專利名稱：混合動(dòng)力輸出裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及混合動(dòng)力車領(lǐng)域，尤其涉及一種混合動(dòng)力輸出裝置。
背景技術(shù)：
混合動(dòng)力車輛同時(shí)采用兩種不同的動(dòng)力源，根據(jù)動(dòng)力系統(tǒng)的連接方式不 同，主要可以分為三種結(jié)構(gòu)形式，即串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)。
串聯(lián)結(jié)構(gòu)的特征是以電力形式進(jìn)行復(fù)合，發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)對(duì)儲(chǔ)能 裝置和電動(dòng)機(jī)供電，電動(dòng)機(jī)用來(lái)驅(qū)動(dòng)車輪。并聯(lián)結(jié)構(gòu)的特征是以機(jī)械形式進(jìn) 行復(fù)合，發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)軸相連，電機(jī)可同時(shí)用作電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)以平衡發(fā)動(dòng) 機(jī)所受的載荷。串聯(lián)結(jié)構(gòu)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)模式相對(duì)單一，不能充分發(fā)揮混 合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。
目前，在現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)常使用的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常是混聯(lián)模式。
現(xiàn)有的一種混聯(lián)模式是通過(guò)行星齒輪機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)各動(dòng)力單元之間的動(dòng) 力分配。在這種結(jié)構(gòu)中，發(fā)動(dòng)機(jī)與行星架相連，發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分機(jī)械能通過(guò) 第一電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能對(duì)第二電機(jī)供電或?qū)?chǔ)能裝置進(jìn)行充電，另一部分機(jī)械 能直接作用于齒圈上。同時(shí)第二電機(jī)與齒圈相連，提供部分功率和轉(zhuǎn)矩。
現(xiàn)有的另一種混聯(lián)模式是通過(guò)離合器來(lái)實(shí)現(xiàn)各動(dòng)力單元之間的動(dòng)力分
配，例如美國(guó)專利No. 6209672 Bl。在這種結(jié)構(gòu)中，發(fā)動(dòng)機(jī)與第一電機(jī)相連， 第一電機(jī)和第二電機(jī)之間通過(guò)離合器相連，整車動(dòng)力通過(guò)第二電機(jī)的輸出軸 連接到車輪。通過(guò)控制離合器的接合或者分離，可以實(shí)現(xiàn)多種行車模式。
上述兩種混聯(lián)模式通常都具有兩個(gè)電機(jī)，有時(shí)候還需要變速器，對(duì)于第 一種模式還需要行星齒輪機(jī)構(gòu)，因此結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占用空間大，不利于整車布 置和減輕整車重量。此外，由于需要對(duì)兩個(gè)電機(jī)以及發(fā)動(dòng)機(jī)三者進(jìn)行精確控制，才能使它們的工作協(xié)調(diào)一致，這將使得系統(tǒng)變得復(fù)雜，控制難度加大， 對(duì)零部件的可靠性要求也較高。
現(xiàn)有技術(shù)中還有一種混聯(lián)模式是利用離合器和變速器來(lái)實(shí)現(xiàn)各動(dòng)力單 元之間的動(dòng)力分配。
例如，美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)2006/0254837 Al公開(kāi)了一種混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)，其中發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)離合器連接到變速器的第一輸入軸，電機(jī)連接到變速 器的第二輸入軸，發(fā)動(dòng)機(jī)和/或電機(jī)的動(dòng)力通過(guò)變速器的輸出軸傳遞給車輪。 第一輸入軸和第二輸入軸可以是穿過(guò)變速器的一根共用主軸的兩個(gè)端部，或 者是彼此接合在一起的兩根獨(dú)立的軸。離合器接合時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng) 車輛行駛(此時(shí)還可以控制電機(jī)進(jìn)行發(fā)電)，或者發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)車 輛行駛。當(dāng)離合器分離時(shí)，由電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛行駛。在這種技術(shù)方案中， 各個(gè)動(dòng)力單元之間的動(dòng)力分配主要是利用了離合器，變速器主要起到傳統(tǒng)的 變速作用。因此，這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)模式相對(duì)比較簡(jiǎn)單。另外，使用的變 速器體積龐大，不利于減輕整車重量。
另夕卜，美國(guó)專利5,337,848和6,019,698也公開(kāi)了類似的結(jié)構(gòu)，即在發(fā)動(dòng) 機(jī)和變速器之間設(shè)置離合器，通過(guò)離合器的接合和斷開(kāi)實(shí)現(xiàn)車輛的不同驅(qū)動(dòng) 模式。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的動(dòng)力可以通過(guò)變速器耦合后傳遞給車輪。這種 結(jié)構(gòu)同樣存在上述問(wèn)題，即驅(qū)動(dòng)模式相對(duì)簡(jiǎn)單，并且由于變速器體積龐大而 不利于減輕整車重量。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種混合動(dòng)力輸出裝置，其不僅 具有多種驅(qū)動(dòng)模式，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制也非常簡(jiǎn)便。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種混合動(dòng)力輸出裝置，該裝置包括發(fā) 動(dòng)機(jī)，離合器，具有第一轉(zhuǎn)動(dòng)元件、第二轉(zhuǎn)動(dòng)元件和第三轉(zhuǎn)動(dòng)元件的行星齒輪單元，具有定子轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的電機(jī)，制動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)軸以及電池，其中 所述發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸通過(guò)所述離合器連接到所述行星齒輪單元的第一轉(zhuǎn)動(dòng) 元件；所述行星齒輪單元的第二轉(zhuǎn)動(dòng)元件連接到所述電機(jī)的定子轉(zhuǎn)軸，第三 轉(zhuǎn)動(dòng)元件連接到所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸；所述電機(jī)的定子轉(zhuǎn)軸連接到所述驅(qū)動(dòng) 軸，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸上連接有制動(dòng)器；所述電機(jī)與所述電池電連接。
在上述技術(shù)方案中，將電機(jī)的定子轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸分別連接到行星齒輪 單元的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)元件上，并且電機(jī)的定子轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸都能夠自由旋轉(zhuǎn)， 因此在保證混合動(dòng)力輸出裝置具有多種驅(qū)動(dòng)模式的情況下，還大大簡(jiǎn)化了該 裝置的結(jié)構(gòu)及其控制。
下面將結(jié)合附圖通過(guò)具體的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施方式的混合動(dòng)力輸出裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)優(yōu)選的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，提供一種混合動(dòng)力輸出 裝置，該裝置主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)l，離合器2，具有第一轉(zhuǎn)動(dòng)元件3、第二轉(zhuǎn)動(dòng) 元件4和第三轉(zhuǎn)動(dòng)元件5的行星齒輪單元30，具有定子轉(zhuǎn)軸7和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸6 的電機(jī)20，制動(dòng)器8，驅(qū)動(dòng)軸ll以及電池IO。所述發(fā)動(dòng)機(jī)l的輸出軸通過(guò) 所述離合器2連接到所述行星齒輪單元30的第一轉(zhuǎn)動(dòng)元件3。所述行星齒輪 單元30的第二轉(zhuǎn)動(dòng)元件4連接到所述電機(jī)20的定子轉(zhuǎn)軸7，第三轉(zhuǎn)動(dòng)元件 5連接到所述電機(jī)20的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸6。所述電機(jī)20的定子轉(zhuǎn)軸7連接到所述 驅(qū)動(dòng)軸11，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸6上連接有制動(dòng)器8。所述電機(jī)20與所述電池10電連 接。附圖標(biāo)記9表示電機(jī)控制器，主要用于控制電機(jī)20的工作。行星齒輪單元30通常包括三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)元件，即太陽(yáng)輪、行星架和齒圈。 在本發(fā)明中，所述三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)元件分別連接到發(fā)動(dòng)機(jī)1的輸出軸(通過(guò)離合器 2)、電機(jī)30的定子轉(zhuǎn)軸7和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸6。作為一種優(yōu)選的實(shí)施例，在行星齒 輪單元30中，第一轉(zhuǎn)動(dòng)元件3為行星架，所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)元件4為齒圈，所 述第三轉(zhuǎn)動(dòng)元件5為太陽(yáng)輪。即，行星架3通過(guò)離合器2連接到發(fā)動(dòng)機(jī)1的 輸出軸，齒圈4連接到電機(jī)20的定子轉(zhuǎn)軸7，太陽(yáng)輪5連接到電機(jī)20的轉(zhuǎn) 子轉(zhuǎn)軸6，但本發(fā)明不限于此，例如，齒圈4可以通過(guò)離合器2連接到發(fā)動(dòng) 機(jī)1的輸出軸，而行星架3則連接到電機(jī)20的定子轉(zhuǎn)軸7。
在本發(fā)明中，所述電機(jī)20包括定子轉(zhuǎn)軸7和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸6， 二者都可以自 由旋轉(zhuǎn)。電機(jī)20的定子和轉(zhuǎn)子之間通過(guò)電磁力相互作用，通過(guò)電機(jī)控制器9 的控制，可以使定子轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸對(duì)外輸出/輸入功率。下面還將對(duì)電機(jī) 20的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸6和定子轉(zhuǎn)軸7的工作進(jìn)行詳細(xì)描述。
如圖所示，根據(jù)一種優(yōu)選的實(shí)施例，所述電機(jī)20的定子轉(zhuǎn)軸7的一端 (左端)連接到所述齒圈4，另一端(右端)連接到所述驅(qū)動(dòng)軸ll。所述電 機(jī)20的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸6的一端(左端)連接到所述太陽(yáng)輪5，另一端(右端)連 接到所述制動(dòng)器8。所述制動(dòng)器8可以固定在車身的任何合適的位置，只要 能夠達(dá)到制動(dòng)的目的即可。發(fā)動(dòng)機(jī)l、離合器2、行星齒輪單元30、電機(jī)20 和驅(qū)動(dòng)軸ll可以依次同軸線布置。在本發(fā)明中，在未作特別說(shuō)明的情況下， 軸與軸之間的"連接"可以是直接連接，也可以是間接連接，還可以是二者 共用同一根軸，只要能實(shí)現(xiàn)二者之間的動(dòng)力傳遞即可。例如，就電機(jī)20的 定子轉(zhuǎn)軸7與驅(qū)動(dòng)軸11之間的連接而言，二者之間可以通過(guò)聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)機(jī) 械連接，或者通過(guò)緊固件直接緊固在一起實(shí)現(xiàn)同步旋轉(zhuǎn)，或者還可以將二者 做成同一根軸，本發(fā)明對(duì)此不作限制。
在本發(fā)明中，制動(dòng)器8可以采用本領(lǐng)域常用的各種合適的制動(dòng)器。制動(dòng) 器8的功能是用于鎖止或者釋放電機(jī)20的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸6，因此本發(fā)明對(duì)其設(shè)置位置沒(méi)有特別要求。例如，如圖1所示，所述制動(dòng)器8可以布置在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸 6的右端，但是也可以布置在其它位置，例如轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸6的左端，或者布置 在太陽(yáng)輪5上或者太陽(yáng)輪5的轉(zhuǎn)軸上。
電機(jī)20與電池10電連接，可以從電池10接收電能，或者將發(fā)出的電 能儲(chǔ)存到電池10中。另外，電機(jī)20可以通過(guò)常用的電機(jī)控制器9進(jìn)行控制。
下面，通過(guò)具體的驅(qū)動(dòng)模式來(lái)進(jìn)一步描述本發(fā)明的混合動(dòng)力輸出裝置。
一、 純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式
離合器2處于分離狀態(tài)，制動(dòng)器8接合而將電機(jī)20的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸6鎖止， 電機(jī)20處于電動(dòng)機(jī)工作模式。此時(shí)，電機(jī)20從電池IO接收電能，驅(qū)動(dòng)定 子轉(zhuǎn)軸7旋轉(zhuǎn)，將動(dòng)力輸出給驅(qū)動(dòng)軸11以驅(qū)動(dòng)車輛行駛。此時(shí)，行星齒輪 單元30的齒圈4和行星架3處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。
當(dāng)車輛在行駛過(guò)程中需要啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)l時(shí)，可以控制離合器2接合，則 電機(jī)20將通過(guò)行星齒輪單元30拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)1啟動(dòng)，因此控制過(guò)程非常簡(jiǎn)便。
二、 純發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式
離合器2處于接合狀態(tài)，制動(dòng)器8將電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸6鎖止，電機(jī)20 處于關(guān)閉狀態(tài)。發(fā)動(dòng)機(jī)1經(jīng)離合器2、行星架3、電機(jī)的定子轉(zhuǎn)軸7將動(dòng)力 輸出給驅(qū)動(dòng)軸11。
當(dāng)車輛在行駛過(guò)程中需要對(duì)電池10充電時(shí)，僅需控制電機(jī)20處于發(fā)電 機(jī)工作狀態(tài)，則發(fā)動(dòng)機(jī)1的一部分動(dòng)力將用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)20發(fā)電。此時(shí)，通 過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)20的發(fā)電負(fù)載，還可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)1的輸出功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，使之 工作在燃油經(jīng)濟(jì)區(qū)，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃油經(jīng)濟(jì)性。
三、 并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式
離合器2處于接合狀態(tài)，制動(dòng)器8將電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸6鎖止，電機(jī)20 處于電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)。發(fā)動(dòng)機(jī)1經(jīng)離合器2、行星架3、電機(jī)的定子轉(zhuǎn)軸7 將動(dòng)力輸出給驅(qū)動(dòng)軸ll。同時(shí)，電機(jī)20接收電池10的電能，并通過(guò)定子轉(zhuǎn)軸6向驅(qū)動(dòng)軸11輸出動(dòng)力。即，發(fā)動(dòng)機(jī)1和電機(jī)20共同向驅(qū)動(dòng)軸11輸出 動(dòng)力。
四、 停車發(fā)電模式
離合器2處于接合狀態(tài)，制動(dòng)器8釋放電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸6，使之處于自 由旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。由于車輛處于停止?fàn)顟B(tài)，因此電機(jī)的定子轉(zhuǎn)軸7被鎖止。此時(shí)， 使電機(jī)20處于發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)1經(jīng)離合器2、行星架3和太陽(yáng)輪5 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸6旋轉(zhuǎn)，從而對(duì)電機(jī)20做功發(fā)電。
五、 停車啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)模式
離合器2處于接合狀態(tài)，制動(dòng)器8釋放電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸6，使之處于自 由旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。由于車輛處于停止?fàn)顟B(tài)，因此電機(jī)的定子轉(zhuǎn)軸7被鎖止。使電 機(jī)20處于電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)，電機(jī)20經(jīng)太陽(yáng)輪5、行星架3和離合器2拖動(dòng) 發(fā)動(dòng)機(jī)1啟動(dòng)。
另外，本發(fā)明的混合動(dòng)力輸出裝置還可以具有車輛制動(dòng)或者下坡時(shí)的回 饋發(fā)電工作模式。此時(shí)，制動(dòng)器8鎖止電機(jī)20的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸，使電機(jī)20工作 在發(fā)電狀態(tài)。來(lái)自驅(qū)動(dòng)軸ll的慣性能驅(qū)動(dòng)電機(jī)的定子轉(zhuǎn)軸7旋轉(zhuǎn)，從而使 電機(jī)20發(fā)電。此時(shí)，離合器2可以分離，使齒圈4和行星架3空轉(zhuǎn)。或者， 也可以通過(guò)接合離合器2來(lái)反拖發(fā)動(dòng)機(jī)1以進(jìn)一步提高車輛的制動(dòng)能力。
在上文中通過(guò)具體的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的混合動(dòng)力輸出裝置進(jìn)行了詳 細(xì)的描述，但本發(fā)明并不局限于上述的實(shí)施例。在上述詳細(xì)說(shuō)明的基礎(chǔ)上， 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?，例如在?qū)動(dòng)軸上設(shè)置減速器 等，這同樣落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種混合動(dòng)力輸出裝置，該裝置包括發(fā)動(dòng)機(jī)(1)，離合器(2)，具有第一轉(zhuǎn)動(dòng)元件(3)、第二轉(zhuǎn)動(dòng)元件(4)和第三轉(zhuǎn)動(dòng)元件(5)的行星齒輪單元(30)，具有定子轉(zhuǎn)軸(7)和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸(6)的電機(jī)(20)，制動(dòng)器(8)，驅(qū)動(dòng)軸(11)以及電池(10)，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的輸出軸通過(guò)所述離合器(2)連接到所述行星齒輪單元(30)的第一轉(zhuǎn)動(dòng)元件(3)；所述行星齒輪單元(30)的第二轉(zhuǎn)動(dòng)元件(4)連接到所述電機(jī)(20)的定子轉(zhuǎn)軸(7)，第三轉(zhuǎn)動(dòng)元件(5)連接到所述電機(jī)(20)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸(6)；所述電機(jī)(20)的定子轉(zhuǎn)軸(7)連接到所述驅(qū)動(dòng)軸(11)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸(6)上連接有制動(dòng)器(8)；所述電機(jī)(20)與所述電池(10)電連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)元件(3)為行星架， 所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)元件(4)為齒圈，所述第三轉(zhuǎn)動(dòng)元件(5)為太陽(yáng)輪。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述電機(jī)(20)的定子轉(zhuǎn)軸(7) 的一端連接到所述齒圈(4)，另一端連接到所述驅(qū)動(dòng)軸(11)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述電機(jī)(20)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸(6) 的一端連接到所述太陽(yáng)輪(5)，另一端連接到所述制動(dòng)器(8)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)(1)、離合器(2)、 行星齒輪單元(30)、電機(jī)(20)和驅(qū)動(dòng)軸(11)依次同軸線布置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種混合動(dòng)力輸出裝置，包括發(fā)動(dòng)機(jī)，離合器，具有第一至第三轉(zhuǎn)動(dòng)元件的行星齒輪單元，具有定子轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的電機(jī)，制動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)軸以及電池，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸通過(guò)所述離合器連接到所述行星齒輪單元的第一轉(zhuǎn)動(dòng)元件；所述行星齒輪單元的第二轉(zhuǎn)動(dòng)元件連接到所述電機(jī)的定子轉(zhuǎn)軸，第二轉(zhuǎn)動(dòng)元件連接到所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸；所述電機(jī)的定子轉(zhuǎn)軸連接到所述驅(qū)動(dòng)軸，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸上連接有制動(dòng)器；所述電機(jī)與所述電池電連接。將電機(jī)的定子轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸分別連接到行星齒輪單元的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)元件上，并且電機(jī)的定子轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸都能夠自由旋轉(zhuǎn)，因此在保證混合動(dòng)力輸出裝置具有多種驅(qū)動(dòng)模式的情況下，大大簡(jiǎn)化了該裝置的結(jié)構(gòu)及其控制。
文檔編號(hào)F16H3/44GK101451597SQ20071019566
公開(kāi)日2009年6月10日 申請(qǐng)日期2007年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月5日
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