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CN100473869C - 具有单个马达/发电机的并联式混合传动装置 - Google Patents

具有单个马达/发电机的并联式混合传动装置 Download PDF

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CN100473869C CNB2006101422896A CN200610142289A CN100473869C CN 100473869 C CN100473869 C CN 100473869C CN B2006101422896 A CNB2006101422896 A CN B2006101422896A CN 200610142289 A CN200610142289 A CN 200610142289A CN 100473869 C CN100473869 C CN 100473869C
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Abstract

本发明提供了仅具有单个马达/发电机的低成本、结构紧凑的并联式混合传动装置。所述传动装置利用减少部件数量，优选仅仅使用三个互连构件和四个扭矩-传动机构，提供了倒档速度模式和七个正向速度模式(即，通过接合一个或多个特定扭矩-传动机构或扭矩-传动机构而实现的运行状态，包括连续的速度比范围或者仅有固定速度比)。至少五种正向模式均为固定速度比。

Description

具有单个马达/发电机的并联式混合传动装置
技术领域
本发明涉及具有并联动力流和单个电力单元的电动变速传动装置。
背景技术
当前用于驱动大多数车辆的是内燃机，特别是那些往复活塞式的内燃机。这种发动机是相对有效、简约、轻便和廉价的装置，通过它们可以将燃料形式的高浓缩能量转化为有效的机械动力。可以与内燃机一起使用并且可以降低燃料消耗和排放的新型传动装置系统，对公众会具有很大的益处。
对一般安置内燃机的车辆需求的广泛差异使得燃料消耗和排量增加，超过了上述发动机的理想情形。一般，车辆通过上述发动机可以得到驱动，该发电机通过小电机和相对较小的电力蓄电池由冷态启动，然后迅速承载来自推进器和附件的负载。上述发电机还可以以各种速度和各种负载运行，并且一般平均功率为其最大功率输出的五分之一。
车辆传动装置一般将机械动力从发动机传递到驱动系统的剩余部分，比如固定的最终传动机构、轮轴和车轮。一般的机械传动装置都允许发电机在运转中存在一些自由，这通常通过交替选择五种或者六种不同的传动比实现，空档选择(netrual selection)使得发电机可以运转静止车辆的配件，以及离合器或者转矩变换器用于不同传动比之间的平稳转换和用于通过发电机转动将车辆从休止状态启动。传动装置齿轮选择一般会使得动力以扭矩增加和速率降低的比例、以通称为超速传动的扭矩降低和速度增加的比例、或者以与此相反的比例由发电机传递到驱动系统的其它部件。
发电机可以将发动机的机械动力转化为电能，以及马达可以将上述电能转化为不同的扭矩和速度的机械动力传递给车辆驱动系统的剩余部分。这种配置使得发电机和驱动系统剩余部分之间在扭矩和速度比上存在在电机限制下的连续变化。用作推进器电源的电力蓄电池也可以加入到此装置中，形成串联混合电动驱动系统。
串联混合系统使得发动机可以少许独立于驱动车辆所需的扭矩、速度和功率运行，因此可以对发动机进行控制以提供改良的排放和效率。这种系统使得连接在发动机上的电机起启动发动机的马达的作用。这种系统还使得连接在驱动列车剩余部分上的电机起发电机的作用，通过再生制动使车辆在减速过程中将能量回收入电池中。串联电力驱动系统一直受到高重量以及电力机械在发电机中从机械能转化为电能和在驱动马达内将电能转化为机械能的发动机功率转换过程中的高成本的困扰，并且受到这些转换中能量损失的困扰。
动力分置式传动装置(power-split transmission)可以应用通常理解的“差动齿轮装置”，从而实现输入和输出之间连续可变的扭矩和速度比。电动变速传动装置可以使用差动齿轮装置，从而将其传输动力的一部分传送至一对马达/发电机。其动力的剩余部分通过以固定传动比或者可选择的比率流过另一个全机械的、直接的并行通道。
如本领域熟练的技术人员所熟知的，差动齿轮装置的一种形式可以构造成行星齿轮组。行星齿轮传动通常是用于差动齿轮发明的优选实施方案，其具有结构紧凑和在所有行星齿轮组构件中具有不同扭矩和速度比的优点。然而，由于可以使用锥齿轮或其它在齿轮组至少一种元件的转速通常为两种其它元件速度加权平均值的配置中的齿轮，所以可以构造不具有行星齿轮的该发明。
混合电动车辆传动系统还包括一种或多种电能存储装置。所述装置一般为化学电力蓄电池，但是还可以包括电容或者机械装置，比如电动驱动飞轮。电能储存使得从传动系统输出到车辆的机械输出功率不同于从发电机输入到传动系统的机械输入功率。电池或者其它装置还允许发电机用传动系统启动和允许再生车辆制动。
车辆中的电动变速传动装置可以简单地将机械能从发电机输入传送到最终驱动输出。为了实现上述传送，由一个马达/发电机产生的电能要与电损耗和由另一马达/发电机消耗的电能平衡。通过使用上述提及的电力蓄电池，由一个马达/发电机产生的电能可以大于或者小于另一个马达/发电机消耗的电能。蓄电池电能有时可以使马达/发电机都充当马达，特别是车辆加速时的推动发动机。上述马达有时，特别是在再生车辆制动中，都可以作为发电机给电池再充电。
发明内容
本发明提供了仅具有单个马达/发电机的低成本、结构紧凑的并联混合传输装置。所述传动装置利用数量减少的部件，优选仅仅具有三个互连构件和四个扭矩-传动机构，提供一种倒档速度模式(reverse speed mode)和七种正向速度模式(forward speed mode)。在此使用的“模式”是一种通过接合特定扭矩传动机构或扭矩-传动机构而实现的特定运行状态，其或者包含连续的速度比范围或者仅仅为一种固定的速度比。至少五种正向模式都是固定的速度比。
所述混合电动-机械传动装置包括接收动力源动力的输入构件和从传动装置传递动力的输出构件。其中仅仅使用了一个马达/发电机。能量储存装置用于与马达/发电机相互转换电能。其中应用的三组行星齿轮组各自具有第一、第二和第三构件。优选所述第一、第二和第三行星齿轮组都同轴对准排列，并且所述马达/发电机外切至少一组行星齿轮组。所述第一、第二和第三互连构件各自连续地将一组行星齿轮组的一种不同构件互连至另一行星齿轮组的另一不同构件上。所述四个扭矩-传动机构选择性地单独接合或者成对接合，从而提供仅仅由马达/发电机驱动的倒档模式，仅仅由马达/发电机驱动的发动模式和由动力源以及可选地和马达/发电机驱动的至少五种固定的正向速度比的模式。也就是说，不论是否有动力通过马达/发电机，所述四个扭矩-传动机构都可以用来提供至少五种固定的正向速度比。
在本发明的一方面中，所述第一行星齿轮组的第一构件连续地与输入构件互连。所述第三行星齿轮组的第一构件连续地与输出构件连接。所述第一互连构件连续地将第一行星齿轮组的第二构件与第二行星齿轮组的第一构件连接起来。第二互连构件连续地将第一行星齿轮组的第三构件与第二行星齿轮组的第二构件连接起来。第三互连构件连续地将第二行星齿轮组的第三构件与第三行星齿轮组的第二构件连接起来。优选所述互连构件是同心的。
在本发明的另一方面，提供了调节动力储存装置和马达/发电机之间电能互换的控制单元。
在本发明的另一方面，所述每一行星齿轮组的第一、第二和第三构件都包括齿圈构件、太阳齿轮构件和支架构件(carrier member)。所述第一行星齿轮组的齿圈构件连续地与输入构件连接，并且第三行星齿轮组的支架构件连续地与输出构件连接。所述第一行星齿轮组的支架构件经第一互连构件连续地与第二行星齿轮组的支架构件连接。所述第一行星齿轮组的太阳齿轮构件经第二互连构件连续地与第二行星齿轮组的齿圈构件连接。所述第三行星齿轮组的太阳齿轮构件连续地与马达/发电机连接，并且经第三互连构件连续地连接至第二行星齿轮组的太阳齿轮构件上。
在本发明的另一方面，第一扭矩-传动机构选择性地将第一行星齿轮组的齿圈构件与第二行星齿轮组齿圈构件连接起来。第二扭矩-传动机构选择性地将第一行星齿轮组的太阳齿轮构件与固定构件连接起来。第三扭矩-传动机构选择性地将第三行星齿轮组的齿圈构件与固定构件连接起来。第四扭矩-传动机构选择性地将第一和第二行星齿轮组的支架构件与第三行星齿轮组的支架构件连接起来。
因为既不使用第二马达/发电机也不需要第二功率变换器，传动装置一般需要另外的马达/发电机，因此本发明的单一马达/发电机并联混合传动装置的总体传动成本较低。另外，在第七正向速度模式期间行驶时，没有能量(即，基本上为零)流过马达/发电机，然而马达/发电机在此极低的速度下提供了显著的扭矩。
当与附图相结合时，根据以下用于实现本发明最佳方式的详细说明，本发明上述特征和优点以及其它特征和优点可以轻易得到说明。
附图说明
图1A是包含本发明构思的具有单个马达/发电机的电动-机械传动装置的示意图；
图1B表明图1A电动-机械传动装置多种巡航状况的图表；
图2是在瞬时牵引状况期间，马达/发电机以及发动机和输出构件的速度(转数/分)(rpm)相对于车辆速度(英里/小时)(mph)的图示；
图3是在瞬时牵引状况期间，马达/发电机、发动机、能量储存装置和输出构件的功率(hp)相对于车辆速度(英里/小时)(mph)的图示；
图4是在行驶期间，马达/发电机、发动机和输出构件的速度(转数/分)(rpm)相对于车辆速度(英里/小时)(mph)的图示；以及
图5是在行驶期间，马达/发电机、发动机和输出构件的功率(hp)相对于车辆速度(英里/小时)(mph)的图示。
具体实施方式
包含本发明构思的具有单个马达/发电机的电动-机械传动装置的一种代表性形式示于图1A中，并且通常由数字10表示。所述混合传动装置10具有可以为轴状本体的输入构件17，所述输入构件17可以直接由发动机12驱动。所述发动机12可以为矿物燃料发电机，比如内燃机或者柴油机，它轻易适于提供以恒定每分钟转数(rpm)传递的有效功率输出。用于向整个传动装置10提供润滑和冷却液的泵18可以从输入构件17上分离。动力从输入构件17流出，按照如下所述流过传动装置10，从而传递到驱动最终传动16的输出构件19上。
所述传动装置10包括第一行星齿轮组20，第一行星齿轮组20包括太阳齿轮构件22、外切太阳齿轮构件22的齿圈构件24和行星支架组件构件26，所述行星载体组件构件26包括许多可旋转地安装在支架构件29上与齿圈构件24和太阳齿轮构件22接合的小齿轮27。所述输入构件17连续地与齿圈构件24进行连接，以向那里提供动力。
所述传动装置10还包括第二行星齿轮组30，第二行星齿轮组30包括太阳齿轮构件32、外切太阳齿轮构件32的齿圈构件34和行星支架组件构件36，所述行星载体组件构件36包括许多可旋转地安装在支架构件39上并且与齿圈构件34和太阳齿轮构件32接合的小齿轮37。所述支架构件29经互连构件70连续地与支架构件39连接，其中所述互连构件70为互连轴。所述太阳齿轮构件22经互连构件72连续地与齿圈构件34连接，其中互连构件72为可旋转的套轴并且关于互连构件70同心排列。
此外，所述传动装置10包括第三行星齿轮组40，第三行星齿轮组40包括太阳齿轮构件42、外切太阳齿轮构件42的齿圈构件44和行星支架组件构件46，所述行星支架组件构件46包括许多可旋转地安装在支架构件49上并且与齿圈构件44和太阳齿轮构件42接合的小齿轮47。所述太阳齿轮构件32经互连构件74连续地与太阳齿轮构件42连接，其中互连构件74是另一关于互连构件70同心排列的可旋转的套轴。所述支架构件49连续地与输出构件19连接。
将输入构件17和输出构件19对准，从而形成通过那里的旋转轴。将单个马达/发电机80(在此可能相当于电力单元)围绕由输入构件17和输出构件19形成的共同旋转轴进行同心配置，以使其关于那里旋转。本领域熟练的技术人员应当很好理解，所述马达/发电机80包括紧固至固定构件(比如变速箱壳78)的定子以及可旋转的转子。将马达/发电机80的转子紧固到太阳齿轮构件32和42上，以使它们经枢纽76和互连构件74共同旋转。
如上述，很显然所述传动装置10可以选择性地接收来自发动机12的动力。所述混合传动装置也可以接收来自能量储存装置84(比如电池组)的能量。其它能够贮存电能和分发电能的电力存储装置也可以代替上述电池组，这并不改变本发明构思。所述电池组84可以包括一个或多个电池。电池组84的能量输出对于本发明并非至关重要，但是基于实现对所述混合传动装置10清楚理解的目的，为了说明传动装置10，电池组84的输出能量假定为约35马力(hp)。所述电池组84将取决于再生需要、局部问题(比如等级和温度)和其它需求(比如排放、能量推动和电灶)进行定径。
所述电池组84通过传输导线88A和88B与电子控制单元(ECU)82相通。ECU82通过传输导线88C和88D与马达/发电机80相通。另外，所述ECU82还经传输导线88E和88F与其它车辆电力部件86相通，比如电动转向和电动刹车系统等等。优选其它电力部件86的最大功率需求不超过2马力(hp)，这是向这些部件提供动力所需要的功率。
所述ECU82响应多种输入信号，包括车辆速度、操作者需求、对电池组84充电的水平和通过发动机12施加的功率，从而调节马达/发电机80和电池组84之间的能量流动。ECU 82可以将马达/发电机80操作成马达或者发电机。所述ECU 82还经电池组84和马达/发电机80之间的传输导线88G和88H通过功率变换器89调节能量流动，从而在电池组84应用的直流电能量和马达/发电机80应用和/或产生的交流电能量之间进行转换。
旋转离合扭矩-传动机构的第一扭矩-传动机构60选择性地将齿圈构件24与太阳齿轮构件22连接起来，并且还经互连构件72与齿圈构件34连接。由此，当扭矩-传动机构60得到接合时，齿圈构件24和太阳齿轮构件22以相同的速度旋转，从而使得整个行星齿轮组20以输入构件17的速度旋转。为制动器的第二扭矩-传动机构62选择性地将太阳齿轮构件22和齿圈构件34与固定变速箱壳78接合起来。同样为制动器的第三扭矩-传动机构64选择性地将齿圈构件44与变速箱壳78接合起来。最后，为旋转式离合器的第四扭矩-传动机构66，经互连构件70选择性地将支架构件29和39与支架构件49以及输出构件19接合起来。扭矩-传动机构60、62、64和66的接合表提供于图1B中。从图1B的真值表中可以看出，通过传动装置10，可提供0反向电池驱动模式、第一电池驱动正向模式以及第二、第三、第四、第五、第六和第七正向速度比模式。示于图1B中的速度比仅仅是基于实施例的目的进行提供，并且它们可以利用如下计算的齿比例得到实现。在行星齿轮组20中，齿圈构件24具有91个齿，和太阳齿轮构件22具有35个齿；在行星齿轮组30中，齿圈构件34具有91个齿，和太阳齿轮构件32具有45个齿；以及在行星齿轮组40中，齿圈构件44具有91个齿，和太阳齿轮构件42具有23个齿。
倒档模式(Reverse Mode)
为了实现具有反向驱动的倒档模式，对扭矩-传动机构64进行接合，从而将齿圈构件44与变速箱壳78连接起来。在倒档模式中发动机12可以不必使用，因为在传动装置10中，输入构件17的转动必然与输出构件19的转动方向相同。据此，当离合器64得到接合时马达/发电机80起反向驱动输出构件19的马达的作用，并且电子控制单元82决定这种操作者需要的逆转。电子控制单元82向电池组84发出信号，从而经通过变换器89沿传输导线88G和88H流通的电能驱动马达/发电机80。据此，假定输出构件19的顺时针方向转动能够能够正向驱动车辆，那么通过逆时针方向旋转能够将马达/发电机驱动为马达，从而以逆时针方向转动太阳齿轮构件42。由于齿圈构件44被制动器64静态固定，因此小齿轮47以顺时针方向旋转，和支架构件49由此导致输出构件19以逆时针方向旋转。
参照图2，其中对样本瞬时牵引状况期间的运行速度进行了图解(即，其中车辆承受重负载或者进行加速的状况)。反向操作在该图表部分中用负车辆速度进行了图解说明。发电机的速度通过曲线90进行了图解说明，电力单元的速度通过曲线92进行了说明，和传动装置输出构件的速度通过曲线94进行了说明。当车辆速度为负值时，电力单元和传动装置输出构件以相同的方向旋转。发电机的速度示于曲线90上；然而，在反向运行模式期间，功率并没有通过发动机12得到增加。
图3图解说明了在引起图2中速度的瞬时牵引状况期间的多种部件功率。发电机的功率由曲线100表示，电力单元80的功率由曲线102表示，电池组84的功率由曲线104表示，和传动装置输出构件19的功率由曲线106表示。当车辆为负速度时，输出构件19的功率与马达/发电机80的功率相等，并且由此在反向运行模式中(即车辆速度为负值时)，曲线102和106彼此重合。在上述重合范围内，示于曲线100中的通过发动机12的功率为零。另外，通过电池的功率为其最高水平—35马力(hp)。
发动/第一正向模式
当传动装置10用来发动车辆时，所述扭矩-传动机构64同处于倒档模式时完全一样进行接合。在第一/发动模式中马达/发电机80是牵引机，通过来源于电力控制单元82的支配下的电池组84的能量起马达的作用。对马达/发电机的转子部分进行控制，从而使其沿顺时针方向旋转，由此使互连构件74和太阳齿轮构件42沿顺时针方向旋转。因为具有如上所述样本齿数的齿圈构件44得到了制动，所以为了驱动最终传动16，所述支架构件49和输出构件19将沿顺时针方向或者正向旋转方向得到传动。在发动期间，如果扭矩-传动机构60接合于滑动位置(即，小于完全接合)，所述发动机12可以用于增加功率，使得整个行星齿轮组20与输出构件17沿同一方向旋转，从而向齿圈构件34增加驱动功率。
在第一正向模式中，传动装置组件(比如发动机12、马达/发电机80和输出构件19)的运行特性表明于瞬时牵引状况下图2和图3中Y轴和垂直线A之间。在连续巡航状况下多种部件的运行速度在图4和图5中进行了图解说明。发动机12的速度通过曲线190进行了图解说明，电力单元80的速度通过曲线192进行了说明，和传动装置输出构件19的速度通过曲线194进行了说明。图5图解说明了在引起图4中速度的连续巡航状况期间的多种部件功率。发动机12的功率由曲线200表示，电力单元80的功率由曲线202表示，和在传动装置输出构件19处的功率由曲线206表示。在图4和图5中，在巡航状况期间第一正向模式中的运行特性都位于Y轴和垂直线A′之间。在瞬时牵引状况中，对于所有的正向车辆速度，马达/发电机80都作为马达增加扭矩和驱动传动装置10，然而在图4和图5的连续巡航状况中，所述马达/发电机80作为发电机向电池组84或者其它车辆电力部件86提供能量。
第二正向模式
示于图1B中的第二正向模式通过接合扭矩-传动机构60和64进行了确定，并且其确定了第一固定正向速度比。“固定速度比”是其中输入至传动装置的功率被机械传动至输出构件，并且在马达/发电机不必有功率通量的巡航状况。对于给定的最高容量，电动变速传动装置可以较小和较轻，该传动装置可以选择性地实现接近全发电机功率运行的固定速度比。当在不使用马达/发电机，其中发电机转速可以接近其最佳值的状况下运行时，固定比例运行还会导致燃料消耗较低。通过适当选择传动系统中行星齿轮组或者齿轮构件的齿比例，多种固定速度比和可变速度比范围可以得到实现。
所述扭矩-传动机构60将输入构件17和齿圈构件24与太阳齿轮构件22连接起来，并且扭矩-传动机构64将齿圈构件44与变速箱壳78连接起来。所述行星齿轮组20和30以及太阳齿轮构件42按照与输入构件17相同的速度旋转。齿圈构件44并不旋转。支架构件49按照与输出构件19相同的速度旋转。所述支架构件49并且由此导致输出构件19按照由太阳齿轮构件42速度和行星齿轮组40的齿圈/太阳齿轮齿比例决定的速度旋转。在第二正向模式/第一固定速度比中，传动装置部件的工作特性表明于图2和图3中垂直线A和B之间(瞬时牵引状况，transient pull conditions)以及图4和5中垂直线A′和B′之间(巡航状况，cruising conditions)。
第三正向模式
第三正向模式通过接合扭矩-传动机构62和64得到了确定，并且其引起了如图1B所示的第二固定正向速度比。所述扭矩-传动机构62将太阳齿轮构件22连接至变速箱壳78上，并且扭矩-传动机构64将齿圈构件44连接至变速箱壳78上。所述齿圈构件24按照与输入构件17相同的速度旋转。所述支架构件29和39以相同的速度旋转。所述太阳齿轮构件22、齿圈构件34和齿圈构件44并不旋转。所述支架构件29按照由齿圈构件24速度和行星齿轮组20的齿圈/太阳齿轮齿比例决定的速度旋转。所述太阳齿轮构件32按照与太阳齿轮构件42相同的速度旋转。所述太阳齿轮构件32按照由支架构件39速度和行星齿轮组30的齿圈/太阳齿轮齿比例决定的速度旋转。所述支架构件49按照与输出构件19相同的速度旋转。所述支架构件49并且由此导致输出构件19按照由太阳齿轮构件42速度和行星齿轮组40的齿圈/太阳齿轮齿比例决定的速度旋转。在第三正向模式中，传动装置部件的工作特性表明于图2和图3中垂直线B和C之间(瞬时牵引状况)以及图4和5中垂直线B′和C′之间(巡航状况)。
第四正向模式
第四正向模式通过接合扭矩-传动机构64和66得到了确定，并且其引起了第三固定正向速度比，如图1B所示。所述扭矩-传动机构64将齿圈构件44连接至变速箱壳78上，并且扭矩-传动机构66使支架构件39和49彼此连接起来。所述齿圈构件24按照与输入构件17相同的速度旋转。所述支架构件29、39和49按照与输出构件19相同的速度旋转。所述太阳齿轮构件22按照与齿圈构件44相同的速度旋转。所述支架构件29并且由此导致输出构件19按照由太阳齿轮构件22速度、齿圈构件24速度和行星齿轮组20的齿圈/太阳齿轮齿比例决定的速度旋转。在第四正向模式中，传动装置部件的工作特性表明于图2和图3中垂直线C和D之间(瞬时牵引状况)以及图4和5中垂直线C和D′之间(巡航状况)。
第五正向模式
第五正向模式通过接合扭矩-传动机构62和66得到了确定，并且其导致了第四固定正向速度比。所述扭矩-传动系62将太阳齿轮构件22与变速箱壳78连接起来，并且扭矩-传动系66将支架构件39和支架构件49连接起来。所述齿圈构件24按照与输入构件17相同的速度旋转。所述支架构件29、39和49按照与输出构件19相同的速度旋转。所述太阳齿轮构件22并不旋转。所述支架构件29并且由此导致输出构件19按照由齿圈构件24速度和行星齿轮组20的齿圈/太阳齿轮齿比例决定的速度旋转。在第五正向模式中，传动装置部件的工作特性表明于图2和图3中垂直线D和E之间(瞬时牵引状况)以及图4和5中垂直线D′和E′之间(巡航状况)。
第六正向模式
第六正向模式通过接合扭矩-传动机构60和66而得到确定，并且导致直接传动比例为1.0，同时输入构件17和输出构件19的速度相同，如图1B中所示。这种直接传动比例通过接合扭矩-传动机构60和66得到确定。所述扭矩-传动系60将齿圈构件24与太阳齿轮构件22连接起来，和扭矩-传动机构66将支架构件39和49彼此连接起来。每组行星齿轮组20、30和40都按照与输入构件17相同的速度旋转。在第六正向模式中，传动装置部件的工作特性表明于图2和图3中垂直线E和F之间(瞬时牵引状况)以及图4和5中垂直线E′和F′之间(巡航状况)。
第七正向模式
第七正向模式通过接合扭矩-传动机构66得到确定。所述齿圈构件24按照与输入构件17相同的速度旋转。对支架构件29、39和49进行互连，从而使它们按照与输出构件19相同的速度旋转。所述太阳齿轮构件22按照与齿圈构件24相同的速度旋转。所述支架构件29并且由此导致输出构件19按照由太阳齿轮构件22速度和行星齿轮组20的齿圈/太阳齿轮齿比例决定的速度旋转。在第七模式中，传动装置部件的工作特性在图2和图3中示于垂直线F右侧(瞬时牵引状况)和在图4和5中示于垂直线F′右侧(巡航状况)。根据图2和图3，很显然在超速传动第七范围中，为了使马达/发电机充当马达，它必须按照与发电机和输出构件19相反的方向旋转。它以低速旋转，从而使得几乎没有动力通过马达/发电机80，但是扭矩可以得到显著增加。在第七正向模式中，当控制马达/发电机80作为马达时，动力从发电机12和输入构件17流过齿圈构件24和互相接合小齿轮27，从而到达支架构件29。从支架构件29流出的动力经互连构件70达到支架构件39和49。流动至支架构件49的动力被传送至输出构件19。电力从电池组84流出，从而使得马达/发电机80(和互连构件74)按照与输入构件17和输出构件19相反的方向旋转，经流过太阳齿轮构件32、小齿轮37和到达齿圈构件34增加行星齿轮组30的动力，在此它被加入到由行星齿轮组20输送给支架构件39的动力中。然后，该动力经互连构件72循环回到行星齿轮组20中，从而增加支架构件29处由输入构件17输送的动力。
在连续运转期间，如图4和图5中所示，在第七正向模式中，因为马达/发电机必须充当发电机，因此马达/发电机80以与发动机12和输出构件19相同的方向缓慢旋转。仅仅有较少量的电能流过马达/发电机，并且马达/发电机的速率低；然而，所述马达/发电机的扭矩高。在第七正向模式中，当控制发电机/发电机80作为发电机时，动力从发动机12和输入构件17流出，流过第一行星齿轮组20，从而到达支架构件39和49，和按照与如上所述相同的方式到达输出构件19。然而，流至支架构件39的动力经行星齿轮组30进行分解，其中部分动力流过小齿轮37和太阳齿轮构件32，从而驱动马达/发电机80。动力流至电池组84或者其它电力部件86，从而使得马达/发电机80(和互连构件74)以与输入构件17和输出构件19相同的方向旋转。流至支架构件39的其它剩余动力将经小齿轮37、齿圈构件34和互连构件72循环回行星齿轮组20。循环回行星齿轮组20的能量随后流过太阳齿轮构件22、小齿轮27和支架构件29。
如图3和图5中所证明，在任何给定的模式中，当刚刚转变到此模式时，传动装置输出构件19的功率最低。此种发电机功率的“下降”可以通过在发电机功率下降期间使马达/发电机80充当马达从而提高扭矩，由此得到补充。
由此，本发明的传动装置10通过应用电力(电池)驱动的逆转和第一正向模式提供了燃料经济性和排放益处，同时仍然提供了五种固定正向比例和第七超速传动模式，在第七超速传动模式中，当以极低速度运行时，马达/发电机80可以提高传动装置10的功率或者可以作为发电机对贮能装置84进行再充电。
虽然对用于实施本发明的最佳模式进行了详细说明，但是本发明所属领域的熟练技术人员应当认可，用于实施本发明的多种替代设计和实施方案都包括在附属权利要求的范围内。

Claims (19)

1、一种混合式电动-机械传动装置，包括：
输入构件，用于接收来自动力源的动力；
输出构件，用于传递来自混合式电动-机械传动装置的动力；
单个马达或发电机；
能量储存装置，用于与所述马达或发电机相互转换电能；
第一、第二、第三行星齿轮组，每组行星齿轮组应用第一、第二和第三构件；
其中所述第一、第二和第三行星齿轮组同轴对准排列；
其中所述马达或发电机环形外切至少一组所述行星齿轮组；
第一、第二和第三互连构件，各自连续地将所述第一、第二、第三行星齿轮组中的一个的第一、第二和第三构件中的一个不同构件互连至所述第一、第二、第三行星齿轮组中的另一个的第一、第二和第三构件中的另一不同构件上；以及
第一、第二、第三和第四扭矩-传动机构，用于将所述第一、第二和第三齿轮组的所述第一、第二和第三构件相互连接或者与固定构件连接起来，并且选择性地单独接合或者成对接合，从而提供仅仅由所述马达或发电机驱动的倒档模式、仅仅由所述马达或发电机驱动的发动模式和通过所述动力源以及可选择性地由所述马达或发电机提供补助动力驱动的至少五种固定的正向速度比。
2、如权利要求1所述的电动-机械传动装置，其特征在于，所述第一行星齿轮组的所述第一构件连续地与所述输入构件连接；
其中所述第三行星齿轮组的所述第一构件连续地与所述输出构件连接；
其中所述第一互连构件连续地将所述第一行星齿轮组的所述第二构件与所述第二行星齿轮组的所述第一构件连接起来；
其中所述第二互连构件连续地将所述第一行星齿轮组的所述第三构件与所述第二行星齿轮组的所述第二构件连接起来；以及
其中所述第三互连构件连续地将所述第二行星齿轮组的所述第三构件与所述第三行星齿轮组的所述第二构件连接起来。
3、如权利要求2所述的电动-机械传动装置，其特征在于，所述第一扭矩-传动机构选择性地将所述输入构件与所述第一行星齿轮组的所述第三构件连接起来，从而使得所述第一行星齿轮组的所有构件都以所述输入构件的速度旋转。
4、如权利要求2所述的电动-机械传动装置，其特征在于，所述第二扭矩-传动机构可选择性地将所述第一行星齿轮组的所述第三构件与所述固定构件连接起来。
5、如权利要求2所述的电动-机械传动装置，其特征在于，所述第三扭矩-传动机构选择性地将所述第三行星齿轮组的所述第三构件与所述固定构件连接起来。
6、如权利要求2所述的电动-机械传动装置，其特征在于，所述第四扭矩-传动机构选择性地将所述第一行星齿轮组的所述第二构件和所述第二行星齿轮组的第一构件与所述输出构件连接起来。
7、如权利要求2所述的电动-机械传动装置，其特征在于，还包括用于在所述能量储存装置和所述马达或发电机之间调节电能转换的控制单元。
8、一种混合电动-机械传动装置，包括：
输入构件，用于接收来自动力源的动力；
输出构件，用于传递来自混合电动-机械传动装置的动力；
单个马达或发电机；
能量储存装置，用于与所述马达或发电机相互转换电能；
第一、第二、第三行星齿轮组，每组行星齿轮组应用第一、第二和第三构件；
其中所述第一行星齿轮组的所述第一构件连续地与所述输入构件连接；
其中所述第三行星齿轮组的所述第一构件连续地与所述输出构件连接；
第一互连构件，连续地将所述第一行星齿轮组的所述第二构件与所述第二行星齿轮组的所述第一构件连接起来；
第二互连构件，连续地将所述第一行星齿轮组的所述第三构件与所述第二行星齿轮组的所述第二构件连接起来；
第三互连构件，连续地将所述第二行星齿轮组的所述第三构件与所述第三行星齿轮组的所述第二构件连接起来；
所述马达或发电机连续地连接所述第三互连构件以实现随之共同旋转；以及
四个扭矩-传动机构，用于选择性地将所述第一、第二、第三行星齿轮组的所述第一、第二和第三构件中的选定一个与所述输入构件、所述输出构件、固定构件或者所述第一、第二、第三行星齿轮组中其他构件连接起来，从而建立仅仅通过所述马达或发电机驱动的电动变速倒档模式、通过所述马达或发电机驱动以及选择性地还通过所述动力源驱动的正向模式；以及所述输入构件和所述输出构件之间至少五种固定的正向速度比。
9、如权利要求8所述的电动-机械传动装置，其特征在于，所述第一、第二和第三行星齿轮组都同轴对准排列。
10、如权利要求9所述的电动-机械传动装置，其特征在于，所述马达或发电机环状外切至少一组所述行星齿轮组。
11、如权利要求8所述的电动-机械传动装置，其特征在于，所述第一第二、第三互连构件是同心的。
12、一种混合式电动-机械传动装置，包括：
输入构件，用于接收来自动力源的动力；
输出构件，用于传递来自混合电动-机械传动装置的动力；
单个马达或发电机；
能量储存装置，用于与所述马达或发电机相互转换电能；
第一、第二、第三行星齿轮组，每组行星齿轮组应用第一、第二和第三构件；
其中所述第一行星齿轮组的第一、第二、第三构件中的一个构件连续地与所述输入构件连接；
其中所述第三行星齿轮组的第一、第二、第三构件中的一个构件连续地与所述输出构件连接；
所述马达或发电机连续地与所述第三行星齿轮组的第一、第二、第三构件中的一个构件连接，其中该一个构件未连续地与所述输出构件连接；
第一扭矩-传动机构，选择性地将与所述输入构件连续连接的所述第一行星齿轮组的第一、第二、第三构件中的一个构件与所述第一行星齿轮组的第一、第二、第三构件中的另一构件连接起来；
第二扭矩-传动机构，选择性地将未与所述输入构件连续连接的所述第一行星齿轮组的第一、第二、第三构件中的一个构件与固定构件连接起来；
第三扭矩-传动机构，选择性地将未与所述马达或发电机连续连接的所述第三行星齿轮组的第一、第二、第三构件中的一个构件与所述固定构件连接起来；
第四扭矩-传动机构，选择性地将所述第二行星齿轮组的第一、第二、第三构件中的一个构件与所述第三行星齿轮组连续连接所述输出构件的所述构件连接起来；
第一互连构件，将所述第一行星齿轮组的构件与所述第二行星齿轮组的构件连续地连接起来；
第二互连构件，连续地将未通过所述第一互连构件互连的所述第一行星齿轮组构件与第二行星齿轮组构件连接起来；以及
第三互连构件，连续地将未通过所述第一或者第二互连构件互连的所述第二行星齿轮组构件与连续与所述马达或发电机连接的所述第三行星齿轮组的所述构件连接起来。
13、如权利要求12所述的混合式电动-机械传动装置，其特征在于，每组所述行星齿轮组的所述第一、第二和第三构件都包括齿圈构件、太阳齿轮构件和支架构件；其中所述第一行星齿轮组的所述齿圈构件连续地与所述输入构件连接；
其中所述第三行星齿轮组的所述支架构件连续地与所述输出构件连接；
其中所述第一行星齿轮组的所述支架构件经所述第一互连构件连续地与所述第二行星齿轮组的所述支架构件连接；
其中所述第一行星齿轮组的所述太阳齿轮构件经所述第二互连构件连续地与所述第二行星齿轮组的所述齿圈构件连接；以及
其中所述第三行星齿轮组的所述太阳齿轮构件连续地与所述马达或发电机连接，并且经所述第三互连构件连续地与所述第二行星齿轮组的所述太阳齿轮构件连接。
14、如权利要求12所述的混合式电动-机械传动装置，其特征在于，所述第一扭矩-传动机构选择性地将所述第一行星齿轮组的所述齿圈构件与所述第一行星齿轮组的所述太阳齿轮构件连接起来。
15、如权利要求12的混合式电动-机械传动装置，其特征在于，所述第二扭矩-传动机构选择性地将所述第一行星齿轮组的所述太阳齿轮构件与所述固定构件连接起来。
16、如权利要求12所述的混合式电动-机械传动装置，其特征在于，所述第三扭矩-传动机构选择性地将所述第三行星齿轮组的所述齿圈构件与所述固定构件连接起来。
17、如权利要求12所述的混合式电动-机械传动装置，其特征在于，所述第四扭矩-传动机构选择性地将所述第二行星齿轮组的所述支架构件与所述第三行星齿轮组的所述支架构件连接起来。
18、如权利要求12所述的混合式电动-机械传动装置，其特征在于，所述四个扭矩-传动机构中选定的扭矩-传动机构的单独或者成对选择性接合提供了至少五种固定的正向速度比，不论是否有能量流过所述马达或发电机。
19、如权利要求12所述的混合式电动-机械传动装置，其特征在于，所述第一、第二和第三行星齿轮组同轴对准排列；以及
其中所述马达或发电机环形外切至少一组所述行星齿轮组。
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