轴，输入轴的一端与内燃机连接，用于接收内燃机产生的动力；

链传动机构包括设置于电机支撑轴上的主动链轮、设置于输出轴上的从动链轮以及与主动链轮和从动链轮配合的链条，主动链轮通过花键和电机支撑轴连接，从动链轮通过花键与输出轴连接，主动链轮和从动链轮通过链条连接；在车辆减速过程中，整车的惯性动力传递到输出轴后，再通过链传动机构传递电机，以使电机发电，实现能量回收；

在内燃机驱动模式下工作时，内燃机产生的动力经起步机构和无级变速机构传递至输出轴，最终动力输出到车轮，同时内燃机产生的动力通过输出轴传递到链传动机构，最终驱动电机转子转动，以实现发电；具体的，在内燃机驱动模式下工作时，内燃机带动输入轴旋转，通过起步机构中的离合器将动力传递到驱动带轮，通过传动带的无级调速后动力传递至从动带轮，从动带轮再将动力传递给输出轴，最终通过差速器将动力输出到车轮，由于内燃机产生的动力通过无级调速传递到车轮，使得纯内燃机工作时，能够确保发动机燃油经济型发挥到最佳水平；同时该模式下内燃机产生的动力通过输出轴传递到从动链轮，再通过链条将动力传递到主动链轮，最终能够驱动电机转子来实现发电，所以该系统能够实现行驶过程中通过内燃机驱动电机发电；或者在该模式下电机动力同样能够通过输出轴输出到车轮，能够实现发动机和电机同时驱动车辆实现大扭矩输出；

在电机驱动模式下工作时，电机产生的动力通过链传动机构、输出轴和差速器直接传递到车轮；同时在电机驱动模式下工作时，通过起步机构启动内燃机，实现在纯电机驱动行驶过程中启动内燃机，此时结合起步机构中的前进摩擦离合器组来带动输入轴旋转从而启动内燃机，实现在纯电机驱动行驶过程中启动内燃机，使电机和内燃机同时驱动整车或内燃机单独驱动整车或内燃机驱动电机发电；

相反在减速过程中，车辆的惯性力矩通过减速齿轮机构、链传动机构传递到电机，通过电机的发电功能实现发电将减速过程的能力回收到电池中，实现节能减排。

2.根据权利要求1所述的混合动力无级变速系统，其特征在于：所述电机动力耦合机构包括电机，电机包括电机定子、电机转子和与电机转子连接的电机支撑轴，所述链传动机构与电机支撑轴和所述输出轴连接。

3.根据权利要求2所述的混合动力无级变速系统，其特征在于：所述链传动机构包括设置于所述电机支撑轴上的主动链轮、设置于所述输出轴上的从动链轮以及与主动链轮和从动链轮配合的链条。

4.根据权利要求3所述的混合动力无级变速系统，其特征在于：在车辆减速过程中，整车的惯性动力传递到所述输出轴后，再通过所述链传动机构传递所述电机，以使电机发电，实现能量回收。

5.根据权利要求2至4任一所述的混合动力无级变速系统，其特征在于：所述起步机构包括用于与所述内燃机连接的输入轴和与所述无级变速机构连接的行星齿轮组，所述电机支撑轴空套在输入轴上。

6.根据权利要求2至4任一所述的混合动力无级变速系统，其特征在于：在内燃机驱动模式下工作时，内燃机产生的动力经所述起步机构和所述无级变速机构传递至所述输出轴，最终动力输出到车轮，同时内燃机产生的动力通过输出轴传递到所述链传动机构，最终驱动所述电机转子转动，以实现发电。

7.根据权利要求2至4任一所述的混合动力无级变速系统，其特征在于：在电机驱动模式下工作时，电机产生的动力经链传动机构传递至所述输出轴，最终动力输出到车轮。

8.根据权利要求7所述的混合动力无级变速系统，其特征在于：在电机驱动模式下工作时，通过所述起步机构启动内燃机，实现在纯电机驱动行驶过程中启动内燃机。

9.根据权利要求1至4任一所述的混合动力无级变速系统，其特征在于：所述无级变速机构为带式无级变速器。