[发明专利]一种基于复合行星轮系的电驱动和混合动力传动装置

说明书

本发明公开了一种基于复合行星轮系的电驱动和混合动力传动装置，包括一个有两个齿圈的复合行星轮系和一个简单行星轮系传动机构、一个发电机和驱动电机、多个离合器和可选择方向离合器、控制器、电机逆变器、外接电池包、和外部动力如发动机。复合轮系的小齿圈通过固定速比和电机连接，大齿圈和输出轴通过固定速比连接。复合行星轮架连接简单轮系的齿圈。外部动力输入轴可以通过离合器连接简单行星架、复合轮系太阳轮、电机连接齿轮。本装置可以提供三个电驱动速比挡位、一个串联和三个连续变速、以及9个固定速比的混合动力工作模式。本发明适用于电动和混合动力车辆的电驱动和混合动力耦合传动，包括船和水陆两栖车辆、飞行器、以及工程机械。

技术领域

本发明涉及车辆电驱动和动力传动装置，尤其是一种用于增程、插电和常规混合动力车辆的基于复合行星轮系的单电机驱动、多种动力分流模式的混合动力传动系统。

背景技术

纯电驱动车辆清洁环保，有利于推动可再生能源的发展利用和满足能源多样化的战略需求，日常使用和维修成本低，政府政策支持，值得大力推广。因为充电设施的局限性，纯电动汽车的普及远不如传统燃油车。增程式电动车如通用汽车雪佛兰VOLT日常充电后完全可以纯电动运行，不充电时采用动力分流混合动力模式运行，油耗优于传统燃油车。几十万台的美国用户证明了他们的绝大多数里程是纯电动行驶，是一种值得推广的技术。丰田汽车的Prius采用输入动力分流混合动力模式，取得了非常好的油耗和市场规模。VOLT和Prius表明基于行星齿轮系的动力分流混合动力技术性能优越，更新一代技术会推动增程式电动汽车和混合动力汽车的进一步提升和发展。Prius的电池包小，成本相比Volt低，她的巨大市场表明低成本和低油耗是市场客户的重要导向。

VOLT和Prius都采用基于行星齿轮系的双电机和两个电机逆变器的动力分流设计，成本比单电机动力分流技术高。

Prius仅有一个连续变速模式，即输入动力分流模式。该模式在车辆速度低的时候效率好，但在较高速度时发电机速度太高，能量损耗大；尤其在纯电模式下，发电机速度很快达到极限，必须启动发动机，产生排放和油耗。

通用汽车的2MH混合动力系统有两个动力分流模式，同时还有四个固定速比挡位。2MH表明固定速比挡位和多个动力分流模式可以提升动力性和燃油经济性。

为了满足清洁纯电出行的需求和市场对成本和油耗的要求，需要发明一种具有单电机低成本和多个动力分流模式以及固定速比挡位的电驱动和混合动力传动系统。

发明内容

本发明针对以上的技术提升和改进需求，提供一种基于单电机复合行星齿轮系的电驱动和混合动力传动装置，具有多个固定速比的纯电驱动、一个串联充电和多个连续变速混联模式，适合于低、中、高车速、以及9个固定速比挡位。不仅降低了系统成本，减小了系统体积，而且显著提升了系统的油耗经济性。

为了实现上述目的，本发明采用一下技术方案：一种基于复合行星轮系的电驱动和混合动力传动装置，包括电动机、动力输出轴以及变速箱体，变速箱体上连接有由外部动力驱动的外部动力输入轴，其结构特点是：所述变速箱体上固定连接有上述可选择方向离合器和制动器，可选择方向离合器和制动器分别转动连接在所述外部动力输入轴上；

所述变速箱体内设有一个复合行星轮系和一个简单行星齿轮系；

所述复合行星轮系包括复合轮系行星架、太阳行星轮、复合轮系小齿圈、复合轮系小齿圈外齿轮、复合轮系太阳轮、复合轮系齿圈行星轮、复合轮系大齿圈以及复合轮系输出齿轮，所述可选择方向离合器的制动端分别能与复合轮系太阳轮连接、通过第三离合器与复合轮系行星架连接、与第一离合器连接，所述太阳行星轮和复合轮系齿圈行星轮连接在复合轮系行星架上，所述太阳行星轮分别与复合轮系太阳轮、复合轮系小齿圈外齿轮与啮合，所述复合轮系大齿圈分别与复合轮系齿圈行星轮、复合轮系输出齿轮啮合，所述复合轮系输出齿轮通过减速机构驱使动力输出轴转动；