CN108248363B - 用于混合动力汽车的差速多轴级联机电耦合装置 - 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多轴级联机电耦合装置，包括发动机、一级行星排、二级差速锥齿轮行星排、多轴双转子电机，三级行星排和差速器；利用差速器的差速原理将发动机和多轴双转子电机进行耦合，从而克服现有技术中传动系统复杂，控制难度较大，不易于集成化的问题。将双转子电机作为机构一部分而与机构多轴级联连接，充分挖掘其机构特性，而不同离合器的组合使用，可获得多种运行模式，适用于各种复杂工况，同时极大改善发动机工作条件使其能够工作在高效率区间内，使得汽车运行在理想工况下。

Description

用于混合动力汽车的差速多轴级联机电耦合装置
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多轴级联机电耦合装置。
背景技术
目前混合动力汽车的产销量逐步提升，国外像丰田的THS，福特的FHS，通用的AHS等公司推出的混合动力传动系统都已经得到广泛使用，而国内在一块的核心专利和产品较少，因而导致我国在混合动力汽车方面发展较慢。目前混合动力汽车的传动系统普遍面临效率较低、集成化难度较大等问题，而机电耦合装置作为混合动力汽车传动系统主要部件，提高其机械效率则尤为重要。
多轴级联机电耦合装置是在双转子电机用于混合动力传动系统的基础上，通过充分挖掘双转子电机的机构特性，同时又不损失本身的电力学特性，将其巧妙并入传动系统中，通过与各种行星排的结合实现多动力源机电耦合，以使发动机长期处于高效率工作状态，使汽车运行在类理想曲线的工作状态下的一种机电耦合装置。由于其易于实现全传动系统集成化、电气化，且控制难度相对较小，因而可以在现有绝大多数车型上进行使用。
差速器原本是用于汽车转向的部件之一，但由于其具有与一般行星排相同的构成原理，且其使用可以进一步简化传动系统，因而将其与多轴双转子电机的共同使用，可以进一步提高传动系统的效率。
3Z型行星排具有较大传动比，且其机构更为紧凑，作为一项较新的齿轮传动技术而广泛应用，将其行星轮同时作为双转子电机的外转子和可以外接的齿轮从而将双转子电机和3Z行星排进行了巧妙结合，而进一步简化整体机构。
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多轴级联机电耦合装置，能够解决目前混合动力汽车机电耦合装置存在的结构复杂、集成化程度低、不能充分发挥双转子电机本身的机构特性、调速范围小，不能满足轻量化、可靠、紧凑、适用多种车型以及批量生产等要求，提供一种用于混合动力汽车的差速多轴级联机电耦合装置及其集成方法，用于进一步提高传动系统机械效率和集成化程度。
本发明的用于混合动力汽车的差速多轴级联机电耦合装置，包括发动机、一级行星排、二级差速锥齿轮行星排、多轴双转子电机，三级行星排和差速器；所述发动机的输出端通过离合器CL1与一级行星排太阳轮S1传动连接，一级行星排行行星架C1与二级差速锥齿轮行星排行星轮P2传动连接，二级差速锥齿轮行星排一太阳轮S2与多轴双转子电机内转子传动连接，二级差速锥齿轮行星排另一太阳轮S3通过离合器CL2与多轴双转子电机外转子传动连接，多轴双转子电机的内转子通过离合器CL3与三级行星排太阳轮S4传动连接，多轴双转子电机的外转子与三级行星排齿圈R2传动连接，三级行星排齿圈R2与差速器的输入端传动连接。
进一步，所述多轴双转子电机的外转子通过外转子右半边齿轮将动力输出至三级行星排齿圈R2。
进一步，还包括综合控制器，所述发动机和双转子电机综合控制器分别发动机和双转子电机连接并用于控制发动机和双转子电机。
进一步，还包括蓄电池，所述蓄电池与综合控制器电连接。
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多轴级联机电耦合装置，通过基于传统差速器差速原理将发动机和双转子电机进行耦合，为机电耦合装置的设计提出新的设计理念，同时通过将一般双转子电机多轴化，使得其不仅仅是两个电机的集成，而是充分作为一个并行系统巧妙并入整个机构中，同时具有电力学与机构学作用，使其成为整个机构不可或缺的一部分；由于该多轴双转子电机为新型电机，采用了磁场调制式齿轮作为内外转子，所以不会出现空转时烧毁电机的现象，故其作为机构件接入整个系统中是可行的；通过与离合器的配合使用，使双转子电机具有多种不同动力传输路径，同时消除一般双转子电机不能实现纯机械路径输出及动力路径过于单一的问题，最大化发挥其机构特性和电机特性；本发明结构相对简单，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；且同轴式布置使得整体机构更为简单、紧凑，具有更高机械传动效率。
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为用于混合动力汽车的差速多轴级联机电耦合装置的机构图；
附图2为一级行星排机构图；
附图3为二级差速锥齿轮行星排机构图；
附图4为多轴双转子电机原理图；
附图5为三级行星排机构图；
附图6为几种主要工作模式功率流图；
具体实施方式
参见图1，所表示的差速多轴级联机电耦合装置的机构图包括了发动机1、一级行星排2、二级差速锥齿轮行星排3、多轴双转子电机4、三级行星排5、差速器6、三个操纵部件CL1、CL2、CL3，半轴7、车轮8、发动机和双转子电机综合控制器9、蓄电池10。
参见图2，一级行星排包括一级行星排齿圈21、一级行星排行星轮22、一级行星排行星架23、一级行星排太阳轮24。发动机动力通过一级行星排太阳轮24经过一级行星排行星轮23传递出去，由于一级行星排行星架22仅与二级差速锥齿轮行星排行星轮31相连，因而限制了齿圈21的自由度。
参见图3，二级差速锥齿轮行星排包括了二级差速锥齿轮行星排行星轮31，二级差速锥齿轮行星排太阳轮32、33，输出轴34。发动机动力通过二级差速锥齿轮行星排行星轮31传递给二级差速锥齿轮行星排太阳轮32、33，然后将动力传递出去。
参见图4,多轴双转子电机由多轴双转子电机输入齿轮41、多轴双转子电机定子42、多轴双转子电机外转子永磁体43、多轴双转子电机外转子44、多轴双转子电机内转子永磁体45、多轴双转子电机内转子46，多轴双转子电机行星架47。当多轴双转子电机不起发电机和电动机工作时，输入轴34与二级差速锥齿轮行星排太阳轮33相接将其动力传递给多轴双转子电机内转子，当离合器CL3闭合时，内转子上的动力可经由三级行星排太阳轮51输出；当离合器CL2闭合时，一级行星排行星架23可将动力传递给多轴双转子电机外转子44，并经由外转子右半边齿轮通过三级行星排齿圈52传出；当多轴双转子电机工作时，内转子46与外转子内圈永磁体45可以构成一个电动机或发电机，外转子外圈永磁体43与定子42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5，三级行星排包括三级行星排太阳轮51，三级行星排行星轮(与多轴双转子电机外转子为同一个构件)43，三级行星排齿圈52，三级行星排行星架(与多轴双转子电机行星架为同一个构件)47，三级行星排输出轴53。三级行星排的行星轮即多轴双转子电机外转子，其左半边参与双转子电机外转子运动，右半边参与三级行星排运动，将来自于三级行星排太阳轮51和外转子的动力单独或耦合输出至三级行星排齿圈52上。
参见图6,其中6-1为电动驱动模式，此时双转子电机外转子和定子形成电动机M1输出动力到车轮上；6-2为单发动机驱动模式，此时离合器CL1、CL2闭合，发动机动力经过一级行星排行星架23输出到二级差速锥齿轮行星排行星轮31再经过二级差速锥齿轮行星排太阳轮32传递到多轴双转子电机输入齿轮41，传递到多轴双转子电机外转子44，再通过三级行星排齿圈52进行输出；6-3为ECVT模式，离合器CL1闭合，此时多轴双转子电机内转子46与多轴双转子电机外转子内圈永磁体45形成发电机G2，多轴双转子电机外转子44与多轴双转子电机定子形成电动机M1，发动机动力经过一级行星排行星架23输出到二级差速锥齿轮行星排行星轮31再经过二级差速锥齿轮行星排太阳轮33传递到多轴双转子电机内转子46，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多轴双转子电机外转子44，再通过三级行星排齿圈52进行输出；6-4为电机辅助驱动模式，离合器CL1、CL3闭合，此时多轴双转子电机外转子44与多轴双转子电机定子形成电动机M1，发动机动力经过一级行星排行星架23输出到二级差速锥齿轮行星排行星轮31再经过二级差速锥齿轮行星排太阳轮33传递到多轴双转子电机内转子46，三级行星排行星轮44将来自于三级行星排太阳轮51的动力和电动机M1的动力进行耦合后通过三级行星排齿圈52输出；6-5为行车充电模式，离合器CL1、CL3闭合，此时多轴双转子电机内转子46与多轴双转子电机外转子内圈永磁体45形成发电机G2，发动机动力经过一级行星排行星架23输出到二级差速锥齿轮行星排行星轮31再经过二级差速锥齿轮行星排太阳轮33传递到多轴双转子电机内转子46，再通过三级行星排太阳轮51传递到三级行星排行星轮44通过三级行星排齿圈52输出，同时带动发电机G2发电。6-6为怠速充电模式，离合器CL1闭合，此时多轴双转子电机内转子46与多轴双转子电机外转子内圈永磁体44形成发电机G2，发动机动力经过一级行星排行星架23输出到二级差速锥齿轮行星排行星轮31再经过二级差速锥齿轮行星排太阳轮33传递到多轴双转子电机内转子46带动发电机G2发电。6-7为制动能量回收模式，此时多轴双转子电机外转子44与多轴双转子电机定子形成发电机G1，汽车制动时，车轮8上的动力经过半轴7、差速器6传递到三级行星排齿圈52，带动多轴双转子电机外转子44运动，从而带动发电机G1充电；
本发明的工作原理为：发动机动力在离合器CL1闭合后传入一级行星排，当多轴双转子电机不起电动机或发动机作用工作时可以纯粹当做机构一部分，起二级差速锥齿轮行星排和三级行星排的连接作用，而当其工作在单电机、双电机、单电动机和单发电机模式下时可以发挥其本身的电机特性，其电力学特性可与整个传动系统的机械特性进行并行使用，即电功率在磁场转化下可以和机械功率耦合，通过三个离合器的不同开闭情况以及多轴双转子电机的不同工作情况，可以实现纯电机驱动模式、单发动机驱动模式、电机辅助动力驱动模式、ECVT驱动模式、行车充电驱动模式、驻车充电驱动模式、制动能量回收模式等七种工况，其中当电动机做为汽车主要动力源时，可以通过其反转实现倒车模式。
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多轴级联机电耦合装置，其特征在于：包括发动机、一级行星排、二级差速锥齿轮行星排、多轴双转子电机，三级行星排和差速器；所述发动机的输出端通过离合器CL1与一级行星排太阳轮S1传动连接，一级行星排行行星架C1与二级差速锥齿轮行星排行星轮P2传动连接，二级差速锥齿轮行星排一太阳轮S2与多轴双转子电机内转子传动连接，二级差速锥齿轮行星排另一太阳轮S3通过离合器CL2与多轴双转子电机外转子传动连接，多轴双转子电机的内转子通过离合器CL3与三级行星排太阳轮S4传动连接，多轴双转子电机的外转子与三级行星排齿圈R2传动连接，三级行星排齿圈R2与差速器的输入端传动连接。
2.根据权利要求1所述的用于混合动力汽车的差速多轴级联机电耦合装置，其特征在于：所述多轴双转子电机的外转子通过外转子右半边齿轮将动力输出至三级行星排齿圈R2。
3.根据权利要求1所述的用于混合动力汽车的差速多轴级联机电耦合装置，其特征在于：还包括综合控制器，所述发动机和双转子电机综合控制器分别与发动机和双转子电机连接并用于控制发动机和双转子电机。
4.根据权利要求3所述的用于混合动力汽车的差速多轴级联机电耦合装置，其特征在于：还包括蓄电池，所述蓄电池与综合控制器电连接。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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