CN102439331A - 传动系统 - Google Patents

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Abstract

一种传动系统包括输入(22)、输出(34)以及周转齿轮系，该周转齿轮系包括第一和第二周转齿轮组。该第一齿轮组包括与第一组行星齿轮(4)啮合的第一恒星齿轮(2)，且该第一组行星齿轮(4)可旋转地由第一行星架(6)所承载并且与第一环齿轮(8)啮合。该第二齿轮组包括第二恒星齿轮(10)，该第二恒星齿轮(10)连接成与第一恒星齿轮(2)一起旋转并且与第二组行星齿轮(12)啮合，该第二组行星齿轮(12)可旋转地由第二行星架(14)所承载并且与第二环齿轮(18)啮合。其中一个齿轮组中的一个行星架(6)连接成与另一个齿轮组中的环齿轮(18)一起旋转。两个所连接的恒星齿轮(2)、(10)以及输入(22)连接于对应的电动机/发电机(E1、E2)的转子(24、20)，且电动机/发电机的电气定子连接件经由控制器(30)连接在一起，该(30)控制器被设置成控制电动机/发电机之间的电力流量。该输入(22)能分别由第一可选择性操作的离合器(C2)和第二可选择性操作的离合器(C1)选择性地连接于另一行星架(14)并且连接于另一环齿轮(8)，藉此该传动系统具有两个状态。

Description

传动系统
本发明涉及传动系统，且具体但非排它性地涉及汽车传动系统，也就是趋于将汽车发动机或电动机的推进力传递至车轮的传动装置。更确切地说，本发明可考虑如下类型的传动系统：该类型的传动系统包括输入、输出以及周转齿轮系，该周转齿轮系包括一个或两个周转齿轮组，且周转齿轮组的两个元件连接于相对应电动机/发电机的转子，而电动机/发电机的电气连接件经由控制器连接于一起，该控制器设置成控制电动机/发电机之间的电力流量。
此种类型的传动系统被称为动力组合式(split)传动装置，其中，由此种传动系统部分机械地且部分电气地传递动力。通常，其中一个电动机/发电机会用作发电机，且由其产生电力传递至作为电动机工作的另一个电动机/发电机。控制器响应于尤其是车辆加速器踏板的位置而改变两个电动机/发电机之间传递的电量，这会引起传动比逐渐变化。因此，传动系统具有连续变化的传动比。
此种类型的传动系统通常具有所谓的单状态(regime)类型，这意味着用于推进电动车辆所需要的所有传动比都可利用此种传动系统来获得，而无需使用一个或多个离合器来转换成不同的状态。虽然不具有离合器是非常可取的，然而使用单状态类型传动系统的使用具有如下缺点：即由进行电气传递的系统所传递的动力所占份额会上升至50％或甚至更高。鉴于两个单独的原因，这是不理想的。第一，由于电气损失，动力由传动系统电气地传递所具有的效率显著地低于机械地传递动力所具有的效率，这意味着电气传递的动力所占份额越高，则传动系统的整个效率就越低。第二，电动机/发电机的成本与由其吸收或产生的动力和扭矩直接相关，因此由传动系统电气传递的整个动力所占份额越大，则电动机/发电机就越庞大且由此更昂贵。
因此，本发明的目的在于提供一种上述类型的传动系统，其中整个动力传递是电气传递所占的最大份额显著地低于前述系统，由此使得传动系统与前述传动系统相比更小、更轻且更便宜。
电机输送发展的可能的方向上的选择在由电池或超电容提供动力的纯电动车辆以及仅由内燃机提供动力的传统车辆之间广泛地变化。虽然传统车辆遭遇与燃料成本以及环境事项相关的问题，而纯电动车辆仅适用于短距离行驶，但它们在用于通勤者的市内交通、运载工具以及城市客车方面是相当有用的。
将来在环境上以及经济上的改善方案可能是车辆既由电动机又由内燃机提供动力的混合折衷，藉此发电机与电力电容的比例可能会从85％/15％变化至15％/85％。尽管存在上述与电气地传递大量动力相关的缺点，对于更清洁且更安静运输的需求则意味着100％由电池提供动力的车辆、尤其是更小型的汽车、滑行车以及摩托车不久之后会被大量生产。
将来的混合动力车辆的发电机将会需要较小的推进动力，这是由于在混合动力车辆中，发电机通常由一个或多个电动机所辅助。由于发电机减小动力需求，因而发电机会更小，这可减少气缸数量，以使发电机成本更低且效率更高。然而，虽然考虑摆动和往复运动的质量，例如2气缸对置式活塞发动机会较佳地平衡，但具有一个、两个或三个气缸的4冲程发动机具有非常高的扭转不规则性以及扭转振动问题，这会产生令人无法接受的噪声、振动以及不适宜(harshness)(NVH)级别，尤其是在低车速情形下。因此，本发明的另一目的在于：如果使用发动机的话，通过使该发动机扭转地平衡来降低NVH级别。
本发明的又一目的在于提供一种传动系统，该传动系统可被普遍使用，因此可用于传递仅由内燃机所产生的动力，或者可仅传递通过激发电动机/发电机中的一个或两个而由其自身所产生的动力，或者可用作动力组合传动装置，而此种动力组合传动装置既传递由内燃机机械地产生的动力、又传递通过为电动机/发电机中的一个或两个通电而电气产生的动力。
根据本发明的第一方面，传动系统包括输入、输出以及周转齿轮系，周转齿轮系包括第一和第二周转齿轮组，第一齿轮组包括与第一组行星齿轮啮合的第一恒星齿轮，且第一组行星齿轮可旋转地由第一行星架所承载并且与第一环齿轮啮合，而第二齿轮组包括第二恒星齿轮，该第二恒星齿轮连接成与第一恒星齿轮一起旋转并且与第二组行星齿轮啮合，该第二组行星齿轮可旋转地由第二行星架所承载并且与第二环齿轮啮合，其中一个齿轮组中的一个行星架连接成与另一个齿轮组中的环齿轮一起旋转，两个所连接的恒星齿轮以及输入连接于对应的电动机/发电机的转子，且电动机/发电机的电气定子连接件经由控制器连接在一起，该控制器设置成控制电动机/发电机之间的电力流量，输入能分别由第一和第二可选择性操作离合器选择性地连接于另一行星架并且连接于另一环齿轮，藉此传动系统具有两个状态。
因此，根据本发明该方面的传动系统包括两个3分叉差速器，这两个差速器的两个恒星齿轮连接成一起旋转，且其中一个差速器的行星架连接成与另一个差速器的环齿轮一起旋转。两个所连接的恒星齿轮以及输入连接于对应的电动机/发电机(总是E2)的转子，而该电动机/发电机的电气定子连接件经由控制器连接在一起。输入能可选地由第一和第二可选择性操作离合器连接于另一个行星架并且连接于另一个环齿轮。在使用中，当然这些离合器中的仅仅一个或另一个离合器正常接合，同时获得完整需求范围的传动比，在其中一个离合器被接合时的一个状态中获得较低的传动件，而在另一个离合器被接合的另一个状态中获得较高的传动比。结果是：与此种通用类型的已知传动系统相比，作用在每个电气机器上的最大扭矩以及流过每个电气机器的最大电力显著减小。这会使传动系统的整个工作效率显著提高，且同样重要的是这会减小两个机器的尺寸和成本，藉此整个传动系统的总成本且由此总重量也会减小。
虽然这两个周转齿轮组可以是完全单独的并且具有不同的传动比，但较佳地是这两个齿轮组的R0比值、也就是恒星齿轮和环齿轮在行星架保持稳定时的转速比是基本上相同的，且两个恒星齿轮是一体的并由单个恒星齿轮构成。两个恒星齿轮的组合会获得简化效果并减少部件数量。此外，较佳地是，第一行星架与第二行星架相同，且第一环齿轮与第二环齿轮相同，并且部件的此种通用性会进一步简化制造。
然而，对于具有单个共用恒星齿轮并且所有的行星架是相同的且两个环齿轮是相同的两个周转齿轮组的使用会产生仅使用单个齿轮组的可能。因此，根据本发明的第二方面，传动系统包括输入、输出以及周转齿轮系，该周转齿轮系包括与一组行星齿轮啮合的恒星齿轮，且该组行星齿轮可旋转地由行星架所承载并与环齿轮啮合，恒星齿轮和输入连接于对应的电动机/发电机的转子，且电动机/发电机的电气定子连接件经由控制器连接在一起，该控制器被设置成控制电动机/发电机之间的电力流量，输入能分别由第一和第二可选择性操作离合器选择性地连接于行星架和环齿轮，而输出能分别经由第三和第四可选择性操作离合器选择性地连接于行星架和环齿轮，藉此传动系统具有两个状态。
由于此种传动系统中的周转齿轮系仅包括三个部件，且恒星齿轮连接于其中一个电动机/发电机，而另两个部件、即环齿轮和行星架都须在两个状态中用作输入和输出。这当然不仅需要使输入能选择性地由第一和第二可选择性操作离合器连接于行星架和环齿轮，而且需要使输出能选择性地由第三和第四可选择性操作离合器连接于行星架和环齿轮。环齿轮和行星架显然无法同时连接于输入和输出，因此在输入连接于行星架而输出连接于环齿轮的情形下获得一个状态，在输入连接于环齿轮而输出连接于行星架的情形下获得另一个状态。
在使用中，较佳地在控制系统的控制下，会自动地实现从一个状态到下一个状态的变换。理论上，一个状态到另一个状态的变换能以任何速度发生，但应理解地是，如果输入侧的两个离合器的输出速度在状态变换发生时是不同的话，则首先需要使与当前所使用状态相关的离合器脱开，然后使下一个状态的离合器接合。这显然会在车辆的驱动性能中引起一定的断续或振动。此外，会需要使用摩擦离合器，这是由于需要使齿轮组或每个齿轮组中以由第一状态的传动比所确定的速度旋转的部件快速加速或减速，以与另一个状态中所需要的速度相对应。因此，较佳地是，第一和第二离合器由控制系统所控制，且对控制系统进行编程，从而在第一离合器和第二离合器的输出速度基本上相同时，从一个状态变成另一个状态。这可使待使用的下一状态的离合器接合并且随后将前一状态的离合器脱开，这意味着两个状态的离合器会短暂地同时被接合，且车辆的驱动性能中不会产生断续或振动。此外，该特征允许可选择性操作的离合器是犬式离合器，也就是利用正(positive)接合而非摩擦接合的离合器，并且这些离合器明显要更便宜且经受磨损的程度较小。
在本发明的第二方面，其中还提供第三离合器和第四离合器，较佳地是，这些第三离合器和第四离合器也由控制系统所控制，且对控制系统进行编程，从而在第三离合器和第四离合器的输出速度基本上相同时，从一个状态变成另一个状态。
然而，虽然为了实现光滑的状态变换，使第一离合器和第二离合器的输出侧并且还使得第三离合器和第四离合器(如果提供的话)的输入侧以相同速度旋转是必需的，但现在应理解地是仅仅这一方面是不充分的。因此，即使在第一离合器和第二离合器的输出速度是相同的时候发生状态变换，如果电气机器中一个或两个的速度或者齿轮系的任何一个部件在紧接着状态变换之后的速度与就在状态变换之前的速度显著不同，则所述机器或部件加速或减速至其在状态变换之后的新速度所需的扭矩会在车辆的驱动性能中引起可察觉的断续或振动。因此，较佳地是，齿轮组或每个齿轮组及其与离合器的连接被设计成：当传动系统从一个状态变成另一状态时，每个电动机/发电机的速度在状态变换之前和之后基本上是相同的。实际上，如果在两个电气机器的速度是相同的时候执行状态变换，并且此时所有的部件会以相同速度旋转、即整个齿轮组会作为实心体旋转，则会实现此种状况。
上述特征可应用于除了上述类型传动系统以外的传动系统中，因此根据本发明的又一方面，提供如下类型的传动系统：该类型的传动系统包括输入、输出以及周转齿轮系，该齿轮系的两个元件连接于对应的电动机/发电机的转子，且电动机/发电机的定子的电气连接件经由控制器连接在一起，该控制器被设置成控制电动机/发电机之间的电力流量，齿轮系的两个元件由相对应可选择性操作离合器连接于输入，藉此传动系统具有两个状态，且传动系统包括速度传感器和控制系统，该速度传感器被设置成产生代表离合器输出速度的信号，对该控制系统进行编程，从而在所述输出速度相同时、使传动系统从一个状态变至另一状态，齿轮系及其与输入的连接被设置成使得每个电动机/发电机的速度在从一个状态变换至另一状态之前和之后都是相同的。换言之，本发明的此种又一方面提供当齿轮系的所有部件的速度都相同时、从一个状态变至另一状态的传动系统。
如上所述，齿轮系可包括单个周转齿轮组，该单个周转齿轮组包括恒星齿轮、一组行星齿轮以及环齿轮，且在此种情形下，会需要既将输入连接于齿轮组元件又将输出连接于齿轮组元件的受离合器控制的连接。然而，如果齿轮系包括两个或多个复合齿轮组，则仅仅将输入连接于齿轮系元件或者仅仅将输出连接于齿轮系元件的受离合器控制的连接就足以实现两个不同的状态。
实际上，可提供大体上述类型的传动系统，且该传动系统通过仅仅在齿轮系的输出侧上提供两个可选择性操作离合器而具有两个状态，因此根据本发明的又一方面，提供如下类型的传动系统：该类型的传动系统包括输入、输出以及周转齿轮系，该齿轮系的两个元件连接于对应的电动机/发电机的转子，且电动机/发电机的定子的电气连接件经由控制器连接在一起，该控制器被设置成控制电动机/发电机之间的电力流量，齿轮系的两个元件由相对应可选择性操作离合器连接于输出，藉此传动系统具有两个状态，且传动系统包括速度传感器和控制系统，该速度传感器设置成产生代表离合器输入速度的信号，对该控制系统进行编程，从而在所述输入速度相同时、使传动系统从一个状态变至另一状态，齿轮系及其与输入的连接被设置成使得每个电动机/发电机的速度在从一个状态变至另一状态之前和之后都是相同的。因此，再次于齿轮组的所有部件的速度都相同时进行状态变换。
因此，当第一离合器和第二离合器的输出速度是相同的时候，并且如果提供第三离合器和第四离合器的话、当这些离合器的输入速度是相同的时候，在控制系统的控制下进行状态变换。将设置速度传感器，以直接测量这些速度或者其数值指代那些速度的一些其它参数。齿轮系及其与离合器的连接被设置成：使得每个电动机/发电机的速度在状态变换之前和状态变换之后都相同，藉此电动机/发电机或者齿轮组的部件不会发生突然加速或减速，因此状态变换不会由车辆的乘客所感觉到。如果齿轮系包括两个周转齿轮组，且每个齿轮组的一个元件在输入侧直接连接于其相关联的离合器，则每个电动机/发电机的速度将在状态变换之前或之后固有地相同，且在离合器的两个输出速度相同时进行状态变换。然而，如果一个或两个齿轮组与相关联离合器的连接包括使传动比变化的齿轮装置，则电动机/发电机的速度在状态变化之前和状态变化之后可不同，即使在离合器的输出速度相同时进行状态变化仍如此。然而，在此情形中可确保地是，通过为齿轮组的啮合元件(实际上包括恒星齿轮、行星齿轮以及环齿轮中的至少两种)提供合适的齿数，也就是通过确保使齿轮组的RO比值具有合适的数值，以使得电动机/发电机的速度在状态变化之前和状态变化之后实际上是相同的。这实际上相当易于实现。因此，将存在这样一种输出速度，在该输出速度下进行状态变换会致使两个电动机/发电机的速度在状态变换发生之前和之后都是相同的。该速度是确定的，且以该速度来确定两个齿轮组的输入部件的速度比值。然后，将产生具有相同比值的速度变化的递升和递减齿轮装置引到其中一个输入部件和相关联离合器之间的连接中，以确保这两个离合器的输出速度在该速度下是相同的。
在诸如电气整流永磁电机之类的同步电机的情形中，控制器将固有地已知两个转子的位置，且传感器能由控制器程序设计的一部分所构成，控制器则在两个转子的速度相同时进行状态变换。对于其它类型的机器来说，可提供单独的速度传感器，且这些速度传感器可具有任何合适的已知类型。
如上所述，确保在第一离合器和第二离合器的输出速度相同时进行状态变换、且较佳地还确保使齿轮系所有部件的速度相同的重要优点在于：离合器无需具有摩擦类型，且较佳地是这些离合器具有诸如犬式离合器之类的刚性啮合类型。然而，这些离合器还可具有如下类型：该类型的离合器包括设在两个同轴旋转的轴或其它部件上的可选择性啮合的齿或花键，两个同轴旋转的轴或其它部件中的一个可轴向运动，以使两组齿或花键啮合或脱开。
结合本发明的上述第一方面，其中传动系统仅仅包括第一离合器和第二离合器，较佳的是，另一个行星架和另一个环齿轮连接于对应的花键组，且第一离合器和第二离合器包括共用可动离合器部件，该可动离合器部件连接成于输入轴一起旋转并承载第一组花键和第二组花键，离合器部件可在一个位置和另一个位置之间运动，在一个位置，第一组花键与另一个行星架上的花键啮合，而在另一位置，第二组花键与另一个环齿轮上的花键啮合。因此，在该实施例中，仅仅需要单个部件来由任何合适的致动器在两个位置之间运动，以实现在一个位置接合第一离合器而脱开第二离合器，在另一个位置脱开第一离合器而接合第二离合器。
在本发明的上述第二方面，其中不仅存在第一和第二离合器而且存在第三和第四离合器，则较佳地是将行星架连接于两组花键，并且还将环齿轮连接于两组花键，第一和第二离合器包括第一共用可动离合器部件，该第一共用可动离合器部件连接成与输入轴一起旋转并承载第一组和第二组花键，而第三和第四离合器包括第二共用可动离合器部件，该第二共用可动离合器部件连接成与输出轴一起旋转并承载第三组和第四组花键，且第一和第二离合器部件可在一个位置和另一个位置之间一起运动，在一个位置，第一离合器部件上的第一组花键与行星架上的其中一组花键啮合，并且第二离合器部件上的第三组花键与环齿轮上的其中一组花键啮合，而在另一位置，第一离合器部件上的第二组花键与环齿轮上的其中一组花键啮合，而第二离合器部件上的第四组花键与行星架上的另一组花键啮合。在该实施例中，从一个状态到另一状态的变换可由此再次由单个致动器来执行，该致动器使第一和第二离合器部件一起在一个位置和另一位置之间运动，在一个位置，第一和第三离合器接合，但第二和第四离合器并不接合，而在另一位置，第二和第四离合器接合，但第一和第三离合器并不接合。
由于状态变换在齿轮系的所有部件都以相同速度旋转时发生，可易于使相互协配的各组花键彼此接合和脱开。然而，为了处理在待啮合的两组花键的速度中的任何轻微失匹配，较佳地是使每对相互协配的花键组设有例如具有同步啮合类型的速度均衡装置，该速度均衡装置确保当花键彼此接近时、使得它们的速度完全相等，藉此便于使那些花键组易于啮合。
传动系统可用于纯电动车辆，且在此种情形中，机械动力由电动机/发电机中的一个或甚至两个产生，其中一个电动机/发电机连接于输入轴并且能因此将输入扭矩施加于输入轴。然而，传动系统还可简单地用于以可选择的无级传动比、将由内燃机所产生的动力传递至车轮。或者，传动系统可用在混合动力车辆中，其中推进力部分地由内燃机所产生且部分地由连接于输入的电动机/发电机所产生，在此种情形中，传动系统不仅会以可选择的无级传动比而将机械产生的和电气产生的动力传递至车轮，而且还会作为动力组合机构来操作，以将由内燃机所产生的动力与由连接于传动装置输入的电动机/发电机所产生的动力组合起来。因此，本发明还包括上述类型的与内燃机组合起来的传动系统，且内燃机的输出轴连接于传动系统的输入轴。
接合混合动力车轮，可希望某些时候大部分或仅仅借助内燃机来驱动车辆，而在其它时候仅仅电气地驱动车辆，并且为了避免连接于输入轴的电气发电机/电动机也会在这些时候驱动内燃机，较佳地是经由可选择性操作离合器将发动机的输出轴连接于传动系统的输入，且当由电动机/发电机中的一个或两个而非由内燃机产生动力时，离合器在那些时候当然会脱开。
传动系统不仅可用于四轮车辆而且可用于两轮车辆，也就是摩托车，并且在此种情形中，为了使摩托车平衡，当然较佳地是使发动机基本上位于摩托车的前后中心线上，并且在此种情形中，较佳地是发动机位于两个电动机/发电机之间。在此种情形中，发动机的输出轴可直接连接于其中一个电动机/发动机，并且还可经由连接件连接于周转齿轮系，而该连接件包括仅仅允许沿一个方向旋转的自由轮。这意味着，如果摩托车仅仅电气地被驱动的话，则驱动电动机/发动机会仅仅使传动系统的输出且由此使摩托车的被驱动轮旋转，并且将不会驱动内燃机。
如上所述，内燃机会具有相当高的扭转不规则性以及扭转振动问题，而此种扭转不规则性和扭转振动位置会引起无法令人接受的HNV级别。但是，如果其中一个电动机/发电机的转子通过递升齿轮装置(step-up gearing)(较佳地具有周转类型)连接于传动系统的输入且由此在使用中连接于内燃机的输出轴，则能很大程度地解决此种问题，如此设置使得转子沿与输入相反的方向旋转，并将递升齿轮装置的传动比选定成使得发动机和所述转子扭转平衡。因此，在该实施例中，连接于输入的转子会比输入旋转地更快并且沿相反方向旋转，以实现整体扭转平衡。转子的此种较高速度是理想的，首先这是由于许多电机、尤其是感应式电机在高速下更有效地工作，其次这是由于旋转物体的惯性矩与其速度的平方成比例，而且由于所考虑的电动机/发电机的转子质量一般显著地小于内燃机的旋转部件的质量，因而转子须比内燃机旋转得更快，以能够利用转子实现扭转平衡。
所述所有实施例与用于动力消耗设备的传动系统，该传动系统将机械地和/或电气地产生的动力传递至一个或多个被驱动部件，例如车辆的一个或多个驱动轮。然而，根据本发明的传动系统还适用于电力产生设备，该电力产生设备的输入包括流体驱动轴，例如连接于风力涡轮机、水力涡轮机之类的轴。在此种情形中，需求逆转且设置也由此逆转，并且本发明的上述第一方面修改成：并非是输入连接于电动机/发电机的转子，而是输出进行如此连接，并且是输出而非输入由第一和第二可选择性操作离合器连接于另一行星架以及连接于另一环齿轮。此外还通过将输出而非输入连接于电动机/发电机的转子来对本发明的第二方面进行修改。在此种动力产生设备中，电动机/发电机中的至少一个会产生过量的电力，该电力然后被供给至例如主电源。本发明的这些方面还可包括结合第一方面和第二方面的上述又一些特征。
本发明的其它特征和细节将从某些特定实施例的以下说明中显现出来，且参见完全或部分示意说明的附图并借助示例来给出这些实施例，附图中：
图1示出用于纯电动车辆的传动系统；
图2示出与图1所示传动系统极其类似的传动系统，除了两个电动机/发电机彼此共轴地嵌套以外；
图3示出图1所示传动系统的又一变型，其中两个恒星齿轮具有相同的尺寸并一体整合到单个共用恒星齿轮中；
图4示出用于纯电动车辆的传动系统，其中两个电动机/发电机并非是共轴的，且离合器具有正接合的带键槽类型而非摩擦类型；
图5示出用于混合动力车辆的传动系统，该传动系统还包括内燃机；
图6示出图5所示传动系统的变型；
图7示出图5所示传动系统的又一变型，该传动系统仅仅包括单个周转齿轮组；
图8示出图7所示传动系统的变型；
图9示出图8所示传动系统的变型，该传动系统适合于用在摩托车和前轮驱动的车辆上；
图10示出根据本发明的用于风力涡轮机的又一传动系统。
首先参见图1，传动系统包括周转齿轮系，该周转齿轮系包括两个三叉式周转齿轮组。第一齿轮组包括恒星齿轮2，该恒星齿轮与由行星架6可旋转地承载的多个行星齿轮4啮合。行星齿轮4与环齿轮8啮合。第二齿轮组包括恒星齿轮10，该恒星齿轮连接成与恒星齿轮2一起旋转，并与多个行星齿轮12啮合。行星齿轮12可旋转地由第二行星架14所承载并与第二环齿轮18啮合。第二环齿轮18连接成与第一行星架6一起旋转。传动系统还包括两个电动机/发电机E1、E2，且E1的转子20连接成与输入轴22一起旋转，而E2的转子24由轴36连接成与两个恒星齿轮2、10一起旋转。两个定子26、28的电气连接件经由控制器30连接在一起，该控制器30还连接于电能存储件，该电能存储件通常是电池，但超电容也是可以的。
输入轴能借助第一可选择性操作摩擦离合器C1选择性地连接于第一环齿轮8，并且还能由第二可选择性操作摩擦离合器C2选择性地连接于第二行星架14。这两个离合器C1、C2连接成由控制器30所控制。
在使用中，仅仅其中一个离合器C1、C2会被接合，假定第一齿轮组比第二齿轮组提供较低的传动比数值组，因此当车辆启动时，离合器C1被接合并由此离合器C2脱开。电动机/发电机E1由电池32通电，且其动力通过离合器C1传递并且通过两个复合齿轮组传至输出轴34，该输出轴连接于第一行星架6。第二电动机/发电机E2由所连接的恒星齿轮驱动旋转并且作为发电机工作，且由其产生的电力经由控制器传递至另一电动机/发电机E1并且部分地为该电动机/发电机E1供电。根据需要，通过借助控制器30控制电动机/发电机E2的转子24的速度来控制传递系统的传动比。借助速度传感器来测量两个齿轮组的各个部件的速度，该速度传感器连接于控制器30或者形成控制器30的一部分，并且随着车速加快，会出现所有部件的速度都相同的时候。然后，脱开离合器C1并接合离合器C2。两个离合器的接合和脱开可同时发生，或者可一定程度上在C1脱开之前接合C2，以确保不会发生振动，但由于这两个离合器的输出侧以相同速度旋转，因而使用者当然不会感觉到这种振动。然后，利用由第二齿轮组提供的较高传动比。
图2所示的实施例极其类似于图1所示的实施例，且已使用相同的附图标记。该实施例的主要不同之处在于：两个电动机/发电机彼此嵌套，且E1的转子20位于定子26外部而非其内部。另一方面，构造与图1所示的构造大致相同且其操作也是相同的。
图3所示的实施例也类似于图1所示的实施例，且再次使用相同的附图标记。然而，在此情形中，两个电动机/发电机都位于两个周转齿轮组的相同侧，且输出位于左手侧而非右手侧。然而，在此情形中，两个恒星齿轮具有相同的尺寸并一体整合成单个共用恒星齿轮2、10，且在该情形3中，这两个齿轮组具有相同的RO比值。
图4所示的实施例在多个方面与图1、2和3所示的实施例不同。因此，两个电动机/发电机不再是同轴的，并且电动机/发电机E2与齿轮系共轴，而电动机/发电机E1则不然。更重要地是，周转齿轮系并不包括两个复合齿轮组，而仅仅具有单个齿轮组。该齿轮组包括恒星齿轮4，该恒星齿轮4构成连接于电动机/发电机E2的转子24的轴36的一体部分。恒星齿轮4再次与多个行星齿轮4啮合，且这些行星齿轮4再次与环齿轮8啮合。行星齿轮4可旋转地由行星架6所承载。
连接于电动机/发电机E1的转子20的输入轴22由一个或多个齿轮38连接成：使得围绕轴36延伸的管状轴40旋转。管状轴40具有带键槽部分42，该带键槽部分42承载第一离合器部件44，且该第一离合器部件44借助内部花键键住，以与管状轴40一起旋转，但相对于管状轴40无法轴向运动。离合器部件44承载两组齿或花键46、48，这两组齿或花键46、48分别与由环齿轮8和行星架6所承载的相对应齿或花键组50、52相协配。离合器部件44键连接于离合器致动部件54，以借助其沿管状轴40上花键滑动的内部花键而由该离合器致动部件54左右运动。离合器致动部件54可借助由控制系统控制的致动器(未示出)运动，以使离合器部件44在图4所示的位置和另一位置之间运动，在图4所示的位置，离合器部件44的其中一组花键48与形成在行星架上的相对的花键组啮合，藉此输入轴22由这些啮合花键连接于行星架6，而在另一位置，另一组花键46与连接于环齿轮8的花键50啮合，藉此输入轴22连接成与环齿轮8一起旋转。
输出轴34也具有外部带键槽部分56，且第二离合器部件58围绕该带键槽部分56延伸，且该第二离合器部件58形成有与输出轴34上的花键啮合的内部花键，藉此离合器部件58与输出轴34一起旋转，但无法相对于该输出轴纵向运动。离合器部件58基本上与离合器部件44相同，且由此承载第三组花键60和第四组花键64，该第三组花键60与形成在行星架6上的又一组花键62协配，而该第四组环境64与连接于环齿轮8的又一组花键66协配。离合器部件58也键连接于离合器致动部件54，以由该离合器致动部件54平行于输出轴34的长度而运动。因此，连接于离合器致动部件54的致动器的操作会使离合器部件58从所说明位置运动至又一位置，在所说明的位置，花键64和66处于啮合状态，由此输出轴34连接成与环齿轮8一起旋转，而在又一位置，花键60和62处于啮合状态，由此输出轴34连接成与行星架6一起旋转。由于两个离合器部件44、58连接于共用离合器致动器部件54这一事实，因而这两个离合器部件平行于轴34、36而在所说明位置和另一位置之间一起运动，在所说明的位置，输入轴22连接成与行星架6一起旋转，且输出轴34连接成与环齿轮8一起旋转，而在另一位置，输入轴22连接成与环齿轮8一起旋转，且输出轴34连接成与行星架6一起旋转。
由此可见，每个离合器部件44、58具有形成在其中的多个孔，且对应的杆68通过这些孔。倾斜的速度均衡部件70位于每个杆68的每一个端部处。当其中一个离合器部件向左或向右运动、以使它的其中一组花键与承载部件6或环齿轮8上的对应的花键组啮合时，该离合器部件首先相对于相关联的杆68运动，然后与那些杆68端部处的速度均衡部件配合，并迫使这些速度均衡部件与形成在行星架6和行星齿轮8上的对应的倾斜速度均衡表面相配合。速度均衡表面的配合在花键组相啮合之前发生，并且用于确保当两组花键实际上相啮合时、它们的转速是完全相等的，藉此致使花键组易于啮合。因此，速度均衡部件以与传统的自动齿轮箱中已知的同步拟合速度均衡器类似的方式作用。
因此，在图4所示的实施例中，当希望进行状态变换时，致动离合器致动器，以使输入轴22从与行星架6和环齿轮8中一个部件的连接运动至与另一部件的连接，同时使输出轴34从与环齿轮8和行星架6中一个部件的连接运动至与另一部件的连接。
图5所示实施例与图1所示实施例大致相同，当该实施例意图用于混合动力车辆，该混合动力车辆部分地由内燃机驱动，而部分地借助将电力应用于电动机/发电机中的一个或两个而电气地驱动。因此，输入轴22连接于内燃机82的输出轴80，且仅仅示意性地示出了该内燃机82。轴22和轴80的连接借助又一可选择性操作离合器84来实现。在该情形中，输入轴22与电动机/发电机E1的转子20的连接并不是直接的，而是借助周转类型的反向递升齿轮装置来实现。因此，输入轴22连接成与又一周转齿轮组的环齿轮86一起旋转，该环齿轮86与由行星架90可旋转承载的行星齿轮88啮合。行星架90连接于地面，由此无法旋转。行星齿轮88与恒星齿轮92啮合，且该恒星齿轮92连接于电动机/发电机E1的转子20。因此，当输入轴22沿一个方向旋转时，E1的转子20以该速度的多倍速度并且沿相反相反旋转。周转齿轮组86、88、92的递增传动比设定成与内燃机可旋转部件的质量与E1转子20的质量的比值的平方根相等，从而当发动机工作时，通过转子20的较快反转而完全扭转平衡。车辆可仅仅由内燃机所驱动，在该情形中，传动系统将仅仅用于以由控制器所确定的可变传动比、将发动机的动力传递至车轮，控制器通过对两个电动机/发电机之间的电力流量进行调整来调整传动比。或者，或在某些时候，车辆可部分地由内燃机驱动，且部分地通过由电动机/发电机中的一个或两个所产生的动力而电气地驱动。在此种情形中，传动系统不仅会将动力传递至车轮，而且还会使来自发动机的机械动力与由电动机/发电机所产生的电力组合起来。如果希望仅仅电气地驱动车辆，则将离合器84脱开，以便不沿反方向驱动发动机。
图5所示的实施例示出使用两个摩擦离合器C1、C2，但图6所示的实施例利用与图4所示离合器类似的正接合的待键槽离合器。这些离合器包括与图4所示的离合器部件44类似的单个可动离合器部件。该离合器部件能以参照附图4所描述的方式操作，以将输入轴22选择性地连接于第一齿轮组的环齿轮8或者第二齿轮组的行星架14。在其它方面，图6所示的实施例与图5所示的实施例相同。图7所示的实施例再次与图5所示的实施例相同，但在两个方面上与图5所示的实施例不同。因此，首先，电动机/发电机E1的转子直接连接于输入轴，以与该输入轴以相同速度旋转，而并不经由反向递升的齿轮装置连接于该输入轴，其次，图5所示的包括两个复合3分叉齿轮组的齿轮系由与图4所示的齿轮系类似的齿轮系所替代，且图4所示的齿轮系仅仅由单个3分叉齿轮组所构成。然而，使用四个摩擦离合器C1、C2、C3以及C4，而非图4所示的带键槽离合器。离合器C3和C4用于将输入轴22选择性地分别连接于齿轮组的环齿轮8和行星架6，而离合器C1和C2用于将输出轴34选择性地分别连接于齿轮组的行星架6和环齿轮8。电动机/发电机E2的转子24再次借助轴36连接于恒星齿轮2。
图8所示的实施例极其类似于图5所示的实施例，但包含四个摩擦离合器的图5所示齿轮系在图8中由包括四个带键槽离合器的齿轮系所替代，且该齿轮系的构造和操作与结合图4所描述的齿轮系相同。然而，在此种情形中，来自齿轮系的输出传递至围绕轴36延伸的套筒90，该轴将恒星齿轮连接于电动机/发电机E2的转子，且该套筒90经由两个齿轮92、94连接于最终的输出轴。
图9所示的实施例与图8所示的实施例类似，但在此种情形中，发动机82和齿轮系位于两个电动机/发电机之间。因此，该传动系统尤其适合于用在摩托车上，这是由于这使得作为最终部件的发动机能基本上位于摩托车的前后中心线上，藉此使得摩托车能保持平衡。此种传动系统适合于混合动力类型的摩托车，且混合动力类型的摩托车有时倾向于仅仅由电动机/发电机E2所驱动，而该电动机/发电机用作由电池32供电的电动机。在此种情形中，这当然会存在如下倾向性：电动机/发电机E2不仅使齿轮系的输出旋转，而且使发动机旋转，而齿轮系的输出在此种情形中采取套筒或中空轴90的形式。这当然是不理想的，因此通过自由轮装置96将发动机的输入轴22锚定于地面，该自由轮装置96仅仅允许输入轴22沿一个方向旋转、也就是沿由发动机82所驱动的方向悬挂在，由此会不允许电动机/发电机E2沿相反方向驱动发动机。
图10说明根据本发明的传动系统，该传动系统包括在风力涡轮发电机中，用以将电力供给至主电源98。传动系统本身相当类似于图1所示的传动系统，但由于该设备产生电力而非消耗电力，因而需求反转，且由此其中一个电动机/发电机E1连接于传动系统的输出而非其输入。因此，电动机/发电机E1用作发电机并且产生供给至主电源系统98的三相电力。又一个不同之处在于：能可选择性地连接于另一行星架以及另一环齿轮的是输出而非输入。在使用中，风力涡轮机100由风驱动旋转，且控制系统自动地控制电动机/发电机E1的速度以同步运行，而不考虑风速。在此种情形中，由于控制器30连接于主电源供给件，当然无需电池或其它电能存储件。

Claims (18)

1.一种传动系统，包括输入、输出以及周转齿轮系，所述周转齿轮系包括第一和第二周转齿轮组，所述第一齿轮组包括与第一组行星齿轮啮合的第一恒星齿轮，且所述第一组行星齿轮可旋转地由第一行星架所承载并与第一环齿轮啮合，所述第二齿轮组包括第二恒星齿轮，所述第二恒星齿轮连接成与所述第一恒星齿轮一起旋转并与第二组行星齿轮啮合，所述第二组行星齿轮可旋转地由第二行星架所承载并与第二环齿轮啮合，其中一个齿轮组中的一个行星架连接成与另一个齿轮组中的环齿轮一起旋转，两个所连接的恒星齿轮以及所述输入连接于对应的电动机/发电机的转子，且所述电动机/发电机的电气定子连接件经由控制器连接在一起，所述控制器被设置成控制所述电动机/发电机之间的电力流量，所述输入能分别由第一和第二可选择性操作离合器选择性地连接于另一行星架并且连接于另一环齿轮，藉此所述传动系统具有两个状态。
2.如权利要求1所述的传动系统，其特征在于，所述两个齿轮组的R0比值、也就是所述恒星齿轮和所述环齿轮在所述行星架保持稳定时的转速比是基本上相同的，且所述两个恒星齿轮是一体的且由单个恒星齿轮构成。
3.如权利要求2所述的传动系统，其特征在于，所述第一行星齿轮与所述第二行星齿轮相同，且所述第一环齿轮与所述第二环齿轮相同。
4.一种传动系统，包括输入、输出以及周转齿轮系，所述周转齿轮系包括与一组行星齿轮啮合的恒星齿轮，该组行星齿轮可旋转地由行星架所承载并与环齿轮啮合，所述恒星齿轮和所述输入连接于对应的电动机/发电机的转子，且所述电动机/发电机的电气定子连接件经由控制器连接在一起，所述控制器被设置成控制所述电动机/发电机之间的电力流量，所述输入能分别由第一和第二可选择性操作离合器选择性地连接于所述行星架和所述环齿轮，而所述输出能分别经由第三和第四可选择性操作离合器连接于所述行星架和所述环齿轮，藉此所述传动系统具有两个状态。
5.如前述权利要求中任一项所述的传动系统，其特征在于，所述第一和第二离合器由控制系统所控制，且对所述控制系统进行编程，从而在所述第一离合器和第二离合器的输出速度基本上相同时，从一个状态变成另一个状态。
6.如权利要求4和5所述的传动系统，其特征在于，所述第三和第四离合器由所述控制系统所控制，且对所述控制系统进行编程，从而在所述第三离合器和第四离合器的输出速度基本上相同时，从一个状态变成另一个状态。
7.如权利要求5或6所述的传动系统，其特征在于，所述齿轮组或每个齿轮组及其与所述离合器的连接被如此构成，并且对所述控制器进行编程，以便当从一个状态变成另一状态时，每个电动机/发电机的速度在状态变换之前和之后是相同的。
8.如前述权利要求中任一项所述的传动系统，其特征在于，所述可选择性操作离合器是犬式离合器。
9.如权利要求1和8所述的传动系统，其特征在于，所述行星架中的另一个行星架和所述环齿轮中的另一个环齿轮连接于对应的花键组，且所述第一和第二离合器包括共用可动离合器部件，所述可动离合器部件连接成与所述输入轴一起旋转并承载第一和第二组花键，所述离合器部件可在一个位置和另一个位置之间运动，在所述一个位置，所述第一组花键与所述行星架中的另一个行星架上的花键啮合，而在所述另一位置，所述第二组花键与所述环齿轮中的另一个环齿轮上的花键啮合。
10.如权利要求4和8所述的传动系统，其特征在于，所述行星架连接于两组花键，并且所述环齿轮也连接于两组花键，所述第一和第二离合器包括第一共用可动离合器部件，所述第一共用可动离合器部件连接成与所述输入轴一起旋转并承载所述第一组和第二组花键，而所述第三和第四离合器包括第二共用可动离合器部件，所述第二共用可动离合器部件连接成与所述输出轴一起旋转并承载所述第三组和第四组花键，所述第一和第二离合器部件可在一个位置和另一个位置之间一起运动，在所述一个位置，所述第一离合器部件上的第一组花键与所述行星架上的其中一组花键啮合，并且所述第二离合器部件上的第三组花键与所述环齿轮上的其中一组花键啮合，而在所述另一位置，所述第一离合器部件上的第二组花键与所述环齿轮上的其中一组花键啮合，而所述第二离合器部件上的第四组花键与所述行星架上的另一组花键啮合。
11.如前述权利要求中任一项所述的传动系统，其特征在于，所述传动系统与内燃机组合起来，且所述内燃机的输出轴连接于所述传动系统的输入轴。
12.如前述权利要求中任一项所述的传动系统，其特征在于，所述发动机的输出轴经由可选择性操作的离合器连接于所述传动系统的输入。
13.如权利要求11所述的传动系统，其特征在于，所述发动机位于所述两个电动机/发电机之间。
14.如权利要求13所述的传动系统，其特征在于，所述发动机的输出轴直接连接于其中一个电动机/发动机，并且经由连接件连接于所述周转齿轮系，而所述连接件包括仅允许沿一个方向旋转的自由轮。
15.如前述权利要求中任一项所述的传动系统，其特征在于，所述传动系统的输入轴连接于内燃机的输入轴，且其中一个电动机/发电机的转子通过齿轮装置连接于所述输入，且所述齿轮装置被设置成使得所述转子沿与所述输入相反的方向旋转。
16.如权利要求15所述的传动系统，其特征在于，所述齿轮装置是递升齿轮装置，且所述递增齿轮装置的传动比被设计成使得所述发动机和所述转子扭转平衡。
17.一种电力产生设备，包括由流体驱动轴所构成的输入、输出以及周转齿轮系，所述周转齿轮系包括第一和第二周转齿轮组，所述第一齿轮组包括与第一组行星齿轮啮合的第一恒星齿轮，且所述第一组行星齿轮可旋转地由第一行星架所承载并与第一环齿轮啮合，而所述第二齿轮组包括第二恒星齿轮，所述第二恒星齿轮连接成与所述第一恒星齿轮一起旋转并与第二组行星齿轮啮合，所述第二组行星齿轮可旋转地由第二行星架所承载并与第二环齿轮啮合，其中一个齿轮组中的一个行星架连接成与另一个齿轮组中的环齿轮一起旋转，两个所连接的恒星齿轮以及所述输出连接于对应的电动机/发电机的转子，且所述电动机/发电机的电气定子连接件经由控制器连接在一起，所述控制器被设置成控制所述电动机/发电机之间的电力流量，所述输出能分别由第一和第二可选择性操作离合器选择性地连接于另一行星架并且连接于另一环齿轮，藉此传动系统具有两个状态。
18.一种电力产生设备，包括由流体驱动轴所构成的输入、输出以及周转齿轮系，所述周转齿轮系包括与一组行星齿轮啮合的恒星齿轮，且所述组行星齿轮可旋转地由行星架所承载并与环齿轮啮合，所述恒星齿轮和所述输入连接于对应的电动机/发电机的转子，且所述电动机/发电机的电气定子连接件经由控制器连接在一起，所述控制器被设置成控制所述电动机/发电机之间的电力流量，所述输入能分别由第一和第二可选择性操作离合器选择性地连接于所述行星架和所述环齿轮，而所述输出能分别经由第三和第四可选择性操作离合器连接于所述行星架和所述环齿轮，藉此传动系统具有两个状态。
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