[发明专利]具有多个互连齿轮组的电动可变变速器

说明书

技术领域

本发明涉及电动可变变速器，其选择性地在动力分离可变 速度比范围内和以固定速度比操作且具有三或四个行星齿轮组、两个电 动机/发电机和高达四个扭矩传递设备。

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 燃机一起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使得发动机的燃料消耗和排 放增加超出了理想情况。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。这种发动机也以大范围的速度和大范围的载荷进 行操作，且通常平均以它的最大动力输出的大约五分之一进行操作。

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，例如固定的终传动装置、轮轴和车轮。典型的机械变速器 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变矩器 而允许在发动机操作中实现一些自由度，其中空档选择允许发动机在车 辆静止时操作附件，离合器或变矩器用于实现驱动比之间的平滑过渡以 及利用发动机转动使车辆从休息状态起动。变速器档位选择通常允许来 自发动机的动力以扭矩增加速度减少的比、以扭矩减少速度增加的比 (称为超速驱动)、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在不同扭矩和速度下的机械动力以用于车辆驱动 系统的其余部件。该布置使得在电机的界限内，允许发动机和驱动系统 其余部件之间的扭矩比和速度比发生连续变化。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驱动车辆所需 的扭矩、速度和功率，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机用作电动机，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机起到发电机的作用，以便通过再生制动 将减速车辆的能量回收到电池中。串联电动驱动器受下列因素的不利影 响，即足以将所有的发动机动力在发电机内从机械动力转变为电力和在 驱动电动机内从电力转变为机械动力的电机的重量和成本，以及在这些 转变中的有用能量损失。

动力分离变速器使用通常所理解的“差速齿轮装置”实现 输入和输出之间连续可变的扭矩比和速度比。电动可变变速器能够使用 差速齿轮装置将其传输的动力的一部分发送通过一对电动机/发电机。该 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交替选 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。行星齿轮组通常是设有差速齿轮装置的发明中使用的 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 间存在不同的扭矩比和速度比。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以上的电能存储设 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相 对于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 允许发动机通过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 械动力传递给最终的驱动输出。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。