专利名称：电子多功能无级变速装置的制作方法
技术领域：
本发明属于变速器技术领域，具体涉及一种多功能无级变速器。
背景技术：
目前，市场上有一些中低档轿车仍使用手动档变速器，一些较豪华汽车采用了自动变速器；而在一些少数发达国家中已出现使用无级变速器，尽管这些变速器在汽车上已应用，仍存在一些不足之处手动档变速器需要司机在启动、运行过程中频繁地切断、结合离合器，即要求司机有熟练的驾驶技术，而且劳动强度大；自动档变速器虽然比手动档先进，劳动强度低，但在自动变换档位过程中，仍是同手动档效果一样，不连续、跳跃式，而且在实现自动变速过程中，由于采用液力偶合变扭器，增加了能量的损失，需要有单独的散热器，因此传递效率不高，另外对液压系统要求精度高，工艺复杂，而且必须有离合器和制动器，因此制约了自动变速器国产化的步伐；国外虽有少数国家有无级变速器在汽车上应用，但仍需要液力偶合变扭器、液压控制系统，在变速过程中，依靠液力控制主、从动轮的半径大小，依靠高强度钢质，耐磨、耐用，精密程度高做成的金属链条传递动力方式，实现无级变速的，因而成本高，普遍使用受到限制。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种结构简单、成本低、变速平稳、接合柔和，集发电机、启动机、飞轮、离合器、变速器于一体的，即可以实现电瓶单独驱动，又可以发动机单独驱动，或电瓶和发动机共同驱动的电子多功能无级变速装置。
本发明的技术方案是采用永磁直流同步电机与行星齿轮配合工作，以发动机传动为主，以直流电机传动为辅助，即可以用发动机驱动，又可以用直流电瓶驱动，还可以机电合动。在运行过程中同步电机可以当成直流发电机，又可以在启动过程中，起电动机作用；从发动机曲轴输出的动力轴与电机和行星排相互配合的形式有一种是从曲轴输出的动力轴从中空的转子轴通过与转子轴分别与行星排的两齿轮相结合，动力从该行星排另一齿轮上输出；另一种情况是发动机曲轴输出轴与电机的转子(或定子)共用一轴，与电机的另一轴定子(或转子)作用在行星排的两齿轮上，动力从该行星排的另一齿轮上输出，本发明以第一种情况为例说明本发明是由电机和行星变速器组成，电机转子输出轴开有外花键，该外花键与I排太阳轮A前端的内花键相配合，在I排太阳轮A上套有单向超越离合器F0和F1；单向超越离合器F0的外齿与元件B(前架后轮)前端的内花键相配合，单向超越离合器F1的外齿与元件B的前端的侧面的行星轮配合，该行星轮与I排的外齿圈C的内齿相配合，外齿圈C通过外花键与壳体固定；在元件B的后端侧面开有斜齿，该处也是II排行星排的太阳轮，且斜齿与安装在II排行星架上的行星轮配合，II排行星架上的行星轮，还与II排外齿圈的内齿相配合，II排外齿圈的外侧通过轴承与壳体固定；在II排外齿圈的后部外侧开有外花键，该外花键与动力接合套F前端的内花键相配合，动力接合套的前端外侧有一个凸沿，在凸沿上套有轴承，该轴承的外圈镶嵌在固定套H前端的内侧，动力接合套F可以在固定套H内转动，动力接合套F的后部开有内外齿，内齿与III排行星架Q内轴的外齿相滑接，外齿与III排太阳轮前端的内齿滑接；III排太阳轮M前端有内、外齿，外齿与固定套H后端开有的内齿相滑接，III排太阳轮M的后端外侧开有斜齿，该斜齿与III排行星架Q上的行星轮相配合，该行星轮还与III排外齿圈L前端的内齿相配合，III排外齿圈L的前端通过轴承与壳体固定，在III排外齿圈L的后端里侧开有内花键，该内花键为主减速器动力接合处；III排行星架Q通过轴承与壳体固定，其外圈前端开有内花键，与固定套H后端开有的外花键相滑接，固定套H的外圈开有外花键与壳体的内花键相滑接，固定套H外圈的前端有4组相同的斜面，该斜面与通过轴承固定在其前侧壳体上的驱动圈的后端的斜面相配合；在固定套H的后部安装有15-20个弹簧座圈，弹簧座圈顶在固定在壳体内壁的卡环；II排行星架D内轴的前端外侧开有外花键，该外花键与连接发动机动力输出端、且与穿过中空转子轴Y的动力输入轴N后端的内花键相配合，该动力输入轴N通过轴承固定在转子内；卡环Z镶在壳体上对I排外齿圈C，驱动套G起到限位作用；与转子一体的绝缘滑动接触盘O0在转子端头上边有接触滑环；根据电机容量可在电机一端加一风扇；本发明的电路由电机工作电路、电瓶充放电保护电路、控制电机、电瓶工作的操纵控制电路和以市电为电源充电电路四部分电路组成；本电路的所有三极管的发射极和所有电解电容的负极都与电瓶负极相连结，在以后叙述中将不重复说明；第一部分，三相绕组L1、L2、L3一端相互连在一起组成公共端；L1的另一端与D3正极D4负极和碳刷A＇相连；L2的另一端与D1正极D2负极和碳刷B＇相连；L3的另一端与D6正极D5负极和碳刷C′相连；D3负极D1负极D6负极和IC4整流输出1脚、JKx的K＇点D19正极相连，D19负极和继电器JKC中的T′点相连。D4正极，D2正极，D5正极接电瓶负极；
碳刷E＇、碳刷D＇0分别与继电器JKQ中的F＇点，M′点相连，继电器JKQ中的L＇点Y′点共同和电瓶负极相连，限位保护器S＇0一端与JKQ中的N＇、Z′相连，另一端与JKD继电器中的X′点C1正极、电感L4一端相连、L4的另一端与JKx的W′点相连。继电器JKD中的H＇点JKC中的G＇点通过点火开关K0保险丝S0与电源正极相连；第二部分，IC1中的1脚通过R7与Q8基相连，Q8集电极通过JKC线圈与电源正极相连，Q8集电极与D24正极相连，D24负极接电源正极；IC1的2脚与R21、C7正极、D13正极R18、R22一端相连，R21另一端通D16负极与刹车制动信号相连，D13负极接电瓶负极，R18另一端接电源正极，R22另一端接D20正极，D20负极与节气门信号IDL相连；IC1的3脚、6脚与R10一端相连，R10另一端与C6正极、R19、R17一端相连，R19另一端接电瓶负极，R17另一端接电源正极；IC1的4脚接电瓶负极。IC1的5脚与C5正极、D12正极、R16一端相连，R16另一端接电源正极，D12负极接电瓶负极。IC1中的7脚通过R6与Q7基极相连，Q7集电极、Q6集电极共同接Q4基极上；IC1中的8脚、C3正极、IC2的3脚与IC3的14脚相连。IC27808为供给IC1、IC3工作的稳压电路，1脚与C4正极D11负极相连，D11正极与电源正极相连。IC2中的2脚与电瓶负极相连；第三部分IC3LS7408的1脚、Q1集电极、R11一端相连，R11另一端接电源正极；Q1基极与C2正极、D7负极相连，D7正极与R12一端相连，R12另一端接车速传感器送来的信号；IC32脚与操纵手柄上的K3一端相连，K3另一端与R13相连，R13另一端接电源正极；IC33脚通R1接Q2基极，Q2集电极与D21正极、B0、B1一端相连；D21负极、B0、B1另一端接电源正极；IC34脚通过R8与从D15正极进入负极输出的节气门IDL信号相连；IC35脚与K1的D′点、R＇点相连，K1的P′点与D17正极相连。I＇1点通过R14接在电源正极上；IC36脚、R2一端、D9正极相连。R2另一端接Q3基极，Q3集电极通过D22正极、JKx继电器线圈与电源正极相连，D9负极与IC3中的10脚相连；IC37脚接电瓶负极；IC38脚通过R3与Q4基极、Q6、Q7集电极相连；Q4集电极与D10正极、JKD继电器线圈一端相连，JKD线圈另一端接电源正极；IC39脚接K2中的I′点，II＇、III′点与IC3中的12脚相连，T1点通过R15接电源正极；IC311脚通过R4与Q5基极相连，Q5集电极与D10负极、D23正极、JKQ、线圈一端相连，JKQ线圈另一端、D23负极接电源正极；IC313脚通过R9与D8负极相连，D8正极与点火信号相连；Q6基极通过R5与D17、D18负极相连，D18正极与刹车制动信号相连，D17正极接K1中的P＇点；第四部分L5原线圈通过JKW的W0和保险丝S1与市电相接。线圈次级与IC4的3、4脚相连2脚接电瓶负极；1脚与电源正极相连；JKC中的S′点与R20、R21一端相连，R21另一端与D14正极相连，D14负极与电瓶负极相连，R20另一端与Q9基极相连，Q9集电极通过JKW线圈与电源正极相连；Q9集电极接D25正极，D25负极接电源正极上；电路元件说明图中O0为固定在电机转子一端随转子同步转动的绝缘滑盘。其上有三圈圆形铜质滑动接触道，外圈由两不相接的半环滑道组成，间隙大于碳刷宽度。两内环滑道分别与外圈两半圈滑道相连接，A＇、B＇、C′三碳刷互成120°与外圈滑道相接滑。E＇、D＇0两碳刷分别与两内圈滑道接滑，D1～D6为三绕组抽头整流二极管，这样组成的滑环电路电磁力矩大、恒定，不打火、由于一圈内只有两个间隙，所以对碳刷摩损小。
IC1为LM358，为两组运算放大电路，可与同类型、功能，其它具有两组运算放大器相互换。
IC2为三端稳压电路，无特殊要求，可与同类型相互代替。
IC3为LS7408为两输入端一输出四组与门电路。
IC4为整流电路，其容量视汽车电瓶容量而定；L5为变压器，视电瓶容量而定；所有三极管为开关型低频大功率管，要求通过电流大于5A的所有三极管均可。
D1～D6、D19为大功率整流二极管，其容量视电瓶及车型而定，JKQ为双连动继电器，所有继电器触点耐流视车型而定，图中所标明的继电器触点均为不工作状态。
使用本发明具有以下积极效果①不改变原车其它机件位置，不影响原车各个系统工作及性能；②对驾驶操作无特殊要求；③因取代了发电机、电动机、及飞轮、离合器、制动器和液力偶合变扭器，相对地增加了发动机仓的空间；④实现了发动机单独驱动、电瓶单独驱动或二者合动，能量传递效率高，节能环保，结构简单，成本低，体积小。
图1为本发明的结构D档示意图；图2为本发明的P档示意图；图3为本发明的R档示意图；图4为本发明电原理图；图5为本发明的I排太阳轮A的结构示意图；图6为本发明的单向超越离合器F0结构示意图；
图7为本发明的单向超越离合器F1结构示意图；图8为本发明I排行星架II排太阳轮元件B的结构示意图；图9为本发明I排外齿圈C的结构示意图；图10为本发明II排行星架的结构示意图；图11为本发明II排外齿圈E外边制动带B0的结构示意图；图12为本发明II排外齿圈E的结构示意图；图13为本发明II排、III行星排动力结合套F的结构示意图；图14为本发明驱动套G的结构示意图；图15为本发明固定套H的结构示意图；图16为本发明弹簧座套P的结构示意图；图17为本发明III排太阳轮M的结构示意图；图18为本发明III行星排行星架Q的结构示意图；图19为本发明III行星排外齿圈L的结构示意图；图20为本发明固定在电机转子一端随转子同步转动绝缘滑盘O0；图21为本发明的外形结构示意图；图22为本发明变速行星齿轮位置原理示意图。
具体实施例方式实施例本发明的技术方案是采用直流同步电机与行星齿轮配合工作，以发动机传动为主，以直流电机传动为辅助，即可以用发动机驱动，又可以用直流电瓶驱动，还可以机电合动。在运行过程中同步电机可以当成直流发电机，又可以在启动过程中，起电动机作用；本发明是由电机3和行星变速器4组成，电机3转子1输出轴Y开有外花键，该外花键与I排太阳轮A前端的内花键相配合，在I排太阳轮A上套有单向超越离合器F0和F1；单向超越离合器F0的外齿与元件B(前架后轮)前端的内花键相配合，单向超越离合器F1的外齿与元件B的前端的侧面的行星轮配合，该行星轮与I排的外齿圈C的内齿相配合，外齿圈C通过外花键与壳体固定；图中2为电机绕组，5为接线板；在元件B的后端侧面开有斜齿，该处也是II排行星排的太阳轮，且斜齿与安装在II排行星架上的行星轮配合，II排行星架上的行星轮，还与II排外齿圈的内齿相配合，II排外齿圈的外侧通过轴承与壳体固定；在II排外齿圈的后部外侧开有外花键，该外花键与动力接合套F前端的内花键相配合，动力接合套的前端外侧有一个凸沿，在凸沿上套有轴承，该轴承的外圈镶嵌在固定套H前端的内侧，动力接合套F可以在固定套H内转动，动力接合套F的后部开有内外齿，内齿与III排行星架Q内轴的外齿相滑接，外齿与III排太阳轮前端的内齿滑接；III排太阳轮M前端有内、外齿，外齿与固定套H后端开有的内齿相滑接，III排太阳轮M的后端外侧开有斜齿，该斜齿与III排行星架Q上的行星轮相配合，该行星轮还与III排外齿圈L前端的内齿相配合，III排外齿圈L的前端通过轴承与壳体固定，在III排外齿圈L的后端里侧开有内花键，该内花键为主减速器动力接合处；III排行星架Q通过轴承与壳体固定，其外圈前端开有内花键，与固定套H后端开有的外花键相滑接，固定套H的外圈开有外花键与壳体的内花键相滑接，固定套H外圈的前端有4组相同的斜面，该斜面与通过轴承固定在其前侧壳体上的驱动圈的后端的斜面相配合；在固定套H的后部安装有15个弹簧座圈，弹簧座圈顶在固定在壳体内壁的卡环；II排行星架D内轴的前端外侧开有外花键，该外花键与连接发动机动力输出端、且与穿过中空转子轴Y的动力输入轴N后端的内花键相配合，该动力输入轴N通过轴承固定在转子内；卡环Z镶在壳体上对I排外齿圈C，驱动套G起到限位作用；与转子一体的绝缘滑动接触盘O0在转子端头上边有接触滑环；如果发动机曲轴输出轴与电机的转子(或定子)共用一轴，与电机的另一轴定子(或转子)作用在行星排的两齿轮上，动力从该行星排的另一齿轮上输出，电机可采用异步电机或其它电机。
本发明的电路由电机工作电路、电瓶充放电保护电路、控制电机、电瓶工作的操纵控制电路和以市电为电源充电电路四部分电路组成；本电路的所有三极管的发射极和所有电解电容的负极都与电瓶负极相连结，在以后叙述中将不重复说明；第一部分，三相绕组L1、L2、L3一端相互连在一起组成公共端；L1的另一端与D3正极D4负极和碳刷A＇相连；L2的另一端与D1正极D2负极和碳刷B′相连；L3的另一端与D6正极D5负极和碳刷C′相连；D3负极D1负极D6负极和IC4整流输出1脚、JKx的K＇点D19正极相连，D19负极和继电器JKC中的T＇点相连。D4正极，D2正极，D5正极接电瓶负极；碳刷E＇、碳刷D＇0分别与继电器JKQ中的F′点，M′点相连，继电器JKQ中的L＇点Y′点共同和电瓶负极相连，限流保护器S＇0一端与JKQ中的N＇、Z′相连，另一端与JKD继电器中的X′点C1正极、电感L4一端相连、L4的另一端与JKx的W′点相连。继电器JKD中的H′点JKC中的G′点通过点火开关K0保险丝S0与电源正极相连；第二部分，IC1中的1脚通过R7与Q8基相连，Q8集电极通过JKC线圈与电源正极相连，Q8集电极与D24正极相连，D24负极接电源正极；IC1的2脚与R21、C7正极、D13正极R18、R22一端相连，R21另一端通D16负极与刹车制动信号相连，D13负极接电瓶负极，R18另一端接电源正极，R22另一端接D20正极，D20负极与节气门信号IDL相连；IC1的3脚、6脚与R10一端相连，R10另一端与C6正极、R19、R17一端相连，R19另一端接电瓶负极，R17另一端接电源正极；IC1的4脚接电瓶负极。IC1的5脚与C5正极、D12正极、R16一端相连，R16另一端接电源正极，D12负极接电瓶负极。IC1中的7脚通过R6与Q7基极相连，Q7集电极、Q6集电极共同接Q4基极上；IC1中的8脚、C3正极、IC2的3脚与IC3的14脚相连。IC27808为供给IC1、IC3工作的稳压电路，1脚与C4正极D11负极相连，D11正极与电源正极相连。IC2中的2脚与电瓶负极相连；第三部分IC3LS7408的1脚、Q1集电极、R11一端相连，R11另一端接电源正极；Q1基极与C2正极、D7负极相连，D7正极与R12一端相连，R12另一端接车速传感器送来的信号；IC32脚与操纵手柄上的K3一端相连，K3另一端与R13相连，R13另一端接电源正极；IC33脚通R1接Q2基极，Q2集电极与D21正极、B0、B1一端相连；D21负极、B0、B1另一端接电源正极；IC34脚通过R8与从D15正极进入负极输出的节气门IDL信号相连；IC35脚与K1的D＇点、R＇点相连，K1的P＇点与D17正极相连。I＇1点通过R14接在电源正极上；IC36脚、R2一端、D9正极相连。R2另一端接Q3基极，Q3集电极通过D22正极、JKx继电器线圈与电源正极相连，D9负极与IC3中的10脚相连；IC37脚接电瓶负极；IC38脚通过R3与Q4基极、Q6、Q7集电极相连；Q4集电极与D10正极、JKD继电器线圈一端相连，JKD线圈另一端接电源正极；IC39脚接K2中的I＇点，II＇、III＇点与IC3中的12脚相连，T1点通过R15接电源正极；IC311脚通过R4与Q5基极相连，Q5集电极与D10负极、D23正极、JKQ、线圈一端相连，JKQ线圈另一端、D23负极接电源正极；IC313脚通过R9与D8负极相连，D8正极与点火信号相连；Q6基极通过R5与D17、D18负极相连，D18正极与刹车制动信号相连，D17正极接K1中的P＇点；第四部分L5原线圈通过JKW的W0和保险丝S1与市电相接。线圈次级与IC4的3、4脚相连2脚接电瓶负极；1脚与电源正极相连；JKC中的S′点与R20、R21一端相连，R21另一端与D14正极相连，D14负极与电瓶负极相连，R20另一端与Q9基极相连，Q9集电极通过JKw线圈与电源正极相连；Q9集电极接D25正极，D25负极接电源正极上；电路图中K1的位置设置在操纵手柄轴承处，与操纵杆一起联动；
电路图中K2的位置可设置在动力模式开关转换处；电路图中K3的位置可设置在操纵手柄上。
本实用新型电路工作的说明IC1为电瓶充放电保护电路，由IC11、2、3脚组成的外围电路对Q8的导通截止控制JKc的导通与关闭，使JKc中的G＇点与T＇点的分离与结合，实现对电瓶与充电电路的切断与接通。
正常情况下由R17、R19分压后加到3、6脚电压小于经R18、D13稳压后加到2脚电压而使输出1脚为低电位而使Q8截止，JKc不动作，T＇、G′点导通，使由三相绕组经D1～D6整流后对电瓶充电。①当充电电压升高使脚3电压大于2脚电压，脚1输出高电压而使Q8导通，JKc导通，使T′点G′点分离，防止电瓶过充电。②当车为怠速时，IDL开关闭合而使IDL为0电位，而使2脚电压降低使T＇、G′点分离，从而使发动机在怠速时因充电电路断开而无充电负载，而不影响发动机怠速。③当车在行驶过程中，有刹车信号经D16给2脚。从而使2脚电压升高使JKc截止。T＇、G′结合充电电路对电瓶充电，产生电磁力矩，阻止车辆前行，实现将车辆动能转变成电能，实现动力储蓄。
同理经R16、D12、C5稳压，正常情况下6脚电压高于5脚电压而使7脚为0输出，而使Q7截止，当电压降低到一定程度时，IC1的5脚电压高于6脚电压，7脚输出高电压，使Q7导通；Q7导通后又使Q4截止，使JKD截止，H′点与X′点分离，切断了电瓶给电机供电线路，起到了电压过低保护作用。
IC2是三端稳压电路，第一脚输入，第二脚接地，第三脚输出端给IC1、IC3工作提供稳定工作电压。
IC3为控制电路(见图1)B0位于壳体边缘，B0的动作将外齿圈E(第II行星排)固定，切断动力向下传递，当行驶车辆停下来时，需要变换车运行方向，或由运行状态转换到P档时，没有车速信号通过D7作用到Q1基极时Q1截止脚1为高平(D7整流、C2滤波)K3是手操杆上的开关按钮，按下K3电源通过R13作用到2脚为高电平，则3脚为高电平，Q2导通，B0、B1工作，B0、B1为通电动作电磁阀，B0动作使换档顺畅，而B1电磁阀位于操纵杆转轴处，它的作用将已确定好的操纵杆位置锁止，防止车在运行时操纵杆摆动而损坏部件。车速信号是汽车只有在运行时才有，动作操纵杆才能控制其移动，就是说当车运行时即使推拉操纵杆，在B1作用下也不能移动其位置，目的是防止驾驶人员在车运行时误动作损坏车辆。
K1为操纵杆转换开关，当车需前行D′、I＇1结合，驻车时P＇、I＇1、结合，倒车R＇、I＇1结合。当车需要前行或倒车时将I＇1和D＇或R＇接通，5脚为高电平，踩下脚踏油门，节气门开关断开，IDL信号为高电平通过D15、R8加到4脚，则输出6脚为高电平，使Q3导通JKx闭合，W＇、K′结合，而使星形绕通过D1～D6整流滤波后的电流加入到输入极碳刷D＇0、E＇上，也就是说使定子线圈形成闭合回路，在发动机驱动时一方面转子旋转切割磁力线有电流产生，有发电电磁阻力，另一方面在产生电流同时，通过限流保护器S＇0、JKQ加到碳刷D＇0给三相绕组供电，产生反向电磁阻力力矩，两个力矩方向相同，都使转子产生逆时针力矩，这样就阻碍了转子顺时针转动，这个转矩通过轴Y加到太阳轮A上，使B产生逆时针力矩，作用结果使外齿圈E产生与这个力矩相反的顺时针力矩，这是由行星排性质决定的；而发动机顺时针转动通过N轴作用到II排行星架D上也使外齿圈E产生顺时针力矩；驱车运行。(见图1)在IC3的4、5脚输入6脚输出这个与门电路中，只有挂入D档或R档时踩下油门踏板，车才能运行，否则即使在P档驻车时，踩油门车也不运行这个作用不影响冬季启动踩油门给车升温。K2作用是选择汽车是电驱动还是发动机驱动，或是机电合动的选择开关。前边以叙述过发动机驱动时电路控动作这里就不重复叙述了。当将K2打到II′档，即机电合动时将6脚高电平通过D9加到10脚，电源高电平通过R15加到9脚，则输出脚8为高电平，而使Q4导通，JKD导通使H＇、X＇闭合将电瓶直流作用到电机上实现机电合驱状态。将K2打到III′档，发动机驱动JKD中H＇、X＇断开，切断了电瓶对电机供电路经实现发动机驱动。当将K2打到I＇档时，9脚、10脚为高电平，则8脚为高电平，JKD闭合，电机为电动机状态为电驱动。
点火启动，在P档状态下，将K2打到III＇档下，12脚为高电平，启动点火开关，点火信号通过D8、R9加到13脚，使11脚高电平通过R4加到Q5基极，Q5导通，而使JKQ、JKD导通，此时即使有刹车信号或P档状态下使Q6导通、Q4截止也不影响点火启动，JKQ导通使F＇、N′接通M＇、Y＇接通，JKD将H＇、X＇接通，给电机供电，JKQ的动作使电机转子顺时针转动，通过I、II两行星排，带动曲轴顺时针转动，而使发动机着火。
当车在P档状态下或在刹车时，信号通过D17、D18、R5加到Q6基极而使Q6导通，将Q4截止，JKQ不工作H＇、X′断开，这样动作是为了在刹车时将切供给电机电源，保护电机和电瓶。充电，在汽车需要市电给电瓶充电时，通过L5、IC4整流JKc给电瓶充电，此时K0闭合，当电瓶充电达到标准值时JKc动作G＇、S＇点接通D14指示灯点亮，Q9导通，JKw动作将E0、W0断开，实现充电保护，图中IDL为节气门开关信号。
以上为电路工作原理说明。
下面具体说明本发明行星齿轮的工作过程从整机剖示意图和图22看到，动力由曲轴输出，从中空的转子Y轴通过，以花键方式与II排的行星架D连接。永磁直流同步电机转子(也可以是其他形式电机)同样以花键方式与第I行星排的太阳轮A连接，在太阳轮上有方向相反两套单向超越离合器F0、F1，F1组是启动时作用，另一组F0在运行时作用。外齿圈C与外壳固定；推拉操纵手柄来控制滑转元件G的左右转动，滑转元件G与H斜面配合，斜面作用控制使G推动H左右移动从而推动以花键方式能在壳体前后滑动元件H前后移动，来控制对第III行星排对行星架Q或太阳轮M的固定。动力结合套F在第II行星排外齿圈输出端以花键方式在固定套H驱动下前后滑动，而且能在固定套H前端内侧自由转动，实现动力对第III行星排的太阳轮和行星架的动力传递，根据具体车型，可在曲轴输入到行星架Q之前加一级减速行星排，与同步电机相配合，电机容量与发动机容量相配合。
一 点火启动；在P档下，打开点火启动开关，K2打到III＇档，在电路控制下(电路原理示意图)JKQ、JKD的闭合给电机通入直流电，JKD让电机顺时针转动，通过单向离合器F1作用(此时F0不作用)，将由转子Y经A到F1传来的动力传给行星架B，再经第II行星排传给行星架D(由于是P档，外齿圈E被锁止)，D传给N轴，N传给发动机曲轴，使发动机发动着火。从图中可以看出转子经过I、II两组行星排，减速增扭后带动发动机，完全能达到启动要求。
二、前行D档工作情况，将手操纵杆推入D档汽车运行分发动机驱动、电瓶驱动、机电合动三种情况。发动机驱动见电路图，将发动机启动后，将K2打到III′档K1打到D档，踩下油门踏板，使JKx动作，W＇、K＇结合，一方面转子在发动机作用下电机变成发电机产生一个电磁转矩。阻碍转子顺时针转动。另一方面产生的电流经L4(L4起到使汽车启动柔和作用)、C1滤波后通过碳刷又加到了三相绕组上，使电机变成电动机，在JKQ作用下产生逆时针电磁转矩，两个转矩合在一起阻止转子顺时针转动，这个逆时针转矩通过第II行星排的太阳轮作用到II行星排外齿圈E上，使E产生顺时针转矩，而发动机传给行星架D的顺时针转矩也使外齿圈E产生顺时针转矩，当转矩达到一定时克服外界阻力，通过III排传给车轮，而使车向前运行。在D档时，第III行星排，在固定套H作用下(见图1)将II排外齿圈E的动力传给III排行星架Q，此时III排太阳轮M被固定套H固定，行星架Q将动力传给外齿圈L，L将动力传给主减速器而使车前行，在第III行星排中是行星架Q驱动外齿圈L实现了超速档，在行驶中若上坡或负荷加大时由于外界加大转矩反作用到II排行星架D和B(前架后轮)上，而发动机力矩不可抗拒那么只好这个力矩通F0作用到转子上使转子顺时针转动加快，转子转动加快的结果是又产生更大的电流，这个电流通过JKQ后作用到绕组上，又产生更大的力矩来建立新的力矩平衡与转子平衡n1+αn2＝(1+α)n3，n1→转子B转速n2→E转速n3→行星架D转速，α→外齿圈齿数与太阳轮齿数之比，这样每时每刻都有新的平衡，也就是说通过转子转速的变化自动调整了车的行驶速度(在节气门开度一定下)，当然节气门开度越大车行驶速度越快，这样真正实现了无级变速。
在电瓶驱动情况下，见电路图将K2打到I′档，K1打到D′档，踩油门踩板，H＇、X＇接通给电机供电，使电机反时针转动，F0作用将转子反时针转矩通过B传给行星架D和外齿圈E，使D也要逆时针转动，因发动机不能作逆时针转动，而使D被锁止，那么这个作用转矩只能使外齿圈E作顺时针转动(这是由行星架性质决定的)而将这个顺时针转矩通过F传给Q，Q传给L，L传给主减速器使车前行，其速度也是由负荷和给电机通入电流大小和时间长短自动控制的。
关于发动机驱动和电瓶共同驱动，不难看出其工作原理，由电瓶和发动机共同驱动大大地增加了发动机的动力，实现了小马拉大车，也就实现了节能环保的作用。这里不再赘述。
第三 倒档R的实现将操纵杆K1置于R′档处，(见图3)第III行星排中的行星架Q被固定套H固定，动力经动力结合套F传给太阳轮M，这样太阳轮M顺时针转动驱动外齿圈L逆时针转动，传给主减速器驱车倒行，这里指出在III排中是太阳轮M驱动外齿圈L，是减速增扭传递过程，完全能达到倒档要求。
第四 P档驻车档实现运行中的汽车刹车制动切断电瓶对电机的供电路经，(见电路图4)JKD动作使H＇、X′分离，定子处于充电状态，发动机带动转子，类似于传统形式下发动机带动飞轮或液力偶合器空转情形，在车处于静止时，这时需驻车时，按动手操纵杆上面开关K3，B0、B1动作(即车速信号为0，K3闭合)，在制动带B0作用下使外齿圈E锁止，操纵杆处于自由态，驱动操纵杆、驱动套G的旋转推动固定套H使Q、M、H、F都结合在一起被锁止，实现P档。应该强调的是由于没有电磁力矩，在操纵杆移动过程，只要很小摩擦力，可以将E保持静止状态，因此电磁阀B0驱动制动带B0完全可以完成这个动作要求。
第五 空档N实现汽车处于运行态，只要不踏油门，汽车便处于空档状态。见电路图由于不踏油门，1DL信号为零。则IC3的6脚为低电位，8脚也为低电位。JKx、JKD截止，转子处于无电磁力矩状态下，即实现了空档N状态，发动机的动力不能传给主减速器了。行车时这种状态的空档要比传统汽车空档时状态要好得多。
第六 实现动力银行作用见电路图，运行车辆刹车时，节气门关闭1DL为0则IC36、8脚低电平，JKx、JKD截止，H＇、 X′分离，W＇、K＇分离。刹车制动信号到来通过D16加到IC1的2脚，则1脚为低电平，Q8截止，JKC不动作，即T＇、G＇结合，此时转子在外齿圈E被动带动下高速旋转而产生电流给电瓶充电，即将动能转化成电能存储起来，充电时电磁力矩阻碍车运行；另一方面行星架D也在外齿圈E带动下，高速顺时针转动，实现发动机制动。这套系统在急刹车时深度踏刹车踏板，对刹车的ABS系统又没有影响，因此这套系统能将刹车的一部分能量存储起来，起到动力银行存储作用。这个刹车信号最好是单独设在刹车踏板上独立信号，在ABS信号作用前将这信号作用到电路中D16上，在汽车ABS起作用时关闭这个信号，目的是刹车后不会因为充电电磁力矩而影响怠速(实际上这时转速较低，充电电磁力矩很小，对怠速影响不大)。
权利要求
1.电子多功能无级变速装置，其特征是a)采用永磁直流同步电机与行星齿轮配合工作，以发动机传动为主，以直流电机传动为辅助，即可以用发动机驱动，又可以用直流电瓶驱动，还可以机电合动。在运行过程中同步电机可以当成直流发电机，又可以在启动过程中，起电动机作用；b)从发动机曲轴输出的动力轴与电机和行星排相互配合的形式是从曲轴输出的动力轴从中空的转子轴通过与转子轴分别与行星排的两齿轮相结合，动力从该行星排另一齿轮上输出。
2.根据权利要求1所述的电子多功能无级变速装置，其特征是从发动机曲轴输出的动力轴与电机和行星排相互配合的形式是发动机曲轴输出轴与电机的转子或定子共用一轴，与电机的另一轴定子或转子作用在行星排的两齿轮上，动力从该行星排的另一齿轮上输出。
3.电子多功能无级变速装置，是由电机(3)和行星变速器(4)和控制电路组成，其特征在于在电机(3)转子(1)输出轴(Y)开有外花键，该外花键与I排太阳轮(A)前端的内花键相配合，在I排太阳轮(A)上套有单向超越离合器(F0)和(F1)；单向超越离合器(F0)的外齿与前架后轮元件(B)前端的内花键相配合，单向超越离合器(F1)的外齿与元件(B)的前端的侧面的行星轮配合，该行星轮与I排的外齿圈(C)的内齿相配合，外齿圈(C)通过外花键与壳体固定；在元件(B)的后端侧面开有斜齿，该处也是II排行星排的太阳轮，且斜齿与安装在II排行星架上的行星轮配合，II排行星架上的行星轮，还与II排外齿圈的内齿相配合，II排外齿圈的外侧通过轴承与壳体固定；在II排外齿圈的后部外侧开有外花键，该外花键与动力接合套(F)前端的内花键相配合，动力接合套的前端外侧有一个凸沿，在凸沿上套有轴承，该轴承的外圈镶嵌在固定套(H)前端的内侧，动力接合套(F)可以在固定套(H)内转动，动力接合套(F)的后部开有内外齿，内齿与III排行星架(Q)内轴的外齿相滑接，外齿与III排太阳轮前端的内齿滑接；III排太阳轮(M)前端有内、外齿，外齿与固定套(H)后端开有的内齿相滑接，III排太阳轮(M)的后端外侧开有斜齿，该斜齿与III排行星架(Q)上的行星轮相配合，该行星轮还与III排外齿圈(L)前端的内齿相配合，III排外齿圈(L)的前端通过轴承与壳体固定，在III排外齿圈(L)的后端里侧开有内花键，该内花键为主减速器动力接合处；III排行星架(Q)通过轴承与壳体固定，其外圈前端开有内花键，与固定套(H)后端开有的外花键相滑接，固定套(H)的外圈开有外花键与壳体的内花键相滑接，固定套(H)外圈的前端有4组相同的斜面，该斜面与通过轴承固定在其前侧壳体上的驱动圈的后端的斜面相配合；在固定套(H)的后部安装有15-20个弹簧座圈，弹簧座圈顶在固定在壳体内壁的卡环；II排行星架(D)内轴的前端外侧开有外花键，该外花键与连接发动机动力输出端、且与穿过中空转子轴(Y)的动力输入轴(N)后端的内花键相配合，该动力输入轴(N)通过轴承固定在转子内；卡环(Z)镶在壳体上对I排外齿圈(C)，驱动套(G)起到限位作用；与转子一体的绝缘滑动接触盘(O0)在转子端头上边有接触滑环；所述的控制电路如下电路由电机工作电路、电瓶充放电保护电路、控制电机、电瓶工作的操纵控制电路和以市电为电源充电电路四部分电路组成；本电路的所有三极管的发射极和所有电解电容的负极都与电瓶负极相连结；第一部分，三相绕组L1、L2、L3一端相互连在一起组成公共端；L1的另一端与D3正极D4负极和碳刷A′相连；L2的另一端与D1正极D2负极和碳刷B′相连；L3的另一端与D6正极D5负极和碳刷C′相连；D3负极D1负极D6负极和IC4整流输出1脚、JKx的K′点D19正极相连，D19负极和继电器JKC中的T′点相连，D4正极，D2正极，D5正极接电瓶负极；碳刷E′、碳刷D′0分别与继电器JKQ中的F′点，M′点相连，继电器JKQ中的L′点Y′点共同和电瓶负极相连，限位保护器S′0一端与JKQ中的N′、Z′相连，另一端与JKD继电器中的X′点C1正极、电感L4一端相连、L4的另一端与JKx的W′点相连。继电器JKD中的H′点JKC中的G′点通过点火开关K0保险丝S0与电源正极相连；第二部分，IC1中的1脚通过R7与Q8基相连，Q8集电极通过JKC线圈与电源正极相连，Q8集电极与D24正极相连，D24负极接电源正极；IC1的2脚与R21、C7正极、D13正极R18、R22一端相连，R21另一端通D16负极与刹车制动信号相连，D13负极接电瓶负极，R18另一端接电源正极，R22另一端接D20正极，D20负极与节气门信号IDL相连；IC1的3脚、6脚与R10一端相连，R10另一端与C6正极、R19、R17一端相连，R19另一端接电瓶负极，R17另一端接电源正极；IC1的4脚接电瓶负极，IC1的5脚与C5正极、D12正极、R16一端相连，R16另一端接电源正极，D12负极接电瓶负极。IC1中的7脚通过R6与Q7基极相连，Q7集电极、Q6集电极共同接Q4基极上；IC1中的8脚、C3正极、IC2的3脚与IC3的14脚相连，IC27808为供给IC1、IC3工作的稳压电路，1脚与C4正极D11负极相连，D11正极与电源正极相连，IC2中的2脚与电瓶负极相连；第三部分IC3LS7408的1脚、Q1集电极、R11一端相连，R11另一端接电源正极；Q1基极与C2正极、D7负极相连，D7正极与R12一端相连，R12另一端接车速传感器送来的信号；IC32脚与操纵手柄上的K3一端相连，K3另一端与R13相连，R13另一端接电源正极；IC33脚通R1接Q2基极，Q2集电极与D21正极、B0、B1一端相连；D21负极、B0、B1另一端接电源正极；IC34脚通过R8与从D15正极进入负极输出的节气门IDL信号相连；IC35脚与K1的D′点、R′点相连，K1的P′点与D17正极相连，I′1点通过R14接在电源正极上；IC36脚、R2一端、D9正极相连，R2另一端接Q3基极，Q3集电极通过D22正极JKx继电器线圈与电源正极相连，D9负极与IC3中的10脚相连；IC37脚接电瓶负极；IC38脚通过R3与Q4基极、Q6、Q7集电极相连；Q4集电极与D10正极、JKD继电器线圈一端相连，JKD线圈另一端接电源正极；IC39脚接K2中的I′点，II′、III′点与IC3中的12脚相连，T1点通过R15接电源正极；IC311脚通过R4与Q5基极相连，Q5集电极与D10负极、D23正极、JKQ线圈一端相连，JKQ线圈另一端、D23负极接电源正极；IC313脚通过R9与D8负极相连，D8正极与点火信号相连；Q6基极通过R5与D17、D18负极相连，D18正极与刹车制动信号相连，D17正极接K1中的P′点；第四部分L5原线圈通过JKW的W0和保险丝S1与市电相接。线圈次级与IC4的3、4脚相连2脚接电瓶负极；1脚与电源正极相连；JKC中的S′点与R20、R21一端相连，R21另一端与D14正极相连，D14负极与电瓶负极相连，R20另一端与Q9基极相连，Q9集电极通过JKW线圈与电源正极相连；Q9集电极接D25正极，D25负极接电源正极上。
4.根据权利要求1所述的电子多功能无级变速装置，其特征在于根据电机容量可在电机一端加一风扇。
5.根据权利要求1所述的电子多功能无级变速装置，其特征在于在固定套H的后部安装有15个弹簧座圈。
6.根据权利要求1所述的电子多功能无级变速装置，其特征在于所述的电机(3)采用永磁直流同步电机或其它直流同步电机。
7.根据权利要求2所述的电子多功能无级变速装置，其特征在于所述的电机(3)采用异步电机或其它电机。
全文摘要
电子多功能无级变速装置，属于变速器技术领域，具体涉及一种多功能无级变速器，是采用永磁直流同步电机与行星齿轮配合工作，以发动机传动为主，以直流电机传动为辅助，既可以用发动机驱动，又可以用直流电瓶驱动，还可以机电合动，在运行过程中同步电机可以当成直流发电机，又可以在启动过程中，起电动机作用；本发明具有①不改变原车其它机件位置，不影响原车各个系统工作及性能；②对驾驶操作无特殊要求；③因取代了发电机、电动机、及飞轮、离合器、制动器和液力偶合变扭器，相对地增加了发动机仓的空间；④实现了发动机单独驱动、电瓶单独驱动或二者合动，能量传递效率高，节能环保，结构简单，成本低，体积小的积极效果。
文档编号B60K6/00GK1570419SQ20041001083
公开日2005年1月26日 申请日期2004年5月8日 优先权日2004年5月8日
发明者颜广博 申请人:颜广博