FR2583682A1

FR2583682A1 - VEHICLE TRANSMISSION ELECTRICALLY

Info

Publication number: FR2583682A1
Application number: FR8608875A
Authority: FR
Inventors: Jack Lee Mccabria
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1985-06-20
Filing date: 1986-06-19
Publication date: 1986-12-26
Also published as: GB2176852B; JPS61295130A; GB2176852A; GB8613532D0; DE3619368A1

Abstract

LA TRANSMISSION POUR VEHICULE MU ELECTRIQUEMENT SELON LA PRESENTE INVENTION COMPREND UN ARBRE DE SORTIE 10 ET UN PORTE-SATELLITES 14 MONTE DE MANIERE A TOURNER AUTOUR DE L'AXE 12 DE L'ARBRE DE SORTIE. LE PORTE-SATELLITES EST ENTRAINE PAR AU MOINS UN MOTEUR ELECTRIQUE ET EST COUPLE A L'ARBRE DE SORTIE PAR UN EMBRAYAGE 16 A ROUE LIBRE. UNE PLURALITE DE SATELLITES 22, 24 SONT MONTES SUR DES AXES FIXES AU PORTE-SATELLITES ET SONT DISPOSES DE MANIERE A ENGRENER AVEC UNE ROUE DENTEE SOLAIRE 28 SE TROUVANT SUR L'ARBRE DE SORTIE ET AVEC UNE COURONNE DENTEE 30. UN CARTER 38 ENTOURE L'ENSEMBLE ET EST MUNI DE MOYENS EN NEUTRALISANT LA ROTATION DE LA COURONNE DENTEE DE MANIERE A AUGMENTER AINSI LA VITESSE DE L'ARBRE DE SORTIE PAR RAPPORT A LA VITESSE DU PORTE-SATELLITES.THE TRANSMISSION FOR VEHICLE MU ELECTRICALLY ACCORDING TO THE PRESENT INVENTION INCLUDES AN OUTPUT SHAFT 10 AND A SATELLITE CARRIER 14 MOUNTED TO TURN AROUND THE AXIS 12 OF THE OUTPUT SHAFT. THE SATELLITE CARRIER IS DRIVEN BY AT LEAST ONE ELECTRIC MOTOR AND IS COUPLED TO THE OUTPUT SHAFT BY A 16 FREEWHEEL CLUTCH. A PLURALITY OF SATELLITES 22, 24 ARE MOUNTED ON SHAFTS FIXED TO THE SATELLITE CARRIER AND ARE ARRANGED TO ENGAGE WITH A SOLAR GEAR 28 LOCATED ON THE OUTPUT SHAFT AND WITH A TOOTHED CROWN 30. A CRANKCASE 38 SURROUNDED L 'TOGETHER AND IS EQUIPPED WITH MEANS OF NEUTRALIZING THE ROTATION OF THE TOOTHED CROWN SO AS TO THUS INCREASE THE SPEED OF THE OUTPUT SHAFT IN RELATION TO THE SPEED OF THE SATELLITE CARRIER.

Description

La présente invention concerne les transmissions mécaniques pour lesThe present invention relates to mechanical transmissions for

véhicules à entraînement électrique, et elle a trait, plus particulièrement, aux transmissions qui comprennent un réducteur de vitesse et un dispositif de changement de vitesses. La source d'énergie pour l'entraînement électrique electrically driven vehicles, and relates more particularly to transmissions which include a speed reducer and a gear change device. The energy source for electric drive

d'un véhicule terrestre consiste en un alternateur ou géné- of a land vehicle consists of an alternator or generator

rateur entraîné par un moteur, un équipement de transforma- rator driven by a motor, processing equipment

tion d'énergie électrique, des moteurs et des dispositifs de tion of electrical energy, motors and devices

commande associés du type à semi-conducteurs, et une trans- associated control of the semiconductor type, and a trans-

mission mécanique entre les moteurs et un dispositif de traction. Le dispositif de traction nécessite un couple élevé avec des vitesses d'entrée allant de zéro jusqu'à quelques centaines de tours par minute dans chaque sens. Pour utiliser des moteurs électriques plus compacts et plus légers, il est souhaitable de disposer de moteurs R vitesses élevées aptes à produire une force motrice adéquate pour accélérer le véhicule en marche avant et en marche arrière, pour faire exécuter un virage au véhicule et pour lui faire mechanical mission between the motors and a traction device. The traction device requires high torque with input speeds ranging from zero to a few hundred revolutions per minute in each direction. To use more compact and lighter electric motors, it is desirable to have high speed R motors capable of producing an adequate motive force to accelerate the vehicle in forward and reverse, to make the vehicle execute a turn and for it. to do

monter une côte. C'est pourquoi, une transmission qui assu- climb a hill. This is why, a transmission which assu-

rerait une réduction de vitesses est nécessaire. En plus d'un réducteur de vitesses, un dispositif de changement de vitesses est souhaitable dans la transmission pour obtenir a reduction in speed is necessary. In addition to a speed reducer, a gear change device is desirable in the transmission to obtain

un couple maximal aux faibles vitesses du véhicule. maximum torque at low vehicle speeds.

L'objet principal de la présente invention est une transmission assurant une réduction de vitesses et un The main object of the present invention is a transmission ensuring a reduction of speeds and a

changement de vitesses entre un ou plusieurs moteurs élec- gear change between one or more electric motors

triques et un arbre de sortie.triques and an output tree.

Compte tenu de cet objet, la présente invention In view of this object, the present invention

réside dans une transmission pour un véhicule mû électri- resides in a transmission for a powered electric vehicle

quement, cette transmission comprenant un arbre de sortie comportant un axe central, un porte-satellites monté de manière à tourner autour dudit axe central, un embrayage à z roue libre monté en vue d'un entrainement entre ledit arbre de sortie et ledit porte-satellite,une pluralité d'axes de support de satellite s'étendant à partir de cement, this transmission comprising an output shaft having a central axis, a planet carrier mounted so as to rotate about said central axis, a freewheel clutch z mounted for driving between said output shaft and said carrier satellite, a plurality of satellite support axes extending from

positions décalées circonférentiellement sur ledit porte- circumferentially offset positions on said holder

satellites,une pluralité de satellites dont chacun est monté de manière à tourner autour d'un desdits axes de support de satellite, un pignon solaire fixé audit arbre de sortie et engrenant avec chacun desdits satellites, une couronne dentée montée de manière à tourner autour dudit axe central et engrenant avec chacun desdits satellites, et un carter satellites, a plurality of satellites each of which is mounted so as to rotate around one of said satellite support axes, a sun gear fixed to said output shaft and meshing with each of said satellites, a ring gear mounted so as to rotate around said central axis and meshing with each of said satellites, and a casing

de transmission, la transmission sus-visée étant caracté- of transmission, the transmission referred to above being characteristic

risée par un moyen pour neutraliser la rotation de la couronne dentée par rapport au carter, et par un moteur électrique fixé au carter et comportant un arbre monté risée by a means to neutralize the rotation of the ring gear relative to the casing, and by an electric motor fixed to the casing and comprising a mounted shaft

en relation d'entraînement avec le porte-satellites. in training relationship with the planet carrier.

On va décrire, à titre d'exemple, le mode de réali- We will describe, by way of example, the mode of realization

sation préféré de l'invention en se référant aux dessins annexés, selon lesquels: la figure 1 est une vue latérale, partiellement en preferred position of the invention with reference to the accompanying drawings, according to which: FIG. 1 is a side view, partially in

coupe, d'une transmission réalisée selon la présente inven- section, of a transmission produced according to the present invention

tion; et la figure 2 est une coupe de la transmission de tion; and Figure 2 is a section through the transmission of

la figure 1 par II-II de cette dernière. Figure 1 by II-II of the latter.

En se référant aux dessins, on voit que la figure 1 est une vue latérale schématique, partiellement en coupe, Referring to the drawings, it can be seen that FIG. 1 is a schematic side view, partially in section,

d'une transmission réalisée selon un des modes de réalisa- of a transmission carried out according to one of the embodiments

tion de la présente invention. Cette transmission comprend un arbre de sortie 10 comportant un axe central 12. Un porte-satellites 14 est monté de manière à tourner autour de l'axe central et est accouplé à l'arbre de sortie en relation d'entraînement avec ce dernier par un embrayage 16 à roue libre. Une pluralité d'axes 18 et 20 de support de satellites s'étendent à partir du porte-satellites 14 à des endroits décalés circonférentiellement. Des satellites 22 et 24 sont montés de façon tournante sur chacun de ces axes de support de satellites. Une bague de support 26 est fixée à une des extrémités de chacun des axes de support de satellites. Une roue dentée solaire 28 est fixée à l'arbre de sortie 10 et est montée de manière à engrèner avec chacun des satellites. Une couronne dentée 30 est montée de manière à tourner autour de l'axe central et engrène également avec chacun des satellites. Une ailette 32 s'étend radialement vers l'extérieur depuis la couronne dentée. Un frein 34, qui comprend des patins 36 de fieins,est placé sur une partie de l'ailette radiale 32 pour empêcher la rotation de la couronne dentée par rapport au carter 38 de la transmission. Ce frein est réalisé selon une technique classique. Un second frein 52 est disposé à une des extrémités de l'arbre de sortie. Ce second frein est également réalisé selon une technique classique. Il empêche le déplacement du véhicule quand il est en stationnement et peut également servir de frein de secours. Des moteurs 40 et 42 comportant respectivement des arbres 44 et 46 sont montés sur le carter 38. Les arbres 44 et 46 comprennent respectivement des pignons 48 et 50 qui tion of the present invention. This transmission comprises an output shaft 10 having a central axis 12. A planet carrier 14 is mounted so as to rotate around the central axis and is coupled to the output shaft in drive relation with the latter by a clutch 16 freewheeling. A plurality of satellite support axes 18 and 20 extend from the planet carrier 14 at circumferentially offset locations. Satellites 22 and 24 are rotatably mounted on each of these satellite support axes. A support ring 26 is fixed to one end of each of the satellite support axes. A solar gear 28 is fixed to the output shaft 10 and is mounted so as to mesh with each of the satellites. A ring gear 30 is mounted so as to rotate around the central axis and also meshes with each of the satellites. A fin 32 extends radially outward from the ring gear. A brake 34, which includes shoes 36 of brake shoes, is placed on a part of the radial fin 32 to prevent rotation of the ring gear relative to the casing 38 of the transmission. This brake is produced according to a conventional technique. A second brake 52 is disposed at one end of the output shaft. This second brake is also produced according to a conventional technique. It prevents the vehicle from moving when it is parked and can also be used as an emergency brake. Motors 40 and 42 respectively comprising shafts 44 and 46 are mounted on the casing 38. The shafts 44 and 46 respectively comprise pinions 48 and 50 which

engrènent avec des dents se trouvant le long de la péri- mesh with teeth lying along the perimeter

phérie du porte-satellites 14.satellite of the planet carrier 14.

La figure 2 est une coupe de la transmission de la figure 1 par II-Il de cette dernière. Une partie du carter Figure 2 is a section of the transmission of Figure 1 by II-II thereof. Part of the housing

38 de la figure 2 a été arrachée pour laisser voir la rela- 38 of Figure 2 has been broken away to reveal the relationship

tion d'entraînement entre le pignon 48 et les dents 54 se trouvant sur le périphérie du porte-satellites 14. De façon similaire, l'ailette 32 s'étendant radialement a été arrachée pour laisser voir le patin 36 de frein. Dans cette vue, on a représenté quatre satellites. Toutefois, il est bien entendu que la présente invention n'est pas limitée à ce nombre particulier de satellites. En outre, bien que deux moteurs aient été représentés sur les figures 1 et 2, la présente invention peut aussi trouver une application dans une utilisation avec un seul moteur ou un nombre plus grand drive between the pinion 48 and the teeth 54 located on the periphery of the planet carrier 14. Similarly, the fin 32 extending radially has been torn off to reveal the brake shoe 36. In this view, four satellites are shown. However, it is understood that the present invention is not limited to this particular number of satellites. In addition, although two motors have been shown in Figures 1 and 2, the present invention may also find application in use with a single motor or a larger number

de moteurs.motors.

La transmission des figures 1 et 2 permet d'uti- The transmission of Figures 1 and 2 makes it possible to use

liser des moteurs tournant à grande vitesse et assure une réduction de vitesse au moyen d'un dispositif de changement de vitesses. Les pignons sont dimensionnés de manière à procurer une forte réduction de vitesse entre l'arbre de moteur et l'arbre de sortie de la transmission. Pour une accélération initiale du véhicule, le frein 34 est desserré Read motors running at high speed and ensures speed reduction by means of a gear change device. The sprockets are sized to provide a large reduction in speed between the motor shaft and the output shaft of the transmission. For initial acceleration of the vehicle, the brake 34 is released

de sorte que la couronne dentée 30 peut tourner librement. so that the ring gear 30 can rotate freely.

Dans ce mode de fonctionnement, le couple est transféré du In this operating mode, the torque is transferred from

porte-satellites 14 à l'arbre de sortie 10 par l'intermé- planet carrier 14 to the output shaft 10 via

diaire de l'embrayage 16 à roue libre. Ceci donne à l'arbre de sortie un sens de rotation que l'on peut utiliser pour entraîner le véhicule dans un premier sens. Quand l'arbre clutch freewheel diary 16. This gives the output shaft a direction of rotation that can be used to drive the vehicle in the first direction. When the tree

de sortie 10 de la transmission est entraîné par le porte- output 10 of the transmission is driven by the holder

satellites14 à l'aide de l'embrayage 16 à roue libre, on obtient une réduction maximale de vitesse. Au démarrage, à une vitesse nulle, le couple des moteurs, avec rotor bloqué, est multiplié par le rapport d'engrenage entre le porte-satellites et les pignons des moteurspour engendrer le satellites14 using the freewheeling clutch 16, a maximum speed reduction is obtained. At start-up, at zero speed, the torque of the motors, with the rotor locked, is multiplied by the gear ratio between the planet carrier and the motor pinions to generate the

couple de démarrage du dispositif de traction de véhicule. starting torque of the vehicle traction device.

Au fur et à mesure que la vitesse du véhicule augmente, les moteurs électriques atteignent leur vitesse de fonctionnement As the speed of the vehicle increases, the electric motors reach their operating speed

maximale avant que le véhicule atteigne sa vitesse maximale. maximum before the vehicle reaches its maximum speed.

A ce stade, un changement de vitesses a lieu dans la At this point, a gear change takes place in the

transmission.transmission.

On obtient le changement de vitesses en utilisant le frein 34 qui applique une force de frottement à l'ailette radiale 32 de la couronne dentée 30. Au fur et à mesure que la couronne dentée ralentit,les satellites, qui sont supportés par le porte-satellites 14, appliquent un couple à la roue dentée solaire, ce qui fait tourner l'arbre de sortie. La roue dentée solaire et le porte-satellites sont conçus de manière que la vitesse de la roue dentée solaire augmente par rapport à celle du porte-satellites quand le frein 34 est appliqué pour ralentir la rotation de la The gear change is obtained by using the brake 34 which applies a frictional force to the radial fin 32 of the ring gear 30. As the ring gear slows down, the satellites, which are supported by the holder satellites 14 apply torque to the solar gear, which rotates the output shaft. The sun gear and the planet carrier are designed so that the speed of the sun gear increases relative to that of the planet carrier when the brake 34 is applied to slow the rotation of the

couronne dentée.Dans le cas d'un mode continu de fonction- ring gear.In the case of a continuous operating mode-

nement à une vitesse maximale, un couple de freinage suffi- at maximum speed, sufficient braking torque

sant serait appliqué pour empocher la rotation de la couronne dentée 30. L'agencement de porte-satellites à changement de vitesse est conçu de telle sorte que la vitesse maximale admissible des moteurs coincide avec la vitesse maximale voulue pour le véhicule. Par exemple, on va supposer que: (1) la vitesse maximale admissible des moteurs est 24 000 tours par minute, (2) la vitesse maximale voulue pour le véhicule est 95 kilomètres/heure, et (3) le changement de vitesse du porte-satellites est conçu de telle sorte que la vitesse de l'arbre de sortie se trouve multipliée par un facteur de trois lorsque l'on applique le frein 34. Dans ce cas, la transmission est conçue de manière à fournir une vitesse de véhicule de 95 kilomètres par heure, les moteurs fonctionnant à 24 000 tours par minute et la source motrice étant transférée par l'intermédiaire du porte-satellites 14, des satellites 22 et 24 et de la roue dentée solaire 28. Le frein 34 est appliqué pour empêcher une rotation de la couronne dentée 30 dans le présent cas. On règle la vitesse du véhicule entre 95 kilomètres/heure et 33 kilomètres/heure en modifiant la vitesse des moteurs. A une vitesse de 33 kilomètres/heure, la vitesse des moteurs serait de 8 000 tours/minute, le frein 34 étant appliqué. Pour obtenir un couple maximal à la vitesse de 33 kilomètres/heure ou à une vitesse inférieure, le frein 34 est desserré et la vitesse des moteurs augmente pour maintenir la vitesse voulue du Health would be applied to pocket the rotation of the ring gear 30. The arrangement of planet carriers with speed change is designed so that the maximum admissible speed of the motors coincides with the maximum speed desired for the vehicle. For example, we will assume that: (1) the maximum admissible speed of the motors is 24,000 rpm, (2) the maximum speed desired for the vehicle is 95 km / hour, and (3) the change of speed of the door -satellites is designed so that the speed of the output shaft is multiplied by a factor of three when the brake 34 is applied. In this case, the transmission is designed to provide a vehicle speed of 95 kilometers per hour, the motors operating at 24,000 revolutions per minute and the power source being transferred via the planet carrier 14, the satellites 22 and 24 and the solar gear wheel 28. The brake 34 is applied to prevent a rotation of the ring gear 30 in the present case. The vehicle speed is adjusted between 95 km / hour and 33 km / hour by changing the speed of the engines. At a speed of 33 km / hour, the speed of the motors would be 8,000 rpm, the brake 34 being applied. To obtain maximum torque at a speed of 33 km / hour or less, the brake 34 is released and the speed of the motors increases to maintain the desired speed of the

véhicule. Dans ce cas, le couple est transféré par l'inter- vehicle. In this case, the torque is transferred via the

médiaire de l'embrayage 16 à roue libre. freewheel clutch 16.

- On obtient le déplacement sens inverse du véhicule en inversant la rotation des moteurs. Du fait que l'embrayage 16 est un embrayage à roue libre, une rotation en sens inverse de l'arbre de sortie n'a lieu que lorsque le frein 34 applique une force de frottement à l'ailette 32. On peut obtenir un freinage dynamique en faisant fonctionner les moteurs en générateurs, l'énergie étant consommée dans un - Obtain the opposite direction of movement of the vehicle by reversing the rotation of the motors. Because the clutch 16 is a freewheel clutch, a rotation in the opposite direction of the output shaft takes place only when the brake 34 applies a frictional force to the fin 32. Braking can be obtained dynamic by running the motors in generators, the energy being consumed in a

banc de résistancesassocié.associated resistance bench.

La transmission décrite est compatible avec des moteurs de forte puissance et tournant à grande vitesse, The transmission described is compatible with high power motors running at high speed,

légers et compacts. On peut refroidir ces moteurs en pulvé- light and compact. These motors can be cooled by spraying

risant de l'huile sur les têtes des enroulements, étant donné que la longueur utile de ces moteurs est faible. Une faible longueur utile est possible grâce à la vitesse de rotation élevée d'une pluralité de moteurs. Le changement de vitesse assure un couple maximal de l'arbre de sortie aux faibles vitesses pour une puissance nominale donnée des risking oil on the heads of the windings, since the useful length of these motors is short. A short useful length is possible thanks to the high speed of rotation of a plurality of motors. The gear change ensures maximum torque of the output shaft at low speeds for a given nominal power of the

moteurs d'entraînement à leur vitesse maximale. drive motors at their maximum speed.

Claims

1. Vehicle transmission m electrically,

nant an output shaft (10) having a central axis (12), a satellite carrier (14) mounted so as to rotate about said central axis, a freewheel clutch (16) mounted in a drive relationship between said shaft output and said planet carrier, a plurality of axes (18, 20) of

satellite support extending from spa-

circumferentially created on said planet carrier, a plurality of satellites (22, 24) each of which is mounted so as to rotate around one of said satellite support axes, a solar gear (28) fixed to said output shaft and meshing with each of said satellites, a ring gear (30) mounted so as to rotate around

of said central axis and meshing with each of said satel-

lites, and a transmission casing (38), the above-mentioned transmission being characterized in that it comprises a means for neutralizing the rotation of the ring gear (30) relative to the casing (38) and that a motor electric (40) is fixed to the casing (38) and comprises a shaft (44)

mounted in a drive relationship with the carrier

satellites (14).

2. Transmission according to claim 1, character-

further laughed at by the fact that a fin (32) extends radially outward from the ring gear (30) and that the means for neutralizing the rotation of the ring gear (30) comprises a brake (34) for applying a frictional force to the fin (32), said brake being mounted

in a fixed position relative to the housing (38).

3. Transmission according to claim 1, character-

further laughed by the fact that the ring gear (30) comprises a plurality of peripheral teeth and that the motor shaft (44) comprises a pinion (48) arranged

so as to mesh with said teeth.

4. Transmission according to claim 1, character-

further laughed at by the fact that the means for neutralizing the rotation of the ring gear (30) relative to the housing (38) comprises a brake (34) mounted in a fixed position relative to the housing (38).

5. Transmission according to any one of the claims

previous cations, further characterized in that a second electric motor (52) is attached to the housing (38) and includes a second shaft (48) mounted in a drive relationship with respect to the planet carrier ( 14), and that the ring gear (30) comprises a plurality of peripheral teeth and each of the motor shafts (44, 46) comprises a pinion (48, 50) arranged so as to mesh

with said teeth.