[发明专利]双模式机电无级变速器

说明书

技术领域

本发明属于一种新型双模式机电无级变速器。它可广泛应用于各种车辆和动力设备。 

背景技术

内燃机都有一定的速度和功率范围，并在其中很小的范围内达到最佳的工作状态。然而，实际路况千变万化，不但表现在驱动轮的速度上同时还表现在驱动轮所要求的扭矩上。因此，内燃机的转速和扭矩，即内燃机的动力状态与驱动轮动力状态之匹配是变速器的首要任务之一。 

近年来，机电混合动力技术的诞生为实现内燃机与动力轮之间动力理想匹配开拓了新的途径。在众多的动力总成设计案中，最具代表性的为丰田公司电机无级变速器，简称THS。THS采用了分流原理，将输入动力分为两路。一路经过一个由齿轮轴系构成的机械链，另一路经过有机电组成的电力链。分流装置为一个简单的行星轮系。THS只能工作在一种分流模式下。它具有一个输出、输入速比节点SR；当变速器的输出、输入速比高于此节点时，系统将出现动力内循环，从而降低动力传输效率。这在很大程度上限制了变速器的有效工作速比范围。为了使THS能够应用在动力要求较高的车辆上，对其中电机功率提出了很高的要求。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一族新型双模式机电无级变速器。它们可以在两种不同的分流模式下工作，有效地克服了动力内循环，具有较高的传动效率，能够在较宽的范围内对输出、输入速比和动力进行连续和独立的调节，从而极大地拓宽变速器的有效速比范围。本发明的有益效果体现在这种新型双模式机电无级变速器降低了对电机的动力要求，变速器结构简单、紧凑，造价低廉；它们能够实现从倒退、停止到前进的不间断的无级变速且无需启动装置，可大幅度地提高整车的燃油效率。 

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 

所述新型双模式机电无级变速器，包括一个齿轮系统，一个输入轴，一个输出轴系，至少一个离合器，两台电机和电机控制器。所述齿轮系统可以是一个的三分支行星轮系，至少有三 个同轴的转动部件。每一个转动件构成该齿轮系统的一个分支。三分支齿轮系统，亦称为三轴齿轮系统。它具有两个转动自由度；任意两个分支的转速可以完全确定该齿轮系统其他分支的转速。如果将三个分支的转速以垂直向量的形式表示，并将它们按一定的距离比例平行地排列开来，即构成所谓的转速梯图，如图1所示。各分支按其在转速梯图中从左到右(或从右到左)的顺序，依次称为三分支齿轮系统的第一分支(I)，第二分支(II)和第三分支(III)。各分支转速向量的终点始终落在一条直线上。这条直线称为速度线。三分支齿轮系统各分支转速向量之间的关系由其特征参数K_a唯一确定：如果以第三分枝至第二分支之间的距离为一个度量单位(1)，那么第二分支至第一分支之间的距离则为K_a个单位。输入轴，输出轴系以及第一、第二电机与齿轮系统作如下方式的连接：输入轴与齿轮系统的一个分支联接，具有固定的速比；输出轴系与齿轮系统的另一个分支联接，具有固定的速比；第一台电机与齿轮系统的再一个分支联接，具有固定的速比；第二电机则有选择地分别与齿轮系统除联入第一电机的那个分支以外的其他两个分支联接，具有至少两个速比。 

所述齿轮系统也可以是一个四分支行星轮系，至少有四个同轴的转动部件。每一个转动件构成该齿轮系统的一个分支。四分支齿轮系统也称为四轴齿轮系统。四分支齿轮系统亦具有两个转动自由度，任意两个分支的转速可以完全确定该齿轮系统其他分支的转速。四分支齿轮系统可以用如图2所示的四分支转速梯图来表示。同样地，各分支按其在转速梯图中从左到右(或从右到左)的顺序，依次称为四分支齿轮系统的第一分支(I)，第二分支(II)，第三分支(III)和第四分支(IV)。四分支齿轮系统各分支转速向量之间的距离关系由其特征参数K_a和K_b唯一确定。这里假定第四分支至第三分支之间的距离为一个单位(1)，K_a定义为第三分支至第二分支之间的距离；K_b定义为第三分支至第一分支之间的距离。输入轴，输出轴系以及第一、第二电机与齿轮系统作如下方式的连接：输入轴与齿轮系统的一个分支联接，具有固定的速比；输出轴系与齿轮系统的另一个分支联接，具有固定的速比；第一台电机与齿轮系统的再另外一个分支联接，具有固定的速比；第二电机则有选择地分别与齿轮系统联入输出轴的那个分支以及剩下一个分支相联接，具有至少两个速比。