[发明专利]具有三个行星齿轮组和离合器输入的电动可变变速器

说明书

技术领域

本发明涉及电动可变变速器，其选择性地操作在动力分流可变速度比范围内和固定速度比内且具有三个行星齿轮组，两个电动机/发电机和五个转矩传递设备。

背景技术

内燃机，特别是往复活塞式内燃机，当前推进大部分车辆。这种发动机是将以燃料形式的高度集中的能量转换为有用的机械动力的相对有效的、结构紧凑的、重量轻的、以及非昂贵的机构。能够与内燃机使用且能够减少燃料消耗和污染物排放的新颖的变速器系统对公众是极为有益的。

车辆通常对内燃机的各种需求增加了对这种发动机超出理想情况的燃料消耗和排放。通常，车辆由这种发动机推进，该发动机通过小的电动机和相对小的电存储电池从冷态起动，然后快速置于来自推进和附属设备的载荷下。这种发动机也通过大范围的速度和大范围的载荷被操作，且通常平均在它的最大动力输出的大约五分之一处。

车辆变速器通常将来自发动机的机械动力输送到驱动系统的其余部件，例如固定的最终驱动齿轮、轴和车轮。典型的变速器通常通过交替选择5个或6个不同驱动比、空档选择和离合器或转矩变换器而允许发动机操作的一些自由度，空档选择允许发动机在车辆静止时操作附件，离合器或转矩变换器用于在驱动比之间的光滑过渡以及起动休息的车辆使发动机转动。变速器齿轮选择通常允许来自发动机的动力以转矩增加速度减少的比输送到驱动系统的其余部件，和以转矩减少速度增加的比输送到驱动系统的其余部件，例如已知的超速驱动，或以倒档比输送到驱动系统的其余部件。

发电机能够将来自发动机的机械动力转变为电力，且电动机可将该电力转变回车辆驱动系统其余部件在不同转矩和速度下的机械动力。该布置允许在电动机械的界限内，发动机和驱动系统其余部件之间转矩比和速度比的连续变化。用作推进动力源的电存储电池可加入到该布置中，形成串联混合电动驱动系统。

串联混合系统允许发动机一定程度上独立于转矩、速度和驱动车辆需要的动力，从而发动机可以被控制而改善排放和效率。该系统允许附接到发动机的电动机械用作电动机，以便起动发动机。该系统还允许附接到驱动系其余部件的电动机械起到发电机的作用，以便通过再生制动将减速车辆的能量回收到电池中。串联电动驱动器经受足以在发电机内将所有的发动机动力从机械转变为电、以及在驱动电动机内将从电转变为机械的电动机械的重量和成本，和在该转变中的有用能量损失。

动力分流变速器使用通常理解为“差速齿轮装置”实现输入和输出之间连续可变的转矩比和速度比。电动可变变速器能够使用差速齿轮装置将它的传输动力的一部分发送通过一对电动机/发电机。它的动力的其余部分流动通过具有固定比的全机械的和直接的或可替换地选择的另一平行路径。

如本领域技术人员熟知的，差速齿轮装置的一种形式可由行星齿轮组构成。行星齿轮组通常是差速齿轮发明中使用的优选实施例，其具有如下优势：结构紧凑，在行星齿轮组的所有构件之间存在不同的转矩比和速度比。但是，不使用行星齿轮构造本发明是可能的，例如通过在布置中使用锥齿轮或者其它齿轮，其中齿轮组的至少一个元件的旋转速度总是其它两个元件的速度的加权平均。

混合电动车辆变速器系统也包括一个或更多的电能存储设备。典型的设备是化学电存储电池，但是，也可以包括电容或机械设备，例如电动飞轮。电能存储器允许从变速器系统到车辆的机械输出动力根据从发动机到变速器系统的机械输入动力而变化。电池或其它设备也允许发动机以变速器系统起动且允许再生车辆制动。

车辆中的电动可变变速器能简单地将来自发动机输入的机械动力传输到最终的驱动输出。为此，由一个电动机-发电机产生的电力平衡电损失和由另一个电动机-发电机消耗的电力。通过使用上述电存储电池，由一个电动机-发电机产生的电力能够大于或者小于由另一个电动机-发电机消耗的电力。来自电池的电力有时允许两个电动机-发电机用作电动机，特别是在车辆加速时帮助发动机。两个电动机有时用作发电机，以便为电池再充电，特别是在车辆再生制动时。