電動無級變速器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于車輛的電動無級變速器。并且，本發(fā)明還涉及一種包括該電 動無級變速器的車輛。
【背景技術】
[0002] 通常，混合動力變速器具有電動馬達和行星齒輪組，所述混合動力變速器能夠對 于發(fā)動機實現連續(xù)可變速比，由此其也被稱作電動無級變速器（electric Continuously Variable Transmission:eCVT)。所述電動無級變速器具有多種驅動模式，例如純發(fā)動機驅 動、純電動馬達驅動等。
[0003] 豐田混合動力系統(tǒng)（Toyota Hybrid System:THS)是已知的，如圖1所示。該THS 是一種高效的混合動力系，其具有主動力源例如發(fā)動機和電動無級變速器。該電動無級變 速器包括一個行星齒輪組和兩個輔助動力源例如電動馬達，一個是電動機，另一個稱為發(fā) 電機。在該THS中，發(fā)動機連接到行星齒輪架，發(fā)電機連接到太陽輪，且電動機連接到齒圈， 并且該THS將動力從齒圈輸出到車輪。通過兩個電動馬達的速度調節(jié)，發(fā)動機能夠總是在 最高效區(qū)域中工作。
[0004] 然而，因為THS的結構決定了在高速行駛（車速高于IOOkph)的情況下發(fā)動機必 須起動，如果發(fā)動機不起動，則發(fā)電機將高速旋轉并且超速（>9500rpm)運行才可以達到 IOOkph以上的車速（但是電機是不可以超過設計轉速的），所以THS不能實現高速純電驅 動。因此，對于插電式混合動力車輛和增程式電動車，THS不能滿足高速純電驅動的要求。
[0005] THS使用兩個電動馬達，即一個發(fā)電機和一個電動機，兩個電動馬達的總功率超過 IOOkw,而在單個電動馬達情況下，能夠使用僅僅20kw的電動馬達就能達到電驅動下的相 同車輛性能。顯見，與單個電動馬達相比，THS產生來自于電動馬達和功率電子裝置的附加 的成本。
[0006] 通常意義上，直接機械能量路徑-燃料_>發(fā)動機_>車輪的能量效率總是高于路 徑-燃料_>發(fā)動機_>發(fā)電機_>電動馬達驅動裝置_>車輪的能量效率。但是，THS在多 數驅動情況下總是含有一定比例的后一條路徑，這降低了系統(tǒng)效率，請見圖2。
【發(fā)明內容】
[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種高效的混合動力傳動系結構，其能夠保持發(fā)動機和電 動馬達在不同的運行條件下在高效區(qū)域中運行，并且其能夠用于從全混合到插電式混合直 到增程式電動車的車輛動力混合。
[0008] 本發(fā)明通過提供一種用于車輛的電動無級變速器實現了上述目的，其特征在于包 括：電動馬達；行星齒輪組，所述行星齒輪組包括太陽輪、行星架和齒圈；第一離合器，所述 第一離合器布置在所述車輛的發(fā)動機和所述齒圈之間；第二離合器，所述第二離合器布置 在所述太陽輪和所述行星架之間；制動器，所述制動器用于鎖定或釋放齒圈，和卡爪離合 器，所述卡爪離合器用于鎖定或釋放行星架或所述電動馬達的輸出軸，其中，所述電動馬達 是單個電動馬達，并且所述電動馬達的輸出軸連接到行星齒輪組的太陽輪。
[0009] 由此，本發(fā)明中，僅僅使用單個電動馬達由此降低了系統(tǒng)成本，并且通過單個電動 馬達實現大于IOOkph的高速電驅動，從而滿足插電式混合動力車輛和增程式電動車的要 求。本發(fā)明中，使用行星齒輪組、離合器和制動器來實現用于發(fā)動機驅動和電動馬達驅動兩 者的動力換檔，由此實現了純發(fā)動機驅動和純電驅動兩者驅動方式，并且實現了混合動力 模式中的連續(xù)可變速比。此外，通過本發(fā)明的電動無級變速器，能夠在沒有外部起動器的情 況下利用離合器控制實現所有發(fā)動機起動。
[0010] 優(yōu)選地，所述卡爪離合器包括兩個卡爪離合器，其中一個卡爪離合器能夠鎖定行 星架，而另一個卡爪離合器能夠鎖定所述電動馬達的輸出軸。
[0011] 優(yōu)選地，所述卡爪離合器是單個的卡爪離合器。
[0012] 優(yōu)選地，所述單個的卡爪離合器設計為兩側面的卡爪離合器，所述兩側面的卡爪 離合器的一個側面能夠與行星架接合，另一個側面能夠與所述電動馬達的輸出軸接合。
[0013] 優(yōu)選地，所述兩側面的卡爪離合器被單獨的促動器促動。由此系統(tǒng)結構簡單并且 降低了系統(tǒng)成本。
[0014] 優(yōu)選地，所述卡爪離合器能夠與連接到行星架的正齒輪接合以鎖定行星架。
[0015] 優(yōu)選地，所述正齒輪與所述行星架一體形成并且還連接到差速器。
[0016] 優(yōu)選地，所述電動無級變速器包括單個行星齒輪組。由此降低了系統(tǒng)成本。
[0017] 本發(fā)明還提供一種車輛，所述車輛包括如上所述的電動無級變速器。
【附圖說明】
[0018] 本發(fā)明的這些和其它目的以及優(yōu)點從結合附圖的以下描述將更完全地體現出來， 其中所有附圖中用相同的附圖標記表示相同的或相似的部件，且其中：
[0019] 圖1是示出了現有技術的混合動力結構的圖；
[0020] 圖2是示出圖1所示的混合動力結構的能量路徑；
[0021] 圖3是示出了根據本發(fā)明的混合動力結構的圖；
[0022] 圖4至4-1示出了發(fā)動機I檔時動力在eCVT中的流動以及行星齒輪組的太陽輪、 行星架和齒圈處的轉矩和轉速；
[0023] 圖5至5-3示出了發(fā)動機II檔時動力在eCVT中的流動以及行星齒輪組的太陽輪、 行星架和齒圈處的轉矩和轉速；
[0024] 圖6至6-2示出了電動馬達I檔時動力在eCVT中的流動以及行星齒輪組的太陽 輪、行星架和齒圈處的轉矩和轉速；
[0025] 圖7至7-2示出了電動馬達II檔時動力在eCVT中的流動以及行星齒輪組的太陽 輪、行星架和齒圈處的轉矩和轉速；
[0026] 圖8至8'-1示出了混合動力耦合狀態(tài)時動力在eCVT中的流動以及行星齒輪組的 太陽輪、行星架和齒圈處的轉矩和轉速；
[0027] 圖9至9-1示出了駐車發(fā)電時動力在eCVT中的流動以及行星齒輪組的太陽輪、行 星架和齒圈處的轉矩和轉速；
[0028] 圖10至10-1示出了駐車鎖定時的情形；并且
[0029] 圖11-12描述本發(fā)明的eCVT的無動力中斷換檔。
【具體實施方式】
[0030] 將在下文中參考附圖詳細地描述根據本發(fā)明的電動無級變速器的實施例。在附圖 說明中，相同或者相應的部分由相同的數字和符號表示，并且將省略重復的說明。
[0031] 圖3是示出了根據本發(fā)明的混合動力結構的圖。如圖3所示，本發(fā)明的混合動力 結構包括主動力源例如發(fā)動機和電動無級變速器即eCVT。該eCVT布置在發(fā)動機3和車輪 (未示出）之間，并且在輸入側連接到發(fā)動機3且在輸出側連接到車輪。eCVT包括單個電 動馬達（Electric Motor:EM) 1、單個行星齒輪組2、兩個離合器即第一離合器Cl和第二離 合器C2、制動器Bl和卡爪離合器Al。eCVT還可以包括差速器4。行星齒輪組2包括太陽 輪2. 1、行星架2. 3和齒圈2. 5。
[0032] 第一離合器Cl布置在發(fā)動機3和齒圈2. 5之間，即發(fā)動機3通過第一離合器Cl 連接到行星齒輪組2的齒圈2. 5,第一離合器Cl能夠連通或者斷開發(fā)動機3和齒圈2. 5之 間的動力連接。電動馬達1連接到行星齒輪組2的太陽輪2. 1，由此電動馬達1與太陽輪 2. 1能夠一體旋轉。制動器Bl相對于車體固定，并且能夠鎖定或釋放齒圈2. 5,從而允許齒 圈2. 5的鎖定或轉動。第二離合器C2布置在太陽輪2. 1和行星架2. 3之間，其能夠連通或 者斷開太陽輪2. 1和行星架2. 3之間的動力連接?？ㄗ﹄x合器Al設計為單個的兩側面卡 爪離合器，并且相對于車體固定。卡爪離合器Al的一側能夠與連接到行星架2. 3的正齒輪 2. 7接合以鎖定行星架2. 3,該正齒輪2. 7優(yōu)選與行星架2. 3 -體形成并且還與差速器4接 合；并且，該卡爪離合器Al的另一側能夠與電動馬達1的輸出軸接合以鎖定電動馬達1。兩 側面的卡爪離合器Al被單獨的促動器促動。
[0033] 替代地，卡爪離合器Al可以是兩個單側面卡爪離合器，其中一個卡爪離合器能夠 鎖定行星架2. 3,而另一個卡爪離合器能夠鎖定電動馬達1的輸出軸。
[0034] 發(fā)動機3是任何類型的消耗燃料的發(fā)動機，例如內燃機、天然氣發(fā)動機等。電動馬 達1不限于內轉子類型，只要該電動馬達既能作為電動機又能作為發(fā)電機即可。
[0035] 下面將參考圖描述對本發(fā)明的eCVT的操作。
[0036] 圖4至4-1示出了發(fā)動機I檔時動力在eCVT中的流動以及行星齒輪組2的太陽 輪2. 1、行星架2. 3和齒圈2. 5處的轉矩和轉速。具體地，如圖4所述，當采用發(fā)動機I檔 時，第一離合器Cl接合，第二離合器C2脫開，制動器Bl脫開并且卡爪離合器Al接合到電 動馬達1的輸出軸。由此，發(fā)動機3發(fā)出的動力依次經過第一離合器C1、齒圈2. 5、行星架 2. 3、正齒輪2. 7以及差速器4最終到達車輪。
[0037] 如圖4-1所示，發(fā)動機3運行時，由于卡爪離合器Al接合到電動馬達1的輸出軸， 太陽輪2. 1的轉速為0,從齒圈2. 5到行星架2. 3轉速降低；并且齒圈2. 5的轉矩即發(fā)動機 的轉矩與行星架2. 3的轉矩?；方向相反。電動馬達1和太陽輪2. 1的轉速和轉矩分別 相同即為〇,并且發(fā)動機3和齒圈2. 5的轉速和轉矩分別相同。
[0038] 圖5至5-3示出了發(fā)動機II檔時動力在eCVT中的流動以及行星齒輪組2的太陽 輪2. 1、行星架2. 3和齒圈2. 5處的轉矩和轉速。具體地，如圖5所述，當采用發(fā)動機II檔 時，第一離合器Cl接合，第二離合器C2接合，制動器Bl脫開并且卡爪離合器Al位于中間 位置。由此，發(fā)動機3發(fā)出的動力依次經過第一離合器C1、齒圈2. 5、固定在一起的太陽輪 2. 1和行星架2. 3、正齒輪2. 7以及差速器4最終到達車輪。
[0039] 當采用發(fā)動機II檔時，可以具有3種運行模式。
[0040] 如圖5-1所示，在第一種運行模式即純發(fā)動機驅動模式中，發(fā)動機3輸出動力而電 動馬達1不輸出動力，太陽輪2. 1、行星架2. 3和齒圈2. 5轉速相同，并且僅發(fā)動機的轉矩 導致了行星架2. 3的轉矩?；。
[0041] 如圖5-2所示，在第二種運行模式即并聯(lián)驅動模式中，發(fā)動機3輸出動力而電動馬 達1也輸出動力，太陽輪2. 1、行星架2. 3和齒圈2. 5轉速相同，并且發(fā)動機3的轉矩Tlra與 電動馬達1的轉矩Tail在固定在一起的太陽輪2. 1和行星架2. 3處耦合在一起且由此共同 導致了行星架2. 3的轉矩?；。
[0042] 如圖5-3所示，在第三種運行模式即發(fā)動機負載點轉移模式中，發(fā)動機3輸出