车用混动装置的制作方法

1.本实用新型涉及汽车技术领域，特别是涉及一种车用混动装置。


背景技术：

2.随着社会的发展，有限的石油资源和环境污染问题日益突出，越来越多的汽车开始运用混动技术，使电机和内燃机相配合以减少油耗，相比于传统汽车来说，具有节油减排、噪声降低等优点。
3.混动技术中的轻混技术，尤其是48伏轻混技术，能够以较低成本实现发动机自动启停，通过电机增加扭矩输出辅助起步和加速，以及制动或者滑行时的动力回收。然而，当前轻混技术中采用的电机多为励磁方式，其体积过大、结构复杂、成本过高；另外，对于大功率发动机还是难以省去启动电机，造成了部件冗余，增加整车的复杂度、重量和成本。


技术实现要素：

4.有鉴于此，提供一种可以有效改善上述问题的车用混动装置。
5.一种车用混动装置，包括电机、与所述电机连接的传动机构以及与所述传动机构连接的离合机构，所述传动机构包括齿轮壳和设置于所述齿轮壳中的行星轮组件，所述离合机构包括驱动器和由所述驱动器驱动的拨杆，所述拨杆与所述行星轮组件的齿圈连接并带动所述齿圈在第一位置和第二位置之间移动，所述齿圈处于第一位置时与所述齿轮壳分离，所述齿圈可以相对所述齿轮壳转动，所述传动机构的传动比为1:1；所述齿圈处于第二位置时与所述齿轮壳相卡，限制所述齿圈相对所述齿轮壳的转动，所述传动机构的传动比为n：1，其中n大于1。
6.进一步地，所述电机为永磁同步电机，包括相对转动的定子和转子，所述定子包括有线圈、所述转子包括有永磁体，所述转子与所述行星轮组件的输入端连接。
7.进一步地，还包括发动机，所述行星轮组件的输出端与所述发动机通过皮带轮连接。
8.进一步地，还包括高压电源，所述定子的线圈与所述高压电源电性连接。
9.进一步地，所述驱动器为电磁阀，所述电磁阀通电时其阀杆伸出并推动拨杆，让所述齿圈移动至第二位置；所述电磁阀断电时其阀杆缩回并带动所述齿圈移动至第一位置。
10.进一步地，所述离合机构还包括弹性复位件，所述齿圈移动至第二位置时所述弹性复位件受力变形，所述弹性复位件恢复形变时推动所述齿圈移动至第一位置。
11.进一步地，所述拨杆为杠杆，其内端穿过所述齿轮壳后与所述齿圈连接、中部可转动地与所述齿轮壳连接，所述弹性复位件和所述电磁阀分别抵顶所述拨杆的外端的相对两侧。
12.进一步地，所述齿圈的外周面形成有一圈环槽，所述拨杆的内端活动地插接于所述环槽中。
13.进一步地，还包括安装所述电机、传动机构以及离合机构的壳体，所述壳体设置有
导向孔；所述弹性复位件包括销轴和套接在所述销轴上的螺旋弹簧，所述销轴的一端收容于所述导向孔中、另一端伸出所述导向孔并抵顶所述拨杆的外端；所述螺旋弹簧收容于所述导向孔内，并且夹置于所述销轴和壳体之间。
14.进一步地，所述行星轮组件的齿圈的外周面形成有一圈外齿，所述齿轮壳的内周面形成有一圈内齿，所述齿圈在第二位置时，所述内齿与所述外齿相啮合；所述齿圈在第一位置时，所述内齿与所述外齿错位而分离。
15.相较于现有技术，本实用新型车用混动装置通过其离合机构实现传动机构的可变传动比，电机作为电动机时可以减速传动，这样转速和扭矩进行了相应比例的变化，可以更好地替代掉启动电机，可以达到很好的冷启动、热启动(包括快速启停)和快速启动节能的效果；电机作为发电机和助力驱动电机时1:1传动，能适应发动机的所有工作转速，在整个发动机转速范围稳定的发电和助力，克服了永磁同步电机不合适用做车载稳定发电的难点，而且没有齿轮摩擦，阻力小且效率高，整体可以提高燃油车的效率，节油15％以上。
附图说明
16.图1为本实用新型车用混动装置一实施例的示意图。
17.图2为图1所示车用混动装置的爆炸图。
18.图3为图1所示车用混动装置的径向剖面图。
19.图4为本实用新型车用混动装置在发电模式下的示意图。
20.图5为图4的轴向剖面图。
21.图6为本实用新型车用混动装置在电动模式下的示意图。
22.图7为图6的轴向剖面图。
具体实施方式
23.为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中示例性地给出了本实用新型的一个或多个实施例，以使得本实用新型所公开的技术方案的理解更为准确、透彻。但是，应当理解的是，本实用新型可以以多种不同的形式来实现，并不限于以下所描述的实施例。
24.本实用新型附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
25.本实用新型提供一种车用混动装置，与发动机相配合来驱使汽车行进。图1-3所示为本实用新型车用混动装置的一具体实施例，所示车用混动装置包括壳体10以及设置于壳体10内的电机20、传动机构30和离合机构40。
26.如图2所示，电机20优选地为永磁同步电机(pmsm)，如无刷直流电机(bldc)等，具有体积小、功率大、效率高等优点。图示实施例中，电机20为内转子结构，包括固定设置于壳体10中的定子22和可转动地设置于定子22中的转子24。转子24包括转子铁芯和永磁体，永
磁体可以是内嵌至转子铁芯中(ipm)，也可以是贴装于转子铁芯的外周面(spm)。转子铁芯的中央固定穿设有转轴26，转轴26作为电机20的输出元件，与传动机构30的输入端连接。定子22包括定子铁芯和绕设于定子铁芯上的线圈，线圈通过导线与汽车的高压电源，如标准电压为48v或以上的电池组电性连接。
27.本实用新型混动装置的电机20可以有两种工作模式，即发电模式和电动模式。电机20在电动模式时作为电动机使用，此时汽车的高压电源作为电机20的供电电源，定子22的线圈通电产生磁场与转子24的永磁体的磁场相作用而推动转子24持续转动，输出扭矩。电机20在发电模式时作为发电机使用，此时汽车的发动机作为动力源，驱动转子24转动，转子24与定子22形成切割磁力线的相对运动，定子22的线圈中产生感应电势对高压电源充电。高压电源还可通过dc-dc转换器等对汽车的低压电源，如12/24v电池充电，提高汽车供电系统的冗余性。
28.请同时参阅图3，传动机构30包括齿轮壳32和设置于齿轮壳32中的行星轮组件34。齿轮壳32为圆筒结构，固定设置于壳体10内，其内周面形成有一圈内齿321。行星轮组件34包括齿圈35、设置于齿圈35中央的太阳轮36、环绕太阳轮36分布并与之相啮合的多个行星轮37以及安装行星轮37的行星架38。齿圈35为圆环结构，内周面形成有一圈啮合齿351，与行星轮37相啮合；外周面形成有一圈外齿353，与齿轮壳32的内齿321相作用。太阳轮36作为整个行星轮组件34的输入端，与电机20的转轴26连接；行星架38延伸形成有输出轴39或者固定连接有输出轴39。输出轴39作为整个行星轮组件34的输出端，与发动机通过皮带轮等传动连接，构成bsg电机。在一些实施例中，行星轮组件34可以是多级串接，后一级的太阳轮36与前一级的行星架38连接即可。
29.离合机构40包括拨杆42和驱动拨杆42的驱动件，如电磁阀44等。电磁阀44与汽车的低压电源以及控制模块电性连接构成控制回路，控制模块根据汽车的行驶状态产生信号控制电磁阀44通电或者断电，使其阀杆441伸出或者缩回。拨杆42与行星轮组件34的齿圈35连接，带动齿圈35在第一位置和第二位置之间移动，使其与齿轮壳32啮合或者分离。图示实施例中，拨杆42为杠杆，其中部可转动地连接于齿轮壳32上、外端与电磁阀44的阀杆441相抵顶、内端与齿圈35连接。初始状态下，电磁阀44断电，齿圈35在第一位置，与齿轮壳32分离。
30.如图4-5所示，电磁阀44通电时，其阀杆441向外伸出，推动拨杆42的外端向上(即远离电机20的方向)移动，进而使得拨杆42的内端带动齿圈35向下移动至第二位置，齿圈35的外齿353与齿轮壳32的内齿321相啮合。此时，由于齿轮壳32固定不动，与之啮合的齿圈35不能转动，电机20的转轴26与传动机构30的输出轴39之间的传动元件由太阳轮36、行星轮37、行星架38构成，转轴26和输出轴39之间存在速度差。较佳地，电机20到输出轴39的速比为n：1，其中n为2～5，实现减速传动。
31.如图6-7所示，电磁阀44断电时，其阀杆441缩回，带动拨杆42的外端向下(即朝向电机20的方向)移动复位，进而使得拨杆42的内端带动齿圈35向上移动并回到第一位置，齿圈35的外齿353与齿轮壳32的内齿321错位而分离。此时，齿轮壳32和齿圈35间隙配合，齿圈35可以相对于齿轮壳32自由转动，电机20的转轴26与传动机构30的输出轴39之间的传动元件包括整个行星轮组件34，整个行星轮组件34随转轴26同步转动，电机20到输出轴39的速比为1：1，实现1：1等速传动。
32.本实用新型通过离合机构40的设置，带动齿圈35在第二位置和第一位置之间移动，使齿圈35与齿轮壳32啮合不能转动，或者使齿圈35与齿轮壳32分离而相对转动，如此传动机构30形成可变的速比，控制模块可以根据汽车的状态控制离合机构40的运行，使传动机构30运行在适当的速比下。应当理解地，齿圈35和齿轮壳32也可以有其它的周向限位方式，如可以是凸块和卡槽的配合等，只要齿圈35在到达第二位置时能与齿轮壳32相卡即可。另外，也可以采用其它器件，如气缸等驱动拨杆42。
33.如图2和图3所示，齿轮壳32在其外周面上突出设置有连接部323，连接部323上设置有轴孔325；拨杆42的中部穿设一枢轴421，枢轴421与轴孔325相插接将拨杆42可转动地连接于齿轮壳32上，使得拨杆42的内端和外端可以摆动。图示实施例中，齿圈35在其外周面上设置有一圈环槽355，拨杆42的内端折弯形成有卡块425，齿轮壳32对应卡块425设置有穿孔327，卡块425穿过齿轮壳32的穿孔327后插接于齿圈35的环槽355中，使得齿圈35的转动不受拨杆42的限制。较佳地，拨杆42为两个，对称地设置于齿轮壳32的两侧，两个拨杆42的外端相连并与电磁阀44的阀杆441相抵顶，两个拨杆42的内端分别穿过齿轮壳32后与齿圈35外周环槽355的两侧相连，平衡齿圈35的受力，使齿圈35的移动方向与其轴向方向一致，避免造成偏摆。
34.较佳地，离合机构40还包括弹性复位件46，图示实施例中，弹性复位件46包括销轴461和套设于销轴461上的螺旋弹簧463，其中销轴461竖直设置，螺旋弹簧463夹置于销轴461和壳体10之间。较佳地，壳体10在其对应离合机构40的侧端设置有竖直的导向孔12，导向孔12的顶端设置有挡块14，挡块14可以是螺合于导向孔12中或者紧配合于导向孔12中。螺旋弹簧463收容于导向孔12中，其一端与挡块14固定连接、另一端与销轴461的顶端相套接，销轴461的底端伸出导向孔12之外与拨杆42的外端相抵顶。
35.按图示方向，电磁阀44的阀杆441和销轴461的底端分别抵顶拨杆42的外端的上下两侧。电磁阀44通电时，其阀杆441伸出而使得弹性复位件46受压变形；电磁阀44断电时，弹性复位件46恢复形变而推动阀杆441缩回。应当理解地，弹性复位件46是用于推动阀杆114复位，其位置和具体结构可以根据需要设置，只要能够与阀杆441形成联动即可。如，在一实施例中，可以将弹性复位件46设置于电磁阀44的内部，电磁阀44通电时随着阀杆44的伸出弹性复位件46被拉伸或者压缩，电磁阀44断电时恢复形变驱使阀杆44缩回复位。
36.汽车在冷启动(通常是指冷却液的温度小于40℃)时，本实用新型混动装置的电机20工作在电动模式下、电磁阀44处于通电状态，作为汽车的启动电机的辅助设备。
37.在一具体实施例中，发动机启动转速为1000转/分钟、启动功率为5kw；所使用的电机20的额定功率为3kw、启动功率短时间可以达到5kw，电机20到输出轴39的变速比为3：1，输出轴39到发动机的变速比为2.33：1，电机20的启动转速为1000*2.33*3，即6990转/分钟。通过电机20到输出轴39的变速以及输出轴39到发动机的变速，可以实现高的变速比，在很大程度增加了启动扭矩和启动功率，对于启动功率较小(如不大于150kw)的发动机，可以完全省略启动电机，对于启动功率较大(如大于150kw)的发动机，虽然不替完全替代掉启动电机，但可以减小电机20和启动电机的功率，也即减小了整体重量、尺寸和成本。
38.汽车在热启动(通常是指冷却液的温度不低于40℃)时，本实用新型混动装置的电机20同样工作在电动模式下、电磁阀44处于通电状态，作为汽车的启动电机使用。由于发动机处于热机状态阻力小，此时启动功率要求相对较低，因此在热启动时电机20可以完全替
代掉启动电机。另外，发动机在启动过程中，电机20可以起到加快启动速的作用，让启动时间变短，减少启动的油耗。
39.发动机在启动后，电机20转为发电模式，利用发动机的动力对高压电源充电。在此过程中，电磁阀44保持在断电状态，输出轴39到电机20的速比为1：1，电机20适应发动机的所有工作转速，在整个发动机转速范围稳定的发电，克服了永磁同步电机不合适用做车载稳定发电的难点。另外，整个行星轮组件34一起转动，其各个元件之间没有相对转动，因此也没有齿轮摩擦，传动效率高、噪音小。
40.另外，电机20还可以作为汽车的助力电动机，此时电磁阀44保持在通电状态，电机20到输出轴39到速比为1：1，通过电机20助力发动机，发动机再推动汽车，助力范围满足整个发动机通常使用的转速范围。本实用新型还根据助力的时间选择助力功率，充分满足助力需求和最大利用电机20的输出功率，助力时间短时可以采用更大的功率，可以超过电机20的额定功率；助力时间长时，将电机20功率调节到不超过额定功率。
41.另外，电机20还可以作为能量回收的发电机使用，此时电磁阀44保持在断电状态，输出轴39到电机20的速比为1：1，满足整个发动机通常使用的转速范围。如，汽车在刹车减速时，加大发电功率，将能量最大化地回馈到高压电源；快速刹车时，可以将发电功率调到远远超过额定发电功率，也可以做到电池可以完全吸收。
42.本实用新型混动系统通过离合机构40实现传动机构30的可变传动比，电机20作为电动机时减速传动，这样转速和扭矩进行了相应比例的变化，可以更好地替代掉启动电机，可以达到很好的冷启动、热启动(包括快速启停)和快速启动节能的效果；电机20作为发电机时1:1传动，能适应发动机的所有工作转速，在整个发动机转速范围稳定的发电，克服了永磁同步电机20不合适用做车载稳定发电的难点，而且没有齿轮摩擦，阻力小且效率高，整体可以提高燃油车的效率，节油15％以上。
43.需要说明的是，本实用新型并不局限于上述实施方式，根据本实用新型的创造精神，本领域技术人员还可以做出其他变化，这些依据本实用新型的创造精神所做的变化，都应包含在本实用新型所要求保护的范围之内。