专利名称：电气化变速器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种燃气、燃油汽车用的变速装置和离合装置，特别涉及电气化 的变速 器，其实质是一动力变换传动系统，是利用电气化技术把汽车变速器、离合器、发电 机、电动机、制动能量回收装置和制动控制器、充电控制器等科学地整合在一起，实现所谓 的无级变速和电子离合功能。
背景技术：
一直以来，燃气、燃油动力汽车都是采用机械式的变速器、机械式的离合器和机械 式的制动器。目前正在使用、量产或研发的变速器种类有MT、AMT、AT、DCT、CVT等主要品种， 它们无一例外的都是使用机械式的传动机构配以机械式的离合器实现变速功能，这种结构 的变速器存在以下缺点机械传动环节多能量损耗大，难以实现比较理想的无级变速，机械 零部件多装配难度大，机械式离合器的摩擦动作发热且耗能。此外利用机械摩擦的制动过 程也存在能量损失和部件磨损的弊端。这种机械结构的传动系统还需要复杂昂贵的润滑降 温等诸多辅助系统的配合，增加了成本。因此，在倡导节能环保的今天，这种落后的技术已经满足不了实际的需要，但是很 多汽车生产商还在大规模地投入这种机械式变速器、机械式离合器的产能扩建、研发和并 购。当今，高效电机技术得到很大的发展，使得以电力作为媒介的动力变换传动技术的实现 成为可能。
发明内容鉴于现有技术存在上述缺陷，本实用新型的目的是提供一种功能先进、节能环保 的电气化平滑变速器，它能够替代现有的机械式变速器实现精密、大动态范围的所谓的无 级变速和平滑的电子离合，以及进一步能够对制动能量回收。为达到上述目的，本实用新型的主要设计思路是使用电气化技术把发动机的动能 转变为电能，然后再把电能有控制性地转变为动能驱动汽车行驶，通过对电能的控制，实现 平滑变速和离合的功能，取代传统的机械式变速箱和机械式离合器。它通过在一个总成主 体中集成发电机、电动机、整流器、滤波器和控制器，实现了所谓的无级变速、离合控制、制 动能量回收、电能发生及充电控制等功能。本实用新型的具体技术方案如下—种变速器，它是电气化的变速器，包括动力输入轴、动力输出轴、发电机、整流 器、滤波器、电动机及功率控制器，由发动机驱动的所述动力输入轴带动发电机发电，发电 机的输出端依次连接整流器和滤波器，连接于滤波器输出端的所述功率控制器与电动机连 接，电动机的轴与所述动力输出轴连接，由所述功率控制器控制电动机的起/停和平滑变 速。进一步还可包括充电控制器，所述充电控制器连接于所述滤波器输出端，它的输 出端连接一蓄电接线端子，用于在发动机功率有余时或电池电量不足时以设定的电流向外接的蓄电装置充电、和在发动机功率不足时由外接的蓄电装置对所述滤波器反充电。并且 还可以包括制动控制器，所述制动控制器与所述电动机和所述充电控制器连接，用于在制 动时将汽车惯性导致所述电动机转动所产生的电能处理、存储至外接的蓄电装置。 所述发电机、整流器、滤波器、电动机和功率控制器可以安装在同一壳体内。所述 发电机、整流器、滤波器、电动机和功率控制器也可以分别安装在不同的壳体内，然后通过 拼装方式组合为一体。使用时，把汽车发动机的动力输出端与本变速器的动力输入轴连接，发动机带动 发电机转动把发动机的动能转化为电能。发电机输出的电能经整流器变为脉冲直流电， 再经滤波器中的超级电容或电容阵列对脉冲直流电进行滤波及缓冲，产生波纹较小的直流 电，然后送至充电控制器和功率控制器。经充电控制器可对外接蓄电装置进行充电，实现较 大时间常数的能量缓冲及储存。电能通过功率控制器驱动电动机工作进而通过动力输出轴 使汽车行驶，通过功率控制器调节输给电动机的功率可以改变电动机的转速，从而实现汽 车平滑变速。当功率控制器对电动机的输出为零时，无动力输出，实现了离合器“离”的功能，当 功率控制器对电动机的输出逐渐增大时，动力输出轴对汽车的驱动力逐渐加大，实现了离 合器“合”的功能。为实现电子制动和制动能量的回收，所述的电动机应为永磁或励磁的电机类型， 在汽车需要制动的时候，向功率控制器和制动控制器发送制动控制信号，功率控制器收到 制动控制信号时，立刻停止对电动机的功率输出，使其为零或关断，这时电动机在汽车惯性 的带动下还在旋转并产生电能，制动控制器对电动机产生的电能进行整流滤波后，根据制 动信号的强弱控制一对应值的电流经充电控制器再经蓄电接线端子送至外接蓄电装置，对 蓄电装置充电，形成制动电流，实现了制动能量的回收。所述的制动电流的方向与驱动时的 电流方向是相反的，使电动机内部产生反向的阻力，实现对汽车的制动。根据制动控制信号 的强弱制动控制器控制相应的电流值，使之产生相应的制动力，当制动控制信号越强时，电 流值越大电动机内部产生的阻力越大制动力越大。在充电控制器中设置为制动电压优先， 在制动期间当制动信号产生时自动切断发电机对蓄电装置的送电，以保证制动电流的有效 吸收。本实用新型利用电气化技术不但实现了精密、低损耗、大动态范围的所谓的无级 变速功能和低损耗的能平滑启动的电子离合功能，还整合了传统汽车中发电机、充电控制 器等部件的功能，省去了部分降温的油路和油泵等诸多部件，是取代传统机械式变速箱和 机械式离合器的新一代汽车变速器。与传统机械式变速箱和机械式离合器相比，本实用新 型大幅减少了机械传动环节和零部件的数量，因而能有效减小传动损耗，降低装配难度和 生产成本。其设置有充电控制器，与外接蓄电装置配合，能够对发动机产生的多余能量存储， 并能让外接蓄电装置与发动机同时向电动机提供能量，因而可以使发动机长时间工作在最 佳的转速状态，从而能达到节省燃料、避开共振点、减小汽车震动的效果。此外，其设置有制动控制器，与电动机结合能够对制动能量回收，能达到进一步节 能环保的效果，符合当今国际和国家号召的产业方向。
图1为本实用新型典型实施例1的结构示意图；图2为其充电控制器的原理框图；图3为其功率控制器的原理框图。
具体实施方式
以下结合实施例对本实用新型进一步描述。参照图1，实施例1的电气化无级变速器包含以下部件动力输入轴1、发电机2、 整流器3、充电控制器4、蓄电接线端子5、滤波器6、电动机7、动力输出轴8、制动控制器9、 控制信号接线端子10、功率控制器11。其中，发电机2、整流器3、滤波器6、电动机7、功率 控制器11和制动控制器9安装在同一壳体内。在本实施例中，发电机2和电动机7并排设 置，动力输出轴8和动力输入轴1从壳体相对的两端伸出，功率控制器11和制动控制器9 安装于壳体内一端、并于壳体该端设置所述控制信号接线端子10，整流器3和滤波器6安装 于壳体内另一端、并于壳体该端设置所述充电控制器4和蓄电接线端子5。动力输入轴1与发电机2的轴连接或为一体，发动机带动发电机2旋转发电，把发 动机的动能转化为电能。发电机2的输出端与整流器3的输入端连接，把发电机2发出的交 流电能调整为脉冲直流电。整流器3的输出端与滤波器6的输入端连接，对脉冲直流电能进 行滤波和缓冲，使其成为波纹较小的直流电。滤波器6的输出端分为两路，一路连接至充电 控制器4，经充电电流控制后连接至蓄电接线端子5用于对外接的蓄电装置充电，另一路连 接至功率控制器11对电功率进行控制后输出至电动机7以驱动汽车行驶，通过对电功率的 精密控制实现汽车的平滑变速。电动机7 —方面用于把从功率控制器11接入的电能转变 为动能驱动汽车行驶，另一方面还兼有在制动时把制动动能转变为电能的功能，制动时电 动机7产生的制动电能连接至制动控制器9进行整流滤波，然后连接至充电控制器4经蓄 电接线端子5对外接的蓄电装置充电，进行制动能量的回收。控制信号接线端子10用于接 收功率控制信号、制动控制信号、充电控制信号等多种控制信号，其中，功率控制信号连接 至功率控制器11控制对电动机7的电功率输出，制动控制信号连接至功率控制器11、制动 控制器9和充电控制器4，当功率控制器11收到制动控制信号时即关断对电动机7的功率 输出，当制动控制器9收到制动控制信号时把来自高效电动机7的电能进行整流滤波然后 依据制动控制信号的强弱通过制动控制器中的功率管控制相应的电流输送至充电控制器4 进行制动能量的回收，充电控制器4在收到制动控制信号时切断与滤波器6的充放电电路 的连接，以接通制动电流为优先。充电控制信号连接至充电控制器4，在发动机2功率有余 时发出充电信号使存在于滤波器3的电能经控制以设定的电流对外接蓄电装置进行充电， 在发动机功率不足时根据回授信号使外接蓄电装置中的电能对滤波器3进行反充电以补 充发动机的功率。发电机2可以采用现有的高效永磁发电机或高效励磁发电机，其额定功率最好与 配套车辆的发动机的额定功率相匹配，能有效地把发动机的动能高效地转换为电能。电动机7可以采用现有的高效电动机，为了实现制动能量的回收使用永磁电动机 或高效励磁电动机，其额定功率与高效发电机2的额定功率相匹配、或者也可比高效发电 机2的额定功率更大，使其能有效地把发电机2发出的实时电能和蓄电装置提供的部分电能一起有效地转换为额定所需的动能。整流器3可以采用半导体整流器或电子管整流器，其功率与上述的高效发电机2 功率相匹配。把整流器3可承受的峰值电流设置为比高效发电机2的峰值电流更大，使其 更有效更可靠地工作。滤波器6可以采用高频电容、超级电容、法拉电容或其组合，如果是组合，高频电 容宜置于靠近发电机2的一端。充电控制器4包含一套能正向充电及逆向回授的充放电 电路。如图2所示是充电 控制器4的原理框图，其中B端接蓄电接线端子5，Pl端接滤波器6，P2端接制动控制器9 的输出端，C1、C2为控制信号。在发动机功率有余或不足时，通过控制信号Cl控制从Pl端 向B端或从B端向Pl端输送电能。在制动时，通过控制信号C2打开开关SW、并关闭Pl端 到B端的充电电路，制动控制器9输出的制动电能从P2端经开关SW输送至B端。制动控制器9包含整流滤波器及可控恒流源电路，参照图3，制动控制信号S2输入 至制动控制器9，控制制动电流值的大小及切换电动机7的连接，当制动控制信号产生时切 断电动机7的供电并把电动机7的输出接至制动控制器9进行整流滤波，然后经恒流控制 后到制动电流输出端S3。为实现电子制动和制动能量的回收，所述的电动机7应为永磁或 励磁的电机类型，在汽车制动时，功率控制器11对电动机7的输出断开或为零，这时由于汽 车的惯性带动高效电动机7继续转动，在高效电动机7感应出电动势，经制动控制器9的整 流滤波及制动电流的控制，把与制动信号强度相应的电流送至外接蓄电端，对外接蓄电装 置进行充电，实现制动能量的回收。制动控制器9根据收到的制动信号的强弱对吸收电流 的大小进行控制，不同的吸收电流在高效电动机7内产生相应的阻力，电流越大阻力越大 制动力也就越大，实现对汽车的制动。参照图3，功率控制器11包括电源控制单元110、功率输出模组111、脉宽调制器 112和MCU113，电源控制单元110对发电机输出的经整流滤波后的电能进一步处理后输送 给功率输出模组111，MCU113根据接收的功率控制信号Sl控制脉宽调制器112输出相应的 PWM信号，进而用该PWM信号控制功率输出模组111的功率管的通/断时间，从而实现控制 输给电动机7的功率。在制动时，制动控制信号S2切断功率控制器11输给电动机7的电 能，并将电动机7与制动控制器9接通，汽车因惯性带动电动机7转动产生的制动电能经制 动控制器9处理后从制动电流输出端S3送至充电控制器4进行制动能量的回收。
权利要求一种变速器，其特征是该变速器是电气化的变速器，包括动力输入轴、动力输出轴、发电机、整流器、滤波器、电动机及功率控制器，由发动机驱动的所述动力输入轴带动发电机发电，发电机的输出端依次连接整流器和滤波器，连接于滤波器输出端的所述功率控制器与电动机连接，电动机的轴与所述动力输出轴连接，由所述功率控制器控制电动机的起/停和平滑变速。
2.根据权利要求1所述的变速器，其特征是所述功率控制器包括电源控制单元、功率 输出模组、脉宽调制器和MCU，电源控制单元对发电机输出的经整流滤波后的电能进一步处 理后输送给功率输出模组，MCU根据接收的功率控制信号控制脉宽调制器输出相应的PWM 信号，进而用该PWM信号控制功率输出模组的功率管的通/断时间，从而实现控制输给电动 机的功率。
3.根据权利要求1所述的变速器，其特征是还包括充电控制器，所述充电控制器连接 于所述滤波器输出端，它的输出端连接一蓄电接线端子，用于在发动机功率有余时或电池 电量不足时以设定的电流向外接的蓄电装置充电、和在发动机功率不足时由外接的蓄电装 置对所述滤波器反充电。
4.根据权利要求1所述的变速器，其特征是还包括制动控制器，所述制动控制器与所 述电动机连接，用于在制动时将汽车惯性导致所述电动机转动所产生的电能处理后存储至 外接的蓄电装置。
5.根据权利要求1所述的变速器，其特征是所述发电机、整流器、滤波器、电动机和功 率控制器安装在同一壳体内。
6.根据权利要求5所述的变速器，其特征是所述发电机和电动机并排设置，动力输出 轴和动力输入轴从壳体相对的两端伸出，功率控制器和制动控制器安装于壳体内一端、并 于壳体该端设置控制信号接线端子，整流器和滤波器安装于壳体内另一端、并于壳体该端 设置充电控制器和蓄电接线端子。
7.根据权利要求1所述的变速器，其特征是所述发电机、整流器、滤波器、电动机和功 率控制器分别安装在不同的壳体内，并通过拼装方式组合为一体。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的变速器，其特征是所述发电机的额定功率与配 套车辆的发动机的额定功率相匹配，所述电动机的额定功率大于或等于所述发电机的额定 功率。
9.根据权利要求8所述的变速器，其特征是所述电动机是永磁电动机或励磁电动机。
专利摘要一种变速器，使用电气化的技术取代现有的机械式变速器，包括动力输入轴、动力输出轴、发电机、整流器、滤波器、电动机及功率控制器，由发动机驱动的所述动力输入轴带动发电机发电，发电机的输出端依次连接整流器和滤波器，连接于滤波器输出端的所述功率控制器与电动机连接，电动机的轴连接于所述动力输出轴，由所述功率控制器控制电动机的起/停和变速。本变速器不但实现了精密、低损耗、大动态范围的平滑变速功能和低损耗的能平滑启动的电子离合功能和制动能量回收功能，还可整合传统汽车中发电机、启动电机、充电控制器等部件的功能，使汽车具有结构简单、功能先进、装配难度低、生产成本低、节能环保等优点。
文档编号B60K17/02GK201761359SQ20102052167
公开日2011年3月16日 申请日期2010年8月27日 优先权日2010年1月29日
发明者姚加章 申请人:姚加章