CN208914953U - 混合动力专用变速系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种混合动力专用变速系统，包括输出轴、电机支撑轴、无级变速机构、动力传递机构和第一、第二离合器。本实用新型的混合动力专用变速系统，通过对第一、第二离合器系统及起步机构离合器的分离或结合的不同控制，可以实现电机直接通过齿轮将动力传递到车轮或者将电机动力通过无级变速机构传递到车轮，实现多种混合动力模式的切换，使得电机和发动机组成的混合动力系统始终可以选择最佳模式保持高效运行，同时可以实现当高压电耗尽或高压电系统失效时可以实现纯发动机驱动模式下工作，同时在纯发动机模式工作时，电机可以完全解耦(即电机不随变速器传动系统旋转)进一步提高效率。

Description

混合动力专用变速系统

技术领域

本实用新型属于变速器技术领域，具体地说，本实用新型涉及一种混合动力专用变速系统。

背景技术

典型的混合动力变速器包括电机、动力耦合机构和变速器。变速器使用传统多档AT变速器、DCT变速器等来实现变速。由内燃机或电机产生的动力分别传递到变速器，通过变速器将动力输出到车轮，并且内燃机和电机可以独立或同时将动力输出到变速器。通常混合动力系统具有纯内燃机驱动模式，纯电机驱动模式，内燃机和电机同时驱动的模式。同时以上模式往往都是通过变速器内部的液压系统控制来实现。

虽然当前的混动变速器系统都实现了以上的驱动模式，并且通过针对不同工况切换对应的工作模式实现了节能减排的目的，但是目前的系统都有一定的技术局限，如公告号为CN101574922B的专利文献描述了一种由电机、离合器及AT变速器组成的混合动力变速器，该变速器通过离合器来实现不同的驱动模式，实现了节能减排的效果，不过由于电机的动力加载在AT变速器的输入轴上，导致当发动机和电机同时工作扭矩超过AT变速器承受扭矩时需要对电机或发动机动力进行限制，或者需要对AT变速器进行重新开发以适应大扭矩，并且该系统当混合动力系统高压电耗尽或高压电系统出现保护时，由于电机无法工作导致液压泵无法工作，从而导致连接变速器和发动机之间的离合器无法结合，导致发动机的动力无法传递到变速器使得整车无法在单独发动机驱动的模式下工作。同时AT变速器有级式的变速使得发动机始终无法工作在最高效区域，导致发动机的效率无法得到最大限度的发挥。并且目前混合动力系统的变速器在效率，结构尺寸重量，及成本上都有持续改进提升的需求。还有针对基于以上不足提出的实用新型专利CN108099579A，该实用新型虽然基本弥补了上述专利的不足，但是，由于其使用同步器组成的动力耦合机构，使得在混合动力模式切换的时候电机无法输出动力，存在切换的动力中断，影响驾驶性能，同时在纯发动机驱动的时候，电机无法从传动系统分离即无法实现电机的解耦，会导致额外的发动机动力消耗，因此，需要一种功能更完善，节油率更高，更紧凑的混合动力专用变速系统。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提供一种混合动力专用变速系统，目的是实现当高压电耗尽或高压电系统出现保护时依然可以实现纯发动机驱动模式下工作。

为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：混合动力专用变速系统，包括输出轴、电机动力耦合机构、起步机构和无级变速机构，电机动力耦合机构包括电机定子、电机转子和与电机转子连接的电机支撑轴，其特征在于：所述混合动力专用变速系统还包括用于实现所述电机支撑轴与所述输出轴之间的动力传递的动力传递机构，该动力传递机构包括用于接收来自电机支撑轴的动力的第一齿轮、与第一齿轮啮合的第二齿轮、设置于所述无级变速机构的从动带轮轴上且与第二齿轮啮合的第三齿轮和设置于所述输出轴上且与第三齿轮啮合的第四齿轮。

所述电机动力耦合机构还包括与所述第一齿轮和所述电机支撑轴连接且用于控制电机支撑轴与第一齿轮之间的动力的传递与中断的第一离合器。

所述第一离合器包括摩擦片组和钢片组，摩擦片组与所述第一齿轮连接，钢片组与所述电机支撑轴连接。

所述电机动力耦合机构还包括与所述输入轴和所述电机支撑轴连接且用于控制电机支撑轴与输入轴之间的动力的传递与中断的第二离合器。

所述第二离合器包括摩擦片组和钢片组，摩擦片组与所述输入轴连接，钢片组与所述电机支撑轴连接。

在内燃机驱动模式下工作时，内燃机产生的动力经所述起步机构、所述无级变速机构、所述第三齿轮和所述第四齿轮传递至所述输出轴，最终动力输出到车轮。

在电机驱动模式下工作时，电机产生的动力经所述动力传递机构传递至所述输出轴，最终动力输出到车轮。

本实用新型的混合动力专用变速系统，实现了当高压电耗尽或高压电系统出现保护时依然可以实现纯发动机驱动模式下工作，大大提高混合动力技术适用范围，同时在纯发动机模式工作时，通过将第一离合器和第二离合器都完全分离，可以使得电机从传动系统解耦，即电机将不随传动系统旋转，大大提高传动效率；并且采用无级变速器实现了无级调速功能，使得发动机和电机能始终工作在最佳效率区域，能有效提高节油率。同时电机扭矩直接输出到无级变速器从动带轮后面的轴上，使得电机扭矩不受限制，并且保证电机动力通过齿轮直接传递到车辆，保证电机的高效输出，或者在车辆需要大扭矩爬坡时，电机动力也可以经过带轮钢带调节后输出到车轮；或者当电机工作在过高或者过低转速下导致电机效率相对较低，这时通过分离第一离合器同时结合第二离合器可以使得电机动力无中断的切换到通过无级变速器传动的过程，使得通过无级变速器的调速使得电机工作在高效的区域，提高整体效率；并且在任何工况下都能实现通过发动机驱动电机来实现发电，以保证任何情况下整车高压电器部件都能正常工作，满足整车使用要求；同时本方案结构简单，整套机构尺寸比传统变速器还小，提高了机构布置适用性，同时降低重量及成本。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是本实用新型混合动力专用变速系统的结构示意图；

图2是电机动力耦合机构的结构示意图；

图中标记为：

1、输入轴；2、电机动力耦合机构；2a、电机定子；2b、电机转子；2c、电机支撑轴；2d、钢片组；2e、摩擦片组；2f、摩擦片组；2g、钢片组；

3、第一齿轮；4、第二齿轮；5、液压油泵；6、前进倒挡机构；7、驱动带轮；8、传动带；9、从动带轮；10、第三齿轮；11、第四齿轮；12、差速器； 13、无级变速器壳体。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本实用新型的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

如图1和图2所示，本实用新型提供了一种混合动力专用变速系统，包括变速器壳体、液压油泵5、输出轴、电机动力耦合机构2、起步机构和无级变速机构，电机动力耦合机构2包括电机，电机包括电机定子2a、电机转子2b和与电机转子2b连接的电机支撑轴2c。本实用新型的混合动力专用变速系统还包括用于实现电机支撑轴2c与输出轴之间的动力传递的动力传递机构，该动力传递机构包括用于接收来自电机支撑轴2c的动力的第一齿轮3、与第一齿轮3啮合的第二齿轮4、设置于无级变速机构的从动带轮轴上且与第二齿轮4啮合的第三齿轮10和设置于输出轴上且与第三齿轮10啮合的第四齿轮11。

具体地说，如图1和图2所示，电机定子2a与电机转子2b相配合，电机转子2b设置于电机定子2a的内部且电机转子2b可相对于电机定子2a进行旋转，电机动力耦合机构2位于变速器壳体的内部，电机定子2a和变速器壳体成为一个固定无相对运动的整体。电机转子2b与电机支撑轴2c固定连接，电机支撑轴2c通过支撑轴承安装在变速器壳体上。起步机构与内燃机和无级变速机构连接，无级变速机构为带式无级变速器。电机支撑轴2c通过动力传递机构与输出轴连接。电机动力耦合机构2布置在内燃机和无级变速机构之间，电机动力耦合机构2产生的动力可以不经过无级变速机构传递，而通过动力传递机构等直接传递到车轮，实现车辆的纯电动行驶。

如图1所示，起步机构包括用于与内燃机连接的输入轴1、离合器和与无级变速机构连接的行星齿轮组，电机支撑轴2c空套在输入轴1上且电机支撑轴2c 与输入轴1为同轴设置，输入轴1穿过电机支撑轴2c，输入轴1的一端与内燃机连接，用于接收内燃机产生的动力，输入轴1并与液压油泵5连接，输入轴1 带动液压油泵5运转，提供液压油。起步机构的行星齿轮组与离合器相配合，组成前进倒挡机构6，前进倒挡机构6具有前进档和倒挡功能，用于实现混合动力无级变速系统在前进档和倒挡之间进行切换。前进倒挡机构6的结构如同本领域技术人员所公知的那样，起步机构的离合器包括两组多片摩擦离合器，两组多片摩擦离合器分别为倒挡摩擦离合器组和前进摩擦离合器组，倒挡摩擦离合器组和前进摩擦离合器组分别由活塞控制进行结合与分离，起步机构的行星齿轮组与无级变速机构和输入轴1连接，倒挡摩擦离合器组和前进摩擦离合器组也与输入轴1连接。当前进摩擦离合器组结合后，输入轴1通过行星齿轮组将动力传递至无级变速机构且输入轴1与无级变速机构的旋转方向相同，实现前进档；当倒挡摩擦离合器组结合后，输入轴1通过行星齿轮组将动力传递至无级变速机构且输入轴1与无级变速机构的旋转方向相反，实现前进档。

如图1所示，起步机构设置在电机动力耦合机构2和无级变速机构中间，实现动力在内燃机和无级变速机构之间的传递，同时通过控制两组多片摩擦离合器实现前进倒挡功能。无级变速机构为带式无级变速器，其包括与起步机构的行星齿轮组连接且用于接收行星齿轮组传递的动力的驱动带轮7、从动带轮9 以及设置于驱动带轮7和从动带轮9上且为环形的传动带8。从动带轮9安装在从动带轮轴上，第三齿轮10安装在从动带轮轴上，从动带轮9与第三齿轮10 为同轴设置且从动带轮9与第三齿轮10为同步旋转。第三齿轮10与第四齿轮 11相啮合，两者构成一级齿轮传动机构，来自无级变速机构的动力可经该一级齿轮传动机构传递至输出轴。

如图1和图2所示，电机动力耦合机构2还包括与第一齿轮3和电机支撑轴2c连接且用于控制电机支撑轴2c与第一齿轮3之间的动力的传递与中断的第一离合器。第一齿轮3空套在输入轴1上，第一齿轮3并通过轴承安装在变速器壳体上。第一离合器的结构如同本领域技术人员所公知的那样，其主要包括摩擦片组2e和钢片组2d(其中摩擦片组是由多片纸基材料制作而成的摩擦片同轴叠加装配而成，钢片组是由多片钢片同轴叠加装配而成，一般钢片组比摩擦片组多一片，摩擦片和钢片是间隔轴向叠加而成，一般是外侧为钢片，中间摩擦片和钢片相邻轴向排列，也就是一片摩擦片挨着一片钢片、一片钢片挨着一片摩擦片进行排序；第一离合器的摩擦片组是由2片摩擦片组成，第一离合器的钢片组是由3片钢片组成；摩擦片组和钢片组分离的时候，摩擦片和钢片轴向有间隙，两者之间没有动力或运动传递，当摩擦片组和钢片组结合的时候，摩擦片和钢片轴向压紧贴合在一起，两者之间传递动力或运动)，摩擦片组2e 与第一齿轮3连接，钢片组2d与电机支撑轴2c连接。第一离合器由活塞控制进行结合与分离，通过活塞的作用压紧钢片组2d和摩擦片组2e，使第一离合器结合，卸油后则在弹簧力的作用下使钢片组2d和摩擦片组2e分离。当第一离合器结合后，第一齿轮3与电机支撑轴2c同步旋转，实现动力传递；当第一离合器分离后，第一齿轮3与电机支撑轴2c不能同步旋转，电机支撑轴2c的动力不能传递至第一齿轮3。通过第一离合器的分离和结合，实现第一齿轮3与电机支撑轴2c之间的动力的中断与传递。

如图1和图2所示，电机动力耦合机构2还包括与输入轴1和电机支撑轴 2c连接且用于控制电机支撑轴2c与输入轴1之间的动力的传递与中断的第二离合器。第二离合器的结构如同本领域技术人员所公知的那样，其主要包括摩擦片组2f和钢片组2g(其中摩擦片组是由多片纸基材料制作而成的摩擦片同轴叠加装配而成，钢片组是由多片钢片同轴叠加装配而成，一般钢片组比摩擦片组多一片，摩擦片和钢片是间隔轴向叠加而成，一般是外侧为钢片，中间摩擦片和钢片相邻轴向排列，也就是一片摩擦片挨着一片钢片、一片钢片挨着一片摩擦片进行排序；第二离合器的摩擦片组是由2片摩擦片组成，第二离合器的钢片组是由3片钢片组成；摩擦片组和钢片组分离的时候，摩擦片和钢片轴向有间隙，两者之间没有动力或运动传递，当摩擦片组和钢片组结合的时候，摩擦片和钢片轴向压紧贴合在一起，两者之间传递动力或运动)，摩擦片组2f与输入轴1连接，钢片组2g与电机支撑轴2c连接。第二离合器由活塞控制进行结合与分离，通过活塞的作用压紧钢片组2g和摩擦片组2f，使第二离合器结合，卸油后则在弹簧力的作用下使钢片组2g和摩擦片组2f分离。当第二离合器结合后，输入轴1与电机支撑轴2c同步旋转，实现动力传递；当第二离合器分离后，输入轴1与电机支撑轴2c不能同步旋转，电机支撑轴2c的动力不能传递至输入轴1。通过第二离合器的分离和结合，实现输入轴1与电机支撑轴2c之间的动力的中断与传递。电机动力耦合机构2布置在内燃机和无级变速器之间，通过内部两套离合器的切换，实现电机动力经过钢带调速后传递的车轮，或者直接通过齿轮机构传递到车轮。

如图1和图2所示，当将电机动力耦合机构2的第一离合器结合，同时将第二离合器分离，电机产生的动力可直接通过动力传递机构、输出轴和差速器传递到车轮。当将第一离合器分离，同时将第二离合器结合，实现电机和输入轴1的连接，电机产生的动力将通过无级变速器、输出轴和差速器传递到车轮。在车辆停车时，使起步机构的离合器分离，将第一离合器分离，同时将第二离合器结合，此时可通过内燃机带动电机进行发电。而且在将第一离合器和第二离合器均分离后，使得电机不随内燃机旋转，这样可以在纯发动机驱动车辆行驶的时候，电机没有空转，使得内燃机不需要驱动电机空转，减小不必要的内燃机功率损耗。

如图1和图2所示，液压油泵5通过链传动机构与输入轴1连接，链传动机构将来自输入轴1的动力传递至液压油泵5，输入轴1通过链传动机构带动液压油泵5运转，液压油泵5为系统提供液压油。该链传动机构包括设置于输入轴1上的主动链轮、设置于液压油泵5的泵轴上的从动链轮以及与主动链轮和从动链轮配合的链条，主动链轮与输入轴1同步旋转，从动链轮与液压油泵5 的泵轴同步旋转。

如图1和图2所示，第一齿轮3、第二齿轮4、第三齿轮10和第四齿轮11 均为圆柱齿轮，第二齿轮4为可旋转的设置于变速器壳体的内部，第二齿轮4 与第一齿轮3和第三齿轮10同时啮合，第三齿轮10与第四齿轮11和第二齿轮 4同时啮合，第四齿轮11与输出轴同步旋转。输出轴与电机支撑轴2c相平行，输出轴通过齿轮传动机构与差速器连接且该齿轮传动机构起到减速增矩作用，该齿轮传动机构并为一级齿轮传动机构，实现输出轴与差速器之间动力的传递。当将第一离合器分离的同时将第二离合器结合，实现电机输入轴1的连接，电机动力将通过无级变速器、输出轴和差速器输出到车轮，这样可以实现电机扭矩通过无级变速机构放大或缩小输出到车轮，这样可以在整车中小负荷工作时使得发动机和电机通过无级变速调速工作在最高效的区域，实现最佳的燃油经济性，或者实现行驶中发动机驱动电机发电，或者实现在车辆停车时，通过断开前进倒挡机构6的离合器，通过发动机带动电机实现发电的功能，保证车辆静止情况下可以实现发动机发电的功能，从而实现整车任何工况下都能实现发动机带动电机发电保证高压电器的正常使用。

本实用新型的混合动力专用变速系统能实现纯内燃机驱动模式、纯电机驱动模式以及内燃机和电机同时驱动的模式，并且可以实现当高压电耗尽或高压电系统出现保护时依然可以实现纯发动机驱动模式下工作；并且采用无级变速机构实现了无级调速功能，使得车辆的内燃机能始终工作在最佳效率区域，能有效提高节油率。同时电机扭矩直接输出到无级变速机构后面的输出轴上，使得电机扭矩不受限制，并且保证电机动力通过齿轮直接传递到车辆，保证电机的高效输出；同时通过优化的结构设计，使得整个混动无级变速系统的尺寸控制在传统无级变速器的范围内，大大提高整车布置上的适用性。

在内燃机驱动模式下工作时，内燃机产生的动力经起步机构、无级变速机构、第三齿轮10和第四齿轮11传递至输出轴，最终通过差速器将动力输出到车轮。由于发动机产生的动力是通过无级调速传递到车轮，使得纯内燃机工作时，可以确保发动机燃油经济型发挥到最佳水平。在该工况下当摩擦片组2e和钢片组2d分离同时摩擦片组2f和钢片组2g也分离，电机将静止不转，可以使得纯发动机工作时减小因为带动电机空转而额外产生的发动机动力损失，节约燃油。

在电机驱动模式下工作时，将第一离合器结合，同时将第二离合器分离，电机支撑轴2c通过第一离合器与第一齿轮3连接，电机产生的动力经动力传递机构传递至输出轴，最终通过差速器将动力输出到车轮。由于齿轮传动效率很高，并且齿轮传动没有扭矩限制，这样就避开了无级变速器传动带无法承受电机大扭矩的缺陷，动力不通过传动带直接传递到车轮，使得电机的动力充分得到发挥，确保了整车可以实现对动力性的要求。同时该工况下可以通过结合前进倒挡机构中的摩擦离合器来带动输入轴1旋转从而启动内燃机，实现在纯电机驱动行驶过程中启动内燃机，使电机和内燃机同时驱动整车或内燃机单独驱动整车或内燃机驱动电机发电。

相反在减速过程中，车辆的惯性力矩通过减速齿轮机构、动力传递机构传递到电机，通过电机的发电功能实现发电将减速过程的能力回收到电池中，实现节能减排。

同时当混合动力模式下工作即电机和发动机同时工作时，当在中低车速下行驶时，将第一离合器结合，同时将第二离合器分离，电机支撑轴2c通过第一离合器与第一齿轮3连接，电机产生的动力经动力传递机构传递至输出轴，最终通过差速器将动力输出到车轮，发动机的动力通过无级变速器输出到车轮，这时由于该车速下电机也工作在中低转速下，电机的效率相对较高，同时发动机通过无级变速器调速工作在高效区域，所以整个混合动力系统工作在高效区域；当车速在低速或者高速运行时，按以上方式运行会使得电机转速工作在低速或者高速区域，这时候电机效率相对很低，所以这时通过分离第一离合器同时结合第二离合器可以使得电机动力无中断地切换到通过无级变速器传动的过程，使得电机和发动机的动力同时通过无级变速器的调速输出到车轮，使得电机和发动机都工作在中低转速的高效区域，所以整个混合动力系统工作在高效区域。通过以上模式的切换，可以确保整个混合动力系统始终处于最高效的运行区域。

以上结合附图对本实用新型进行了示例性描述。显然，本实用新型具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本实用新型的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.混合动力专用变速系统，包括输出轴、电机动力耦合机构、起步机构和无级变速机构，电机动力耦合机构包括电机定子、电机转子和与电机转子连接的电机支撑轴，其特征在于：所述混合动力专用变速系统还包括用于实现所述电机支撑轴与所述输出轴之间的动力传递的动力传递机构，该动力传递机构包括用于接收来自电机支撑轴的动力的第一齿轮、与第一齿轮啮合的第二齿轮、设置于所述无级变速机构的从动带轮轴上且与第二齿轮啮合的第三齿轮和设置于所述输出轴上且与第三齿轮啮合的第四齿轮。

2.根据权利要求1所述的混合动力专用变速系统，其特征在于：所述电机动力耦合机构还包括与所述第一齿轮和所述电机支撑轴连接且用于控制电机支撑轴与第一齿轮之间的动力的传递与中断的第一离合器。

3.根据权利要求2所述的混合动力专用变速系统，其特征在于：所述第一离合器包括摩擦片组和钢片组，摩擦片组与所述第一齿轮连接，钢片组与所述电机支撑轴连接。

4.根据权利要求2所述的混合动力专用变速系统，其特征在于：所述电机动力耦合机构还包括与输入轴和所述电机支撑轴连接且用于控制电机支撑轴与输入轴之间的动力的传递与中断的第二离合器。

5.根据权利要求4所述的混合动力专用变速系统，其特征在于：所述第二离合器包括摩擦片组和钢片组，摩擦片组与所述输入轴连接，钢片组与所述电机支撑轴连接。

6.根据权利要求1至5任一所述的混合动力专用变速系统，其特征在于：在内燃机驱动模式下工作时，内燃机产生的动力经所述起步机构、所述无级变速机构、所述第三齿轮和所述第四齿轮传递至所述输出轴，最终动力输出到车轮。

7.根据权利要求6所述的混合动力专用变速系统，其特征在于：在电机驱动模式下工作时，电机产生的动力经所述动力传递机构传递至所述输出轴，最终动力输出到车轮。