CN211166412U - 一种三电机式混合动力系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三电机式混合动力系统，用于向输出轴输出扭矩，其包括发动机、第一电机、第二电机、发电机及传动组件；传动组件包括第一轴、第一接合单元、第二轴以及第二接合单元；第一轴与输出轴之间具有传动关系，第一电机与其驱动连接；第一接合单元用于建立或断开第二电机与第一轴之间的驱动关系；发动机与发电机均与第二轴驱动连接；第二接合单元用于建立或断开第一轴与第二轴的传动关系。本实用新型的动力系统具有丰富的动力模式可控选择，驾驶时可根据动力需求启用合适的动力模式，以达到较佳的能效；此外，由于采用了三个电机/发电机，在保证最大输出动力的情形下，可对每个电机/发电机进行设计功率的降级，使得系统整体结构紧凑。

Description

一种三电机式混合动力系统

技术领域

本实用新型涉及新能源汽车技术领域，特别是涉及一种三电机式混合动力系统。

背景技术

随着科学技术的发展，交通运输水平的提升，减污减排已经成为社会发展必然和社会发展共识。作为城市的交通运输工具的电动车已经愈来愈成为交通运输的主流工具，而纯电动汽车作为城市新能源交通运输主流交通工具，占比达到80％，可以降低城市内部的污染排放，维护城市空气质量，给人类带来更大的健康指数。但作为纯电交通工具，其续航里程、高速行驶经济效率及充电便利性却成为困扰大多用户出行的首要不利因素。于是，出现了多种混合动力驱动，现有的混合动力驱动系统的主流配置包括一发动机、一发电机以及一驱动电机，以实现单电机驱动、串联式驱动以及混合动力驱动三种动力模式，其动力模式较为单一，动力等级较少，无法发挥最大能源效率。

实用新型内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种三电机式混合动力系统，旨在解决现有混合动力系统动力模式单一、能源效率低的问题。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型的三电机式混合动力系统，用于向输出轴输出扭矩，其包括发动机、第一电机、第二电机、发电机及传动组件；所述传动组件包括：

第一轴，其与所述输出轴之间具有传动关系，所述第一电机与其驱动连接；

第一接合单元，其用于建立或断开所述第二电机与所述第一轴之间的驱动关系；

第二轴，所述发动机与所述发电机均与其驱动连接；及

第二接合单元，其用于建立或断开所述第一轴与第二轴的传动关系。

进一步地，还包括动力箱，所述第一电机、第二电机及发电机安装在所述动力箱的同一侧面上，且三者呈三角布局排列。

进一步地，所述发电机可作为电机输出扭矩。

进一步地，所述第一电机和/或所述第二电机可作为发电机产生电能。

进一步地，所述第一轴上具备第一齿轮，所述第二轴具备与所述第一齿轮啮合的第二齿轮；所述第一齿轮与第二齿轮两者中，其中一者与其所在轴固定连接，所述第二接合单元用于建立或断开另一者与其所在轴的传动连接关系。

进一步地，所述第一轴上具备第三齿轮；

所述第一电机与第四齿轮驱动连接，所述第四齿轮与第一电机同轴设置且与所述第三齿轮啮合；

所述第二电机与第五齿轮同轴设置，所述第一接合单元用于建立或断开两者的驱动连接关系，所述第五齿轮与所述第三齿轮啮合。

进一步地，所述发电机通过第一齿轮组与所述第一轴驱动连接。

进一步地，所述第二轴通过第二齿轮组与所述输出轴建立传动连接关系。

有益效果：本实用新型的三电机式混合动力系统包含有四个动力/发电元件及两个接合元件，通过控制两个接合元件的接合状态，可使动力系统在纯电模式、并联模式以及串联模式间切换，且每一模式还具有不同大小的细分动力模式，使得整个动力系统具有丰富的动力模式可控选择，驾驶时可根据动力需求启用合适的动力模式，以达到较佳的能效；此外，由于采用了三个电机/发电机，在保证最大输出动力的情形下，可对每个电机/ 发电机进行设计功率的降级，使得动力系统整体结构紧凑。

附图说明

附图1为三电机式混合动力系统的系统构成图；

附图2为第一电机、第二电机以及发电机三者的位置布局图。

图中：1-发动机；2-第一电机；3-第二电机；4-发电机；5-第一轴；6- 第一接合单元；7-第二轴；8-第二接合单元；9-动力箱；10-第一齿轮；11- 第二齿轮；12-第三齿轮；13-第四齿轮；14-第五齿轮；15-电池；16-输出轴； 17-第六齿轮；18-第七齿轮；19-第八齿轮；20-第九齿轮；21-差速器；22- 控制系统。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“具备”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如附图1所示的三电机式混合动力系统(以下简称“动力系统”)，用于向输出轴16输出扭矩，以达到驱动车轮转动使车辆行驶的目的。

动力系统包括发动机1、第一电机2、第二电机3、发电机4、传动组件以及电池15；其中，第一电机2、第二电机3、发电机4三者均连接电池 15，且在本实施例中发电机4为可作为电机使用的双用型发电机，其既可被动运转产生电能并存储至电池15内，又可以消耗电池15的电能主动运转并输出动能；并且发电机4与第一电机2以及发电机4与第二电机3之间均设置有直接供电电源线，在必要情况下(如电池15的电量不足时)，发电机4可通过直接供电电源线直接向第一电机2和/或第二电机3供电，而不需要先存储至电池15，电池15再供给第一电机2和/或第二电机3，可减少电能在传递过程中的损耗。此外，第一电机2和/或第二电机3也可以是可作为发电机使用的双用型电机，两者可在车辆减速等情形下回收车辆的动能并转换为电能存储至电池15中。

所述传动组件整体为一传动箱体的结构，其包括动力箱9，动力箱9内设置有齿轮组、传动轴等零部件，动力箱9的外壁上设置有四个用于安装动力源的安装位，上述发动机1、第一电机2、第二电机3、发电机4四者分别安装在一个安装位上，并与动力箱9内的若干零部件结合以与动力组件产生动力交互，执行驱动车辆行驶的任务和/或发电任务。电池15外置于动力箱9设置。

如附图1所示，动力组件包括第一轴5、第一接合单元6、第二轴7、第二接合单元8，值得注意的是，附图1所示状态只是用于表示各组件配合关系的示意图，其并不是动力系统的实际布局图，实际使用中，附图1中各轴的位置可能在垂直于纸面的方向出现前后错置等布局，且附图1中各零部件的线条长短也并不代表零件的尺寸大小或尺寸比例。下面，将对动力组件中各零部件的布局结构作具体说明。

其中，第一轴5与所述输出轴16平行且两者之间具有传动关系，所述第一电机2与第一轴5驱动连接；第一接合单元6用于建立或断开所述第二电机3与所述第一轴5之间的驱动关系，如此通过控制第一接合单元6 的接合状态可控制第二电机3是否介入驱动。

具体地，上述第一电机2及第二电机3两者与第一轴5通过下述结构连接：所述第一轴5上具备第三齿轮12，所述第一电机2与第四齿轮13驱动连接，所述第四齿轮13与第一电机2同轴设置且与所述第三齿轮12啮合；所述第二电机3与第五齿轮14同轴设置，所述第一接合单元6用于建立或断开两者的驱动连接关系，所述第五齿轮14与所述第三齿轮12啮合。如此，当只需要第一电机2参与驱动时，控制第一接合单元6断开第二电机3与第五齿轮14的驱动连接关系；当需要第二电机3参与驱动时，控制第一接合单元6建立第二电机3与第五齿轮14的驱动连接关系，第四齿轮 13与第五齿轮14均与第三齿轮12啮合可方便两者的动力汇总且减少零部件数量。上述第一接合单元6可以是离合器、同步器等形式。

第二轴7与第一轴5平行设置，且所述发动机1与所述发电机4均与第二轴7驱动连接；第二接合单元8用于建立或断开所述第一轴5与第二轴7的传动关系。通过控制第二接合单元8的接合或断开状态，可决定发动机1及作为电机使用的发电机4的动力是否参与到对输出轴16的驱动。具体地，当第二接合单元8使第二轴7与第一轴5建立传动关系，发动机1的动力可参与到对输出轴16的驱动，此时，发电机4作为电机使用，其消耗电池15的动力并输出动能；当第二接合单元8使第二轴7与第一轴5之间的传动关系断开，此时，由于发动机1与发电机4无法参与到对输出轴 16的驱动，两者可呈现出两种形态：一种状态下，发动机1与发电机4均处于闲置状态；另一种状态下，发动机1可启动驱动发电机4产生电能对电池15进行充电。

发动机1、发电机4、第一轴5以及第二轴7四者的连接关系具体如下：所述第一轴5上具备第一齿轮10，所述第二轴7具备与所述第一齿轮10啮合的第二齿轮11；所述第一齿轮10与第二齿轮11两者中，其中一者与其所在轴固定连接，所述第二接合单元8用于建立或断开另一者与其所在轴的传动连接关系。本实施例中，第一齿轮10固定在第一轴5上，第二接合单元8未离合器，其安装在第二轴7上，用于建立或断开第二轴7与第二齿轮11的传动连接关系。在其他实施例中，也可以是第二轴7与第二齿轮 11相对固定，第二接合单元8安装在第一轴5上，用于建立或断开第一轴 5与第一齿轮10的传动连接关系。此外，第二接合单元8还可以是同步器，第一轴5与第二轴7之间可设置多对齿轮组，各对齿轮组的传动比不同，同步器通过使不同的齿轮组产生动力传递作用，可赋予第一轴5以及第二轴7两者以不同的传动比，完成档位切换操作。

所述发电机4通过第一齿轮组与所述第一轴5驱动连接，第一齿轮组包括与发电机4的电机轴同轴设置的第六齿轮17以及固定在第一轴5上的第七齿轮18，第六齿轮17与第七齿轮18啮合并赋予发电机4与第一轴5 两者以第一传动比。

所述第二轴7通过第二齿轮组与所述输出轴16建立传动连接关系，第二齿轮组包括固定安装在第二轴7上的第八齿轮19以及与输出轴16同轴设置的第九齿轮20，第八齿轮19与第九齿轮20啮合并赋予第二轴7与对输出轴16两者以第二传动比。此外，动力系统还可以包括差速器21，差速器21设于第九齿轮20与输出轴16之间，以将扭矩差动地分配至所述输出轴16。

此外，动力系统还包括控制系统22，所述控制系统22连接上述发动机 1、第一电机2、第二电机3、发电机4、第一接合单元6以及第二接合单元 8。

基于上述动力系统的结构组成，控制系统22通过控制发动机1、第一电机2、第二电机3、发电机4四者的运行状态，以及控制第一接合单元6 与第二接合单元8两者的接合状态，可使得动力系统呈现出如下三种动力模式：

(1)纯电模式

该模式下，第二接合单元8处于断开状态，此时，可选择单电机纯电驱动模式或双电机纯电驱动模式。单电机纯电驱动模式下，第一接合单元6 处于断开状态；双电机纯电驱动模式下，第一接合单元6处于接合状态，第一电机2与第二电机3输出的动力在第一轴5上汇总后通过第二齿轮组传递至输出轴16。

(2)并联模式

该模式下，第二接合单元8处于接合状态，此时，发动机1运转，发电机4作为电机使用消耗电池15的电量并输出动能，发动机1与发电机4 两者的动力在第二轴7上汇总后并通过第一齿轮组传递至第一轴5。此时，第一接合单元6可处于断开状态，仅第一电机2参与驱动，构成三动力源并联驱动模式；或者第一接合单元6也可以处于接合状态，此时，第一电机2与第二电机3均参与驱动，构成四动力源并联驱动模式。

(3)串联模式

该模式下，第二接合单元8处于断开状态，且发动机1运转驱动发电机4产生电能为电池15充电，此时，第一接合单元6可处于断开状态，第一电机2单独输出动力，或第一接合单元6也可处于接合状态，第一电机2 与第二电机3共同输出动力。

通过控制各动力源的运行状态与各接合单元的接合状态，可灵活根据动力需求以及能效选择不同的动力模式，动力模式较多，相应的动力等级也较多，具有较多的可选择性，有利于提高车辆的能效。

此外，由于动力系统包括多个电机/发电机，因此，在保证动力系统的总设计功率的前提下，可对各电机以及发电机进行设计功率的降级，各电机/发电机均可选用较小功率规格的型号，较小的功率规格意味着较低的价格以及更小的体积，为了使动力系统的结构紧凑，所述第一电机2、第二电机3及发电机4安装在所述动力箱9的同一侧面上，且三者呈三角布局排列，该三角布局可以但不限于是等边三角形布局(如附图2所示)或等腰三角形布局等形式；如此可使得三者排列紧凑，减少占用空间。发动机1 安装在动力箱9的另一侧面上，且发动机1所在的侧面与安装电机/发电机的侧面相对，如此，可使得动力系统的左右重量较为平衡。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种三电机式混合动力系统，用于向输出轴输出扭矩，其特征在于，其包括发动机、第一电机、第二电机、发电机及传动组件；所述传动组件包括：

第一轴，其与所述输出轴之间具有传动关系，所述第一电机与其驱动连接；

第一接合单元，其用于建立或断开所述第二电机与所述第一轴之间的驱动关系；

第二轴，所述发动机与所述发电机均与其驱动连接；及

第二接合单元，其用于建立或断开所述第一轴与第二轴的传动关系。

2.根据权利要求1所述的三电机式混合动力系统，其特征在于，还包括动力箱，所述第一电机、第二电机及发电机安装在所述动力箱的同一侧面上，且三者呈三角布局排列。

3.根据权利要求1所述的三电机式混合动力系统，其特征在于，所述发电机可作为电机输出扭矩。

4.根据权利要求1所述的三电机式混合动力系统，其特征在于，所述第一电机和/或所述第二电机可作为发电机产生电能。

5.根据权利要求1所述的三电机式混合动力系统，其特征在于，所述第一轴上具备第一齿轮，所述第二轴具备与所述第一齿轮啮合的第二齿轮；所述第一齿轮与第二齿轮两者中，其中一者与其所在轴固定连接，所述第二接合单元用于建立或断开另一者与其所在轴的传动连接关系。

6.根据权利要求1所述的三电机式混合动力系统，其特征在于，所述第一轴上具备第三齿轮；

所述第一电机与第四齿轮驱动连接，所述第四齿轮与第一电机同轴设置且与所述第三齿轮啮合；

所述第二电机与第五齿轮同轴设置，所述第一接合单元用于建立或断开两者的驱动连接关系，所述第五齿轮与所述第三齿轮啮合。

7.根据权利要求1所述的三电机式混合动力系统，其特征在于，所述发电机通过第一齿轮组与所述第一轴驱动连接。

8.根据权利要求1所述的三电机式混合动力系统，其特征在于，所述第二轴通过第二齿轮组与所述输出轴建立传动连接关系。

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