[发明专利]一种电力无级变速器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力无级变速器，特别涉及用于车辆的电力无级变速器。

背景技术

双机械端口电机是一种新型的具有两个可以独立运转，独立控制的机械端口的电机。这种新型的电机在国内外很多发明专利中出现。如中国专利CN1945939《双机械端口电机及其驱动控制系统》，CN1738163《双转子混合动力复合永磁电机》，CN2865127实用新型专利《一种车辆用的具有直接传动功能的电动自动变速器》，又如国外的发明专利US2004026143，WO0034066和EP1481463等。这种电机被广泛应用在新型的混合动力总成中。行星齿轮也是一种具有两个可以独立旋转，独立控制的机械端口的机构。由于同样的原因，这种机构也被广泛的应用于混合动力总成中，如中国专利CN1181322《动力输出装置、发动机控制装置及其控制方法》(申请人：日本丰田自动车株式会社)。上述混合动力总成由于都采用了不同形式，不同布置方式的电机及其组合，并能完成和机械无级变速器相同的无级变速功能，因此都属于电力无级变速器。根据实现无级变速的核心机构的不同，可以把上述电力无级变速器分为两大类，第一类是以双机械端口电机为核心，如发明专利CN1945939，第二类是以行星齿轮为核心，这类以丰田的专利CN1181322为代表。

双机械端口电机的一种典型结构是同心布置电机定子、外转子和内转子。两个转子分别当作两个可以独立旋转、独立控制的机械端口。与发动机的典型连接方式是内转子与发动机相连，外转子与驱动桥相连。因此，内转子需要提供与发动机动力相当的负载转矩，以保证发动机匀速转动，正常输出动力。从能量角度看，内转子大多数工况充当发电机。而外转子需要提供发动机动力不足时的动力补充。外转子大多数工况充当电动机。行星齿轮的一种典型结构是太阳轮连接发电机，行星架连接发动机，齿圈连接电动机。发电机和电动机分别位于行星齿轮左右两侧，轴向布置。由于太阳轮和行星架之前存在一个升速环节，因此发动机的转速很高，而转矩很小。

目前这两类电力无级变速器都存在不同的问题。以双机械端口电机为核心的电力无级变速器由于其内转子与发动机采取直接连接的方式，其提供的转矩在数值上等于发动机转矩。同时，由于电机的体积取决于电机的转矩而非功率，因此以双机械端口电机为核心的电力无级变速器的第一个主要问题是电机内转子体积庞大。其次，双机械端口电机应用于混合动力总成时，需要在特定条件下进入到并联混合动力模式，以最大程度地降低功率转换过程中的损耗，提高系统效率。因此需要提供机械绑定两个转子的机构。同时，由于需要防止发动机反转，在这个系统中还需要一个机械锁止发动机的机构。在实用新型专利CN2865127中就给出了这种机构的一种实现方式。这种实现方式采用了两对传统的外啮合齿轮，一系列过渡盘和两个通用离合器。这些部件虽然完成了上述绑定和锁止功能，但是结构复杂，体积庞大。

以行星齿轮为核心的电力无级变速器的发电机由于与发动机采取升速连接的方式，其提供的转矩在数值上为发动机转矩的一部分，虽然解决了以双机械端口电机为核心的电力无级变速器的发电机部分体积大的问题，但这种连接方式也导致了这种电力无级变速器的第一个主要问题：太阳轮速度过高，加工难度大。第二个明显的问题就是由于轴向布置系统中的电机，与以双机械端口电机为核心的电力无级变速器径向嵌套布置系统中的电机相比，整体结构不紧凑。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明提出一种新型的电力无级变速器。这种电力无级变速器结合了双机械端口电机和行星齿轮机构。兼顾了两者的优点，同时弥补了两者的不足，具有更高的功率和转矩密度。

本发明电力无级变速器从本质上属于基于双机械端口电机的电力无级变速器，主要包括双机械端口电机和行星齿轮两大部分。

行星齿轮与双机械端口电机的连接方式是：行星齿轮的太阳轮与双机械端口电机的内转子固连；行星齿轮的行星架与双机械端口电机的外转子通过离合器相连，根据整个动力总成的运行状态，通过控制离合器的吸合和松开完成外转子与行星架的连接和脱开。

行星齿轮与动力总成其他部分的连接方式是：动力总成壳体上安装有第一制动器和第二制动器。具体位置是，行星齿轮的齿圈和动力总成壳体之间装有第一制动器，通过控制第一制动器的制动和松开完成齿圈的制动和自由运动。行星齿轮的齿圈和发动机固连。行星齿轮的行星架与动力总成壳体之间装有第二制动器，通过控制第二制动器的制动与松开完成行星架的制动和自由运动。