带有电动发电机的混合动力传动装置的制作方法

本发明涉及混合动力车辆中带有电动发电机的混合动力传动装置。

背景技术：

近年来，在混合动力车辆中，以丰田混合动力技术为代表的混合动力系统具有结构简单、稳定可靠、节能效果显著等特点，一般采用太阳轮、行星齿轮和齿圈组成的的行星齿轮机构作为电动发电机与发动机的混合动力传动装置。因为行星齿轮机构在行星齿轮架停止转动时，太阳轮和行星齿轮的转速要比齿圈的转速高许多，导致采用这类混合动力系统的车辆在高速行驶时为防止太阳轮、行星齿轮和与太阳轮连接的电动发电机因转速过高而影响可靠性，必须使与行星齿轮架连接的发动机具备一定的转速，从而增大了车辆高速行驶时的能量损耗，也减少了车辆纯电动高速行驶的范围。为了增大车辆纯电动高速行驶的范围，一般是在太阳轮与发电机之间或者在驱动电机与齿圈之间加装行星齿轮减速器，这种方法又增加了混合动力传动机构的体积、重量和成本以及传递损耗。

左锥形齿轮直径与右锥形齿轮直径相等的锥形行星齿轮机构是锥形行星齿轮机构中的一种特殊形式，已经广泛用作汽车差速器，一般称为锥形齿轮差速机构。

这种锥形齿轮差速机构的转矩特性为：

动力扭矩由行星齿轮架传给锥形行星齿轮，再由锥形行星齿轮传给左右两个锥形太阳齿轮，锥形行星齿轮相当一个等臂杠杆，把扭矩平均分配给左右两个锥形太阳齿轮，不论左右两个锥形太阳齿轮的转速是否相等，每个锥形太阳齿轮得到的扭矩总是相等并且是输入动力扭矩的一半。

这种锥形齿轮差速机构的运动特性为：

(1)锥形行星齿轮不转动、行星齿轮架转动时：

行星齿轮架转速＝左锥形太阳齿轮转速＝右锥形太阳齿轮转速；

同时满足：

行星齿轮架转速的2倍＝左锥形太阳齿轮转速+右锥形太阳齿轮转速。

(2)锥形行星齿轮转动、行星齿轮架也转动时：

行星齿轮架转速与左右两个锥形太阳齿轮的转速都不相等；

同时满足：

行星齿轮架转速与左锥形太阳齿轮的转速差的绝对值

＝行星齿轮架转速与右锥形太阳齿轮的转速差的绝对值；

同时满足：

行星齿轮架转速的2倍＝左锥形太阳齿轮转速+右锥形太阳齿轮转速。

(3)锥形行星齿轮转动、行星齿轮架不转动时：

左右两个锥形太阳齿轮转速的绝对值相等、旋转方向相反。

锥形行星齿轮机构的转矩特性和运动特性是本发明的技术理论依据。

螺旋锥齿轮因其重叠系数大、承载能力强、传动比高、传动平稳、噪声小等优点广泛应用于汽车、航空、矿山等机械传动领域。

技术实现要素：

本发明是只用一个锥形行星齿轮机构和两个电动发电机组成的混合动力传动装置，能够使车辆在发动机停止转动的情况下用电动发电机驱动以纯电动方式进行高速行驶；也能够使车辆在发动机工作在效率最高的情况下结合电动发电机以混联混动方式从起步加速到高速行驶，行驶过程中或者在减速、下坡时多余的动能可以用电动发电机发电。

本发明采用的技术方案如下：

带有电动发电机的混合动力传动装置，包括：锥形行星齿轮系统6、左电动发电机mg1、右电动发电机mg2.

锥形行星齿轮系统6由左锥形太阳齿轮1、右锥形太阳齿轮2、锥形行星齿3、行星齿轮4与输入轴5组成。

左锥形太阳齿轮1与左电动发电机mg1连接；右锥形太阳齿轮2与右电动发电机mg2连接，并且输出动能至减速器；左锥形太阳齿轮1与右锥形太阳齿轮2相向对置；锥形行星齿轮3同时与左右锥形太阳齿轮啮合；行星齿轮架4与输入轴5连接，发动机动能通过输入轴5输入。

附图说明：

图1是带有电动发动机的混合动力传动装置构成的说明图。

图1中：1是左锥形太阳齿轮，与左电动发电机mg1连接；2是右锥形太阳齿轮，与右电动发电机mg2连接，并且输出动能至减速器；左锥形太阳齿轮1与右锥形太阳齿轮2直径与齿数相等，并且相向对置；3是锥形行星齿轮，位于左右锥形太阳齿轮之间，同时与左右锥形太阳齿轮直角啮合；4是行星齿轮架，与输入轴5连接，发动机动能通过输入轴5输入。左锥形太阳齿轮1、右锥太阳齿轮2、锥形行星齿3和行星齿轮4组成的就是典型的锥形行星齿轮机构6.

图2是锥形行星齿轮的基本动作共线图。

图2中：l是左锥形太阳齿轮的转速范围；c是行星齿轮架的转速范围；r是右锥形太阳齿轮的转速范围；lc是行星齿轮架作用于左锥形太阳齿轮的力臂；cr是行星齿轮架作用于左锥形太阳齿轮的力臂；lc＝cr。

图3是一般锥形行星齿轮机构的结构图。

图3中：1是左锥形太阳齿轮；2是右锥形太阳齿轮；左锥形太阳齿轮1与右锥形太阳齿轮2相向对置，这两个锥形太阳齿轮的直径和齿数可以相同，也可以不同；3是锥形行星齿轮，位于左右锥形太阳齿轮之间，同时与左右锥形太阳齿轮啮合；4是行星齿轮架；左锥形太阳齿轮1、右锥太阳齿轮2、锥形行星齿3和行星齿轮架4组成的就是一般的锥形行星齿轮机构6.

具体实施方式：

纯电动状态：发动机停转，行星齿轮架4的转速nc0为零；右电动发电机mg2以电动机方式工作并输出动能，其转速等于右锥形太阳齿轮2的转速，转速从倒挡nr-1至高速前进nr2；左电动发电机mg1与左锥形太阳齿轮1一起转动，转速与右电动发电机2相同，旋转方向相反，转速从倒挡nl1至高速前进nl-1。

发动机怠速状态：右锥形太阳齿轮2和右电动发电机mg2都不旋转，转速为nr0；发动机怠速运转，行星齿轮架4的转速为nc1，左锥形太阳齿轮1和左电动发电机mg1都空转，转速是nl2，这只是纯发电的一种特殊状态，发电量为零，发动机只作为短时预热

纯发电状态：右锥形太阳齿轮2和右电动发电机mg2都不旋转，转速为nr0；发动机工作在高效率转速范围，行星齿轮架4的转速为nc2；左锥形太阳齿轮1和左电动发电机mg1的转速是nl5，左电动发电机mg1发电。

正常混动状态：发动机工作在高效率转速范围，行星齿轮架4的转速范围在nc2-nc3；发动机的一部分动能和一半扭矩通过锥形行星齿轮3传递给右锥形太阳齿轮2与右电动发电机mg2以电动机方式工作合并输出动能，右锥形齿轮2的转速从起步nr0至高速前进nr2；发动机的另一部分动能和一半扭矩通过锥形行星齿轮3传递给左锥形太阳齿轮1与左电动发电机mg1以发电机方式工作发电，给右电动发电机mg2和电池补充电能，左锥形齿轮1的转速在低于nl5的范围。

超负荷混动状态：车辆在高速状态，右锥形太阳齿轮2的转速在nr2需要上坡或急加速、或者车辆在超高速状态下行驶时，右锥形太阳齿轮2的转速为nr3，发动机工作在高功率转速范围，以满足车辆行驶需要，行星齿轮架4的转速为nc4。这时左锥形太阳齿轮1和左电动发电机mg1的转速还是低于nl5的范围。

纯电动状态行驶的车辆在减速、下坡时多余的动能以右电动发电机mg2发电回收。

混动状态行驶的车辆在减速、下坡时，发动机停止转动，多余的动能以右电动发电机mg2发电回收。

上述仅为本发明的典型工作方式，本发明的设计构思并不局限于此。由于以行星齿轮架的转速为参照，左右锥形太阳齿轮(电动发电机)的转速与行星齿轮架的转速之差的绝对值永远相等，而方向相反这个特点，可以用简单的花键和花键套既可以组成快速反应的离合器，设计成为双电动机为动力的纯电动驱动、再加上发动机的三擎混合动力传动装置。凡是用锥形行星齿轮机构与双电动发电机为核心的改进型混合动力传动装置，均应该属于本发明保护范围。

上述说明仅为本发明中左右锥形太阳齿轮齿数相等的锥形行星齿轮机构与双电动发电机组成的混合动力传动装置的典型工作方式，其中的锥形行星齿轮机构只是如图3所示左右锥形太阳齿轮齿数不一定相等的锥形行星齿轮机构中的特殊的一种。凡是用如图3所示左右锥形齿轮齿数不一定相等的锥形行星齿轮机构与双电动发电机为核心的混合动力传动装置和在此基础上改进的混合动力传动装置，均应该属于本发明保护范围。