專利名稱：磁力耦合的同軸式混聯(lián)結(jié)構(gòu)汽車混合動力系統(tǒng)及混合方法
技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種磁力耦合的同軸式混聯(lián)結(jié)構(gòu)汽車混合動力系統(tǒng)及動力混合工作的方法。
背景技術(shù)：
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近年來，機動車廢氣排放己成為城市大氣污染的重要來源之一。汽油發(fā)動機的最高熱效率為33%左右，超過30%的區(qū)域就是發(fā)動機受限制的工作區(qū)域。當前，汽車動力系統(tǒng)中，燃料能量的13%用于行駛，其余的87%用做驅(qū)動配件以及變成熱損耗擴散到大氣中。同時，由于日漸擁堵的城市交通狀況，導致汽車發(fā)動機長時間工作在效率較低的低轉(zhuǎn)速等非設(shè)計點，不僅加劇了汽車能耗，且有害污染物的排放不斷增加，導致城市空氣環(huán)境不斷惡劣?？紤]到石油等不可再生資源的大量消耗、傳統(tǒng)汽車尾氣排放對環(huán)境的污染，環(huán)保節(jié)能的呼聲日益高漲，研究綠色環(huán)保、高效節(jié)能的汽車動力系統(tǒng)刻不容緩。混合動力系統(tǒng)是有一種以上能量轉(zhuǎn)換方式提供驅(qū)動動力的系統(tǒng)。混合動力系統(tǒng)采用適當?shù)娜剂限D(zhuǎn)換裝置(如內(nèi)燃機)、儲能裝置和電動機作為混合動力源，在嚴密的控制策略控制下，使燃料轉(zhuǎn)換裝置、儲能裝置和電機在驅(qū)動工況下盡可能工作在高效率、低排放區(qū)域。從而大大改善汽車在不同工況行駛時的燃油經(jīng)濟性能、尾氣排放性能及其他使用性能?；旌蟿恿ζ嚱Y(jié)合了傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車和電動汽車的優(yōu)點，續(xù)航里程不受限制，而且對于傳統(tǒng)汽車的改動不大，產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的投入相比燃料電池汽車也少得多。目前，混合動力汽車的動力系統(tǒng)主要分為串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)三種形式。串聯(lián)系統(tǒng)其優(yōu)點是發(fā)動機的運行獨立于車速和道路條件，發(fā)動機工作狀態(tài)不受汽車行駛工況的影響，能夠保 持在穩(wěn)定、高效、低污染的狀態(tài)下運轉(zhuǎn)，發(fā)動機具有良好的經(jīng)濟性和低的排放指標。缺點是在發(fā)動機-發(fā)電機-驅(qū)動電動機的串聯(lián)系統(tǒng)中的熱能-電能-機械能的能量轉(zhuǎn)換過程中，能量傳遞損失較大，在動力電池組的充、放電過程中也存在能量損耗，能量轉(zhuǎn)換總的綜合效率要比內(nèi)燃機汽車低。并聯(lián)系統(tǒng)中，發(fā)動機與電動機可以分別獨立地向汽車驅(qū)動輪提供動力，沒有串聯(lián)式HEV動力傳動系中的發(fā)電機，發(fā)動機的機械能可直接輸出到汽車驅(qū)動橋，中間沒有能量的轉(zhuǎn)換，與串聯(lián)式布置相比，系統(tǒng)效率較高，燃油消耗也較少。但由于發(fā)動機與車輛驅(qū)動輪之間有直接的機械連接，發(fā)動機運行工況不可避免地要受到汽車具體行駛工況的影響?；炻?lián)系統(tǒng)是串聯(lián)式與并聯(lián)式的綜合，它充分發(fā)揮了串聯(lián)式和并聯(lián)式的優(yōu)點，能夠使發(fā)動機、發(fā)電機、電動機等部件進行更多的優(yōu)化匹配，從而在結(jié)構(gòu)上保證了在更復雜的工況下仍能使系統(tǒng)在最優(yōu)狀態(tài)下工作。但是其結(jié)構(gòu)非常復雜，同時其匹配控制也十分困難。綜上所述，目前混合動力系統(tǒng)不能很好的滿足先進環(huán)保節(jié)能汽車的需求，迫切需要開發(fā)新型的混合動力系統(tǒng)技術(shù)，有效克服發(fā)動機在低速和非設(shè)計點時的效率低、排放污染高的問題，實現(xiàn)汽車的綠色高效和節(jié)能環(huán)保。發(fā)明內(nèi)容:
本發(fā)明的目的是提供一種磁力耦合的同軸式混聯(lián)結(jié)構(gòu)汽車混合動力系統(tǒng)及混合動力的方法。
上述的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn):
一種磁力耦合的同軸式混聯(lián)結(jié)構(gòu)汽車混合動力系統(tǒng)，其組成包括:發(fā)動機，所述的發(fā)動機與磁力耦合傳動機構(gòu)A連接，所述的磁力耦合傳動機構(gòu)A與變速器連接，所述的變速器與磁力耦合傳動機構(gòu)B連接，所述的磁力耦合傳動機構(gòu)B與電動機連接，所述的電動機與蓄電池連接，所述的蓄電池與發(fā)電機連接，所述的發(fā)電機與升速齒輪連接，所述的升速齒輪與所述的發(fā)動機連接，所述的變速器與驅(qū)動橋連接，所述的發(fā)動機與所述的電動機處于同一軸線上。所述的磁力耦合的同軸式混聯(lián)結(jié)構(gòu)汽車混合動力系統(tǒng)，所述的變速器包括齒輪輪系A(chǔ)和齒輪輪系B，所述的齒輪輪系A(chǔ)與所述的齒輪輪系B連接，所述的齒輪輪系B與所述的驅(qū)動橋連接，所述的齒輪輪系A(chǔ)與所述的磁力耦合傳動機構(gòu)A連接，所述的齒輪輪系A(chǔ)與所述的磁力耦合傳動機構(gòu)B連接。所述的磁力耦合的同軸式混聯(lián)結(jié)構(gòu)汽車混合動力系統(tǒng)，所述的磁力耦合傳動機構(gòu)包括導體轉(zhuǎn)子、永磁體轉(zhuǎn)子，所述的導體轉(zhuǎn)子與驅(qū)動軸連接，所述的永磁體轉(zhuǎn)子與負載軸連接，所述的磁力耦合傳動機構(gòu)通過電機一端的導體和負載一端的永磁體之間的感應磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，通過調(diào)節(jié)永磁體和導體之間的間隙就可以控制傳遞的轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)負載的智能調(diào)節(jié)。一種磁力耦合的同軸式混聯(lián)結(jié)構(gòu)汽車動力混合提供方法:
(O當發(fā)動機和電動機共同工作時，磁力耦合機構(gòu)A和磁力耦合機構(gòu)B同時接通，一方面，發(fā)動機通過磁力耦合機構(gòu)A驅(qū)動汽車驅(qū)動橋，另一方面，發(fā)動機通過升速齒輪驅(qū)動發(fā)電機工作，從而對蓄電池進行充電；蓄電池給電動機提供電能，電動機通過與磁力耦合機構(gòu)A處于同一軸線上的磁力耦合機構(gòu)B驅(qū)動汽車驅(qū)動橋；
(2)當只有電動機工作時，只有磁力耦合機構(gòu)B接通，蓄電池給電動機提供電能，電動機通過磁力耦合機構(gòu)B驅(qū)動汽車驅(qū)動橋； (3)當只有發(fā)動機工作時，只有磁力耦合機構(gòu)A接通，一方面，發(fā)動機通過磁力耦合機構(gòu)A驅(qū)動汽車驅(qū)動橋，另一方面，發(fā)動機通過升速齒輪驅(qū)動發(fā)電機工作，從而對蓄電池進行充電。有益效果:
1.本發(fā)明通過升速齒輪和磁力耦合機構(gòu)的簡單結(jié)構(gòu)集成，不采用結(jié)構(gòu)復雜的行星齒輪系統(tǒng)，就能有效實現(xiàn)傳動變速功能，使得發(fā)動機與驅(qū)動橋之間無直接機械連接，消除了復雜行駛工況對發(fā)動機工作狀態(tài)的影響，使得發(fā)動機能夠保持在穩(wěn)定、高效、低污染的狀態(tài)下運行；同時，可以簡單方便的匯合發(fā)動機與電動機的驅(qū)動能量，且發(fā)動機與電動機之間的連接影響盡可能降至最小，降低了系統(tǒng)中其他供能部件和蓄能器對發(fā)動機的影響。再次，磁力耦合機構(gòu)的合理布置使得傳動結(jié)構(gòu)比較簡化；另外，它充分發(fā)揮了串聯(lián)式和并聯(lián)式的優(yōu)點，能夠使發(fā)動機、發(fā)電機、電動機等部件進行更好的優(yōu)化匹配，從而在結(jié)構(gòu)上保證了在更復雜的工況下仍能使系統(tǒng)在最優(yōu)狀態(tài)下工作，所以更容易達到控制排放和油耗的目的。2.本發(fā)明保持發(fā)動機在設(shè)計點工作，有效克服發(fā)動機在低速和非設(shè)計點時的效率低、排放污染高的問題，實現(xiàn)汽車的綠色節(jié)能環(huán)保。3.本發(fā)明采用磁力傳動可以有效減少電能-機械能的轉(zhuǎn)化過程中存在效率損失，磁力耦合機構(gòu)的轉(zhuǎn)速匹配范圍很寬，可以適用于轉(zhuǎn)速變化從幾千轉(zhuǎn)到幾萬轉(zhuǎn)的情況，特別適合于那些與驅(qū)動橋難于進行機械連接的高效發(fā)動機，比如燃氣輪機、斯特林發(fā)動機等。因此，采用磁力耦合機構(gòu)，可以使得汽車采用高效發(fā)動機成為可能，從而進一步提高能源利用效率，降低排放。4.本發(fā)明克服了傳統(tǒng)混合動力結(jié)構(gòu)形式中，能量傳遞損失較大、結(jié)構(gòu)復雜、匹配控制困難等問題，實現(xiàn)了混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的靈活布局和能量流的優(yōu)化控制，從而滿足各種使用要求。5.本發(fā)明以磁力耦合傳動機構(gòu)為關(guān)鍵部件，在功能性能上突破了傳統(tǒng)傳動結(jié)構(gòu)的限制，通過發(fā)揮其非接觸傳動和扭矩轉(zhuǎn)速智能調(diào)節(jié)的強大功能，有效克服了傳統(tǒng)傳動形式下結(jié)構(gòu)復雜、能耗高、振動大、可靠性低等問題，結(jié)構(gòu)簡單可靠、控制便捷精準，顯著提升了混合動力系統(tǒng)的傳動性能，有效降低了傳動過程的功耗損失。這種新型的磁力耦合混合動力系統(tǒng)，不僅可以用于汽車，也可用于交通、能源、動力等其他領(lǐng)域，可以滿足綠色環(huán)保、高效節(jié)能的使用要求。


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附圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，I為發(fā)動機，2為發(fā)電機，3為蓄電池，4為電動機，5為驅(qū)動橋，6為磁力耦合機構(gòu)A，7為磁力耦合機構(gòu)B，12為變速器，13為齒輪輪系A(chǔ)，14為齒輪輪系B，15為升速齒輪。附圖2是本發(fā)明的磁力耦合 機構(gòu)的原理圖。圖中，8為驅(qū)動軸，9為導體轉(zhuǎn)子，10為永磁體轉(zhuǎn)子，11為負載軸。
具體實施方式
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實施例1:
一種磁力耦合的同軸式混聯(lián)結(jié)構(gòu)汽車混合動力系統(tǒng)，其組成包括:發(fā)動機1，所述的發(fā)動機與磁力稱合傳動機構(gòu)A6連接,所述的磁力稱合傳動機構(gòu)A與變速器12連接,所述的變速器與磁力稱合傳動機構(gòu)B7連接,所述的磁力稱合傳動機構(gòu)B與電動機2連接,所述的電動機與蓄電池3連接，所述的蓄電池與發(fā)電機4連接，所述的發(fā)電機與升速齒輪15連接，所述的升速齒輪與所述的發(fā)動機連接，所述的變速器與驅(qū)動橋5連接，所述的發(fā)動機與所述的電動機處于同一軸線上。實施例2:
實施例1所述的磁力耦合的同軸式混聯(lián)結(jié)構(gòu)汽車混合動力系統(tǒng)，所述的變速器包括齒輪輪系A(chǔ)13和齒輪輪系B14，所述的齒輪輪系A(chǔ)與所述的齒輪輪系B連接，所述的齒輪輪系B與所述的驅(qū)動橋連接，所述的齒輪輪系A(chǔ)與所述的磁力耦合傳動機構(gòu)A連接，所述的齒輪輪系A(chǔ)與所述的磁力耦合傳動機構(gòu)B連接。實施例3:
根據(jù)實施例1或2所述的磁力耦合的同軸式混聯(lián)結(jié)構(gòu)汽車混合動力系統(tǒng)，所述的磁力耦合傳動機構(gòu)包括導體轉(zhuǎn)子9、永磁體轉(zhuǎn)子10，所述的導體轉(zhuǎn)子與驅(qū)動軸8連接，所述的永磁體轉(zhuǎn)子與負載軸11連接，所述的磁力稱合傳動機構(gòu)通過電機一端的導體和負載一端的永磁體之間的感應磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，通過調(diào)節(jié)永磁體和導體之間的間隙就可以控制傳遞的轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)負載的智能調(diào)節(jié)。本發(fā)明的動力系統(tǒng)的發(fā)動機可采用內(nèi)燃機或燃氣輪機，采用燃氣輪機后，其能源利用能力、使用效率將明顯提高，排放將顯著降低；發(fā)電機/電動機采用永磁同步電機，永磁同步電機配備有磁能密度極高的永久磁鐵作為電極，永磁同步電機具有功率密度和轉(zhuǎn)矩密度高、效率高、功率因數(shù)高、可靠性高和便于維護的優(yōu)點，采用矢量控制的驅(qū)動控制系統(tǒng)可使永磁同步電動機具有寬廣的調(diào)速范圍，與磁力耦合機構(gòu)的匹配應用，將使得發(fā)電機和電動機的綜合效率將達到或超過傳統(tǒng)車輛動力傳動系的水平。實施例4:
上述的磁力耦合的同軸式混聯(lián)結(jié)構(gòu)汽車混合動力系統(tǒng)工作方法:
(O當發(fā)動機和電動機共同工作時，磁力耦合機構(gòu)A和磁力耦合機構(gòu)B同時接通，一方面，發(fā)動機通過磁力耦合機構(gòu)A驅(qū)動汽車驅(qū)動橋，另一方面，發(fā)動機通過升速齒輪驅(qū)動發(fā)電機工作，從而對蓄電池進行充電；蓄電池給電動機提供電能，電動機通過與磁力耦合機構(gòu)A處于同一軸線上的磁力耦合機構(gòu)B驅(qū)動汽車驅(qū)動橋；
(2)當只有電動機工作時，只有磁力耦合機構(gòu)B接通，蓄電池給電動機提供電能，電動機通過磁力耦合機構(gòu)B驅(qū)動汽車驅(qū)動橋；
(3)當只有發(fā)動機工作時，只有磁力耦合機構(gòu)A接通，一方面，發(fā)動機通過磁力耦合機構(gòu)A驅(qū)動汽車驅(qū)動橋，另一方面，發(fā)動機通過升速齒輪驅(qū)動發(fā)電機工作，從而對蓄電池進行充電。

本發(fā)明的混合動力系統(tǒng)可以采用多種靈活的工作方式，包括:以滿足動力需求為主的純發(fā)動機工作模式，此時發(fā)動機工作在設(shè)計點狀態(tài)，從而提高發(fā)動機效率減輕排放；以滿足環(huán)保需求為主的電力驅(qū)動模式，此時發(fā)動機可以關(guān)閉，通過蓄電池驅(qū)動電機工作，從而實現(xiàn)零排放。當動力需求較大時，可采用發(fā)動機-電動機同時工作的功電并供模式，從而實現(xiàn)動力性能的最大化。
權(quán)利要求
1.一種磁力耦合的同軸式混聯(lián)結(jié)構(gòu)汽車混合動力系統(tǒng)，其組成包括:發(fā)動機，其特征是:所述的發(fā)動機與磁力耦合傳動機構(gòu)A連接，所述的磁力耦合傳動機構(gòu)A與變速器連接，所述的變速器與磁力稱合傳動機構(gòu)B連接,所述的磁力稱合傳動機構(gòu)B與電動機連接,所述的電動機與蓄電池連接，所述的蓄電池與發(fā)電機連接，所述的發(fā)電機與升速齒輪連接，所述的升速齒輪與所述的發(fā)動機連接，所述的變速器與驅(qū)動橋連接，所述的發(fā)動機與所述的電動機處于同一軸線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁力耦合的同軸式混聯(lián)結(jié)構(gòu)汽車混合動力系統(tǒng)，其特征是:所述的變速器包括齒輪輪系A(chǔ)和齒輪輪系B，所述的齒輪輪系A(chǔ)與所述的齒輪輪系B連接，所述的齒輪輪系B與所述的驅(qū)動橋連接，所述的齒輪輪系A(chǔ)與所述的磁力耦合傳動機構(gòu)A連接，所述的齒輪輪系A(chǔ)與所述的磁力耦合傳動機構(gòu)B連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁力耦合的同軸式混聯(lián)結(jié)構(gòu)汽車混合動力系統(tǒng)，其特征是:所述的磁力耦合傳動機構(gòu)包括導體轉(zhuǎn)子、永磁體轉(zhuǎn)子，所述的導體轉(zhuǎn)子與驅(qū)動軸連接，所述的永磁體轉(zhuǎn)子與負載軸連接，所述的磁力耦合傳動機構(gòu)通過電機一端的導體和負載一端的永磁體之間的感應磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，通過調(diào)節(jié)永磁體和導體之間的間隙就可以控制傳遞的轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)負載的智能調(diào)節(jié)。
4.一種磁力耦合的同軸式混聯(lián)結(jié)構(gòu)汽車動力混合提供方法，其特征是: (O當發(fā)動機和電動機共同工作時，磁力耦合機構(gòu)A和磁力耦合機構(gòu)B同時接通，一方面，發(fā)動機通過磁力耦合機構(gòu)A驅(qū)動汽車驅(qū)動橋，另一方面，發(fā)動機通過升速齒輪驅(qū)動發(fā)電機工作，從而對蓄電池進行充電；蓄電池給電動機提供電能，電動機通過與磁力耦合機構(gòu)A處于同一軸線上的磁力耦合機構(gòu)B驅(qū)動汽車驅(qū)動橋； (2)當只有電動機工作時，只有磁力耦合機構(gòu)B接通，蓄電池給電動機提供電能，電動機通過磁力耦合機構(gòu)B驅(qū)動汽車驅(qū)動橋； (3)當只有發(fā)動機工作時，只有磁力耦合機構(gòu)A接通，一方面，發(fā)動機通過磁力耦合機構(gòu)A驅(qū)動汽車驅(qū)動橋，另一方面，發(fā)動機通過升速齒輪驅(qū)動發(fā)電機工作，從而對蓄電池進行充電。
全文摘要
磁力耦合的同軸式混聯(lián)結(jié)構(gòu)汽車混合動力系統(tǒng)及混合方法。汽車發(fā)動機長時間工作在低轉(zhuǎn)速等非設(shè)計點時加劇汽車能耗，且增加有害污染物排放。本發(fā)明的組成包括發(fā)動機(1)，所述的發(fā)動機與磁力耦合傳動機構(gòu)A(6)連接，所述的磁力耦合傳動機構(gòu)A與變速器(12)連接，所述的變速器與磁力耦合傳動機構(gòu)B(7)連接，所述的磁力耦合傳動機構(gòu)B與電動機(4)連接，所述的電動機與蓄電池(3)連接，所述的蓄電池與發(fā)電機(2)連接，所述的發(fā)電機與升速齒輪(15)連接，所述的升速齒輪與所述的發(fā)動機連接，所述的變速器與驅(qū)動橋(5)連接，所述的發(fā)動機與所述的電動機處于同一軸線上。本發(fā)明用于汽車動力的提供。
文檔編號B60K6/44GK103231647SQ20131018151
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月16日
發(fā)明者楊金福, 馬忠威, 吳正波, 陳策, 佟憲良, 欒建新 申請人:哈爾濱耦合動力工程技術(shù)中心有限公司, 遼寧中傳科技股份有限公司