CN101572456A - 一种用于控制电动汽车变速换挡电机的装置 - Google Patents

一种用于控制电动汽车变速换挡电机的装置 Download PDF

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Abstract

一种用于控制电动汽车变速换挡电机的装置，壳体的敞口端由端盖密封，电动机的输出轴与壳体内的蜗杆连接，蜗杆与蜗轮啮合，蜗轮固套于连接轴的内端，连接轴的外端伸出壳体外，伸出部分套装凸轮；在端盖的内壁上固定第一、第二、第三电极片，外连接片和内连接片，蜗轮朝向端盖的盘面上固定吸电片，该吸电片上具有三个触片，这三个触片分别与三块电极片相对应。第二电极片通过导线与电动机的一极连接，电动机的另一极与电源负极相接，从电源正极接出的导线通过组合开关分别与外连接片和内连接片相接。本发明具有操纵简单、控制环节少、变挡可靠性好等特点，它大大简化了变速器的结构、体积及重量，有效降低了电动汽车的生产成本，有利于电动汽车的使用和推广。

Description

一种用于控制电动汽车变速换挡电机的装置
技术领域
本发明属于汽车技术领域，具体地说，尤其涉及电动汽车变挡电机的控制装置。
背景技术
目前，新能源汽车正在成为开发热点，特别是电动汽车的开发，已成为新能源汽车开发的重点。对于电动汽车的变速器，各汽车生产厂家的通用做法，是将燃油汽车上的手动变速器或自动离合变速器进行适应性改进后，照搬到电动汽车上，所存在的不足在于：
1、采用手动变速器，通过离合踏板和变挡杆的配合来控制拉索机构，使拨叉在导向杆上滑移，由拨叉推动同步器接合套改变啮合对象来实现变挡，不仅控制环节多，操纵繁琐，变挡可靠性较差，而且手动变速器的结构复杂、体积庞大，会增加电动汽车的成本和重量。
2、采用自动离合变速器，虽然变挡操作简单，但是自动离合变速器结构非常复杂，控制难度较大，对变挡可靠性的影响大；尤为不足的是，自动离合变速器非常昂贵，会大大增加电动汽车的成本，不利于电动汽车的使用和推广。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于控制电动汽车变速换挡电机的装置，以便简单、可靠地控制变速器变换挡位。
本发明的技术方案如下：一种用于控制电动汽车变速换挡电机的装置，壳体的敞口端由端盖密封，在壳体上安装电动机，其关键在于：
A、所述电动机的输出轴与壳体内的蜗杆连接，该蜗杆与蜗轮相啮合，所述蜗轮固套于连接轴的内端，连接轴的外端伸出壳体外，且伸出部分固套有凸轮；
B、在所述端盖的内壁上设有圆环形第二电极片，该第二电极片的圈外对称设置两块第一电极片，这两块第一电极片均为圆弧形，并且两块第一电极片之间通过外连接片相连，在所述第二电极片的圈内对称设置两块第三电极片，这两块第三电极片也为圆弧形，两块第三电极片之间通过内连接片相连，所述第一电极片、第二电极片和第三电极片的圆心在同一点上，并且第一电极片与第三电极片在周向上错位；
C、在所述蜗轮朝向端盖的盘面上设有吸电片，该吸电片上具有三个触片，这三个触片分别与第一、第二、第三电极片相对应，并且在蜗轮转动时，三个触片能分别与三个电极片接触；
D、所述第二电极片通过导线与电动机的一极连接，电动机的另一极与电源负极相接，从电源正极接出的导线分为两路，其中一路与组合开关中第一开关的一端连接，该第一开关的另一端通过导线分别与外连接片和内连接片相接，所述从电源正极接出的另一路导线与组合开关中第二开关的一端连接，该第二开关的另一端通过导线分别与外连接片和内连接片相接。
本发明中，凸轮与换挡拨叉的上卡脚相卡接配合，当电动机运转时，电动机的输出轴带动蜗杆转动，蜗杆将动力传递给蜗轮，使蜗轮、连接轴和凸轮同步转动，凸轮推动换挡拨叉在导向杆上左右移动，换挡拨叉再拨动同步器接合齿套移动，有选择地与高速挡齿轮或低速挡齿轮啮合，即可实现变挡。
蜗轮上吸电片的三个触片与端盖上的三块电极片配合，起接通或者断开电动机控制电路的作用。其中第一电极片和第三电极片的弧度为90度，两者在周向上完全错位。随着蜗轮的转动，吸电片的第二触片始终与第二电极片接触；当吸电片的第一触片与第一电极片接触时，吸电片的第三触片与第三电极片分离；当吸电片的第一触片与第一电极片分离时，吸电片的第三触片与第三电极片接触。
电动机控制电路中组合开关的接通或断开由外部控制系统TCU按照车辆工况进行控制。当第一开关接通、第二开关断开时，电流通过第一开关导入第一电极片，此时吸电片的第一触片与第一电极片接触，吸电片将电流从第一电极片导入到第二电极片，使第一开关、吸电片、第一电极片、第二电极片和电动机之间形成电流回路，电动机转动，带动蜗轮及凸轮转动，吸电片随蜗轮一起转动，当蜗轮转动90度后，吸电片的第一触片与第一电极片分离，电流切断，电动机停止转动；这时，吸电片的第三触片与第三电极片接触，只要外部控制系统TCU使第二开关接通、第一开关断开，那么第二开关、吸电片、第三电极片、第二电极片和电动机之间便形成电流回路，使电动机转动，同理，电动机带动蜗轮转动90度后停止。由此可见，在组合开关的控制下，电动机每次带动蜗轮转动90度后停止，这样凸轮每次转动90度，凸轮推动换挡拨叉拨动同步器接合齿套移动相应的行程，以便更改啮合对象。当电动机带动蜗轮和凸轮转动完一周，换挡拨叉在空挡→低速挡→空挡→高速挡→空挡之间轮回切换一次。
本发明采用手动变挡的原理，利用电动机自动控制，这样不仅操纵简单，控制环节少，变挡可靠性好；而且可以取消传统变速器中的离合器，使得变速器结构更简单，重量及体积更小，从而能有效降低电动汽车的生产成本。
为了便于接线，在上述外连接片上接有第一接点，该第一接点通过导线分别与第一开关和第二开关连接；在所述第二电极片上接有第二接点，该第二接点通过导线与电动机连接；在所述内连接片上设有第三接点，该第三接点通过导线分别与第一开关和第二开关连接。
在上述连接轴上沿径向穿设有钢丝，该钢丝嵌入蜗轮盘面上的凹槽中。蜗轮传递的扭矩通过钢丝带动连接轴转动，由于钢丝是有弹性的，可以改善换挡时同步器接合套与齿轮之间的碰撞冲击。
为了便于连接轴安装、并保证连接轴运转可靠，在上述壳体的外侧设有保持架，该保持架通过衬套与壳体连接，所述连接轴从衬套和保持架中穿过，并与衬套及保持架间隙配合；所述连接轴上的凸轮位于保持架内，在保持架的底部开有供凸轮旋转通过的缺口。
有益效果：本发明具有操纵简单、控制环节少、变挡可靠性好等特点，它大大简化了变速器的结构、体积及重量，有效降低了电动汽车的生产成本，有利于电动汽车的使用和推广。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1拆除端盖的右视图。
图3为本发明中端盖上电极片的分布示意图。
图4为本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1、图2所示，本发明电动机1、壳体2、端盖3、蜗杆4、蜗轮5、连接轴6、第一电极片7、第二电极片8、第三电极片9、外连接片10、内连接片11、吸电片12、钢丝13、保持架14、衬套15和凸轮16等部件构成。其中壳体2为一端敞口另一端封闭的盒状结构，该壳体2的敞口端由端盖3密封。在壳体2上安装电动机1，该电动机1的输出端伸入壳体2内，且电动机1的输出轴与壳体2内的蜗杆4连接。所述蜗杆4与蜗轮5啮合，该蜗轮5也位于壳体2内，并套装于连接轴6的内端，在连接轴6上沿径向穿设有钢丝13，该钢丝13嵌入蜗轮5盘面上的凹槽中，蜗轮5通过钢丝13向连接轴6传递扭矩。
从图1、图2中可知，所述连接轴6的外端伸出壳体2的封闭端，再依次从衬套15和保持架14中穿过，且连接轴6与壳体2、衬套15及保持架14间隙配合，连接轴6能相对壳体2、衬套15及保持架14转动。所述衬套15的一端与壳体2的封闭端相连接，衬套15的另一端与保持架14焊接。在保持架14内设置凸轮16，该凸轮16固套于连接轴6上，并能随连接轴6一起转动，在保持架14的底部开有供凸轮16旋转通过的缺口。
从图3中可知，在端盖3的内壁上固定有第一电极片7、第二电极片8、第三电极片9、外连接片10和内连接片11，其中第二电极片8为圆环形，该第二电极片8上接有第二接点B。在第二电极片8的圈外对称设置两块第一电极片7，这两块第一电极片7均为圆弧形，弧度为90度，并且两块第一电极片7之间通过外连接片10相连，在外连接片10上接有第一接点A。所述第二电极片8的圈内对称设置两块第三电极片9，这两块第三电极片9也为圆弧形，弧度为90度，两块第三电极片9之间通过内连接片11相连，在内连接片11上设有第三接点C。所述第一电极片7、第二电极片8和第三电极片9的圆心在同一点上，并且第一电极片7与第三电极片9在周向上完全错开。
从图2、图3中可知，在蜗轮5朝向端盖3的盘面上固定吸电片12，该吸电片12上具有三个触片12a、12b、12c，这三个触片12a、12b、12c分别与第一、第二、第三电极片7、8、9相对应，并且在蜗轮5转动时，三个触片12a、12b、12c能分别与三个电极片7、8、9接触，具体表现为：吸电片12的第二触片12b始终与第二电极片8接触；当吸电片12的第一触片12a与第一电极片7接触时，吸电片12的第三触片12c与第三电极片9分离；当吸电片12的第一触片12a与第一电极片7分离时，吸电片12的第三触片12c与第三电极片9接触。
从图3、图4中可知，第二电极片8接出的第二接点B通过导线与电动机1的一极连接，电动机1的另一极与电源负极相接，从电源正极接出的导线分为两路，其中一路与组合开关中第一开关K1的一端连接，该第一开关K1的另一端通过导线分别与第一接点A和第三接点C相接，所述从电源正极接出的另一路导线与组合开关中第二开关K2的一端连接，该第二开关K2的另一端通过导线分别与第一接点A和第三接点C相接。
本发明的工作原理如下：
本发明中，凸轮16与变速器中换挡拨叉的上卡脚相卡接配合，换挡拨叉的下卡脚与同步器接合齿套卡接，而同步器接合套位于低速挡齿轮与高速挡齿轮之间。当电动机1运转时，电动机1的输出轴带动蜗杆4转动，蜗杆4将动力传递给蜗5轮，使蜗轮5、连接轴6和凸轮16同步转动，凸轮16推动换挡拨叉在导向杆上左右移动，换挡拨叉再拨动同步器接合齿套移动，有选择地与高速挡齿轮或低速挡齿轮啮合，即可实现变挡。
电动机控制电路中组合开关的接通或断开由外部控制系统TCU按照车辆工况进行控制。当第一开关K1接通、第二开关K2断开时，电流通过第一开关K1导入第一电极片7，此时吸电片12的第一触片12a与第一电极片7接触，吸电片12将电流从第一电极片7导入到第二电极片8，使第一开关K1、吸电片12、第一电极片7、第二电极片8和电动机1之间形成电流回路，电动机1转动，带动蜗轮5及凸轮16转动，吸电片12随蜗轮5一起转动，当蜗轮5转动90度后，吸电片12的第一触片12a与第一电极片7分离，电流切断，电动机1停止转动；这时，吸电片12的第三触片12c与第三电极片9接触，只要外部控制系统TCU使第二开关K2接通、第一开关K1断开，那么第二开关K2、吸电片12、第三电极片9、第二电极片8和电动机1之间便形成电流回路，使电动机1转动，同理，电动机1带动蜗轮5转动90度后停止。由此可见，在组合开关的控制下，电动机1每次带动蜗轮5转动90度后停止，这样凸轮16每次转动90度，凸轮16推动换挡拨叉拨动同步器接合齿套移动相应的行程，以便更改啮合对象。
换挡拨叉、同步器接合齿套、低速挡齿轮和高速挡齿轮为变速器中的通用技术，其结构及连接关系在此不做赘述。电动机1带动蜗轮5和凸轮16转动完一周，换挡拨叉在空挡→低速挡→空挡→高速挡→空挡之间轮回切换一次。当电动机1带动凸轮16转动90度后，凸轮16推动换挡拨叉，使换挡拨叉拨动同步器接合套向右移动，与低速挡齿轮结合，对应变速器的低速挡；电动机1带动凸轮16继续旋转90度后，凸轮16推动换挡拨叉回到中间位置，使同步器接合套与低速挡齿轮分离，回到变速器的空挡；电动机1带动凸轮16再继续旋转90度后，凸轮16推动换挡拨叉，使换挡拨叉拨动同步器接合套向左移动，与高速挡齿轮结合，对应变速器的高速挡。

Claims (4)

1、一种用于控制电动汽车变速换挡电机的装置，壳体(2)的敞口端由端盖(3)密封，在壳体(2)上安装电动机(1)，其特征在于：
A、所述电动机(1)的输出轴与壳体(2)内的蜗杆(4)连接，该蜗杆(4)与蜗轮(5)相啮合，所述蜗轮(5)固套于连接轴(6)的内端，连接轴(6)的外端伸出壳体(2)外，且伸出部分固套有凸轮(16)；
B、在所述端盖(3)的内壁上设有圆环形第二电极片(8)，该第二电极片(8)的圈外对称设置两块第一电极片(7)，这两块第一电极片(7)均为圆弧形，并且两块第一电极片(7)之间通过外连接片(10)相连，在所述第二电极片(8)的圈内对称设置两块第三电极片(9)，这两块第三电极片(9)也为圆弧形，两块第三电极片(9)之间通过内连接片(11)相连，所述第一电极片(7)、第二电极片(8)和第三电极片(9)的圆心在同一点上，并且第一电极片(7)与第三电极片(9)在周向上错位；
C、在所述蜗轮(5)朝向端盖(3)的盘面上设有吸电片(12)，该吸电片(12)上具有三个触片(12a、12b、12c)，这三个触片(12a、12b、12c)分别与第一、第二、第三电极片(7、8、9)相对应，并且在蜗轮(5)转动时，三个触片(12a、12b、12c)能分别与三个电极片(7、8、9)接触；
D、所述第二电极片(8)通过导线与电动机(1)的一极连接，电动机(1)的另一极与电源负极相接，从电源正极接出的导线分为两路，其中一路与组合开关中第一开关(K1)的一端连接，该第一开关(K1)的另一端通过导线分别与外连接片(10)和内连接片(11)相接，所述从电源正极接出的另一路导线与组合开关中第二开关(K2)的一端连接，该第二开关(K2)的另一端通过导线分别与外连接片(10)和内连接片(11)相接。
2、根据权利要求1所述的用于控制电动汽车变速换挡电机的装置，其特征在于：在所述外连接片(10)上接有第一接点(A)，该第一接点(A)通过导线分别与第一开关(K1)和第二开关(K2)连接；在所述第二电极片(8)上接有第二接点(B)，该第二接点(B)通过导线与电动机(1)连接；在所述内连接片(11)上设有第三接点(C)，该第三接点(C)通过导线分别与第一开关(K1)和第二开关(K2)连接。
3、根据权利要求1所述的用于控制电动汽车变速换挡电机的装置，其特征在于：在所述连接轴(6)上沿径向穿设有钢丝(13)，该钢丝(13)嵌入蜗轮(5)盘面上的凹槽中。
4、根据权利要求1所述的用于控制电动汽车变速换挡电机的装置，其特征在于：在所述壳体(2)的外侧设有保持架(14)，该保持架(14)通过衬套(15)与壳体(2)连接，所述连接轴(6)从衬套(15)和保持架(14)中穿过，并与衬套(15)及保持架(14)间隙配合；所述连接轴(6)上的凸轮(16)位于保持架(14)内，在保持架(14)的底部开有供凸轮(16)旋转通过的缺口。
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