[发明专利]电动无级变速器

说明书

技术领域

本发明涉及电动无级变速器，其在具有动力分配可变传动比范围及固定传动比中的选择性操作，并且具有三个行星齿轮组、两个电动机/发电机以及多达五个的扭矩传递装置。 背景技术

当前，大部分车辆由内燃机驱动，尤其是由往复运动的活塞式内燃机驱动。这种内燃机通过将燃料形式的高度集中能量转换成有用的机械能，比较有效、紧凑、轻型和廉价。能够与内燃机一起使用并能减少燃料消耗和排放的新型变速器系统对公众有巨大的好处。

车辆通常寄予内燃机的需求中的广泛变化提高了燃料消耗和排放，超出了这种发动机的理想状况。通常，车辆由这种通过小电动机和相对小的电池从冷态启动，然后快速地置于推进和附件设备的负载之下的发动机驱动。这种发动机还运行通过宽的范围速度和宽的负载范围，通常运行在近似于其最大功率输出的五分之一处。

车辆变速器通常将机械动力从发动机传送到驱动系统的其余部件，例如固定的主减速器传动装置、车轴和车轮。典型的机械变速器允许发动机运行中某些自由度，一般通过交替的五个或六个不同的传动比选择、允许发动机在车辆静止时操作附件设备的空档选择、以及用来在发动机转动时在驱动比之间平滑转换和使车辆从静止起动的离合器或液力变矩器。变速器档位选择通常允许增大扭矩比并降低速度、减小扭矩比并提高速度(称为超速)或者以倒车比将动力从发动机传递到驱动系统的其余部分。

发电机能将发动机的机械能转换成电能，电动机能将电能以不同的扭矩和速度转换回用于车辆驱动系统其余部件的机械能。该布置允许发动机与驱动系统其余部件之间扭矩和速度比在电动机械的极限内的连续变化。可以将用作推进动力源的电池加入到该布置，形成串联混合电动驱动系统。

串联混合动力系统允许发动机在某些程度上独立于驱动 车辆所需扭矩、速度和动力地操作，所以可以控制发动机以改善排放和效率。该系统允许连接到发动机的电动机械作为电动机以启动发动机。该系统还允许连接到驱动系其余部件的电动机械作为发电机，通过再生制动将车辆减速的能量回收进电池。串联电动驱动经受这样的电动机械的重量和成本，该电动机械足以在发电机中将所有的发动机动力从机械能转换成电能，在驱动电机中将电能转换成机械能，并在这些转换中经受有用能量的损失。

动力分配变速器可使用一般理解为“差速传动装置”的装置，以获得输入与输出之间连续变化的扭矩和速度。电动无级变速器可使用差速传动装置以传送所传递动力的一部分通过一对电动机/发电机。其动力的其余部分流过另一个固定速比或可选速比的全部为机械并且直连的平行路线。

对于本领域的技术人员公知的一种差速传动装置的形式可包括行星齿轮组。行星齿轮组一般为在差速传动发明中使用的优选实施方式，具有紧凑并且在行星齿轮组的所有元件中具有不同扭矩和速度比的优点。但是，不使用行星齿轮组，也能构成本发明，如通过使用锥齿轮或者如下布置的其它齿轮：齿轮组中至少一个元件的转速总是为其它两个元件转速的加权平均值。

混合电动车辆变速器系统还包括一个或多个电能存储装置。典型的装置为化学电能存储电池，但是也可包括电容性的或机械的装置，例如电动飞轮。电能存储允许从变速器系统向车辆的机械输出动力变成从发动机向变速器系统的机械输入动力。电池或其它装置还允许发动机通过变速器系统起动和再生车辆制动。

车辆中的电动无级变速器能简单地将机械能从发动机输入传送到主减速器输出。为此，一个电动机/发电机产生的电能平衡了电损失及另一个电动机/发电机消耗的电能。通过使用上述电能存储电池，一个电动机/发电机产生的电能可大于或小于另一个电动机/发电机消耗的电能。电池的电能有时允许两个电动机/发电机都作用电动机，尤其是当车辆加速时辅助发动机。两个电动机有时能都作为发电机以给电池充电，尤其是在再生车辆制动时。

串联混合变速器的成功替代品是为运输公共汽车生产的双范围、输入分配和复合分配电动无级变速器，如在1999年8月3日 授予Michael Roland Schmidt的美国专利No.5931757，与本申请共同地转让，通过引用将其全部内容并入此文。这种变速器利用输入装置接收车辆发动机的动力，利用动力输出装置传送动力以驱动车辆。第一和第二电动机/发电机连接到能量存储装置，例如电池，使得能量存储装置能从第一和第二电动机/发电机接收能量，并向第一和第二电动机/发电机提供动力。控制单元调节能量存储装置和电动机/发电机之中以及第一电动机/发电机与第二电动机/发电机之间的能量流动。