使用了多對發電機的電動變速傳動裝置的製作方法

2023-08-12 22:35:06 2

專利名稱：使用了多對發電機的電動變速傳動裝置的製作方法
使用了多對發電機的電動變速傳動裝置技術領域：
本發明涉及動力系的電動變速系統。背景技術：
本章節的陳述僅僅提供本發明揭示內容的背景信息，而不應認為構成本 發明的現有技術。動力系系統整合有多個扭矩產生裝置，連接在車輛推進系統中的電動變 速裝置上。扭矩產生裝置典型性地包括內燃機和發電機，發電機通過使用電 能存儲設備(如高壓電池)進行電力供給。扭矩產生裝置的扭矩輸出在傳動 裝置內相結合，向車輛動力傳動系統傳送牽引扭矩，並在各種裝置和動力傳 動系統之間傳送扭矩。一種典型的電動變速器(EVT)藉助於差動齒輪裝置將從輸入軸到輸出 軸的機械動力分為進入到機械動力通道和進入電力動力通道。機械動力通道 典型性地包括齒輪，也可以包括離合器。電力動力通道使用電能動力機，每 個電能動力機可作為如扭矩生成發動機或電能生成發生器運行。其中至少一 個發電機速度的改變，改變了傳送速度比，亦即，輸入軸速度到輸出軸速度 的比率。EVT可組成推進系統，該推進系統用於使用電能存儲裝置的混合動 力車輛。 一個典型性的混合燃料推進系統使用電能存儲裝置和內燃機作為功 率源。電池與電力驅動單元通過電子控制系統相連，該電子控制系統管理和 分配所需能源。控制系統也與發動機和車輛相連，用以測定運行特徵或運行 要求。允許電源單元既可以作為發動機(產生推進扭矩)運行，也可以作為 發電機(產生電能)運行。當作為發電機運行時，電源單元可從車輛或者發 動機接收能源並存儲在電池內，或提供能源來運行車輛上或變速器上的其他 電力設備或電源單元。設置整合有一個以上運行模式的電動變速器的優點在於，每個運行模式 通常組成至少一機械點，在每個機械點上電源單元的一個單元是固定的，從 而降低電能輸入，並提供一個純機械能流通道用以提高系統效率。在多個模 式下運行需要兩個或者多個離合器，用以在輸入、輸出以及一單對發電機之 間改變機械配置。既然電動變速器的目標是總效率，在最少化附加元件一這 些附加元件經常產生額外的機械損失，亦即旋轉損失--例如離合器、泵等的 同時，提供多個機械點是有利的，而在每個機械點上電源單元的一個單元是 固定的。因此，現在描述改進的電動變速器。
發明內容根據本發明的 一 個方面，本發明提供 一種具有電動可變輸出的傳動裝 置，其使用了三個電力驅動的電動發電機或電動機。電動變速傳動裝置包括 與多個行星齒輪組相連接的第一、第二、第三發電機。每個行星齒輪組連接到一個主軸上，用於在其間傳送扭矩以及將扭矩傳送到輸出(Output)。輸入 (Input)機械式地連接到行星齒輪組的一個齒輪上。每次同時使用兩個電動 機，該動力分配傳動裝置可以傳送從輸入軸速度到輸出軸速度的連續可變比 率的4幾械動力，形成一輸入分配或一輸出分配或一混合分配。--個選4奪性啟 動的制動裝置倍增了第二發電機的扭矩輸出。第二發電機獨立於輸入傳送扭 矩到輸出。在閱讀和理解下述具體實施例的詳細描述後，對於本領域的一般技術人 員而言，本發明的這些和其他方面是顯而易見的。
本發明在某些部件以及部件排列上可以採取實物形態，以下結合附圖對 這些部件以及部件排列的實施例進行詳細描述和說明，其中圖1和圖2是本發明的典型性動力系系統的示意圖。
具體實施方式參考附圖，其中圖示僅用於圖解本發明，而不是作為對本發明的限制。 圖、1和圖2包含了對本發明提出的電動傳動裝置5的實施例所作的示意性描述。傳動裝置5的每個實施例都包括一輸入軸12， 一主軸50和一輸出軸 60。傳動器還進一步包括第一、第二、第三發電機，分別為MA25、 MB35以 及MC45，並且彼此與所述軸共軸。發電機25、 35和45優選地包括所知的 三相交流電(AC)發電機，作為電動機和發電設備運行。根據控制系統(未 圖示)的控制信號和執行策略，第一、第二、第三發電機25、 35、 45可操 控地將電能轉換為傳送到傳動裝置5的扭矩，也可操控地將從傳動裝置5的 扭矩轉換為電能。每個發電機優選地包括一連接到傳動盒的定子和一轉子。使用行星齒輪 組完成差動齒輪裝置，也就是第一、第二速度比率。在一個實施例中，第一、 第二行星齒輪組2, 30與主軸50同軸，並分別與主軸50相連。在第二實 施例中，第三行星齒輪組40與主軸50同軸並與其相連，如圖2所示。第二 行星齒輪組30選擇性地連接在制動裝置55上。輸入軸12優選地機械式地 並可旋轉地連接在扭矩產生裝置10 (如內燃機)的輸出軸上。輸出軸60可 旋轉地連接到 一輸出上，如包括有常規差動齒輪裝置的 一些類型的車輛動力 傳動系統。電動傳動裝置5的上述元件用以在各種發電機25、 35、 45，輸 入軸12以及輸出軸60之間傳送扭矩。控制系統優選地包括多個電子控制模 塊，通過使用預設校正和感應信息或者來自發動機和傳傳動器運行的運算算 法的執行，用於控制運行發動機10和包括發電機的傳動裝置5。傳動裝置5 的配置僅需要單個離合器，或可包括一已知水壓離合器的制動裝置55。作 為選擇地，可使用 一電動離合裝置來降低與水壓離合裝置相連的傳動元件的 數量、質量和複雜性。請再次參考圖1，現在詳細描述第一實施例。第一、第二行星齒輪組20、 30分別包括一個包圍著一個恆星齒輪的環形齒輪和安裝在其間的多個行星 齒輪。行星齒輪可旋轉地安裝在導輪上。行星齒輪既與恆星齒輪嚙合，也與 環形齒輪嚙合，用以傳送扭矩。第一行星齒輪組20包括包圍著恆星齒輪22的環形齒輪26和旋轉式地安裝在行星齒輪架28上的多個行星齒輪24。行 星齒輪架28與主軸50同軸，並可旋轉地安裝在主軸50上。恆星齒輪22可 旋轉地連接到第 一 發電機M A 2 5的轉子上，使得第 一 發電機的旋轉帶動恆星 齒輪22的旋轉。環形齒輪26可旋轉地連接到第三發電機MC45的轉子上， 第三發電機MC45可旋轉地連接到輸入軸12上，用以傳輸扭矩。第二行星 齒輪組30包括包圍著恆星齒輪32的環形齒輪36和旋轉式地安裝在行星齒 輪架28上的多個行星齒輪34。行星齒輪即與恆星齒輪嚙合，也與環形齒輪 嚙合，用以傳送扭矩。恆星齒輪32可旋轉地連接到第二發電機MB35的轉 子上，使得第二發電機的旋轉帶動恆星齒輪32的旋轉。行星齒輪的行星齒 輪架38可旋轉地安裝在軸60上。環形齒輪36可選擇地與制動器55嚙合。 通過該配置，如圖1和圖2描述，第二發電機MB獨立地從輸入軸12向輸 出軸60傳送扭矩，第三發電機MC獨立於輸出軸60 4妄收從輸入軸12發送 的扭矩。通過第一發電機MA的運行，調節並確定輸入軸12與輸出軸60 之間的速度比，用以優化傳動器和發動機的運行並滿足操作者的扭矩需求。圖1所體現的三機械EVT在第一、第二發電機MA、 MB之間形成了一 輸入動力分配裝置。制動裝置55引起行星齒輪組30增加了運行時從MB35 的扭矩輸出。在第一、第三發電機MA， MC之間，通過將第三發動機MC 連接到輸入軸12上，形成一輸出動力分配裝置。該裝置僅僅需要兩個簡單 的行星齒輪組完成動力分配，同時提供到第二發電機MB的扭矩倍增。顯然， 如果第二發電機MB直接連接到輸出軸60上，輸入動力分配和輸出動力分 配可通過第一行星齒輪組20單獨完成。第一行星齒輪組連接到發動機、第 一發電機、和輸出軸上，同時第二行星齒輪組連接到第三發電機、制動器和 輸出軸60上。制動器55的啟動允許第二發電機形成一輸入分配，並同時利 用第二齒輪組的扭矩倍增在更低的輸出速度下運行。在更高的輸出速度下， 機械扭矩可逐漸減小而制動器可被釋放，允許了第二發電機轉速下降或保持 一恆定速度，從而輪流地允許大幅度齒輪減速。發電才幾MB和MC形成一系 列驅動器以作用於換向齒輪。請繼續參考圖2，現在詳細描述第二實施例，在兩個實施例之間，使用了相同的標號數字來識別共同元件。第一、第二和第三行星齒輪組20、 30 和40分別包括包圍一恆星齒輪的環形齒輪和旋轉式地安裝在齒輪架上的多 個行星齒輪。行星齒輪即與恆星齒輪嚙合，也與環形齒輪嚙合，用以傳送扭 矩。第一行星齒輪組20包括包圍恆星齒輪22的環形齒輪26和可旋轉地安 裝在行星齒輪架28上的行星齒輪。行星齒輪架28可旋轉地連接到主軸50 上。恆星齒輪22可旋轉地連接到第一發電機MA25的轉子上，從而第一發 電機的旋轉帶動恆星齒輪22的旋轉。環形齒輪26可旋轉的連接到第三發電 機MC45的轉子上，第三發電機MC45可旋轉地連接到第三行星齒輪組40 的恆星齒輪42上，用以在其間傳送扭矩。第二行星齒輪組30包括包圍恆星齒輪32的環形齒輪36和可旋轉地安 裝在行星齒輪架28上的多個行星齒輪34。行星齒輪即與恆星齒輪嚙合，也 與環形齒輪嚙合。恆星齒輪32連接到第二發電機MB35的轉子上，從而第 二發電機的旋轉帶動恆星齒輪32的旋轉。行星齒輪架38可旋轉地連接到軸 60上。通過制動裝置55的運行，環形齒輪36選擇性地可嚙合。優選地，輸入軸12可旋轉地連接到扭矩產生裝置10 (如內燃機)的輸 出軸上。輸出軸60可旋轉地連接到一輸出上，如車輛的動力傳動系統。第 三行星齒碑侖組40與主軸50同軸，並通過行星齒輪架48連接到主軸50上。 第三行星齒輪組40包括包圍恆星齒輪42的環形齒輪46和可旋轉地安裝在 齒輪架48上的多個行星齒輪44。行星齒輪架48可旋轉地連接到主軸50上。 環形齒輪46可旋轉地連接到輸入軸12上，用以在其傳送扭矩。再次地，上 述機電傳動裝置5的元件用於在各種發電機25、 35、 45、輸入扭矩12和輸 出扭矩60之間傳送扭矩。圖2所體現的三機械EVT在第二 、第三發電機MB 、 MC之間形成了 一 輸入動力分配裝置，其中制動裝置55的選擇性驅動引起了第二行星齒輪組 30增加從第二發電機MB35的扭矩輸出。在第一、第三發電機MA, MC之 間形成了一混合分配裝置，其中，制動裝置55的選擇性的釋放允許MB自由旋轉。第二發電機MB僅僅附到第三恆星齒輪上，並且第三發電機MC僅 僅附到第二恆星齒輪上。主軸50連續地連接到輸出軸60上。當制動器55 工作時，在第一、第二發電機MA， MB之間可形成一輸入分配裝置。傳動裝置5接收來自扭矩發生裝置(包括內燃機10和發電機25、 35、 45)的輸入扭矩，作為從燃料或存儲在一電能存儲設備(ESD)卯的電勢的 能量轉換的結果。電能存儲設備(ESD) 90典型地包括一個或者多個高壓電 池。根據ESD是否被充電或放電，電流流向或者流出ESD90。本發明提供高效的輸入分配，用於在更低的速度下驅動輸出軸，並在給 定輸入軸速度的情況下，提供對更高速度更高效的輸出分配或混合分配。輸 入分配促成一動力迴路，適合於所有輸出速度高於MA停止時(如MA的機 械點)的速度，或所有的傳送比低於MA停止時(如MA的機械點)的比率。 在動力迴路中，機械動力通道必須傳送從輸入到輸出的發送動力以及另外的 機械動力，因為通過電力通道的能流改變了方向，從輸出流向了輸入。輸出 分配促成所有的輸出速度低於該速度，所有的傳送比高於該比率的動力回 路。混合分配可促成速度和比率分別高於和低於它的兩個機械點的範圍的動 力迴路。因此，通過選擇性地利用發電機的合適搭配組合，帶有輸入分配和 輸出分配/或混合分配的典型的機電傳送器可選擇地使用輸入分配，用於在 低速度和高傳動比的情況下驅動車輛，以及使用輸出分配/或混合分配，用 於在高速度和低傳送比的情況下驅動車輛。混合分配和輸出分配的結合也 可考慮，但他們實現的功能將重疊。既然能流不同於描述的當使用總能源確 切存儲的電池時的能流，只要輸出速度和所需扭矩合適，第二發電機MB可 用於提高車輛輸出扭矩或提供再生制動。本發明實施例的運行包括使用第一、第二發電機，用於在速度比的某一 範圍內通過機電傳送器傳送動力；使用第一、第三發電機，用以在速度比的 第二範圍內傳送動力。該運行方法的優點在於，電力傳送的動力的一部分， 在速度比總範圍的平均上，低於使用兩個發電機的系統的所需。既然電力傳 送動力的效率低於機械傳送，本發明改進了傳動的效率。另一個優點是對於單個發電機而言，可需要更小的動力容量，從而可使用更小的發電機尺寸和 更低的成本。當可選擇的制動器工作時，通過行星齒輪組和由制動器工作所 提供的反扭矩，第二發電機將動力傳送到傳動輸出上，並且扭矩倍增。第 一、第三發電機即可連接到帶有三個同軸旋轉元件(如圖1所示)的單個行 星齒輪組，也可連接到具有多於三個所述元件(如圖2所示)的混合行星齒 輪組上。第一、第三行星齒輪組通過傳動器分割能流到從輸入12到輸出60的兩 個動力通道上。 一動力流通道經過發電4幾，並包括-一才幾電或"電力"動力通第三行星齒輪組結合輸入、輸出或者輸入和輸出，機械式地分配動力，分別 形成輸入分配、輸出分割、或者混合分割裝置。在一輸入分割裝置中，第二 發電機提供或汲取機械動力，該機械動力在一速度上被傳送或被吸收，該速 度直接輸出速度按一定比例對應，並且沒有受到輸入速度的影響。在一輸出 分配裝置中，第三發電機在一速度下汲取或者提供機械動力，該速度直接與 輸入速度按一定比例對應，並且沒有受到輸入速度的影響。在一混合分配裝 置中，第一、第三發電機各自具有輸入速度和輸出速度結合的各自線性組合 的速度。通過對實施例及其修改的特定參考具體的描述了本發明，在閱讀和理解 了上述說明書後，本領域的一般技術人員可提出進一步的修改和變更。應當 指出的是，所有這類依椐本發明所作的修改和變更都應包含在本發明保護範 圍之內。
權利要求
1.一種電動變速傳動裝置，包括第一、第二和第三發電機，連接於多個行星齒輪組的元件，每個行星齒輪組的一個元件連接於一主軸，用以在其間傳送扭矩並傳到一輸出上；一輸入，機械式地連接於行星齒輪組之一；第一發電機用於調節輸入和輸出之間的速度比；第二發電機用於將扭矩無關於輸入地傳送到輸出上；以及第三發電機連接到與第一、第二發電機和輸出相分離的行星齒輪組之一的一個元件上。
2. 如權利要求1所述的電動變速傳動裝置，其進一步包括一可動制動裝置， 通過應用於輸出的第二行星齒輪組，選擇性地用於倍增第二發電機的扭矩輸出。
3. 如權利要求1所述的電動變速傳動裝置，其包括第一發電機和第二發電機， 第一發電機與第一行星齒輪組的一個恆星齒輪同軸並機械式地與其連接， 第二發電機與第二行星齒輪組的 一 個恆星齒輪同軸並機械式地與其連接。
4. 如權利要求3所述的電動變速傳動裝置，其進一步包括一制動裝置，可選 擇性地嚙合於第二行星齒輪組的一個環形齒輪，並且第二行星齒輪組的行 星齒輪架機械式地連接到主軸上。
5. 如權利要求3所迷的電動變速傳動裝置，其包括第三發電機，第三發電機 與第二行星齒輪組的一個環形齒輪同軸並機械式地與其連接，第二行星齒 輪組的行星齒輪架機械式地連接到主軸上。
6. 如權利要求5所述的電動變速傳動裝置，其包括第三發電機，機械式地連 接到輸入上。
7. 如權利要求5所述的電動變速傳動裝置，其包括第三發電機，機械式地連 接到第三行星齒輪組的恆星齒輪上。
8. 如權利要求7所述的電動變速傳動裝置，其中，第一、第二行星齒輪組包 括 一單個混合行星齒輪組。
9. 如權利要求7所述的電動變速傳動裝置，其中，第一、第三行星齒輪組各自包括一普通行星齒輪組。
10. 如權利要求2所述的電動變速傳動裝置，其中，通過應用於輸出的第二 行星齒輪組，選擇性地用於倍增第二發電機的扭矩輸出的可動制動裝置包 括制動器選擇性地可動接地第二行星齒輪組的一環形齒輪。
11. 如權利要求10所述的電動變速傳動裝置，其中，制動裝置包括一電致動 離合器。
12. 如權利要求1所述的電動變速傳動裝置，其中，輸入包括一輸入軸，適 用於傳送來自內燃機的扭矩，而輸出包括一輸出軸，適用於將扭矩傳送到 動力傳動系統。
13. 如權利要求1所述的電動變速傳動裝置，其中，發電機包括電機/發電器裝置。
14.《如權利要求13所述的電動變速傳動裝置，其中，發電機選擇性地用於產 生電能和產生牽引扭矩。
15. 如權利要求1所述的電動變速傳動裝置，其包括，第一、第二發電機， 用於在輸入分配裝置中第 一速度比範圍內將扭矩傳送到輸出；以及第一、 第三發電機，用於在輸出分配裝置和混合分配裝置之一中第二速度比範圍 內將扭矩傳送到輸出。
16. —種電動變速傳動裝置，包括第一、第二和第三發電機，同軸連接到多個行星齒輪組上，每個行星齒 輪組附於一主軸，用於在其間傳送扭矩以及將扭矩傳送到輸出；一輸入，機械式地連接於第三發電才幾，並適用於從內燃機將輸入扭矩向 該處傳送；輸出適用於將扭矩傳送到動力傳送系統；第一、第二發電機形成一輸入動力分配，其中，第二發電機可將扭矩傳 送到獨立於輸入扭矩的輸出上。
17. 如權利要求16所述的電動變速傳動裝置，其進一步包括第一、第二發電機，該第一、第二發電機通過一制動裝置的選擇性驅動而形成輸入動力 分配，該制動裝置可將與第二發電機相連的行星齒輪組的一個元件接地。
18. 如權利要求17所述的電動變速傳動裝置，其中，傳送到第三發電機的輸 入扭矩獨立於傳送到動力傳動系統的輸出扭矩。
19. 一種動力系系統，包括內燃機，連接於一電動變速傳動裝置，電動變速傳動裝置連接於動力傳 動裝置，並在其間傳送扭矩；電動變速傳動裝置，其包括與多個行星齒輪組同軸並與其相連的第一、 第二、第三發電機，每個行星齒輪組連接到一主軸上，可在其間傳送 扭矩，並可將扭矩傳送到與動力傳動系統機械式相連的一輸出上；來自內燃機的輸入，內燃才幾機械式地與第三發電才幾相連，並可將扭矩傳 送至行星齒輪組之一；選擇性可動制動裝置，可倍增來自第二發動機的扭矩輸出；以及第二發電機，可將扭矩無關於輸入地傳送到輸出上。
全文摘要
本發明提供了一種具有電動可變輸出的電動變速傳動裝置，該電動變速傳動裝置使用三個電動發電機或者設備。該電動變速傳動裝置包括與多個行星齒輪組同軸並與其相連的第一、第二、第三發電機。每個行星齒輪組連接到一主軸上，用於在其間傳送扭矩以及將扭矩傳送到輸出。一輸入機械式地連接到行星齒輪組之一上。通過同時使用兩個電機，該傳動裝置可以傳送輸入軸速度到輸出軸速度的持續可變比的機械動能，形成一輸入分配、或一輸出分配，或一混合分配。一個可選擇地驅動的制動裝置用於倍增第二發電機的扭矩輸出。
文檔編號F16H3/72GK101235882SQ20081000507
公開日2008年8月6日 申請日期2008年1月31日 優先權日2007年1月31日
發明者A·G·霍爾姆斯 申請人:通用汽車環球科技運作公司