一种机械电功率分流无级变速传动装置的制作方法

本发明涉及一种无级变速传动装置，尤其涉及一种机械电功率分流无级变速传动装置，使用电驱动传动与机械传动复合方式实现车辆无级变速。

背景技术：

目前高档拖拉机多采用液压机械无级变速传动技术，其传动效率较高，传动比可以无级调节，调节过程中不中断动力传递，可以控制发动机始终在最高效率工况下工作。

但液压机械无级变速传动技术有如下缺点：

1)液压无级变速器为液压元件，制造工艺复杂，成本高，目前国内无法生产大功率液压无级变速器；

2)液压无级变速器使用时需要液压油作为传动介质，且对液压油清洁度要求较高，需要定期更换和保养，使用成本高；

3)液压无级变速器传动效率衰减较快，使用寿命有限；

4)液压机械无级变速传动系统使用中有无用功率，无法将多余的功率以其它形式输出，例如液压能或电力能形式。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种机械电功率分流无级变速传动装置，使用电驱动传动与机械传动复合方式实现车辆无级变速，电驱动部分可将多余功率以电能形式向外输出，电能和机械能转换效率高，拓展了配套机具的使用情况，电能和机械能转换效率高，电机寿命长、衰减慢，且不需要液压介质。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种机械电功率分流无级变速传动装置，包括无级变速传动机构、电驱动部分和发动机，无级变速传动机构连接发动机和电驱动部分，发动机的动力一路通过无级变速传动机构采用双联行星轮系来进行机械传动，另一路是通过电驱动部分采用电机和电力控制器来进行电驱动传动，采用电驱动传动与机械传动的复合方式实现车辆无级变速。

进一步的，所述电驱动部分包括第一电机和第二电机，第一电机和第二电机通过电缆连接到电力控制器上，电力控制器右侧连接有电输出接头。

进一步的，所述无级变速传动机构包括第一太阳轮z1，第一太阳轮z1啮合连接有行星轮z2，行星轮z2刚性连接有行星轮z3，行星轮z2和行星轮z3构成双联行星轮，并安装在行星架上旋转；

所述行星轮z2与第一太阳轮z1啮合，行星轮z3啮合有第二太阳轮z4和齿圈z5；

所述无级变速传动机构还包括齿轮z9和齿轮z7，齿轮z7安装在第二电机的输入轴上，齿轮z9安装在第一电机的输入轴上，齿轮z9啮合有齿轮z8，齿轮z8刚性连接有发动机的输入轴，齿轮z7啮合有齿轮z6，齿轮z6刚性连接齿圈z5。

进一步的，所述第一太阳轮z1连接有发动机的输入轴中间部分，输入轴末端连接有动力输出模块，输入轴、第二太阳轮z4、行星架和齿圈z5同轴安装，绕相同的轴线旋转。

进一步的，所述无级变速传动机构还包括第一离合器a和第二离合器b，第一离合器a连接有第一传动轴，第一传动轴连接车轮，第一传动轴上的动力传递给车轮，第二离合器b连接有第二传动轴，第二传动轴连接车轮，第二传动轴上的动力传递给车轮，第一传动轴和第二传动轴同轴布置。

进一步的，所述无级变速传动机构还包括同步器s1，同步器s1刚性连接行星架，同步器s1左右两侧分别同轴安装有齿轮z10和齿轮z14，同步器s1可选择结合齿轮z10或齿轮z14；

所述无级变速传动机构还包括同步器s2，同步器s2固定安装在第二传动轴上，同步器s2左右两侧分别同轴安装有齿轮z20和齿轮z13，同步器s2可选择结合齿轮z20或齿轮z13；

所述无级变速传动机构还包括同步器s3，同步器s3刚性连接第二太阳轮z4，同步器s3左右两侧分别同轴安装有齿轮z21和齿轮z16，同步器s3可选择结合齿轮z21或齿轮z16。

进一步的，所述齿轮z10啮合有齿轮z11，齿轮z14啮合有齿轮z15，齿轮z11和齿轮z15固定安装在第一传动轴上；

所述齿轮z16啮合有齿轮z17，齿轮z17固定安装在第二传动轴上；

所述齿轮z13啮合有齿轮z12，齿轮z12刚性连接第二太阳轮z4。

进一步的，所述无级变速传动机构还包括惰轮轴，惰轮轴的两侧分别固定安装由齿轮z23和齿轮z22，齿轮z23啮合有齿轮z11，齿轮z22啮合有齿轮z21；

所述惰轮轴的中间空套有齿轮z19，齿轮z19啮合有齿轮z18和齿轮z20，齿轮z18刚性连接行星架。

进一步的，所述无级变速传动机构的传动系中有6个档位区段，分别是档位区段r1、档位区段r2、档位区段f1、档位区段f2、档位区段f3、档位区段f4，与第一离合器a有关的档位区段是：档位区段r2、档位区段f1和档位区段f3，与第二离合器b有关的档位区段是：档位区段r1、档位区段f2、档位区段f4；

所述档位区段r2的传动路线是：第二太阳轮z4→同步器s3→齿轮z21→齿轮z22→惰轮轴z14→齿轮z23→齿轮z11→第一传动轴→第一离合器a→车轮；

所述档位区段r1的传动路线是：行星架→齿轮z18→齿轮z19→齿轮z20→同步器s2→第二传动轴→第二离合器b→车轮；

所述档位区段f1的传动路线是：行星架→同步器s1→齿轮z10→齿轮z11→第一传动轴→第一离合器a→车轮；

所述档位区段f2的传动路线是：第二太阳轮z4→齿轮z12→齿轮z13→同步器s2→第二传动轴→第二离合器b→车轮；

所述档位区段f3的传动路线是：行星架→同步器s1→齿轮z14→齿轮z15→第一传动轴→第一离合器a→车轮；

所述档位区段f4的传动路线是：第二太阳轮z4→同步器s3→齿轮z16→齿轮z17→第二传动轴→第二离合器b→车轮。

进一步的，所述无级变速传动机构还包括离合器f和离合器r，离合器f连接有齿轮z25；

所述离合器r连接有齿轮z27，齿轮z27啮合有齿轮z26，齿轮z26啮合有齿轮z25；

所述齿轮z25啮合有齿轮z24，齿轮z24安装在输入轴上；

所述离合器f连接有齿轮z28和齿轮z29，齿轮z28与齿轮z29啮合，离合器r和齿轮z29均连接第一太阳轮z1。

进一步的，所述离合器f和离合器r用来改变拖拉机的前进方向，当f离合器工作时，动力通过输入轴→齿轮z24→齿轮z25→离合器f→齿轮z28→齿轮z29→第一太阳轮z1；当离合器r工作时，动力通过输入轴→齿轮z24→齿轮z25→齿轮z26→齿轮z27→离合器r→第一太阳轮z1。

进一步的，所述无级变速传动机构还包括离合器c1、离合器c2、离合器c3和离合器c4，离合器c1和离合器c2均连接有齿轮z38，齿轮z38啮合有齿轮z39，齿轮z38和齿轮z39连接有车轮；

所述离合器c3和离合器c4均连接有齿轮z37，齿轮z37啮合有齿轮z36，齿轮z36和齿轮z37连接有车轮。

进一步的，所述离合器c1连接有齿轮z30和齿轮z31，齿轮z31刚性连接行星架；

所述离合器c2连接有齿轮z34和齿轮z33，齿轮z34刚性连接第二太阳轮z4；

所述离合器c3连接有齿轮z32，齿轮z32与齿轮z31啮合；

所述离合器c4连接有齿轮z35，齿轮z35与齿轮z34啮合。

进一步的，所述无级变速传动机构的传动系中有4个档位区段，分别是：档位区段1、档位区段2、档位区段3和档位区段4，离合器c1、离合器c2、离合器c3和离合器c4分别对应档位区段1、档位区段2、档位区段3和档位区段4；

所述档位区段1动力传递路线：行星架→齿轮z31→齿轮z30→离合器c1→齿轮z38→齿轮z39→车轮；

所述档位区段2动力传递路线：第二太阳轮z4→齿轮z34→齿轮z33→离合器c2→齿轮z38→齿轮z39→车轮；

所述档位区段3动力传递路线：行星架→齿轮z31→齿轮z32→离合器c3→齿轮z37→齿轮z36→车轮；

所述档位区段4动力传递路线：第二太阳轮z4→齿轮z34→齿轮z35→离合器c4→齿轮z37→齿轮z36→车轮。

本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

1、使用电驱动传动与机械传动复合方式实现车辆无级变速，电驱动部分使用电机和电力控制器来传动，机械传动部分使用双联行星轮系来传动；

2、电驱动部分可将多余功率以电能形式向外输出，电能和机械能转换效率高，拓展了配套机具的使用情况；

3、电机寿命长、衰减慢、维护简单；

4、电驱动不需要液压介质，可靠性好，使用成本低；

5、使用两个离合器交替工作控制6个档位区段，实现全速度段范围无级变速。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为使用本发明机械电功率分流无级变速传动装置的拖拉机示意图；

图2为本发明实施例1机械电功率分流无级变速传动装置的示意图；

图3-图6为本发明实施例1机械电功率分流无级变速传动装置不同的功率流示意图；

图7为本发明实施例2机械电功率分流无级变速传动装置的示意图；

图8为本发明实施例3机械电功率分流无级变速传动装置的示意图。

具体实施方式

实施例1

如图2所示，一种机械电功率分流无级变速传动装置，包括无级变速传动机构13、电驱动部分和发动机7，发动机7的动力一路通过无级变速传动机构13采用双联行星轮系来进行机械传动，另一路是通过电驱动部分采用电机和电力控制器来进行电驱动传动，采用电驱动传动与机械传动的复合方式实现车辆无级变速。

所述电驱动部分包括第一电机3和第二电机4，第一电机3和第二电机4上下并排设置，第一电机3和第二电机4通过电缆连接到电力控制器5上，电力控制器5位于第一电机3和第二电机4的右侧，电力控制器5右侧连接有电输出接头6。

所述无级变速传动机构13包括第一太阳轮z1，第一太阳轮z1连接有发动机7的输入轴1中间部分，输入轴1末端连接有动力输出模块8，第一太阳轮z1啮合连接有行星轮z2，行星轮z2刚性连接有行星轮z3，行星轮z2和行星轮z3构成双联行星轮，并安装在行星架2上旋转。

所述行星轮z2与第一太阳轮z1啮合，行星轮z3啮合有第二太阳轮z4和齿圈z5，输入轴1、第二太阳轮z4、行星架2和齿圈z5同轴安装，绕相同的轴线旋转。

所述第二太阳轮z4右侧刚性连接有齿轮z12和同步器s3，同步器s3左右两侧分别同轴安装有齿轮z21和齿轮z16，同步器s3可选择结合齿轮z21或齿轮z16。

所述行星架2右侧刚性连接有同步器s1和齿轮z18，同步器s1左右两侧分别同轴安装有齿轮z10和齿轮z14，同步器s1可选择结合齿轮z10或齿轮z14。

所述齿圈z5右侧刚性连接有齿轮z6，齿轮z6啮合有齿轮z7，齿轮z7安装在第二电机4的输入轴上，输入轴1的左侧刚性连接有齿轮z8，齿轮z8啮合有齿轮z9，齿轮z9安装在第一电机3的输入轴上，齿轮z8和齿轮z9布置在机械传动部分的行星区段档位前部。

所述无级变速传动机构13还惰轮轴14，惰轮轴14两侧固定安装有齿轮z23和齿轮z22，惰轮轴14的中间空套有齿轮z19，其中齿轮z22啮合有齿轮z21，齿轮z19啮合有齿轮z18。

所述无级变速传动机构13还包括第一离合器a和第二离合器b，第一离合器a连接有第一传动轴15，第一传动轴15连接车轮9，第一传动轴15上的动力传递给车轮9，第二离合器b连接有第二传动轴16，第二传动轴16连接车轮9，传动轴16上的动力传递给车轮9。

所述第一传动轴15和第二传动轴16同轴布置，第一传动轴15上固定安装有齿轮z11和齿轮z15，齿轮z11啮合有齿轮z10和齿轮z23，齿轮z15啮合有齿轮z14；第二传动轴16上固定安装有同步器s2和齿轮z17，齿轮z17啮合有齿轮z16，同步器s2左右两侧分别同轴安装有齿轮z20和齿轮z13，齿轮z13啮合有齿轮z12，齿轮z20与齿轮z19齿轮外啮合，同步器s2可选择结合齿轮z20或齿轮z13。

所述无级变速传动机构13的传动系中有6个档位区段，分别是档位区段r1、档位区段r2、档位区段f1、档位区段f2、档位区段f3、档位区段f4，与第一离合器a有关的档位区段是：档位区段r2、档位区段f1和档位区段f3，与第二离合器b有关的档位区段是：档位区段r1、档位区段f2、档位区段f4。

各档位区段传动路线是：

档位区段r2的传动路线是：第二太阳轮z4→同步器s3→齿轮z21→齿轮z22→惰轮轴z14→齿轮z23→齿轮z11→第一传动轴15→第一离合器a→车轮9；

档位区段r1的传动路线是：行星架2→齿轮z18→齿轮z19→齿轮z20→同步器s2→第二传动轴16→第二离合器b→车轮9；

档位区段f1的传动路线是：行星架2→同步器s1→齿轮z10→齿轮z11→第一传动轴15→第一离合器a→车轮9；

档位区段f2的传动路线是：第二太阳轮z4→齿轮z12→齿轮z13→同步器s2→第二传动轴16→第二离合器b→车轮9；

档位区段f3的传动路线是：行星架2→同步器s1→齿轮z14→齿轮z15→第一传动轴15→第一离合器a→车轮9；

档位区段f4的传动路线是：第二太阳轮z4→同步器s3→齿轮z16→齿轮z17→第二传动轴16→第二离合器b→车轮9。

当电机被传动系驱动时，此时电机将机械能转换为电能向外输出，这属于已知技术，而在本发明中的使用情况是：当第一电机3被发动机7通过齿轮z8→齿轮z9驱动时，定义这种状态为电驱动部分的正功率传递，此时电机3输出电能给电力控制器5，电力控制器5将电能输出给第二电机4，控制第二电机4按照要求速度转动，进而通过齿轮z7→齿轮z6驱动齿圈z5转动。当第二电机4被齿轮z6→齿轮z7驱动时，定义这种状态为电驱动部分的负功率传递，此时电机4输出电能给电力控制器5，电力控制器5将电能输出给第一电机3，第一电机3将电能转换为机械能，通过齿轮z9→齿轮z8返回输入轴1。

由于第二电机4可以无级调节工作速度，则可以最终调节第二太阳轮z4和行星架2的输出速度无级变化，通过第一离合器a、第二离合器b的交替工作，选择不同区段的传动比，实现全速度范围车速无级变化。

当拖拉机10外部需要供电时，电力控制器5可以将一部分电能通过电输出接头6输出到拖拉机10外部，供拖拉机10携带的机具使用。

图3、图4、图5、图6是以f1区段工作为例说明无级变速过程中功率流动的示意图，其它区段工作时功率流动情况类似。

如图3所示，假设发动机7输出4份功率（由黑色实心箭头表示），电驱动部分正功率传递1份功率，则第一太阳轮z1→行星轮z2传递3份功率，所有的功率在行星轮z3上汇合后，传递到行星架2上，再通过同步器s1→齿轮z10→齿轮z11输出。

如图4所示，假设电驱动部分负功率传递1份功率，则有1份功率经由行星轮z3→齿圈z5→齿轮z6→齿轮z7→第二电机4→电力控制器5→第一电机3→齿轮z9→齿轮z8传递给第一太阳轮z1，与输入轴1传递的4份功率在第一太阳轮z1上汇合，成为5份动力，然后经由行星轮z2、行星轮z3传递后，行星架2上输出4份功率，再通过同步器s1→齿轮z10→齿轮z11输出。

如图5所示，拖拉机需要向外部输出电力时，假设需向外输出1份功率，第二电机4输入2份功率，则电力控制器5将1份功率通过电输出接头6输出到拖拉机10外部，1份功率输出给第一电机3，然后经过齿轮z9→齿轮z8→输入轴1→第一太阳轮z1汇合，然后在行星轮z3上分流后传递3份功率给行星架2，再通过同步器s1→齿轮z10→齿轮z11输出。

如图6所示，当第一电机3和第二电机4都向外输出电能时，假设第一电机3输出1份功率，第二电机4输出1份功率，则电力控制器5将2份功率通过电输出接头6输出到拖拉机10外部，则第一太阳轮z1传递3份功率给行星轮z2→行星轮z3，行星轮z3将1份功率传递给齿圈z5，另1份功率传递给行星架2，再通过同步器s1→齿轮z10→齿轮z11输出。

如图1所示，所述机械电功率分流无级变速传动装置可应用在拖拉机10上，无级变速传动机构13安装在拖拉机10的中部车轮9处，无级变速传动机构13的前段连接有发动机7，发动机7提供驱动力，电机控制器5可将无级变速传动机构13的多余功率通过电输出接头6输出到拖拉机10外部，若拖拉机10连接有拖车11，则电输出接头6可连接拖车11的驱动电机12，输出的电能可以驱动拖车11的驱动电机12工作，来降低拖拉机10的牵引负荷。

实施例2

与实施例1相同部分内容已在实施例1中进行详细的论述，此处不再赘述，相对实施例1，本实施例修改如下：

如图7所示，输入轴1的右侧刚性连接有齿轮z8，齿轮z8啮合有齿轮z9，齿轮z9安装在第一电机3的输入轴上，齿轮z8和齿轮z9布置在机械传动部分的行星区段档位后部，齿轮z8和齿轮z9位置的变化，使得第一电机3、第二电机4和位置发生变化，第一电机3和第二电机4左右并排设置，第一电机3和第二电机4通过电缆连接到电力控制器5上，电力控制器5位于第一电机3和第二电机4的上侧。

实施例3

与实施例1相同部分内容已在实施例1中进行详细的论述，此处不再赘述，相对实施例1，本实施例修改如下：

如图8所示，所述发动机7的输入轴1连接无级变速传动机构13，无级变速传动机构13包括齿轮z8和齿轮z24，齿轮z8和齿轮z24安装在输入轴1上，齿轮z8啮合有齿轮z9，齿轮z9安装在第一电机3的输入轴上，齿轮z24啮合有齿轮z25，齿轮z25连接有离合器f，离合器f连接有齿轮z28和齿轮z29，齿轮z28与齿轮z29啮合。

所述齿轮z25啮合有齿轮z26，齿轮z26啮合有齿轮z27，齿轮z27连接有离合器r。

所述齿轮z29和离合器r连接有第一太阳轮z1，第一太阳轮z1啮合连接有行星轮z2，行星轮z2刚性连接有行星轮z3，行星轮z2和行星轮z3构成双联行星轮，并安装在行星架2上旋转，行星轮z3啮合有第二太阳轮z4和齿圈z5，第二太阳轮z4、行星架2和齿圈z5同轴安装，绕相同的轴线旋转。

所述齿圈z5右侧刚性连接有齿轮z6，齿轮z6啮合有齿轮z7，齿轮z7安装在第二电机4的输入轴上。

所述行星架2刚性连接有齿轮z31，齿轮z31连接有离合器c1，离合器c1连接有齿轮z30。

所述第二太阳轮z4刚性连接有齿轮z34，齿轮z34连接有离合器c2，离合器c2连接有齿轮z33。

所述齿轮z31啮合有齿轮z32，齿轮z32连接有离合器c3。

所述齿轮z34啮合有齿轮z35，齿轮z35连接有离合器c4。

所述离合器c1和离合器c2均连接有齿轮z38，齿轮z38啮合有齿轮z39，齿轮z38和齿轮z39连接有车轮9。

所述离合器c3和离合器c4均连接有齿轮z37，齿轮z37啮合有齿轮z36，齿轮z36和齿轮z37连接有车轮9。

所述发动机7的动力一路通过输入轴1→齿轮z8→齿轮z9→第一电机3；另一路动力通过齿轮z24输入到变速箱传动系上。

所述离合器f和离合器r用来改变拖拉机的前进方向，当f离合器工作时，动力通过输入轴1→齿轮z24→齿轮z25→离合器f→齿轮z28→齿轮z29→第一太阳轮z1。当离合器r工作时，动力通过输入轴1→齿轮z24→齿轮z25→齿轮z26→齿轮z27→离合器r→第一太阳轮z1。

无级变速传动机构13的传动系中有4个档位区段，离合器c1、离合器c2、离合器c3、离合器c4分别对应变速箱的档位区段1、档位区段2、档位区段3、档位区段4四个档位区段：

档位区段1动力传递路线：行星架2→齿轮z31→齿轮z30→离合器c1→齿轮z38→齿轮z39→车轮9；

档位区段2动力传递路线：第二太阳轮z4→齿轮z34→齿轮z33→离合器c2→齿轮z38→齿轮z39→车轮9；

档位区段3动力传递路线：行星架2→齿轮z31→齿轮z32→离合器c3→齿轮z37→齿轮z36→车轮9；

档位区段4动力传递路线：第二太阳轮z4→齿轮z34→齿轮z35→离合器c4→齿轮z37→齿轮z36→车轮9。

本实施例中无级变速传动机构13增加了离合器数量，不同区段变化直接通过离合器f、离合器r、离合器c1、离合器c2、离合器c3、离合器c4的工作来实现，提高区段切换速度，车辆动作迅速。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好的说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。