CN109291782A - 一种行星轮变速装置及混合动力汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种行星轮变速装置，包括齿圈、太阳轮、行星轮、齿轮轮轴和驱动电机，还包括蜗轮和蜗杆，蜗杆与蜗轮同步传动；驱动电机用于驱动蜗杆旋转，蜗轮根据蜗杆的驱动作用带动齿圈旋转；驱动电机根据蜗轮和蜗杆的逆向传动回收能量；还公开了一种混合动力汽车，包括行星轮变速装置、发动机和电机控制器，电机控制器与行星轮变速装置中的驱动电机连接，太阳轮与发动机通过连接结构连接，电机控制器用于控制驱动电机的转速；电机控制器还用于控制驱动电机进行能量回收；本发明采用驱动电机对蜗轮蜗杆的控制达到无极变速的目的，且加速性能好，运行平稳，扭矩大，不打滑；通过蜗轮和蜗杆的可逆传动，使驱动电机同时兼顾驱动与能量回收的功能。

Description

一种行星轮变速装置及混合动力汽车
技术领域
本发明涉及混合动力汽车配件技术领域，尤其涉及一种行星轮变速装置及混合动力汽车。
背景技术
随着人们对驾驶舒适性要求的不断提高，自动挡的需求越来越大，但传统的自动变速箱CVT、DCT结构复杂、成本高，AT加速平顺性差、行星轮自动变速箱钢带磨损快，缺乏运动性、不能承受较大的载荷，不适用大扭矩车型，普遍都存在油耗高的问题，且与传统动力匹配组合成的混合动力，其结构较为复杂，成本高，且低速有顿挫，可靠性差。
现有技术中，行星轮变速器是通过对行星轮齿轮机构和换挡执行机构的控制使变速机构处于不同的档位，以实现不同传动比，这些档位与液力变矩器相配合，实现车速由零到最高全过程的无极变速，但是依靠自身的结构不能实现能量回收。
发明内容
为了解决上述技术问题，针对以上问题点，本发明公开的行星轮变速装置，采用驱动电机对蜗轮蜗杆的控制，替代传统行星轮变速器钢带、液力变矩器等方案，达到无极变速的目的，且具有结构简单、加速性能好，运行平稳，扭矩大且不打滑等优点。
为了达到上述发明目的，本发明提供了一种行星轮变速装置，包括齿圈、太阳轮、行星轮、齿轮轮轴和驱动电机，所述齿轮轮轴分别设置在所述太阳轮和所述行星轮的中心孔内，所述行星轮齿牙分别与所述太阳轮的齿牙及所述齿圈的内圈齿牙啮合，还包括蜗轮和蜗杆，所述蜗杆与所述蜗轮同步传动；
所述驱动电机用于驱动所述蜗杆旋转，所述蜗轮根据所述蜗杆的驱动作用带动所述齿圈旋转；
所述驱动电机根据所述蜗轮和所述蜗杆的逆向传动回收能量。
进一步地，所述行星轮变速装置还包括齿圈支架，所述齿圈支架与所述蜗轮连接，所述蜗轮通过所述齿圈支架带动所述齿圈同步转动。
更进一步地，所述齿圈根据所述蜗轮的驱动作用带动所述行星轮和/或所述太阳轮转动。
进一步地，还包括行星轮支架，所述行星轮支架与所述行星轮上的齿轮轮轴连接，所述行星轮支架通过所述行星轮上的齿轮轮轴驱动车辆启动。
更进一步地，所述驱动电机通过连接机构驱动所述蜗杆转动，所述蜗杆带动所述蜗轮同步转动。
本发明提供了一种混合动力汽车，包括行星轮变速装置、发动机和电机控制器，所述行星轮变速装置为上述所述的行星轮变速装置，所述电机控制器与所述行星轮变速装置中的所述驱动电机连接，所述太阳轮与所述发动机通过连接结构连接，所述电机控制器用于控制所述驱动电机的转速；
所述电机控制器还用于控制所述驱动电机进行能量回收。
进一步地，所述汽车还包括车辆控制单元(VCU)和CAN总线，所述电机控制器通过所述CAN总线与所述VCU连接，所述VCU通过所述CAN总线将车辆的运行状态发送至所述电机控制器；
所述电机控制器根据所述CAN总线发送的车辆运行状态信息控制所述驱动电机的转速。
进一步地，还包括信号采集单元，所述VCU通过所述CAN总线接收所述信号采集单元采集的车辆运行状态的信息。
进一步地，所述混合动力汽车还包括电池管理系统(BMS)、电池数据采集系统和动力电池所述电池数据采集系统用于采集所述动力电池的数据信息，所述BMS用于检测和管理所述电池数据采集系统和所述动力电池，所述BMS通过所述CAN总线将所述动力电池的数据信息发送至所述电机控制器。
所述电机控制器根据所述CAN总线发送的动力电池的数据信息控制所述驱动电机进行能量回收。
更进一步地，所述驱动电机根据所述蜗杆和所述涡轮的逆向传动实现能量回收。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
1、本发明公开的行星轮变速装置，采用驱动电机对蜗轮蜗杆的控制，替代传统行星轮变速器钢带、液力变矩器等方案，达到无极变速的目的，且具有结构简单、加速性能好，运行平稳，扭矩大且不打滑等优点；
2、本发明公开的行星轮变速装置，通过蜗轮和蜗杆的可逆传动，使驱动电机可同时兼顾驱动与能量回收的功能；
3、本发明公开的混合动力汽车，通过智能的电机控制器对驱动电机的控制，可使驱动电机兼顾车辆起步、低速运行、急加速等功能、达到节能，实现车辆全工况无极变速的目的；
4、本发明公开的混合动力汽车，通过蜗杆和蜗轮的可逆变，不额外增加发电机装置，通过行星轮变速装置自带驱动电机进行能量回收，且不仅可回收包括车辆的制动或滑行过程释放的能量，还可回收车辆在加速过程齿圈自转所释放的能量，为车辆发动机提供辅助动力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明所述的行星轮变速装置及混合动力汽车，下面将对实施例所需要的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为本发明行星轮变速装置的结构示意图；
图2为本发明的混合动力汽车的控制系统的示意图；
其中，图中附图标记对应为：
1-齿圈，2-太阳轮，3-行星轮，4-行星轮支架，5-蜗轮，6-蜗杆，7-驱动电机，8-齿圈支架，9-电机控制器，10-车辆控制单元，11-CAN总线，12-信号采集单元，13-电池管理系统，14-电池数据采集系统，15-动力电池。
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作进一步地详细描述。
实施例1：
如图1所示，一种行星轮变速装置，包括齿圈1、太阳轮2、行星轮3、齿轮轮轴和驱动电机7，所述齿轮轮轴分别设置在所述太阳轮2和所述行星轮3的中心孔内，所述行星轮3齿牙分别与所述太阳轮2的齿牙及所述齿圈1的内圈齿牙啮合，还包括蜗轮5和蜗杆6，所述蜗杆6与所述蜗轮5同步传动；
所述驱动电机7用于驱动所述蜗杆6旋转，所述蜗轮5根据所述蜗杆6的驱动作用带动所述齿圈1旋转；
所述驱动电机7根据所述蜗轮5和所述蜗杆6的逆向传动回收能量；本发明采用驱动电机7对蜗轮5蜗杆6的控制，替代传统行星轮变速器钢带、液力变矩器等方案，达到无极变速的目的，且具有结构简单、加速性能好，运行平稳，扭矩大且不打滑等优点。
具体的，所述行星轮3变速装置还包括齿圈支架8，所述齿圈支架8与所述蜗轮5连接，所述蜗轮5通过所述齿圈支架8带动所述齿圈1同步转动。
更为具体的，所述齿圈1根据所述蜗轮5的驱动作用带动所述行星轮3和/或所述太阳轮2转动；
进一步地，所述行星轮3根据所述齿圈1的转动及预设的传动比进行同步转动。
进一步地，蜗轮5与支架8啮合，齿圈支架8与齿圈1啮合，蜗轮5通过带动齿圈支架8转动，进一步带动齿圈1转动。
具体的，所述驱动电机7通过连接机构驱动所述蜗杆6转动，所述蜗杆6带动所述蜗轮5同步转动；本发明通过蜗轮5和蜗杆6的可逆传动，使驱动电机7可同时兼顾驱动与能量回收的功能。
实施例2：为实施例1的优选实施例，
如图1所示:一种行星轮变速装置，包括齿圈1、太阳轮2、行星轮3、齿轮轮轴和驱动电机7，所述齿轮轮轴分别设置在所述太阳轮2和所述行星轮3的中心孔内，所述行星轮3齿牙分别与所述太阳轮2的齿牙及所述齿圈1的内圈齿牙啮合，还包括蜗轮5和蜗杆6，所述蜗杆6与所述蜗轮5同步传动；
所述驱动电机7用于驱动所述蜗杆6旋转，所述蜗轮5根据所述蜗杆6的驱动作用带动所述齿圈1旋转；
所述驱动电机7根据所述蜗轮5和所述蜗杆6的逆向传动回收能量；本发明采用驱动电机7对蜗轮5蜗杆6的控制，替代传统行星轮变速器钢带、液力变矩器等方案，达到无极变速的目的，且具有结构简单、加速性能好，运行平稳，扭矩大且不打滑等优点。
具体的，所述行星轮3变速装置还包括齿圈支架8，所述齿圈支架8与所述蜗轮5连接，所述蜗轮5通过所述齿圈支架8带动所述齿圈1同步转动。
进一步地，蜗轮5与支架8啮合，齿圈支架8与齿圈1啮合，蜗轮5通过带动齿圈支架8转动，进一步带动齿圈1转动。
更为具体的，所述齿圈1根据所述蜗轮5的驱动作用带动所述行星轮3和/或所述太阳轮2转动；
进一步地，所述行星轮3根据所述齿圈1的转动及预设的传动比进行同步转动。
更为具体的，还包括行星轮支架4，所述行星轮支架4与所述行星轮3上的齿轮轮轴连接，所述行星轮支架4通过所述行星轮3上的齿轮轮轴驱动车辆启动。
进一步地，车辆的车速达到设定的阈值时，发动机启动。
具体的，所述驱动电机7通过连接机构驱动所述蜗杆6转动，所述蜗杆6带动所述蜗轮5同步转动；本发明通过蜗轮5和蜗杆6的可逆传动，使驱动电机7可同时兼顾驱动与能量回收的功能。
与实施例1的不同之处在于：
更为具体的，还包括行星轮支架4，所述行星轮支架4与所述行星轮3上的齿轮轮轴连接，所述行星轮支架4通过所述行星轮3上的齿轮轮轴驱动车辆启动。
进一步地，车辆的车速达到设定的阈值时，发动机启动。
实施例3：
如图1和图2所示，一种混合动力汽车，包括行星轮变速装置、发动机和电机控制器9，所述行星轮变速装置为实施例1或实施例2所述的行星轮变速装置，所述电机控制器9与所述行星轮变速装置中的所述驱动电机7连接，所述太阳轮2与所述发动机通过连接结构连接，所述电机控制器9用于控制所述驱动电机7的转速；
所述电机控制器9还用于控制所述驱动电机7进行能量回收；本发明通过智能的电机控制器9对驱动电机7的控制，可使驱动电机7兼顾车辆起步、低速运行、急加速等功能、达到节能，实现车辆全工况无极变速的目的。
具体的，所述汽车还包括车辆控制单元(VCU)10和CAN总线11，所述电机控制器9通过所述CAN总线11与所述VCU10连接，所述VCU10通过所述CAN总线11将车辆的运行状态发送至所述电机控制器9；
所述电机控制器9根据所述CAN总线11发送的车辆运行状态信息控制所述驱动电机7的转速。
更进一步地，所述混合动力汽车还包括电池管理系统(BMS)13、电池数据采集系统14和动力电池15，所述电池数据采集系统14用于采集所述动力电池15的数据信息，所述BMS13用于检测和管理所述电池数据采集系统14和所述动力电池15，所述BMS13通过所述CAN总线11将所述动力电池15的数据信息发送至所述电机控制器9；
所述电机控制器9根据所述CAN总线11发送的动力电池15的数据信息控制所述驱动电机7进行能量回收；本发明通过蜗杆6和蜗轮5的可逆变，不额外增加发电机装置，通过行星轮变速装置自带驱动电机7进行能量回收，且不仅可回收包括车辆的制动或滑行过程释放的能量，还可回收车辆在加速过程齿圈1自转所释放的能量，为车辆发动机提供辅助动力。
实施例4：为实施例3的优选实施例
如图1和图2所示，一种混合动力汽车，包括行星轮变速装置、发动机和电机控制器9，所述行星轮变速装置为实施例1或实施例2所述的行星轮变速装置，所述电机控制器9与所述行星轮变速装置中的所述驱动电机7连接，所述太阳轮2与所述发动机通过连接结构连接，所述电机控制器9用于控制所述驱动电机7的转速；
所述电机控制器9还用于控制所述驱动电机7进行能量回收；本发明通过智能的电机控制器9对驱动电机7的控制，可使驱动电机7兼顾车辆起步、低速运行、急加速等功能、达到节能，实现车辆全工况无极变速的目的。
具体的，所述汽车还包括车辆控制单元(VCU)10和CAN总线11，所述电机控制器9通过所述CAN总线11与所述VCU10连接，所述VCU10通过所述CAN总线11将车辆的运行状态发送至所述电机控制器9；
所述电机控制器9根据所述CAN总线11发送的车辆运行状态信息控制所述驱动电机7的转速。
进一步地，还包括信号采集单元12，所述VCU通过所述CAN总线11接收所述信号采集单元12采集的车辆运行状态的信息。
更进一步地，所述混合动力汽车还包括电池管理系统(BMS)13、电池数据采集系统14和动力电池15，所述电池数据采集系统14用于采集所述动力电池15的数据信息，所述BMS13用于检测和管理所述电池数据采集系统14和所述动力电池15，所述BMS13通过所述CAN总线11将所述动力电池15的数据信息发送至所述电机控制器9；
所述电机控制器9根据所述CAN总线11发送的动力电池15的数据信息控制所述驱动电机7进行能量回收；进一步优选地，所述驱动电机7根据所述蜗杆6和所述蜗轮5的逆向传动实现能量回收；本发明通过蜗杆6和蜗轮5的可逆变，不额外增加发电机装置，通过行星轮变速装置自带驱动电机7进行能量回收，且不仅可回收包括车辆的制动或滑行过程释放的能量，还可回收车辆在加速过程齿圈1自转所释放的能量，为车辆发动机提供辅助动力。
与实施例3的区别在于：
进一步地，还包括信号采集单元12，所述VCU通过所述CAN总线11接收所述信号采集单元12采集的车辆运行状态的信息。
进一步优选地，所述驱动电机7根据所述蜗杆6和所述蜗轮5的逆向传动实现能量回收。
本发明的工作原理，车辆起步时，电机控制器9控制驱动电机7启动，驱动电机7通过连接机构带动蜗杆6旋转，蜗杆6驱动蜗轮5同步转动，蜗轮5通过齿圈支架8带动齿圈1旋转，此时，发动机处于未启动状态，发动机通过与太阳轮2的连接机构使太阳轮2也处于静止不转的状态，行星轮3根据齿圈1的驱动作用及预设的传动比转动，连接在行星轮3上的行星轮支架4带动齿轮轮轴驱动车辆启动，当车辆的车速达到设定的阈值时，发动机启动；
电机控制器9根据CAN总线11发送的车辆运行状态对驱动电机7发出控制指令，控制驱动电机7的转速，驱动电机7通过蜗杆6对蜗轮5的限制，根据需要调整齿圈1的转速，从而达到行星轮变速装置变速的目的。当行星轮变速装置在变速和制定过程时，调节转速比的齿圈1通过连接在齿圈支架8上的可逆转蜗轮蜗杆机构带动驱动电机7转动，电机控制器9根据CAN总线11发送的车辆行驶状态及动力电池15的状态控制驱动电机7实施能量回收，该方案通过连接在蜗杆6上的驱动电机7实施对蜗轮5及齿圈1的控制，替代传统行星轮变速器钢带、离合器、液力变矩器等方案，达到行星轮变速装置变速的目的，该方案除具有行星轮变速器的所有特点外，还具有不打滑，传动扭矩大等特点，通过蜗轮蜗杆传动的可逆性，驱动电机7可同时兼顾驱动与能量回收的功能；回收的能量通过转换系统将其转化为电能，再储存在蓄电池中。
本发明公开的行星轮变速装置，本发明公开的行星轮变速装置，采用驱动电机对蜗轮蜗杆的控制，替代传统行星轮变速器钢带、液力变矩器等方案，达到无极变速的目的，且具有结构简单、加速性能好，运行平稳，扭矩大且不打滑等优点；通过蜗轮和蜗杆的可逆传动，使驱动电机可同时兼顾驱动与能量回收的功能；
本发明公开的混合动力汽车，通过智能的电机控制器对驱动电机的控制，可使驱动电机兼顾车辆起步、低速运行、急加速等功能、达到节能，实现车辆全工况无极变速的目的；通过蜗杆和蜗轮的可逆变，不额外增加发电机装置，通过行星轮变速装置自带驱动电机进行能量回收，且不仅可回收包括车辆的制动或滑行过程释放的能量，还可回收车辆在加速过程齿圈自转所释放的能量，为车辆发动机提供辅助动力。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种行星轮变速装置，包括齿圈(1)、太阳轮(2)、行星轮(3)、齿轮轮轴和驱动电机(7)，所述齿轮轮轴分别设置在所述太阳轮(2)和所述行星轮(3)的中心孔内，所述行星轮(3)齿牙分别与所述太阳轮(2)的齿牙及所述齿圈(1)的内圈齿牙啮合，其特征在于：还包括蜗轮(5)和蜗杆(6)，所述蜗杆(6)与所述蜗轮(5)同步传动；
所述驱动电机(7)用于驱动所述蜗杆(6)旋转，所述蜗轮(5)根据所述蜗杆(6)的驱动作用带动所述齿圈(1)旋转；
所述驱动电机(7)根据所述蜗轮(5)和所述蜗杆(6)的逆向传动回收能量。
2.根据权利要求1所述的行星轮变速装置，其特征在于：所述行星轮(3)变速装置还包括齿圈支架(8)，所述齿圈支架(8)与所述蜗轮(5)连接，所述蜗轮(5)通过所述齿圈支架(8)带动所述齿圈(1)同步转动。
3.根据权利要求2所述的行星轮变速装置，其特征在于：所述齿圈(1)根据所述蜗轮(5)的驱动作用带动所述行星轮(3)和/或所述太阳轮(2)转动。
4.根据权利要求3所述的行星轮变速装置，其特征在于：还包括行星轮支架(4)，所述行星轮支架(4)与所述行星轮(3)上的齿轮轮轴连接，所述行星轮支架(4)通过所述行星轮(3)上的齿轮轮轴驱动车辆启动。
5.根据权利要求1所述的行星轮变速装置，其特征在于：所述驱动电机(7)通过连接机构驱动所述蜗杆(6)转动，所述蜗杆(6)带动所述蜗轮(5)同步转动。
6.一种混合动力汽车，包括行星轮变速装置、发动机和电机控制器(9)，所述行星轮变速装置为权利要求1-5任意一项所述的行星轮变速装置，其特征在于：所述电机控制器(9)与所述行星轮(3)变速装置中的所述驱动电机(7)连接，所述太阳轮(2)与所述发动机通过连接结构连接，所述电机控制器(9)用于控制所述驱动电机(7)的转速；
所述电机控制器(9)还用于控制所述驱动电机(7)进行能量回收。
7.根据权利要求6所述的混合动力汽车，其特征在于：所述汽车还包括车辆控制单元(VCU)(10)和CAN总线(11)，所述电机控制器(9)通过所述CAN总线(11)与所述VCU(10)连接，所述VCU(10)通过所述CAN总线(11)将车辆的运行状态发送至所述电机控制器(9)；
所述电机控制器(9)根据所述CAN总线(11)发送的车辆运行状态信息控制所述驱动电机(7)的转速。
8.根据权利要求7所述的混合动力汽车，其特征在于：还包括信号采集单元(12)，所述VCU通过所述CAN总线(11)接收所述信号采集单元(12)采集的车辆运行状态的信息。
9.根据权利要求7所述的混合动力汽车，其特征在于：所述混合动力汽车还包括电池管理系统(BMS)(13)、电池数据采集系统(14)和动力电池(15)，所述电池数据采集系统(14)用于采集所述动力电池(15)的数据信息，所述BMS(13)用于检测和管理所述电池数据采集系统(14)和所述动力电池(15)，所述BMS(13)通过所述CAN总线(11)将所述动力电池(15)的数据信息发送至所述电机控制器(9)；
所述电机控制器(9)根据所述CAN总线(11)发送的动力电池(15)的数据信息控制所述驱动电机(7)进行能量回收。
10.根据权利要求9所述的混合动力汽车，其特征在于：所述驱动电机(7)根据所述蜗杆(6)和所述蜗轮(5)的逆向传动实现能量回收。
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