CN2547558Y - 汽油引擎和电动马达混合动力装置 - Google Patents

Abstract

一种汽油引擎和电动马达混合动力装置，该装置是以控制器控制一汽油引擎、一发电机马达组、一转换器和一电瓶组，其中控制器以一可检测车辆和引擎运转状态的检测机构提供信号作为控制，在汽油引擎和发电机马达组间设置一动力分配机构，该动力分配机构包括：一马达动力皮带轮、一马达主轴皮带轮，以及一衔接两皮带轮的马达动力皮带，通过将发电机和马达合二为一，以及动力分配机构的低成本，来降低混合动力装置的制造成本。

Description

汽油引擎和电动马达混合动力装置

【技术领域】

本实用新型涉及一种混合动力装置，特别是涉及一种可整合汽油引擎和电动马达，以提高能源使用效率的汽油引擎和电动马达混合动力装置。

【背景技术】

以往车辆的动力产生模式大致可因动力来源不同分为：汽油引擎传动及电能传动两种，其中以汽油为动力源的动力产生模式，一般是将汽油传送到一活塞运动式引擎中进行引爆，以推动活塞运转，进而驱动车辆的减速齿轮输出轴转动。而电动式运转模式是在车辆上装设可蓄积电力的电瓶组，借电瓶组向马达提供动力，以达到驱动减速齿轮输出轴转动的目的，由于前述两种动力产生模式各有优点，于是有业者将其整合运用在车辆的传动上，本实用新型就是针对现有汽油引擎和电动马达混合动力装置作改良。

参阅图1，是一种现有串联式混合动力装置的配置简图，其结构是在车辆上组装一汽油引擎11，汽油引擎11运转产生的动力可带动一发电机12产生电力，前述电力经一整流器13整流后储存在一电瓶14内。当车辆开动时，电瓶14储存的电力通过转换器15转换成马达16需要的电流，马达16再驱动一减速齿轮组17运转，最终驱动车辆的减速齿轮输出轴18转动，而发电机12、汽油引擎11和转换器15同时接受控制器19控制。

现有串联式混合动力装置1，由于汽油引擎11运转产生的动力需由发电机12转换成电能后，再经整流器13的整流储存在电瓶14，因此在动力产生转换成电能储存的过程中，发电效率和充电效率都会造成能量的损失，整体能源的利用效率不理想。

为了改善上述缺失，市面上另有一种并联式的混合动力装置，其架构配置大致如图2所示，包括一汽油引擎21和一发电机22，汽油引擎21及发电机22同时与一动力分配机构23连接，上述动力分配机构23与减速齿轮组24连接，以将动力传送到车辆的减速齿轮输出轴25上。前述发电机22再通过转换器26和一电瓶27连接，在转换器26和减速齿轮组24间连接一马达28。

配合图3，是上述并联式混合动力装置的动力分配机构的示意图，动力分配机构23是一行星齿轮组，设有一位在中央的太阳齿轮231、若干对称分布在太阳齿轮231周缘并受汽油引擎21的一引擎曲轴驱动的小齿轮232，以及一环绕在小齿轮232周缘的一大齿轮233，借行星齿轮组的配合，可将汽油引擎21输出的动力直接经减速齿轮组24驱动减速齿轮输出轴25转动，同时也可以带动发电机22产生电能储存在电瓶27内。这种并联式的混合动力装置2可在车辆低速移动时，选择以马达28驱动减速齿轮组24和减速齿轮输出轴25转动，由于汽油引擎21在低速低负载时的运转效率非常不好，因此在低速时采用纯电力驱动可有效改善整体能源的使用效率。

当车辆在中速运转时选择直接由汽油引擎21提供动能，因为汽油引擎21在中速运转时效率已提升，故无须再以电力驱动，当车辆在高速运转时，再以马达28辅助汽油引擎21来提高车辆高速运转时的扭力。因此这种并联式混合动力装置2在能源的使用上比图1的串联式混合动力装置1好。

但是为了达到该项目的，以往并联式混合动力装置2在设计上需要一个发电机22及一马达28，成本较高，同时其动力分配机构23是采用加工精度、材料强度要求极高的行星齿轮组，因此制造成本会因动力分配机构23的精密齿轮设计再度提高，这就是以往并联式混合动力装置2成本较高的两个主要原因。

【实用新型内容】

本实用新型的目的是在提供一种可以降低对元件加工精度及材料强度的要求，并精简元件数量，以降低制造成本的汽油引擎和电动马达混合动力装置。

本实用新型的汽油引擎和电动马达混合动力装置，可驱动车辆的减速齿轮输出轴转动，该动力装置包括：

一汽油引擎，可将汽油燃烧转换成为动能，并由一引擎曲轴产生动力输出，上述引擎曲轴可驱动一动力输出轴作工，此动力输出轴与车辆的减速齿轮输出轴连动；

一电瓶组，可蓄存电能；

一转换器，可控制电瓶组之电流流入或反向流出；

一检测机构，可检测车辆及汽油引擎运转的状况；

一动力分配机构，可将汽油引擎的动能传输到动力输出轴；

其特征在于：该混合动力装置还包含：一发电机马达组和一控制器，其中发电机马达组可在发电机形式与马达形式之间转换，其具有一马达主轴，转换器连接在发电机马达组和电瓶组间，用来控制电流的流向，控制器是根据检测机构测得信号，控制汽油引擎、转换器，以及发电机马达组的电能传送方向和发电量；而动力分配机构连接在马达主轴和动力输出轴间，其包括一与动力输出轴连动的马达动力皮带轮、一固接在马达主轴上的马达主轴皮带轮，以及衔接马达动力皮带轮及马达主轴皮带轮的马达动力皮带。

当电瓶组的电流流入发电机马达组时，马达主轴可产生动力输出，而当引擎动力输出带动马达主轴转动时，发电机马达组可产生电流。

【附图说明】

下面通过最佳实施例及附图对本实用新型的汽油引擎和电动马达混合动力装置进行详细说明，附图中：

图1是现有串联式混合动力装置的配置简图。

图2是现有并联式混合动力装置的配置简图。

图3是图2中并联式混合动力装置的动力分配机构的示意简图。

图4是本实用新型混合动力装置较佳实施例的配置简图。

图5是该较佳实施例各元件配置的部分侧视图。

图6是该较佳实施例的部分剖视示意图。

图7是该较佳实施例的离合块与离合器外盖的对应关系图。

【具体实施方式】

参阅图4、5，本实用新型混合动力装置3可运用在汽车、摩托车、四轮代步车等带动力的车辆上，并用来控制车辆的车轮30转动，车轮30架设在减速齿轮输出轴301的轴端上。本实施例的混合动力装置3包括：并联的汽油引擎31及发电机马达组32，其中发电机马达组32和转换器33连接，此转换器33同时还与电瓶组34连接，借转换器33将发电机马达组32产生的电能储存在电瓶组34内备用，在必要时上述转换器33可以将电瓶组34储存的电能转换成适当的电流形式，再送到发电机马达组32中，使发电机马达组32转变成马达的形式。上述汽油引擎31、发电机马达组32、转换器33和电瓶组34都与控制器35连接，控制器35可接收检测机构39感测到的电子讯号。汽油引擎31和发电机马达组32通过动力分配机构36连接，动力分配机构36再通过减速齿轮组37与减速齿轮输出轴301以及车轮30连接。借动力分配机构36的连接以及控制器35的控制，可决定汽油引擎31发动的动能是直接用来驱动减速齿轮组37和车轮30转动，或者使动能经由发电机马达组32转变成电能储存在电瓶组34内。

参阅图5、6，为了达到上述目的，本实用新型混合动力装置3的具体设计包括一个汽油引擎31，汽油引擎31可燃烧汽油以产生动能，此动能并可驱动一引擎曲轴41旋转，在引擎曲轴41的一轴端上组装一曲轴驱动皮带轮42。而车轮30是架设或连接到该减速齿轮输出轴301上，上述减速齿轮输出轴301借减速齿轮组37与动力输出轴44连动，在动力输出轴44上套设一引擎动力皮带轮40和一离合器5，于引擎动力皮带轮40和曲轴驱动皮带轮42间架设一引擎动力皮带45。

参阅图6、7，本实施例的离合器5设有一与动力输出轴44结合连动的离合器外盖51，在离合器外盖51内侧的一基架52上装设若干离合块53，每一离合块53都分别借一支轴54枢设在基架52上，其上有一供支轴54穿经的支点端531，以及一可向外旋摆的摆动端532，在基架52和引擎动力皮带轮40间撑设一弹簧55。在正常状态下，汽油引擎31的动力可驱动曲轴驱动皮带轮42、引擎动力皮带45运转，进而借运转的动力带动引擎动力皮带轮40和离合器5的基架52转动，当基架52上所设置的离合块53因离心力作用外甩时，可驱动离合器外盖51旋转，由于离合器外盖51和动力输出轴44连接，因此该动力可传送至动力输出轴44，最后经减速齿轮组37驱动减速齿轮输出轴301转动。

本实施例为了衔接汽油引擎31和发电机马达组32，在发电机马达组32上设置一马达主轴321，在马达主轴321和动力输出轴44间设置动力分配机构36，动力分配机构36包括：一组装在马达主轴321上的马达主轴皮带轮361，一组装在动力输出轴44上的马达动力皮带轮362，以及一连接马达主轴皮带轮361和马达动力皮带轮362的马达动力皮带363。

本实施例所揭示的混合动力装置3可因检测机构39检测感应方式不同，被设定成两种不同的输出模式：

1.模式(I)...汽油引擎31不被控制：

在模式(I)的情况下，该汽油引擎31并不被控制器35所控制，其是直接由驾驶者经操控油门达到控制引擎进气节流阀开度，来控制汽油引擎31动力的输出，因此在汽油引擎31动力输出的模式下，该发电机马达组32是扮演动力辅助的角色。也就是说，在车辆正常行驶时，汽油引擎31会驱动引擎曲轴41、引擎动力皮带45和离合器5运转，借离合器5的离合器外盖51和动力输出轴44间的连接关系，来驱动动力输出轴44和马达动力皮带轮362同步旋转，其中动力输出轴44输出的动能直接带动减速齿轮输出轴301转动，此时发电机马达组32没有作用只是呈现空转状态，因此马达动力皮带363对发电机马达组32并无实际施予动力传送。当车辆被驾驶者控制瞬间拉大油门时，代表驾驶者需要最大的动力输出，这时候通过设在油门位置的检测机构39中的检测器检测油门位置，以及控制器35接收讯号，来控制发电机马达组32产生输出扭力，并经由马达动力皮带363的传送，以增大由动力输出轴44的扭力输出。

当控制器35检测出电瓶组34的电量不足时，控制器35会控制动力分配机构36进行动力分配，使汽油引擎31产生的动力部分用来驱动减速齿轮输出轴301旋转，部分传送到该发电机马达组32，此时发电机马达组32就会由马达转变成发电机，以消耗部分的引擎动力来转换成为电能，最后经由转换器33将电能储存在电瓶组34中。

另外，当汽油引擎31熄火时，由于汽油引擎31不再输出动力，因此车辆行驶的动力可以被切换，完全由发电机马达组32提供，也就是这时候车辆使用纯电力行驶。

2.控制模式(II)...汽油引擎31和发电机马达组32同时被控制器35所控制：

此模式(II)下，由于汽油引擎31要被控制器35所控制，因此，汽油引擎31运转的状态必需被检测，也就是此时检测机构39的检测项目包含：引擎曲轴41的位置、引擎温度、进气节流阀开度等汽油引擎31主要的运转状态，上述检测主要以检测机构39的若干个检测器一起来感测，并将检测的讯号转换成电子讯号同时输入控制器35。借由一安装在进气节流阀上的步进马达的驱动器，来控制节流阀的开度大小及引擎动力输出，上述步进马达的驱动器同样受控制器35所控制；因此本实施例控制模式可产生以下三种工作形态：

(1)纯马达动力模式：经由检测机构39的检测，当车辆处于低速行驶时，若由汽油引擎31直接提供动力，由于车辆低速行驶的负载极低，在低负载运转下，汽油引擎31的效率会很差。为了有效的利用能源，此时经由控制器35的控制将汽油引擎31关闭，并且完全由发电机马达组32来提供动力。另外，这种纯马达动力模式在车轮30停止转动时，由于汽油引擎31已熄火、发电机马达组32也不会消耗电流，故可达到车辆完全停止时完全没有能源消耗的状态。

(2)纯引擎动力模式：当检测机构39检测到车辆处于中速或高速行驶时，由于汽油引擎31的负载和扭力需求增加，引擎效率会随负载增大而提升，此时直接由汽油引擎31提供动力最符合能源效率。与此同时，当电瓶组34的电流量充足时，发电机马达组32呈现空转状态，也就是不提供动力也不消耗汽油引擎31的动力。当控制器35检测到电瓶组34的电容量不足时，发电机马达组32会转变成发电机的模式产生电流，同时也会消耗汽油引擎31的动力，并借由转换器33将产生的电流传送到电瓶组34储存，直到电瓶组34达到满载。当电瓶组34电源达到满载时，发电机马达组32就会再度呈现空转的状态，这时候也不会消耗汽油引擎31的动力输出。

为了达到上述的驱动模式，车辆的油门控制方式不能用机械方式直接连动进气节流阀，必须在进气节流阀旁增设一步进马达式驱动器，以控制油门节流阀的开度。同时检测车辆的速度，一但决定采用引擎驱动的动力模式时，控制器35将会发动汽油引擎31并控制节流阀，以调整汽油引擎31动力输出。

(3)引擎动力及马达混合动力模式：当检测机构39检测到驾驶者将油门拉至最大时(或脚踩油门到极限)，就是代表驾驶者希望得到较大的扭力输出，为了达到这一目的，汽油引擎31向动力输出轴44提供动力，而发电机马达组32这时候也会以马达的形式存在，就是电瓶组34可借转换器33将电能传送到发电机马达组32，借该发电机马达组32输出动能，来增进动力输出轴44的输出扭力，在两股扭力相加后的总扭力输出时，可提供车辆最大动力输出。

由以上说明可知，本实用新型混合动力装置与一般电动车相比较，由于电动车在设计上最大的缺点在于续航力的不足，若要增加续航力必需增加电瓶组的数量，如此不仅增加车辆的重量，也会增加制造的成本，本实用新型该项设计可解决这一问题。本实用新型与现有并联式混合动力装置相比较，可以节省一组马达或者发电机的成本，除此之外，本实用新型的皮带式动力分配机构和以往行星齿轮式的动力分配机构相比较，由于行星齿轮在加工精度及材料强度的要求甚高，而本实用新型的动力分配机构主要采用皮带轮配置设计，其所需零件加工定位精度及材料要求都可降低，故本实用新型在制造的成本上比以往并联式混合动力装置低。

Claims (1)

1.一种汽油引擎和电动马达混合动力装置，可驱动车辆的减速齿轮输出轴转动，该装置包括：

一汽油引擎，可将汽油燃烧转换成为动能，并由一引擎曲轴产生动力输出，上述引擎曲轴可驱动一动力输出轴作工，此动力输出轴与车辆的减速齿轮输出轴连动；

一电瓶组，可储存电能；

一转换器，可控制电瓶组之电流流入或反向流出；

一检测机构，可检测车辆及汽油引擎运转的状况；

一动力分配机构，可传送汽油引擎的动能，以传输到动力输出轴；

其特征在于：混合动力装置还包括：一发电机马达组和一控制器，其中发电机马达组可在发电机形式与马达形式之间转换，其具有一马达主轴，转换器连接在发电机马达组与电瓶组间，用来控制电流的流向，控制器根据检测机构所得讯号，控制汽油引擎、转换器，以及发电机马达组的电能传送方向和发电量；动力分配机构连接在马达主轴与动力输出轴间，其设有一和动力输出轴连动的马达动力皮带轮、一连接在马达主轴上的马达主轴皮带轮，以及衔接马达动力皮带轮及马达主轴皮带轮的马达动力皮带；当电瓶组的电流流入发电机马达组时，马达主轴可产生动力输出，而当引擎动力输出带动马达主轴转动时，发电机马达组可产生电流。

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