电动无级变速器的制作方法

专利名称：电动无级变速器的制作方法
电动无级变速器技术领域
当前，大部分车辆由内燃才几驱动，尤其是由往复运动的活 塞式内燃机驱动。这种内燃机通过将燃料形式的高度集中能量转换成有 用的机械能，比较有效、紧凑、轻型和廉价。能够与内燃机一起使用并 能减少燃料消耗和排放的新型变速器系统对公众有巨大的好处。
车辆通常寄予内燃机的需求中的广泛变化提高了燃料消 耗和排放，超出了这种发动机的理想状况。通常，车辆由这种通过小电 动机和相对小的电池从冷态启动，然后快速地置于推进和附件设备的负 载之下的发动机驱动。这种发动机还运行通过宽的范围速度和宽的负载 范围，通常运行在近似于其最大功率输出的五分之一处。
发电机能将发动机的机械能转换成电能，电动机能将电能 以不同的扭矩和速度转换回用于车辆驱动系统其余部件的机械能。该布 置允许发动机与驱动系统其余部件之间扭矩和速度比在电动机i械的极 限内的连续变化。可以将用作推进动力源的电池加入到该布置，形成串 联混合电动驱动系统。
车專两中的电动无级变速器能简 单地将机械能从发动机输入传送到主减速器输出。为此， 一个电动机/发电机产生的电能平衡了 电损失及另一个电动机/发电机消耗的电能。通过使用上述电能存储电 池， 一个电动机/发电机产生的电能可大于或小于另一个电动机/发电 机消4毛的电能。电池的电能有时允许两个电动机/发电机都作用电动 机，尤其是当车辆加速时辅助发动机。两个电动机有时能都作为发电机 以给电池充电，尤其是在再生车辆制动时。
本发明提供了一系列电动无级变速器，该系列电动无级变 包括提高的车辆加速性能、经由再生制动和纯电动怠速以及起动实现的改进燃油经济性、以及诱人的市场特征。本发明的目的是为给定的发动 机提供最佳可能的能量效率和排放。另外，寻求变速器最佳的性能、容 量、封装尺寸和比跨度。
0015
本发明的电动无级变速器系列提供了低容积低成本的电 动无级变速器机构，包括第一、第二和第三差速齿轮组、电池、交替用 作电动才几或发电才几的两个电动积j械以及多达五个的可选扭矩传递装置。 另外，可设置爪形离合器。优选地，所述差速齿轮组为行星齿轮组，但 是也可使用其它传动布置，例如锥齿轮或偏轴差速传动。 在本说明书中，所述第一、第二或第三行星齿轮组可以任 意的顺序从第一计数到第三(例如，从左到右、从右到左等)。
0017
所述三个行星齿轮组中的每个行星齿轮组都具有三个元 件。各行星齿轮组的所述第一、第二或第三元件可为中心齿轮、齿圏或 行星架元件(或者可选地小齿轮)中的任意一种。 第二互连元件将所述第一行星齿轮组的所述第二元件与 所述第二行星齿轮组的所述第二元件持续地连接。 第三互连元件将所述第二行星齿轮组的所述第三元件与 所述第三行星齿轮组的所述第一元件持续地连接。 可选的第二扭矩传递装置有选择地将所述第一、第二或第 三行星齿轮组的另 一元件与所述输入元件或固定元件(接地/变速器壳 体)连接。可选择地，可选的第二扭矩传递装置有选择地将所述第一或 第二行星齿轮组的元件与所述第一或笫三行星齿轮组的另一元件连接。
第三操作模式包括对应于各操作模式表(例如，图lb的 操作模式表)的第三和第四行(TC Rev和TC For)的"倒车和前进起 动模式"(也称为"液力变矩器倒车和前进模式")。在该模式中，EVT 由发动机和一个电动机/发电机驱动。发电机单元中产生的能量中可选择 的一部分存储在电池中，其余的能量传递到电动机。在图l中，所述部
分接近99%。变速器输出速度与发动机速度的比(变速器传动比)约为 +/-0.001 (正号表示车辆向前蠕行，负号表示车辆向后蠕行)参考图lb, 例如，在倒车和前进起动模式中，离合器50接合。在TCRev模式中， 电动机/发电机80用作具有-3.48单位扭矩的电动机，电动机/发电机82 用作具有_4.52单位扭矩的发电机，获得-7.00的扭矩比。在TCFor;漠式 中，电动机/发电机80用作具有2.33单位扭矩的发电机，电动机/发电机 82用作具有1.36单位扭矩的电动机，获得4.69的扭矩比。 与将发动机12连接到变速器输入元件17的方法无关，变 速器输入元件17可操作地连接到变速器114中的行星齿轮组。变速器 114的输出元件19连接到主减速器16。
变速器114使用三个差速齿轮组，优选为行星齿轮组120、 130和140。行星齿轮组120使用外齿轮元件124,通常称为齿圏。齿圈 元件124环绕内齿轮元件122,通常称为中心齿轮。行星架元件126可 旋转地支撑多个行星齿轮127,使得各行星齿圏127与第一行星齿轮组 120的外齿圈元件124和内中心齿轮元件122都啮合。 变速器输出元件19与行星齿轮组140的齿圏元件144连 接。第一互连元件170将行星齿轮组120的行星架元件126与行星齿轮 组130的行星架元件136持续地连接。第二互连元件172将行星齿轮组 120的齿圏元件124与行星齿轮组130的中心齿轮元件132持续地连接。 第三互连元件174将行星齿轮组130的齿圏元件134与行星齿轮组140 的行星架元件146持续地连接。第四互连元件176将行星齿轮组130的 中心齿轮元件132与行星齿轮组140的中心齿轮元件142持续地连接。 第一扭矩传递装置(例如，输入离合器150)有选择地将 行星齿轮组120的齿圈元件124与输入元件17连接。第二扭矩传递装 置(例如，输入离合器152)有选择地将行星齿轮组140的行星架元件 146与输入元件17连接。第三扭矩传递装置(例如，制动器154)有选 择地将行星齿轮组120的齿圈元件124与变速器壳体160连接。即，通 过不可旋转的壳体160的操作性连接来有选^^地固定齿圏元件124的旋转。笫四扭矩传递装置(例如，制动器155)与电动机/发电机180并联， 以有选择地制动其旋转。第一、第二、第三和第四扭矩传递装置150、 152、 154和155用于辅助混合动力变速器114的操作模式的选择。 笫二操作模式为对应于图2b的操作模式表的第二行(EVT Rev)的"EVT倒车模式"(或机械倒车模式)。在该模式中，EVT由 发动机和一个电动机/发电机驱动。另 一电动机/发电机操作于发电机才莫 式，并将产生的100%的能量传递回驱动电动机。其实际效果是反向驱 动车辆。在该模式中，离合器150接合，对应于l单位的输入扭矩，发 电机180具有-5.464单位的扭矩，电动机182具有-3.87单位的扭矩，获 得-8.33的输出扭矩。第四操作模式包括对应于图2b操作模式表的第5-12行的 "无级变速器范围^t式，，的范围1.1、范围1.2、范围1.3、范围1.4、范 围2.1、范围2.2、范围2.3和范围2.4;f莫式。在该一莫式中，EVT由发动 机以及作为电动机的一个电动机/发电机驱动。另一个电动机/发电机用 作发电机，并将产生的100。/。的能量传递回电动机。由范围1.1、 1.2…等 表示的操作点为由EVT提供的前进传动比中连续的离散点。例如，在 图2b中，通过接合离合器150获得从4.69至1.86的扭矩传动比范围， 通过接合离合器152获得从1.36至0.54的扭矩传动比范围。笫五操作模式包括对应于图2b的操作模式表的第13-16 行的"固定传动比模式"(Fl、 F2、 F3和F4)。在该模式中，变速器 如同传统的变速器那样操作，两个扭矩传递装置接合，以产生离散的传 动比。在固定传动比F1中，离合器150和制动器155接合，以获得2.70 的固定传动比。在固定传动比F2中，离合器152和制动器155接合， 以获得1.57的固定传动比。在固定传动比F3中，离合器150和152接 合，以获得1.00的固定传动比。在固定传动比F4中，离合器152和制 动器154接合，以获得0.67的固定传动比。 如上所述，在图2b的操作模式表和固定传动比模式表中 示出了扭矩传递装置的接合策略。图2b还提供了利用借助于图2b的实 例给出的齿圏/中心齿轮齿数比可获得的扭矩比实例。NR1/NS1值为行星 齿轮组120的齿数比；]%2/1^2值为行星齿轮組130的齿数比；NR3/NS3 值为行星齿轮组140的齿数比。图2b的图表还描述了利用给出的齿数 比样例得到的传动比步长。例如，第一与第二固定前进扭矩比之间的传 动比步长为1.50，传动比跨度为4.03。
第三具体实施例的描述 行星齿轮组230也具有环绕内中心齿轮元件232的外齿圏 元件234。行星架元件236中也可旋转地支撑多个行星齿轮237,使得 各行星齿轮元件237同时与行星齿轮组230的外齿圏元件234和内中心 齿轮元件232都啮合。 行星齿轮组240也具有环绕内中心齿轮元件242的外齿圏 元件244。行星架元件246中可旋转地支撑多个行星齿轮247,使得各 行星齿轮元件247同时与行星齿轮组240的外齿圈元件244和内中心齿 轮元件242都啮合。 变速器输出元件19连接到行星架元件246。第一互连元件 270将齿圏元件224与中心齿轮元件232持续地连接。第二互连元件272 将行星架元件226与行星架元件236相连。第三互连元件274将齿圏元 件234与行星架元件246持续地连接。第四互连元件276将行星架元件 236与齿圏元件244持续地连接。 变速器214还分别包括第一和第二电动机/发电机280和 282。第一电动机/发电机280的定子固定到变速器壳体260上。第一电 动机/发电机280的转子固定到齿圏元件244上。第二电动机/发电机282 的定子也固定到变速器壳体260上。第二电动机/发电机282的转子固定 到中心齿4仑元件222上。 第一扭矩传递装置(例如，输入离合器250)有选择地将 齿圈元件224与输入元件17连接。第二扭矩传递装置(例如，输入离 合器252 )有选择地将中心齿轮元件242与输入元件17连接。第三扭矩 传递装置(例如，制动器254)有选择地将齿圏元件224与变速器壳体 260连接。第四扭矩传递装置(例如，制动器255 )与电动机/发电机280 并联，以有选择地制动其旋转。第五扭矩传递装置(例如，制动器257) 与电动机/发电机282并联，以有选择地制动其旋转。笫一、第二、第三、
24第四和第五扭矩传递装置250、 252、 254、 255和257用于辅助混合变 速器214的操作模式的选择。 混合变速器214从发动机12接收动力，还从可操作地连 接到控制器288的电源286接收动力。
00122] 图3b的操作模式表示出了变速器214五个操作模式的离 合接合、电动机/发电机状况及输出/输入比。这些模式包括如前所述的 "电池倒车模式，，(BattRev)、 "EVT倒车模式"(EVTRev)、"倒 车和前进起动模式"、"范围1.1、 1.2、 1.3…模式"和"固定传动比模 式，，(Fl、 F2、 F3和F4)。 如上所述，在图3b的操作模式表和固定传动比模式表中 示出了扭矩传递装置的接合策略。图3b还提供了利用借助于图3b的实 例给出的齿圈/中心齿轮齿数比可获得的扭矩比实例。NR1/NS1值为行星 齿轮组220的齿数比；NR2/Ns2值为行星齿轮组230的齿数比；NR3/NS3 值为行星齿轮组240的齿数比。图3b的图表还描述了利用给出的齿数 比样例得到的传动比步长。例如，第一与第二固定前进扭矩比之间的传 动比步长为1.32,传动比跨度为4.54。
第四具体实施例的描述
00124参考图4a,所示动力系310包括连接到总地由标记314表 示的改进型电动无级变速器的发动机12。变速器314设计成从发动机 12接收其至少一部分驱动动力。
00125如图所示，发动才几12具有用作变速器314的输入元件17 的输出轴。在发动机12与变速器的输入元件17之间还可使用瞬时扭矩 减振器(未示出)。
00126与将发动才几12连接到变速器输入元件17的方法无关，变 速器输入元件17可操作地连接到变速器314中的行星齿轮组。变速器 314的输出元件19连接到主减速器16。 变速器314使用三个行星齿轮组320、 330和340。行星齿 4仑组320使用环绕内中心齿轮322的外齿圈元件324。行星架元件326 可旋转地支撑多个行星齿轮327,使得各行星齿圈327与第一行星齿轮 组320的外齿圈元件324和内中心齿4仑元件322都啮合。 行星齿轮组340也具有环绕内中心齿轮元件342的外齿圏 元件344。行星架元件346中也可旋转地支撑多个行星齿轮347,使得 各行星齿轮元件347同时与行星齿轮组340的外齿圈元件344和内中心 齿轮元件342都啮合。
00130变速器输出元件19与齿圏元件344相连。第一互连元件 370将齿圈元件324与行星架元件336持续地连接。第二互连元件372 将中心齿轮元件322与中心齿轮元件332持续地连接。第三互连元件374 将齿圈元件334与中心齿轮元件342持续地连接。第四互连元件376将 行星架元件336与行星架元件346持续地连接。 第一扭矩传递装置(例如，输入离合器350 )有选择地将 行星架元件336与输入元件17连接。第二扭矩传递装置(例如，输入 离合器352 )有选择地将行星架元件346与输入元件17连接。第三扭矩 传递装置(例如，制动器354)有选择地将行星架元件326与变速器壳 体360连接。第四扭矩传递装置(例如，制动器355 )与电动机/发电机 380并联，以有选择地制动其旋转。第五扭矩传递装置(例如，制动器 357)与电动机/发电机382并联，以有选择地制动其旋转。第一、第二、 第三、第四和第五扭矩传递装置350、 352、 354、 355和357用于辅助 混合动力变速器314的操作模式的选择。 混合变速器314从发动机12接收动力，还与可操作地连 接到控制器388的电源386交换动力。 参考图5a,所示动力系410包括连接到总地由标记414表 示的改进型电动无级变速器的发动机12。变速器414设计成从发动机 12接收其至少一部分驱动动力。 变速器414使用三个行星齿轮组420、 430和440。行星齿 轮组420使用环绕内中心齿轮422的外齿圏元件424。行星架元件426 可旋转地支撑多个行星齿轮427,使得各行星齿圈427与第一行星齿轮 组420的外齿圏元件424和内中心齿轮元件422都啮合。图5b的操作模式表示出了变速器414五个操作模式的离 合接合、电动机/发电机状况及输出/输入比。这些模式包括如前所述的 "电池倒车模式"(BattRev)、 "EVT倒车模式"(EVTRev)、"倒 车和前进起动模式，，、"无级变速器范围模式，，(范围1.1、 1.2、 1.3…) 和"固定传动比才莫式"(Fl、 F2、 F3和F4)。 如上所述，在图5b的操作模式表和固定传动比模式表中 示出了扭矩传递装置的接合策略。图5b还提供了利用借助于图5b的实 例给出的齿圈/中心齿轮齿数比可获得的扭矩比实例。NR1/NS1值为行星 齿轮组420的齿数比；NR2/Ns2值为行星齿轮组430的齿数比；NR3/NS3 值为行星齿轮组440的齿数比。图5b的图表还描述了利用给出的齿数 比样例得到的传动比步长。例如，第一与第二固定前进扭矩比之间的传 动比步长为1.69，传动比跨度为6.65。第六具体实施例的描述 参考图6a,所示动力系510包括连接到总地由标记514表 示的改进型电动无级变速器的发动机12。变速器514设计成从发动机 12接收其至少一部分驱动动力。 变速器输出元件19与齿圏元件544持续地连接。第一互 连元件570将中心齿轮元件522与中心齿轮元件532持续地连接。第二 互连元件572将齿圏元件524与行星架元件536持续地连接。第三互连 元件574将齿圏元件534与中心齿轮元件542持续地连接。笫四互连元 件576将行星架元件526与行星架元件546持续地连接。 如上所述，在图6b的操作模式表和固定传动比模式表中 示出了扭矩传递装置的接合策略。图6b还提供了利用借助于图6b的实 例给出的齿圏/中心齿轮齿数比可获得的扭矩比实例。NR1/NS1值为行星 齿轮组520的齿数比；NR2/Ns2值为行星齿轮组530的齿数比；NR3/NS3 值为行星齿轮组540的齿数比。图6b的图表还描述了利用给出的齿数 比样例得到的传动比步长。例如，第一与第二固定前进扭矩比之间的传 动比步长为1.93，传动比跨度为5.57。
第七具体实施例的描述 参考图7a，所示动力系610包括连接到总地由标记614表 示的改进型电动无级变速器的发动机12。变速器614设计成从发动机 12 4^收其至少一部分驱动动力。 如图所示，发动才几12具有用作变速器614的输入元件17 的输出轴。在发动机12与变速器的输入元件17之间还可使用瞬时扭矩 减振器(未示出)。 变速器614使用三个行星齿轮组620、 630和640。行星齿 轮组620使用环绕内中心齿轮622的外齿圈元件624。行星架元件626 可旋转地支撑多个行星齿轮627，使得各行星齿圏627与第一行星齿轮 组620的外齿圏元件624和内中心齿轮元件622都啮合。 行星齿轮组640也具有环绕内中心齿轮元件642的外齿圈 元件644。行星架元件646中也可旋转地支撑多个行星齿轮647,使得 各行星齿轮元件647同时与行星齿轮组640的内中心齿轮元件642和外 齿圏元件644都啮合。
00165变速器输出元件19与行星架元件646相连。第一互连元 件670将中心齿轮元件622与中心齿轮元件632持续地连接。第二互连 元件672将行星架元件636与齿圏元件634持续地连接。第三互连元件 674将行星架元件636与齿圏元件644持续地连接。第四互连元件676 将中心齿轮元件622与变速器壳体660持续地连接。 第一扭矩传递装置(例如，输入离合器650)有选择地将 中心齿轮元件642与输入元件17连接。第二扭矩传递装置(例如，制 动器655 )与电动机/发电机682并联，以有选择地制动其旋转。第一和 第二扭矩传递装置650和655用于辅助混合动力变速器614的操作;溪式 的选择。 混合变速器614从发动机12接收动力，还与可操作地连 接到控制器688的电源686交换动力。 参考图8a,所示动力系710包括连接到总地由标记714表 示的改进型电动无级变速器的发动机12。变速器714设计成从发动机 12接收其至少一部分驱动动力。 如图所示，发动机12具有用作变速器714的输入元件17 的输出轴。在发动机12与变速器的输入元件17之间还可使用瞬时扭矩 减振器(未示出)。 与将发动机12连接到变速器输入元件17的方法无关，变 速器输入元件17可操作地连接到变速器714中的行星齿轮组。变速器 714的输出元件19连接到主减速器16。 变速器输出元件19与行星架元件746持续地连接。第一 互连元件770将齿圈元件724与中心齿轮元件732持续地连接。笫二互 连元件772将中心齿轮元件722与行星架元件736持续地连接。第三互 连元件774将齿圈元件734与中心齿轮元件742持续地连接。第四互连 元件776将行星架元件726与变速器壳体760持续地连接。 变速器714还分别包括第一和第二电动机/发电机780和 782。第一电动机/发电机780的定子固定到变速器壳体760上。笫一电 动机/发电机780的转子固定到中心齿轮元件722上。第二电动机/发电 机782的定子也固定到变速器壳体760上。第二电动机/发电机782的转 子固定到齿圏元件744上。 混合变速器714从发动才几12接收动力，还从可操作地连 接到控制器788的电源786接收动力。 如上所述，在图8b的操作模式表和固定传动比模式表中 示出了扭矩传递装置的接合策略。图8b还提供了利用借助于图8b的实 例给出的齿圈/中心齿轮齿数比可获得的扭矩比实例。NR1/NS1值为行星 齿轮组720的齿数比；NR2/Ns2值为行星齿轮组730的齿数比；NR3/NS3 值为行星齿轮组740的齿数比。
第九具体实施例的描述 与将发动机12连接到变速器输入元件17的方法无关，变 速器输入元件17可操作地连接到变速器814中的行星齿轮组。变速器 814的输出元件19连接到主减速器16。 行星齿轮组830也具有环绕内中心齿轮元件832的外齿圈 元件834。行星架元件836中也可旋转地支撑多个行星齿轮837,使得 各行星齿轮元件837同时与行星齿轮组830的内中心齿轮元件832和外 齿圏元件834都啮合。 行星齿轮组840也具有环绕内中心齿轮元件842的外齿圈 元件844。行星架元件846中也可旋转地支撑多个行星齿轮847,使得 各行星齿轮元件847同时与行星齿轮组840的内中心齿轮元件842和外 齿圈元件844都啮合。 第一扭矩传递装置(例如，输入离合器850)有选择地将 齿圈元件834与输入元件17连接。第二扭矩传递装置(例如，输入离 合器852 )有选择地将行星架元件846与输入元件17连接。第三扭矩传 递装置(例如，制动器854 )有选择地将齿圏元件834与变速器壳体860 连接。第四扭矩传递装置(例如，制动器855 )与电动机/发电机880并联，以有选择地制动其旋转。第一、第二、第三和第四扭矩传递装置850、 852、 854和855用于辅助混合变速器814的操作才莫式的选择。 参考

图10a,所示动力系910包括连接到总地由标记914 表示的改进型电动无级变速器的发动机12。变速器914设计成从发动机 12接收其至少一部分驱动动力。 笫一扭矩传递装置(例如，输入离合器950)有选择地将 中心齿轮元件922与输入元件17连接。第二扭矩传递装置(例如，输 入离合器952)有选择地将行星架元件926与输入元件17连接。第三扭 矩传递装置(例如，制动器955 )与电动机/发电机980并联，以有选择 地制动其旋转。第四扭矩传递装置(例如，制动器957)与电动机/发电 机982并联，以有选择地制动其旋转。第一、第二、第三和第四扭矩传 递装置950、 952、 955和957用于辅助混合变速器914的操作沖莫式的选 择。 混合变速器914从发动机12接收动力，还与可操作地连 接到控制器988的电源986交换动力。
00205图10b的操作模式表示出了变速器914五个操作模式的离 合接合、电动机/发电机状况及输出/输入比。这些才莫式包括如前所述的 "电池倒车模式，，(Batt Rev) 、 "EVT倒车模式，，(EVT Rev)、"倒 车和前进起动模式，，、"无级变速器范围模式"(范围1.1、 1.2、 1.3…) 和"固定传动比冲莫式"(Fl、 F2、 F3和F4)。
变速器1114还分别包括第一和第二电动机/发电机1180 和1182。笫一电动机/发电机1180的定子固定到变速器壳体1160上。 第一电动机/发电机1180的转子固定到行星架元件1126上。笫二电动机 /发电机1182的定子也固定到变速器壳体1160上。第二电动机/发电机 1182的转子固定到中心齿轮元件1122上。 第一扭矩传递装置(例如，输入离合器1150 )有选择地将 中心齿轮元件1132与输入元件17连接。第二扭矩传递装置(例如，输 入离合器1152)有选择地将行星架元件1146与输入元件17连接。第三 扭矩传递装置(例如，制动器1154)有选择地将中心齿轮元件1132与 变速器壳体1160连接。第四扭矩传递装置(例如，制动器1155)与电 动机/发电机1182并联，以有选择地制动其旋转。第一、第二、第三和 第四扭矩传递装置1150、 1152、 1154和1155用于辅助混合变速器1114
的操作模式的选择。 混合变速器1114从发动机12接收动力，还与可操作地连 接到控制器1188的电源1186交换动力。 如上所述，在图12b的操作模式表和固定传动比模式表中 示出了扭矩传递装置的接合策略。图12b还提供了利用借助于图12b的 实例给出的齿圏/中心齿轮齿数比可获得的扭矩比实例。NR1/NS1值为行 星齿轮组1120的齿数比；NR2/NS2值为行星齿轮组1130的齿数比； NR3/Ns3值为行星齿轮组1140的齿数比。图12b的图表还描述了利用给 出的齿数比样例得到的传动比步长。例如，第一与第二固定前进扭矩比 之间的传动比步长为1.72,传动比跨度为4.03。
第十三具体实施例的描述 参考图13a,所示动力系1210包括连接到总地由标记1214 表示的改进型电动无级变速器的发动机12。变速器1214设计成从发动 机12接收其至少一部分驱动动力。[00232如图所示，发动机12具有用作变速器1214的输入元件17 的输出轴。在发动机12与变速器的输入元件17之间还可使用瞬时扭矩 减振器(未示出)。
行星齿轮组1230也具有环绕内中心齿4仑元件1232的外齿 圈元件1234。行星架元件1236内也可旋转地支撑多个行星齿轮1237, 使得各行星齿轮1237同时与行星齿轮组1230的外齿圏元件1234和内 中心齿轮元件1232都啮合。
行星齿轮组1240也具有环绕内中心齿轮元件1242的外齿 圏元件1244。行星架元件1246中也可旋转地支撑多个行星齿轮1247, 使得各行星齿轮元件1247同时与行星齿轮组1240的内中心齿轮元件 1242和外齿圏元件1244都啮合。 变速器输出元件19与齿圈元件1244持续地连接。第一互 连元件1270将齿圏元件1224与行星架元件1232持续地连接。第二互 连元件1272将行星架元件1226与行星架元件1236持续地连接。第三 互连元件1274将齿圏元件1234与齿圏元件1244持续地连接。第四互 连元件1276将中心齿轮元件1222与中心齿轮元件1242持续地连接。 第二电动机/发电机1282的定子也固定到变速器壳体1260 上。第二电动机/发电机1282的转子固定到中心齿轮元件1222上。 笫一扭矩传递装置(例如，输入离合器1250 )有选择地将 行星架元件1246与输入元件17连接。笫二扭矩传递装置(例如，输入离合器1252)有选择地将中心齿轮元件1222与行星架元件1226连接。 第三扭矩传递装置(例如，制动器1254)有选择地将行星架元件1226 与变速器壳体1260连接。第四扭矩传递装置(例如，制动器1255 )与 电动机/发电机1280并联，以有选择地制动其旋转。第五扭矩传递装置 (例如，制动器1257)与电动机/发电机1282并联，以有选择地制动其 旋转。第一、第二、第三、第四和第五扭矩传递装置1250、 1252、 1254、 1255和1257以及爪形离合器1292用于辅助混合变速器1214的操作模 式的选择。 混合变速器1214从发动机12接收动力，还与可操作地连 接到控制器1288的电源1286交换动力。 如上所述，在图13b的操作模式表和固定传动比模式表中 示出了扭矩传递装置的接合策略。图13b还提供了利用借助于图13b的 实例给出的齿圈/中心齿轮齿数比可获得的扭矩比实例。NR1/NS1值为行 星齿轮组1220的齿数比；NR2/NS2值为行星齿轮组1230的齿数比； N^/Ns3值为行星齿轮组1240的齿数比。图13b的图表还描述了利用给 出的齿数比样例得到的传动比步长。例如，第一与第二固定前进扭矩比 之间的传动比步长为1.69,传动比3争度为6.65。 权利要求中，"持续地连接"指的是直接连接或按比例地 齿轮连接，例如偏轴传动。同样，"固定元件"或"接地"可包括变速 器壳体(箱)或任意其它非旋转组件。并且，当扭矩传递机构说成将某 元件连接到齿轮组的元件时，其也可连接到将其与该元件相连的互连元 件上。还应当理解，在所附权利要求范围内，可组合本发明不同实施例 的不同特征。 尽管公开了本发明的各种优选实施例，但是本领域的技术 人员应当理解，本发明的概念可以有多种变化。因此，本发明的范围不 限于所示和所述的细节，而是包括在所附权利要求范围内的所有变形和修改。
权利要求
1.一种电动无级变速器，包括从发动机接收动力的输入元件；输出元件；第一和第二电动机/发电机；第一、第二和第三差速齿轮组，各差速齿轮组都具有第一、第二和第三元件；所述输入元件与所述齿轮组的至少一个元件有选择地连接，所述输出元件与所述齿轮组的另一元件持续地连接；第一互连元件，其将所述第一齿轮组的所述第一元件与所述第二齿轮组的所述第一元件持续地连接；第二互连元件，其将所述第一齿轮组的所述第二元件与所述第二齿轮组的所述第二元件持续地连接；第三互连元件，其将所述第二齿轮组的所述第三元件与所述第三齿轮组的所述第一元件持续地连接；第四互连元件，其将所述第一、第二或第三齿轮组的元件与所述第三齿轮组的另一元件或与固定元件持续地连接；所述第一电动机/发电机通过爪形离合器与所述第一、第二或第三齿轮组的元件持续地或有选择地连接；所述第二电动机/发电机与所述第一、第二或第三齿轮组的元件持续地连接；以及第一扭矩传递装置，其有选择地将所述第一、第二或第三齿轮组的元件与所述输入元件连接；第二扭矩传递装置，其有选择地将所述第一、第二或第三齿轮组的另一元件与所述输入元件或固定元件连接；第三扭矩传递装置，其有选择地将所述第一、第二或第三齿轮组的元件与所述固定元件连接；第四扭矩传递装置，其与所述第一和第二电动机/发电机中的一个并联连接，以有选择地防止其旋转；并且其中所述第一、第二、第三和第四扭矩传递装置可接合，以给电动无级变速器提供连续可变范围的传动比以及多达四个的固定前进传动比。
2. 如权利要求l所述的电动无级变速器，其中所述第一、第二和第 三差速齿轮组为行星齿轮组。
3. 如权利要求2所述的电动无级变速器，其中各所述行星齿轮组的 所述行星架元件为单小齿轮行星架元件。
4. 如权利要求2所述的电动无级变速器，其中各所述行星齿轮组的 至少一个行星架元件为双小齿轮行星架元件。
5. 如权利要求l所述的电动无级变速器，其中所述第一、第二、第 三和第四扭矩传递装置以及所述第一和第二电动机/发电机可操作，以在所述电动无级变速器中提供五个操作模式，包括电池倒车模式、EVT倒 车模式、倒车和前进起动模式、无级变速器范围模式及固定传动比模式。
6. 如权利要求l所述的电动无级变速器，还包括 第五扭矩传递装置，其与所述第一和第二电动机/发电机中的另一个并联连接，以有选择地防止其旋转；并且其中所述第一、第二、第三、第四和第五扭矩传递装置以及所述第 一和第二电动机/发电机可操作，以在所述电动无级变速器中提供五个操 作模式，包括电池倒车模式、EVT倒车模式、倒车和前进起动模式、无 级变速器范围模式及固定传动比模式。
7. —种电动无级变速器，包括 从发动机接收动力的输入元件； 專俞出元件；第一和第二电动机/发电机；第一、第二和第三差速齿轮组，各差速齿轮组都具有第一、第二和 第三元件；所述输入元件与所述齿轮组的至少一个元件有选择地连接，所述输 出元件与所述齿轮组的另 一元件持续地连接；第 一互连元件，其将所述第 一齿轮组的所述第 一元件与所述第二齿 轮组的所述第 一 元件持续地连接；笫二互连元件，其将所述第一齿轮组的所述第二元件与所述第二齿 轮组的所述第二元件持续地连接；第三互连元件，其将所述第二齿轮组的所述第三元件与所述第三齿 轮组的所述第一元件持续地连接；第四互连元件，其将所述第一、第二或第三齿轮组的元件与所述第三齿轮组的另一元件或与固定元件持续地连接；所述第一电动机/发电机通过爪形离合器与所述第一、第二或第三齿 轮组的元件持续地或有选择地连接；所述笫二电动机/发电机与所述第一、第二或第三齿轮组的元件持续 地连接；以及笫一、第二、笫三和第四扭矩传递装置，用于将所述第一、第二或 第三齿轮组的所述元件与固定元件、与所述输入元件或与所述齿轮组的 其它元件有选择地连接，所述第一、第二、第三和第四扭矩传递装置可续可变范围的传动比以及多达四个的固定前进传动比。
8. 如权利要求7所述的电动无级变速器，其中所述第一、笫二和第 三差速齿轮组为行星齿轮组，所述第一扭矩传递装置有选择地将所述第 一、笫二或第三齿轮组的元件与所述输入元件连接。
9. 如权利要求8所述的电动无级变速器，其中所述第二扭矩传递装 置有选择地将所述第 一、第二或第三齿轮组的另 一元件与所述输入元件 或固定元件连接。
10. 如权利要求8所述的电动无级变速器，其中所述第二扭矩传递 装置有选择地将所述第一或第二齿轮组的元件与所述第一或第三齿轮 组的另一元件连4^。
11. 如权利要求9所述的电动无级变速器，其中所述第三扭矩传递 装置有选择地将所述第一、第二或第三齿轮组的元件与所述固定元件连 接。
12. 如权利要求ll所述的电动无级变速器，其中所述第四扭矩传递 装置与所述第一和第二电动机/发电机中的一个并联连接，以有选择地防 止其旋转。
13. 如权利要求12所述的电动无级变速器，还包括 第五扭矩传递装置，其与所述第一和第二电动机/发电机中的另一个并联连接，以有选择地防止其旋转。
14. 如权利要求8所述的电动无级变速器，其中各所述行星齿轮组 的所述行星架元件为单小齿轮行星架元件。
15. 如权利要求8所述的电动无级变速器，其中各所述行星齿轮组 的至少 一 个行星架元件为双小齿轮行星架元件。
16. —种电动无级变速器，包括 ,人发动才几接收动力的输入元件； 输出元件；第一和第二电动机/发电机；第一、第二和第三差速齿轮组，各差速齿轮组都具有第一、第二和 第三元件；所述输入元件与所述齿轮组的至少一个元件有选择地连接，所述输 出元件与所述齿轮组的另 一元件持续地连接；第一互连元件，其将所述第一齿轮组的所述第一元件与所述第二齿 轮组的所述第一元件持续地连接；第二互连元件，其将所述第 一齿轮组的所述第二元件与所述第二齿 轮组的所述第二元件持续地连接；第三互连元件，其将所述第二齿轮组的所述第三元件与所述第三齿 轮组的所述第一元件持续地连接；第四互连元件，其将所述第一、第二或第三齿轮组的元件与所述第 三齿轮组的另一元件或与固定元件持续地连接；所述第 一电动机/发电机通过爪形离合器与所述第 一、第二或第三齿 轮组的元件持续地或有选择地连接；所述第二电动机/发电机与所述第一、第二或第三齿轮组的元件持续地连接；以及第一扭矩传递装置，其有选择地将所述第 元件与所述输入元件连接；第二扭矩传递装置，其有选择地将所述第件与所述第 一或第三齿轮组的另 一元件连接； 第三扭矩传递装置，其有选择地将所述第 元件纟妻地；第四扭矩传递装置，其与所述第一和第二电动机/发电机中的一个并 联连接，以有选择地防止其旋转；并且其中所述笫一、第二、第三和第四扭矩传递装置可接合，以给电动 无级变速器提供连续可变范围的传动比以及多达四个的固定前进传动比。
17. 如权利要求16所述的电动无级变速器，还包括一、第二或第三齿轮组的 一或第二齿轮组的另一元 一、第二或第三齿轮组的第五扭矩传递装置，其与所述第一和第二电动机/发电机中的一个并 联连接，以有选择地防止其旋转。
18. —种电动无级变速器，包括 ,人发动机接收动力的输入元件； 输出元件；第一和笫二电动机/发电机；第一、第二和第三差速齿轮组，各差速齿轮组都具有第一、第二和 第三元件；所述输入元件与所述齿轮组的至少一个元件有选择地连接，所述输 出元件与所述齿轮组的另 一元件持续地连接；笫一互连元件，其将所述第一齿轮组的所述第一元件与所述第二齿 轮组的所述第一元件持续地连接；第二互连元件，其将所述第 一齿轮组的所述第二元件与所述第二齿 轮组的所述第二元件持续地连接；第三互连元件，其将所述第二齿轮组的所述第三元件与所述第三齿 轮组的所述第 一元件持续地连接；第四互连元件，其将所述第一、第二或第三齿轮组的元件与所述第 三齿轮组的另一元件或与固定元件持续地连接；所述笫一电动机/发电机与所述第一、第二或第三齿轮组的元件持续 地连接；所述第二电动机/发电机与所述第 一、第二或第三齿轮組的另 一元件 持续地连接；以及第一扭矩传递装置，其有选择地将所述第一、第二或第三齿轮组的 元件与所述输入元件连接；第二扭矩传递装置，其有选择地将所述第一、第二或第三齿轮组的另一元件与固定元件连接；并且其中所述第一和第二扭矩传递装置以及所述第一和第二电动机/发 电机可操作，以提供具有五个操作模式的电动无级变速器，所述五个操 作模式包括电池倒车模式、EVT倒车模式、倒车和前进起动模式、无级 变速器范围模式、及固定传动比模式和固定前进传动比模式。
全文摘要
本发明的电动无级变速器系列提供了低容积低成本的电动无级变速器机构，包括第一、第二和第三差速齿轮组、电池、交替用作电动机或发电机的两个电动机械、多达五个的可选扭矩传递装置以及可能还有爪形离合器。所述可选扭矩传递装置可接合，以给EVT提供连续可变速度范围(包括倒车)和多达四个的机械固定前进传动比。所述扭矩传递装置以及第一和第二电动机/发电机可操作，以在电动无级变速器中提供五个操作模式，包括电池倒车模式、EVT倒车模式、倒车和前进起动模式、无级变速器范围模式以及固定传动比模式。
文档编号F16H3/72GK101321971SQ200680045331
公开日2008年12月10日 申请日期2006年10月17日 优先权日2005年12月2日
发明者M·拉哈文, N·K·布克诺尔 申请人:通用汽车环球科技运作公司