CN107933287A - 一种共用外齿圈的双行星排双轴混合动力传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种共用外齿圈的双行星排双轴混合动力传动装置，包括发动机以及第一电机、第二电机和输出轴，还包括位于所述第一电机和第二电机之间的第一行星排和第二行星排，所述第一行星排和第二行星排通过外齿圈相连，所述的第一行星排与所述的第一电机相连，所述第二行星排与所述的第二电机相连，所述的发动机通过第一传动轴与所述的第一行星排相连，所述的输出轴通过第二传动轴与所述的外齿圈相连，所述第一传动轴和第二传动轴同轴布置。本发明的混合动力传动装置，共用外齿圈传动，降低了对传动装置的设计要求，节约了布置空间，降低了成本，同时，双轴布置的传动方式，传动效率更高，使整车的动力性更好。

Description

一种共用外齿圈的双行星排双轴混合动力传动装置

技术领域

本发明涉及汽车混合动力传动技术领域，更具体地说，它涉及一种共用外齿圈的双行星排双轴混合动力传动装置。

背景技术

丰田推出首款混合动力汽车Prius，到2015年推出了最新第四代Prius，仍采用THS动力分流式结构，行星齿轮系统对发动机的输出功率进行重新分配，达到合理平衡发动机负荷的目的。附图1所示即为丰田Prius混合动力轿车的动力传动装置结构原理图，包括发动机E、电机MG1、电机MG2以及包括一个单行星排的动力耦合系统等部件，在此机构中，发动机E通过减震阻尼器与单行星排的行星架a相连，并通过行星齿轮b将动力传递给外齿圈c和太阳轮d，外齿圈c与输出轴相连，输出轴通过减速齿轮组e和电机MG2的转子相连，太阳轮d与电机MG1的转子相连，输出轴通过链传动系统f、主减速器g以及差速器h将动力传递给车轮。该系统将发动机E大部分转矩直接传递到输出轴上，将小部分转矩传给电机MG1以用于发电，电机MG1发出的电能根据指令用于电池充电或驱动电机MG2，以增加驱动力。这种结构可以通过调节电机MG1的转矩和转速，让发动机一直处于高效率区或低排放区，此外，通过调节行星排各元件的转速，使其像无级变速器一样工作。

由于上述动力传动装置采用单行星排，减速比低，对电机的转速变化范围、转矩要求高，从而对电机的整体要求高，并且，为达到足够的减速比，输出轴的减速装置采用了包括链传动系统f、主减速器g的多级传动部件，发动机传动效率低，而且加大了系统的复杂性，增加了系统对空间布置的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，提供一种可双启动加速，提高发动机传动效率，能够提高整车动力性的共用外齿圈的双行星排双轴混合动力传动装置。

本发明的技术方案是这样的：一种共用外齿圈的双行星排双轴混合动力传动装置，包括发动机以及第一电机、第二电机和输出轴，还包括位于所述第一电机和第二电机之间的第一行星排和第二行星排，所述第一行星排和第二行星排通过外齿圈相连，所述的第一行星排与所述的第一电机相连，所述第二行星排与所述的第二电机相连，所述的发动机通过第一传动轴与所述的第一行星排相连，所述的输出轴通过第二传动轴与所述的外齿圈相连，所述第一传动轴和第二传动轴同轴布置。

作为进一步地改进，所述的第一行星排包括依次啮合的第一太阳轮和第一行星轮，所述的第二行星排包括依次啮合的第二太阳轮和第二行星轮，所述的外齿圈与所述的第一行星轮和第二行星轮同时啮合相连。

进一步地，所述的第一传动轴与第一行星轮之间设有将二者相连的行星架，所述的外齿圈与所述的第二传动轴之间设有将二者相连的连接架。

进一步地，所述的第一太阳轮通过轴与所述第一电机的转子相连，所述的第二太阳轮通过轴与所述第二电机的转子相连。

进一步地，所述的第一太阳轮和第二太阳轮同轴布置，且分别套设于所述的第一传动轴和第二传动轴上。

进一步地，所述的第一电机和第一行星排之间设有能够将所述行星架固定的第一锁止离合器，所述的第一锁止离合器一侧还设有能够将所述行星架和外齿圈相连的第二锁止离合器。

进一步地，还包括将所述第一电机、第二电机、第一行星排和第二行星排包围的壳体，所述的第二行星轮通过固定架固定在所述的壳体上。

进一步地，所述的第一传动轴通过减震器与所述发动机的曲轴相连。

有益效果

本发明与现有技术相比，具有的优点为：

1、本发明的混合动力传动装置，采用共用外齿圈的双行星排结构，可实现无极变速，发动机、第一电机和第二电机三个输入的转矩耦合后传到输出端，三个输入端的不同工作模式和状态的组合可产生多种不同的输出模式，达到节约能源的目的，其纯电模式双电机对外输出扭矩，加速性能好，同时也降低了电机的设计要求，优化了传动装置的布局，降低了成本，且发动机可直接连负载，动力直接输出，传动效率更高，使的整车动力性更好，其共用外齿圈的设计，减少了零件数量，进一步降低了成本，优化了布置空间。

附图说明

图1为现有技术的结构原理图；

图2为本发明的结构原理图。

其中：1-发动机、2-曲轴、3-第一电机、4-第二电机、5-输出轴、6-第一行星排、7-第二行星排、8-外齿圈、9-第一传动轴、10-第二传动轴、11-行星架、12-连接架、13-第一锁止离合器、14-第二锁止离合器、15-壳体、16-固定架、17-减震器、6a-第一太阳轮、6b-第一行星轮、7a-第二太阳轮、7b-第二行星轮。

具体实施方式

下面结合附图中的具体实施例对本发明做进一步的说明。

参阅图2，本发明的一种共用外齿圈的双行星排双轴混合动力传动装置，包括发动机1以及第一电机3、第二电机4和输出轴5，还包括位于第一电机3和第二电机4之间的第一行星排6和第二行星排7，使发动机1、第一电机3、第一行星排6、第二行星排7以及第二电机4依次并列排列，第一行星排6和第二行星排7通过外齿圈8相连，使二行星排共用一个齿圈传递转矩，使传动系统集成度高，减少了零件数量，第一行星排6与第一电机3相连，第二行星排7与第二电机4相连，发动机1通过第一传动轴9与第一行星排6相连，输出轴5通过第二传动轴10与外齿圈8相连，结构紧凑，确保动力传递的连续性，其第一传动轴9和第二传动轴10同轴布置，提高动力传递的稳定性，二者之间不受扭矩的影响。本发明的混合动力传动装置，共用外齿圈传动，降低了对传动装置的设计要求，节约了布置空间，降低了成本，同时，双轴布置的传动方式，传动效率更高，使整车的动力性更好。

具体的，第一行星排6包括依次啮合的第一太阳轮6a和第一行星轮6b，第二行星排7包括依次啮合的第二太阳轮7a和第二行星轮7b，为了受力平衡，第一行星轮6b和第二行星轮7b均设计成三或四个，且第一行星轮6b和第二行星轮7b的数量相对应，分别在第一太阳轮6a和第二太阳轮7a的圆周上等分布置，且外齿圈8与多个第一行星轮6b和第二行星轮7b同时啮合相连，第一传动轴9与第一行星轮6b之间设有将二者相连的行星架11，行星架11将所有的第一行星轮6b相连，相应的，外齿圈8与第二传动轴10之间设有将二者相连的连接架12，连接架12位于二行星排之间，第一太阳轮6a通过轴与第一电机3的转子相连，第二太阳轮7a通过轴与所述第二电机4的转子相连，第一太阳轮6a和第二太阳轮7a同轴布置，且分别套设于第一传动轴9和第二传动轴10上，提高传动稳定性。

本发明的传动装置还包括将第一电机3、第二电机4、第一行星排6和第二行星排7包围的壳体15，使传动部件均位于一个包围的空间内，能够保护传动部件不受损伤的同时，还可以使第一电机3、第二电机4、第一行星排6和第二行星排7能够共用一个冷却润滑系统，易于控制，便于布局，其中，第二行星轮7b通过固定架16固定在壳体15上，固定架16将所有的第二行星轮7b连接，使所有的第二行星轮7b均不能绕着第二太阳轮7a转动，第一传动轴9和第二传动轴10均插接在壳体15内，并且，第一传动轴9通过减震器17与发动机1的曲轴2相连，提高动力传递的稳定性。

本实施例中，在第一电机3和第一行星排6之间设有能够将行星架11固定的第一锁止离合器13，在第一锁止离合器13一侧还设有能够将行星架11和外齿圈8相连的第二锁止离合器14，其中，第一锁止离合器13闭合时，将行星架11固定在壳体15上，第二锁止离合器14闭合时，将行星架11和外齿圈8结合成为一体，并一起转动。本发明的传动装置采用共用外齿圈的双行星排结构，可实现无极变速，发动机1、第一电机3和第二电机4三个输入的转矩耦合后传到输出轴5，三个输入端的不同工作模式和状态的组合可产生多种不同的输出模式，具体表现为：

(1)纯电单电机驱动模式：当第一锁止离合器13和第二锁止离合器14均处于原位打开或者第二锁止离合器14打开，第一锁止离合器13闭合，将行星架11固定在壳体15上时，第二电机4工作，其转矩通过转子、第二太阳轮7a、第二行星轮7b、外齿圈8传递到连接架12、第二传动轴10，最后通过输出轴5输出，此时，由于第一行星排6和第二行星排7共用外齿圈8，第二电机4的转矩通过外齿圈8和第一行星轮6b传递到第一太阳轮6a，使其空转，而第一行星轮6b自转但不能绕着第一太阳轮6a公转；

(2)纯电双电机驱动模式：当第二锁止离合器14打开，第一锁止离合器13闭合，将行星架11固定在壳体15上时，即发动机被锁住不动，此时第一电机3和第二电机4同时工作，第二电机4输入的转矩通过其转子、第二太阳轮7a、第二行星轮7b、外齿圈8传递到连接架12、第二传动轴10，,第一电机3的转矩通过其转子、第一太阳轮6a、第一行星轮6b、外齿圈8传递到连接架12、第二传动轴10，最后两个电机的转矩耦合后通过输出轴5输出，可以通过改变两个电机的转矩和转速改变输出轴5的转速，操作方便，采用双电机对外输出转矩，加速性能好，同时也降低了电机的设计要求进而降低成本；

(3)E-CVT模式：即机电耦合无极变速模式，当第一锁止离合器13和第二锁止离合器14处于原位打开状态，此时发动机1和第二电机4工作，第二电机4可作为辅助助力，其转矩通过其转子、第二太阳轮7a、第二行星轮7b，外齿圈8传递到连接架12、第二传动轴10，发动机1的转矩通过行星架11、第一行星轮6b、外齿圈8传递到连接架12、第二传动轴10，发动机1和第二电机4的转矩耦合后，最终通过输出轴5输出，由于第一行星轮6b带动了第一太阳轮6a的转动，使发动机1的部分转矩通过第一太阳轮6a传递给第一电机3发电，用于电池充电，从而使发动机处于理想工作区域，实现节油；

(4)并联驱动模式：当第一锁止离合器13处于原位打开，第二锁止离合器14闭合，将行星架11与外齿圈8锁止时，发动机1、第一电机3和第二电机4工作，行星架11与外齿圈8转速相同，相当于发动机1的转矩直接传递到输出轴5，提高了传动效率，而此时第一电机3和第二电机4可作为辅助动力，两个电机的转矩汇合后，在与发动机1的转矩耦合，形成三个动力同时输出的输出方式，确保发动机处于最佳工作状态，实现节油；

(5)纯发动机驱动模式：当第一锁止离合器13处于原位打开，第二锁止离合器14闭合，将行星架11与外齿圈8锁止时，行星架11与外齿圈8转速相同，第一电机3和第二电机4空转，发动机1的转矩直接传递到输出轴5，传动效率高，整车动力性好。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (8)

1.一种共用外齿圈的双行星排双轴混合动力传动装置，包括发动机(1)以及第一电机(3)、第二电机(4)和输出轴(5)，其特征在于，还包括位于所述第一电机(3)和第二电机(4)之间的第一行星排(6)和第二行星排(7)，所述第一行星排(6)和第二行星排(7)通过外齿圈(8)相连，所述的第一行星排(6)与所述的第一电机(3)相连，所述第二行星排(7)与所述的第二电机(4)相连，所述的发动机(1)通过第一传动轴(9)与所述的第一行星排(6)相连，所述的输出轴(5)通过第二传动轴(10)与所述的外齿圈(8)相连，所述第一传动轴(9)和第二传动轴(10)同轴布置。

2.根据权利要求1所述的一种共用外齿圈的双行星排双轴混合动力传动装置，其特征在于，所述的第一行星排(6)包括依次啮合的第一太阳轮(6a)和第一行星轮(6b)，所述的第二行星排(7)包括依次啮合的第二太阳轮(7a)和第二行星轮(7b)，所述的外齿圈(8)与所述的第一行星轮(6b)和第二行星轮(7b)同时啮合相连。

3.根据权利要求2所述的一种共用外齿圈的双行星排双轴混合动力传动装置，其特征在于，所述的第一传动轴(9)与第一行星轮(6b)之间设有将二者相连的行星架(11)，所述的外齿圈(8)与所述的第二传动轴(10)之间设有将二者相连的连接架(12)。

4.根据权利要求2所述的一种共用外齿圈的双行星排双轴混合动力传动装置，其特征在于，所述的第一太阳轮(6a)通过轴与所述第一电机(3)的转子相连，所述的第二太阳轮(7a)通过轴与所述第二电机(4)的转子相连。

5.根据权利要求2所述的一种共用外齿圈的双行星排双轴混合动力传动装置，其特征在于，所述的第一太阳轮(6a)和第二太阳轮(7a)同轴布置，且分别套设于所述的第一传动轴(9)和第二传动轴(10)上。

6.根据权利要求3所述的一种共用外齿圈的双行星排双轴混合动力传动装置，其特征在于，所述的第一电机(3)和第一行星排(6)之间设有能够将所述行星架(11)固定的第一锁止离合器(13)，所述的第一锁止离合器(13)一侧还设有能够将所述行星架(11)和外齿圈(8)相连的第二锁止离合器(14)。

7.根据权利要求2所述的一种共用外齿圈的双行星排双轴混合动力传动装置，其特征在于，还包括将所述第一电机(3)、第二电机(4)、第一行星排(6)和第二行星排(7)包围的壳体(15)，所述的第二行星轮(7b)通过固定架(16)固定在所述的壳体(15)上。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种共用外齿圈的双行星排双轴混合动力传动装置，其特征在于，所述的第一传动轴(9)通过减震器(17)与所述发动机(1)的曲轴(2)相连。