CN201322084Y - 一种集成基于行星齿轮两档变速机构的电力无级变速器 - Google Patents

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苟晓宏
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Abstract

一种集成基于行星齿轮两档变速机构的电力无级变速器,包括双转子电机和两档变速机构(9),双转子电机内转子(4)是电力无级变速器的输入轴,与发动机(1)相连,两档变速机构(9)的输出轴(16)是电力无级变速器的输出轴。两档变速机构(9)由一组行星齿轮、两根轴、一组制动器和一组超越离合器构成。控制制动器(13)可以使输出轴(16)与外转子轴(10)的转速比在1和1+(Z3/Z1)两个值之间切换。

Description

一种集成基于行星齿轮两档变速机构的电力无级变速器
技术领域
本实用新型涉及一种基于双转子电机的电力无级变速器,特别涉及一种基于行星齿轮的电力无级变速器。
背景技术
双转子电机是一种新型电机,具有两个可以独立旋转的转子。将这种电机的两个转子分别与发动机输出轴和车辆驱动轴连接,就成为一种新型的变速器。采用电力驱动控制两个转子的转速和转矩,可以实现转速连续可调,因此这种由双转子电机构成的变速装置称作电力无级变速器。这种电力无级变速器与传统的基于机械或者液压技术的变速器相比,具有明显的优点。首先,电力无级变速器的调速是连续平滑的。这种连续的变速可以使得发动机输出轴不再与车辆驱动轴直接机械联系,也就使得发动机工作点与车辆运行状况解耦,从而使发动机的运行可以进一步得到优化,进而提高效率和降低排放。第二,电力无级变速器是有源的,其外部通过变频器与功率电池相连。因此,可以使用电力无级变速器启动发动机,从而取消发动机怠速工况,进一步降低排放并提升燃油经济性。第三,电力无级变速器可以在发动机动力不足的工况下补充能量,并能够回收制动过程中的能量。因此采用电力无级变速器可以在提高车辆经济性的同时兼顾动力性。
但是,依靠电力进行变速的变速器与机械式或者液压式变速器相比也有一定的局限性。由于空间尺寸的限制,采用的电力无级变速器的工作能力也就受到限制,从而调速范围也受到了限制,而机械式变速箱在此方面具有很大优势,可以在很紧凑的空间内实现很大的调速比。这些问题在一定程度上制约了纯电力无级变速器的应用前景。因此需要增加机械辅助结构来扩大其调速范围。发明专利200710121112.2中提出了一种改进型电力无级变速器。这种电力无级变速器以双转子电机为基础,增加了行星齿轮组,通过切换两个制动器,开闭离合器,可使车辆在全混合动力模式和并联混合动力模式之间自由切换。但是这只是增加了动力模式,还是不能解决电力无级变速器调速范围小的缺点。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服现有的电力无级变速器调速范围小的缺点,提出了一种装置有基于行星齿轮两档变速机构的电力无级变速器。这种变速器的核心依然是双转子电机。与现有电力无级变速器相同的是,本实用新型提出的变速器输入轴依然是双转子电机的内转子。与现有电力无级变速器不同的是,本实用新型提出的变速器具有单独的输出轴,而不再是双转子电机的外转子。输出轴与双转子电机外转子之间通过行星齿轮机构和超越离合器连接。
本实用新型提出的电力无级变速器由双转子电机和两档变速机构组成。此两档变速机构包括输入轴(即双转子电机的外转子轴)和输出轴。输入轴和输出轴之间存在两个速度比,但是在任意时刻两根轴之间的速度比是唯一的。
在制动器没有制动的时间段,两档变速机构的输入轴通过超越离合器直接带动输出轴以相同的转速转动,此时输出轴与输入轴的转速比为1。当制动器制动后,此时的输出轴转速超过了输入轴转速,即超越离合器处于超越状态,此时输出轴与输入轴的转速比为
Figure Y20082012360000041
(其中Z3为行星齿轮外齿圈的齿数,Z1为行星齿轮的太阳轮的齿数)。由于超越离合器不需要施加外部控制而能够根据其内外环的转速大小关系自行调整离合状态,因此本实用新型只需要对一个制动器施加控制就可以实现两档变速。通过制动与否就可以选择输出轴与输入轴之间的速度比。
所述双转子电机的外转子轴(即两档变速机构的输入轴)和两档变速机构的输出轴都是空心轴,内转子轴从这两个空心轴中穿过。滑环和电刷安装在内转子轴的末端。
附图说明
图1是本实用新型提出的电力无级变速器与发动机连接后的示意图,图中:1是发动机,2是双转子电机定子,3是双转子电机外转子,4是双转子电机内转子,5是连接发动机1和双转子电机内转子4的离合器,6是内转子轴,7是碳刷,8是滑环,9是电力无级变速器中的两档变速机构;
图2是两档变速机构的放大图,图中:6是内转子轴,10是外转子轴,11是超越离合器的内环,12是行星轮,13是制动器,14是行星齿轮的外齿圈,15是行星齿轮的太阳轮,16是两档变速机构的输出轴,17是安装两档变速机构的输入轴和输出轴的轴承,18是行星齿轮的行星架。
具体实施方式
如图1所示,本实用新型的集成有两档变速机构的电力无级变速器主要由两部分构成:双转子电机和两档变速机构9。双转子电机主要由定子2、外转子3和内转子4构成。两档变速结构9的输入轴即双转子电机的外转子轴10。两档变速机构9由一组行星齿轮、两根轴、一组制动器和一组超越离合器构成。行星齿轮由行星架18、行星轮12、外齿圈14和太阳轮15组成;两根轴为输入轴和输出轴16,输入轴即外转子轴10;一组制动器由制动块13和制动盘组成,其中制动盘固定安装在外齿圈14外侧;一组超越离合器由内环11、外环和两环之间的滚子组成,外环固定安装在行星架18内侧。超越离合器位于行星齿轮组的前端靠近发动机1的一侧,其内环11与两档变速机构9的输出轴16固连,超越离合器的外环与双转子电机外转子轴10固连,两轴有公共的轴心线。行星齿轮组的行星架18与两档变速结构的输入轴(即外转子轴10)固连,太阳轮与两档变速结构的输出轴16固连,外齿圈14的上方为制动器13,制动器13的制动盘固定安装在外齿圈的外端。本实用新型提出的电力无级变速器还包括碳刷7和滑环8等。
如图2所示,双转子电机内转子4是电力无级变速器的输入轴,与发动机1相连。两档变速机构9的输出轴16是电力无级变速器的输出轴,该输出轴16是空心的,双转子电机的内转子轴6从输出轴16中穿过。双转子电机的外转子轴10同时也是两档变速机构的输入轴,该外转子轴10也是空心的,内转子轴6从外转子轴10中穿过。在内转子轴6的末端安装有滑环8。碳刷7和滑环8在旋转时相互摩擦传导电流。碳刷7和滑环8安装在内转子轴6的末端,使得碳刷7和滑环8的更换等维护十分方便。
双转子电机外转子轴10和两档变速机构9的输出轴16之间有两种传动途径:当制动器13不制动时,超越离合器的内环11和外环绑定,而超越离合器的内环11和与两档变速机构9输出轴16固连,超越离合器的外环与双转子电机外转子轴10固连,因此双转子电机外转子轴10和两档变速机构9输出轴16也就被直接绑定,外转子轴10直接传动到输出轴16,此时两档变速机构9输出轴16与双转子电机外转子轴10的转速比为1;当制动器13制动时,行星齿轮外齿圈14被制动器13固定,不能再转动,双转子电机外转子10通过与其固连的行星架18带动行星轮12和太阳轮15转动,而太阳轮15与两档变速机构9输出轴16固连,输出轴16又与超越离合器的内环11固连,此时输出轴16的转速与外转子轴10的转速比为
Figure Y20082012360000051
其中Z3为行星齿轮外齿圈14的齿数,Z1为行星齿轮的太阳轮15的齿数,因此两档变速机构9的输出轴16转速大于输入轴,超越离合器处于超越状态,即内环11与外环脱离。因此,控制制动器13就可以使得输出轴16与外转子轴10的转速比在1和
Figure Y20082012360000052
两个值之间切换,而制动器13的控制非常简单。

Claims (4)

1、一种集成基于行星齿轮两档变速机构的电力无级变速器,包括双转子电机,双转子电机内转子(4)是电力无级变速器的输入轴,与发动机(1)相连,其特征在于该电力无级变速器还包括两档变速机构(9),两档变速机构(9)由一组行星齿轮、两根轴、一组制动器和一组超越离合器构成;超越离合器位于行星齿轮组的前端靠近发动机(1)的一侧,超越离合器的内环(11)和与两档变速机构(9)的输出轴(16)固连,超越离合器的外环与双转子电机外转子轴(10)固连,两轴有公共的轴心线;行星齿轮组的行星架(18)与两档变速结构(9)的输入轴固连,太阳轮与两档变速结构(9)的输出轴(16)固连,外齿圈(14)的上方为制动器(13),制动器(13)的制动盘固定安装在外齿圈(14)的外端。
2、根据权利要求1所述的集成基于行星齿轮两档变速机构的电力无级变速器,其特征在于所述的两档变速机构(9)的输出轴(16)是电力无级变速器的输出轴,输出轴(16)是空心的,双转子电机的内转子轴(6)从输出轴(16)中穿过;双转子电机的外转子轴(10)同时是两档变速机构(9)的输入轴,内转子轴(6)从空心的外转子轴(10)中穿过;在内转子轴(6)的末端安装有滑环(8)。
3、根据权利要求1所述的集成基于行星齿轮两档变速机构的电力无级变速器,其特征在于所述的电力无级变速器的末端安装有碳刷(7)。
4、根据权利要求1所述的集成基于行星齿轮两档变速机构的电力无级变速器,其特征在于当所述的两档变速机构(9)的制动器(13)不制动时,超越离合器的内环(11)和外环绑定,双转子电机的外转子轴(10)和两档变速机构(9)输出轴(16)也就被绑定,双转子电机的外转子轴(10)直接传动到两档变速机构(9)的输出轴(16),此时两档变速机构(9)的输出轴(16)与双转子电机的外转子轴(10)的转速比为1;当制动器(13)制动时,行星齿轮外齿圈(14)被制动器(13)固定,不能再转动,双转子电机的外转子轴(10)通过与其固连的行星架(18)带动行星轮(12)和太阳轮(15)转动,此时输出轴(16)的转速与外转子轴(10)的转速比为
Figure Y2008201236000002C1
其中Z3为行星齿轮外齿圈(14)的齿数,Z1为行星齿轮的太阳轮(15)的齿数,此时两档变速机构(9)的输出轴(16)转速大于输入轴,超越离合器处于超越状态,即内环(11)与外环脱离。
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