回流式动力耦合传动系统的制作方法

本发明属于传动系统技术领域，具体涉及一种回流式动力耦合传动系统。

背景技术：

随着汽车保有量的增加，石油资源日益匮乏、汽车排放问题日益加剧，因此对混合动力汽车的研究是目前汽车研究工作的重点。国内外对于混合动力汽车构型的研究有很多，最出名的莫过于日本丰田公司的普锐斯(prius)，它搭载的是油电混合动力系统ths(toyotahybridsystem)采用双电机的形式，在动力分离部分采用了行星排结构，发动机与行星架连接，发电机(mg1)与太阳轮连接，电动机(mg2)与齿圈连接，mg1可以在工作过程中采用了ecvt的原理，起调速作用，保证发动机一直工作在最优的工作区间，达到节省油耗的目的。在第三代普锐斯中，普锐斯采用了双行星排设计，用第二个行星排作为减速机构，这样虽然达到了轻量化和布置紧凑的目的，但是这样就在一定程度上造成加工不便，增加成本的问题，且其速比变化范围较小。

技术实现要素：

为解决以上技术问题，本发明提供了一种回流式动力耦合传动系统，可以在降低成本，制造安装方便同时，起到拓宽传动装置的速比变化范围、提高总体传动效率、增强汽车动力的作用。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种回流式动力耦合传动系统，包括：

发动机；

电机；

定速比传动装置，其包括输入齿轮和输出齿轮；

行星排装置，其包括太阳轮、同轴设置在该太阳轮外侧的齿圈、啮合在太阳轮和齿圈之间的行星轮和连接在该行星轮上的行星架；

动力输出机构，其用于将齿圈产生的动力输出，其特征在于：

还包括金属带无级调速装置，其包括主动带轮组和从动带轮组，以及连接二者的金属带；

所述发动机经离合器与主动带轮组连接，输入齿轮与主动带轮组连接，并可与其同步转动，从动带轮组经从动轴b与太阳轮固定连接，输出齿轮活套在该从动轴b上，并与行星架固定连接，行星架与电机的电机输入轴固连。

采用以上方案，可实现双动力耦合及动力输出，以及通过金属带无极调速装置来实现混合动力回流调速的功能，从而使传动系统具有较宽的速比变化范围，以及较高的传动效率，同时因为是单电机单行星排结构，简化了整体结构，降低制造成本。

作为优选：所述动力输出机构包括一级减速从动齿轮和输出轴，输出轴与一级减速从动齿轮固定连接，一级减速从动齿轮与齿圈啮合。采用以上结构，通过一级减速从动齿轮将齿圈传递的动力传递给输出轴，直接驱动转动装置，可进一步实现对转速的控制。

作为优选：所述输入齿轮和输出齿轮之间设有中间齿轮，该中间齿轮分别与输入齿轮和输出齿轮均啮合。采用以上结构，可使输出齿轮的转动方向与输入齿轮的转动方向保持一致。

作为优选：所述金属带无级调速装置、定速比传动装置和行星排装置三者依次平行设置。采用以上结构，可节省整个传动装置的占用空间，安装更紧凑。

作为优选：所述发动机的发动机输入轴与离合器的主动盘固定连接，离合器的从动盘上固定连接有从动轴a，主动带轮组和输入齿轮均套设在所述从动轴a上。采用以上方案，通过一根传动轴a，即可实现主动带轮组和输入齿轮的同步转动，安装方便快捷。

作为优选：所述输出齿轮与从动带轮组同轴设置，输出齿轮经连接轴套与行星架固定连接，所述连接轴套活动套设在从动轴b上。输出齿轮通过连接轴套与行星架相连，而连接轴套可直接套设在从动轴b上，输出齿轮不需要额外的支撑结构，使装置结构更紧凑，节省空间。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

采用本发明提供的回流式动力耦合传动系统，可实现纯电动、纯发动机、联合驱动以及再生制动四种工况，并且因为引入了金属带无级调速装置，可使各工况进行时均可实现功率回流，从而提高整体传动效率，拓宽速比变化范围，简化装置，降低制造成本，提高安装效率，且安装紧凑，节省占用空间。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1所示实施例纯发动机工况功率流程图；

图3为图1所示实施例纯电机工况功率流程图；

图4为图1所示实施例联合驱动工况功率流程图；

图5为图1所示实施例发动机充电工况功率流程图；

图6为图1所示实施例再生制动工况功率流程图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

参考图1至图6所示的回流式动力耦合传动系统，主要包括发电机1、离合器3、电机11、定速比传动装置、行星排装置、动力输出机构和金属带无级调速装置，其中定速比传动装置、行星排装置和金属带无级调速装置依次平行设置。

定速比传动装置包括输入齿轮6、输出齿轮7，以及设置在二者之间的中间齿轮7，中间齿轮7与的两侧分别与输入齿轮6和输出齿轮7同时啮合，中间齿轮7做为一个舵轮的形式存在二者之间，使输入齿轮6和输出齿轮7在工作时转动方向始终保持一致。

行星排装置包括齿圈9、行星轮13、太阳轮14和行星架15，齿圈9与太阳轮14同轴设置，行星轮13与太阳轮14和齿圈9同时啮合，且行星轮13固套在行星架15上。

金属带无级调速装置包括主动带轮组4和从动带轮组19，二者通过金属带5连接实现转动联动。

参考图1，发动机1的输入轴2与离合器3的主动盘固定连接，离合器3上固定连接有从动轴a20，输入齿轮6固定套设在从动轴a20远离离合器3的一端，主动带轮组4套设在从动轴a20上，且处于输入齿轮6和离合器3之间。

从动带轮组19通过从动轴b18与太阳轮14固定连接，二者通过从动轴b18实现同步转动，输出齿轮17通过连接轴套16与行星架15固定连接，如图所示，输出齿轮17固套在连接轴套16上，输出齿轮17与从动带轮组19同轴设置，则连接轴套16活动套设在从动轴b18上，这样则可使输出齿轮17与行星架15之间实现同步转动，输出齿轮17与连接轴套16均通过轴承活套在从动轴b18上，可对其起到一定支撑作用，同时转动过程不存在相互干涉，使结构更显紧凑，输出齿轮17、连接轴套16和行星架15抗压做成一体，也可以通过焊接等方式固定连接。

行星架15远离输出齿轮17的一端与电机11的电机输入轴12固定连接，这样即可使输出齿轮17、行星轮15和电机输入轴12通过行星架15实现转动联动。

本实施例中动力输出机构包括一级减速从动齿轮8，以及与一级减速从动齿轮8固定连接的输出轴10，减速从动齿轮8与齿圈9啮合，则齿圈9转动时可带动输出轴10转动，从而带动输出轴10转动，输出轴10再将转动功率作用到汽车的轮轴，实现功率传递，当然这种转动也是可逆的。

本系统的主要工作过程如下：

参考图1，纯发动机工况的流程示意，即系统依靠发动机1为输出轴10提供输出动力，此时电机11不工作，离合器3接合，发动机1输出的大部分功率传递流程如下，经发动机输入轴2→离合器3→从动轴a20→输入齿轮6→中间齿轮7→输出齿轮17→连接轴套16→行星架15→行星齿轮13→齿圈9→一级减速从动齿轮8→输出轴10，最终经减速到达差速器，通过半轴驱动汽车行驶，同时经过行星排装置的分流作用；

另一部分功率通过金属带5回流起到调速功能，具体流程如下：行星齿轮13→太阳轮14→从动轴b18→从动带轮组19→金属带5→主动带轮组4→从动轴a20→输入齿轮6→中间齿轮7→输出齿轮17→连接轴套16→行星架15→行星齿轮13，如此循环往复，因为主动带轮4和输入齿轮6均固套在从动轴a20上，通过金属带5代替电机11起到调速功能，使发动机1在最佳工作点工作；

此种工况下车辆的速比为：

其中ig为系统速比，no与ni分别为系统输入转速与输出转速，即发动机输入轴2与输出轴8的转速，α为行星排装置结构参数，i为金属带5速比，if为定速比传动装置速比。

在此工况下，电机11不工作，发动机1驱动汽车，并且如果此时电机11的电池soc值过低时，发动机1可以带动电机11给汽车发电，确保汽车电量充足，其充电过程如图5所示：

发动机1充电工况功率流程基本与纯发动机驱动工况流程类似，发动机1输出大部分功率经过发动机输入轴2→离合器3→从动轴a20→输入齿轮6→中间齿轮7→输出齿轮17→连接轴套16→行星架15→行星齿轮13→齿圈9→一级减速从动齿轮8→输出轴10，最终经减速到达差速器，通过半轴驱动汽车行驶；

同时经过行星排装置的分流作用，一部分功率通过行星架15→电机输入轴12→电机11，从而最终带动电机发电；还有一部分功率是循环功率，通过行星齿轮13→太阳轮14→从动轴b18→从动带轮组19→金属带5→主动带轮组4→从动轴a20→输入齿轮6→中间齿轮7→输出齿轮17→连接轴套16→行星架15→行星齿轮13，这样一直在系统内部循环，从而提高传动效率。

参考图3，此时离合器3断开，发动机1不工作，系统只有电机11提供动力，此种工况下功率流程如下：

电机11输出功率一部分经电机输入轴12→行星架15→行星轮13→齿圈9→一级减速从动齿轮8→输出轴10，最终经差速器至半轴用于驱动汽车行驶；另一部分经过行星排装置的分流实现功率回流，具体过程如下：电机11→电机输入轴12→行星架15→连接轴套16→输出齿轮17→中间齿轮7→输入齿轮6→从动轴a20→主动带轮组4→金属带5→从动带轮组19→从动轴b18→太阳轮14→行星轮13→行星架15，一直这样回流传递功率，提高传递效率及利用率；

此种工况下车辆速比为：

参考图4，位联合驱动工况，此时电机11与发动机1共同工作，发动机1的功率流程如下所示：发动机1→电机输入轴2→离合器3→从动轴a20→输入齿轮6→中间齿轮7→输出齿轮17→连接轴套16→行星架15；

电机11的功率通过电机输入轴12到达行星架15，所有功率在行星架15处耦合(包括产生的回流功率)，之后合流的功率有两个流向：大部分功率通过行星架15→行星轮13→齿圈9→一级减速从动齿轮8→输出轴10，最后经过主减速齿轮的减速，到达差速器，最终传递至汽车输出半轴和轮胎，以驱动汽车行驶；另一部分功率通过行星架15→行星齿轮13→太阳轮14→从动轴b18→从动带轮组19→金属带5→主动带轮组4，通过从动轴a20实现与发动机1的功率合流，一起经过输入齿轮6→中间齿轮7→输出齿轮17→连接轴套16→行星架15→行星齿轮13，这部分功率为回流功率，一直在系统内循环。

此种工况下，电机11与发动机1共同工作，其转速存在着比例关系，是一种转矩耦合的关系，其比例关系如下所示：

ne＝nm·if

式中，ne为发动机1转速，nm为电机11转速。

此时电机11与发动机1的动力直接耦合，转速呈比例关系，电机11辅助发动机1进行输出，并通过金属带5的调节，使发动机1效率可达到最佳。

参考图6，为再生制动工况下，即外部轮胎转速相对输出轴10过快，则输出轴10相对反转，从而带动一级减速从动齿轮8转动，对行星排装置做功，使其反转，当电机11的电池soc值过低时，则行星架15在带动电机输入轴12转动过程中，会带动电机11会发电。

此种工况的发流程如下：

功率从输出轴10→一级减速从动齿轮8→齿圈9→行星齿轮13→行星架15→电机输入轴12→电机11，此部分功率可用于带动电机11发电，还有一小部分功率从行星齿轮13→太阳轮14→输出轴18→从动带轮组19→金属带5→主动带轮组4→从动轴a20→输入齿轮6→中间齿轮7→输出齿轮17→连接轴套16→行星架15→行星齿轮13，这样一直循环往复，并且驱动电机发电

通过上述的几种工况我们可以看出，本实施例的传动系统具有较宽的速比范围，虽然传统的金属带5是一个低效率件，但是当金属带5传递的调速功率在整个动力源中所占的比率较小时，驱动车辆行驶的大部分功率将通过效率更高的啮合传动实现，这样就避免了金属带5传递效率较低的问题，以纯电动工况为例，整个传动系统的效率计算公式为：

式中，α为行星排装置结构参数，if为定速比传动装置速比，ηcvt为金属带调无极速装置效率。

本系统与传统基于cvt式的混合动力结构相比，通过回流装置解决了传统金属带5速比范围小的缺点，与现在常见的增加一个液力变矩器这一解决方案相比，降低了生产制造成本，提高了传动效率，且系统紧凑，安装方便快捷。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。