專利名稱：磁力耦合的同軸式并聯結構汽車混合動力系統及混合方法
技術領域：
本發明涉及一種磁力耦合的同軸式并聯結構汽車混合動力系統及混合方法。
背景技術：
:
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。汽油發動機的最高熱效率為33%左右，超過30%的區域就是發動機受限制的工作區域。當前，汽車動力系統中，燃料能量的13%用于行駛，其余的87%用做驅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，導致汽車發動機長時間工作在效率較低的低轉速等非設計點，不僅加劇了汽車能耗，且有害污染物的排放不斷增加，導致城市空氣環境不斷惡劣。考慮到石油等不可再生 資源的大量消耗、傳統汽車尾氣排放對環境的污染，環保節能的呼聲日益高漲，研究綠色環保、高效節能的汽車動力系統刻不容緩。混合動力系統是有一種以上能量轉換方式提供驅動動力的系統。混合動力系統采用適當的燃料轉換裝置(如內燃機)、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，使燃料轉換裝置、儲能裝置和電機在驅動工況下盡可能工作在高效率、低排放區域。從而大大改善汽車在不同工況行駛時的燃油經濟性能、尾氣排放性能及其他使用性能。混合動力汽車結合了傳統內燃機汽車和電動汽車的優點，續航里程不受限制，而且對于傳統汽車的改動不大，產業化生產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主要分為串聯、并聯和混聯三種形式。串聯系統其優點是發動機的運行獨立于車速和道路條件，發動機工作狀態不受汽車行駛工況的影響，能夠保持在穩定、高效、低污染的狀態下運轉，發動機具有良好的經濟性和低的排放指標。缺點是在發動機-發電機-驅動電動機的串聯系統中的熱能-電能-機械能的能量轉換過程中，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，能量轉換總的綜合效率要比內燃機汽車低。并聯系統中，發動機與電動機可以分別獨立地向汽車驅動輪提供動力，沒有串聯式HEV動力傳動系中的發電機，發動機的機械能可直接輸出到汽車驅動橋，中間沒有能量的轉換，與串聯式布置相比，系統效率較高，燃油消耗也較少。但由于發動機與車輛驅動輪之間有直接的機械連接，發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。混聯系統是串聯式與并聯式的綜合，它充分發揮了串聯式和并聯式的優點，能夠使發動機、發電機、電動機等部件進行更多的優化匹配，從而在結構上保證了在更復雜的工況下仍能使系統在最優狀態下工作。但是其結構非常復雜，同時其匹配控制也十分困難。綜上所述，目前混合動力系統不能很好的滿足先進環保節能汽車的需求，迫切需要開發新型的混合動力系統技術，有效克服發動機在低速和非設計點時的效率低、排放污染高的問題，實現汽車的綠色高效和節能環保。發明內容:
本發明的目的是提供一種磁力耦合的同軸式并聯結構汽車混合動力系統及動力混合工作的方法。上述的目的通過以下的技術方案實現:一種磁力耦合的同軸式并聯結構汽車混合動力系統，其組成包括:發動機，所述的發動機與磁力稱合傳動機構A連接,變速器包括齒輪輪系A和齒輪輪系B,所述的磁力稱合傳動機構A與所述的齒輪輪系A連接，所述的齒輪輪系A與磁力耦合傳動機構B連接，所述的磁力耦合傳動機構B與發電機/電動機連接，所述的發電機/電動機與蓄電池連接，所述的齒輪輪系B與驅動橋連接，所述的齒輪輪系A與所述的齒輪輪系B連接，所述的發動機與所述的電動機處于同一軸線上，通過并聯方式驅動汽車的驅動橋。所述的磁力耦合的同軸式并聯結構汽車混合動力系統，所述的磁力耦合傳動機構包括導體轉子、永磁體轉子，所述的導體轉子與驅動軸連接，所述的永磁體轉子與負載軸連接，所述的磁力耦合傳動機構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生轉矩，通過調節永磁體和導體之間的間隙就可以控制傳遞的轉矩，從而實現負載的智能調節。一種磁力耦合的同軸式并聯結構汽車混合動力系統動力混合的方法:
(O當蓄電池不需要充電時，發動機和發電機/電動機共同工作時，磁力耦合機構A和磁力耦合機構B同時接通，發動機通過磁力耦合機構A驅動汽車驅動橋，蓄電池給發電機/電動機提供電能，發電機/電動機通過磁力耦合機構B驅動汽車驅動橋，從而達到發動機和發電機/電動機共同驅動的工作狀態；
(2)當蓄電池需要充電時，磁力耦合機構A和磁力耦合機構B同時接通，發動機和發電機/電動機共同工作時，發動機通過磁力耦合機構A驅動汽車驅動橋，由于同時發動機通過與磁力稱合機構A處于同一軸線上的磁力稱合機構B驅動發電機/電動機同向旋轉發電，從而對蓄電池進行充電；
(3)當只有發電機/電動機工作時，只有磁力耦合機構B接通，蓄電池給發電機/電動機提供電能，發電機/電動機通過磁力耦合機構B驅動汽車驅動橋；
(4)當只有發動機工作時，只有磁力耦合機構A接通，發動機通過磁力耦合機構A驅動汽車驅動橋。 有益效果:
1.本發明的發動機與驅動橋之間無直接機械連接，消除了復雜行駛工況對發動機工作狀態的影響，使得發動機能夠保持在穩定、高效、低污染的狀態下運行；同時，通過磁力耦合機構，可以簡單方便的匯合發動機與電機的驅動能量，且傳動結構比較簡化；另外，不同模式的合理匹配使用，可滿足復雜的使用需求。2.本發明保持發動機在設計點工作，有效克服發動機在低速和非設計點時的效率低、排放污染高的問題，實現汽車的綠色節能環保。3.本發明采用磁力傳動可以有效減少電能-機械能的轉化過程中存在效率損失，磁力耦合機構的轉速匹配范圍很寬，可以適用于轉速變化從幾千轉到幾萬轉的情況，特別適合于那些與驅動橋難于進行機械連接的高效發動機，比如燃氣輪機、斯特林發動機等。因此，采用磁力耦合機構，可以使得汽車采用高效發動機成為可能，從而進一步提高能源利用效率，降低排放。4.本發明克服了傳統混合動力結構形式中，能量傳遞損失較大、結構復雜、匹配控制困難等問題，實現了混合動力系統結構的靈活布局和能量流的優化控制，從而滿足各種使用要求。
5.本發明以磁力耦合傳動機構為關鍵部件，在功能性能上突破了傳統傳動結構的限制，通過發揮其非接觸傳動和扭矩轉速智能調節的強大功能，有效克服了傳統傳動形式下結構復雜、能耗高、振動大、可靠性低等問題，結構簡單可靠、控制便捷精準，顯著提升了混合動力系統的傳動性能，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，不僅可以用于汽車，也可用于交通、能源、動力等其他領域，可以滿足綠色環保、高效節能的使用要求。
:
附圖1是本發明的結構示意圖。圖中，I為發動機，2為變速器，3為蓄電池，4為發電機/電動機，5為驅動橋,6為磁力稱合機構A, 7為磁力稱合機構B, 12為齒輪輪系A, 13為齒輪輪系B。附圖2是本發明的磁力耦合機構的原理圖。圖中，8為驅動軸，9為導體轉子，10為永磁體轉子，11為負載軸。
具體實施方式
:
實施例1:
一種磁力耦合的同軸式并聯結構汽車混合動力系統，其組成包括:發動機1，所述的發動機與磁力耦合傳動 機構A6連接，變速器2包括齒輪輪系A12和齒輪輪系B13，所述的磁力耦合傳動機構A與所述的齒輪輪系A連接，所述的齒輪輪系A與磁力耦合傳動機構B7連接，所述的磁力耦合傳動機構B與發電機/電動機4連接，所述的發電機/電動機與蓄電池3連接，所述的齒輪輪系B與驅動橋5連接，所述的齒輪輪系A與所述的齒輪輪系B連接。實施例2:
根據實施例1所述的磁力耦合的同軸式并聯結構汽車混合動力系統，所述的磁力耦合傳動機構包括導體轉子9、永磁體轉子10，所述的導體轉子與驅動軸8連接，所述的永磁體轉子與負載軸11連接，所述的磁力稱合傳動機構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生轉矩，通過調節永磁體和導體之間的間隙就可以控制傳遞的轉矩，從而實現負載的智能調節。本發明的動力系統的發動機可采用內燃機或燃氣輪機，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矩密度高、效率高、功率因數高、可靠性高和便于維護的優點，采用矢量控制的驅動控制系統可使永磁同步電動機具有寬廣的調速范圍，與磁力耦合機構的匹配應用，將使得發電機和電動機的綜合效率將達到或超過傳統車輛動力傳動系的水平。實施例3:
上述的磁力耦合的同軸式并聯結構汽車混合動力系統工作方法:
(O當蓄電池不需要充電時，發動機和發電機/電動機共同工作時，磁力耦合機構A和磁力耦合機構B同時接通，發動機通過磁力耦合機構A驅動汽車驅動橋，蓄電池給發電機/電動機提供電能，發電機/電動機通過磁力耦合機構B驅動汽車驅動橋，從而達到發動機和發電機/電動機共同驅動的工作狀態；
(2)當蓄電池需要充電時，磁力耦合機構A和磁力耦合機構B同時接通，發動機和發電機/電動機共同工作時，發動機通過磁力耦合機構A驅動汽車驅動橋，由于同時發動機通過與磁力稱合機構A處于同一軸線上的磁力稱合機構B驅動發電機/電動機同向旋轉發電，從而對蓄電池進行充電；
(3)當只有發電機/電動機工作時，只有磁力耦合機構B接通，蓄電池給發電機/電動機提供電能，發電機/電動機通過磁力耦合機構B驅動汽車驅動橋；
(4)當只有發動機工作時，只有磁力耦合機構A接通，發動機通過磁力耦合機構A驅動汽車驅動橋。本發明的混合動力系統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 發動機工作模式，此時發動機工作在設計點狀態，從而提高發動機效率減輕排放；以滿足環保需求為主的電力驅動模式，此時發動機可以關閉，通過蓄電池驅動電機工作，從而實現零排放。當動力需求較大時，可采用發動機-電動機同時工作的功電并供模式，從而實現動力性能的最大化。
權利要求
1.一種磁力耦合的同軸式并聯結構汽車混合動力系統，其組成包括:發動機，其特征是:所述的發動機與磁力耦合傳動機構A連接，變速器包括齒輪輪系A和齒輪輪系B，所述的磁力耦合傳動機構A與所述的齒輪輪系A連接，所述的齒輪輪系A與磁力耦合傳動機構B連接，所述的磁力耦合傳動機構B與發電機/電動機連接，所述的發電機/電動機與蓄電池連接，所述的齒輪輪系B與驅動橋連接，所述的齒輪輪系A與所述的齒輪輪系B連接，所述的發動機與所述的電動機處于同一軸線上。
2.根據權利要求1所述的磁力耦合的同軸式并聯結構汽車混合動力系統，其特征是:所述的磁力耦合傳動機構包括導體轉子、永磁體轉子，所述的導體轉子與驅動軸連接，所述的永磁體轉子與負載軸連接，所述的磁力稱合傳動機構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生轉矩，通過調節永磁體和導體之間的間隙就可以控制傳遞的轉矩，從而實現負載的智能調節。
3.一種磁力耦合的同軸式并聯結構汽車混合動力系統動力混合的方法，其特征是: (O當蓄電池不需要充電時，發動機和發電機/電動機共同工作時，磁力耦合機構A和磁力耦合機構B同時接通，發動機通過磁力耦合機構A驅動汽車驅動橋，蓄電池給發電機/電動機提供電能，發電機/電動機通過磁力耦合機構B驅動汽車驅動橋，從而達到發動機和發電機/電動機共同驅動的工作狀態； (2)當蓄電池需要充電時，磁力耦合機構A和磁力耦合機構B同時接通，發動機和發電機/電動機共同工作時，發動機通過磁力耦合機構A驅動汽車驅動橋，由于同時發動機通過與磁力稱合機構A處于同一軸線上的磁力稱合機構B驅動發電機/電動機同向旋轉發電，從而對蓄電池進行充電； (3)當只有發電機/電動機工作時，只有磁力耦合機構B接通，蓄電池給發電機/電動機提供電能，發電機/電動機通過磁力耦合機構B驅動汽車驅動橋； (4)當只有發動機工作時，只有磁力耦合機構A接通，發動機通過磁力耦合機構A驅動汽車驅 動橋。
全文摘要
磁力耦合的同軸式并聯結構汽車混合動力系統及混合方法。汽車發動機長時間工作在怠速時加劇汽車能耗，且增加有害污染物排放。本發明的組成包括發動機(1)，發動機與磁力耦合傳動機構A(6)連接，變速器(2)包括齒輪輪系A(12)和齒輪輪系B(13)，磁力耦合傳動機構A與齒輪輪系A連接，齒輪輪系A與磁力耦合傳動機構B(7)連接，磁力耦合傳動機構B與發電機/電動機(4)連接，發電機/電動機與蓄電池(3)連接，齒輪輪系B與驅動橋(5)連接，齒輪輪系A與齒輪輪系B連接，發動機與電動機處于同一軸線上。本發明用于汽車動力的提供。
文檔編號B60K6/48GK103241118SQ201310181508
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月16日 優先權日2013年5月16日
發明者馬忠威, 楊金福, 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中心有限公司, 遼寧中傳科技股份有限公司