一种动力耦合器及混合动力系统及车辆的制作方法

本实用新型涉及混合动力汽车技术领域，更具体地说，涉及一种动力耦合器，还涉及一种混合动力系统，还涉及一种车辆。

背景技术：

混合动力系统是指含有两个及两个以上动力源的汽车动力系统。最常见的是油电混合汽车，具体是指汽车使用汽、柴油驱动和电力驱动两种驱动方式，这是通过系统中的某种动力耦合装置实现单一动力源或多个动力源共同驱动的车辆系统。

现有技术普遍采用摩擦式离合器或行星齿轮机构作为多动力源的耦合装置。混合动力系统中已有采用普通超越离合器的方案，存在的缺点是当电机驱动或被反拖发电时将会拖动发动机，虽然可通过增设摩擦式离合器来解决这个问题，但是限于摩擦式离合本身的工作原理，这种设计将会增加系统的复杂程度和控制难度；而混合动力系统中使用一般离合器时，由于离合器的传递转矩普遍不高，发动机和电机共同输出的扭矩就不能很大，导致电机在低速区的良好扭矩特性得不到发挥。当然也有提出一定的解决方案，但是普遍还是存在系统结构较复杂，尺寸比较大的问题，限制了汽车本身的动力即人机工程的设计，并不适合实际实施使用。

综上所述，如何有效地解决目前混合动力车辆的动力混合系统设计复杂、体积大、控制难度高等的技术问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的第一个目的在于提供一种动力耦合器，该动力耦合器的结构设计可以有效地解决目前混合动力车辆的动力混合系统设计复杂、体积大、控制难度高等的技术问题，本实用新型的第二个目的是提供一种包括上述动力耦合器的混合动力系统；本实用新型的第三个目的是提供一种包括上述混合动力系统的车辆。

为了达到上述第一个目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种动力耦合器，包括：分别用于与三个不同动力输出组件传动连接的、同轴设置的内齿圈、中齿圈及外齿圈，所述外齿圈还用于连接动力输出轴；所述内齿圈、中齿圈及外齿圈由内至外相互套装，所述内齿圈与中齿圈之间、以及所述中齿圈与外齿圈之间均设置有活动接合组件，通过卡住或放开轮齿，令内齿圈与中齿圈之间、或中齿圈与外齿圈之间能够可控制的接合或分离。

优选的，上述动力耦合器中，所述活动接合组件包括分别设置于所述外齿圈的内缘与所述中齿圈的外缘之间、以及所述中齿圈的内缘与所述内齿圈的外缘之间的啮合块，以及控制啮合块转动的控制板，通过控制啮合块的角度转动，令内齿圈与中齿圈之间、或中齿圈与外齿圈之间卡紧或松开。

优选的，上述动力耦合器中，所述啮合块的一端与所述外齿圈或中齿圈的内缘转动连接，所述啮合块的另一端设置有伸出其侧面预设距离的顶销；所述控制板与各齿圈同轴设置，并位于各齿圈的平面侧，所述控制板的侧面设置有用于推动顶销转动的窗口结构。

优选的，上述动力耦合器中，所述啮合块成组设置，每组所述啮合块包括一对顶销相向的正向啮合块及反向啮合块，分别用于从正反不同方向顶紧对应的齿圈的齿；所述窗口结构具体为控制板上的镂空，镂空的边缘形状与对应齿圈的齿形状一致。

优选的，上述动力耦合器中，所述控制板上连接有与其板面垂直的控制杆，用于驱动所述控制板的转动。

本实用新型提供的这种动力耦合器，包括：分别用于与三个不同动力输出组件传动连接的、同轴设置的内齿圈、中齿圈及外齿圈，所述外齿圈还用于连接动力输出轴；所述内齿圈、中齿圈及外齿圈由内至外相互套装，所述内齿圈与中齿圈之间、以及所述中齿圈与外齿圈之间均设置有活动接合组件，通过卡住或放开轮齿，令内齿圈与中齿圈之间、或中齿圈与外齿圈之间能够可控制的接合或分离。这种动力耦合器设计包括三个位置上同轴设置、相互嵌套的齿圈，相邻的两个齿圈之间设置活动接合组件，通过控制活动接合组件的动作令活动接合组件将相邻的两个齿圈接合或分离，从而将与之相连的各个动力源实现耦合输出动力，由于这种设计直接通过齿圈的轮齿连接以实现转动的传递，因此相对离合器结构能够传递更大的转矩，所以，在发动机和电机共同输出时，令电机在低速区的良好扭矩特性能够充分发挥，而在高速区，同样的可以发挥高转速动力源的转速特性；此设计通过同轴嵌套的齿圈实现耦合，节省空间，可控的活动接合组件作用于相邻齿圈之间，占据设计空间小，并具有结构简单控制稳定的优点。综上所述，本实用新型提供的这种动力耦合器有效地解决了目前混合动力车辆的动力混合系统设计复杂、体积大、控制难度高的技术问题。

为了达到上述第二个目的，本实用新型还提供了一种混合动力系统，该混合动力系统包括发动机、第一电机及第二电机和上述任一种动力耦合器，所述发动机与所述内齿圈传动连接，所述第一电机与所述中齿圈传动连接，所述第二电机与所述外齿圈传动连接。由于上述的动力耦合器具有上述技术效果，具有该动力耦合器的混合动力系统也应具有相应的技术效果。

优选的，上述混合动力系统中，还包括电池组，所述第一电机与第二电机均与所述电池组连接，直接由电池组驱动转动或拖动所述电池组充电。

优选的，上述混合动力系统中，还包括根据动力输入情况或电池组电量，控制所述内齿圈、中齿圈及外齿圈各自之间接合或离合动作的驱动控制器。

优选的，上述混合动力系统中，还包括与所述动力输出轴传动连接的减速箱和差速器。

为了达到上述第三个目的，本实用新型还提供了一种车辆，该车辆包括上述任一种混合动力系统。由于上述的混合动力系统具有上述技术效果，具有该混合动力系统的车辆也应具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的动力耦合器的局部结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的动力耦合器的控制板的侧面结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的动力耦合器的啮合块的正视图；

图4为本实用新型实施例提供的动力耦合器的啮合块的侧视图；

图5为本实用新型实施例提供的混合动力系统的示意图；

图6为本实用新型实施例提供的混合动力系统内的动力耦合器在其中一种工作状态下的结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的混合动力系统内的动力耦合器在其中另一种工作状态下的结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的混合动力系统内的动力耦合器在其中另一种工作状态下的结构示意图；

图9为本实用新型实施例提供的混合动力系统内的动力耦合器在其中另一种工作状态下的结构示意图。

附图中标记如下：

发动机100、动力耦合器200、内齿圈201、中齿圈202、外齿圈203、啮合块204、正向啮合块2041、反向啮合块2042、顶销205、压缩弹簧206、控制板207、窗口结构2071、控制杆2072、第一电机300、第二电机400、电池组500、动力输出轴600、减速箱700、差速器800。

具体实施方式

本实用新型实施例公开了一种动力耦合器，以解决目前混合动力车辆的动力混合系统设计复杂、体积大、控制难度高的技术问题。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-图4，图1为本实用新型实施例提供的动力耦合器的局部结构示意图；图2为本实用新型实施例提供的动力耦合器的控制板的侧面结构示意图；图3为本实用新型实施例提供的动力耦合器的啮合块的正视图；图4为本实用新型实施例提供的动力耦合器的啮合块的侧视图。

本实用新型的实施例提供的这种动力耦合器，包括：分别用于与三个不同动力输出组件传动连接的、同轴设置的内齿圈201、中齿圈202及外齿圈203，所述外齿圈203还用于连接动力输出轴600；所述内齿圈201、中齿圈202及外齿圈203由内至外相互套装，所述内齿圈201与中齿圈202之间、以及所述中齿圈202与外齿圈203之间均设置有活动接合组件，通过卡住或放开轮齿，令内齿圈201与中齿圈202之间、或中齿圈202与外齿圈203之间能够可控制的接合或分离。

其中需要说明的是，实施例中所提到的齿圈即包括上述提到的内齿圈、中齿圈及外齿圈；活动接合组件位于内齿圈及中齿圈之间和中齿圈及外齿圈之间，其直接作用于对应齿圈的轮齿，通过轮齿实现齿圈的周向固定，以适应不同动力源的传动需求。

本实施例提供的这种动力耦合器设计包括三个位置上同轴设置、相互嵌套的齿圈，相邻的两个齿圈之间设置活动接合组件，通过控制活动接合组件的动作令活动接合组件将相邻的两个齿圈接合或分离，从而将与之相连的各个动力源实现耦合输出动力，由于这种设计直接通过齿圈的轮齿连接以实现转动的传递，因此相对离合器结构能够传递更大的转矩，所以，在发动机和电机共同输出时，令电机在低速区的良好扭矩特性能够充分发挥，而在高速区，同样的可以发挥高转速动力源的转速特性；此设计通过同轴嵌套的齿圈实现耦合，节省空间，可控的活动接合组件作用于相邻齿圈之间，占据设计空间小，并具有结构简单控制稳定的优点。综上所述，本实用新型提供的这种动力耦合器有效地解决了目前混合动力车辆的动力混合系统设计复杂、体积大、控制难度高的技术问题。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述动力耦合器中，所述活动接合组件包括分别设置于所述外齿圈203的内缘与所述中齿圈202的外缘之间、以及所述中齿圈202的内缘与所述内齿圈201的外缘之间的啮合块204，以及控制啮合块204转动的控制板207，通过控制啮合块204的角度转动，令内齿圈201与中齿圈202之间、或中齿圈202与外齿圈203之间卡紧或松开。

本实施例提供的技术方案中，进一步的优化了活动接合组件的设计，活动接合组件进一步的包括分别设置于相邻齿圈之间的啮合块和控制板，啮合块具有能够与齿圈的齿形相配合的边缘形状，优选的，设置多个啮合块，均匀的分布于齿圈的边缘，控制板能够通过自身的转动拨动啮合块的转动，从而令啮合块能够卡住或松开指定的齿圈边缘；此外通过具有整体结构的控制板同时控制同一区域内的多个啮合块的转动，操作控制容易实现。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述动力耦合器中，所述啮合块204的一端与所述外齿圈203或中齿圈202的内缘转动连接，所述啮合块204的另一端设置有伸出其侧面预设距离的顶销205；所述控制板207与各齿圈同轴设置，并位于各齿圈的平面侧，所述控制板207的侧面设置有用于推动顶销205转动的窗口结构2071。

优选的设计是，在各啮合块204顶销205的一端连接压缩弹簧206，通过压缩弹簧206将啮合块204自然顶出，令啮合块204与相应的齿圈的轮齿之间具有较好的接触配合，在需要时通过转动控制板207，通过转动啮合块204压缩压缩弹簧206，令啮合块204缩回，这种设计控制稳定，啮合块204不容易出现卡住无法伸出并卡紧轮齿的问题。

本实施例提供的技术方案中，优选的设计是，设置两个不同的控制板207，位于内齿圈201及中齿圈202之间区域侧面的为第一控制板，位于中齿圈202及外齿圈203之间区域侧面的为第二控制板，两个不同的控制板独立进行控制，分别用于控制内齿圈201及中齿圈202之间全部啮合块204，和中齿圈202及外齿圈203之间的全部啮合块204，这种设计控制的整体性更好，且仅采用两个不同的控制板就额可以实现全部啮合块204的控制，控制结构简单节省空间。

此外，控制板207本身结构优选为贴合齿圈侧面设置的平板状结构，在其上，具体是其圆面上的边缘区域，配合顶销205的位置，设置窗口结构2071，顶销205端部位置恰好能够伸入窗口结构2071，形成稳定的限位，通过控制控制板转动，以此拨动顶销205，带动啮合块204的转动，实现不同齿圈的接合或分离。

其次，啮合块204的另一端依不同的设置位置或者与中齿圈的内缘、或者与外齿圈的内缘转动连接，此转动连接可为铆接、销接等较为稳定的转动连接形式。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述动力耦合器中，所述啮合块204成组设置，每组所述啮合块204包括一对顶销205相向的正向啮合块2041及反向啮合块2042，分别用于从正反不同方向顶紧对应的齿圈的齿；所述窗口结构2071具体为控制板207上的镂空，镂空的边缘形状与对应齿圈的齿形状一致。

本实施例提供的技术方案中，啮合块204成对设置，其中一对啮合块204的设置间距恰好为对应齿圈相邻轮齿之间的间距，通过这种设计可以令一组啮合块204恰好卡住顶紧在相邻轮齿的侧面凹陷位置，形成稳定的固定效果，与之对应的控制板207上设置的串口结构也应相应的与啮合块204的设置方式相互配合。

本实施例中啮合块成对设置，以便从不同的旋转方向分别进行卡紧或松开，以此实现在指定旋转方向的超越，即两个动力源协同作用时，高转速区可以发挥较高转速动力源的优势，同时还可以具备较低转速动力源高扭矩的特点；此处采用镂空作为窗口结构，通过此设计可以采用长度相对较长的顶销，以便令窗口结构与顶销之间的相互作用更加稳定，以优化耦合器的工作稳定性及顺畅性。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述动力耦合器中，所述控制板207上连接有与其板面垂直的控制杆2072，用于驱动所述控制板207的转动。

本实施例提供的技术方案中，控制板上连接控制杆，优选设计为令控制杆伸出方向垂直于控制板的板面，此设计便于控制杆的转动作用传递给控制板，以较好的驱动其转动；当然本实施例中控制杆的伸出方向显然应背离各齿圈所在的一侧，并且为优化自动控制设计，应将各个控制杆连接专门设置的控制器，控制器应具有根据车况转速、动力源等条件控制各齿圈啮合情况的功能。

请参阅图5，图5为本实用新型实施例提供的混合动力系统的示意图。

基于上述实施例中提供的动力耦合器，本实用新型还提供了一种混合动力系统，该混合动力系统包括发动机100、第一电机300及第二电机400和上述实施例中任意一种动力耦合器200，所述发动机100与所述内齿圈201传动连接，所述第一电机300与所述中齿圈202传动连接，所述第二电机400与所述外齿圈203传动连接。由于该混合动力系统采用了上述实施例中的动力耦合器200，所以该混合动力系统的有益效果请参考上述实施例。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述混合动力系统中，还包括电池组500，所述第一电机300与第二电机400均与所述电池组500连接，直接由电池组500驱动转动或拖动所述电池组500充电。还包括根据动力输入情况或电池组500电量，控制所述内齿圈201、中齿圈202及外齿圈203各自之间接合或离合动作的驱动控制器。还包括与所述动力输出轴600传动连接的减速箱700和差速器800。

本实施例提供的技术方案包括两个不同的电机动力源及发动机动力源，并设置可充电及供电驱动转动的电池组，经上述实施例优化后的混合动力系统的技术方案的工作原理大致为：

包括以下几种常用的驱动模式，其中有纯电驱动模式，当电池组电量充足时，混合动力系统就优选处于纯电驱动模式。

包括由第一电机单独驱动的情况：

请参阅图6，图6为本实施例中混合动力系统内的动力耦合器在对应工作状态下的结构示意图。

此模式下，此时通过分别转动两个控制板207的控制杆2072，使得内齿圈201与中齿圈202之间的正向啮合块2041及反向啮合块2042均与内齿圈201分离，中齿圈202与外齿圈203之间的正向啮合块2041及反向啮合块2042均与中齿圈202接合。

内齿圈201与中齿圈202之间，被控于双向超越分离模式，中齿圈202与外齿圈203之间被控于双向传递动力模式，发动机100和第二电机400不参与工作，动力从第一电机300传到外齿圈203上，进一步将动力传到动力输出轴600上。

由第二电机单独驱动的情况：

请参阅图7，图7为本实施例中混合动力系统内的动力耦合器在对应工作状态下的结构示意图。

此时通过分别转动两个控制板207的控制杆2072，使得内齿圈201与中齿圈202之间的正向啮合块2041及反向啮合块2042均与内齿圈201分离，中齿圈202与外齿圈203之间的正向啮合块2041及反向啮合块2042均与中齿圈202分离。

内齿圈201与中齿圈202之间，被控于双向超越分离模式，中齿圈202与外齿圈203之间被控于双向超越分离模式，发动机100和第一电机300不参与工作，动力从第二电机400传到外齿圈203上，再由直接经由外齿圈203进一步将动力传到动力输出轴600上。

双电机并联驱动的情况：

请参阅图6，图6为本实施例中混合动力系统内的动力耦合器在对应工作状态下的结构示意图。

此模式下，第一电机300和第二电机400共同驱动车辆，此时通过分别转动两个控制板207的控制杆2072，使得内齿圈201与中齿圈202之间的正向啮合块2041及反向啮合块2042均与内齿圈201分离，中齿圈202与外齿圈203之间的正向啮合块2041及反向啮合块2042均与中齿圈202接合。

使得动力耦合器200的内齿圈201与中齿圈202之间，被控于双向超越分离模式，其中齿圈202与外齿圈203之间被控于双向传递动力模式，发动机100不参与工作，动力从第一电机300和第二电机400分别传到外齿圈203上，再进一步传到动力输出轴600上。

除了上述仅由电机驱动的模式，还包括发动机驱动模式：

请参阅图8，图8为本实施例中混合动力系统内的动力耦合器在对应工作状态下的结构示意图。

此模式下，此时通过分别转动两个控制板207的控制杆2072，使得内齿圈201与中齿圈202之间的正向啮合块2041及反向啮合块2042均与内齿圈201接合，中齿圈202与外齿圈203之间的正向啮合块2041及反向啮合块2042均与中齿圈202接合。

动力耦合器200的各个齿圈之间均被控于双向传递动力模式，动力经发动机100输出轴分别经由动力耦合器200的内齿圈201、中齿圈202、外齿圈203，进一步传到动力输出轴600上。

由于本系统中发动机不再需要单独设置有常规的起动机，发动机的启动可由动力耦合器200与第一电机300的配合工作实现：

请参阅图1，图1中的动力耦合器的结构恰好为本实施例中系统在对应工作状态下的结构示意图。

令动力耦合器200的内齿圈201与中齿圈202件的正向啮合块2041与内齿圈201接合，反向啮合块2042与内齿圈201分离，动力耦合器200的内齿圈201与中齿圈202之间处于反向传递动力或超越模式；

而外齿圈203与中齿圈202之间的正向啮合块2041和反向啮合均与中齿圈202分离，外齿圈203与中齿圈202之间双向超越分离的状态。

第一电机300带动发动机100启动，此时动力只能由动力耦合器200的内齿圈201和中齿圈202进行反向传递，以便令发动机100启动后在无负载的情况下快速达到稳定怠速状态。

此外，常见工作模式还有发动机和电机混合驱动的工作模式。

其中包括增程模式：

当电池组500电量不足预定值时，混合动力系统优先被控于增程模式实现纯电驱动。

请参阅图9，图9为本实施例中混合动力系统内的动力耦合器在对应工作状态下的结构示意图。

此模式下，发动机100与第一电机300串联，第一电机300在发动机100的拖动下为电池组500充电，电池组500为第二电机400供电，由第二电机400单独驱动车辆。

此时，通过分别转动两个控制板207的控制杆2072，使得内齿圈201与中齿圈202之间的正向啮合块2041及反向啮合块2042均与内齿圈201接合，中齿圈202与外齿圈203之间的正向啮合块2041及反向啮合块2042均与中齿圈202分离。

此情况下，内齿圈201与中齿圈202之间为双向传递动力状态，以实现发动机100拖动第一电机300进行发电；外齿圈203与中齿圈202间为双向超越分离的状态，第一电机300和第二电机400之间不能传递动力。

还包括发动机与任意一台电机并联共同驱动的模式：

请参阅图8，图8为本实施例中混合动力系统内的动力耦合器在对应工作状态下的结构示意图。

此模式下，发动机100与第一电机300或第二电机400共同驱动车辆，此时通过分别转动两个控制板207的控制杆2072，使得内齿圈201与中齿圈202之间的正向啮合块2041及反向啮合块2042均与内齿圈201接合，中齿圈202与外齿圈203之间的正向啮合块2041及反向啮合块2042均与中齿圈202接合。内齿圈201与中齿圈202之间和中齿圈202与外齿圈203之间均被控于双向传递动力的状态。

还包括混联驱动模式：

此模式下，发动机100与第一电机300串联，第一电机300在发动机100的拖动下为电池组500充电，发动机100与第二电机400并联，发动机100与第二电机400共同驱动车辆。

请参阅图8，图8为本实施例中混合动力系统内的动力耦合器在对应工作状态下的结构示意图。

此情况下，通过分别转动两个控制板207的控制杆2072，使得内齿圈201与中齿圈202之间的正向啮合块2041及反向啮合块2042均与内齿圈201接合，中齿圈202与外齿圈203之间的正向啮合块2041及反向啮合块2042均与中齿圈202接合。内齿圈201与中齿圈202之间和中齿圈202与外齿圈203之间均被控于双向传递动力的状态。

在以上常见工作模式的基础上还包括一种能量回收模式：

请参阅图6，图6为本实施例中混合动力系统内的动力耦合器在对应工作状态下的结构示意图。

此模式下，第一电机300和第二电机400被反拖发电，为电池组500充电，将车辆的动能或势能转化为电能进行回收，此时，通过转动各控制板207的控制杆2072，内齿圈201与中齿圈202之间的正向啮合块2041及反向啮合块2042均与内齿圈201分离，中齿圈202与外齿圈203之间的正向啮合块2041及反向啮合块2042均与中齿圈202接合。中齿圈202与外齿圈203之间被控于双向传递动力的状态，而中齿圈202与内齿圈201之间被控于双向超越分离模式，以防止发动机100被反拖。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。