CN101345452B - 混合动力驱动系统 - Google Patents

Abstract

一种混合动力驱动系统，该系统包括具有输出轴的发动机，具有外转子和内转子的发电机，具有定子和转子的电动机，具有输入轴和输出轴的变速器，逆变器以及与逆变器电连接的电池组，其中：所述发电机的外转子连接到发动机的输出轴，内转子连接到变速器的输入轴；所述电动机的转子连接到变速器的输入轴；所述发电机的外转子的线圈和所述电动机的转子的线圈分别与逆变器电连接。在这种混合动力驱动系统中，通过对发电机中的线圈的电流进行控制，可以实现发电机的发电工作状态、驱动工作状态和非工作状态。发动机可以在最佳燃油效率区中工作，减少车辆排放。同时，本发明的混合动力驱动系统结构简单且控制方便。

Description

混合动力驱动系统

技术领域

本发明涉及一种混合动力驱动系统。

背景技术

EP 0743208 A2涉及一种动力输出装置，该装置包括具有输出轴的发动机，外转子与发动机的输出轴连接且内转子与驱动轴连接的离合电机，与驱动轴连接的辅助电机，以及用于控制离合电机和辅助电机的控制器。通过控制器对离合电机的三相线圈的输入电流进行控制，可以实现离合电机的外转子和内转子自由相对转动(相当于传统离合器的分离状态)，外转子相对于内转子滑动以使用发动机的输出动力进行发电，以及外转子和内转子相对固定或彼此锁止(相当于传统离合器的接合状态)。同时，控制器可以对辅助电机进行控制，使辅助电机为驱动轴增加动力或者使用驱动轴上的部分动能进行发电。这种动力输出装置能够有效利用发动机的输出动力，且结构简单。

但是，这种动力输出装置的动力来源主要是发动机，辅助电机只是在需要的时候为发动机提供助力，这在目前对环保和能源的要求越来越高的情况下是不利的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种改进的混合动力驱动系统，该系统主要由电机提供动力输出，并且结构简单，发动机燃油效率高。

为了实现上述目的，本发明提供一种混合动力驱动系统，该系统包括具有输出轴的发动机，具有外转子和内转子的发电机，具有定子和转子的电动机，具有输入轴和输出轴的变速器，逆变器以及与逆变器电连接的电池组，其中：所述发电机的外转子连接到发动机的输出轴，内转子连接到变速器的输入轴；所述电动机的转子连接到变速器的输入轴；所述发电机的外转子的线圈和所述电动机的定子的线圈分别与逆变器电连接。

在这种混合动力驱动系统中，通过对发电机中的线圈的电流进行控制，可以实现发电机的发电工作状态、驱动工作状态和非工作状态。

具体而言，在发动机正常工作时，使发电机内转子的励磁线圈通直流电产生励磁磁场，外转子的线圈接通逆变器，当外转子与内转子存在转速差时，在外转子的线圈中将产生感应电流，从而发动机的输出动力能够通过发电机转变成电能，该电能经过逆变器存储到电池组中或者供给电动机使用。

在发动机正常工作时，使发电机内转子的励磁线圈通直流电产生励磁磁场，同时断开外转子的线圈与逆变器的电连接，并使外转子线圈短接，则当外转子与内转子存在转速差时，在外转子的线圈中将产生涡流，因此产生电磁耦合作用，此时发电机成为一个涡流联轴器，发动机的输出动力将通过这个涡流联轴器直接传递给变速器。此时，发电机相当于传统离合器的接合。

在内转子的励磁线圈和外转子的线圈均断开时，发电机内部不存在磁场，发动机处于怠速或静止状态，内转子相对于外转子处于可自由转动的状态，从而完全切断了发动机与变速器之间的动力路线。此时，发电机相当于传统离合器的分离。

此外，在本发明的混合动力驱动系统中，电动机作为主要的动力源用于驱动车辆行驶，而发动机主要是在电池组中的电量不足时用来驱动发电机发电，或者在车辆需要急加速或者爬坡等工况时为电动机提供助力。因此，发动机可以在最佳燃油效率区中工作，减少车辆排放。同时，由于发电机具有上述的三种工作状态，因此本发明的混合动力驱动系统结构简单且控制方便。

本发明的其它优点和附加特征将在下面通过结合附图进行详细描述。

附图说明

图1是本发明的一种混合动力驱动系统的示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的一种混合动力驱动系统，包括具有输出轴14的发动机1，具有外转子3和内转子4的发电机2，具有定子7和转子8的电动机6，具有输入轴15和输出轴16的变速器5，逆变器9以及与逆变器9电连接的电池组10，其中：所述发电机2的外转子3连接到发动机1的输出轴14，内转子4连接到变速器5的输入轴15；所述电动机6的转子8连接到变速器5的输入轴15；所述发电机2的外转子3的线圈和所述电动机6的定子7的线圈分别与逆变器9电连接。变速器5的输出轴16可以依次通过差速器11和半轴12连接到车轮13。

作为例子，所述发电机2可以为三相异步发电机，其外转子3的线圈可以与逆变器9相连或断开与逆变器9的连接而自身短接，所述内转子4的线圈可以接入直流电I或与直流电I断开。

当电池组10电量充足，并且在正常的行驶模式下，则只有电动机6单独提供动力，此时发动机1及发电机2不工作，发电机的内转子4的励磁线圈与外转子3的线圈均断开。

当控制系统检测到电池组10的电量下降到某一个阀值时，则起动发动机1带动发电机2发电，此时发电机内转子4的励磁线圈通入直流电17，直流电电流I的大小可以调节，通过调节直流电电流I的大小以达到合适的励磁磁场，发电机外转子3的线圈连接逆变器9并充电给电池组10。当控制系统检测到电池组10的电量上升到某一个阀值时，则关闭发动机1，停止发电，同时把内转子4的励磁线圈和外转子3的线圈断开。

当在高速的情况下需要继续加速或者爬坡时，必须给车辆提供更大的动力。此时，发动机1起动，发电机内转子4的励磁线圈通入直流电，而发电机外转子3的线圈短接。若此时发电机的外转子3与内转子4存在转速差，则在外转子3的线圈中将产生感应电流，形成涡流，其方向可以由右手法则确定，而这个涡流又受到磁场的作用而产生电磁力，其方向可以用左手法则确定，这个力作用于发电机的外转子3而形成一个转矩，其方向与外转子3的旋转方向相反，根据作用力与反作用力原理，在发电机的内转子4上同样受到这样一个电磁力，只是方向相反而已，这个电磁力将对内转子4形成一个转矩，其方向与内转子4转向相同，因此它是驱动转矩。这样，发电机2就成了一个涡流联轴器，发动机1的动力通过该涡流联轴器直接传递给变速器5。由于变速器5受到了两个动力的驱动，所以动力性能明显提高，能够满足车辆的动力需求。

当车辆需要减速制动或下坡的时候，发动机1与发电机2不工作，发电机内转子4的励磁线圈及外转子3的线圈断开，这样发电机2与变速器5就脱开了，此时电动机6变成发电机，通过逆变器9把回收的能量充给电池组10。

根据本发明，可以通过对发电机内转子的励磁线圈和外转子线圈中的电流进行控制，分别实现发电机的三种工作状态，即发电工作状态、驱动工作状态和非工作状态。电流的控制方式可以使用现有技术中任何合适的方式来实现，例如可以使用EP 0743208 A2中所公开的各种合适的控制方式，本发明对此不再赘述。

另外，根据本发明，还可以为电池组提供外接充电接口，使用外部电源如充电站的电源或者市电对电池组10进行充电。

本发明主要有以下优点：

(a)动力电池组10可以由外在的电源充电，并且车辆具备纯电动的行驶模式，减少了燃油消耗，减少了汽车排放；

(b)发动机1不直接连接变速器5，它的主要功能就是当动力电池组10电量不足时，用来发电并给动力电池组10充电，因此发动机1可以在最佳的燃油效率区中工作，这一方面也减少了汽车的排放；

(c)如果将发电机2的外转子3的线圈短接，那么发电机2将成为一个涡流联轴器，因此可以把发动机1的动力传递给变速器5，实现双动力驱动，为汽车提供更充足的动力；

(d)发电机内转子轴15与变速器5的输入轴之间不装离合器，它是通过控制发电机2的工作状态来实现离合的作用，从而实现汽车的纯电动驱动模式与双动力驱动模式的变换；

(e)电动机转子轴16与变速器5的输入轴之间也不装离合器，变速器5换档时是通过控制电动机6的转子8的转速以现实换档同步的目的；

(f)能实现能量的回收，当汽车减速或制动时，电动机6变成发电机，从而实现制动能量的回收；

(g)本发明结构简单，布置紧凑，发动机燃油效率高，排放低，并且车辆动力性能好。

Claims (3)

1.一种混合动力驱动系统，包括具有输出轴(14)的发动机(1)，具有外转子(3)和内转子(4)的发电机(2)，具有定子(7)和转子(8)的电动机(6)，具有输入轴(15)和输出轴(16)的变速器(5)，逆变器(9)以及与逆变器(9)电连接的电池组(10)，其中：

所述发电机(2)的外转子(3)连接到发动机(1)的输出轴(14)，内转子(4)连接到变速器(5)的输入轴(15)；

所述电动机(6)的转子(8)连接到变速器(5)的输入轴(15)；

所述发电机(2)的外转子(3)的线圈和所述电动机(6)的定子(7)的线圈分别与逆变器(9)电连接；

所述发电机(2)为三相异步发电机，所述外转子(3)的线圈可以与逆变器(9)相连或断开与逆变器(9)的连接而自身短接，所述内转子(4)的线圈可以接入直流电或与直流电断开。

2.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其中所述电池组(10)具有外接充电接口，使用外部电源对电池组(10)进行充电。

3.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其中所述变速器(5)的输出轴(16)依次通过差速器(11)和半轴(12)连接到车轮(13)。

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