专利名称：无级变速传动机构的制作方法
技术领域：
本申请涉及传动技术，特别涉及采用电磁耦合方式的ー种无级变速传动机构。
背景技术：
现有技术中，混合动カ汽车采用的无级变速传动方式通常包括串联式、并联式、以及混联式这三种。串联式是指将发动机、发电机、电动机顺序串联为一路，并由发电机将发动机产生的能量全部转变为电能、再由电动机将电能转变为机械能驱动车轮。并联式是指将发动机和电动机分别置为两路，并由发动机直接产生 用作动カ输出的机械能，而电动机则只有在发动机需要助力时才将动カ电池提供的电能转变为用作动カ输出的机械能。混联式是指由ー动カ分配装置将发动机产生的能量分为两路，其中一路用作动カ输出的机械能，另一路提供给发电机转换为电能、并由电动机在发动机需要助力时再将电能转换为用作动カ输出的机械能。在上述三种传动方式中串联式能够使发动机与车轮之间直接的机械连接，因而使得发动机能够持续在高效率点工作、并由电动机依据负载状况来调节对车轮的驱动カ大小；但是，串联式需要经过两次能量转换，因而使得能量的利用率不高，而且，串联式无法实现发动机与电动机的动カ汇流；并联式能够减少能量转换的环节，因而能够具有相对高的能量利用率，而且，并联式能够实现发动机与电动机的动カ汇流；但是，并联式需要发动机与车轮之间存在直接的机械连接、并由发动机来调节驱动カ的大小，因而使得发动机无法保持在高效率点工作；混联式能够结合串联式和并联式的优点，但是，混联式的结构复杂、成本过高；而且，串联式和混联式需要设置独立的发电机，并联式和混联式需要设置动カ汇流器，混联式需要设置特制的动カ分配装置，以及，串联式、并联式、以及混联式均需要设置发动机启动器。可见，无论是现有技术中的哪ー种无级变速传动方式，都无法同时将发电、电动、維持发动机高效率点工作、动カ汇流、发动机启动等多种功能集于一体，以致传动机构的结构复杂、制造成本偏高。
实用新型内容有鉴于此，本申请提供了一种无级变速传动机构，以将发电、电动、維持发动机高效率点工作、动カ汇流、发动机启动等多种功能集于一体，以简化结构并节省成本。本实用新型提供的一种无级变速传动机构，包括ー主定子，其一个端面具有的定子绕组与电机控制器电气连接，电机控制器与动カ电池电气连接；[0015]ー主转子，其位于主定子具有定子绕组的ー个端面的外侧；其中，主转子在朝向主定子和背向主定子的两个端面均产生磁力线；ー个复合转子，其位于主转子背向主定子的一个端面的外侧；其中，复合转子具有可通过切割磁力线使该复合转子与主转子电磁耦合的自励绕组；ー调速器，其位于复合转子背向主转子的一个端面的外侧；—输入轴，其与发动机传动连接；ー复合转子轴，其一端通过调速器与输入轴转动连接、另一端与复合转子固定连接； 一输出轴，其一端与主转子固定连接、并与复合转子轴固定连接复合转子的另ー端同轴转动连接，另一端穿过主定子、并与主減速器传动连接。可选地，输入轴的一端通过离合器60与发动机的驱动轴相连。或者,输入轴的一端直接与发动机的驱动轴相连。可选地,输出轴的另一端固定有主输出齿圈、并通过主输出齿圈与主减速器传动连接。或者，输出轴的另一端的周面形成有螺纹、并通过螺纹与主減速器传动连接。优选地，主转子进一歩与副減速器传动连接。可选地，主转子进一歩固定有副输出齿圈、并通过副输出齿圈与副减速器传动连接。可选地，输出轴的前述一端通过内嵌轴承与复合转子轴固定连接复合转子的前述另一端实现同轴转动连接。优选地，进ー步包括相对置的两个端座；主定子、主转子、复合转子位于两个端座之间；复合转子轴通过轴承支撑于靠近复合转子的ー个端座、输出轴通过轴承支撑于靠近主定子的另ー个端座；调速器由惰轮、嵌合在惰轮内圈的太阳轮、以及套合在惰轮外圈的外齿圈构成，其中，惰轮固定装设在靠近复合转子的ー个端座、太阳轮与复合转子轴的前述一端固定连接、外齿圈与输入轴固定连接。优选地，主定子的内腔中进ー步装设有旋转变压器，旋转变压器具有固定于主定子的内腔的旋变器定子、以及固定于输出轴的旋变器转子，且旋变器定子所具有的旋变器定子绕组与电机控制器电气连接。由此可见，在本申请所提供的无级变速传动机构中，主定子和主转子采用的轴向间隙式结构能够集成发电机和电动机功能；而且，本申请所提供的无级变速传动机构能够基于复合转子与主转子的电磁耦合实现无级变速传动，并且，主转子和主定子所集成的发电机和电动机功能能够将发动机维持在高效率点工作、并实现动カ汇流和发电，以及，主转子和主定子所集成的电动机功能还能够用于启动发动机、主转子和主定子所集成的发电机功能还能够实现能量回收。因此，本申请所提供的无级变速传动机构无需设置相分离的发电机和电动机，也无需设置变速器、功率汇流器、发动机启动器等元器件，从而能够以相对简化的结构和相对低的成本将发电、电动、維持发动机高效率点工作、动カ汇流、发动机启动等多种功能集于一体。
图I为本申请实施例中无级变速传动机构的剖面视图；图2为如图I所示的无级变速传动机构在处于发动机和电动机混合驱动模式时的原理示意图；图3为如图I所示的无级变速传动机构在处于发动机単独驱动模式时的原理示意图；图4为如图I所示的无级变速传动机构在处于发动机驱动并辅以发电机发电模式时的原理示意图；图5为如图I所示的无级变速传动机构在处于发动机启动模式时的原理示意图；图6为如图I所示的无级变速传动机构在处于电动机単独驱动模式时的原理示意图；图I为如图I所示的无级变速传动机构在处于能量回收模式时的原理示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下參照附图并举实施例，对本实用新型进ー步详细说明。图I为本申请实施例中无级变速传动机构的剖面视图。请參见图1，本实施例中的无级变速传动机构包括—主定子11，其一个端面所具有的定子绕组110与电机控制器(图I中未示出)电气连接，电机控制器与动カ电池(图I中未示出)电气连接；一主转子12，其位于主定子11具有定子绕组110的一个端面的外侧；其中，主转子12在朝向主定子11和背向主定子11的两个端面均产生磁力线，实际应用中，本领域技术人员可以采用任意方式在主转子12设置满足该条件的磁极，本文不再赘述；ー个复合转子13，其位于主转子12背向主定子11的一个端面的外侧；其中，复合转子13朝向主转子12的一个端面具有可通过切割磁力线使该复合转子13与主转子12电磁耦合的自励绕组130 ；一调速器14，其位于复合转子13背向主转子12的一个端面的外侧；一输入轴20,其与发动机传动连接；ー复合转子轴21，其一端通过调速器14与输入轴20转动连接、另一端与复合转子13固定连接；一输出轴22，其一端与主转子12固定连接、并与复合转子轴21固定连接复合转子13的另一端同轴转动连接，另一端穿过主定子11、并与主減速器(图I中未示出)传动连接。实际应用中，输入轴20与发动机之间的传动连接可以采用多种方式。例如，将输入轴20通过离合器60 (图I中未示出)与发动机的驱动轴相连，离合器60可以示例如湿式离合器60、干式的自动或手动离合器60等任意一种现有的离合器60。再例如，不采用离合器60、而是将输入轴20直接与发动机的驱动轴相连。对于所有可能的传动连接方式，本文就不再一一列举，但无论采用哪ー种传动连接方式，输入轴20都能够在需要时接收发动机输出的动力。同样地，输出轴22与主减速器的传动连接也可以米用多种方式。例如,在输出轴22穿过主定子11的前述另一端固定ー主输出齿圈(图I中未示出)、并使输出轴22的前述另一端通过主输出齿圈与主減速器传动连接。再例如，在输出轴22穿过主定子11的前述另ー端的表面形成螺纹(图I中未示出)、并使输出轴22的前述另一端通过螺纹与主減速器传动连接。对于所有可能的传动连接方式，本文就不再一一列举，但无论采用哪种传动连接方式，输出轴22都能够通过主減速器输出动力，并能够在主減速器的驱使下实现驻车或制动状态。优选地，除了通过输出轴22输出动力之外，还可以同时利用主转子12输出动力，这样，即可通过输出轴22和主转子12输出的动カ分别驱动前车轮轴和后车轮轴，即双轴驱动。此时，就需要主转子12与副减速器(图I中未示出)传动连接。与输出轴22同理，主转子12与副减速器的传动连接也可以采用多种方式。例如，主转子12可以固定有一副输出齿圈(图I中未示出)、并通过副输出齿圈与副减速器传动连接。对于所有可能的传动连接方式，本文就不再一一列举，但无论采用哪种传动连接方式，主转子12都能够通过減速器输出动力。其中，上述的主输出齿圈和副输出齿圈可以是例如齿轮式、或传送带式、或摩擦锥环式齿圈等任意一种现有的齿圈。 另外，输出轴22与复合转子轴21的同轴转动连接也可以采用多种方式。例如，像如图I所示的那样，在输出轴22的前述一端装设ー内嵌轴承30，以使复合转子轴22的前述另一端通过内嵌轴承30与复合转子轴21固定连接复合转子13的前述另一端实现同轴转动连接。对于所有可能的传动连接方式，本文就不再一一列举，但无论采用哪种传动连接方式，只要确保输出轴22与复合转子轴21之间能够同轴转动即可。基于上述结构，请在參见图I的同时再结合图2至图4 :当负载高于发动机在高效率点工作的输出动力吋，本实施例中的无级变速传动机构可以切換至如图2所示的发动机和电动机混合驱动模式，此时，发动机通过输入轴20和复合转子轴21驱动复合转子13旋转、并使复合转子13与主转子12之间产生相对转动，从而使复合转子13与主转子12电磁耦合、并带动主转子12旋转，与此同吋，电机控制器向主定子11和主转子12所集成的电动机输出电能、并由主定子11驱使主转子12旋转，从而，使得发动机的输出动力与主定子11和主转子12构成的电动机的输出动力均汇聚在主转子12，此后，由主转子12传递至输出轴22、再由输出轴22通过主减速器50将汇聚的发动机和电动机的输出动力传动至车轮。当然，若采用双轴驱动，主转子12也可以在输出轴22通过主減速器50输出动力的同时，还通过副减速器输出动力(图2中未示出双轴驱动的情況)。当负载等于发动机在高效率点工作的输出能量时，本实施例中的无级变速传动机构可以切換至如图3所示的发动机単独驱动模式，此时，发动机通过输入轴20和复合转子轴21驱动复合转子13旋转、并使复合转子13与主转子12之间产生相对转动，从而使复合转子13与主转子12电磁耦合、并带动主转子12旋转，以使满足负载的输出动力由主转子11传递至输出轴22、再由输出轴22通过主减速器50传动至车轮；在此期间内，电机控制器既不向主定子11和主转子12所集成的电动机输出电能、也不从主定子11和主转子12所集成的发电机接收电能。当然，若采用双轴驱动，主转子12也可以在输出轴22通过主减速器50输出动力的同时，还通过副减速器输出动力(图3中未示出双轴驱动的情況)。当负载低于发动机在高效率点工作的输出动カ时，本实施例中的无级变速传动机构可以切換至如图4所示的发动机驱动并辅以发电机发电模式，此时，发动机通过输入轴20和复合转子轴21驱动复合转子13旋转、并使复合转子13与主转子12之间产生相对转动，从而使复合转子13与主转子12电磁耦合、并带动主转子12旋转，以使满足负载的一部分动カ由主转子11传递至输出轴22、再由输出轴22通过主减速器50传动至车轮，而另一部分动カ则被主定子11和主转子12所集成的发电机转换为电能、并经过电机控制器到达动カ电池；在此期间内，电机控制器并不向主定子11和主转子12所集成的电动机输出电能、但能够从主定子11和主转子12所集成的发电机接收电能。当然，若采用双轴驱动，主转子12也可以在输出轴22通过主减速器50输出动力的同时，还通过副减速器输出动力(图4中未示出双轴驱动的情況)。由此可见，本实施例中的无级变速传动机构在发动机与车轮之间没有直接的机械连接，而是借助主定子11和主转子12所集成的电动机来实现发动机至车轮的无级变速传动，因而可以通过主定子11和主转子12所集成的电动机对输出动カ的调节而使发动机持续在高效率点工作；而且，还能够在负载高于发动机的输出动力时无需动カ汇流器即可实现发动机和电动机的动カ汇流，以及，在负载低于发动机的输出动カ时利用主定子11和主转子12所集成的发电机实现发电。 请在參见图I的同时再结合图5,当需要启动发动机时,本实施例中的无级变速传动机构可以切换至如图5所示的发动机启动模式，此时，可先由电机控制器向主定子11和主转子12所集成的电动机输出电能，以启动主定子11和主转子12所集成的电动机，然后，主转子12与复合转子13之间即产生相对转动，从而使复合转子13与主转子12电磁耦合、并被主转子12带动旋转，从而，复合转子13旋转所产生的动カ即可通过复合转子轴21和输入轴20传递至发动机，以使发动机启动。由此可见，本实施例中的无级变速传动机构无需发动机启动器即可启动发动机。请在參见图I的同时再结合图6，当需要由主定子11和主转子12集成的电动机単独驱动时，本实施例中的无级变速传动机构可以切換至如图6所示的电动机単独驱动模式，此时，电机控制器向主定子11和主转子12所集成的电动机输出电能、并由主定子11驱使主转子12旋转，并由主转子12将电动机的输出动力传递至输出轴22、并由输出轴22通过主减速器50输出至车轮。当然，若采用双轴驱动，主转子12也可以在输出轴22通过主減速器50输出动力的同时，还通过副减速器输出动力(图6中未示出双轴驱动的情況)。对于电动机单独驱动模式来说，当负载高于电动机的输出动力、或动カ电池电カ不足时，可以切换至如图3所示的发动机和电动机混合驱动模式。另外，在电动机単独驱动模式下，复合转子13也会由干与主转子12电磁耦合而产生空转损耗，因此，优选地利用离合器60实现输入轴20与发动机传动连接，这样能够在电动机单独驱动时将发动机与输入轴20断开、以避免发动机随电动机的运行而空转；为了尽可能減少发动机在非高效率点工作，优选地在电动机単独驱动模式下运行车辆倒档、以及车辆怠速和制动。当运行倒档时，只需改变电机控制器的三相输出电流的相序即可。当车辆怠速和制动时，请在參见图I的同时再结合图7，本实施例中的无级变速传动机构可以切换至如图7所示的能量回收模式，此时，主定子11和主转子12即作为发电机，并将输出轴22在怠速和制动时传递而来的机械能转换为电能传递至电机控制器，并由电机控制器将电能充入动力电池。另外，为了避免发动机由于怠速和制动而反复启动和熄火引起的损耗，优选地利用离合器60实现输入轴20与发动机传动连接，这样能够在能量回收驱动时将发动机与输入轴20断开、并保持发动机的启动状态。基于上述说明可见，在上述的无级变速传动机构中主定子11和主转子12采用的轴向间隙式结构能够集成发电机和电动机功能；复合转子13与主转子12之间的电磁耦合能够将发动机与集成的发电机和电动机相耦合，因而不但能够实现无级变速传动，还能够利用主转子12和主定子11所集成的发电机和电动机功能将发动机維持在高效率点工作、并实现能量回收和动カ汇流，以及，利用主转子12和主定子11所集成的电动机功能来启动发动机。从而，上述无级变速传动机构无需设置相分离的发电机和电动机，也无需设置变 速器、功率汇流器、发动机启动器等元器件，从而能够以相对简化的结构和相对低的成本将发电、电动、維持发动机高效率点工作、动カ汇流、发动机启动等多种功能集于一体。进ー步优选地，本实施例为了便于复合转子轴21和输出轴22的支撑、以及调速器14的装设，可以在上述的无级变速传动机构中进一步设置相对置的两个端座40 ;主定子
11、主转子12、复合转子13位于两个端座40之间；复合转子轴21通过轴承210支撑于靠近复合转子13的ー个端座40 ;输出轴22通过轴承220支撑于靠近主定子11的另ー个端座40 ;调速器14由惰轮140、嵌合在惰轮140内圈的太阳轮141、以及套合在惰轮外圈的外齿圈142构成，其中，惰轮143固定装设在靠近复合转子轴的ー个端座40、太阳轮142与复合转子轴21的前述一端固定连接、外齿圈142则与输入轴20固定连接。需要说明的是，在图I中是以两个端座40通过ー罩壳一体成型为ー框体、且主定子11与该框体一体成型为例，但实际应用中并不限于此。进ー步优选地，本实施例可以在主定子11的内腔中进ー步装设有与电机控制器电气连接的旋转变压器(图I未示出)，用于向电机控制器输出位置及温度信号等。具体说，旋转变压器具有的旋变器定子可以固定于主定子11的内腔中、甚至可以一体成型于主定子11的内腔中，而旋转变压器所具有的旋变器转子则可以固定于输出轴22，且旋变器定子所具有的旋变器定子绕组与电机控制器电气连接。另补充说明的是，本实施例是无级变速传动机构应用于混合动カ汽车为例，但该无级变速传动机构也可应用于增程式电动汽车或其他机电领域。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。
权利要求1.一种无级变速传动机构，其特征在于，包括 ー主定子，其一个端面具有的定子绕组与电机控制器电气连接，电机控制器与动カ电池电气连接； ー主转子，其位于主定子具有定子绕组的ー个端面的外側；其中，主转子在朝向主定子和背向主定子的两个端面均产生磁力线； ー个复合转子，其位于主转子背向主定子的一个端面的外側；其中，复合转子具有可通过切割磁力线使该复合转子与主转子电磁耦合的自励绕组； ー调速器，其位于复合转子背向主转子的一个端面的外侧； 一输入轴，其与发动机传动连接； ー复合转子轴，其一端通过调速器与输入轴转动连接、另一端与复合转子固定连接； 一输出轴，其一端与主转子固定连接、并与复合转子轴固定连接复合转子的另一端同轴转动连接，另一端穿过主定子、并与主減速器传动连接。
2.根据权利要求I所述的无级变速传动机构，其特征在干，输入轴的一端通过离合器60与发动机的驱动轴相连。
3.根据权利要求I所述的无级变速传动机构，其特征在干，输入轴的一端直接与发动机的驱动轴相连。
4.根据权利要求I所述的无级变速传动机构，其特征在于，输出轴的另一端固定有主输出齿圈、并通过主输出齿圈与主減速器传动连接。
5.根据权利要求I所述的无级变速传动机构，其特征在于，输出轴的另一端的周面形成有螺纹、并通过螺纹与主減速器传动连接。
6.根据权利要求I所述的无级变速传动机构，其特征在于，主转子进一歩与副減速器传动连接。
7.根据权利要求6所述的无级变速传动机构，其特征在于，主转子进一歩固定有副输出齿圈、并通过副输出齿圈与副减速器传动连接。
8.根据权利要求I所述的无级变速传动机构，其特征在干，输出轴的前述一端通过内嵌轴承与复合转子轴固定连接复合转子的前述另一端实现同轴转动连接。
9.根据权利要求I所述的无级变速传动机构，其特征在干，进ー步包括相对置的两个端座；主定子、主转子、复合转子位于两个端座之间；复合转子轴通过轴承支撑于靠近复合转子的ー个端座、输出轴通过轴承支撑于靠近主定子的另ー个端座；调速器由惰轮、嵌合在惰轮内圈的太阳轮、以及套合在惰轮外圈的外齿圈构成，其中，惰轮固定装设在靠近复合转子的ー个端座、太阳轮与复合转子轴的前述一端固定连接、外齿圈与输入轴固定连接。
10.根据权利要求I所述的无级变速传动机构，其特征在于，主定子的内腔中进ー步装设有旋转变压器，旋转变压器具有固定于主定子的内腔的旋变器定子、以及固定于输出轴的旋变器转子，且旋变器定子所具有的旋变器定子绕组与电机控制器电气连接。
专利摘要本实用新型公开了一种无级变速传动机构。在本实用新型所提供的无级变速传动机构中，主定子和主转子采用的轴向间隙式结构能够集成发电机和电动机功能；而且，基于复合转子与主转子的电磁耦合，主转子和主定子所集成的发电机和电动机功能能够将发动机维持在高效率点工作、并实现动力汇流和发电，以及，主转子和主定子所集成的电动机功能还能够用于启动发动机、主转子和主定子所集成的发电机功能还能够实现能量回收。因此，本实用新型所提供的无级变速传动机构能够以相对简化的结构和相对低的成本将发电、电动、维持发动机高效率点工作、动力汇流、发动机启动等多种功能集于一体。
文档编号H02K51/00GK202602517SQ20122025785
公开日2012年12月12日 申请日期2012年6月1日 优先权日2012年6月1日
发明者崔相雨, 林斯瑜 申请人:一汽海马汽车有限公司