[发明专利]具有三个互连行星齿轮组的电动变速器

说明书

技术领域

本发明涉及可在功率分流的变速度比范围内和固定的速度比下选择性操作的电动变速器，其具有三个行星齿轮组，两个电动机/发电机和四个或五个扭矩传递装置。

发明背景

内燃机，尤其那些往复式活塞类型的内燃器目前用来驱动大多数车辆。这种发动机是相对效率较高、紧凑、重量轻且较廉价的装置，其将燃料形式的高浓缩能量转换成有用的机械功率。可以与内燃机一起使用并且可以减少燃料消耗和污染排放物的新颖变速器系统将为公众带来很大的好处。

车辆对内燃机的各种广泛需求增加了燃料消耗，并使排放物超出了这类发动机的理想状况。车辆通常由这种发动机驱动，其由小型电动机和相对较小的蓄电池从冷状态起动，之后快速地处于牵引和辅助设备的负荷之下。这种发动机也可在较宽的速度范围内和较宽的负荷范围内操作，并且通常在其最大功率输出的大约五分之一的平均值下操作。

车辆变速器通常将机械功率从发动机传送到传动系统的其余部分，例如固定的末级传动齿轮、车轴或车轮。典型的机械变速器通常通过五种或六种不同传动比的交替选择而允许发动机操作上的一些自由度，空档选择允许发动机在车辆停止时操作辅助装置，离合器或扭矩转换器用于传动比之间的平滑过渡，并在发动机旋转下从静止状态起动车辆。变速器齿轮选择通常允许将发动机功率以扭矩倍增和减速的比率，以扭矩减小和速度倍增的比率，即超速档，或 以倒档比而传送到传动系统的其余部分。

电动机/发电机可将机械功率从发动机转换成电功率，并且还可将电功率以不同的扭矩和速度转换回到用于车辆传动系统其余部分的机械功率。这种装置允许在电机的限制范围内，实现发动机和传动系统其余部分之间的扭矩和速度比的连续变化。用作用于推进的动力源的电储存蓄电池可添加到这种设置中，从而形成串联混合(series hybrid)电动驱动系统。

串联混合系统允许发动机一定程度地独立于推进车轮所需的扭矩、速度和功率而工作，因此可控制发动机以用于改善排放和效率。这种系统允许连接在发动机上的电机用作起动发动机的电动机。这种系统也允许连接在传动列其余部分上的电机用作发电机，从而通过再生式制动将来自车轮减速的能量回收到蓄电池中。串联电驱动装置的缺点在于将全部发动机功率在发动机中从机械形式转化成电形式以及在驱动电动机中将机械功率转化成电功率的足够电机的重量和成本，以及在这些转化中损失的有用能量。

功率分流变速器可使用通常被理解为″差速齿轮传动″的装置，以便在输入和输出之间实现连续可变的扭矩和速度比。电动变速器可使用差速齿轮传动装置来发送其通过一对电动机/发电机所传递的功率。它的功率的其余部分流过另一并行的路径，其是全机械的和直接的固定比，或者是可选择的。

本领域中众所周知的差速齿轮传动装置可构成行星齿轮组。行星齿轮装置通常是差速齿轮传动装置发明中采用的优选实施例，其优点在于其紧凑性，以及在行星齿轮组的全部部件中具有不同的扭矩和速度比。然而，也可以没有行星齿轮的形式来构造该发明，而是采用伞齿轮或其它齿轮设置，其中，齿轮组的至少一个元件的转速总是两个其它元件的加权平均速度。

混合电动车辆变速器系统还包括一个或多个电能储存装置。典型的装置是化学电储存蓄电池，但也可包括电容式装置或机械装置， 例如电驱动的飞轮。电储存允许从发动机至变速器系统的机械输入功率改变至从变速器系统至车辆的机械输出功率。蓄电池或其它装置也允许发动机用变速器系统起动以及用于再生式(regenerative)车辆制动。

车辆中的电动变速器可简单地将机械功率从发动机输入传递至最终的传动输出功率。为此，一个电动机/发电机所产生的电功率平衡了电损耗和其它电动机/发电机所消耗的电功率。通过使用上述电储存蓄电池，一个电动机/发电机所产生的电功率可大于或小于另一电动机/发电机所消耗的电功率。来自于蓄电池的电功率有时可允许电动机/发电机两者同时用作电动机，尤其是帮助发动机进行车辆加速。这两个电动机有时都可用作发电机，以便对蓄电池重新充电，尤其是在再生式车辆制动时。