專利名稱：包含動力混合機(jī)構(gòu)的變速器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及變速器裝置領(lǐng)域，更具體地涉及用來從無級變速器(CVT)和備選變速器向載荷傳遞組合動力的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
無級變速器在本領(lǐng)域中已知，依靠采用的無級變速器技術(shù)，能夠期望范圍在大約65%和大約93%之間的效率。在一些應(yīng)用中，該效率能夠被接受。但是，在其它應(yīng)用中，例如，動力產(chǎn)生，理想的是效率盡可能地高。在此背景下，可見需要在工業(yè)中提供更高效的變速器裝置，該裝置提供無級變速器的好處，減少至少一些現(xiàn)有的無級變速器呈現(xiàn)的缺陷。·

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的展示性實施例，設(shè)置有從動力源向輸出軸傳遞動力的變速器裝置，該變速器裝置包含被設(shè)置用來從動力源接收動力并提供無級變速器動力輸出的無級變速器；被設(shè)置用來從動力源接收動力并提供備選變速器動力輸出的備選變速器；和被設(shè)置用來將無級變速器動力輸出和備選變速器動力輸出組合成為供給輸出軸的組合動力輸出的動力混合機(jī)構(gòu)，其中組合動力輸出中的無級變速器動力的百分比隨動力源提供的動力的升高而降低。根據(jù)另一個方面，設(shè)置有用來從動力源向動力輸出軸提供動力的方法，該方法包括在動力混合機(jī)構(gòu)接收無級變速器動力輸出；在動力混合機(jī)構(gòu)接收備選變速器動力輸出；在動力混合機(jī)構(gòu)，將無級變速器動力輸出和備選變速器動力輸出組合成提供給動力輸出的軸的組合動力輸出，其中組合動力輸出中的備選變速器動力的百分比對應(yīng)動力輸出軸上載荷要求的改變而變化。當(dāng)在權(quán)利要求和/或規(guī)格書中與術(shù)語“包括”連接使用時，詞“一個”的使用可以意味著“一個”，但也與“一個或多個”，“至少一個”和“一個或者多于一個”的含義一致。相似地，詞“另一個”可以至少意味著第二個或更多。當(dāng)在該規(guī)格書和權(quán)利要求中使用時，詞“包含”(和任何形式的包含)，“具有”(和任何形式的具有)，“包括”(和任何形式的包括)或“容納”(和任何形式的容納)，都是包括性或開放式的并不排除其他的，未引用的元素或步驟。術(shù)語“關(guān)于”用來表明一個值包括用來決定值的設(shè)備或方法的錯誤的固有變形。本發(fā)明其它的目標(biāo)，優(yōu)勢和特點基于閱讀下面對由參照附圖的例子給出的展示性實施例的非限制描述將變得更明顯。


附圖示出圖I示出根據(jù)非限制性實例的發(fā)電機(jī)裝置的方塊圖；圖2示出包含無級變速器和動力混合機(jī)構(gòu)的變速器裝置的截面圖；圖3示出圖2的動力混合機(jī)構(gòu)的擴(kuò)展側(cè)視圖；圖4示出根據(jù)非限制性例子，對比無級變速器的傳動比與由無級變速器提供的輸出動力的百分比圖表。圖5示出圖表，該圖表根據(jù)非限制性例子繪制動力變速器效率，發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度， 無級變速器的傳動比和動力混合機(jī)構(gòu)的傳動比的關(guān)系。和圖6示出從發(fā)動機(jī)向發(fā)電機(jī)提供動力的非限制性方法的流程圖。特別需要理解的是描述和附圖僅是以展示一定的實施例為目的和一種理解的輔助。
具體實施例方式在圖I中示出發(fā)電機(jī)裝置10的非限制性的方塊圖，包括根據(jù)展示性實施例的變速器裝置。該發(fā)電機(jī)裝置10包含內(nèi)燃機(jī)12形式的原動機(jī)，變速器裝置20和能夠被施加載荷的發(fā)電機(jī)22。通常，施加到發(fā)電機(jī)22上的載荷24由基本上頻率恒定(通常60Hz或50Hz)的交流電提供動力。為了能夠向載荷24以基本上恒定的頻率提供交流電，發(fā)電機(jī)22應(yīng)當(dāng)以基本上恒定的旋轉(zhuǎn)速度(例如，60Hz時1800rpm和50Hz時1500rpm)被驅(qū)動。如果交流電沒有以基本上恒定的頻率被提供，在發(fā)電機(jī)22與載荷24之間必須使用電子頻率變換器來調(diào)節(jié)電波頻率。為了避免使用頻率變換器，大多數(shù)現(xiàn)有發(fā)電機(jī)由以恒定速度被驅(qū)動的柴油發(fā)動機(jī)來提供動力。但是，當(dāng)載荷要求變化時，發(fā)動機(jī)不能高效地以恒定速度運行。為最優(yōu)效率，內(nèi)燃機(jī)應(yīng)該以特定速度傳遞特定的動力(輸出機(jī)械動力/輸入燃料動力)。因此為高效地操作,理想的是響應(yīng)于發(fā)電機(jī)22上載荷要求的改變來控制,增加或減少發(fā)動機(jī)12的旋轉(zhuǎn)速度。如果不能實現(xiàn)，通過當(dāng)載荷要求變化時以恒定速度操作發(fā)動機(jī)12，在油耗，增加的污染物排放和比較高的噪聲水平方面發(fā)動機(jī)并沒有高效地運行。根據(jù)展示型實施例，為了在變化的載荷要求過程中允許發(fā)動機(jī)12更高效地運行，包括無級變速器14的變速器裝置20定位在發(fā)動機(jī)12的可控的可變的輸出與發(fā)電機(jī)22的輸入之間。無級變速器14例如是雙腔環(huán)形無級變速器，其非限制性例子在圖2中示出。無級變速器14能夠?qū)l(fā)動機(jī)12的可控的可變的輸出轉(zhuǎn)化為其輸出轉(zhuǎn)軸上的恒定速度，該轉(zhuǎn)軸與發(fā)電機(jī)22相連。無級變速器能夠調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)22上輸入速度的方式將相應(yīng)于圖I和圖2被更詳細(xì)地描述。如在圖I中示出，發(fā)電機(jī)裝置10包含與動力表26，發(fā)動機(jī)12和無級變速器14通信的電子控制器28。動力表26定位成與發(fā)電機(jī)22的輸出通信，以致動力表26能夠獲得帶載荷24的發(fā)電機(jī)22的動力要求的讀數(shù)。
電子控制器28可以進(jìn)一步與輸入速度傳感器33通信，該傳感器獲得表明無級變速器14的輸入端的旋轉(zhuǎn)速度(也是發(fā)動機(jī)12的旋轉(zhuǎn)速度)的讀數(shù)，和輸出速度傳感器35，該傳感器獲得表明變速器裝置20的輸出端的旋轉(zhuǎn)速度(也是發(fā)電機(jī)22的輸入旋轉(zhuǎn)速度)的讀數(shù)。需要注意的是變速器的輸出速度也能夠通過監(jiān)視發(fā)電機(jī)22的電輸出的頻率來獲得。這些讀數(shù)被提供給電子控制器28，以致至少部分上基于這些讀數(shù)，電子控制器28能夠控制發(fā)動機(jī)12的節(jié)流閥27，從而增加/減少向發(fā)動機(jī)供應(yīng)燃料的速度并這樣控制發(fā)動機(jī)12的速度和/或動力，或在發(fā)動機(jī)由電子控制的情況下，向發(fā)動機(jī)控制器發(fā)出表明所需要的轉(zhuǎn)速的控制信號；和控制無級變速器14的傳動比從而在發(fā)電機(jī)22上維持恒定的速度，盡管發(fā)動機(jī)12上存在速度和/或動力的改變。相應(yīng)地，通過控制原動機(jī)可變的輸出和無級變速器的傳動比，可以提高在不同的載荷條件下變速器的總體效率。 電子控制器28能夠控制發(fā)電機(jī)裝置10的這兩個元件的非限制性方式，在2006年4月6日出版的，整體內(nèi)容通過引用方式結(jié)合于此的PCT應(yīng)用PCT/CA2005/001479中更詳細(xì)地被描述。在圖2中示出，變速器裝置20的非限制的展示性實施例。該變速器裝置20包含變速器14，備選變速器16和動力混合機(jī)構(gòu)18。在所示的非限制實施例中，備選變速器16包含無級變速器14的輸入軸40。如此，備選變速器16是無級變速器14的變速器的一部分的直驅(qū)動軸。在圖I中，備選變速器16被示出從無級變速器14分離，因為能夠獨立于無級變速器14的變速器傳遞動力。但是，應(yīng)該理解的是，根據(jù)這里描述的非限制展示性實施例，備選變速器16是無級變速器的中間軸40。動力混合機(jī)構(gòu)18包含行星齒輪組件38，如將在下邊更詳細(xì)地被描述，該組件能夠?qū)碜詿o級變速器14的與來自備選變速器16的動力組合成為組合輸出動力。無級變速器14的輸入軸40被連接到發(fā)動機(jī)12，用來接收來自發(fā)動機(jī)12的輸入旋轉(zhuǎn)速度?？梢岳斫獾氖牵l(fā)動機(jī)12可以是任何類型的原動機(jī)，例如柴油發(fā)動機(jī)或汽油內(nèi)燃機(jī)，包括其它可能。在圖2中示出的無級變速器14包含固定地連接到輸入軸40的一對環(huán)形盤46和48和雙邊輸出環(huán)形盤50，該環(huán)形盤通過籠狀結(jié)構(gòu)52被固定地連接到無級變速器輸出軸44上。在所示的非限制展示性實施例中，輸入軸40和無級變速器輸出軸44都是同軸的。第一個環(huán)形腔54形成于輸入環(huán)形盤46和輸出環(huán)形盤50之間，第二個環(huán)形腔56形成于輸入環(huán)形盤48和輸出環(huán)形盤50之間。第一個環(huán)形腔54限定環(huán)形軸承座圈58、60，第二個環(huán)形腔限定環(huán)形軸承座圈62、64。三個摩擦輥66 (只有一個被示出)定位在第一個環(huán)形腔54內(nèi)以致它們與兩個軸承座圈58和60相嚙合，三個摩擦輥68 (只有一個被示出)被定位在第二個環(huán)形腔56內(nèi)以致它們與軸承座圈62，64相嚙合。但是，應(yīng)該可以理解的是任何數(shù)量的摩擦棍66，68能夠被包括在環(huán)形腔內(nèi)。輥66和68分別被可旋轉(zhuǎn)地安裝在軸向支撐件70，72上，以致它們能夠在外圍環(huán)形盤46，48和輸出環(huán)形盤50之間旋轉(zhuǎn)來傳遞旋轉(zhuǎn)運動。以該方式，輸入環(huán)形盤46，48是驅(qū)動盤，輸出環(huán)形盤50是被驅(qū)動盤。在操作中，無級變速器傳動比通過使摩擦輥66，68傾斜而被改變以致摩擦輥66，68在環(huán)形表面上不同的接觸點上接觸軸承座圈58，60和62，64。如上面表明，無級變速器傳動比被改變的方式在出版于2006年4月6日的PCT應(yīng)用PCT/CA2005/001479中更詳細(xì)地被描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員會理解無級變速器14也能夠被使用，盤50作為動力輸入并且盤46和48作為動力輸出。無級變速器的輸出軸44和輸入軸40 (也是備選變速器16的一部分)都向動力混合機(jī)構(gòu)18的行星齒輪組件38提供傳動動力。行星齒輪組件38將來自無級變速器14的動力和來自備選變速器16的動力組合成通過輸出軸42被提供給發(fā)電機(jī)22的組合輸出動力。用來向發(fā)電機(jī)22提供穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的是變速器裝置20的輸出軸42。輸出軸42的轉(zhuǎn)速的改變將引起發(fā)電機(jī)22的輸入轉(zhuǎn)速的改變，該改變以相同的比例直接影響輸出電波的頻率。輸出電壓也可以被發(fā)電機(jī)22的輸入速度的波動影響。通常地，電波參數(shù)的非常有限的變化能夠被發(fā)電機(jī)系統(tǒng)容許，特別是當(dāng)在電力故障情況下計劃向電網(wǎng)供電時。 因此該系統(tǒng)應(yīng)該穩(wěn)定并對載荷要求波動具有高水平的免疫。通常，環(huán)形無級變速器非常耐用，并且如此能夠經(jīng)受經(jīng)常與發(fā)電機(jī)裝置10相關(guān)的大量的應(yīng)用。此外，環(huán)形無級變速器14的機(jī)械特性相比于其它類型的無級變速器提供相對快速的響應(yīng)時間。但是，環(huán)形無級變速器14的缺點是它們在動力傳動中由于輥和旋轉(zhuǎn)盤之間的摩擦?xí)a(chǎn)生摩擦損失。環(huán)形無級變速器效率通常非常好，當(dāng)它們與動力發(fā)生器一起使用時，摩擦損失能夠?qū)е聦恿υ吹脑黾拥娜剂弦?，會變得非常昂貴。為了改善發(fā)動機(jī)12和發(fā)電機(jī)22之間的動力變速器的總體效率，如上面所描述，根據(jù)本發(fā)明的變速器裝置20包含除了無級變速器14的備選變速器16。備選變速器16是比無級變速器14更有效率的任何變速器，例如簡單的驅(qū)動軸，包括其它可能。動力混合機(jī)構(gòu)18用來將來自無級變速器14的動力和來自備選變速器16的動力組成被供給發(fā)電機(jī)22的組合的動力。如將在貫穿本應(yīng)用被更詳細(xì)地解釋，通過混合來自更高效的備選變速器16的動力與來自效率較低的無級變速器14的動力，變速器裝置20能夠比單獨使用無級變速器14提供更有效率的動力傳送。更具體地說，在發(fā)動機(jī)12以比較低速度運轉(zhuǎn)并提供相對小的動力的情況下，例如當(dāng)施加到發(fā)電機(jī)22上的載荷24相對較低時，動力混合機(jī)構(gòu)18引起比較大百分比的動力由無級變速器14提供給發(fā)電機(jī)22。相比之下，當(dāng)發(fā)動機(jī)12在比較高速運轉(zhuǎn)并提供比較大的動力時，例如當(dāng)大載荷24施加到發(fā)電機(jī)22上時，動力混合機(jī)構(gòu)18引起比較大百分比的動力由備選變速器16提供給發(fā)電機(jī)22。本領(lǐng)域的技術(shù)人員也將理解對于需要最大化低載荷時變速器效率的特定應(yīng)用中，動力混合系統(tǒng)能夠被設(shè)置以致最大比例的動力在低動力要求時流入備選變速器而在高動力要求時更大比例的動力流入無級變速器。如此，隨著由發(fā)動機(jī)12產(chǎn)生的動力增加，由無級變速器14提供給發(fā)電機(jī)22動力的百分比減少。以這種方式，當(dāng)由發(fā)動機(jī)12產(chǎn)生更大的動力時(在燃料消耗方面通常比較昂貴)，比較多的動力通過更有效的備選變速器16被傳遞給發(fā)電機(jī)22。通常所述，通過備選變速器16輸出動力傳遞的百分比越大，變速器裝置20的總體效率越高。引起來自無級變速器14與備選變速器16的動力的百分比響應(yīng)于發(fā)電機(jī)22載荷要求的改變而變化的，正是動力混合機(jī)構(gòu)18的比例與無級變速器14的比例的組合。更具體地說，發(fā)電機(jī)22載荷要求的改變將引起無級變速器14改變其傳動比從而強迫發(fā)動機(jī)調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)速度來維持發(fā)電機(jī)22上相對穩(wěn)定的速度。無級變速器傳動比的改變與動力混合機(jī)構(gòu)18內(nèi)齒輪的設(shè)置一起將引起從無級變速器14和備選變速器16的動力分離的調(diào)節(jié)。在圖3中示出，是根據(jù)展示性 實施例的動力混合機(jī)構(gòu)18的示意性擴(kuò)展視圖。如示出，動力混合機(jī)構(gòu)18包含行星齒輪組件38，該組件包括起速度調(diào)節(jié)行星齒輪傳動系作用的第一個行星齒輪傳動系80，和起混合行星齒輪傳動系作用的第二個行星齒輪傳動系82。如示出，第一個行星齒輪傳動系80包括中心齒輪84,行星齒輪86和固定到變速器裝置20的外罩81上的環(huán)形齒輪88。無級變速器輸出軸44固定地連接到中心齒輪84，以致來自無級變速器輸出軸44的旋轉(zhuǎn)速度和動力被提供給中心齒輪84。來自中心齒輪84的旋轉(zhuǎn)被提供給在中心齒輪84和環(huán)形齒輪88之間旋轉(zhuǎn)的行星齒輪86。如上面提及，環(huán)形齒輪88固定到變速器裝置20的外罩81上，以致環(huán)形齒輪88不旋轉(zhuǎn)。在第一個行星齒輪傳動系80中，中心齒輪84起輸入作用，連接到行星齒輪86的行星支撐件(沒被示出)起輸出作用。這樣裝置的齒輪齒數(shù)比能夠由公式(1+環(huán)形齒輪的齒/中心齒輪的齒)被計算出。依照非限制展示性實施例，第一個行星齒輪傳動80具有齒輪齒數(shù)比3. 53。這樣的裝置能夠被用來調(diào)節(jié)無級變速器14的輸出和混合行星齒輪傳動系82的輸入之間的速度。第二個行星齒輪傳動系82包含中心齒輪90,行星齒輪92和環(huán)形齒輪94。備選變速器16連接到中心齒輪90上，以致輸入軸40的旋轉(zhuǎn)速度和動力被提供給中心齒輪90。此夕卜，第一個行星齒輪傳動系80的行星齒輪的行星支撐件(沒被示出)將它的旋轉(zhuǎn)速度和動力提供給第二個行星齒輪傳動系82的行星齒輪92的行星支撐件(沒被示出)，因為第一個和第二個行星齒輪傳動系80和82各自的行星支撐件被連接起來。以這種方式，第二個齒輪傳動系82包含兩個輸入即通過中心齒輪90的備選變速器16的輸入和通過行星齒輪92的無級變速器14的輸入。中心齒輪90的輸入和行星齒輪92的行星支撐件的輸入一起作用來將旋轉(zhuǎn)和來自無級變速器14和備選變速器16的動力的混合提供給環(huán)形齒輪94。以這種方式，來自無級變速器14和備選變速器16的動力被提供給環(huán)形齒輪94，該環(huán)形齒輪將旋轉(zhuǎn)提供給變速器裝置20的輸出軸42。被提供給發(fā)電機(jī)22并為了維持50Hz或60Hz頻率而應(yīng)該被維持相對恒定的是輸出軸42的旋轉(zhuǎn)速度。依照非限制實施例，第二個行星齒輪傳動系82具有行星齒輪齒數(shù)比I. 63。在操作中，環(huán)形齒輪94的旋轉(zhuǎn)速度能夠使用如下公式被計算ω r= ( ω c * (1+R) - ω s) /R其中ω r=行星環(huán)形齒輪的旋轉(zhuǎn)速度；ω C=行星支撐件的旋轉(zhuǎn)速度；ω S=中心齒輪的旋轉(zhuǎn)速度；和R=行星齒輪齒數(shù)比。在圖3中示出的行星齒輪組件38包含兩個自由度，意味著它能夠接收兩個獨立的輸入動力；即來自無級變速器14的第一輸入動力和來自備選變速器16的第二輸入動力?；谶@兩個輸入動力，混合輸出動力受齒輪之間的關(guān)系支配。相應(yīng)于圖3中描述的展示性實施例，無級變速器14向中心齒輪84提供輸入動力并且備選變速器16向中心齒輪90提供輸入動力。組合輸出動力然后通過環(huán)形齒輪94被提供給輸出軸42。只要行星齒輪組件38提供兩個自由度(也就是能夠接收能夠被組合成為單一輸出動力的兩個不同的輸入動力)，來自兩個源的輸入動力能夠被提供給不同的齒輪并且來自另一個不同齒輪的輸出動力能夠被接收，而仍然獲得來自行星齒輪組件38的相同的性能。更具體地說，這是真實的，只要輸入扭矩和速度的方向產(chǎn)生輸出動力的組合，與在兩個輸入之間動力的再循環(huán)相反。為獲得所需要的性能將齒輪組件38設(shè)置為兩個自由度的方式對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是已知的，如此這里不會被更仔細(xì)地描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員也將理解動力循環(huán)的一些設(shè)置也能夠呈現(xiàn)限制流動于無級變速器中和最大化備選變速器的動力的相同理想效果，從而導(dǎo)致比較高的整體傳動效率的同樣的理想的效果。如上面提及，在圖3中示意性示出的行星齒輪組件被設(shè)置以致它向包括來自無級 變速器14和備選變速器16的動力的混合的輸出軸42提供組合的輸出動力。該組合的輸出動力包含來自無級變速器14動力的第一個百分比和來自備選變速器16動力的第二個百分比。不考慮損失，第一個百分比和第二個百分比的和給出100%的組合的輸出動力。構(gòu)成組合的輸出動力的來自無級變速器14的動力的百分比和來自備選變速器16的動力的百分比不是固定的。作為代替，動力混合機(jī)構(gòu)18引起這些百分比(也就是動力分離)根據(jù)無級變速器14的傳動比而變化。隨著無級變速器14的傳動比改變，由無級變速器14提供的輸出動力的百分比和由備選變速器16提供的輸出動力的百分比由無級變速器傳動比和動力混合機(jī)構(gòu)18的行星齒輪組件38中的變速比的組合支配。在本展示性實施例中，行星齒輪組件38的變速比被設(shè)置以致隨著無級變速器14的傳動比由過驅(qū)動到欠驅(qū)動(也就是從最小到最大)，由無級變速器14向輸出軸42提供的輸出動力的百分比降低。這在圖4的圖表中被展示，該圖表示出當(dāng)無級變速器傳動比在過 驅(qū)動狀態(tài)(無級變速器傳遞比在大約O. 45到大約O. 75之間)，總體輸出動力的比較大的百分比由無級變速器14提供。隨著無級變速器傳動比向欠驅(qū)動狀態(tài)(無級變速器傳動比在大約I. O到大約2. 3之間)移動，來自無級變速器14的動力百分比降低，以致總體輸出動力的比較大的百分比由更有效率的備選變速器16提供。當(dāng)發(fā)動機(jī)12具有相對低的發(fā)動機(jī)速度和動力輸出時，無級變速器14通常在過驅(qū)動狀態(tài)，當(dāng)發(fā)動機(jī)12具有相對高的發(fā)動機(jī)速度和高動力輸出時，無級變速器14通常在欠驅(qū)動狀態(tài)。如此，隨著發(fā)動機(jī)12的動力輸出增加，比較多的動力輸出通過比無級變速器14更有效率地傳遞動力的備選變速器16被提供給發(fā)電機(jī)22。以這種方式，隨著發(fā)電機(jī)22上的載荷要求增加，這樣需要更多來自發(fā)動機(jī)12的動力，無級變速器將向更多的動力通過備選變速器16傳遞給發(fā)電機(jī)22的欠驅(qū)動狀態(tài)移動。因此，變速器裝置20的總體效率隨著發(fā)動機(jī)12的動力產(chǎn)生的增加而增加。如過去提及，無級變速器14相比備選變速器16提供比較低效率的動力傳動路徑。如此，隨著由備選變速器16提供的輸出動力百分比增加，變速器裝置20的總體效率也增加。在操作中，當(dāng)發(fā)電機(jī)22上的載荷要求改變時，無級變速器14通常經(jīng)歷傳動比改變。無論何時發(fā)電機(jī)22上的載荷要求改變，無級變速器14將傳動比改變到允許發(fā)動機(jī)12工作在對于由載荷24要求的動力最高效的旋轉(zhuǎn)速度上的傳動比上。傳動比的該改變允許發(fā)動機(jī)12對給定的動力要求高效率地工作，并維持提供給發(fā)電機(jī)22的旋轉(zhuǎn)速度基本上恒定。如上面提及，變速器裝置20被設(shè)置當(dāng)發(fā)電機(jī)22上的載荷要求改變時，由備選變速器16提供的組合輸出動力的百分比改變。隨著發(fā)電機(jī)22上的載荷要求改變以致需要來自發(fā)動機(jī)12更多的動力，變速器裝置20引起無級變速器14和備選變速器16之間的動力分離以致變速器裝置20的總體效率增加。在圖5中示出繪制傳動效率106，發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度100，無級變速器14的傳動比102和總傳動比104之間的關(guān)系的圖表。圖5中示出的值假定發(fā)電機(jī)輸入速度1800rpm(60Hz)，第一個齒輪傳動系80的速度調(diào)節(jié)行星比率3. 53，第二個齒輪傳動系82的混合行星比率I. 63，無級變速器14和第一個齒輪傳動系80的傳動效率90%，和備選變速器16的變速效率接近100%。
隨著無級變速器14的傳動比102從過驅(qū)動到欠驅(qū)動，整個變速器組件的傳動比104增加。隨著整個變速器組件的傳動比104增加，由備選變速器16提供的輸出動力的百分比根據(jù)行星齒輪組件38的物理特性增加。相應(yīng)地，如從圖5的表格可見，假設(shè)無級變速器14比備選變速器16效率更低，隨著無級變速器14的傳動比102從過驅(qū)動到欠驅(qū)動(以致越來越少的輸出動力由無級變速器14提供)變速器裝置20的總體效率106增加。例如，當(dāng)無級變速器14的傳動比102在O. 45 (過驅(qū)動比率)，輸出動力的接近65%由無級變速器14提供(基于圖4)，以致變速器裝置的傳動效率106大約為93. 5%。但是，當(dāng)無級變速器14的傳動102在I. 31 (小的欠驅(qū)動比率)，近似46%的輸出動力由無級變速器14提供(基于圖4)，引起變速器裝置20的傳動效率106增加到96. 1%。為了提供該動力分離行為，動力混合機(jī)構(gòu)18被設(shè)置，這里當(dāng)無級變速器14的傳動比為O. 82或更大，由備選變速器16比無級變速器14提供更大的百分比的輸出動力。部分動力流過備選變速器16這一事實創(chuàng)造了變速器裝置20的動力傳動效率的增加。應(yīng)該理解的是，行星齒輪組件38的設(shè)置和變速比能夠由本領(lǐng)域的技術(shù)人員來選擇，為獲得任何所需要的動力分離行為。圖6中示出總結(jié)了上面描述的用來從發(fā)動機(jī)12向發(fā)電機(jī)22傳遞動力的非限制性方法的方框圖。首先，在步驟110和112，該方法涉及接收，在動力混合機(jī)構(gòu)，來自無級變速器的動力和來自備選變速器的動力。雖然這些步驟按順序被示出，應(yīng)該理解的是，它們能夠同時或以相反的順序被執(zhí)行。本領(lǐng)域的技術(shù)人員也將理解可能的是使用不同的行星38設(shè)置，該設(shè)置使用動力循環(huán)策略來獲得整個變速器20中的相似的效率增益。作為非限制性例子，這樣的設(shè)置能夠創(chuàng)造動力環(huán)，其中以特定的無級變速器比率，150%的動力流在備選變速器中并且-50%的動力流在無級變速器中。這樣可以理解的是，步驟110或112中的動力能夠具有正值或負(fù)值。在步驟114，該方法涉及將來自無級變速器的動力和來自備選變速器的動力組合為組合的動力輸出，其中組合的動力輸出中的無級變速器動力的百分比根據(jù)發(fā)電機(jī)的載荷要求而變化。動力混合機(jī)構(gòu)組合來自無級變速器的動力和來自備選變速器的動力的方式以及來自無級變速器的動力的百分比變化的方式的例子已經(jīng)在上面被詳細(xì)地描述。回來參照圖1，電子控制器28與定位在發(fā)動機(jī)12和無級變速器14之間的離合器32通信。離合器32可以是任何合適的用來使無級變速器14脫離發(fā)動機(jī)12的離合器機(jī)構(gòu)(機(jī)械的，液壓的或電磁的)。當(dāng)離合器被激活時，無級變速器14脫離發(fā)動機(jī)12，以致無級變速器14不接收來自發(fā)動機(jī)12的任何動力或旋轉(zhuǎn)移動。當(dāng)無級變速器14脫離時，來自發(fā)動機(jī)12的所有動力和旋轉(zhuǎn)移動通過備選變速器16被從發(fā)動機(jī)12傳遞到發(fā)電機(jī)22。當(dāng)然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解行星齒輪38的元件應(yīng)當(dāng)被施加作用來允許來自發(fā)動機(jī)12的所有動力和旋轉(zhuǎn)運動通過備選變速器16從發(fā)動機(jī)12向發(fā)電機(jī)22傳遞。例如，行星支撐件能夠被阻擋來防止動力通過慣性滑行的中心齒輪84被循環(huán)。如上所描述，備選變速器16能夠比無級變速器14更高效率地向發(fā)電機(jī)22傳遞動力。因此，通過使無級變速器14脫離發(fā)動機(jī)12，來自發(fā)動機(jī)12的動力和旋轉(zhuǎn)運動能夠通過具有比較高效率的備選變速器16被傳遞到發(fā)電機(jī)22。該直接驅(qū)動設(shè)置，其中無級變速器14從發(fā)動機(jī)12脫離，可以只對發(fā)電機(jī)速度范圍和動力的一部分有用。作為例子，發(fā)電機(jī)22從80%到100%的運行動力能夠使用備選變速器16，該備選變速器在上面描述的實施例中是直接驅(qū)動，為了避免來自無級變速器傳動的 動力損失并能夠從發(fā)動機(jī)12向發(fā)電機(jī)22更高效率地提供更多的動力。但是隨著動力降到80%以下，無級變速器14重新工作來降低發(fā)動機(jī)速度和為剩余的動力范圍確保更大的燃料節(jié)約。相應(yīng)地，在實現(xiàn)的非限制例子中，電子控制器28監(jiān)視來自表明發(fā)電機(jī)22上載荷要求的動力表26的信號。電子控制器28進(jìn)一步包含邏輯和程序指令以致根據(jù)檢測發(fā)電機(jī)22上的載荷要求處在預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)，該電子控制器用來激活離合器32，以致無級變速器14從發(fā)動機(jī)12脫離。以這種方式，當(dāng)發(fā)電機(jī)22上的載荷要求在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)時，無級變速器14從發(fā)動機(jī)12斷開以致變速器裝置20能夠從發(fā)動機(jī)12向發(fā)電機(jī)22以最高效率方式傳遞動力。需要注意的是，圖I中示出的系統(tǒng)中發(fā)動機(jī)飛輪34比輸出飛輪36具有更低的慣性，這是由于當(dāng)發(fā)動機(jī)速度變化時系統(tǒng)輸出的速度恒定。然后倘若突然在交流發(fā)電機(jī)上施加阻礙載荷，存儲在大的輸出飛輪36中的慣性能量能夠用來保持發(fā)電機(jī)速度相對恒定。同時變速器系統(tǒng)能夠調(diào)低檔速并向發(fā)動機(jī)傳遞一部分該輸出旋轉(zhuǎn)慣性能量來快速增加其速度。發(fā)動機(jī)這樣快速的加速允許它更快地傳遞更多的能量，從而將系統(tǒng)帶回到穩(wěn)定的狀態(tài)和降低系統(tǒng)響應(yīng)時間。容易被本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解的是內(nèi)燃機(jī)12能夠由另一個原動機(jī)取代，例如，汽油，柴油或燃?xì)獍l(fā)動機(jī)，渦輪和電子的，氣動的或液壓的馬達(dá)。需要注意的是所有原動機(jī)能夠被控制以致原動機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度和/或輸出扭矩能夠由用戶，或由自動控制器，根據(jù)不同的參數(shù)來調(diào)節(jié)。需要注意的是，當(dāng)附圖和上面的公開涉及發(fā)電機(jī)的變速器裝置，其他類型的載荷能夠與動力輸出軸連接，也就是在展示性例子中示出的行星裝置82的環(huán)形齒輪94。例如，泵，壓縮機(jī)，傳送器，風(fēng)扇，發(fā)動機(jī)附件或渦輪增壓器能夠與這種變速器裝置連接。能夠被理解的是，本發(fā)明在其應(yīng)用中不限于在附圖展示的和上文描述的結(jié)構(gòu)和零件。本發(fā)明具有其它的實施例并能夠以不同的方法被實現(xiàn)。也能夠被理解的是，這里使用的措辭或術(shù)語是以描述為目的但并不限于此。這樣，雖然本發(fā)明以其展示性實施例的方法在上文被描述，但其能夠被改變，而不會如在附加的權(quán)利說明中所列舉地背離本主題發(fā)明的精神、范圍和特性。
權(quán)利要求
1.一種用來從具有可控的可變輸出的原動機(jī)向輸出軸傳遞動力的變速器裝置，該變速裝置包含 被設(shè)置用來從動力源的可變輸出接收動力并提供無級變速器動力輸出的無級變速器(CVT)； 被設(shè)置用來從動力源的可變輸出接收動力并提供備選變速器動力輸出的備選變速器；以及 被設(shè)置用來將無級變速器的動力輸出和備選變速器的動力輸出組合成為提供給輸出軸的組合動力輸出的動力混合機(jī)構(gòu)，其中，所述組合動力輸出中的無級變速器動力的百分比隨著由動力源提供的動力增加而降低。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變速器裝置，其中，所述輸出軸與發(fā)電機(jī)的輸入相關(guān)聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變速器裝置，其中調(diào)節(jié)所述無級變速器的傳動比致使對所述組合動力輸出中的無級變速器動力的百分比進(jìn)行調(diào)節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變速器裝置，其中，所述動力源是內(nèi)燃機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變速器裝置，其中，所述組合動力輸出中的無級變速器動力的百分比隨著所述無級變速器的傳動比從過驅(qū)動到欠驅(qū)動而降低。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的變速器裝置，其中，當(dāng)所述無級變速器在欠驅(qū)動傳動比狀態(tài)時，所述組合動力輸出中的無級變速器動力的百分比低于所述組合動力輸出中的備選變速器動力的百分比低。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的變速器裝置，進(jìn)一步包含電子控制器，被設(shè)置用來響應(yīng)于所述發(fā)電機(jī)上的載荷要求的改變來調(diào)節(jié)所述無級變速器的傳動比。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的變速器裝置，進(jìn)一步包含與所述發(fā)電機(jī)相關(guān)聯(lián)的動力表，其被設(shè)置用來向所述電子控制器提供載荷要求數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的變速器裝置，其中，所述電子控制器更進(jìn)一步被設(shè)置來控制動力源，從而改變所述動力源的速度和/或動力。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的變速器裝置，進(jìn)一步包含第一速度傳感器，其被設(shè)置用來向所述電子控制器提供組合的輸出速度數(shù)據(jù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的變速器裝置，進(jìn)一步包含第二速度傳感器，其被設(shè)置用來向所述電子控制器提供動力源速度數(shù)據(jù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變速器裝置，進(jìn)一步包含與所述動力源的旋轉(zhuǎn)輸出軸相關(guān)聯(lián)的低慣性飛輪。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的變速器裝置，進(jìn)一步包含與所述發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)輸入軸相關(guān)聯(lián)的高慣性飛輪。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變速器裝置，其中，所述備選變速器包含所述無級變速器的輸入軸。
15.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變速器裝置，其中，所述動力混合機(jī)構(gòu)包含行星齒輪組件。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的變速器裝置，其中，所述行星齒輪組件包含 具有第一中心齒輪，第一組行星齒輪和固定的環(huán)形齒輪的第一行星裝置； 具有第二中心齒輪，第二組行星齒輪和與用來向載荷提供所述組合輸出動力的輸出軸通信的環(huán)形齒輪的第二行星裝置，其中，所述無級變速器的動力輸出被供給至第一中心齒輪，所述備選變速器的動力輸出被供給至第二中心齒輪。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的變速器裝置，其中，第一組和第二組行星齒輪通過各自的行星支撐件相互連接。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的變速器裝置，其中，第一行星裝置、第二行星裝置和輸出軸同軸。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的變速器裝置，其中，第二行星裝置的混合比率為1.63。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的變速器裝置，其中，第一個行星裝置的混合比率為3.53。
21.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變速器裝置，其中，所述無級變速器采用環(huán)形無級變速器。
22.—種用來從具有可控的可變輸出的原動機(jī)向輸出軸提供動力的方法，該方法包含 在動力混合機(jī)構(gòu)處，接收無級變速器(CVT)的動力輸出； 在動力混合機(jī)構(gòu)處，接收備選變速器的動力輸出； 在動力混合機(jī)構(gòu)處，將所述無級變速器的動力輸出與所述備選變速器的動力輸出組合成被提供給所述動力輸出軸的組合動力輸出，其中，所述組合動力輸出中的備選變速器動力的百分比響應(yīng)于動力輸出軸處的載荷要求的改變而變化。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述動力輸出軸與發(fā)電機(jī)相關(guān)聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用來從動力源向發(fā)電機(jī)傳遞動力的變速器裝置。該變速器裝置包含無級變速器和備選變速器，該備選變速器在傳遞動力方面比無級變速器更有效。該變速器裝置更包含用來將來自無級變速器和備選變速器的動力組合成被供給發(fā)電機(jī)的組合動力輸出的動力混合結(jié)構(gòu)。隨著由動力源提供的動力的增加無級變速器動力在組合動力輸出中的百分比降低。
文檔編號F16H37/08GK102803791SQ201180013238
公開日2012年11月28日 申請日期2011年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月8日
發(fā)明者S.博杜安, J-R.德斯穆爾斯 申請人:傳輸Cvt股份有限公司