CN115076308A - 一种变速器及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明属于车辆技术领域，公开了一种变速器及车辆，该变速器包括输入轴、行星齿轮机构、输出轴、第一电机和第二电机，发动机能够驱动输入轴转动，输入轴、第一电机和第二电机分别与行星齿轮机构的三个旋转机构连接，输出轴与行星齿轮机构中的一个旋转机构传动连接，输出轴用于驱动车轮转动，从而实现无级变速。第一电机与第二电机电连接，当行星齿轮机构驱动其中一个电机的转子轴转动时，该电机能够为另一个电机供电，从而使两个电机直接连接，提升了两个电机之间的能量转化效率。
Description
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，尤其涉及一种变速器及车辆。
背景技术
液压机械无级变速器是通过机械传动与液压传动的耦合实现无级变速的变速器，能够提高车辆动力性、燃油经济性。液压机械无级变速器通常包括行星齿轮机构、输出轴，还包括由发动机驱动的输入轴以及液压系统，行星齿轮机构包括太阳轮、行星架和齿圈等三个旋转机构，通过输入轴以及液压系统控制其中两个旋转机构转动，作为动力输入，并将另一个旋转机构连接输出轴，以实现无级变速。
目前，汽车动力电动化、混合化已成为必然趋势，现有技术通过动力电池组和电机取代上述液压系统，同样能够实现无级变速，该结构包括传统的变速器以及两个电机，其中传统的变速器输出轴连接行星齿轮机构的其中一个旋转机构，并将两个电机分别连接另外两个旋转机构，并设置多种模式以适应不同的运行工况。但是其存在的问题是，两个电机分别与动力电池组连接，很多情况下两个电机中的其中一个是不进行动力输出的，仅用于为动力电池组充电，也就是，其中一个电机用于为动力电池组充电，同时动力电池组驱动另一个电机运行，由于电能与动力电池存储的化学能之间的转换必然存在能量的不必要消耗，因此这种情况下会出现能量消耗较高的问题。
因此，亟需一种变速器及车辆，以解决上述问题。
发明内容
根据本发明的一个方面，本发明提供一种变速器，以解决现有技术的变速机构中，其中一个电机用于为动力电池组充电，同时动力电池组驱动另一个电机运行时能量消耗较高的问题。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种变速器，包括输入轴、行星齿轮机构和输出轴，所述输入轴能够在发动机的驱动下转动，所述行星齿轮机构包括太阳轮、行星架和齿圈，所述太阳轮固定设置有太阳轮轴，所述输出轴与所述太阳轮、所述行星架和所述齿圈中的其中一个传动连接，并用于驱动车轮转动；
包括：
第一电机，包括第一转子轴；
第二电机，包括第二转子轴，所述输入轴、所述第一转子轴以及所述第二转子轴的其中一个传动连接于所述太阳轮轴，另一个传动连接于所述行星架，又一个传动连接于所述齿圈；
所述第一电机与所述第二电机电连接，当所述行星齿轮机构驱动所述第一转子轴转动时，所述第一电机能够为所述第二电机供电；当所述行星齿轮机构驱动所述第二转子轴转动时，所述第二电机能够为所述第一电机供电。
作为一种变速器的优选方案，还包括电池，所述第一电机和所述第二电机均与所述电池电连接。
作为一种变速器的优选方案，所述太阳轮轴传动连接于输出轴，所述第一转子轴和所述输入轴的其中一个与所述行星架传动连接，另一个与所述齿圈传动连接，所述第二转子轴与所述太阳轮轴传动连接。
作为一种变速器的优选方案，所述第一转子轴与所述齿圈传动连接，所述输入轴与所述行星架传动连接。
作为一种变速器的优选方案，所述太阳轮轴与所述第二转子轴通过齿轮机构连接。
作为一种变速器的优选方案，还包括换档机构，所述换档机构用于改变所述太阳轮轴与所述输出轴的传动比。
作为一种变速器的优选方案，所述换档机构包括：
第一换档齿轮组，包括套设于所述太阳轮轴的第一输入齿轮和固定设置于所述输出轴的第一输出齿轮，所述第一输入齿轮与所述第一输出齿轮啮合；
第二换档齿轮组，包括套设于所述太阳轮轴的第二输入齿轮和固定设置于所述输出轴的第二输出齿轮，所述第二输入齿轮与所述第二输出齿轮啮合；
结合套，滑动套设于所述太阳轮轴并与所述太阳轮轴同步转动，并能够连接于所述第一输入齿轮，以使所述第一输入齿轮与所述结合套同步转动，或连接于所述第二输入齿轮，以使所述第二输入齿轮与所述结合套同步转动。
作为一种变速器的优选方案，所述第二输入齿轮的直径小于所述第一输入齿轮的直径，所述第二输出齿轮的直径大于所述第一输出齿轮的直径。
根据本发明的另一个方面，提供一种车辆，包括上述变速器，还包括发动机和车轮，所述发动机用于驱动所述输入轴转动，所述输出轴用于驱动所述车轮转动。
本发明的有益效果是：
本发明提供一种变速器，包括输入轴、行星齿轮机构、输出轴、第一电机和第二电机，发动机能够驱动输入轴转动，输入轴、第一电机和第二电机分别与行星齿轮机构的三个旋转机构连接，输出轴与行星齿轮机构中的一个旋转机构传动连接，能够通过控制第一电机的第一转子轴的转速或第二电机的第二转子轴的转速即可控制输出轴的转速，输出轴用于驱动车轮转动，从而实现无级变速。第一电机与第二电机电连接，当行星齿轮机构驱动其中一个电机的转子轴转动时，该电机能够为另一个电机供电，从而使两个电机直接连接，提升了两个电机之间的能量转化效率。
本发明还提供一种车辆，包括上述变速器，该变速器的能量转化效率较高，传动效率高。
附图说明
图1是本发明实施例中变速器的结构示意图。
图中：
1、输入轴；
2、行星齿轮机构；21、太阳轮；22、行星架；23、齿圈；24、太阳轮轴；
3、第一电机；
4、第二电机；
5、电池；
6、输出轴；
7、换档机构；71、第一换档齿轮组；711、第一输入齿轮；712、第一输出齿轮；72、第二换档齿轮组；721、第二输入齿轮；722、第二输出齿轮；73、结合套。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
实施例一
液压机械无级变速器通常包括行星齿轮机构、输出轴，还包括由发动机驱动的输入轴以及液压系统，行星齿轮机构包括太阳轮、行星架和齿圈等三个旋转机构，通过输入轴以及液压系统控制其中两个旋转机构转动，作为动力输入，并将另一个旋转机构连接输出轴，以实现无级变速。现有技术通过设置动力电池组和电机取代上述液压系统，但是该结构中两个电机分别与动力电池组连接，当其中一个电机用于为动力电池组充电，同时动力电池组驱动另一个电机运行时，会出现能量消耗较高的问题。
针对上述问题，本实施例提供一种变速器，可用于车辆技术领域。
图1示出本发明实施例中变速器的结构示意图。参照图1，变速器包括输入轴1、行星齿轮机构2和输出轴6，输入轴1能够在发动机的驱动下转动，行星齿轮机构2包括太阳轮21、行星架22和齿圈23，太阳轮21固定设置有太阳轮轴24，输出轴6与太阳轮21、行星架22和齿圈23中的其中一个传动连接，并用于驱动车轮转动，以驱动车辆前进或后退。具体地，输出轴6的动力还会经过差速器传递至车轮。
其中，行星齿轮机构2为现有技术中常用的机构，具体而言，太阳轮21、行星架22和齿圈23三者的旋转中心一致，旋转中心即太阳轮轴24的轴线，太阳轮21为尺寸较大的齿轮，并位于行星齿轮机构2的中心位置，直接与太阳轮轴24固定连接，行星架22转动设置有多个尺寸较小的行星齿轮，行星齿轮均与太阳轮21啮合，从而使行星架22能够驱动太阳轮21旋转或在太阳轮21的驱动下旋转，齿圈23具有内齿，并套设于行星架22的行星齿轮，行星架22的行星齿轮均与齿圈23的内齿啮合。对于太阳轮21、行星架22和齿圈23等三个旋转机构而言，动力从任意两个旋转机构输入，即可带动剩下的一个旋转机构输出动力，在两个用于动力输入的旋转机构中，其中一个旋转机构的转速不变，通过改变另一个旋转机构的转速，即可改变输出转速。上述机构应用于变速器中，通常是其中一个旋转机构连接发动机，其转速保持不变，另一个旋转机构连接其它动力源，其转速可连续变化，剩下一个旋转机构连接输出轴，该输出轴的转速亦可实现连续变化。
继续参照图1，变速器还包括第一电机3和第二电机4，第一电机3包括第一转子轴；第二电机4包括第二转子轴，输入轴1、第一转子轴以及第二转子轴的其中一个传动连接于太阳轮轴24，另一个传动连接于行星架22，又一个传动连接于齿圈23。从而能够通过控制第一电机3的第一转子轴的转速或第二电机4的第二转子轴的转速控制输出轴6的转速，从而实现无级变速。
继续参照图1，第一电机3与第二电机4电连接，当行星齿轮机构2驱动第一转子轴转动时，第一电机3能够为第二电机4供电，即第一电机3作为发电机，驱动第二电机4工作，即驱动第二转子轴转动。当行星齿轮机构2驱动第二转子轴转动时，第二电机4能够为第一电机3供电，即第二电机4作为发电机，驱动第一电机3工作，即驱动第一转子轴转动。从而使两个电机直接连接，提升了两个电机之间的能量转化效率。
此外，应当注意的是，当第一电机3作为发电机并驱动第二电机4运行时，应确保第二电机4的第二转子轴沿预设的方向转动，否则需要改变电流方向，以使第二电机4的第二转子轴沿预设的方向转动，具体可将第一电机3的正极分别连接于第二电机4的正极和负极，并将第一电机3的负极分别连接于第二电机4的正极和负极，在上述四条线路中均设置开关控制通断，通过控制部分开关的通断使第一电机3的正极连接第二电机4的负极，将第一电机3的负极连接第二电机4的正极。反之，当第二电机4作为发电机并驱动第一电机3运行时，同理。
针对两个电机的转子轴的转速控制，可通过连接负载来实现，例如当行星齿轮机构2驱动第一转子轴转动时，如果此时第一电机3的输出功率全部用于驱动第二电机4工作会导致第二转子轴的转速过高，可通过第一电机3与负载连接，使第一电机3的部分输出功率用于驱动负载工作，以降低第二电机4的转速。
而本实施例中通过以下结构实现对转子轴的转速控制。继续参照图1，变速器还包括电池5，第一电机3和第二电机4均与电池5电连接，虽然本实施例中的方案可以省略电池，但是仍可以使用电池用于存储能量，从而对第一电机3和第二电机4的转子轴的转速进行调整。
具体地，当行星齿轮机构2驱动第一转子轴转动时，第一电机3为电池5充电，以消耗一部分第一电机3的输出功率，或电池5驱动第二转子轴转动，以对第一电机3的输出功率进行弥补，从而调节第二转子轴的转速。当行星齿轮机构2驱动第二转子轴转动时，第二电机4为电池5充电，或电池5驱动第一转子轴转动。
继续参照图1，行星齿轮机构2的具体连接方式为，太阳轮轴24传动连接于输出轴6，第一转子轴和输入轴1的其中一个与行星架22传动连接，另一个与齿圈23传动连接，第二转子轴与太阳轮轴24传动连接，具体为通过齿轮机构连接，使二者之间的传动连接更加平稳。由于太阳轮21位于行星齿轮机构2的中心位置，其运动的稳定性较高，因而将与太阳轮21固定连接的太阳轮轴24作为动力输出，传动连接于输出轴6。更具体地，第一转子轴与齿圈23传动连接，具体为通过齿轮连接，输入轴1与行星架22传动连接，具体同样为通过齿轮连接。
继续参照图1，变速器还包括换档机构7，换档机构7用于改变太阳轮轴24与输出轴6的传动比。虽然行星齿轮机构2可用于无级变速，但是有时仍需要通过其它机构调节传动比。具体而言，换档机构7包括第一换档齿轮组71、第二换档齿轮组72和结合套73，第一换档齿轮组71包括套设于太阳轮轴24的第一输入齿轮711和固定设置于输出轴的第一输出齿轮712，第一输入齿轮711与第一输出齿轮712啮合；第二换档齿轮组72包括套设于太阳轮轴24的第二输入齿轮721和固定设置于输出轴的第二输出齿轮722，第二输入齿轮721与第二输出齿轮722啮合，结合套73滑动套设于太阳轮轴24并与太阳轮轴24同步转动，具体为通过花键连接，并能够连接于第一输入齿轮711，以使第一输入齿轮711与结合套73同步转动，或连接于第二输入齿轮721，以使第二输入齿轮721与结合套73同步转动。从而可通过第一换档齿轮组71和第二换档齿轮组72提供两种档位。上述结合套73的结合过程与现有技术中变速箱的换档过程类似，具体不再赘述。
具体而言，第二输入齿轮721的直径小于第一输入齿轮711的直径，第二输出齿轮722的直径大于第一输出齿轮712的直径。其中，第一换档齿轮组71与第二换档齿轮组72的传动比不同，具体而言，第一输入齿轮711与第二输入齿轮721在相同的转速下，第一输出齿轮712的转速会高于第二输出齿轮722的转速，因而第一换档齿轮组71对应高速档位，第二换档齿轮组72对应低速档位。
实施例二
本实施例提供一种车辆，包括实施例一中的变速器，还包括发动机和车轮，发动机用于驱动输入轴转动，输出轴用于驱动车轮转动。该变速器的能量转化效率较高，传动效率高。该车辆可以是拖拉机等大功率车辆，也可以是乘用车等车辆。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种变速器，包括输入轴(1)、行星齿轮机构(2)和输出轴(6)，所述输入轴(1)能够在发动机的驱动下转动，所述行星齿轮机构(2)包括太阳轮(21)、行星架(22)和齿圈(23)，所述太阳轮(21)固定设置有太阳轮轴(24)，所述输出轴(6)与所述太阳轮(21)、所述行星架(22)和所述齿圈(23)中的其中一个传动连接，并用于驱动车轮转动；
其特征在于，包括：
第一电机(3)，包括第一转子轴；
第二电机(4)，包括第二转子轴，所述输入轴(1)、所述第一转子轴以及所述第二转子轴的其中一个传动连接于所述太阳轮轴(24)，另一个传动连接于所述行星架(22)，又一个传动连接于所述齿圈(23)；
所述第一电机(3)与所述第二电机(4)电连接，当所述行星齿轮机构(2)驱动所述第一转子轴转动时，所述第一电机(3)能够为所述第二电机(4)供电；当所述行星齿轮机构(2)驱动所述第二转子轴转动时，所述第二电机(4)能够为所述第一电机(3)供电。
2.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，还包括电池(5)，所述第一电机(3)和所述第二电机(4)均与所述电池(5)电连接。
3.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述太阳轮轴(24)传动连接于输出轴(6)，所述第一转子轴和所述输入轴(1)的其中一个与所述行星架(22)传动连接，另一个与所述齿圈(23)传动连接，所述第二转子轴与所述太阳轮轴(24)传动连接。
4.根据权利要求3所述的变速器，其特征在于，所述第一转子轴与所述齿圈(23)传动连接，所述输入轴(1)与所述行星架(22)传动连接。
5.根据权利要求3所述的变速器，其特征在于，所述太阳轮轴(24)与所述第二转子轴通过齿轮机构连接。
6.根据权利要求3-5任一项所述的变速器，其特征在于，还包括换档机构(7)，所述换档机构(7)用于改变所述太阳轮轴(24)与所述输出轴(6)的传动比。
7.根据权利要求6所述的变速器，其特征在于，所述换档机构(7)包括：
第一换档齿轮组(71)，包括套设于所述太阳轮轴(24)的第一输入齿轮(711)和固定设置于所述输出轴的第一输出齿轮(712)，所述第一输入齿轮(711)与所述第一输出齿轮(712)啮合；
第二换档齿轮组(72)，包括套设于所述太阳轮轴(24)的第二输入齿轮(721)和固定设置于所述输出轴的第二输出齿轮(722)，所述第二输入齿轮(721)与所述第二输出齿轮(722)啮合；
结合套(73)，滑动套设于所述太阳轮轴(24)并与所述太阳轮轴(24)同步转动，并能够连接于所述第一输入齿轮(711)，以使所述第一输入齿轮(711)与所述结合套(73)同步转动，或连接于所述第二输入齿轮(721)，以使所述第二输入齿轮(721)与所述结合套(73)同步转动。
8.根据权利要求7所述的变速器，其特征在于，所述第二输入齿轮(721)的直径小于所述第一输入齿轮(711)的直径，所述第二输出齿轮(722)的直径大于所述第一输出齿轮(712)的直径。
9.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的变速器，还包括发动机和车轮，所述发动机用于驱动所述输入轴(1)转动，所述输出轴(6)用于驱动所述车轮转动。
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