CN100412412C - 三状态车辆用无级变速器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是一种三状态车辆用无级变速器，适用于各种汽车、拖拉机、摩托车、等机动车辆与电动车辆作无级变速器。具有无级变速装置，前行星排(3)和后行星排(6)同轴，其特征在于前、后行星排的外齿圈(11)做成一体或固接，前太阳轮(12)通过空心轴连接有无级变速器装置(14)的主动部分，无级变速器装置(14)的从动部分通过轴连接后太阳轮(13)，后行星架(7)输出动力；离合器(9)装在和后太阳轮(13)连接的轴上，离合器(8)装在和前太阳轮(12)连接的轴上；扭矩调节机构(4)，装在前行星架上，和前行星轮(10)分别对应同轴，离合器(2)装在前行星架上，也和前行星轮(10)分别对应同轴。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种三状态车辆用无级变速器，适用于各种汽车、拖拉机、摩托车、等机动车辆与电动车辆作无级变速器。
背景技术
当前汽车用的无级变速器主要是金属带形式的无级变速器，其价格很高，在高速时由于AT结构自动变速器的液力变矩器用离合器锁死，使其比金属带形式的无级变速器效率要高，且金属带形式的无级变速不能用于4.0升以上的发动机(目前高档轿车的自动变速器只能用液力变矩器加双排行星齿轮的形式)。汽车用自动变速器目前主要是液力变矩器加双排行星齿轮形式的，这种结构主要缺点是液力变矩器的效率较低，且不是真正意义上的无级变速。这两种变速器目前我国没有自行生产的能力。
发明内容
本专利目的是针对上述不足之处提供一种三状态车辆用无级变速器，具体结构是由前后两个行星排同轴组成，两个外齿圈做成一体或固接，前行星架通过一齿轮接收发动机输入的动力，后行星架输出；前太阳轮输出动力至无级变速装置(可以是现有的机械，液压和电动形式)的主动部分，其从动部分输出动力至后太阳轮；在前太阳轮和无级变速的输入之间设一行星排，实现变速器的倒挡和空挡；在外齿圈外设一离合器或制动器，控制外齿圈的动静转换；每个或单个前行星齿轮通过一离合器和一个扭矩调节机构连接(扭矩调节机构采用液压泵、液压马达、电动机、发电机、电磁离合器中的一种或组合机构)，用来实现在前太阳轮和外齿圈之间重分配一部分功率，使变速器在第二状态时传动比能无级变化，并且传动比是减小，液压泵和液压马达要配对使用，可以提高效率。无级变速装置可以是现有的机械、液压和电动形式的无级变速机构。
三状态车辆用无级变速器是采取以下方案实现：三状态车辆用无级变速器结构具有无级变速装置，其特征在于结构具有前行星排(3)和后行星排(6)，前行星排(3)和后行星排(6)同轴，前、后行星排的外齿圈(11)做成一体或固接，前行星架连接有齿轮(1)，接收发动机的动力，前太阳轮(12)通过空心轴连接有无级变速器装置(14)的主动部分，无级变速器装置(14)的从动部分通过轴连接后太阳轮(13)，后行星架(7)输出动力；离合器(9)装在和后太阳轮(13)连接的轴上，用来控制后太阳轮(13)的动静转换，离合器(8)装在和前太阳轮(12)连接的轴上，用来控制前太阳轮(12)的动静转换；扭矩调节机构(4)(扭矩调节机构采用液压泵、液压马达、电动机、发电机、电磁离合器中的一种或组合机构)，装在前行星架上，和前行星轮(10)分别对应同轴，离合器(2)装在前行星架上，也和前行星轮(10)分别对应同轴，控制扭矩调节机构(4)和前行星轮(10)连接与否，利用前行星轮的自转来驱动液压泵或接收液压马达的驱动，重新分配前外齿圈和太阳轮间的扭矩，扭矩调节机构(4)和离合器(2)随前行星架一起转动；离合器或制动器(5)装在外齿圈(11)外面，用来控制外齿圈(11)的动静转换。无级变速装置可以是现有的机械、液压和电动形式的无级变速机构。
本发明“三状态车辆用无级变速器”是根据目前汽车上已成熟的无级变速器技术，经过本方案改进后能用于大排量的发动机或扭矩较大的电动机，同时对于小排量经济性轿车能有效降低无级变速器的成本，提高其传动效率。根据车辆的速度设定不同状态，其工作原理如下：第一个状态是在车辆低速时，外齿圈用制动器或离合器制动，动力全部由前排太阳轮通过无级变速装置传递给后排的太阳轮，再经过后行星架输出。第二个状态是车辆较高速度时(这时无级变速器装置的传动比已变小，在后排行星排的外齿圈和太阳轮的力矩分配已接近达到平衡，外齿圈受到的力矩稍微小一点)，制动外齿圈的制动器或离合器松开，前行星轮通过离合器控制扭矩调节机构在前外齿圈和太阳轮之间重新分配很小一部分扭矩(液压泵和液压马达配对使用以提高效率)，使外齿圈加速或减速，这时动力由外齿圈和太阳轮两条并联的路线同时传递，这阶段传动比也是无级变化并变小。第三个状态车辆处于高速时，前后排的太阳轮同时制动，前行星排行星轮上的液压泵等也不工作，动力全部由外齿圈传给后排的行星架输出动力，通过齿轮传动达到提高效率。
本发明三状态车辆用无级变速器特点：
1、本发用目前技术成熟的金属带无级变速器等汽车用无级变速技术，把发动机的输出扭矩缩小到原来的一半以下后由现有的无级变速装置来传递动力，同时这时的发动机转速较低，不会影响到由于转速太高而使无级变速装置的传动效率降低或不能工作。这样本方案的实用性是很有说服力的，能满足大排量发动机的使用要求，使目前用无级变速器的车辆使用的无级变速器的传递扭矩可以下降，降低成本，提高传动效率。
2、利用扭矩调节机构(4)实现在太阳轮和外齿圈间的扭矩的重新分配，使两者的运动状态发生变化。扭矩调节机构(4)采用液压泵、液压马达、电动机、发电机、电磁离合器中的一种或组合机构.由于太阳轮和外齿圈要实现加速或减速时，它们间要重新分配的扭矩很小，大约占总传递扭矩的5％以下，这部分的效率对整体的效率影响不大，且液压马达和液压泵(或电动机和发电机)配合使用，加上齿轮分担一部分动力的传递，该过渡状态的整体效率也比现有的无级变速器高。同时该状态的传动比还是无级变化的，通过对液压泵等的优化控制，可以实现传动比的平顺变化，而不会出现状态转换时的异常振动。
3、在发动机高速运转时，无级部分不起作用，动力全部由齿轮来传递。这样可以克服现有的汽车用无级变速器在高速时传动效率较低的缺点。这时传动比是固定的，也是最小传动比，完全用齿轮来传动的效率较高。
4、该装置可以叠加，把图一方案作为一个无级变速装置，替代图中的无级变速部分，又可以作为一个新的无级变速器，其传递的最大扭矩可以放大一倍以上，传动比的范围会放大一些，无级部分的速度要高一些，当然控制系统要复杂一些。
本发明三状态车辆用无级变速器是针对车辆的速度设定不同状态的无级变速器，主要用于适用于各种汽车、拖拉机、摩托车、等机动车辆与电动车辆作无级变速器，特别适合大排量的高级轿车，也可用于其他车辆，例如工程机械等。
附图说明
以下将结合附图对本发明作进一步说明。
图1是三状态车辆用无级变速器实施例1。
图2是三状态车辆用无级变速器实施例2。
具体实施方式
参照附图1、2，三状态车辆用无级变速器结构特征为(如附图1)：前行星排(3)和后行星排(6)同轴，前后行星排的外齿圈(11)做成一体或固接，前行星架连接齿轮(1)接收发动机的动力，前太阳轮(12)通过空心轴连接现有无级变速器的主动部分，这两者之间可以串一个小行星排，通过控制小行星排可以实现空挡和倒挡，现有无级变速器的从动部分通过轴连接后太阳轮(13)，后行星架(7)输出动力；离合器(9)装在和后太阳轮(13)连接的轴上，用来控制后太阳轮(13)的动静转换，离合器(8)装在和前太阳轮(12)连接的轴上，用来控制前太阳轮(12)的动静转换；扭矩调节机构(4)装在前行星架上，和前行星轮(10)分别对应同轴，离合器(2)装在前行星架上，也和前行星轮(10)分别对应同轴，控制液压泵或液压马达和前行星轮(10)连接与否，利用前行星轮的自转来驱动液压泵或接收液压马达的驱动，重新分配前外齿圈和太阳轮间的扭矩，扭矩调节机构(4)和离合器(2)随前行星架一起转动，扭矩调节机构(4)采用液压泵、液压马达、电动机、发电机、电磁离合器中的一种或组合机构；离合器或制动器(5)装在外齿圈(11)外面，用来控制外齿圈(11)的动静转换。前行星排(3)(如附图2)也可以采用对称或非对称差速器形式的行星排，本图是对称式，两个半轴齿轮分别对应图一前行星排的外齿圈(11)和太阳轮(12)，扭矩调节机构(4’)和控制离合器(2’)安装和行星齿轮(10’)同轴，其它结构做相应变化。具体的工作原理如下(见附图1)：齿轮(1)接受发动机传来的动力，并传递给前行星排(3)的行星架，在发动机和车辆处于低速时，外齿圈(11)由离合器或制动器(5)限制其运动，动力传递给前太阳轮(12)，前太阳轮(12)通过空心轴和现有无级变速器的主动元件相连接，动力由无级变速器的主动元件传递给从动元件，从动元件输出动力通过一轴和后行星排(6)的太阳轮相连接，通过后行星排(6)的行星架(7)输出动力；当发动机的转速和车速提高时，限制外齿圈(11)的制动器或离合器(5)松开，离合器(2)起作用，使扭矩调节机构(4)起作用，调节扭矩调节机构(4)的扭矩，可以使前行星排的外齿圈加速或减速，这时动力的传递有两条路线并联传递，无级部分的路线和低速时是一样的，另一条线路是前行星排的行星轮(10)传给了外齿圈(11)，前行星排的外齿圈(11)和后行星排的外齿圈是连接或做成一体的，动力就通过后行星排的行星轮传给后行星架(7)，在并联传递动力时，由于外齿圈和太阳轮的转速的变化，此时传动比还是无级变化的(加装扭矩调节机构(4)的目的是为了外齿圈能加速运动起来，调节扭矩调节机构(4)的扭矩就可以使变速比能无级变化，且传动效率随外齿圈的相对速度的提高而提高，控制好扭矩调节机构(4)的扭矩-速度特性就可以很好的避免在变速器状态变化时能有效降低振动)；当车辆处于高速时，离合器或制动器(8)和(9)工作，使后排太阳轮和前排太阳轮(12)都静止，动力全部由外齿圈(11)传给后行星架(7)输出，此时传动比不再变化了。这种方案可以使目前的无级变速器能用到4.0升以上的发动机上去，同时使低排量的车辆无级传动效率更高。无级变速装置可以是现有的机械、液压和电动形式的无级变速机构。机械式无级变速装置可采用金属带形式的无级变速器。液压式无级变速装置可采用液力变矩器形式的无级变速器。电动形式的无级变速装置可采用调速电机无级变速。
Claims (6)
1. 一种三状态车辆用无级变速器，具有无级变速装置，结构具有前行星排(3)和后行星排(6)，前行星排(3)和后行星排(6)同轴，其特征在于前、后行星排的外齿圈(11)做成一体或固接，前行星架连接有齿轮(1)，接收发动机的动力，前太阳轮(12)通过空心轴连接有无级变速器装置(14)的主动部分，无级变速器装置(14)的从动部分通过轴连接后太阳轮(13)，后行星架(7)输出动力；离合器(9)装在和后太阳轮(13)连接的轴上，用来控制后太阳轮(13)的动静转换，离合器(8)装在和前太阳轮(12)连接的轴上，用来控制前太阳轮(12)的动静转换；扭矩调节机构(4)，装在前行星架上，和前行星轮(10)分别对应同轴，离合器(2)装在前行星架上，也和前行星轮(10)分别对应同轴，控制扭矩调节机构(4)和前行星轮(10)连接与否，利用前行星轮的自转来驱动液压泵或接收液压马达的驱动，重新分配前外齿圈和太阳轮间的扭矩，扭矩调节机构(4)和离合器(2)随前行星架一起转动；离合器或制动器(5)装在外齿圈(11)外面，用来控制外齿圈(11)的动静转换。
2. 根据权利要求1所述的三状态车辆用无级变速器，其特征在于前太阳轮(12)通过空心轴连接有无级变速器装置(14)的主动部分，这两者之间可串一个小行星排，通过控制小行星排可以实现空挡和倒挡。
3. 根据权利要求1所述的三状态车辆用无级变速器，其特征在于前行星排(3)可采用对称或非对称差速器形式的行星排。
4. 根据权利要求1或3所述的三状态车辆用无级变速器，其特征在于采用对称差速器形式的行星排，两个半轴齿轮分别对应前行星排的外齿圈(11)和太阳轮(12)，扭矩调节机构(4′)和控制离合器(2′)安装和行星齿轮(10′)同轴。
5. 根据权利要求1所述的三状态车辆用无级变速器，其特征在于无级变速装置采用机械、液压和电动形式的无级变速机构；机械式无级变速装置采用金属带形式的无级变速器，液压式无级变速装置，采用液力变矩器形式的无级变速器，电动形式的无级变速装置采用调速电机无级变速。
6. 根据权利要求1所述的三状态车辆用无级变速器，其特征在于扭矩调节机构(4)采用液压泵、液压马达、电动机、发电机、电磁离合器中的一种或组合机构。
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