CN101451597A

CN101451597A - 混合动力输出装置

Info

Publication number: CN101451597A
Application number: CNA2007101956667A
Authority: CN
Inventors: 易仙
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2007-12-05
Filing date: 2007-12-05
Publication date: 2009-06-10

Abstract

本发明提供一种混合动力输出装置，包括发动机，离合器，具有第一至第三转动元件的行星齿轮单元，具有定子转轴和转子转轴的电机，制动器，驱动轴以及电池，其中：所述发动机的输出轴通过所述离合器连接到所述行星齿轮单元的第一转动元件；所述行星齿轮单元的第二转动元件连接到所述电机的定子转轴，第二转动元件连接到所述电机的转子转轴；所述电机的定子转轴连接到所述驱动轴，转子转轴上连接有制动器；所述电机与所述电池电连接。将电机的定子转轴和转子转轴分别连接到行星齿轮单元的两个转动元件上，并且电机的定子转轴和转子转轴都能够自由旋转，因此在保证混合动力输出装置具有多种驱动模式的情况下，大大简化了该装置的结构及其控制。

Description

混合动力输出装置

技术领域

本发明涉及混合动力车领域，尤其涉及一种混合动力输出装置。

背景技术

混合动力车辆同时采用两种不同的动力源，根据动力系统的连接方式不同，主要可以分为三种结构形式，即串联、并联和混联。

串联结构的特征是以电力形式进行复合，发动机直接驱动发电机对储能装置和电动机供电，电动机用来驱动车轮。并联结构的特征是以机械形式进行复合，发动机与驱动轴相连，电机可同时用作电动机和发电机以平衡发动机所受的载荷。串联结构和并联结构的驱动模式相对单一，不能充分发挥混合动力驱动系统的优势。

目前，在现有技术中经常使用的混合动力驱动系统通常是混联模式。

现有的一种混联模式是通过行星齿轮机构来实现各动力单元之间的动力分配。在这种结构中，发动机与行星架相连，发动机的一部分机械能通过第一电机转化为电能对第二电机供电或对储能装置进行充电，另一部分机械能直接作用于齿圈上。同时第二电机与齿圈相连，提供部分功率和转矩。

现有的另一种混联模式是通过离合器来实现各动力单元之间的动力分配，例如美国专利No.6209672 B1。在这种结构中，发动机与第一电机相连，第一电机和第二电机之间通过离合器相连，整车动力通过第二电机的输出轴连接到车轮。通过控制离合器的接合或者分离，可以实现多种行车模式。

上述两种混联模式通常都具有两个电机，有时候还需要变速器，对于第一种模式还需要行星齿轮机构，因此结构复杂，占用空间大，不利于整车布置和减轻整车重量。此外，由于需要对两个电机以及发动机三者进行精确控制，才能使它们的工作协调一致，这将使得系统变得复杂，控制难度加大，对零部件的可靠性要求也较高。

现有技术中还有一种混联模式是利用离合器和变速器来实现各动力单元之间的动力分配。

例如，美国专利申请公开号2006/0254837 A1公开了一种混合动力驱动系统，其中发动机通过离合器连接到变速器的第一输入轴，电机连接到变速器的第二输入轴，发动机和/或电机的动力通过变速器的输出轴传递给车轮。第一输入轴和第二输入轴可以是穿过变速器的一根共用主轴的两个端部，或者是彼此接合在一起的两根独立的轴。离合器接合时，发动机可以单独驱动车辆行驶(此时还可以控制电机进行发电)，或者发动机和电机并联驱动车辆行驶。当离合器分离时，由电机单独驱动车辆行驶。在这种技术方案中，各个动力单元之间的动力分配主要是利用了离合器，变速器主要起到传统的变速作用。因此，这种驱动系统的驱动模式相对比较简单。另外，使用的变速器体积庞大，不利于减轻整车重量。

另外，美国专利5,337,848和6,019,698也公开了类似的结构，即在发动机和变速器之间设置离合器，通过离合器的接合和断开实现车辆的不同驱动模式。另外，发动机和电机的动力可以通过变速器耦合后传递给车轮。这种结构同样存在上述问题，即驱动模式相对简单，并且由于变速器体积庞大而不利于减轻整车重量。

发明内容

考虑到上述问题，本发明的目的是提供一种混合动力输出装置，其不仅具有多种驱动模式，并且结构简单，控制也非常简便。

为了实现上述目的，本发明提供一种混合动力输出装置，该装置包括发动机，离合器，具有第一转动元件、第二转动元件和第三转动元件的行星齿轮单元，具有定子转轴和转子转轴的电机，制动器，驱动轴以及电池，其中：所述发动机的输出轴通过所述离合器连接到所述行星齿轮单元的第一转动元件；所述行星齿轮单元的第二转动元件连接到所述电机的定子转轴，第三转动元件连接到所述电机的转子转轴；所述电机的定子转轴连接到所述驱动轴，转子转轴上连接有制动器；所述电机与所述电池电连接。

在上述技术方案中，将电机的定子转轴和转子转轴分别连接到行星齿轮单元的两个转动元件上，并且电机的定子转轴和转子转轴都能够自由旋转，因此在保证混合动力输出装置具有多种驱动模式的情况下，还大大简化了该装置的结构及其控制。

下面将结合附图通过具体的实施方式对本发明进行详细描述。

附图说明

图1是根据本发明一种优选实施方式的混合动力输出装置的结构简图。

具体实施方式

下面通过优选的实施方式对本发明进行详细描述。

如图1所示，根据本发明的一种优选实施方式，提供一种混合动力输出装置，该装置主要包括发动机1，离合器2，具有第一转动元件3、第二转动元件4和第三转动元件5的行星齿轮单元30，具有定子转轴7和转子转轴6的电机20，制动器8，驱动轴11以及电池10。所述发动机1的输出轴通过所述离合器2连接到所述行星齿轮单元30的第一转动元件3。所述行星齿轮单元30的第二转动元件4连接到所述电机20的定子转轴7，第三转动元件5连接到所述电机20的转子转轴6。所述电机20的定子转轴7连接到所述驱动轴11，转子转轴6上连接有制动器8。所述电机20与所述电池10电连接。附图标记9表示电机控制器，主要用于控制电机20的工作。

行星齿轮单元30通常包括三个转动元件，即太阳轮、行星架和齿圈。在本发明中，所述三个转动元件分别连接到发动机1的输出轴(通过离合器2)、电机30的定子转轴7和转子转轴6。作为一种优选的实施例，在行星齿轮单元30中，第一转动元件3为行星架，所述第二转动元件4为齿圈，所述第三转动元件5为太阳轮。即，行星架3通过离合器2连接到发动机1的输出轴，齿圈4连接到电机20的定子转轴7，太阳轮5连接到电机20的转子转轴6，但本发明不限于此，例如，齿圈4可以通过离合器2连接到发动机1的输出轴，而行星架3则连接到电机20的定子转轴7。

在本发明中，所述电机20包括定子转轴7和转子转轴6，二者都可以自由旋转。电机20的定子和转子之间通过电磁力相互作用，通过电机控制器9的控制，可以使定子转轴和转子转轴对外输出/输入功率。下面还将对电机20的转子转轴6和定子转轴7的工作进行详细描述。

如图所示，根据一种优选的实施例，所述电机20的定子转轴7的一端(左端)连接到所述齿圈4，另一端(右端)连接到所述驱动轴11。所述电机20的转子转轴6的一端(左端)连接到所述太阳轮5，另一端(右端)连接到所述制动器8。所述制动器8可以固定在车身的任何合适的位置，只要能够达到制动的目的即可。发动机1、离合器2、行星齿轮单元30、电机20和驱动轴11可以依次同轴线布置。在本发明中，在未作特别说明的情况下，轴与轴之间的“连接”可以是直接连接，也可以是间接连接，还可以是二者共用同一根轴，只要能实现二者之间的动力传递即可。例如，就电机20的定子转轴7与驱动轴11之间的连接而言，二者之间可以通过联轴器实现机械连接，或者通过紧固件直接紧固在一起实现同步旋转，或者还可以将二者做成同一根轴，本发明对此不作限制。

在本发明中，制动器8可以采用本领域常用的各种合适的制动器。制动器8的功能是用于锁止或者释放电机20的转子转轴6，因此本发明对其设置位置没有特别要求。例如，如图1所示，所述制动器8可以布置在转子转轴6的右端，但是也可以布置在其它位置，例如转子转轴6的左端，或者布置在太阳轮5上或者太阳轮5的转轴上。

电机20与电池10电连接，可以从电池10接收电能，或者将发出的电能储存到电池10中。另外，电机20可以通过常用的电机控制器9进行控制。

下面，通过具体的驱动模式来进一步描述本发明的混合动力输出装置。

一、纯电动驱动模式

离合器2处于分离状态，制动器8接合而将电机20的转子转轴6锁止，电机20处于电动机工作模式。此时，电机20从电池10接收电能，驱动定子转轴7旋转，将动力输出给驱动轴11以驱动车辆行驶。此时，行星齿轮单元30的齿圈4和行星架3处于空转状态。

当车辆在行驶过程中需要启动发动机1时，可以控制离合器2接合，则电机20将通过行星齿轮单元30拖动发动机1启动，因此控制过程非常简便。

二、纯发动机驱动模式

离合器2处于接合状态，制动器8将电机的转子转轴6锁止，电机20处于关闭状态。发动机1经离合器2、行星架3、电机的定子转轴7将动力输出给驱动轴11。

当车辆在行驶过程中需要对电池10充电时，仅需控制电机20处于发电机工作状态，则发动机1的一部分动力将用于驱动电机20发电。此时，通过调节电机20的发电负载，还可以对发动机1的输出功率进行调节，使之工作在燃油经济区，以提高发动机1的燃油经济性。

三、并联驱动模式

离合器2处于接合状态，制动器8将电机的转子转轴6锁止，电机20处于电动机工作状态。发动机1经离合器2、行星架3、电机的定子转轴7将动力输出给驱动轴11。同时，电机20接收电池10的电能，并通过定子转轴6向驱动轴11输出动力。即，发动机1和电机20共同向驱动轴11输出动力。

四、停车发电模式

离合器2处于接合状态，制动器8释放电机的转子转轴6，使之处于自由旋转状态。由于车辆处于停止状态，因此电机的定子转轴7被锁止。此时，使电机20处于发电机工作状态，发动机1经离合器2、行星架3和太阳轮5驱动转子转轴6旋转，从而对电机20做功发电。

五、停车启动发动机模式

离合器2处于接合状态，制动器8释放电机的转子转轴6，使之处于自由旋转状态。由于车辆处于停止状态，因此电机的定子转轴7被锁止。使电机20处于电动机工作状态，电机20经太阳轮5、行星架3和离合器2拖动发动机1启动。

另外，本发明的混合动力输出装置还可以具有车辆制动或者下坡时的回馈发电工作模式。此时，制动器8锁止电机20的转子转轴，使电机20工作在发电状态。来自驱动轴11的惯性能驱动电机的定子转轴7旋转，从而使电机20发电。此时，离合器2可以分离，使齿圈4和行星架3空转。或者，也可以通过接合离合器2来反拖发动机1以进一步提高车辆的制动能力。

在上文中通过具体的实施方式对本发明的混合动力输出装置进行了详细的描述，但本发明并不局限于上述的实施例。在上述详细说明的基础上，本领域技术人员可以对本发明进行适当的修改，例如在驱动轴上设置减速器等，这同样落入本发明的保护范围之内。

Claims

1、一种混合动力输出装置，该装置包括发动机(1)，离合器(2)，具有第一转动元件(3)、第二转动元件(4)和第三转动元件(5)的行星齿轮单元(30)，具有定子转轴(7)和转子转轴(6)的电机(20)，制动器(8)，驱动轴(11)以及电池(10)，其中：

所述发动机(1)的输出轴通过所述离合器(2)连接到所述行星齿轮单元(30)的第一转动元件(3)；

所述行星齿轮单元(30)的第二转动元件(4)连接到所述电机(20)的定子转轴(7)，第三转动元件(5)连接到所述电机(20)的转子转轴(6)；

所述电机(20)的定子转轴(7)连接到所述驱动轴(11)，转子转轴(6)上连接有制动器(8)；

所述电机(20)与所述电池(10)电连接。

2、根据权利要求1所述的装置，其中所述第一转动元件(3)为行星架，所述第二转动元件(4)为齿圈，所述第三转动元件(5)为太阳轮。

3、根据权利要求2所述的装置，其中所述电机(20)的定子转轴(7)的一端连接到所述齿圈(4)，另一端连接到所述驱动轴(11)。

4、根据权利要求2所述的装置，其中所述电机(20)的转子转轴(6)的一端连接到所述太阳轮(5)，另一端连接到所述制动器(8)。

5、根据权利要求1所述的装置，其中所述发动机(1)、离合器(2)、行星齿轮单元(30)、电机(20)和驱动轴(11)依次同轴线布置。