CN115788699A - 一种新型油电混合动力单元总成结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型油电混合动力单元总成结构，包括：机体，其包括多个第一缸体和多个第二缸体；多个活塞，其一一对应的设置在多个第一缸体中；配气机构，其用于开启或关闭所述第一缸体的进排气门；多个直线电机，其一一对应的设置在多个第二缸体中；直线电机包括定子机构和动子机构；曲轴，其同时靠近所述第一缸体和所述第二缸体的一端设置，用于输出动力；多个第一连杆，其一端与所述多个活塞一一对应连接，另一端与所述曲轴连接，以驱动所述曲轴转动；多个第二连杆，其一端与多个所述动子机构一一对应连接，另一端与所述曲轴连接。本发明提供的新型油电混合动力单元总成结构能够实现多元动力的输出，中间能量传递和转化的机构少，效率高。
Description
技术领域
本发明属于车辆动力系统技术领域，特别涉及一种新型油电混合动力单元总成结构。
背景技术
近年来，节约能源和保护环境俩大主题推动着对具有高能量传递和转换效率的新型汽车动力装置的探索和研究。传统内燃机汽车中的活塞式内燃发动机只能将燃料燃烧产生的热能转换为使曲轴旋转的机械能，不能直接满足多元动力需求；此外，传统的活塞式内燃发电机组结构复杂，体积大，中间能量转化机构多，效率较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型油电混合动力单元总成结构，其能够实现多元动力的输出，中间能量传递和转化的机构少，效率高。
本发明提供的技术方案为：
一种新型油电混合动力单元总成结构，包括：
机体，其包括多个第一缸体和多个第二缸体；
多个活塞，其一一对应的设置在所述多个第一缸体中；
配气机构，其用于开启或关闭所述第一缸体的进排气门；
多个直线电机，其一一对应的设置在所述多个第二缸体中；所述直线电机包括定子机构和动子机构；
曲轴，其同时靠近所述第一缸体和所述第二缸体的一端设置，用于输出动力；
多个第一连杆，其一端与所述多个活塞一一对应连接，另一端与所述曲轴连接，以驱动所述曲轴转动；
多个第二连杆，其一端与多个所述动子机构一一对应连接，另一端与所述曲轴连接。
优选的是，所述动子机构包括：
支撑连接件，其外形为圆柱状；
永磁体，其环绕式固定设置在所述支撑连接件上；
其中，所述第二连杆的一端可转动的连接在所述支撑连接件上。
优选的是，所述支撑连接件上安装有活塞销；所述第二连杆的一端具有连接套筒，所述连接套筒可转动的套设在所述活塞销上。
优选的是，所述定子机构包括：
定子铁芯，固定设置在所述第二缸体的内壁上；
线圈绕组，其嵌入式设置在所述定子铁芯的定子槽内。
优选的是，所述定子槽的槽满率的取值范围为70％～80％。
优选的是，所述动子机构与所述定子机构间的气隙长度为1mm。
优选的是，所述的新型油电混合动力单元总成结构，还包括：轴瓦，其固定安装在所述第二连杆的另一端；
其中，所述轴瓦与所述曲轴的轴颈转动式间隙配合。
优选的是，所述的新型油电混合动力单元总成结构，还包括：连杆盖体，其具有第一半圆筒状凹槽；
其中，所述第二连杆的另一端具有第二半圆筒状凹槽，所述第一半圆筒状凹槽和所述第二半圆筒状凹槽的形状相匹配；所述第一半圆筒状凹槽和所述第二半圆筒状凹槽相对设置，并且所述连杆盖体可拆卸的连接在所述第二连杆的端部上，使所述连杆盖体和所述第二连杆的端部之间形成圆筒状空腔；
所述轴瓦通过过盈配合的方式设置在所述圆筒状空腔中。
优选的是，所述第一缸体和所述第二缸体的数量分别为两个；
其中，两个所述第一缸体在水平方向上相邻设置，所述两个第二缸体分别位于两个所述第一缸体组成的连接体的两侧。
优选的是，所述直线电机采用水冷的冷却方式，以提高电机的电磁负荷。
本发明的有益效果是：
1.本发明提供新型油电混合动力单元总成结构，对传统直列多缸汽油机进行改进，在汽油机的其中几个缸体中采用直线电机代替原活塞工作，设计新颖合理，结构简单紧凑，体积小，且可直接实现多元动力输出，取消了传统活塞式内燃发电机组复杂的中间能量传递转化机构，可直接将直线电机动子组的往复直线运动转化为电能输出，提高了能量转化效率。
2.本发明提供的新型油电混合动力单元总成结构，用直线电机代替原活塞，工作更加平稳，振动减小，污染减小，可实现仅传统活塞式内燃机驱动、仅直线电机驱动、两者共同工作三种工作模式，综合了传统内燃机与直线电机的优点，为混合动力汽车的研发提供了新思路。
3.本发明提供的新型油电混合动力单元总成结构，用曲柄连杆机构约束直线电机动子组的运动，解决了自由活塞发动机上下止点位置和点火时间不确定，工作不稳定的问题。
附图说明
图1为本发明所述的新型油电混合动力单元总成结构的主视图剖视图。
图2为本发明所述的新型油电混合动力单元总成结构的侧视图剖视图。
图3为本发明所述的动子机构的结构示意图。
图4为本发明所述的定子机构的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1-4所示，本发明提供了一种新型油电混合动力单元总成结构，其主要包括：机体100、多个活塞110、配气机构，多个直线电机、曲轴140、第一连杆150a及第二连杆150b。
机体100包括多个第一缸体100a和多个第二缸体100b。多个活塞110一一对应的设置在多个第一缸体100a中。
所述配气机构包括：多个气门组121和气门传动组122，气门传动组122为凸轮轴结构，用于开启或关闭多个气门组121。气门组121一一对应的设置在第一缸体100a上，当气门组121开启时，与其对应的第一缸体100a进行进气或排气。
多个直线电机一一对应的设置在多个第二缸体100b中；所述直线电机包括定子机构131和动子机构132；动子机构132能够沿定子机构131轴向做往复直线运动。
曲轴140同时靠近第一缸体100a和第二缸体100b的一端设置，用于输出动力。多个第一连杆150a的一端与多个活塞110一一对应连接，另一端与曲轴140连接，以驱动曲轴140转动。多个第二连杆150b的一端与多个动子机构131一一对应连接，另一端与曲轴140连接，以驱动曲轴140转动或由于者被曲轴140带动而移动。
下面结合具体实施例对本发明提供的新型油电混合动力单元总成结构和工作原理作进一步的说明。
在本实施例中，所述的新型油电混合动力单元总成结构是在传统直列四缸汽油机的基础上进行改造得到的。机体100采用传统四缸汽油机机体组结构，包括两个第一缸体100a和两个第二缸体100b。其中，两个第一缸体100a在水平方向上相邻设置，两个第二缸体100b分别位于两个第一缸体100a组成的连接体的两侧；即按照从左至右的顺序，第二个缸体和第三个缸体定义为第一缸体100a，第一个缸体和第四个缸体定义为第二缸体100b。
两个第一缸体100a保持传统四缸汽油机机体组的原有结构，即在第一缸体100a内设置有活塞110，通过活塞110的运动驱动曲轴140转动，实现动力输出。其中，曲轴140采用传统的活塞式内燃机曲轴结构；配气机构的结构和设置方式，活塞110和第一连杆150a以及曲轴140的结构及连接方式均与传统四缸汽油机机体组的结构相同，此处不再赘述。
两个第二缸体100b上方取消气门组及汽缸盖上相应结构，对应凸轮轴不加工进排气凸轮。第二缸体100b内安装有直线电机；所述直线电机包括定子机构131和动子机构132；动子机构132能够沿定子机构131轴向做往复直线运动。
如图2-4所示，动子机构132包括：永磁体132a、支撑连接件132b、活塞销132c和导磁块132d。支撑连接件132b的外形为圆柱状，永磁体132a采用轴向充磁的方式粘贴在支撑连接件132b的上。作为优选，支撑连接件132b设置为中空的圆筒状结构，且支撑连接件132b上沿径向开设有活塞销孔，活塞销孔中安装有活塞销132c，活塞销孔的两端分别对称设置有两个凹槽，所述凹槽内安装有挡圈132e。挡圈132e与凹槽卡槽式连接，活塞销132c安装在两个挡圈132e之间。设置挡圈132e能够对活塞销132c进行轴向限位，防止活塞销132c轴向移动。支撑连接件132b设置为圆筒状结构能够减小支撑连接件132b的重量，从而减小能量损失。作为一种优选，支撑连接件132b采用铝合金材料。
支撑连接件132b和第二连杆150b通过活塞销132c相连。其中，第二连杆150b的上端(小头端)具有连接套筒150ba，连接套筒150ba为圆筒状，其可转动的套设在活塞销132c上。
所述的新型油电混合动力单元总成结构还包括：连杆盖体151，其具有第一半圆筒状凹槽。第二连杆150b的下端(大头端)具有开口朝外的第二半圆筒状凹槽。其中，所述第一半圆筒状凹槽和所述第二半圆筒状凹槽的形状相匹配；所述第一半圆筒状凹槽(开口朝上)和所述第二半圆筒状凹槽(开口朝下)相对设置，并且连杆盖体151通过螺栓可拆卸的连接在第二连杆150b的端部上，使连杆盖体151和第二连杆150b的端部之间形成圆筒状空腔；所述圆筒装空腔中设置有轴瓦141，轴瓦141通过过盈配合的方式安装在所述圆筒状空腔中。轴瓦141与曲轴140的连杆轴颈采用转动式间隙配合连接。
直线电机和曲轴之140间形成曲柄连杆机构，采用曲柄连杆机构约束直线电机动子组的运动，能够解决自由活塞发动机上下止点位置和点火时间不确定，工作不稳定的问题。
所述定子机构131环绕动子机构132设置，定子机构131主要包括：线圈绕组131a和定子铁芯131b。定子铁芯131b过盈配合装在第二缸体100b的内壁上，利用第二缸体100b的内壁和缸盖160实现定位。由于直线电机上部不设置燃烧室以及气门组，直线电机的上端可贯通至缸盖160处。
定子铁芯131b是采用硅钢片制成统一形状的模块后再由多个模块堆叠成的，定子铁芯131b的定子槽采用矩形槽，并且通过优化边端齿尺寸降低直线电机的纵向端部效应。此外，定子铁芯131b的轴向长度主要由活塞行程和活塞长度决定，为两者之和。线圈绕组131a采用饼状线圈，镶嵌在定子槽内，线圈绕组131a放入定子内占用的槽内空间用槽满率表示。
作为一种优选，槽满率的取值范围设定为70％～80％；
作为进一步的优选，定子机构131和动子机构132间气隙长度为1mm。
作为进一步的优选，所述的直线电机采用水冷方式进行冷却，以提高电机的电磁负荷。
在本实施例中，对传统直列四缸汽油机进行改造，用直线电机代替原1，4缸活塞工作，设计新颖合理，结构简单紧凑，体积小，且可直接实现多元动力输出，取消了传统活塞式内燃发电机组复杂的中间能量传递转化机构，可直接将直线电机动子组的往复直线运动转化为电能输出，提高了能量转化效率。
本发明提供的新型油电混合动力单元总成的工作过程为：
直线电机工作时，在直线电机的线圈绕组131a中通入三相交流电从而产生气隙磁场。这个气隙磁场由于随着三相电流的变化作直线运动，又称为行波磁场。直线电机的动子机构132中永磁体132a产生的磁场与此行波磁场相互作用便产生电磁推力，推动动子机构132移动。对换直线电机任意俩相电源线，动子机构132可反向移动，循环操作就可实现往复直线运动，由此通过第二连杆150b带动曲轴140转动，对外输出动力。安装活塞110的缸体工作过程与传统活塞式内燃机的工作过程相同。
本发明提供的新型油电混合动力单元总成机构，工作更加平稳，振动减小，污染减小，可实现仅传统活塞式内燃机驱动、仅直线电机驱动、两者共同工作三种工作模式，综合了传统内燃机与直线电机的优点，为混合动力汽车的研发提供了新思路。
下面对新型油电混合动力单元总成机构的三种工作模式的工作过程作进一步说明：
模式一、当负载功率较小且SOC高于预设的高门限值时，安装活塞的缸体不工作，仅由直线电机驱动车辆，从而避免内燃机在低效率区工作。该工作状态下，蓄电池通过逆变器向直线电机定子绕组132a提供三相交流电，产生气隙磁场。该磁场由于随着三相电流的变化作直线运动，又称为行波磁场。直线电机动子机构132中永磁体132a产生的磁场与此行波磁场相互作用便产生电磁推力，推动动子机构132移动。对换直线电机任意俩相电源线，动子机构132可反向移动，循环操作就可实现往复直线运动，由此通过第二连杆150b带动曲轴140转动，对外输出动力。
模式二、采用传统活塞的缸体在动力电池SOC较低或负载功率较大时启动工作，工作过程与传统活塞式内燃机相同。此时，活塞运动输出的功率一部分用于驱动车辆，其余功率用于动力电池充电。
活塞110往复运动带动曲轴140转动进而带动直线电机的动子机构132做往复运动，定子机构131的线圈绕组132a做切割磁感线运动，发生电磁感应现象，产生感应电流，向蓄电池充电。此外，在减速器或制动时，可利用直线电机的反拖作用，直线电机作为发电机发电向蓄电池充电，同时还能利用电磁感应现象产生制动作用。
模式三、直线电机和采用传统活塞的缸体同时工作，驱动曲轴转动。此时，直线电机工作过程与单独采用直线电机驱动的工作过程相同；采用传统活塞的缸体的工作过程和单独采用传统活塞的缸体驱动的工作过程相同，此处不再赘述。
综上所述，本发明提供的新型油电混合动力单元总成，设计新颖合理，结构简单，体积小，能够输出多元动力，且动力输出平稳，能量转化效率高；污染小，实用性强，便于推广使用。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.一种新型油电混合动力单元总成结构，其特征在于，包括：
机体，其包括多个第一缸体和多个第二缸体；
多个活塞，其一一对应的设置在所述多个第一缸体中；
配气机构，其用于开启或关闭所述第一缸体的进排气门；
多个直线电机，其一一对应的设置在所述多个第二缸体中；所述直线电机包括定子机构和动子机构；
曲轴，其同时靠近所述第一缸体和所述第二缸体的一端设置，用于输出动力；
多个第一连杆，其一端与所述多个活塞一一对应连接，另一端与所述曲轴连接，以驱动所述曲轴转动；
多个第二连杆，其一端与多个所述动子机构一一对应连接，另一端与所述曲轴连接。
2.根据权利要求1所述的新型油电混合动力单元总成结构，其特征在于，所述动子机构包括：
支撑连接件，其外形为圆柱状；
永磁体，其环绕式固定设置在所述支撑连接件上；
其中，所述第二连杆的一端可转动的连接在所述支撑连接件上。
3.根据权利要求2所述的新型油电混合动力单元总成结构，其特征在于，所述支撑连接件上安装有活塞销；所述第二连杆的一端具有连接套筒，所述连接套筒可转动的套设在所述活塞销上。
4.根据权利要求3所述的新型油电混合动力单元总成结构，其特征在于，所述定子机构包括：
定子铁芯，固定设置在所述第二缸体的内壁上；
线圈绕组，其嵌入式设置在所述定子铁芯的定子槽内。
5.根据权利要求4所述的新型油电混合动力单元总成结构，其特征在于，所述定子槽的槽满率的取值范围为70％～80％。
6.根据权利要求4或5所述的新型油电混合动力单元总成结构，其特征在于，所述动子机构与所述定子机构间的气隙长度为1mm。
7.根据权利要求6所述的新型油电混合动力单元总成结构，其特征在于，还包括：轴瓦，其固定安装在所述第二连杆的另一端；
其中，所述轴瓦与所述曲轴的轴颈转动式间隙配合。
8.根据权利要求7所述的新型油电混合动力单元总成结构，其特征在于，还包括：连杆盖体，其具有第一半圆筒状凹槽；
其中，所述第二连杆的另一端具有第二半圆筒状凹槽，所述第一半圆筒状凹槽和所述第二半圆筒状凹槽的形状相匹配；所述第一半圆筒状凹槽和所述第二半圆筒状凹槽相对设置，并且所述连杆盖体可拆卸的连接在所述第二连杆的端部上，使所述连杆盖体和所述第二连杆的端部之间形成圆筒状空腔；
所述轴瓦通过过盈配合的方式设置在所述圆筒状空腔中。
9.根据权利要求8所述的新型油电混合动力单元总成结构，其特征在于，所述第一缸体和所述第二缸体的数量分别为两个；
其中，两个所述第一缸体在水平方向上相邻设置，所述两个第二缸体分别位于两个所述第一缸体组成的连接体的两侧。
10.根据权利要求9所述的新型油电混合动力单元总成结构，其特征在于，所述直线电机采用水冷的冷却方式，以提高电机的电磁负荷。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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