[发明专利]具有三个相互连接的齿轮组和制动器的混合动力结构

说明书

技术领域

本发明涉及具有三个行星齿轮组的电动无级变速器、三个电动机/发电机和至少一个制动器，它们可控制成提供连续的变速比范围。

背景技术

电动混合动力车辆可在显著的燃料经济性改进方面提供优于其传统对手的能力；然而，由于其相对高的成本/利益比而限制了其市场渗透。因此研制减小成本和改进车辆燃料经济性的混合动力技术是适当的。对混合动力车辆的成本的两个贡献是能量存储(电池)功率容量和在许多基于电动无级变速器(EVT)的混合动力系统中实现所有电气反向所需的电动机/发电机的尺寸。影响系统效率的一个因素是电动机/发电机的工作效率。

发明内容

本发明描述了一种无级混合变速器，其利用三个相互连接的行星齿轮组、电动机/发电机和制动器的组合给多模式的EVT提供串联式混合反向传动的能力，从而减小巨大且昂贵的能量存储(电池)的需要，以及在效率非常低的情况下最小化地操作电动机/发电机。在串联式混合反向传动模式中，使用来自发动机的功率驱动电动机/发电机中的至少一个以产生电能，并将产生的电能传输给其它电动机/发电机中的至少一个，以沿正向或反向驱动车辆。这种能力不再需要来自电池的大量功率来反向地驱动车辆。

本发明的无级混合变速器系列可提供低容量、低成本的电动无级变速器机构，该机构包括第一、第二和第三差动齿轮组、电池(或类似的能量存储器件)、三个可互换地用作电动机或发电机的电机以及至少一个制动器。优选地，差动齿轮组是行星齿轮组，但是也可以实施其它的齿轮布置，例如锥齿轮或位于偏轴上的差动齿轮。

在该描述中，第一、第二和第三行星齿轮组可以以任何顺序(即从左到右，从右到左等等)从第一编序号到第三。

三个行星齿轮组中的每个齿轮组都具有三个构件。每个行星齿轮组的第一、第二或第三构件可以是中心齿轮、环齿轮或行星架、或者可替换地主动齿轮(pinion)中的任何一个。

每个行星架可以是单主动齿轮架(简单式)或双主动齿轮架(复合式)。

输入轴与行星齿轮组的一个构件连续连接。输出轴与行星齿轮组的另一个构件连续连接。

第一互连构件将第一行星齿轮组的第一构件与第二行星齿轮组的第一构件连续连接。

第二互连构件将第一行星齿轮组的第二构件与第三行星齿轮组的第一构件连续连接。

第三互连构件将第二行星齿轮组的第二构件与第三行星齿轮组的第二构件连续连接。

第一电动机/发电机与第一或第二行星齿轮组的一个构件连接。

第二电动机/发电机与第二或第三行星齿轮组的一个构件连接。

第三电动机/发电机与第一或第三行星齿轮组的另一个构件连接。

电动机/发电机直接地或者通过其它行星齿轮组、通过具有或不具有增大扭矩的带式/链式或偏心齿轮与行星齿轮组的构件连接。

第一制动器将第一、第二或第三行星齿轮组的一个构件与一个固定构件(变速箱壳/机壳)选择性地连接。该制动器可操作成是构件保持固定，并能够在串联式混合模式下工作。使用第一制动器而不是电动机/发电机中的一个进行混合模式操作减小了电动机的扭矩能力要求并提高效率。此外，在仅仅电驱动(正向或反向)期间施加第一制动器可允许发动机在没有“发动机起动冲击”的情况下被起动。

可选地，附加的一个或多个制动器即第二或第三制动器将行星齿轮组的另一个构件与固定构件选择性地连接，并操作成在某些工作状况下使该行星齿轮组的构件选择性地保持固定以提供不同的EVT范围。

制动器还与一个或多个电动机/发电机并联连接，并在一些工作状况下被选择性地应用，否则的话，这些工作状况将要求多个电动机/发电机中的一个在零速或接近零速的状态下操作，由此通过防止低效率地使用电能保持零速或接近零速而提高了效率。这进一步降低了电动机/发电机的扭矩能力(尺寸)要求。

优选地，制动器通过电动机械的方式被致动，以消除对高压液压泵的需要和相关的损耗；然而，也可以使用其它传统的制动器致动方法。

以协同方式操作三个电动机/发电机，以在输入轴和输出轴之间产生连续变化的正向和反向速比，同时使电动机-发电机的转速最小和使系统的整体效率最优化。适当地选择行星齿轮组的齿槽宽度比以匹配特定的应用。

当结合随附的附图在下文详细描述实施本发明的最佳模式时，本发明的上面的特征和优点以及其它特征和优点将变得明显。

附图说明

图1是包括电动无级变速器的动力系的示意图，该变速器结合了本发明的系列构件，其中环齿轮/中心齿轮的齿槽宽度比为R1/S1＝2.34，R2/S2＝2.99，R3/S3＝2.50；