CN108215765A - 用于混合动力汽车的差速级联机电磁耦合驱动桥 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于混合动力汽车的差速级联机电磁耦合驱动桥，包括一级差速锥齿轮行星机构、二级行星齿轮行星排、级联多转子电机、三级行星齿轮行星排。本发明将多转子电机及行星齿轮行星排集成到差速器上，从而将复杂的传动系统高度集成到驱动桥上，机构紧凑，可直接适用于现在配有驱动桥的绝大多数车型；本发明作为机电磁耦合驱动桥，将多动力源动力通过磁场磁力传递进行耦合输出，使发动机能够工作在高效率区间内；将多转子电机集成在差速器内，可在不损失传统差速器差速功能的情况下通过多转子电机解决车轮打滑问题。为未来汽车全传动系统集成化、电气化提供了设计思路。

Description

用于混合动力汽车的差速级联机电磁耦合驱动桥
技术领域
本发明涉及汽车动力传动技术领域，具体涉及一种用于混合动力汽车的差速级联机电磁耦合驱动桥。
背景技术
现今，电动汽车在逐步取代传统内燃机汽车，但是现在的研究人员主要在解决电动汽车电池以及电机问题，而对传动系统效率较低的问题未进行深入研究，混合动力汽车作为内燃机汽车(ISE)向电动汽车的过渡产品而备受关注，由于混合动力汽车往往具有多动力源，其高性能、高效率的动力耦合装置的研究设计尤为关键，因而针对混合动力汽车传动系统的研究将为电动汽车的发展提供思路。目前电机与机械耦合的动力耦合方式主要有固定轴齿轮式耦合式及行星轮耦合式。前者结构简单，控制难度低，造价低，但是体积大，结合平顺性差；后者结构紧凑，结合平顺性好，但是控制难度大。我国目前仍停留在前者的设计开发中，而国外对于后者的研究已经趋于成熟。丰田THS，福特FHS，通用的AHS以及在这些基础上不断衍生的双模、多模形式，变化灵活，功能完备，结构复杂，控制先进。因而突破国外专利技术垄断，设计出一套全新高效率的机电耦合装置具有重要意义。
电动汽车的电驱动桥是将电机集成在驱动桥上从而简化传动系统，因而将混合动力传动系统高度集成在驱动桥上将进一步降低传动系统复杂度，转向驱动桥还具有转向的作用，因而想到将差速转向、传动等功能集成到单一驱动桥上。而传统差速器的差速原理可以用来进行发动机与多电机动力的转速与转矩耦合，故提出将多转子电机、行星齿轮行星排与差速器结合，最终形成机电磁耦合的高度集成化驱动桥，不仅是机构的高度集成，也同时将传统传动系统的变速器变速、主减速器、差速器等部件的功能进行了集成。从而优于市场上现有的绝大多数混合动力汽车的机电耦合装置，并为未来汽车全传动系统集成化、电气化提供了设计思路。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供用于混合动力汽车的差速级联机电磁耦合驱动桥，能够解决目前混合动力汽车传动系统存在的结构复杂、不易于集成化或集成化程度低，不能满足轻量化、高效、可靠、紧凑、适用多种车型以及批量生产等要求。
本发明的用于混合动力汽车的差速级联机电磁耦合驱动桥，包括一级差速锥齿轮行星机构、二级行星齿轮行星排、级联多转子电机、三级行星齿轮行星排；
一级差速锥齿轮行星排行星轮P1作为驱动桥的发动机动力输入端，一级差速锥齿轮行星排太阳轮S1与二级行星排齿圈R1传动连接，二级行星排行星架与级联多转子电机的内转子传动连接，级联多转子电机的定子与一级差速锥齿轮行星排行星轮P1传动连接，级联多转子电机的外转子与三级行星排太阳轮传动连接，二级行星排与三级行星排分别以级联多转子电机为中心左右对称设置为两组，其中一组二级行星排太阳轮通过离合器CL2与对应三级行星排行星架传动连接，另一组二级行星排太阳轮通过离合器CL3与对应三级行星排行星架传动连接；两组三级行星排齿圈分别与两半轴传动连接；所述驱动桥的发动机动力输入端还设置有离合器CL1；级联多转子电机外转子输出轴分别通过离合器CL4、离合器CL5与两组三级行星排太阳轮S3以一一对应的方式传动连接。
进一步，还包括一级锥齿轮减速齿轮，所述发动机的输出端依次通过离合器CL1和一级锥齿轮减速齿轮与一级差速锥齿轮行星排行星轮P1减速传动连接。
进一步，所述一级锥齿轮减速齿轮通过一级差速锥齿轮行星排行星架与一级差速锥齿轮行星排行星轮P1传动连接。
进一步，所述级联多转子电机的定子固定于一级差速锥齿轮行星排行星轮P1；一级差速锥齿轮行星排行星轮为四个。
本发明的有益效果是：本发明公开的一种用于混合动力汽车的差速级联机电磁耦合驱动桥，通过将电机和行星排集成在差速器内，同时将整个传动系统集成在驱动桥上，从而使得传动系统高度集成化，降低传动系统复杂度，提高了传动系统功率密度和传动效率。本发明结构简单，但同时具有多种模式，较之其它同类机构在不增加机构复杂度的同时增加了更多模式，在具有较宽传动比的同时适用于汽车在不同工况条件下使用；ECVT模式下使得汽车发动机的转速转矩与车轮处转速、转矩解耦，从而使发动机长期运行在高效率点，在保证动力性的同时提高发动机的经济型；发动机功率可以直接通过机械路径输出，从而满足了汽车高速需求，且与电机的并行使用，提高了爬坡性能和加速性能；多种制动能量回收模式有利于不同情况下能量回收，提高能量利用率；本发明的防打滑模式可以有效解决传统差速器在恶劣环境下车轮易于打滑的问题，通过级联多转子电机替代传统差速锁等解决方案。本发明适用于绝大多数车型，且其拓扑结构可以满足不同混合度混合动力汽车的需要，易于在本发明提出机构构型上作出其它改进，从而满足实际需要。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
附图1为差速级联机电磁耦合驱动桥的机构原理图；
附图2为发动机、一级差速锥齿轮行星排及二级行星排连接图；
附图3为级联多转子电机原理图；
附图4为三级行星排机构图；
附图5为八种机构工作模式图；
1为发动机，2、3为一对锥齿轮的主动和从动齿轮；4为一级差速锥齿轮行星排行星架P1，4为一级差速锥齿轮行星排行星轮P1，5为一级差速锥齿轮行星排太阳轮S1；31为二级行星排行星架C1，6为级联多转子电机定子，7级联多转子电机外转子外圈永磁体，8为级联多转子电机外转子，9为级联多转子电机外转子内圈永磁体,10为级联多转子电机内转子,11为二级行星排行星架C2，12为二级行星排齿圈R1，13为二级行星排行星轮P2，14为二级行星排太阳轮S2，15为级联多转子电机外转子输出轴，16为三级行星排行星架C3，17为三级行星排行星轮P3,18为三级行星排太阳轮S3,19为三级行星排齿圈R2,20为半轴，21为车轮以及五个操纵部件CL1、CL2、CL3，CL4、CL5。
具体实施方式
本实施例中的用于混合动力汽车的差速级联机电磁耦合驱动桥，参见图1、2，发动机1的动力通过一级锥齿轮主、从动齿轮2、3传递到一级锥齿轮行星排行星架4上，然后通过二级行星排行星架11传递给级联多转子电机内转子10，通过二级行星排太阳轮14在离合器CL2闭合情况下传递给三级行星排行星架16，离合器CL1可以中断发动机的动力传输。
参见图3,当级联多转子电机不起发电机和电动机工作时，发动机动力通过二级行星排太阳轮14在离合器CL2、CL3闭合情况下传递给三级行星排行星架16；当级联多转子电机工作时，此时发动机动力可以通过二级行星排行星架11传递给级联多转子电机内转子10，而内转子10与外转子内圈永磁体9可以构成一个电动机或发电机，外转子7上的外圈永磁体与定子6可以构成一个电动机或发电机，从而在不同模式下使用。
参见图4，级联多转子电机外转子输出轴15上的动力可以在离合器CL5、CL4闭合情况下经由三级行星排太阳轮18输出至三级行星排齿圈19,通过半轴输出到车轮上。
参见图5：其中5-1为电动驱动模式，此时离合器CL4、CL5闭合，级联多转子电机外转子和定子形成电动机M1输出动力通过级联多转子电机外转子输出轴15输出到三级行星排太阳轮18上，最后传递到车轮20上；5-2为单发动机驱动模式，此时离合器CL2、CL3闭合，发动机动力经过一级差速锥齿轮行星排行星架4输出到二级行星排行星轮13再经过二级行星排太阳轮14传递给三级行星排行星架16从而传递到车轮上；5-3为ECVT模式，离合器CL1、CL4、CL5闭合，此时级联多转子电机内转子10与级联多转子电机外转子内圈永磁体9形成发电机G2，级联多转子电机外转子8与级联多转子电机定子形成电动机M1，发动机动力经过一级差速锥齿轮行星排行星架4输出到二级行星排行星轮13再经过二级行星排行星架11传递到级联多转子电机内转子10，发电机G2工作发电实现动力转速解耦，同时通过电动机M1实现转矩解耦，将双解耦后的动力经过级联多转子电机外转子8，再通过级联多转子电机外转子输出轴15输出到三级行星排太阳轮18上，最后传递到车轮20上；5-4为电机辅助驱动模式，离合器CL1、CL2、CL3、CL4、CL5闭合，此时级联多转子电机外转子和定子形成电动机M1输出动力通过级联多转子电机外转子输出轴15输出到三级行星排太阳轮18上，最后传递到车轮20上，发动机动力经过一级差速锥齿轮行星排行星架4输出到二级行星排行星轮13再经过二级行星排太阳轮14传递给三级行星排行星架16从而传递到车轮上，此时三级行星排行星轮17起发动机动力和电动机M1动力耦合作用；5-5为怠速充电模式，离合器CL1闭合，此时级联多转子电机内转子10与级联多转子电机外转子内圈永磁体9形成发电机G2，发动机动力经过一级差速锥齿轮行星排行星架4输出到二级行星排行星轮13再经过二级行星排行星架11传递到级联多转子电机内转子10，发电机G2工作发电。5-6为行车充电模式，离合器CL1、CL2、CL3闭合，此时级联多转子电机内转子10与级联多转子电机外转子内圈永磁体9形成发电机G2，发动机动力经过一级差速锥齿轮行星排行星架4输出到二级行星排行星轮13再经过二级行星排行星架11传递到级联多转子电机内转子10，发电机G2工作发电。同时发动机动力经过一级差速锥齿轮行星排行星架4输出到二级行星排行星轮13再经过二级行星排太阳轮14传递给三级行星排行星架16从而传递到车轮上；5-7为制动能量回收模式，离合器CL4、CL5闭合，此时级联多转子电机外转子8与级联多转子电机定子6形成发电机G1，汽车制动时，车轮21上的动力经过半轴20、传递到三级行星排齿圈19，通过级联多转子电机外转子输出轴15带动级联多转子电机外转子8运动，从而带动电机G1充电。5-8为防打滑模式，此时若右侧车轮打滑，仅控制离合器CL5闭合，级联多转子电机外转子和定子形成电动机M1输出动力通过级联多转子电机外转子输出轴15输出到三级行星排太阳轮18上，最后传递到左侧车轮20上，从而给左侧车轮以驱动力，带动汽车脱离打滑状态；。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种用于混合动力汽车的差速级联机电磁耦合驱动桥，其特征在于：包括一级差速锥齿轮行星机构、二级行星齿轮行星排、级联多转子电机、三级行星齿轮行星排；
一级差速锥齿轮行星排行星轮P1作为驱动桥的发动机动力输入端，一级差速锥齿轮行星排太阳轮S1与二级行星排齿圈R1传动连接，二级行星排行星架与级联多转子电机的内转子传动连接，级联多转子电机的定子与一级差速锥齿轮行星排行星轮P1传动连接，级联多转子电机的外转子与三级行星排太阳轮传动连接，二级行星排与三级行星排分别以级联多转子电机为中心左右对称设置为两组，其中一组二级行星排太阳轮通过离合器CL2与对应三级行星排行星架传动连接，另一组二级行星排太阳轮通过离合器CL3与对应三级行星排行星架传动连接；两组三级行星排齿圈分别与两半轴传动连接；所述驱动桥的发动机动力输入端还设置有离合器CL1；级联多转子电机外转子输出轴分别通过离合器CL4、离合器CL5与两组三级行星排太阳轮S3以一一对应的方式传动连接。
2.根据权利要求1所述的用于混合动力汽车的差速级联机电磁耦合驱动桥，其特征在于：还包括一级锥齿轮减速齿轮，所述发动机的输出端依次通过离合器CL1和一级锥齿轮减速齿轮与一级差速锥齿轮行星排行星轮P1减速传动连接。
3.根据权利要求2所述的用于混合动力汽车的差速级联机电磁耦合驱动桥，其特征在于：所述一级锥齿轮减速齿轮通过一级差速锥齿轮行星排行星架与一级差速锥齿轮行星排行星轮P1传动连接。
4.根据权利要求3所述的用于混合动力汽车的差速级联机电磁耦合驱动桥，其特征在于：所述级联多转子电机的定子固定于一级差速锥齿轮行星排行星轮P1；一级差速锥齿轮行星排行星轮为四个。
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