专利名称：使用了多对发电机的电动变速传动装置的制作方法
使用了多对发电机的电动变速传动装置技术领域：
本发明涉及动力系的电动变速系统。背景技术：
本章节的陈述仅仅提供本发明揭示内容的背景信息，而不应认为构成本 发明的现有技术。动力系系统整合有多个扭矩产生装置，连接在车辆推进系统中的电动变 速装置上。扭矩产生装置典型性地包括内燃机和发电机，发电机通过使用电 能存储设备(如高压电池)进行电力供给。扭矩产生装置的扭矩输出在传动 装置内相结合，向车辆动力传动系统传送牵引扭矩，并在各种装置和动力传 动系统之间传送扭矩。一种典型的电动变速器(EVT)借助于差动齿轮装置将从输入轴到输出 轴的机械动力分为进入到机械动力通道和进入电力动力通道。机械动力通道 典型性地包括齿轮，也可以包括离合器。电力动力通道使用电能动力机，每 个电能动力机可作为如扭矩生成发动机或电能生成发生器运行。其中至少一 个发电机速度的改变，改变了传送速度比，亦即，输入轴速度到输出轴速度 的比率。EVT可组成推进系统，该推进系统用于使用电能存储装置的混合动 力车辆。 一个典型性的混合燃料推进系统使用电能存储装置和内燃机作为功 率源。电池与电力驱动单元通过电子控制系统相连，该电子控制系统管理和 分配所需能源。控制系统也与发动机和车辆相连，用以测定运行特征或运行 要求。允许电源单元既可以作为发动机(产生推进扭矩)运行，也可以作为 发电机(产生电能)运行。当作为发电机运行时，电源单元可从车辆或者发 动机接收能源并存储在电池内，或提供能源来运行车辆上或变速器上的其他 电力设备或电源单元。设置整合有一个以上运行模式的电动变速器的优点在于，每个运行模式 通常组成至少一机械点，在每个机械点上电源单元的一个单元是固定的，从 而降低电能输入，并提供一个纯机械能流通道用以提高系统效率。在多个模 式下运行需要两个或者多个离合器，用以在输入、输出以及一单对发电机之 间改变机械配置。既然电动变速器的目标是总效率，在最少化附加元件一这 些附加元件经常产生额外的机械损失，亦即旋转损失--例如离合器、泵等的 同时，提供多个机械点是有利的，而在每个机械点上电源单元的一个单元是 固定的。因此，现在描述改进的电动变速器。
发明内容根据本发明的 一 个方面，本发明提供 一种具有电动可变输出的传动装 置，其使用了三个电力驱动的电动发电机或电动机。电动变速传动装置包括 与多个行星齿轮组相连接的第一、第二、第三发电机。每个行星齿轮组连接到一个主轴上，用于在其间传送扭矩以及将扭矩传送到输出(Output)。输入 (Input)机械式地连接到行星齿轮组的一个齿轮上。每次同时使用两个电动 机，该动力分配传动装置可以传送从输入轴速度到输出轴速度的连续可变比 率的4几械动力，形成一输入分配或一输出分配或一混合分配。--个选4奪性启 动的制动装置倍增了第二发电机的扭矩输出。第二发电机独立于输入传送扭 矩到输出。在阅读和理解下述具体实施例的详细描述后，对于本领域的一般技术人 员而言，本发明的这些和其他方面是显而易见的。
本发明在某些部件以及部件排列上可以采取实物形态，以下结合附图对 这些部件以及部件排列的实施例进行详细描述和说明，其中图1和图2是本发明的典型性动力系系统的示意图。
具体实施方式参考附图，其中图示仅用于图解本发明，而不是作为对本发明的限制。 图、1和图2包含了对本发明提出的电动传动装置5的实施例所作的示意性描述。传动装置5的每个实施例都包括一输入轴12， 一主轴50和一输出轴 60。传动器还进一步包括第一、第二、第三发电机，分别为MA25、 MB35以 及MC45，并且彼此与所述轴共轴。发电机25、 35和45优选地包括所知的 三相交流电(AC)发电机，作为电动机和发电设备运行。根据控制系统(未 图示)的控制信号和执行策略，第一、第二、第三发电机25、 35、 45可操 控地将电能转换为传送到传动装置5的扭矩，也可操控地将从传动装置5的 扭矩转换为电能。每个发电机优选地包括一连接到传动盒的定子和一转子。使用行星齿轮 组完成差动齿轮装置，也就是第一、第二速度比率。在一个实施例中，第一、 第二行星齿轮组2(), 30与主轴50同轴，并分别与主轴50相连。在第二实 施例中，第三行星齿轮组40与主轴50同轴并与其相连，如图2所示。第二 行星齿轮组30选择性地连接在制动装置55上。输入轴12优选地机械式地 并可旋转地连接在扭矩产生装置10 (如内燃机)的输出轴上。输出轴60可 旋转地连接到 一输出上，如包括有常规差动齿轮装置的 一些类型的车辆动力 传动系统。电动传动装置5的上述元件用以在各种发电机25、 35、 45，输 入轴12以及输出轴60之间传送扭矩。控制系统优选地包括多个电子控制模 块，通过使用预设校正和感应信息或者来自发动机和传传动器运行的运算算 法的执行，用于控制运行发动机10和包括发电机的传动装置5。传动装置5 的配置仅需要单个离合器，或可包括一已知水压离合器的制动装置55。作 为选择地，可使用 一电动离合装置来降低与水压离合装置相连的传动元件的 数量、质量和复杂性。请再次参考图1，现在详细描述第一实施例。第一、第二行星齿轮组20、 30分别包括一个包围着一个恒星齿轮的环形齿轮和安装在其间的多个行星 齿轮。行星齿轮可旋转地安装在导轮上。行星齿轮既与恒星齿轮啮合，也与 环形齿轮啮合，用以传送扭矩。第一行星齿轮组20包括包围着恒星齿轮22的环形齿轮26和旋转式地安装在行星齿轮架28上的多个行星齿轮24。行 星齿轮架28与主轴50同轴，并可旋转地安装在主轴50上。恒星齿轮22可 旋转地连接到第 一 发电机M A 2 5的转子上，使得第 一 发电机的旋转带动恒星 齿轮22的旋转。环形齿轮26可旋转地连接到第三发电机MC45的转子上， 第三发电机MC45可旋转地连接到输入轴12上，用以传输扭矩。第二行星 齿轮组30包括包围着恒星齿轮32的环形齿轮36和旋转式地安装在行星齿 轮架28上的多个行星齿轮34。行星齿轮即与恒星齿轮啮合，也与环形齿轮 啮合，用以传送扭矩。恒星齿轮32可旋转地连接到第二发电机MB35的转 子上，使得第二发电机的旋转带动恒星齿轮32的旋转。行星齿轮的行星齿 轮架38可旋转地安装在轴60上。环形齿轮36可选择地与制动器55啮合。 通过该配置，如图1和图2描述，第二发电机MB独立地从输入轴12向输 出轴60传送扭矩，第三发电机MC独立于输出轴60 4妄收从输入轴12发送 的扭矩。通过第一发电机MA的运行，调节并确定输入轴12与输出轴60 之间的速度比，用以优化传动器和发动机的运行并满足操作者的扭矩需求。图1所体现的三机械EVT在第一、第二发电机MA、 MB之间形成了一 输入动力分配装置。制动装置55引起行星齿轮组30增加了运行时从MB35 的扭矩输出。在第一、第三发电机MA， MC之间，通过将第三发动机MC 连接到输入轴12上，形成一输出动力分配装置。该装置仅仅需要两个简单 的行星齿轮组完成动力分配，同时提供到第二发电机MB的扭矩倍增。显然， 如果第二发电机MB直接连接到输出轴60上，输入动力分配和输出动力分 配可通过第一行星齿轮组20单独完成。第一行星齿轮组连接到发动机、第 一发电机、和输出轴上，同时第二行星齿轮组连接到第三发电机、制动器和 输出轴60上。制动器55的启动允许第二发电机形成一输入分配，并同时利 用第二齿轮组的扭矩倍增在更低的输出速度下运行。在更高的输出速度下， 机械扭矩可逐渐减小而制动器可被释放，允许了第二发电机转速下降或保持 一恒定速度，从而轮流地允许大幅度齿轮减速。发电才几MB和MC形成一系 列驱动器以作用于换向齿轮。请继续参考图2，现在详细描述第二实施例，在两个实施例之间，使用了相同的标号数字来识别共同元件。第一、第二和第三行星齿轮组20、 30 和40分别包括包围一恒星齿轮的环形齿轮和旋转式地安装在齿轮架上的多 个行星齿轮。行星齿轮即与恒星齿轮啮合，也与环形齿轮啮合，用以传送扭 矩。第一行星齿轮组20包括包围恒星齿轮22的环形齿轮26和可旋转地安 装在行星齿轮架28上的行星齿轮。行星齿轮架28可旋转地连接到主轴50 上。恒星齿轮22可旋转地连接到第一发电机MA25的转子上，从而第一发 电机的旋转带动恒星齿轮22的旋转。环形齿轮26可旋转的连接到第三发电 机MC45的转子上，第三发电机MC45可旋转地连接到第三行星齿轮组40 的恒星齿轮42上，用以在其间传送扭矩。第二行星齿轮组30包括包围恒星齿轮32的环形齿轮36和可旋转地安 装在行星齿轮架28上的多个行星齿轮34。行星齿轮即与恒星齿轮啮合，也 与环形齿轮啮合。恒星齿轮32连接到第二发电机MB35的转子上，从而第 二发电机的旋转带动恒星齿轮32的旋转。行星齿轮架38可旋转地连接到轴 60上。通过制动装置55的运行，环形齿轮36选择性地可啮合。优选地，输入轴12可旋转地连接到扭矩产生装置10 (如内燃机)的输 出轴上。输出轴60可旋转地连接到一输出上，如车辆的动力传动系统。第 三行星齿碑仑组40与主轴50同轴，并通过行星齿轮架48连接到主轴50上。 第三行星齿轮組40包括包围恒星齿轮42的环形齿轮46和可旋转地安装在 齿轮架48上的多个行星齿轮44。行星齿轮架48可旋转地连接到主轴50上。 环形齿轮46可旋转地连接到输入轴12上，用以在其传送扭矩。再次地，上 述机电传动装置5的元件用于在各种发电机25、 35、 45、输入扭矩12和输 出扭矩60之间传送扭矩。图2所体现的三机械EVT在第二 、第三发电机MB 、 MC之间形成了 一 输入动力分配装置，其中制动装置55的选择性驱动引起了第二行星齿轮组 30增加从第二发电机MB35的扭矩输出。在第一、第三发电机MA, MC之 间形成了一混合分配装置，其中，制动装置55的选择性的释放允许MB自由旋转。第二发电机MB仅仅附到第三恒星齿轮上，并且第三发电机MC仅 仅附到第二恒星齿轮上。主轴50连续地连接到输出轴60上。当制动器55 工作时，在第一、第二发电机MA， MB之间可形成一输入分配装置。传动装置5接收来自扭矩发生装置(包括内燃机10和发电机25、 35、 45)的输入扭矩，作为从燃料或存储在一电能存储设备(ESD)卯的电势的 能量转换的结果。电能存储设备(ESD) 90典型地包括一个或者多个高压电 池。根据ESD是否被充电或放电，电流流向或者流出ESD90。本发明提供高效的输入分配，用于在更低的速度下驱动输出轴，并在给 定输入轴速度的情况下，提供对更高速度更高效的输出分配或混合分配。输 入分配促成一动力回路，适合于所有输出速度高于MA停止时(如MA的机 械点)的速度，或所有的传送比低于MA停止时(如MA的机械点)的比率。 在动力回路中，机械动力通道必须传送从输入到输出的发送动力以及另外的 机械动力，因为通过电力通道的能流改变了方向，从输出流向了输入。输出 分配促成所有的输出速度低于该速度，所有的传送比高于该比率的动力回 路。混合分配可促成速度和比率分别高于和低于它的两个机械点的范围的动 力回路。因此，通过选择性地利用发电机的合适搭配组合，带有输入分配和 输出分配/或混合分配的典型的机电传送器可选择地使用输入分配，用于在 低速度和高传动比的情况下驱动车辆，以及使用输出分配/或混合分配，用 于在高速度和低传送比的情况下驱动车辆。混合分配和输出分配的结合也 可考虑，但他们实现的功能将重叠。既然能流不同于描述的当使用总能源确 切存储的电池时的能流，只要输出速度和所需扭矩合适，第二发电机MB可 用于提高车辆输出扭矩或提供再生制动。本发明实施例的运行包括使用第一、第二发电机，用于在速度比的某一 范围内通过机电传送器传送动力；使用第一、第三发电机，用以在速度比的 第二范围内传送动力。该运行方法的优点在于，电力传送的动力的一部分， 在速度比总范围的平均上，低于使用两个发电机的系统的所需。既然电力传 送动力的效率低于机械传送，本发明改进了传动的效率。另一个优点是对于单个发电机而言，可需要更小的动力容量，从而可使用更小的发电机尺寸和 更低的成本。当可选择的制动器工作时，通过行星齿轮组和由制动器工作所 提供的反扭矩，第二发电机将动力传送到传动输出上，并且扭矩倍增。第 一、第三发电机即可连接到带有三个同轴旋转元件(如图1所示)的单个行 星齿轮组，也可连接到具有多于三个所述元件(如图2所示)的混合行星齿 轮组上。第一、第三行星齿轮组通过传动器分割能流到从输入12到输出60的两 个动力通道上。 一动力流通道经过发电4几，并包括-一才几电或"电力"动力通第三行星齿轮组结合输入、输出或者输入和输出，机械式地分配动力，分别 形成输入分配、输出分割、或者混合分割装置。在一输入分割装置中，第二 发电机提供或汲取机械动力，该机械动力在一速度上被传送或被吸收，该速 度直接输出速度按一定比例对应，并且没有受到输入速度的影响。在一输出 分配装置中，第三发电机在一速度下汲取或者提供机械动力，该速度直接与 输入速度按一定比例对应，并且没有受到输入速度的影响。在一混合分配装 置中，第一、第三发电机各自具有输入速度和输出速度结合的各自线性组合 的速度。通过对实施例及其修改的特定参考具体的描述了本发明，在阅读和理解 了上述说明书后，本领域的一般技术人员可提出进一步的修改和变更。应当 指出的是，所有这类依椐本发明所作的修改和变更都应包含在本发明保护范 围之内。
权利要求
1.一种电动变速传动装置，包括第一、第二和第三发电机，连接于多个行星齿轮组的元件，每个行星齿轮组的一个元件连接于一主轴，用以在其间传送扭矩并传到一输出上；一输入，机械式地连接于行星齿轮组之一；第一发电机用于调节输入和输出之间的速度比；第二发电机用于将扭矩无关于输入地传送到输出上；以及第三发电机连接到与第一、第二发电机和输出相分离的行星齿轮组之一的一个元件上。
2. 如权利要求1所述的电动变速传动装置，其进一步包括一可动制动装置， 通过应用于输出的第二行星齿轮组，选择性地用于倍增第二发电机的扭矩输出。
3. 如权利要求1所述的电动变速传动装置，其包括第一发电机和第二发电机， 第一发电机与第一行星齿轮组的一个恒星齿轮同轴并机械式地与其连接， 第二发电机与第二行星齿轮组的 一 个恒星齿轮同轴并机械式地与其连接。
4. 如权利要求3所述的电动变速传动装置，其进一步包括一制动装置，可选 择性地啮合于第二行星齿轮组的一个环形齿轮，并且第二行星齿轮组的行 星齿轮架机械式地连接到主轴上。
5. 如权利要求3所迷的电动变速传动装置，其包括第三发电机，第三发电机 与第二行星齿轮组的一个环形齿轮同轴并机械式地与其连接，第二行星齿 轮组的行星齿轮架机械式地连接到主轴上。
6. 如权利要求5所述的电动变速传动装置，其包括第三发电机，机械式地连 接到输入上。
7. 如权利要求5所述的电动变速传动装置，其包括第三发电机，机械式地连 接到第三行星齿轮组的恒星齿轮上。
8. 如权利要求7所述的电动变速传动装置，其中，第一、第二行星齿轮组包 括 一单个混合行星齿轮组。
9. 如权利要求7所述的电动变速传动装置，其中，第一、第三行星齿轮组各自包括一普通行星齿轮组。
10. 如权利要求2所述的电动变速传动装置，其中，通过应用于输出的第二 行星齿轮组，选择性地用于倍增第二发电机的扭矩输出的可动制动装置包 括制动器选择性地可动接地第二行星齿轮组的一环形齿轮。
11. 如权利要求10所述的电动变速传动装置，其中，制动装置包括一电致动 离合器。
12. 如权利要求1所述的电动变速传动装置，其中，输入包括一输入轴，适 用于传送来自内燃机的扭矩，而输出包括一输出轴，适用于将扭矩传送到 动力传动系统。
13. 如权利要求1所述的电动变速传动装置，其中，发电机包括电机/发电器装置。
14.《如权利要求13所述的电动变速传动装置，其中，发电机选择性地用于产 生电能和产生牵引扭矩。
15. 如权利要求1所述的电动变速传动装置，其包括，第一、第二发电机， 用于在输入分配装置中第 一速度比范围内将扭矩传送到输出；以及第一、 第三发电机，用于在输出分配装置和混合分配装置之一中第二速度比范围 内将扭矩传送到输出。
16. —种电动变速传动装置，包括第一、第二和第三发电机，同轴连接到多个行星齿轮组上，每个行星齿 轮组附于一主轴，用于在其间传送扭矩以及将扭矩传送到输出；一输入，机械式地连接于第三发电才几，并适用于从内燃机将输入扭矩向 该处传送；输出适用于将扭矩传送到动力传送系统；第一、第二发电机形成一输入动力分配，其中，第二发电机可将扭矩传 送到独立于输入扭矩的输出上。
17. 如权利要求16所述的电动变速传动装置，其进一步包括第一、第二发电机，该第一、第二发电机通过一制动装置的选择性驱动而形成输入动力 分配，该制动装置可将与第二发电机相连的行星齿轮组的一个元件接地。
18. 如权利要求17所述的电动变速传动装置，其中，传送到第三发电机的输 入扭矩独立于传送到动力传动系统的输出扭矩。
19. 一种动力系系统，包括内燃机，连接于一电动变速传动装置，电动变速传动装置连接于动力传 动装置，并在其间传送扭矩；电动变速传动装置，其包括与多个行星齿轮组同轴并与其相连的第一、 第二、第三发电机，每个行星齿轮组连接到一主轴上，可在其间传送 扭矩，并可将扭矩传送到与动力传动系统机械式相连的一输出上；来自内燃机的输入，内燃才几机械式地与第三发电才几相连，并可将扭矩传 送至行星齿轮组之一；选择性可动制动装置，可倍增来自第二发动机的扭矩输出；以及第二发电机，可将扭矩无关于输入地传送到输出上。
全文摘要
本发明提供了一种具有电动可变输出的电动变速传动装置，该电动变速传动装置使用三个电动发电机或者设备。该电动变速传动装置包括与多个行星齿轮组同轴并与其相连的第一、第二、第三发电机。每个行星齿轮组连接到一主轴上，用于在其间传送扭矩以及将扭矩传送到输出。一输入机械式地连接到行星齿轮组之一上。通过同时使用两个电机，该传动装置可以传送输入轴速度到输出轴速度的持续可变比的机械动能，形成一输入分配、或一输出分配，或一混合分配。一个可选择地驱动的制动装置用于倍增第二发电机的扭矩输出。
文档编号F16H3/72GK101235882SQ20081000507
公开日2008年8月6日 申请日期2008年1月31日 优先权日2007年1月31日
发明者A·G·霍尔姆斯 申请人:通用汽车环球科技运作公司