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1、(10)申请公布号 CN 103647367 A (43)申请公布日 2014.03.19 CN 103647367 A (21)申请号 201310693109.3 (22)申请日 2013.12.17 H02K 7/10(2006.01) B60K 6/26(2007.01) (71)申请人 湖南南车时代电动汽车股份有限公 司 地址 412007 湖南省株洲市国家高新技术开 发区栗雨工业园五十七区 (72)发明人 石魏 罗宏亮 赵铃 谢勇波 黄河 (74)专利代理机构 北京聿宏知识产权代理有限 公司 11372 代理人 吴大建 刘华联 (54) 发明名称 驱动电机以及混联式混合动力系统 (。
2、57) 摘要 本发明提出了一种驱动电机， 包括壳体以及 置于壳体内的定子和转子 ； 转子的中部沿轴向形 成有用于套接固定太阳轮的转子轴， 壳体的内部 通过第一制动器安装有内齿圈， 太阳轮和内齿圈 均与安装在行星架上的行星齿轮啮合， 行星架的 中部与沿轴向设置的输出连接轴固定连接， 并且 行星架与太阳轮之间设置有第二制动器。其在满 足混联式混合动力系统正常工作的前提下， 使得 输出连接轴在满足较大的输出扭矩的同时， 尽量 减小了转子的输出轴的输出扭矩， 从而使得驱动 电机本身、 和自身内的定子及转子的尺寸大大降 低， 同时也使得驱动电机更加便于安装使用。 本发 明还提供两种混联式混合动力系统， 。
3、其使得混联 式混合动力系统的整体尺寸和重量大大降低， 提 高了其通用性。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书6页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103647367 A CN 103647367 A 1/1 页 2 1. 一种驱动电机， 包括壳体以及置于所述壳体内的定子和转子 ； 所述转子的中部沿轴向形成有用于套接固定太阳轮的转子轴， 所述壳体的内部通过第 一制动器安装有内齿圈， 所述太阳轮和所述内齿圈均与安装在行星架上的行星齿轮啮合， 所述行星架的中部与沿轴向设置的输。
4、出连接轴固定连接， 并且所述行星架与所述太阳轮之 间设置有第二制动器 ； 其中， 所述内齿圈与所述壳体之间通过所述第一制动器实现结合或分离， 所述太阳轮 与所述行星架之间通过所述第二制动器实现结合或分离。 2. 根据权利要求 1 所述的驱动电机， 其特征在于， 所述壳体沿轴向的两端均通过轴承 与所述转子轴连接。 3.根据权利要求1或2所述的驱动电机， 其特征在于， 所述转子输通过花键与所述太阳 轮固定连接。 4.根据权利要求1到3中任一项所述的驱动电机， 其特征在于， 所述输出连接轴通过花 键与所述行星架固定连接。 5. 一种混联式混合动力系统， 包括发动机以及依次设置在所述发动机的输出轴上的。
5、扭 转减震器和发电机， 并且所述发动机的输出轴与离合器的输入端相连 ； 所述离合器的输出端与上述权利要求1到4中任一项所述的驱动电机中的转子轴的输 入端相连， 所述驱动电机中的输出连接轴的输出端与驱动桥相连 ； 所述发电机通过第一电机控制器与储能装置相连， 所述驱动电机通过第二电机控制器 与所述储能装置相连。 6. 一种混联式混合动力系统， 包括发动机以及输入端与所述发动机的输出轴相连的离 合器， 所述离合器的输出端与上述权利要求 1 到 4 中任一项所述的驱动电机中的转子轴的 输入端相连， 所述驱动电机中的输出连接轴的输出端与驱动桥相连 ； 所述发动机的输出轴通过传动装置与发电机相连 ； 所。
6、述发电机通过第一电机控制器与储能装置相连， 所述驱动电机通过第二电机控制器 与所述储能装置相连。 7. 根据权利要求 6 所述的混联式混合动力系统， 所述传动装置为皮带轮和皮带。 权 利 要 求 书 CN 103647367 A 2 1/6 页 3 驱动电机以及混联式混合动力系统 技术领域 0001 本发明涉及一种驱动电机以及混联式混合动力系统， 尤其涉及一种大输出扭矩的 驱动电机以及混联式混合动力系统， 属于电机技术领域。 背景技术 0002 随着城市交通的不断发展， 人们驾驶的车辆对石油等能源的需求量也在日益增 加。为了有效地减少对石油等不可再生能源的消耗， 人们发展出了混合动力汽车。 0。
7、003 混合动力汽车目前主要采用的是混合动力系统。该系统如图 1 所示， 包括发动机 11 以及依次设置在发动机 11 的输出轴上的扭转减震器 12 和发电机 13， 并且发动机 11 的 输出轴与离合器 14 的输入端相连， 离合器 14 的输出端与驱动电机 15 的转子相连， 驱动电 机15的转子最终与驱动桥16相连 ； 其中， 发电机13通过第一电机控制器17与储能装置19 相连， 驱动电机 15 通过第二电机控制器 18 与储能装置 19 相连。 0004 使用时， 当汽车处于低速行驶时， 离合器 14 断开。储能装置 19 带动驱动电机 15 正常工作， 并通过驱动桥 16 传动从而。
8、实现车辆的正常行驶。此时当储能装置 19 中的电能 满足行驶要求时， 发动机 11 不启动 ； 当储能装置 19 中的电能不满足行驶要求时， 发动机 11 启动并带动发电机 13 进行发电， 然后对储能装置 19 进行充电。当汽车到达一定车速时， 离 合器 14 结合。发动机 11 启动并依次带动发电机 13 和驱动电机 15 正常工作 ； 此时发电机 13 对储能装置 19 进行充电， 驱动电机 15 根据发动机 11 的负荷情况选择对发动机 11 辅助 驱动或是对储能装置 19 进行充电。 0005 其通过驱动电机 15 以及发动机 11 混合驱动车辆行驶， 从而有效地减少了对发动 机 1。
9、1 对石油等不可再生能源的消耗。 0006 但在这种混合动力系统中， 当汽车在处于低速行驶时， 其需要较大的输出扭矩 （例 如， 用于一般客车的混合动力系统中的驱动电机， 其峰值输出扭矩达到2000N.m） 。 由于驱动 电机的输出扭矩与驱动电机的电流呈正比， 因此为了满足较大的输出扭矩， 一般会选用具 有较大工作电流的驱动电机。这样一来会造成驱动电机的尺寸和重量的增加， 进而对驱动 电机的安装使用造成了一定的限制。 发明内容 0007 针对上述现有技术中的不足， 本发明的目的在于提供一种驱动电机， 其在满足较 大的输出扭矩的同时， 自身的尺寸和重量较小。 0008 本发明的目的在于提供一种混。
10、联式混合动力系统， 其在满足较大的输出扭矩的同 时， 自身的尺寸和重量较小。 0009 本发明的目的还在于提供另一种混联式混合动力系统， 其在满足较大的输出扭矩 的同时， 自身的尺寸和重量较小。 0010 本发明提供的一种驱动电机， 包括壳体以及置于所述壳体内的定子和转子 ； 0011 所述转子的中部沿轴向形成有用于套接固定太阳轮的转子轴， 所述壳体的内部通 说 明 书 CN 103647367 A 3 2/6 页 4 过第一制动器安装有内齿圈， 所述太阳轮和所述内齿圈均与安装在行星架上的行星齿轮啮 合， 所述行星架的中部与沿轴向设置的输出连接轴固定连接， 并且所述行星架与所述太阳 轮之间设置。
11、有第二制动器 ； 0012 其中， 所述内齿圈与所述壳体之间通过所述第一制动器实现结合或分离， 所述太 阳轮与所述行星架之间通过所述第二制动器实现结合或分离。 0013 可选的， 所述壳体沿轴向的两端均通过轴承与所述转子轴连接。 0014 可选的， 所述转子输通过花键与所述太阳轮固定连接。 0015 可选的， 所述输出连接轴通过花键与所述行星架固定连接。 0016 本发明提供的一种混联式混合动力系统， 包括发动机以及依次设置在所述发动机 的输出轴上的扭转减震器和发电机， 并且所述发动机的输出轴与离合器的输入端相连 ； 0017 所述离合器的输出端与上述任一项所述的驱动电机中的转子轴的输入端相连。
12、， 所 述驱动电机中的输出连接轴的输出端与驱动桥相连 ； 0018 所述发电机通过第一电机控制器与储能装置相连， 所述驱动电机通过第二电机控 制器与所述储能装置相连。 0019 本发明提供的一种混联式混合动力系统， 包括发动机以及输入端与所述发动机的 输出轴相连的离合器， 所述离合器的输出端与上述任一项所述的驱动电机中的转子轴的输 入端相连， 所述驱动电机中的输出连接轴的输出端与驱动桥相连 ； 0020 所述发动机的输出轴通过传动装置与发电机相连 ； 0021 所述发电机通过第一电机控制器与储能装置相连， 所述驱动电机通过第二电机控 制器与所述储能装置相连。 0022 可选的， 所述传动装置为。
13、皮带轮和皮带。 0023 与现有技术相比， 本发明提供的驱动电机， 在满足混联式混合动力系统正常工作 的前提下， 其将转子轴与行星轮系的太阳轮相连， 并且在行星轮系增大扭矩的作用下由输 出连接轴进行输出。其使得输出连接轴在满足较大的输出扭矩的同时， 尽量减小了转子轴 的输出扭矩， 从而使得驱动电机本身的定子及转子的尺寸大大降低， 进而使得驱动电机本 身的尺寸和重量大大降低， 同时也使得驱动电机更加便于安装使用， 大大提高了其使用范 围。 0024 在进一步的技术方案中， 壳体沿轴向的两端均通过轴承安装转子轴， 从而有效地 提高转子轴在壳体内的安装稳定性， 进而保证转子轴的输出扭矩。 0025 。
14、在进一步的技术方案中， 转子轴通过花键与太阳轮固定， 便于安装。 0026 在进一步的技术方案中， 输出连接轴的输出端通过花键与行星架固定， 便于安装。 0027 与现有技术相比， 本发明提供的混联式混合动力系统， 其通过将驱动电机中的转 子轴与行星轮系的太阳轮相连， 并且在行星轮系增大扭矩的作用下由输出连接轴进行输 出。 其使得输出连接轴在满足较大的输出扭矩的同时， 尽量减小了转子轴的输出扭矩， 从而 使得驱动电机本身的定子及转子的尺寸大大降低， 进而使得驱动电机本身的尺寸和重量大 大降低， 同时也使得驱动电机更加便于安装使用， 大大提高了其使用范围， 并最终使得混联 式混合动力系统的整体尺。
15、寸和重量大大降低， 提高了其通用性。 0028 与现有技术相比， 本发明提供的混联式混合动力系统， 其通过将驱动电机中的转 子轴与行星轮系的太阳轮相连， 并且在行星轮系增大扭矩的作用下由输出连接轴进行输 说 明 书 CN 103647367 A 4 3/6 页 5 出。 其使得输出连接轴在满足较大的输出扭矩的同时， 尽量减小了转子轴的输出扭矩， 从而 使得驱动电机本身的定子及转子的尺寸大大降低， 进而使得驱动电机本身的尺寸和重量大 大降低， 同时也使得驱动电机更加便于安装使用， 大大提高了其使用范围， 并最终使得混联 式混合动力系统的整体尺寸和重量大大降低， 提高了其通用性。 0029 上述技。
16、术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代， 只要能够达 到本发明的目的。 附图说明 0030 在下文中将基于仅为非限定性的实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描 述。其中 ： 0031 图 1 为现有技术中提供的混联式混合动力系统的结构示意图 ； 0032 图 2 为本发明实施例一提供的驱动电机的结构示意图 ； 0033 图 3 为本发明实施例二提供的混联式混合动力系统的结构示意图 ； 0034 图 4 为本发明实施例三提供的混联式混合动力系统的结构示意图。 0035 附图说明 ： 0036 11- 发动机， 12- 扭转减震器， 13- 发电机， 14- 离合器， 15- 驱动。
17、电机， 16- 驱动桥， 17- 第一电机控制器， 18- 第二电机控制器， 19- 储能装置 ； 0037 21- 壳体， 22- 定子， 23- 转子， 24- 太阳轮， 25- 转子轴， 26- 第一制动器， 27- 内齿 圈， 28- 行星架， 29- 行星齿轮， 210- 输出连接轴， 211- 第二制动器， 212- 轴承 ； 0038 31- 发动机， 32- 扭转减震器， 33- 发电机， 34- 离合器， 35- 驱动电机， 36- 驱动桥， 37- 第一电机控制器， 38- 第二电机控制器， 39- 储能装置， 310- 传动装置。 具体实施方式 0039 为使本发明的目的。
18、、 技术方案和优点更加清楚， 下面将对本发明的技术方案进行 清楚、 完整的描述， 基于本发明中的具体实施方式， 本领域普通技术人员在没有做出创造性 劳动的前提下所得到的所有其它实施方式， 都属于本发明所保护的范围。 0040 在描述具体实施方式前， 先对本发明中出现的方向性名词做如下限定 ： 0041 在驱动电机中， 转子的轴线以及轴向即为本发明中的轴线以及轴向。 0042 实施例一 ： 0043 如图2所示， 本实施例中提供的驱动电机35， 包括壳体21以及置于壳体21内的定 子22和转子23 ； 转子23的中部沿轴向形成有用于套接固定太阳轮24的转子轴25， 壳体21 的内部通过第一制动器。
19、 26 安装有内齿圈 27， 太阳轮 24 和内齿圈 27 均与安装在行星架 28 上的行星齿轮 29 啮合， 行星架 28 的中部与沿轴向设置的输出连接轴 210 固定连接， 并且行 星架 28 与太阳轮 24 之间设置有第二制动器 211 ； 其中， 内齿圈 27 与壳体 21 之间通过第一 制动器 26 实现结合或分离， 太阳轮 24 与行星架 28 之间通过第二制动器 211 实现结合或分 离。 0044 使用时， 当汽车处于低速行驶时， 驱动电机35启动， 转子23开始旋转， 同时转子轴 25 带动太阳轮 24 进行自转。此时， 内齿圈 27 与壳体 21 通过第一制动器 26 实现。
20、结合 （即 内齿圈 27 通过第一制动器 26 于壳体 21 固定为一体） ， 太阳轮 24 与行星架 28 通过第二制 说 明 书 CN 103647367 A 5 4/6 页 6 动器 211 实现分离 （即太阳轮 24 与行星架 28 分离， 各自进行旋转） 。在太阳轮 24 自转的带 动下， 行星齿轮 29 在行星架 28 上开始自转， 同时行星齿轮 29 在内齿圈 27 内绕太阳轮 24 开始公转 ； 此时行星架28在行星齿轮29公转的带动下绕轴线开始自转， 并最终通过行星架 28 的自转带动输出连接轴 210 绕轴线开始旋转 ； 此时处于低速档位。 0045 其中， 输出连接轴 2。
21、10 的输出扭矩 N输出的计算公式为 ： 0046 N输出=Nm（1+k） ； 0047 k=zr/zs。 0048 其中， Nm为驱动电机 35 中转子轴 25 的输出扭矩 ； k 为行星齿轮 29 基本传动比 ； zr 为内齿圈 27 的齿数， zs为太阳轮 24 的齿数。 0049 由上述公式可看出， 当输出连接轴210的输出扭矩N输出满足实际使用需要时， 驱动 电机 35 中的转子轴 25 的输出扭矩可大大降低。 0050 当汽车处于高速行驶时， 发动机启动， 发动机直接带动转子轴 25 进行旋转， 同时 转子轴 25 带动太阳轮 24 进行自转。此时， 内齿圈 27 与壳体 21 通。
22、过第一制动器 26 实现分 离 （即内齿圈27与壳体21分离， 内齿圈27可在壳体21内自转） ， 太阳轮24与行星轮通过第 二制动器 211 实现结合 （即太阳轮 24 与行星架 28 通过第二制动器 211 结合为一体， 一同旋 转） 。在太阳轮 24 自转的带动下， 行星架 28 带动输出连接轴 210 跟随太阳轮 24 一同自转， 内齿圈 27 在行星齿轮 29 的带动下自转。同理， 驱动电机 35 亦可直接带动转子轴 25、 太阳 轮 24、 行星架 28 以及输出连接轴 210 一同进行旋转。此时驱动电机 35 或发动机的动力直 接输出， 处于高速档位。 0051 因此， 在满足混。
23、联式混合动力系统正常工作的前提下， 本实施例中提供的驱动电 机35， 其将转子轴25与行星轮系的太阳轮24相连， 并且在行星轮系增大扭矩的作用下由输 出连接轴 210 进行输出。其使得输出连接轴 210 在满足较大的输出扭矩的同时， 尽量减小 了转子轴 25 的输出扭矩， 从而使得驱动电机 35 本身的定子 22 及转子 23 的尺寸大大降低， 进而使得驱动电机 35 本身的尺寸和重量大大降低， 同时也使得驱动电机 35 更加便于安装 使用， 大大提高了其使用范围。 0052 本实施例中， 壳体 21 沿轴向的两端均通过轴承 212 与转子轴 25 连接。其通过壳 体21沿轴向的两端均通过轴承。
24、212安装转子轴25， 从而有效地提高转子轴25在壳体21内 的安装稳定性， 进而保证转子轴 25 的输出扭矩。 0053 本实施例中， 转子轴 25 通过花键与太阳轮 24 固定连接。从而便于太阳轮 24 在转 子轴 25 上的安装固定。 0054 本实施例中， 输出连接轴210通过花键与行星架28固定连接。 从而便于行星架28 在输出连接轴 210 上的安装固定。 0055 实施例二 ： 0056 如图 3 所示， 本实施例中提供的混联式混合动力系统， 包括发动机 31 以及依次设 置在发动机31的输出轴上的扭转减震器32和发电机33， 并且发动机31的输出轴与离合器 34的输入端相连 ；。
25、 离合器34的输出端与上述实施例一中所述的驱动电机35中的转子轴25 的输入端相连， 驱动电机 35 中的输出连接轴 210 的输出端与驱动桥 36 相连 ； 发电机 33 通 过第一电机控制器 37 与储能装置 39 相连， 驱动电机 35 通过第二电机控制器 38 与储能装 置 39 相连。 说 明 书 CN 103647367 A 6 5/6 页 7 0057 需要说明的是发动机 31、 扭转减震器 32 和发电机 33 不一定通过一根主轴依次连 接， 也可为单独的转轴依次相连， 只要能够实现发动机 31、 扭转减震器 32 和发电机 33 一同 旋转工作即可。 0058 使用时， 当汽。
26、车处于低速行驶时， 离合器34断开。 储能装置39带动驱动电机35正 常工作， 并通过驱动桥 36 传动从而实现车辆的正常行驶。此时驱动电机 35 处于实施例一 中描述的低速档位的工作状态， 在此不再赘述。此时， 当储能装置 39 中的电能满足行驶所 需要的电能时， 发动机 31 不启动 ； 当储能装置 39 中的电能不能满足行驶所需要的电能时， 发动机 31 启动并带动发电机 33 进行发电， 然后对储能装置 39 进行充电， 从而保证驱动电 机 35 正常工作。 0059 当汽车开始高速行驶时 （即车速达到一定数值后） ， 离合器 34 结合。发动机 31 启 动并依次带动发电机 33 和。
27、驱动电机 35 中的输出连接轴 210 正常工作， 输出连接轴 210 带 动驱动桥36传动从而实现车辆的正常行驶 ； 此时发电机33通过第一电机控制器37对储能 装置 39 进行充电。此时驱动电机 35 处于实施例一中描述的高速档位的工作状态， 在此不 再赘述。 0060 此时驱动电机 35 的工作状态分为三种情况 ： 0061 1.当发动机31的负荷率正常时， 驱动电机35中的转子23空转， 不进行任何作功。 0062 2.当发动机31的负荷率较高时， 驱动电机35中的转子23励磁， 驱动电机35辅助 发动机 31 进行驱动， 从而降低发动机 31 的负荷率。 0063 3.当发动机31的。
28、负荷率较低时， 驱动电机35中的转子23励磁， 驱动电机35通过 第二电机控制器 38 对储能装置 39 进行充电。 0064 本实施例中提供的混联式混合动力系统， 其通过将驱动电机 35 中的转子轴 25 与 行星轮系的太阳轮 24 相连， 并且在行星轮系增大扭矩的作用下由输出连接轴 210 进行输 出。其使得输出连接轴 210 在满足较大的输出扭矩的同时， 尽量减小了转子轴 25 的输出扭 矩， 从而使得驱动电机 35 本身的定子 22 及转子 23 的尺寸大大降低， 进而使得驱动电机 35 本身的尺寸和重量大大降低。同时也使得驱动电机 35 更加便于安装使用， 大大提高了其使 用范围， 。
29、并最终使得混联式混合动力系统的整体尺寸和重量大大降低， 提高了其通用性。 0065 实施例三 ： 0066 如图 4 所示， 本实施例中提供的混联式混合动力系统， 包括发动机 31 以及输入端 与发动机 31 的输出轴相连的离合器 34， 离合器 34 的输出端与上述实施例一中所述的驱动 电机 35 中的转子轴 25 的输入端相连， 驱动电机 35 中的输出连接轴 210 的输出端与驱动桥 36 相连 ； 发动机 31 的输出轴通过传动装置 310 与发电机 33 相连 ； 发电机 33 通过第一电机 控制器 37 与储能装置 39 相连， 驱动电机 35 通过第二电机控制器 38 与储能装置。
30、 39 相连。 0067 本实施例中提供的混联式混合动力系统， 其整体结构与实施例二中提供的混联式 混合动力系统相类似， 其具体工作过程及效果亦与实施例二中提供的混联式混合动力系统 相同或类似， 在此不再赘述。 0068 下面仅以不同之处加以描述， 实施例二中提供的混联式混合动力系统中， 其发电 机33是通过扭转减震器32串联至发动机31的输出轴上 ； 而本实施例中提供的混联式混合 动力系统， 其发电机33是通过传动机构并联至发动机31的输出轴上 ； 采用这种并联式连接 方式， 可进一步减小混联式混合动力系统的结构尺寸， 更加便于在车辆上进行布置、 安装， 说 明 书 CN 103647367。
31、 A 7 6/6 页 8 从而进一步提高了混联式混合动力系统的使用范围。具体的， 其发电机 33 的具体工作过程 与实施例二中的相类似， 在此不再赘述。 0069 本实施例中， 传动装置 310 为皮带轮和皮带。需说明的是， 传动装置 310 不仅限于 皮带轮和皮带， 还可为链轮和链条， 传动齿轮等。需理解的是只要能够实现将发电机 33 与 发动机 31 的输出轴进行连接的传动装置 310 均应落入本发明的保护范围。 0070 最后应说明的是 ： 以上实施方式及实施例仅用以说明本发明的技术方案， 而非对 其限制 ； 尽管参照前述实施方式及实施例对本发明进行了详细的说明， 本领域的普通技术 人员应当理解 ： 其依然可以对前述实施方式或实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对 其中部分技术特征进行等同替换 ； 而这些修改或者替换， 并不使相应技术方案的本质脱离 本发明实施方式或实施例技术方案的精神和范围。 说 明 书 CN 103647367 A 8 1/2 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103647367 A 9 2/2 页 10 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103647367 A 10 。