CN111102327A - 用于电动汽车的干式变矩器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于电动汽车的干式变矩器及其控制方法。根据本发明的用于电动汽车的干式变矩器包括：行星齿轮，其通过第一元件连接于输入轴，通过第二元件连接于输出轴，并通过第三元件可变连接于固定部；至少一个涡流转矩产生部，其设置在第一元件和第二元件之间，所述涡流转矩产生部产生涡流，以被输出轴的速度控制；前壳体，其一体地连接于输入轴和第一元件，用于内置行星齿轮；单向离合器，其约束第三元件和固定部的单向连接且相互连接；后壳体，其设置在输出轴侧并与前壳体结合；以及锁止机构，其以轴向为准分别设置在第二元件的两侧，并且通过根据输出轴的旋转速度而产生的离心力分别选择性地接触于前壳体和后壳体的内侧面，从而直接连接输入轴和输出轴。

Description

用于电动汽车的干式变矩器及其控制方法

技术领域

本发明涉及用于电动汽车的干式变矩器及其控制方法。更具体地，本发明涉及一种利用电磁力(electromagnetic force)和行星齿轮将驱动电机的动力传递到减速器的用于电动汽车的干式变矩器及其控制方法。

背景技术

通常，变矩器安装在车辆的发动机和变速器之间，利用流体将发动机的驱动力传递到变速器。这种变矩器包括接收发动机的驱动力而旋转的泵轮、从该泵轮流出的油液推动而旋转的涡轮、以及使回流到泵轮的油液流动朝向泵轮的旋转方向而增加转矩变化率的导轮(也称为“定子”)。

当作用于发动机的负载增大时，动力传递效率会下降，因此变矩器配备有锁止离合器(Lock-uP19J46120clutch，亦或称为“阻尼离合器”)，其为直接连接发动机和变速器之间的装置。锁止离合器设置在直接连接于发动机的前壳体和涡轮之间，以使发动机的旋转动力直接传递到涡轮。

另一方面，近来随着能源效率和环境污染越来越受到关注，要求开发出实际能够取代内燃机汽车的环保型汽车，这种环保型汽车分为普通燃料电池或电力作为动力源的电动汽车或者利用发动机和电池来驱动的混合动力车。

这种环保型汽车中电动汽车利用取代发动机和变速器使用驱动电机而产生的驱动力，因此难以应用现有的利用流体流动来工作的变矩器。

因此，不同于内燃机汽车，电动汽车实际上主要应用单级减速器，因为驱动电机的初始转矩高以及便于控制。最近，为了缩小电机尺寸及提高燃油效率，正在开发多级减速器。

然而，多级减速器需要附加电气安装件如离合器致动器、齿轮致动器及变速器控制单元(TCU)等，所以存在成本上升的问题。

因此，实际上需要开发出非流体流动方式的干式变矩器，用以取代电动汽车中的减速器。

本背景技术部分中描述的内容旨在加强对本发明背景的理解，而且可能会包含一些内容并非是本技术领域中普通技术人员已知的现有技术。

发明内容

因此，为了解决如上所述的问题，本发明旨在提供一种用于电动汽车的干式变矩器及其控制方法，无需增加电气安装件，有利于减少成本，还可减小电动汽车的驱动电机和逆变器的尺寸，并且初始驱动时可减少驱动电机的电流消耗。

本发明的另一个目的是提供一种用于电动汽车的干式变矩器及其控制方法，通过执行利用行星齿轮的转矩倍增、利用涡流的速度比上升以及利用锁止机构的驱动力直接传递来实现现有流体式变矩器的所有功能。

为了达到上述目的，根据本发明实施例的用于电动汽车的干式变矩器包括：行星齿轮，其通过第一元件连接于输入轴，通过第二元件连接于输出轴，并通过第三元件可变连接于固定部；至少一个涡流转矩产生部，其设置在所述第一元件和所述第二元件之间，所述涡流转矩产生部产生涡流，以被所述输出轴的速度控制；前壳体，其一体地连接于所述输入轴和所述第一元件，用于内置所述行星齿轮；单向离合器，其约束所述第三元件和所述固定部的单向连接且相互连接；后壳体，其设置在所述输出轴侧并与所述前壳体结合；以及锁止机构，其以轴向为准分别设置在所述第二元件的两侧，并且通过根据所述输出轴的旋转速度而产生的离心力分别选择性地接触于所述前壳体和所述后壳体的内侧面，从而直接连接所述输入轴和所述输出轴。

所述涡流转矩产生部可包括：永磁铁，其连接于所述第一元件；以及离心体，其布置成面向所述永磁铁并具有导电性，通过铰接于所述第二元件外周面的铰接臂连接所述离心体，所述离心体被所述输出轴的速度控制。

所述永磁铁可在所述前壳体的径向内侧沿圆周方向以预定间隔布置，所述离心体可通过弹性件连接于所述第二元件。

所述永磁铁可沿着所述前壳体的内周缘重复地布置N极和S极。

所述锁止机构可包括：锁止板，其以轴向为准对应于所述前壳体和所述后壳体的内侧面，沿轴向可滑移地分别布置在所述第二元件的两侧；一对滚轮，其在每个所述锁止板和所述铰接臂之间可旋转地分别安装在所述铰接臂的两侧，以在所述铰接臂被根据所述输出轴的旋转速度而产生的离心力朝径向外侧移动的情况下，使所述锁止板分别移动到所述前壳体和所述后壳体侧；以及摩擦件，其对应于每个所述锁止板安装在所述前壳体和所述后壳体的内侧面。

所述锁止板可形成为环状，其对应于所述滚轮的一面上突出形成与所述滚轮滚动接触的至少一个接触部。

在以轴向为准面向所述第二元件的所述锁止板的一面上多个所述接触部可沿圆周方向分别形成在隔开的位置上。

所述接触部上可一体地形成有与所述滚轮滚动接触的斜面。

所述斜面可以是从朝向所述第一元件旋转中心的下部越往朝向径向外侧的上部宽度越大。

所述锁止板上分别形成有导孔，布置成面向所述前壳体侧的所述锁止板的所述导孔中可插入形成在所述第二元件上的导向凸起，布置成面向所述后壳体侧的所述锁止板的所述导孔中可插入可旋转地支撑所述铰接臂的铰接轴的端部。

当所述锁止板通过所述滚轮沿轴向滑移时，可通过插入每个所述导孔的所述导向凸起和所述铰接轴来引导轴向移动。

所述摩擦件可通过分别安装于所述前壳体和所述后壳体的安装板来安装。

所述安装板可安装在分别形成于所述前壳体和所述后壳体的内侧面的安装槽中。

在面向所述锁止板的所述安装板的一面上可沿圆周方向隔开安装多个所述摩擦件。

所述涡流转矩产生部可根据所述输出轴的速度分离所述第一元件和所述第二元件或者通过涡流转矩传递动力。

所述第一元件可为太阳齿轮，所述第二元件可为齿轮架，所述第三元件可为环形齿轮。

所述涡流转矩产生部可沿所述第二元件的圆周方向等间距隔开设置多个。

另外，根据本发明实施例的用于电动汽车的干式变矩器控制方法，所述干式变矩器包括行星齿轮，所述行星齿轮具有连接于输入轴的第一元件、连接于输出轴的第二元件、可变连接于固定部的第三元件及所设定的基于齿轮比的速度比，所述控制方法可包括：第一步骤，所述基于齿轮比的速度比下通过控制设置在所述第三元件和所述固定部之间的单向离合器工作对所述第三元件进行固定控制，以使输出到所述第二元件的转矩倍增；第二步骤，由于所述输出轴的速度增加，所述基于齿轮比的速度比以上的速度比下通过控制设置在所述第一元件和所述第二元件之间的涡流转矩产生部工作使所述第一元件和所述第二元件通过由涡流产生的涡流转矩传递动力，以传递输出到所述第二元件的转矩；以及第三步骤，在所述基于齿轮比的速度比以上的状态下，由于所述输出轴的速度增加，通过控制设置在所述第二元件上与所述涡流转矩产生部联动的锁止机构工作使所述第一元件和第二元件分别接触于前壳体和后壳体的轴向内侧面而直接连接，以使所述输入轴和所述输出轴直接连接。

在所述第一步骤中，由于所述单向离合器工作，可将所述涡流转矩产生部和所述锁止机构控制成不工作。

在所述第一步骤中，由于所述涡流转矩产生部不工作，可将所述输出轴的部分转矩传递到所述第二元件。

在所述第二步骤中，由于所述涡流转矩产生部工作，可将所述单向离合器和所述锁止机构控制成不工作。

在所述第二步骤中，由于所述涡流转矩产生部工作，可将所述输出轴的转矩传递到所述第二元件和所述涡流转矩产生部。

在所述第三步骤中，由于所述锁止机构工作，可将所述单向离合器控制成不工作，并将所述涡流转矩产生部控制成不工作。

在所述第三步骤中，由于所述锁止机构工作、所述单向离合器不工作以及所述涡流转矩产生部不工作，可直接连接所述输入轴和所述输出轴，以使所述输入轴和所述输出轴的旋转速度成为1:1。

发明效果

如上所述，根据本发明实施例的用于电动汽车的干式变矩器及其控制方法，在行星齿轮的第一元件(太阳齿轮)和第二元件(齿轮架)之间设置涡流转矩产生部，以通过不产生基于输出轴的旋转速度的涡流或者由涡流产生涡流转矩，使得第一元件和第二元件不连接或者通过涡流转矩传递动力，并将第三元件(环形齿轮)和固定部通过单向离合器固定或者控制成沿一个方向旋转，从而在基于齿轮比的速度比下使转矩倍增，在基于齿轮比的速度比以上的速度比下输出涡流转矩。

另外，由于转矩倍增率大，本发明还可以减小连接于输入轴的驱动电机和逆变器的尺寸，初始驱动时通过驱动电机的高速旋转进入快速高效区域，从而可减少驱动电机的电流消耗。

此外，在没有额外的致动器的情况下，本发明通过利用输出速度的离心力将旋转提升至输入和输出速度比的0.8来控制输出转矩，从而还可以降低制造成本。

另外，本发明具有利用行星齿轮的转矩倍增以及利用涡流的速度比上升功能，同时通过应用锁止机构可以将驱动电机的转矩直接传递到变速器，从而能够以1:1的比例传递输入和输出速度，还可以实现传统流体式变矩器的所有功能。

附图说明

图1是根据本发明实施例的用于电动汽车的干式变矩器的结构图。

图2是根据本发明实施例的用于电动汽车的干式变矩器的剖视图。

图3是根据本发明实施例的用于电动汽车的干式变矩器的侧视图。

图4和图5是根据本发明实施例的用于电动汽车的干式变矩器的分解立体图及局部剖分解立体图。

图6至图8是应用于根据本发明实施例的用于电动汽车的干式变矩器的行星齿轮的工作状态、涡流转矩产生部的不工作状态及锁止机构的不工作状态的示意图。

图9至图10是应用于根据本发明实施例的用于电动汽车的干式变矩器的行星齿轮的不工作状态、涡流转矩产生部的工作状态及锁止机构的不工作状态的示意图。

图11至图13是应用于根据本发明实施例的用于电动汽车的干式变矩器的行星齿轮的工作状态、涡流转矩产生部的不工作状态及锁止机构的工作状态的示意图。

图14是示出通过根据本发明实施例的用于电动汽车的干式变矩器的控制方法来控制的涡流转矩产生部、锁止机构及单向离合器是否工作的表格。

图15是示出通过根据本发明实施例的用于电动汽车的干式变矩器的控制方法来控制的行星齿轮元件是否工作的表格。

附图标记

1：输入轴

2：输出轴

10：行星齿轮

11：第一元件(太阳齿轮)

12：第二元件(齿轮架)

13：第三元件(环形齿轮)

14：固定部

21：涡流转矩产生部

22：前壳体

23：单向离合器

24：后壳体

40：锁止机构

41：锁止板

42：滚轮

43：摩擦件

44：安装板

211：永磁铁

212：离心体

311：铰接臂

312：铰接销

313：弹性件

GB:减速器

M:驱动电机

P：小齿轮

具体实施方式

下面依据附图详细描述本发明的优选实施例。

本说明书中记载的实施例和附图中示出的结构只是本发明最优选的一个实施例而已，并不代表本发明的所有技术思想，应当理解提出本申请时存在可替代的各种等同物和变形例。

为了清楚地描述本发明，省略了与描述无关的部分，而且在通篇说明书中相同或类似的构件采用了相同的附图标记。

为了便于描述，附图中任意示出了各构件的大小和厚度，因此本发明不一定局限于附图，为了清楚地表示各个部分和区域，对厚度进行了放大。

在通篇说明书中，当描述为某一部分“包括”某一构件时，除非另有特别相反的记载，否则表示可进一步包括其他构件，并不是排除其他构件。

另外，本说明书中记载的“…单元”、“…装置”、“…部”、“…部件”等术语是指执行至少一个功能或动作的整体性结构的单位。

通常，当行星齿轮三个元件中一个元件作为固定元件时，另外两个元件作为输入元件和输出元件做工作，而输入元件和输出元件之间具有设定的齿轮比。

在这样的条件下，行星齿轮具有输入元件和输出元件及固定元件的转矩之和为零的特性，只有在基于所设定的齿轮比的速度比下才能传递正常转矩。

图1是根据本发明实施例的用于电动汽车的干式变矩器的结构图，图2是根据本发明实施例的用于电动汽车的干式变矩器的剖视图，图3是根据本发明实施例的用于电动汽车的干式变矩器的侧视图，图4和图5是根据本发明实施例的用于电动汽车的干式变矩器的分解立体图及局部剖分解立体图。

首先，参见图1，根据本发明实施例的用于电动汽车的干式变矩器在电动汽车的动力总成中安装于驱动电机M和减速器(GB；gear box)之间。

用于电动汽车的干式变矩器设置成在所述驱动电机M和所述减速器GB之间将两者相互连接，以将所述驱动电机M的输出转矩传递到所述减速器GB。

在本实施例中，干式变矩器通过输入轴1连接于所述驱动电机M，通过输出轴2连接于所述减速器GB，使得输入到所述输入轴1的所述驱动电机M的转矩倍增以及传递而输出到所述减速器GB。

如此构成的干式变矩器包括行星齿轮10，其具有第一元件11、第二元件12及第三元件13并连接于所述输入轴1和所述输出轴2。

在所述行星齿轮10中，所述第一元件11连接于所述输入轴1，并且通过所述第二元件12连接于所述输出轴2，通过所述第三元件13可变连接于固定部14。

参见图1至图5，在所述行星齿轮10中，所述第一元件11为太阳齿轮S，所述第二元件12为连接小齿轮P的齿轮架C，所述第三元件13为环形齿轮R。

也就是说，在行星齿轮10中，所述第一元件(太阳齿轮S)11连接于所述输入轴1，所述第二元件(齿轮架C)12连接于所述输出轴2，所述第三元件(环形齿轮R)13可变连接于所述固定部14。

所述固定部14可为电动汽车的动力总成或电动汽车的车身。

根据本发明实施例的干式变矩器还可包括涡流转矩产生部21、前壳体22、单向离合器23、后壳体24及锁止机构40。

首先，所述涡流转矩产生部21采用通过由涡流产生的电磁力(electromagneticforce)不工作或工作的非接触式电磁耦合。

对于这种涡流转矩产生部21，在所述输出轴2的低速旋转期间，因所设定的离心力不足而不工作无法产生涡流，在所述输出轴2的高速旋转期间，因确保所设定的离心力而工作产生基于涡流的涡流转矩。

参见图2至图5，所述涡流转矩产生部21布置在连接于所述输入轴1的所述第一元件11和连接于所述输出轴2的所述第二元件12之间。

这种涡流转矩产生部21可沿所述第二元件12的圆周方向等间距隔开设置多个。

所述涡流转矩产生部21可包括两侧(以径向为准)上彼此相对的永磁铁211和具有导电性的离心体212。

所述永磁铁211连接于第一元件11。所述离心体212通过铰接于所述第二元件12外周面的铰接臂311来连接，可通过所述输出轴2的速度来控制。

所述铰接臂311为多个沿圆周方向等间距布置并通过铰接销312安装在所述第二元件12上。这些铰接臂311在一侧相邻的所述第二元件12的其他位置上通过弹性件313连接。

在下文中更详细地描述如此构成的所述涡流转矩产生部21的工作方式。

在本实施例中，所述前壳体22一体地连接于所述输入轴1和所述第一元件11，可以内置所述行星齿轮10。

这种前壳体22与设置在所述输出轴2侧的所述后壳体24结合，可以内置所述行星齿轮10、所述涡流转矩产生部21、所述单向离合器23及所述锁止机构40。

在本实施例中，所述永磁铁211在连接于所述第一元件11的所述前壳体22的径向内侧沿圆周方向以预定间隔布置。所述永磁铁211可沿着所述前壳体22的内周缘重复地布置N极和S极。

因此，当电动汽车初始驱动时，若在所述输出轴2的输出速度下离心力不足，则所述铰接臂311通过由所述弹性件313提供的拉力保持以所述铰接销312为中心朝径向内侧回转的状态，以使所述离心体212远离所述永磁铁211。

也就是说，当电动汽车初始驱动时，由于所述行星齿轮10的齿轮比，输入转矩正常，转矩倍增，从而可以传递到所述减速器GB。

相反地，由于电动汽车的速度增加，所述输出轴2的输出速度增加，使得离心力增加时，所述离心体212的离心力会克服所述弹性件313的弹性力。

那么，所述铰接臂311以所述铰接销312为中心朝径向外侧回转，可使所述离心体212靠近所述永磁铁211。

此时，所述离心体212和所述永磁铁211之间会产生涡流，由该涡流产生涡流转矩并传递到所述第一元件11和第二元件12。

涡流是具有所述永磁铁211的所述前壳体22和所述离心体212以不同的速度进行旋转在所述永磁铁211和所述离心体212的旋转速度之差引起的相互作用下产生的电流。

因此，所述第一元件11和第二元件12通过涡流转矩可以传递动力。也就是说，当产生涡流转矩时，使得所述输入轴1和所述输出轴2的速度比上升到基于齿轮比的速度比以上。

相对速度之差越大所述离心体212和所述永磁铁211之间产生的涡流转矩会越大。

这种涡流转矩会使所述离心体212和所述永磁铁211的速度比上升到设定值(例如，0.8以上)，因此用于电动汽车的干式变矩器可实现传统流体式变矩器的功能。

如此构成的所述涡流转矩产生部21可通过由涡流转矩形成在所述永磁铁211和所述离心体212之间的磁力使所述永磁铁211和所述离心体212相互分离或者通过涡流转矩传递动力。

通过这样的工作，所述涡流转矩产生部21将所述第一元件11和所述第二元件12相互分离或者通过涡流转矩传递动力。

另一方面，在本实施例中，所述单向离合器23可布置在所述第三元件13和所述固定部14之间。这种单向离合器23约束所述第三元件13和所述固定部14的单向连接。

也就是说，所述单向离合器23可以朝一个方向(如正向)可旋转地连接所述第三元件13，并阻止朝相反方向(如反向)旋转。

例如，当所述涡流转矩产生部21不工作时，所述单向离合器23工作，以使所述第三元件13停止。相反地，当所述涡流转矩产生部21工作时，所述单向离合器23可以不工作，以使所述涡流转矩产生部21和所述第三元件13正向旋转。

也就是说，在基于齿轮比的速度比下驱动时，通过控制所述单向离合器23工作来固定所述第三元件13，所述第二元件12的输出正常，转矩倍增。此时，所述涡流转矩产生部21不工作，从而可以实现所述行星齿轮10的正常控制。

相反地，在基于齿轮比的速度比以上的速度比下驱动时，通过所述涡流转矩产生部21的工作产生基于涡流的涡流转矩。因此，所述第一元件11和所述第二元件12传递涡流转矩，进而所述第二元件12的输出会传递转矩。

所述涡流转矩可使速度比比基于齿轮比的速度比更上升，所述单向离合器23可以不工作，以使所述行星齿轮10的第三元件13正向旋转。

另一方面，在本实施例中，所述锁止机构40以轴向为准分别设置在所述第二元件12的两侧。这种锁止机构40可与所述涡流转矩产生部21联动。也就是说，所述锁止机构40可与所述涡流转矩产生部21工作或不工作联动而进行工作。

所述锁止机构40根据所述输出轴2的旋转速度通过传递到所述涡流转矩产生部21的离心力选择性地接触于所述前壳体22和所述后壳体24的内侧面(以轴向为准)，从而直接连接所述输入轴1和所述输出轴2。

所述锁止机构40可包括锁止板41、滚轮42及摩擦件43。

首先，所述锁止板41以轴向为准对应于所述前壳体22和所述后壳体24的内侧面分别沿轴向可滑移地布置在所述第二元件12的两侧。

所述滚轮42由一对滚轮组成，可在每个所述锁止板41和所述铰接臂311之间分别可旋转地安装于所述铰接臂311的两侧，以便在所述铰接臂311通过根据所述输出轴2的旋转速度而产生的离心力朝径向外侧移动时，使得所述锁止板41分别朝所述前壳体22和所述后壳体24侧移动。

这种滚轮42以轴向为准分别布置在所述铰接臂311的两侧。也就是说，对应于多个所述铰接臂311，所述滚轮42可以一对滚轮作为一组组成多个组。

所述锁止板41形成为环状，其对应于所述滚轮42的一面上可以突出形成与所述滚轮42滚动接触的至少一个接触部41a。

在以轴向为准面向所述第二元件12的所述锁止板41的一面上多个所述接触部41a可沿圆周方向分别形成在隔开的位置上。

这种接触部41a上一体地形成有与所述滚轮42滚动接触的斜面41b(参见图8)。

所述斜面41b可以是从朝向所述第一元件11旋转中心的下部越往朝向径向外侧的上部宽度越大。

此外，所述锁止板41上可分别形成有多个导孔41c。

首先，布置成面向所述前壳体22侧的所述锁止板41的所述导孔41c中可插入形成在所述第二元件12上的导向凸起12a。

另外，布置成面向所述后壳体24侧的所述锁止板41的所述导孔41c中可插入可旋转地支撑所述铰接臂311的所述铰接轴312的端部。

因此，当通过所述铰接臂311以所述铰接销312为中心朝径向外侧回转而一起移动的所述滚轮42所述锁止板41沿轴向滑移时，可通过插入每个所述导孔41c的所述导向凸起12a和所述铰接轴312来稳定地引导轴向移动。

在本实施例中，对应于每个所述锁止板41，所述摩擦件43安装在所述前壳体22和所述后壳体24的内侧面上。

当所述锁止板41以轴向为准靠近所述前壳体22和所述后壳体24的内侧面时，这种摩擦件43可与所述锁止板41摩擦接触。

所述摩擦件43通过分别安装于所述前壳体22和所述后壳体24的安装板44来安装。所述安装板44可安装在分别形成于所述前壳体22和所述后壳体24的内侧面的安装槽22a、24a中。

此外，在面向所述锁止板41的所述安装板44的一面上可沿圆周方向隔开安装多个所述摩擦件43。

也就是说，当根据所述输出轴2的旋转速度离心力增加时，所述涡流转矩产生部21中通过所述离心体212靠近所述永磁铁211而产生的涡流可以产生涡流转矩。

在这种状态下，当所述输出轴2的旋转速度进一步增加时，所述铰接臂311朝径向外侧移动，使得所述离心体212靠近所述永磁铁211。

此时，所述滚轮42在与设置在所述锁止板41上的所述接触部41a的斜面41b滚动接触的状态下与所述铰接臂311一起朝径向外侧移动，使得所述锁止板41朝所述前壳体22和所述后壳体24侧移动。

那么，所述锁止板41通过所述滚轮42朝所述前壳体22和所述后壳体24的内侧面移动，从而与所述摩擦件43摩擦接触。

由此，所述涡流转矩产生部21不工作，而所述锁止机构40工作，从而可以执行锁止功能。

如此构成的所述锁止机构40与所述涡流转矩产生部21的工作联动，工作时将所述第一元件11和第二元件12与所述前壳体22和所述后壳体24连接，从而可以直接连接所述输入轴1和所述输出轴2。

因此，当所述锁止机构40工作时，通过直接连接所述输入轴1和所述输出轴2，以1:1的比例传递输入及输出速度，可将所述驱动电机M的转矩直接传递到变速器。

下面参照随附的图6至图13描述根据本发明实施例的用于电动汽车的干式变矩器的工作方式。

图6至图8是应用于根据本发明实施例的用于电动汽车的干式变矩器的行星齿轮的工作状态、涡流转矩产生部的不工作状态及锁止机构的不工作状态的示意图，图9至图10是应用于根据本发明实施例的用于电动汽车的干式变矩器的行星齿轮的不工作状态、涡流转矩产生部的工作状态及锁止机构的不工作状态的示意图，图11至图13是应用于根据本发明实施例的用于电动汽车的干式变矩器的行星齿轮的工作状态、涡流转矩产生部的不工作状态及锁止机构的工作状态的示意图。

首先，参照图6至图8描述电动汽车初始驱动时的工作方式。

当电动汽车初始驱动时，虽然所述行星齿轮10工作，但是所述涡流转矩产生部21不工作A1，因为所述输出轴2的低速旋转离心力不足，从而不会产生涡流(参见图6至图7)。因此，不会产生基于涡流的转矩。

也就是说，在所述输出轴2的输出速度下离心力不足时，所述铰接臂311通过由所述弹性件313提供的拉力保持以所述铰接销312为中心朝径向内侧回转的状态。因此，所述离心体212会保持远离所述永磁铁211的初始状态。

由于所述涡流转矩产生部21不工作，所述单向离合器23工作，以使所述第三元件13停止。

此时，所述锁止机构40保持所述涡流转矩产生部21不工作的初始状态，因此如图8所示不会使所述锁止板41移动，从而可保持不工作状态。

那么，电动汽车中初始驱动时，由于所述行星齿轮10的齿轮比，输入转矩正常，转矩倍增，从而可以传递到所述减速器GB。

在这种状态下，所述输出轴2的输出速度增加使得离心力增加时，所述离心体212的离心力会克服所述弹性件313的弹性力，如图9至图10所示。

那么，所述铰接臂311以所述铰接销312为中心朝径向外侧回转，可使所述离心体212靠近所述永磁铁211。

此时，所述涡流转矩产生部21工作A2，从而在所述离心体212和所述永磁铁211之间产生涡流，由该涡流产生的涡流转矩会传递到所述第一元件11和第二元件12。

因此，所述第一元件11和第二元件12通过涡流转矩可以传递动力。也就是说，当产生涡流转矩时，使得所述输入轴1和所述输出轴2的速度比上升到基于齿轮比的速度比以上。

相对速度之差越大所述离心体212和所述永磁铁211之间产生的涡流转矩会越大。

本实施例中涡流转矩会使所述离心体212和所述永磁铁211的速度比上升到设定值(例如，0.8以上)，因此用于电动汽车的干式变矩器可实现传统流体式变矩器的功能。

此外，当所述涡流转矩产生部21工作A2时，所述单向离合器23可以不工作，以使所述涡流转矩产生部21和所述第三元件13正向旋转。

所述锁止机构40中通过所述铰接臂311以所述铰接轴312为中心朝径向外侧旋转而与所述滚轮42滚动接触的所述锁止板41朝所述前壳体22和后壳体24的内侧面沿轴向移动一定距离。

然而，由于所述离心体212保持没有完全接触所述永磁铁211的状态，所述锁止板41与所述摩擦件43之间保持一定间距并不摩擦接触，从而可以不工作。

另外，当所述输出轴2的输出速度继续增加时，所述离心体212的离心力会进一步克服所述弹性件313的弹性力，如图11至图13所示。

那么，所述铰接臂311会以所述铰接销312为中心朝径向外侧回转，从而使所述离心体212更靠近所述永磁铁211。

此时，所述锁止机构40的滚轮42在与形成在所述锁止板41上的所述接触部41a的斜面41b滚动接触的状态下通过所述铰接臂311朝径向外侧移动。

那么，所述锁止板41通过以图13为准往上移动的所述滚轮42朝所述前壳体22和后壳体24的内侧面移动，并且与所述摩擦件43摩擦接触。

如此，当所述锁止机构40工作A3时，通过所述前壳体22和所述后壳体24直接连接所述输入轴1和所述输出轴2。此时，由于所述前壳体22和所述后壳体24作为一体旋转，所述涡流转矩产生部21中停止产生涡流。

因此，当所述锁止机构40工作A3时，所述涡流转矩产生部21不工作，将所述第一元件11和第二元件12与所述前壳体22和所述后壳体24连接，从而可以直接连接所述输入轴1和所述输出轴2。

也就是说，当所述锁止机构40工作时，通过直接连接所述输入轴1和所述输出轴2，以1:1的比例传递输入及输出速度，可将所述驱动电机M的转矩直接传递到变速器。

另一方面，如此构成的根据本发明实施例的用于电动汽车的干式变矩器可以一体地安装于所述驱动电机M或者一体地安装于所述减速器GB。

如此构成的用于电动汽车的干式变矩器包括输入组件、输出组件及导轮组件。

所述输入组件可包括所述输入轴1、连接于所述输入轴1的所述第一元件11、所述前壳体22、所述后壳体24、设置于所述前壳体22的所述永磁铁211。

所述输出组件可包括所述输出轴2、连接于所述输出轴2的所述第二元件12、所述小齿轮P、布置在所述第二元件12上面向所述永磁铁211的所述离心体212及所述锁止机构40。

另外，所述导轮组件可包括将所述第三元件13和所述固定部14相互连接的所述单向离合器23。

图14是示出通过根据本发明实施例的用于电动汽车的干式变矩器的控制方法来控制的涡流转矩产生部、锁止机构及单向离合器是否工作的表格，图15是示出通过根据本发明实施例的用于电动汽车的干式变矩器的控制方法来控制的行星齿轮元件是否工作的表格。

参见图14至图15，根据本发明实施例的用于电动汽车的干式变矩器控制方法包括：第一步骤，使基于齿轮比的速度比(初始驱动时)下输出到所述第二元件12的正常转矩倍增；第二步骤，传递基于齿轮比的速度比以上的速度比(离心力增加时)下输出到所述第二元件12的转矩；以及第三步骤，基于齿轮比的速度比以上的速度比(离心力进一步增加时)下通过控制所述锁止机构40工作使所述第一元件11和第二元件12分别接触于所述前壳体22和所述后壳体24的轴向内侧面而直接连接，以使所述输入轴1和所述输出轴2直接连接。

第一步骤是基于齿轮比的速度比(初始驱动时)下通过控制所述单向离合器23工作对所述第三元件13进行固定控制，以使输出到所述第二元件12的正常转矩倍增。

在所述第一步骤中，由于所述单向离合器23工作，将所述涡流转矩产生部21和所述锁止机构40控制成不工作(参见图6和图8)。因此，所述第三元件13固定于所述固定部14。

此外，在所述第一步骤中，由于所述涡流转矩产生部21不工作，不会产生涡流，因此可将所述输出轴2的部分转矩传递到所述第二元件12。

因此，对于根据本发明实施例的干式变矩器，当安装有所述干式变矩器的电动汽车初始驱动时，因为基于所述行星齿轮10的齿轮比的速度比，所述第一元件11正向旋转，所述第二元件12使所输入的输入转矩倍增并输出到所述减速器GB。此时，所述第三元件13被固定。

也就是说，当电动汽车初始驱动时，由于输出速度低离心力不足，所述离心体212不会工作。那么，所述永磁铁211可保持与所述离心体212隔开的状态(参见图6)。

因此，所述涡流转矩产生部21中在离心体212和永磁铁211之间不会产生基于涡流的传递转矩。

在所述第二步骤中，由于所述输出轴2的速度增加，基于齿轮比的速度比以上的速度比(离心力增加时)下通过控制所述涡流转矩产生部21工作来产生涡流。

这种涡流会产生涡流转矩，所述第一元件(太阳齿轮)11和所述第二元件(齿轮架)12通过所产生的涡流转矩传递动力，从而可以传递输出到所述第二元件12的转矩。

在所述第二步骤中，由于所述涡流转矩产生部21工作，将所述单向离合器23和所述锁止机构40控制成不工作。因此，所述第三元件13可沿着与正向旋转的第一元件11和第二元件12相同的方向(正向)旋转。

此外，在所述第二步骤中，由于所述涡流转矩产生部21工作而产生的涡流转矩，将所述输出轴2的转矩传递到所述第二元件12和所述涡流转矩产生部21。

也就是说，由于电动汽车的速度增加，干式变矩器的输出旋转速度增加时，所述输出轴2的离心力增加，进而所述离心体212朝径向外侧移动。

通过这样的工作彼此靠近的所述永磁铁211和所述离心体212，因为基于速度之差的相互作用，可以产生涡流(参见图9)。

如此，所述永磁铁211的磁力和涡流的影响下会产生涡流转矩，所产生的涡流转矩可使速度比上升。此时，所述第三元件13会沿输入方向旋转。

然后，在所述第三步骤中，由于所述基于齿轮比的速度比以上的状态下所述输出轴2的速度进一步增加，因此控制设置在所述第二元件12上与所述涡流转矩产生部21联动的所述锁止机构40使其工作。

此时，在通过所述涡流转矩产生部21而工作的所述锁止机构40中，所述锁止板41分别与设置在所述前壳体22和所述后壳体24的轴向内侧面的所述摩擦件43摩擦接触，从而直接连接所述第一元件11和第二元件12，可使所述输入轴1和所述输出轴2直接连接。

在所述第三步骤中，由于所述锁止机构40工作，可以将所述单向离合器23控制成不工作，将所述涡流转矩产生部21控制成不工作。

因此，所述第三元件13可沿着与正向旋转的第一元件11、第二元件12相同的方向(正向)旋转，所述第二元件12能够以与所述第一元件11相同的速度旋转。

此外，在所述第三步骤中，由于所述锁止机构40工作、所述单向离合器23不工作、以及所述涡流转矩产生部21不工作，可以直接连接所述输入轴1和所述输出轴2，以使所述输入轴1和所述输出轴2的旋转速度成为1:1。

也就是说，由于所述输入轴1和所述输出轴2直接连接，可将所述驱动电机M的转矩直接传递到变速器，因此能够以1:1的比例传递输入和输出速度。

如上所述，根据本实施例的干式变矩器在电动汽车动力总成中安装在所述驱动电机M和所述减速器GB之间，初始驱动时使所述驱动电机M的转矩正常倍增后传递，输出速度增加时通过涡流转矩使所述驱动电机M的转矩倍增到基于齿轮比的速度以上后传递到减速器GB。

此外，当输出速度增加到设定速度以上时，通过所述锁止机构40的工作直接连接所述第一元件11和第二元件12，使得所述输入轴1和所述输出轴2直接连接，从而能够以1:1的比例传递输入和输出速度。

因此，根据本发明实施例的用于电动汽车的干式变矩器及其控制方法，在所述行星齿轮10的第一元件(太阳齿轮)11和第二元件(齿轮架)12之间设置所述涡流转矩产生部21，以通过不产生基于所述输出轴2的旋转速度的涡流或者由涡流产生涡流转矩，使得所述第一元件11和第二元件12不连接或者通过涡流转矩传递动力，并将所述第三元件(环形齿轮)13和所述固定部14通过所述单向离合器23固定或者控制成沿一个方向旋转，从而在基于齿轮比的速度比下可使转矩增倍，在基于齿轮比的速度比以上的速度比下可输出涡流转矩。

另外，由于转矩倍增率大，本发明可减小连接于所述输入轴1的所述驱动电机M和逆变器的尺寸，初始驱动时通过所述驱动电机M的高速旋转进入快速高效区域，从而可减少所述驱动电机M的电流消耗。

此外，在没有额外的致动器的情况下，本发明通过利用输出速度的离心力将旋转提升至输入和输出速度比的0.8来控制输出转矩，从而可以降低制造成本。

另外，本发明具有利用所述行星齿轮10的转矩倍增以及利用所述涡流转矩产生部21的涡流的速度比上升功能，同时通过应用所述锁止机构40可以将所述驱动电机M的转矩直接传递到变速器，从而能够以1:1的比例传递输入和输出速度，还可以实现传统流体式变矩器的所有功能。

虽然上文中通过有限的实施例和附图描述了本发明，但是本发明不限于上述的实施例和附图，本发明所属技术领域的普通技术人员在本发明的技术思想和权利要求书的等效范围内可进行各种修改和变更。

Claims (24)

1.一种用于电动汽车的干式变矩器，其特征在于，所述干式变矩器包括：

行星齿轮，其通过第一元件连接于输入轴，通过第二元件连接于输出轴，并通过第三元件可变连接于固定部；

至少一个涡流转矩产生部，其设置在所述第一元件和所述第二元件之间，所述涡流转矩产生部产生涡流，以被所述输出轴的速度控制；

前壳体，其一体地连接于所述输入轴和所述第一元件，用于内置所述行星齿轮；

单向离合器，其约束所述第三元件和所述固定部的单向连接且相互连接；

后壳体，其设置在所述输出轴侧并与所述前壳体结合；以及

锁止机构，其以轴向为准分别设置在所述第二元件的两侧，并且通过根据所述输出轴的旋转速度而产生的离心力分别选择性地接触于所述前壳体和所述后壳体的内侧面，从而直接连接所述输入轴和所述输出轴。

2.根据权利要求1所述的用于电动汽车的干式变矩器，其特征在于：

所述涡流转矩产生部包括：

永磁铁，其连接于所述第一元件；以及

离心体，其布置成面向所述永磁铁并具有导电性，通过铰接于所述第二元件外周面的铰接臂连接所述离心体，所述离心体被所述输出轴的速度控制。

3.根据权利要求2所述的用于电动汽车的干式变矩器，其特征在于：

所述永磁铁在所述前壳体的径向内侧沿圆周方向以预定间隔布置，

所述离心体通过弹性件连接于所述第二元件。

4.根据权利要求2所述的用于电动汽车的干式变矩器，其特征在于：

所述永磁铁沿着所述前壳体的内周缘重复地布置N极和S极。

5.根据权利要求2所述的用于电动汽车的干式变矩器，其特征在于：

所述锁止机构包括：

锁止板，其以轴向为准对应于所述前壳体和所述后壳体的内侧面，沿轴向可滑移地分别布置在所述第二元件的两侧；

一对滚轮，其在每个所述锁止板和所述铰接臂之间可旋转地分别安装在所述铰接臂的两侧，以在所述铰接臂被根据所述输出轴的旋转速度而产生的离心力朝径向外侧移动的情况下，使所述锁止板分别移动到所述前壳体和所述后壳体侧；以及

摩擦件，其对应于每个所述锁止板安装在所述前壳体和所述后壳体的内侧面。

6.根据权利要求5所述的用于电动汽车的干式变矩器，其特征在于：

所述锁止板形成为环状，其对应于所述滚轮的一面上突出形成与所述滚轮滚动接触的至少一个接触部。

7.根据权利要求6所述的用于电动汽车的干式变矩器，其特征在于：

在以轴向为准面向所述第二元件的所述锁止板的一面上多个所述接触部沿圆周方向分别形成在隔开的位置上。

8.根据权利要求6所述的用于电动汽车的干式变矩器，其特征在于：

所述接触部上一体地形成有与所述滚轮滚动接触的斜面。

9.根据权利要求8所述的用于电动汽车的干式变矩器，其特征在于：

所述斜面从朝向所述第一元件旋转中心的下部越往朝向径向外侧的上部宽度越大。

10.根据权利要求5所述的用于电动汽车的干式变矩器，其特征在于：

所述锁止板上分别形成有导孔，

布置成面向所述前壳体侧的所述锁止板的所述导孔中插入形成在所述第二元件上的导向凸起，

布置成面向所述后壳体侧的所述锁止板的所述导孔中插入可旋转地支撑所述铰接臂的铰接轴的端部。

11.根据权利要求10所述的用于电动汽车的干式变矩器，其特征在于：

当所述锁止板通过所述滚轮沿轴向滑移时，通过插入每个所述导孔的所述导向凸起和所述铰接轴来引导轴向移动。

12.根据权利要求5所述的用于电动汽车的干式变矩器，其特征在于：

所述摩擦件通过分别安装于所述前壳体和所述后壳体的安装板来安装。

13.根据权利要求12所述的用于电动汽车的干式变矩器，其特征在于：

所述安装板安装在分别形成于所述前壳体和所述后壳体的内侧面的安装槽中。

14.根据权利要求12所述的用于电动汽车的干式变矩器，其特征在于：

在面向所述锁止板的所述安装板的一面上沿圆周方向隔开安装多个所述摩擦件。

15.根据权利要求1所述的用于电动汽车的干式变矩器，其特征在于：

所述涡流转矩产生部根据所述输出轴的速度分离所述第一元件和所述第二元件或者通过涡流转矩传递动力。

16.根据权利要求1所述的用于电动汽车的干式变矩器，其特征在于：

所述第一元件为太阳齿轮，

所述第二元件为齿轮架，

所述第三元件为环形齿轮。

17.根据权利要求1所述的用于电动汽车的干式变矩器，其特征在于：

所述涡流转矩产生部沿所述第二元件的圆周方向等间距隔开设置多个。

18.一种用于电动汽车的干式变矩器控制方法，其特征在于：

所述干式变矩器包括行星齿轮，所述行星齿轮具有连接于输入轴的第一元件、连接于输出轴的第二元件、可变连接于固定部的第三元件及所设定的基于齿轮比的速度比，所述控制方法包括：

第一步骤，所述基于齿轮比的速度比下通过控制设置在所述第三元件和所述固定部之间的单向离合器工作对所述第三元件进行固定控制，以使输出到所述第二元件的转矩倍增；

第二步骤，由于所述输出轴的速度增加，所述基于齿轮比的速度比以上的速度比下通过控制设置在所述第一元件和所述第二元件之间的涡流转矩产生部工作使所述第一元件和所述第二元件通过由涡流产生的涡流转矩传递动力，以传递输出到所述第二元件的转矩；以及

第三步骤，在所述基于齿轮比的速度比以上的状态下，由于所述输出轴的速度增加，通过控制设置在所述第二元件上与所述涡流转矩产生部联动的锁止机构工作使所述第一元件和第二元件分别接触于前壳体和后壳体的轴向内侧面而直接连接，以使所述输入轴和所述输出轴直接连接。

19.根据权利要求18所述的用于电动汽车的干式变矩器控制方法，其特征在于：

在所述第一步骤中，由于所述单向离合器工作，将所述涡流转矩产生部和所述锁止机构控制成不工作。

20.根据权利要求19所述的用于电动汽车的干式变矩器控制方法，其特征在于：

在所述第一步骤中，由于所述涡流转矩产生部不工作，将所述输出轴的部分转矩传递到所述第二元件。

21.根据权利要求18所述的用于电动汽车的干式变矩器控制方法，其特征在于：

在所述第二步骤中，由于所述涡流转矩产生部工作，将所述单向离合器和所述锁止机构控制成不工作。

22.根据权利要求21所述的用于电动汽车的干式变矩器控制方法，其特征在于：

在所述第二步骤中，由于所述涡流转矩产生部工作，将所述输出轴的转矩传递到所述第二元件和所述涡流转矩产生部。

23.根据权利要求18所述的用于电动汽车的干式变矩器控制方法，其特征在于：

在所述第三步骤中，由于所述锁止机构工作，将所述单向离合器控制成不工作，并将所述涡流转矩产生部控制成不工作。

24.根据权利要求23所述的用于电动汽车的干式变矩器控制方法，其特征在于：

在所述第三步骤中，由于所述锁止机构工作、所述单向离合器不工作以及所述涡流转矩产生部不工作，直接连接所述输入轴和所述输出轴，以使所述输入轴和所述输出轴的旋转速度成为1:1。

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