CN113415150A - 一种混合动力系统电机单旋降耗装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合动力系统电机单旋降耗装置，包括变速箱，其中在内燃机的动力输出轴与变速箱连接，在变速箱的动力输入轴通过单旋连接轴连接有电机驱动系统的动力输出轴，构成混合动力系统；所述单旋连接轴包括套对端、轴对端；套对端具有套口，在套口的内壁具有凸出的棘齿，在套口的中心设有旋转轴；轴对端沿径向设有装配孔，在装配孔可活动的安装有顶块，在顶块与轴对端之间的装配孔内设有弹性部件，弹性部件使得顶块具有持续向外滑动的趋势；该装置可以在电机驱动系统不介入工作时，可以将电机驱动系统与减速箱达到“分离”的效果，在电机驱动系统没有介入工作时，不会作为内燃机的负载被驱动运行；延长电机的使用寿命和降低能耗。
Description
技术领域
本发明涉及混合动力中的电机传动设备领域，更具体的说，是涉及一种混合动力系统电机单旋降耗装置。
背景技术
混合动力是指在车辆上至少通过两种驱动方式作为动力系统的车辆，而目前混动技术中，相对成熟的就是油电混动技术，既动力系统是由内燃机和电动机组成，由内燃机和电动机为车轮提供动力输出。
混合动力系统在介入工作时是依据一定的运行逻辑，例如车辆在启动时，一般是通过电动机驱动的方式进行起步，而高速加速阶段是，是通过内燃机来提供动力，实现动力的合理分配，达到节能减排的目的；还有一种是在低速行驶时，由于通过内燃机和电动机同时提供驱动力进行使用，而高速时通过内燃机提供驱动力等方式，总体而言，不管何种方式其目的都是为了节能减排；此外，市场上还有一种为实现节能减排的方案就是自动启停，既在停车时发动机自动熄火，而在行走时，发动机再次启动以实现节能减排的目的，该种方式实际上达到节能减排的效果是比较小的，但是依然能够作为达标排放提供技术保障。
而混合动力系统不论是在实际上还是理论上均具有非常良好的减排效果，是目前新能源动力系统中比较理想的方案，也是未来发展重点发展的对象之一；而且能够降低燃油成本，尤其是对于企业来讲，能够降低其运行成本。
在在矿业领域，必然使用的就是矿用自卸车，而矿用自卸车的特点就是装载量非常的大，因此是使用内燃机作为动力源的，而随着技术的发展，在矿用自卸车上也将油电混合动力技术得到了应用，而电驱动部分并非像普通的车辆通过搭载蓄电池提供电能，而是在矿场的路面两侧架设电网，在自卸车的车顶搭载取电弓，由电网为自卸车提供电能，以此方案达到节能减排，为企业节约运输成本。
由于自卸车载重量非常的大，而电机驱动系统在介入工作时，采用的方案并非是持续性的，而是阶段性的，因为电机驱动系统的大负荷工作会导致发热严重，热量持续的聚集会把电机烧毁。而通常在自卸车起步阶段时，由于需要的驱动力是最大的（相较于行驶过程），而为了保护电机，减少电机的压力，作为可选择的方案之一是启动时，不让电机驱动系统介入工作，这样就能够延长自卸车混合动力系统的使用寿命，在正常行进时，执行“双驱动”的方案，以此达到节能降耗。
然而，在电机驱动系统不介入工作时，由于矿用自卸车采用的电网供电，因此实际上是并不需要执行电能的回收工作，而目前在内燃机进行工作时，由于其还带动着电机驱动系统在运行，不介入工作的电机驱动系统此时是相当于是负载，为内燃机的工作增大了压力，此时相对于非混动的自卸车来说，其能耗是较高的，因此，综合而言这就降低了节能减排的整体效果；而且在电机驱动系统不介入工作时，目前的方式还是会带动电机驱动系统转动，会造成电机产生热量、磨损等问题。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种混合动力系统电机单旋降耗装置，可以在电机驱动系统不介入工作时，可以将电机驱动系统与减速箱达到“分离”的效果，在电机驱动系统没有介入工作时，不会作为内燃机的负载被驱动运行；延长电机的使用寿命和降低能耗。
第一方面，本申请提供一种混合动力系统电机单旋降耗装置，包括变速箱，其中在内燃机的动力输出轴与变速箱连接，在变速箱的动力输入轴通过单旋连接轴连接有电机驱动系统的动力输出轴，构成混合动力系统；
所述单旋连接轴包括套对端、轴对端；套对端具有套口，在套口的内壁具有凸出的棘齿，在套口的中心设有旋转轴；轴对端沿径向设有装配孔，在装配孔可活动的安装有顶块，在顶块与轴对端之间的装配孔内设有弹性部件，弹性部件使得顶块具有持续向外滑动的趋势；在轴对端设有与旋转轴相适配的旋转孔，轴对端伸入至套对端并顶块与棘齿相啮合。
在具体设置上述套对端时，在套对端的另一端设有连接轴，连接轴与变速箱的动力输入端连接。
在具体设置上述轴对端时，轴对端与驱动设备的动力输入端连接。由驱动设备驱动轴对端旋转运行。
在具体设置上述旋转轴时，在旋转轴上安装有轴承，旋转轴通过轴承安装在旋转孔内。由轴对端的转动带动套对端旋转。
在具体设置上述棘齿时，棘齿的截面为直角或钝角三角形结构，斜面朝外，均匀设置在套对端的内侧。
在具体设置上述顶块时，顶块的顶部具有圆滑过渡的圆角，相应的，在棘齿的齿顶上具有倒圆。两者在转动时，能够避免产生过多磨损。
在具体设置上述顶块时，顶块的外路面的截面为与棘齿的齿面相适配的结构，使得两者在啮合时，能够紧密啮合。
在具体设置上述弹性部件时，弹性部件为弹簧。
本发明的有益效果在于以下几点：
本申请的装置，为混合动力提供新的工作执行逻辑，事实上，当内燃机工作而电机驱动系统不工作时，内燃机上负载的传动件越多，其负载越大，内燃机克服负载所做的功也就越多，功耗也就越高；而混合动力系统中，电机驱动系统和内燃机的工作状态并非是两者持续的同时工作，始终会有仅内燃机工作而电机驱动系统不工作的工作逻辑需求；而此时，内燃机在工作时，不光需要承担减速箱的运转和轮胎的动力运行，还要承担电机驱动系统的运转，而矿用自卸车的电机是连接有有动力放大装置的一整套传动系统的（形成电机驱动系统），驱动这些传动机构的动作是也是耗费动力的；因此当内燃机在工作时，所带动的电机驱动系统旋转相较于不带动电机驱动系统旋转能耗是比较高的，而之所以设置有点混动目的就是为了节能降耗，而在这个环节目前的技术是能耗相较于原来有提升的，因此，本申请的设置，使得在内燃机工作时，是不需要牵引电机驱动系统这一套设备运行的，这就为该阶段节省了能耗；而本申请巧妙的实现了通过单旋连接轴实现了只能由电机驱动系统往变速箱输入动力，而无法从变速箱往电机驱动系统内灌输动力，减少了负载量，以此达到了节能的目的。
由于电机的原理是电生磁，这个过程是发热过程，相应的将电机的转子转动也会产生电，这个过程也会发热，因此本申请中在使用内燃机时，就能够停止电机的转动，加快电机的散热，延长混合动力系统中电机的使用寿命，减少了电机工作的无用功，减少了磨损。
本申请原理不用执行齿传动的啮合与分离过程，因此所形成的齿传动结构不易出现打齿的问题，传动机构质量、使用寿命有保障。
附图说明
图1为混合动力系统的基本原理简图。
图2为本申请中的单旋连接轴安装结构示意图。
图3为本申请的套对端结构示意图。
图4为本申请的轴对端结构示意图。
图5为本申请的顶块设置示意图（局部剖切）。
图6为本申请中的棘齿与顶块啮合示意图。
图中，内燃机1，变速箱2，单旋连接轴3，套对端3.1、轴对端3.2，旋转轴3.3，装配孔3.4，旋转孔3.5，棘齿3.6，顶块4，弹性部件5，电机驱动系统6。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。
为了方便理解本申请实施例提供的单旋连接轴3，下面首先介绍一下其应用场景。
本申请中提供的单旋连接轴3，主要是针对混合动力系统中（更具体的说是指油电混合动力系统），内燃机1工作而电机驱动系统6不工作的运行逻辑情况下，此时的电机驱动系统6便成为了内燃机1的“累赘”，会增加其能耗量，整体降低节能减排的总体优势，基于此，本申请中的单旋连接轴3，其动作机理是确保电机驱动系统6在输入动力时，能够对变速箱2产生牵引，而电机驱动系统6停止时，由内燃机1驱动变速箱2的工作不会将动力传递至电机那一套系统上，这就使得减少了电机驱动系统6那一部分消耗的动力，全部动力可直接传递至轮胎上，从而增强了整体节能减排的效果和意义。此外，本申请不适用于由内燃气驱动的倒车行为，而由于本申请是针对矿用自卸车，矿用自卸车倒车的频率非常的少，其行走的路线通常是闭环的循环路线，因此并不会对整体产生效果的减弱。
为了清楚的理解本申请技术方案，下面将结合具体实施例和附图对本申请提供的机箱进行详细说明。
以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。还应当理解，在本申请以下各实施例中，“至少一个”、“一个或多个”是指一个、两个或两个以上。
图1展示的混合动力系统的最基础简单的简图（其省略了部分传动结构），其旨在说明本申请的安装实施位置，并非指代的动力系统的实际实施结构；在图中所展示的混合动力系统中，包括变速箱2，其中在内燃机1的动力输出轴与变速箱2连接，在变速箱2的动力输入轴通过单旋连接轴3连接有电机驱动系统6的动力输出轴上，构成混合动力系统；这是目前最基本的混合动力系统的原理，在此基础上，本申请加装了如下结构的单旋连接轴3；
其中，单旋连接轴3包括套对端3.1、轴对端3.2两大件；首先是对套对端3.1的结构介绍：套对端3.1具有套口，在套口的内壁具有凸出的棘齿3.6，在套口的中心凸出的设有旋转轴3.3，在旋转轴3.3上安装有轴承，旋转轴3.3的作用是可以约束套对端3.1和轴对端3.2的自由度，以减少齿啮合的压力；
其次是对轴对端3.2的介绍：轴对端3.2上沿径向设有装配孔3.4，装配孔3.4内可活动的安装有顶块4，在顶块4与轴对端3.2之间的装配孔3.4内安装有弹性部件5，弹性部件5的一端顶置在顶块4的底部，另一端顶置在装配孔3.4的底部，弹性部件5使得顶块4具有持续向外（装配孔3.4外）滑动的趋势，本申请中选用的弹性部件5为弹簧；在轴对端3.2设有与旋转轴3.3相适配的旋转孔3.5，轴对端3.2伸入至套对端3.1内旋转轴3.3与旋转孔3.5通过轴承装配连接，且顶块4与棘齿3.6相啮合，该结构下，单向旋转轴3.3对端3.2可以驱动套对端3.1转动，但是同向（与轴对端3.2旋转同向）旋转套对端3.1无法使轴对端3.2同转，该结构下，也是实现了在减速箱的动力无法输送给与套对端3.1连接的设备，也就避免了套对端3.1上连接的驱动设备对驱动力的损耗。该结构的原理比较简单，在轴对端3.2驱动套对端3.1旋转时，轴对端3.2的顶块4能够与套对端3.1的棘齿3.6形成啮合，可以带动其同步转动，这相当于是在动力输入时，是能够完成和实现的；而当轴对端3.2不动，套对端3.1在进行同向旋转时，套对端3.1内的棘齿3.6会将轴对端3.2的顶块4无法形成有效啮合，棘齿3.6会顶置着顶块4回缩至装配孔3.4内，进而两者产生了相对运动，这个过程相当于是把轴对端3.2所连接的传动结构进行了脱离，动力不会再做无用功，达到降耗的目的。在具体实施时，本申请的结构配合不光具有“轴套”这一种对接形式，也具有轴-轴的对接形式，但经强度测试，轴轴对接的形式棘齿3.6与顶块4之间的强度无法满足要求，所制成的单旋连接轴3强度远不如本申请请求保护的套对端3.1与轴对端3.2的强度；而将轴对端3.2连接在电机所在的动力系统中，是因为经过测试，损坏具备维修价值的是顶块4，而逃对端一端损坏，只能更换，其整体性强，也不易损坏，因此将轴对端3.2与电机所在的驱动系统连接，在拆卸维修时，不用对变速箱2进行拆卸，比较方便和节省时间。
作为其中一个实施例，在具体设置上述套对端3.1时，在套对端3.1的另一端一体式加工有连接轴，连接轴与变速箱2的动力输入端连接，具体可以通过联轴器进行连接。
作为其中一个实施例，在具体设置上述轴对端3.2时，轴对端3.2与驱动设备的动力输入端连接，例如电机驱动系统6所提供的动力输入端，具体可通过联轴器连接。由电机驱动系统6驱动轴对端3.2旋转运行，进而使得轴对端3.2带动套对端3.1旋转，实现混合动力的电能动力输入。
作为其中一个实施例，在具体设置上述棘齿3.6时，棘齿3.6的截面为直角或钝角三角形结构，本申请中选用直角三角形结构，斜面朝外，均匀设置分布在套对端3.1的内侧，直接三角形在齿啮合时，可传动的力量更大，同时磨损小，动力输入更加稳定。且在具体设置上述顶块4时，顶块4的顶部具有圆滑过渡的圆角，相应的，在棘齿3.6的齿顶上具有倒圆。两者在转动时，能够避免产生过多磨损，机械传动过程中产生的噪音小。
作为其中一个实施例，在具体设置上述顶块4时，顶块4的外路面的截面为与棘齿3.6的齿面相适配的结构，例如本申请中对于棘齿3.6选用的直角三角形结构，相应的顶块4的外露面也为直角三角形结构，使得两者在啮合时，能够紧密啮合。
在具体实施上述套对端3.1和轴对端3.2时，两者装配完成前，在套对端3.1内涂抹有润滑油，且在套对端3.1封堵有挡油片（图中未示出），避免润滑油过多的外泄；或在上述套对端3.1与轴对端3.2外围加装保护壳，在保护壳内充满有润滑油。
在具体实施上述轴对端3.2时，在安装顶块4时，应当确保顶块4的斜面的最低边（相对与轴对端3.2）与轴对端3.2的装配孔3.4边沿齐平，相应的，在具体设置棘齿3.6时，棘齿3.6的斜面最低边应当与套对端3.1的内壁平滑过渡。
为方便保养，本申请在套对端3.1上沿径向设有注油孔，以方便对轴承进行补润滑油，在维护时，提升了方便性，不用拆卸就能够实现日常的保障维护。
以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种混合动力系统电机单旋降耗装置，包括变速箱，其中在内燃机的动力输出轴与变速箱连接，在变速箱的动力输入轴通过单旋连接轴连接有电机驱动系统的动力输出轴，构成混合动力系统；其特征在于：
所述单旋连接轴包括套对端、轴对端；套对端具有套口，在套口的内壁具有凸出的棘齿，在套口的中心设有旋转轴；轴对端沿径向设有装配孔，在装配孔可活动的安装有顶块，在顶块与轴对端之间的装配孔内设有弹性部件，弹性部件使得顶块具有持续向外滑动的趋势；在轴对端设有与旋转轴相适配的旋转孔，轴对端伸入至套对端并顶块与棘齿相啮合。
2.根据权利要求1所述的混合动力系统电机单旋降耗装置，其特征在于：在套对端的另一端设有连接轴，连接轴与变速箱的动力输入端连接。
3.根据权利要求1所述的混合动力系统电机单旋降耗装置，其特征在于：轴对端与驱动设备的动力输入端连接，由驱动设备驱动轴对端旋转运行。
4.根据权利要求1所述的混合动力系统电机单旋降耗装置，其特征在于：在旋转轴上安装有轴承，旋转轴通过轴承安装在旋转孔内，由轴对端的转动带动套对端旋转。
5.根据权利要求1所述的混合动力系统电机单旋降耗装置，其特征在于：棘齿的截面为直角或钝角三角形结构，斜面朝外，均匀设置在套对端的内侧。
6.根据权利要求1所述的混合动力系统电机单旋降耗装置，其特征在于：顶块的顶部具有圆滑过渡的圆角，相应的，在棘齿的齿顶上具有倒圆。
7.根据权利要求1所述的混合动力系统电机单旋降耗装置，其特征在于：顶块的外路面的截面为与棘齿的齿面相适配的结构，使得两者在啮合时，能够紧密啮合。
8.根据权利要求1所述的混合动力系统电机单旋降耗装置，其特征在于：弹性部件为弹簧。
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