[发明专利]混合动力电动汽车集成式无级自动变速驱动装置

说明书

本发明涉及一种混合动力电动汽车集成式无级自动变速驱动装置。

现代中高级轿车采用的无级液力自动变速器AT，由于其传动效率低、油耗大、制造难、成本高，现在已有被CVT和AMT所取代的趋势。但因CVT和AMT均未能从根本上解决采用无级自动变速器所带来的上述问题，所以，在中高级轿车上并没有获得广泛使用。尤其在世界能源紧张、节能减排呼声高涨的今天，应运而生的混合动力电动汽车，就必须重新审视该如何采用无级自动变速驱动装置。

因混合动力电动汽车的电动机与机械变速器的连接方法不同，所形成变速驱动装置的性能有很大差异。据中国工程院院士陈清泉等编著的《现代电动汽车技术》第三章所载：目前，世界混合动力电动汽车按发动机与电动机连接方式功能分类共有4种，其中，有串联式、并联式、混联式和复合式。这4种方式，因发动机与驱动电动机之间均没有任何形式的直接联系，虽有许多优点，但仍有系统结构冗余，效率不高等不足之虞。若要实现无级自动变速，还必须增加新变速装置，使成本进一步增高。

1999年11月，日本本田公司开发上市的Insight轿车，它用电动机的一个转子代替飞轮与发动机曲轴呈机械连接，而固定不动的定子则与发动机呈磁链连接，再施以与电子控制器相连接的电路，构成新的混合动力汽车驱动系统。Insight是将飞轮、起动机、发电机的功能集成一体，并以磁链连接方式将电动机与发动机连体。这已与前述4种方式完全不同，应属于新的可称为集成式的第5种方式。显然，其优点是结构紧凑、重量轻、功能多、成本低，但是，电动机与发动机虽有磁链的连体关系，可通过电子控制器控制转子，间接控制发动机工作状态，却由于电动机/发电机与发动机的功率混合是等速叠加，限制了电机特性的发挥，系统参数优化区间受到影响，其调速范围狭窄，也不能使发动机始终处于高效工作区，更不能实现无级自动变速，权称这种动力混合叠加形式为低度集成型。

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种效率高、调速范围宽广、各速功率混合叠加、更大限度地优化系统参数匹配，使发动机、电机、电池组等始终工作在最佳状态，油耗和排放达到最低，并在实现无级自动变速的同时，还能实现油、电单独驱动和油电混合驱动及制动/下坡能量回收等多种工作模式。

为达上述目的，本发明采用了2个可绕电机中心轴自由旋转的双转子与单排或多排行星齿轮机构组合呈机械连接组成的双转子电机-行星排型集成体。集成体的一个转子与发动机连体的同时，与另一个转子一样，机械连接行星排，发动机通过该转子与电机磁链连接。功率变换器、电子控制器及总线、电池组等不仅通过固定在电机动力总成壳体上的滑环、电路接口与电机中1个或2个转子电力连接，而且还与发动机直接实现电力连接。这样就组成了无级自动变速驱动装置基体的主要架构。

为解决上述任务，本发明的混合动力电动汽车集成式无级自动变速驱动装置，由带电枢铁芯及绕组的第一个转子和带永磁体的第二个转子且有2自由度可绕中心轴旋转的双转子、滑环等组成的电机，与包含数个制动器、数个单向离合器和普通离合器在内，有2自由度或2自由度以上的行星排机构组合呈机械连接，组成双转子电机-行星排集成体；电机第一个转子除通过曲轴的延长中轴，穿过第二个转子基体回转中心中空轴管，与行星排机构组合三元件中的某一元件机械连接外，还替代发动机的飞轮、离合器，通过曲轴与发动机机械连体，第二个转子除与行星排机构组合机械连接外，还通过前述第一个转子与发动机呈磁链连接，对于FF驱动形式，双转子电机-行星排集成体的行星排机构组合再与差速器机械连接，从而组成双转子电机-行星排机构组合-差速器一体的电机动力总成。电机动力总成的壳体合件与发动机壳体机械连接，并共同组成发动机-电机混合动力总成。通过电机动力总成壳体的滑环及电路接口，与双转子电机-行星排集成体内的电机及其数个制动器、数个单向离合器与普通离合器等，和发动机一起直接与功率变换器、电子控制器及总线、电池组呈电力连接，发动机与电机的动力在双转子电机-行星排集成体内混合叠加后，由差速器输出给传动轴，最终传递至驱动车轮。电机动力总成与功率变换器、电子控制器及总线、电池组等一起构成混合动力电动汽车集成式无级自动变速驱动装置。该装置为双转子电机-行星排型集成式；

作为本发明的另一种实施方案，所述双转子电机-行星排型集成体内电机，除设置在行星排机构组合之前外，也可以设置在行星排机构组合之后，还可以设置在2个行星排机构组合之间，并与行星排的1个或2个元件机械连接；