CN108136889B - Cvt差速器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种CVT(无级变速器)差速器，该CVT差速器包括具有内齿的第一传动输入环形齿轮。行星齿轮差速器或锥齿轮差速器连接至第一传动输入环形齿轮。行星齿轮差速器包括行星齿轮承载架、第一行星齿轮、第二行星齿轮、第一太阳齿轮和第二太阳齿轮。替代性地，锥齿轮差速器包括支承主动锥齿轮和从动锥齿轮的承载架。第二传动输入装置连接至行星齿轮承载架或锥齿轮承载架。优选地，主驱动器连接至第一传动输入环形齿轮，该主驱动器可以是内燃机或电动马达。优选地，副驱动器连接至第二传动输入装置，该副驱动器优选地是例如用于混合动力机动车辆的电动马达。

Description

CVT差速器
技术领域
本发明涉及用于机动车辆的传动系的领域，并且具体地涉及无级变速器和差速器。
背景技术
机动车辆通常包括具有诸如内燃机的主驱动器的传动系，该主驱动器与变速器配对以便提供从发动机至驱动轮的不同的齿轮传动比。通常，变速器连接至用以将扭矩从变速器传递至输出轴的差速器，其中，差速器补偿了例如在转弯期间发生的附接至输出轴的车轮的不同转速。现已知各种变速器，所述各种变速器包括手动变速器、自动变速器、双离合标准变速器以及无级变速器(CVT)，其中，手动变速器包括车辆操作者启用的离合器和车辆操作者用于连接不同档位的变速杆，自动变速器包括用于在档位之间自动换档的内部离合器和速度传感器，双离合标准变速器基于各种操作条件进行电子换档，无级变速器(CVT)在宽的传动比范围内提供连续可变的扭矩比而无需如手动变速器、自动变速器和双离合变速器中所需要的被接合或断开接合的单独的传动装置。
还已知呈正齿轮差速器和锥齿轮差速器两种形式的差速器。与锥齿轮差速器相比，正齿轮差速器提供了差速器在输出轴线方向上的轴向长度显著减小的优点。正齿轮差速器利用连接至行星齿轮承载架的正齿轮，该行星齿轮承载架本身由变速器输出装置驱动并且该行星齿轮承载架经由与行星齿轮啮合的太阳齿轮来驱动输出轴。此处第一组行星齿轮与第一太阳轮相关联并且第二组行星齿轮与第二太阳轮相关联，其中，第一行星齿轮与第二行星齿轮还经由第一组行星齿轮与第二组行星齿轮轴向交叠且啮合而相互啮合。两组行星齿轮的齿数是相等的并且第一太阳齿轮的齿数与第二太阳齿轮的齿数也是相等的。通常，第一太阳齿轮的齿被布置在外端齿顶圆上，该外端齿顶圆的外端齿顶圆直径不同于其上布置有第二太阳轮的齿的外端齿顶圆的外端齿顶圆直径，使得第一组行星齿轮仅与第一太阳轮啮合并且第二组行星齿轮仅与第二太阳轮啮合。这种正齿轮差速器从US 8,480,532中已知，该US 8,480,532由本发明的受让人所拥有并且如同在此完整阐述一样通过参引并入本文。
锥齿轮差速器还包括承载架，该承载架中安装有一对与一对从动锥齿轮啮合的主动锥齿轮，所述一对从动锥齿轮具有垂直于主动锥齿轮的公共轴线布置的公共轴线。从动锥齿轮连接至输出轴。
汽车领域一直在努力减小机动车辆的重量以提高效率。另外，为了减少组装成本，使传动系的部分模块化以易于发动机、变速器和差速器的安装和拆除也是一个考虑因素。另外，与混合动力机动车辆相关的另外的考虑因素开始起作用，在混合动力机动车辆中设置有主驱动器并设置有副驱动器，该主驱动器通常以内燃机的形式呈现，该副驱动器通常以经由机动车辆中车载电池驱动的电动马达的形式呈现。
为了降低制造成本，减小机动车辆的传动系的重量以及合并部件以易于制造和安装将是有益的。此外，期望提供一种可以容易地整合到混合动力车辆中的系统。还期望的是，从机动车辆消除部件以便在不牺牲功能性的情况下减小机动车辆的重量。
发明内容
提供了一种CVT(无级变速器)差速器。该CVT差速器包括具有内齿的第一传动输入环形齿轮。行星齿轮差速器连接至第一传动输入环形齿轮。行星齿轮差速器包括行星齿轮承载架、第一行星齿轮、第二行星齿轮、第一太阳齿轮和第二太阳齿轮。第一行星齿轮的齿与第一传动输入环形齿轮的内齿啮合并且第一行星齿轮的齿与第一太阳齿轮的齿啮合。第一行星齿轮中的每个第一行星齿轮的齿还与第二行星齿轮中的对应的第二行星齿轮的齿啮合。第二行星齿轮的齿与第二太阳齿轮的齿啮合。第二传动输入装置连接至行星齿轮承载架。优选地，主驱动器连接至第一传动输入环形齿轮，该主驱动器可以是内燃机或电动马达。可选地，在主驱动器与第一传动输入环形齿轮之间定位有扭矩变换器。优选地，副驱动器连接至第二传动输入装置。副驱动器优选地是例如用于混合动力机动车辆的电动马达。在这种情况下，还优选的是第二电动马达是电动发电机以允许在制动期间进行再充电。第二电动马达连接至控制器，以控制CVT差速器的输出比从而改变第一太阳齿轮和第二太阳齿轮的旋转速度或旋转方向中的至少一者，该第一太阳齿轮和第二太阳齿轮优选地连接至输出轴或轮轴。
在优选实施方式中，第二电动马达包括连接至行星齿轮承载架的转子和相对于转子固定安装且优选地固定安装至车架或底盘的定子。此处，第二电动马达优选地与输出轴或轮轴同轴安装。
该布置提供了一种CVT行星齿轮差速器，该CVT行星齿轮差速器在保持小巧且轻便的差速器设计的同时具有非常宽的齿轮比。通过在与行星齿轮相互作用的第一传动输入环形齿轮上设置内齿，并且允许行星齿轮承载架独立于第一传动输入环形齿轮旋转，并且通过在速度和方向两方面控制副驱动器，可以获得输出齿轮比范围以及反转而无需与主齿轮驱动器断开接合。这提供了一种紧凑的CVT差速器，该紧凑的CVT差速器消除了皮带、滑轮、张紧器、同步器以及专用反向齿轮的使用。此外，能够消除离合器和/或扭矩变换器。
在另一方面，CVT差速器使用锥齿轮差速器形成。此处，CVT差速器包括具有内齿的第一传动输入环形齿轮。在第一传动输入环形齿轮内定位有带有行星齿轮的承载架。行星齿轮的齿与第一传动输入环形齿轮的齿啮合。提供了包括具有外齿的锥齿轮承载架的锥齿轮差速器。行星齿轮的齿与锥齿轮差速器的外齿啮合。第二传动输入装置连接至承载架。这提供了一种使用已知的锥齿轮差速器的CVT差速器，该CVT差速器具有主驱动器和副驱动器，主驱动器优选地连接至第一传动输入环形齿轮，其中，主驱动器是内燃机或电动马达，副驱动器优选地是被附接至第二传动输入装置的第二电动马达。可选地在主驱动器与第一传动输入环形齿轮之间定位有扭矩变换器。第二传动输入装置优选地包括位于承载架上的齿轮并且还包括具有与承载架上的齿轮啮合的第二传动齿轮的第二电动马达。
对于混合动力机动车辆，第二电动马达优选地是电动发电机以允许再充电制动。正如CVT差速器中使用正齿轮差速器那样，使用典型锥齿轮差速器的CVT差速器还提供组合式变速器和差速器，该组合式变速器和差速器消除了皮带、滑轮、张紧器、同步器以及专用反向齿轮的使用并且还提供了固有的宽的比例能力。
在这两种情况下，CVT差速器设计对于下述情况是理想的：所述情况为在保持通向输出轮轴的真实差速器扭矩路径的同时需要与较小的、较轻的变速器相组合的两个动力输入装置。
附图说明
当结合示出了本发明的优选实施方式的附图阅读时，将最好地理解前述发明内容以及下面的详细描述。在附图中：
图1是CVT差速器的第一实施方式的截面示意图。
图2是通过图1中所示的CVT差速器的一部分的截面图，其示出了由连接至主驱动器的输入齿轮驱动的第一传动输入环形齿轮以及连接至承载架并与驱动两个输出轴的太阳齿轮啮合的行星正齿轮，以及连接至行星齿轮承载架的第二传动输入装置。
图3是部分以示意形式示出了图2中的CVT差速器的布置的端视图。
图4是CVT差速器的第二实施方式的示意图，其中，主驱动器和副驱动器两者都是电动马达。
图5是如图1中所示的连接至主驱动器和副驱动器的CVT差速器的示意图。
图6是CVT差速器的第三实施方式的示意图。
图7是CVT差速器的第四实施方式的示意图。
图8是CVT差速器的第五实施方式的示意图。
图9是CVT差速器的第六实施方式的示意图。
具体实施方式
在下面的描述中使用的一些术语仅仅是为了方便而非限制的目的。词语“前”、“后”、“上”和“下”表示被参照的附图中的方向。词语“向内”和“向外”是指朝向和远离在附图中被参照的部件的方向。这些术语和具有类似意思的术语在参照附图时是为了易于描述并且不应当被视为限制性的。“轴向地”是指沿着轴的轴线的方向或者沿着类似物体的轴线的方向。被引用为“a、b或c中的至少一者”(其中，a、b和c代表被列出的项目)的项目列表的引用是指项目a、b或c中的任何单一一者，或其组合。
对于本发明的相同元件或具有相同作用的元件，使用相同的附图标记。示出的实施方式仅代表可以如何装备根据本发明的装置的示例。示出的实施方式不代表本发明的决定性限制。
现在参照图1，示意性地示出了无级变速器(CVT)差速器10的第一实施方式。CVT差速器10包括具有外齿14和内齿16的第一传动输入环形齿轮12。这些在图2和图3中被详细示出。第一传动输入环形齿轮12安装成经由轴承旋转，该轴承未进一步详细示出。
行星齿轮差速器20连接至第一传动输入环形齿轮12。行星齿轮差速器20包括行星齿轮承载架22、第一行星齿轮26、第二行星齿轮27、第一太阳齿轮28和第二太阳齿轮30。在该实施方式中，承载架22示出为由具有凸缘24A、24B的承载板23A、23B形成，凸缘24A、24B优选地由轴承25A、25B支承，如图2和图3中所示。行星销44A、44B用于将第一行星齿轮26和第二行星齿轮27安装至承载架22，如图2中详细示出和图1中示意性地示出的，第一行星齿轮26包括齿36，该齿36被第一传动输入环形齿轮12的内齿16啮合并且该齿36还与第一太阳齿轮28的齿38啮合。如图2中详细示出的，由于第一行星齿轮26与第二行星齿轮27的轴向交叠，因此第一行星齿轮26中的每个第一行星齿轮的齿36也与第二行星齿轮27中的对应的第二行星齿轮的齿37啮合。齿37和第二行星齿轮27与齿40和第二太阳齿轮30啮合。这也在图2和3中详细示出。如图3中详细示出的，第一行星齿轮26的齿36具有不与第二太阳齿轮30的齿40的外端齿顶圆交叠的外端齿顶圆。
如图2和5中所示，主驱动器50优选地经由与第一传动输入环形齿轮12的外齿14啮合的传动齿轮55连接至第一传动输入环形齿轮12。主驱动器50优选地是内燃机，但也可以是电动马达。如下面详细论述的，扭矩变换器52(参见图5)可以位于驱动器50与第一传动输入环形齿轮12之间。
参照图2和图5，第二传动输入装置42连接至行星齿轮承载架22从而允许行星齿轮承载架即成为来自动力源的输入装置又成为行星齿轮组的一体式部件。优选地，副驱动器60连接至第二传动输入装置42。在该实施方式中，副驱动器60包括优选地具有转子62R的第二电动马达62，该转子62R被固定至用于第一组行星齿轮26和第二组行星齿轮27的承载架22。第二电动马达62还包括定子62S，该定子62S被安装至以附图标记11表示的底盘或框架。在该实施方式中，第二电动马达62与分别连接至太阳齿轮28、30的输出轴或轴68、70是同轴的。
优选地，还设置有马达控制器64用以控制CVT差速器10的输出比以改变第一太阳齿轮28和第二太阳齿轮30的旋转速度或旋转方向中的至少一者。第二电动马达62优选地是可逆的无刷DC马达，并且通过改变第二电动马达62的速度，可以实现输出轴68、70的更高或更低的输出比。通过反转第二电动马达62的方向，可以使输出轴或轴68、70的旋转方向反转，从而提供反向齿轮。
优选地，第二电动马达是电动发电机，并且在第二电动马达62中或在控制器64中设置有霍尔效应传感器以便感测电流且根据来自控制器64的输入在驱动模式与发电机模式之间转换，该控制器64可以从用于机动车辆的ECM或其他车载计算机接收信号，该信号提供了作为输入的用于使第二电动马达62进行驱动或者对第二电动马达62进行再充电的各种操作参数。
如图5所示，根据第一实施方式的CVT差速器10连接至主驱动器50，该主驱动器50可以是内燃机或电动马达并且该主驱动器50固定至机动车辆的底盘或框架11。此处，示出了处于主驱动器50与输入齿轮55之间的扭矩变换器52。
现在参照图4，示出了CVT差速器10’的第二实施方式。就第二电动马达62作为副驱动器60的方面而言，CVT差速器10’类似于CVT差速器10。然而，所示的布置用于全电动机动车辆，在全电动机动车辆中，主驱动器50’也是电动马达51。该主或第一电动马达51包括固定至第一传动输入环形齿轮12的转子51R。第一电动马达51的定子51S连接至车辆的底盘或框架11。为第一电动马达51设置有控制器53。关于差速器布置，如上所述设置有正齿轮差速器20。在这种情况下，呈第一电动马达51形式的主驱动器和呈第二电动马达62形式的副驱动器两者被用于驱动CVT差速器10’。通过改变第一电动马达51或第二电动马达62的速度，可以实现输出轴68、70的更高或更低的输出比。通过反转第一电动马达51或第二电动马达62的方向，输出轴或轴68、70的旋转方向可以被反转，从而提供反向齿轮。
现在参照图6，示出了CVT差速器10”的第三实施方式。该CVT差速器10”利用了正齿轮差速器20。如第一实施方式中那样，主驱动器是连接至框架或底盘的内燃机或电动马达50。该主驱动器经由扭矩变换器52与输入齿轮55连接。在这种情况下，次级传动输入装置42呈连接至行星齿轮承载架22的环形齿轮43形式。呈电动马达61’形式的副驱动器60驱动第二输入齿轮63，该第二输入齿轮63与连接至行星齿轮承载架22的环形齿轮43啮合。控制器64’被示为连接至电动马达61’。在功能上，该实施方式提供了如前两个实施方式相同的操作，该实施方式具有用以改变电动马达61’的位置的能力，而不是使电动马达61’布置成与输出轴68、70同轴。
现在参照图7，示出了CVT差速器110。该CVT差速器110包括具有内齿116以及外齿114的第一传动输入环形齿轮112。具有行星齿轮126的行星齿轮承载架122位于第一传动输入环形齿轮112内。行星齿轮126的齿136与第一传动输入环形齿轮112的内齿116啮合。行星齿轮126优选地经由销144安装。
在该实施方式中，利用锥齿轮差速器180代替正齿轮差速器，该锥齿轮差速器180包括具有外齿184的锥齿轮承载架182。行星齿轮126的齿136与锥齿轮承载架182的外齿184啮合。第二传动输入装置142连接至行星齿轮承载架122。在图7所示的实施方式中，设置有可以是如上所述的发动机或电动马达的主驱动器50并且该主驱动器50连接至机动车辆的底盘或框架11。优选地，扭矩变换器52连接至主驱动器50并且驱动输入齿轮55，该输入齿轮55与第一传动输入环形齿轮112的外齿114啮合。呈第二电动马达161形式的副驱动器160优选地连接至第二传动输入装置142。在这种情况下，第二传动输入装置142包括环形齿轮143并且第二电动马达161包括与环形齿轮143啮合的第二传动齿轮163。在功能上，CVT差速器110与上面论述的CVT差速器10”是相同的，其中，呈第二电动马达161形式的副驱动器在不与主驱动器断开接合的情况下提供宽的齿轮比并且通过改变第二电动马达161的方向而提供反转。第二电动马达161优选地是具有电子速度控制的可逆的无刷电动马达。
现在参照图8，示出了CVT差速器110’的第五实施方式。CVT差速器110’在功能上等同于使用锥齿轮差速器180的CVT差速器110，并且相同的元件已用相同的附图标记标识。在这种情况下，锥齿轮差速器180在输出轴或轴68、70的方向上从主驱动器输入装置轴向地偏移，其中，输入齿轮55驱动被布置成从锥齿轮差速器180轴向地偏移的行星齿轮承载架122。在这种情况下，差速器180的锥齿轮承载架182包括在锥齿轮承载架182的一侧上偏移的外齿184’。这些外齿184’与行星齿轮126啮合，该行星齿轮126与图7的实施方式相比可以布置在减小的节圆中。该布置显示了具有与上述相同功能的部件的更紧凑的径向构型。
现在参照图9，示出了CVT差速器110”的第六实施方式，除锥齿轮差速器180被嵌套在双面行星CVT内之外，该布置在功能上等同于第五实施方式110’。在这种情况下，主驱动器通过发动机或马达50驱动第一传动输入环形齿轮112”，该第一传动输入环形齿轮112”包括外齿114”以及内齿116”，该内齿116”可以被设置为两组单独的环形齿轮116”，其中，每组环形齿轮116”位于锥齿轮差速器180的各自侧上。在这种情况下，第二传动输入装置142”被设置作为行星齿轮承载架122A上的外部环形齿轮143”。用于行星齿轮126的第二行星齿轮承载架122B被设置在锥齿轮差速器180的相反侧上。如示出的，行星齿轮126经由连接至相应的行星齿轮承载架122A、122B的销144A、144B以可旋转的方式安装。尽管在功能上与前述实施方式相同，但是这种布置提供了更高的扭矩传递能力。
在每个上述实施方式中，所有的旋转部件都将经由适当的轴承或衬套被支承，并且这些装置将被包裹在外壳中以实现润滑。由于这些零部件在现有技术中是常规的，因此未对其进行进一步详细描述。
因此，已经详细描述了本发明，本领域技术人员应当理解并将明显认识到在不改变本文体现的发明概念和原理的情况下，可以做出许多物理变化，在本发明的详细描述中仅例举了仅有少数物理变化。还应当理解的是，仅包括优选实施方式的一部分的多种实施方式是可能的，所述多种实施方式相对于那些部分不会改变本文体现的发明概念和原理。因此，本实施方式和可选构型在各方面都被认为是示例性的和/或说明性的而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求表明而不是由前面的描述表明，并且因此，落入所述权利要求的等同意义和等同范围内的该实施方式的所有替代实施方式和改变被包含在其中。

Claims (9)

1.一种无级变速器差速器，包括：
第一传动输入环形齿轮，所述第一传动输入环形齿轮具有内齿和外齿；
行星齿轮差速器，所述行星齿轮差速器连接至所述第一传动输入环形齿轮，所述行星齿轮差速器包括行星齿轮承载架、第一行星齿轮、第二行星齿轮、第一太阳齿轮和第二太阳齿轮，所述第一行星齿轮的齿与所述第一传动输入环形齿轮的所述内齿啮合并且所述第一行星齿轮的齿与所述第一太阳齿轮的齿啮合，并且所述第一行星齿轮中的每个第一行星齿轮的齿也与所述第二行星齿轮中的对应的第二行星齿轮的齿啮合，并且所述第二行星齿轮的齿与所述第二太阳齿轮的齿啮合；以及
第二传动输入装置，所述第二传动输入装置连接至所述行星齿轮承载架，
其中，所述第一行星齿轮和所述第二行星齿轮安装至所述行星齿轮承载架，
其中，所述无级变速器差速器还包括主驱动器，所述主驱动器经由与所述第一传动输入环形齿轮的所述外齿啮合的传动齿轮连接至所述第一传动输入环形齿轮。
2.根据权利要求1所述的无级变速器差速器，还包括扭矩变换器，所述扭矩变换器位于所述主驱动器与所述第一传动输入环形齿轮之间。
3.根据权利要求1所述的无级变速器差速器，还包括副驱动器，所述副驱动器是电动马达或电动发电机并且所述副驱动器连接至所述第二传动输入装置。
4.根据权利要求3所述的无级变速器差速器，其中，所述电动马达连接至控制器，以控制所述无级变速器差速器的输出比从而改变所述第一太阳齿轮和所述第二太阳齿轮的旋转速度和旋转方向中的至少一者。
5.根据权利要求3所述的无级变速器差速器，其中，所述电动马达包括连接至所述行星齿轮承载架的转子和相对于所述转子固定安装的定子，或者所述电动马达包括与所述行星齿轮承载架上的齿轮啮合的传动齿轮。
6.根据权利要求1所述的无级变速器差速器，其中，第一输出轴和第二输出轴被分别连接至所述第一太阳齿轮和所述第二太阳齿轮。
7.根据权利要求6所述的无级变速器差速器，其中，所述第二传动输入装置包括围绕所述第一输出轴和所述第二输出轴中的一者同心地布置的电动马达。
8.一种组合式无级变速器差速器，包括：
第一传动输入环形齿轮，所述第一传动输入环形齿轮具有内齿和外齿；
承载架，所述承载架具有位于所述第一传动输入环形齿轮内的行星齿轮，所述行星齿轮的齿与所述第一传动输入环形齿轮的内齿啮合；
锥齿轮差速器，所述锥齿轮差速器包括具有外齿的锥齿轮承载架，并且所述行星齿轮的齿与所述锥齿轮差速器的所述外齿啮合；以及
第二传动输入装置，所述第二传动输入装置连接至所述承载架，
其中，所述无级变速器差速器还包括主驱动器，所述主驱动器经由与所述第一传动输入环形齿轮的所述外齿啮合的传动齿轮连接至所述第一传动输入环形齿轮。
9.根据权利要求8所述的组合式无级变速器差速器，所述第二传动输入装置包括位于所述承载架上的齿轮，以及是电动发电机的电动马达，所述电动马达被设置成具有与所述承载架上的所述齿轮啮合的第二传动齿轮。
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