CN102983672B - 一种电动汽车用电机-变速器一体化传动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车用电机-变速器一体化传动系统，为两档自动变速器行星齿轮机构。该机构包括两个单排2K-H行星齿轮传动系统，前排行星齿轮传动系统中，前排齿圈固定，动力由前排太阳轮传递至前排行星架输出，完成一级减速；后排行星齿轮传动系统中，离合器C1实现后排太阳轮与后排行星架的结合或分离，制动器B1实现后排齿圈与箱体的固定和分离，最后由后排行星架输出动力，并且通过离合器和制动器工作与否的不同组合，完成两档的切换。本发明形式简单，结构紧凑，体积小、重量小，符合汽车轻量化的原则。

Description

一种电动汽车用电机-变速器一体化传动系统
技术领域：
本发明涉及一种电动汽车用电机-变速器一体化传动系统。
背景技术：
近年来，我国以高密度永磁电机为代表的各类车用电机取得了明显进步。在电机设计方面，采用现代车用电机系统设计理念，初步解决多目标高性能车用电机的极限设计，结合应用控制策略系统集成仿真的技术难题，采用结构集成设计技术，实现了电机与变速器在机械、电磁、热的高度一体化设计与应用。电驱动系统的集成化和一体化趋势更加明显。机电一体化的发展从结构集成到控制集成和系统集成，汽车动力的电气化成分越来越高。不同耦合深度的机电耦合动力总成系统使得电机与变速箱两者之间的联系变得越来越紧密。
目前，市场上的电动汽车多采用固定速比的减速器，这种传动方式结构简单、成本较低。但是，采用一个档位的减速器，对牵引电机提出了较高的要求，使得牵引电机既要在恒转矩区提供较高的瞬时转矩，又要在恒功率区提供较高的运行速度。同时，存在电机利用效率较低的问题。
现有常用的电动汽车两档变速器有AMT结构和DCT结构。采用AMT结构时，需要使用同步器，此时换档冲击较大。而采用DCT结构时，由于变速箱只有两个档位，此时双离合器结构会使成本增加很多。
因此发明一种完全自主产权的电机-变速器一体化齿轮传动系统十分必要。
发明内容：
为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种电动汽车用电机-变速器一体化传动系统，根据较成熟的4AT结构，提供一种电动汽车用电机-变速器一体化传动系统，确切地说是一种纯电动汽车电机-变速器一体化的两档自动变速器行星齿轮机构。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
一种电动汽车用电机-变速器一体化传动系统，整个系统由第一子系统和第二子系统串联而成；
所述第一子系统为2K-H行星齿轮传动系统，整体结构为单排行星的布局形式，分别为：电机及电机输出轴、前排太阳轮、前排行星轮、前排行星架、前排齿圈；所述前排太阳轮通过花键安装在所述电机输出轴上，与所述太阳轮啮合的行星轮通过轴承支撑在所述前排行星架上，所述前排齿圈固定在箱体上并与所述前排行星轮啮合；
所述第二子系统为2K-H行星齿轮传动系统，为单排行星的布局形式，分别为：后排太阳轮、后排行星轮、后排行星架和后排齿圈；所述后排太阳轮通过键安装在后排太阳轮轴上，所述后排太阳轮轴与所述前排行星架固连，在所述后排太阳轮轴外周安装有电磁离合器，所述电磁离合器的线圈部分与所述后排太阳轮轴通过键固连，所述电磁离合器的衔铁与所述后排行星架通过螺钉固连；与所述后排太阳轮啮合的后排行星轮通过轴承支撑在所述后排行星架上，与所述后排行星轮啮合的后排齿圈通过轴承支撑在所述后排行星架上；在后排行星架的外周通过轴承安装有电磁制动器，所述电磁制动器的线圈部分与所述后排齿圈通过螺钉固连，所述电磁制动器的衔铁与箱体通过螺钉固连；整个系统的输出轴与所述后排行星架固连，所述输出轴、后排太阳轮轴以及电机输出轴同心。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、与目前汽车用自动变速箱行星齿轮机构相比，本发明的电机-变速器一体化的两档自动变速器行星齿轮机构更适合于纯电动汽车专用，减少了齿轮、换档执行元件，具有较高的效率。
2、与常用的两档变速器AMT结构和DCT结构相比，换档冲击小于AMT结构，生产成本低于DCT结构，综合性能较好，易于实现产业化发展。
3、齿轮布置形式结构简单，结构紧凑，体积小、重量小，符合汽车轻量化的原则。
4、采用电机-变速器一体化齿轮传动系统，实现了电机与变速器在机械、电磁、热的高度一体化设计，符合了电驱动系统的集成化和一体化发展趋势。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图。
图中标号：1电机、2前排太阳轮、3前排行星轮、4前排行星架、5前排齿圈、6后排太阳轮、7后排行星轮、8后排齿圈、H为后排行星架、C1为电磁离合器、B1为电磁制动器、I为电机输出轴，II为后排太阳轮轴、III为输出轴。
以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。
具体实施方式：
实施例：参见图1，整个系统由两套子系统串联而成，其中第一子系统为2K-H行星齿轮传动系统，整体结构为单排行星的布局形式，分别为：电机1及电机输出轴I、前排太阳轮2、前排行星轮3、前排行星架4、前排齿圈5；前排太阳轮2通过花键安装在电机输出轴I上（电机输出轴也是前排太阳轮的轮轴），与太阳轮啮合的行星轮3通过轴承支撑在前排行星架4上，前排齿圈5固定在箱体上并与前排行星轮3啮合。
第二子系统同样为2K-H行星齿轮传动系统，为单排行星的布局形式，分别为：后排太阳轮6、后排行星轮7、后排行星架H和后排齿圈8；后排太阳轮6通过键安装在后排太阳轮轴II上，后排太阳轮轴与前排行星架4固连（后排太阳轮轴也是第一子系统的输出轴），在后排太阳轮轴II外周安装有电磁离合器C1，电磁离合器C1的线圈部分与后排太阳轮轴II通过键固连，电磁离合器C1的衔铁与后排行星架H通过螺钉固连；与后排太阳轮6啮合的后排行星轮7通过轴承支撑在后排行星架H上，与后排行星轮7啮合的后排齿圈8通过轴承支撑在后排行星架H上；在后排行星架H的外周通过轴承安装有电磁制动器B1，电磁制动器B1的线圈部分与后排齿圈8通过螺钉固连，电磁制动器B1的衔铁与箱体通过螺钉固连；整个系统的输出轴III与后排行星架H固连，并且输出轴III、后排太阳轮轴II以及电机输出轴I同心。
工作中，电机顺时针以一定速度和扭矩带动电机输出轴I（前排太阳轮轴）旋转，当低速档电磁制动器B1接合，且电磁离合器C1不工作时，此时动力由前排行星齿轮传动系统经过一级减速传递到后排太阳轮6，再经过后排行星齿轮传动系统完成二级减速，最后动力由后排行星架H经输出轴III输出，此时变速器处于D1档位置；当高速档电磁离合器C1接合，且电磁制动器B1不工作时，此时动力由前排行星齿轮传动系统经过一级减速传递到后排太阳轮6，再经过电磁离合器C1，实现后排太阳轮6和后排行星架H的同步，最后动力由后排行星架H经输出轴III输出，此时变速器处于D2档位置；当输入电机逆时针以一定速度和扭矩带动电机输出轴I旋转，低速档电磁制动器B1接合，且电磁离合器C1不工作时，此时动力由前排行星齿轮传动系统经过一级减速传递到后排太阳轮2，再经过后排行星齿轮传动系统完成二级减速，最后动力由后排行星架H经输出轴III输出，此时变速器处于R档位置。
由此，通过控制系统一个离合器和一个制动器的不同组合，从而可实现两个前进档和一个倒档。
以实际开发某型纯电动汽车为例，所选档位数为2，一档传动比为13.04，二档传动比为4.83。对行星齿轮配齿计算得出各齿轮的齿数如表1所示。
表1 齿轮齿数表
如附图1所示，本实施例的电机-变速器一体化的两档自动变速器使用了两个换档执行元件：一个离合器、一个制动器。
各个档位的执行元件如表2所示。
表2 换档执行元件工作表
注：表中“●”表示结合，“○”表示分离；
各档动力传递路线说明，结合图1及表2。
1、空档——N位
N位时，离合器C1与制动器B1均不工作，此时电机无法将动力传递至输出轴III，车辆依靠惯性行驶或停止不前。
2、前进档——D位（电机顺时针转动）
（1）前进一档（D1档）
D1档时，电磁制动器B1工作，电磁离合器C1不工作。
动力经电机轴带动前排太阳轮2顺时针转动，前排行星轮绕前排太阳轮公转，由于前排齿圈固定，前排行星架4随前排太阳轮顺时针旋转，完成一级减速，由于电磁制动器B1工作，使得后排齿圈8固定，动力由前排行星架4传递至后排太阳轮6，再传递至后排行星架H，完成二级减速，最后输出轴III顺时针旋转输出动力。此档为中低速档，主要用于中低速行驶和爬坡等。
（2）前进二档（D2档）
D2档时，电磁离合器C1工作，电磁制动器B1不工作。
动力经电机轴带动前排太阳轮2顺时针旋转，前排行星轮绕前排太阳轮公转，由于前排齿圈固定，前排行星架4随前排太阳轮顺时针旋转，完成一级减速，由于电磁离合器C1工作，使得后排太阳轮6与后排行星架H之间不相对转动，动力由前排行星架4同时传递至后排太阳轮6和后排行星架H，完成二级同步传动，最后输出轴III顺时针旋转输出动力。此档为高速档，主要用于高速行驶。
3、倒档——R位（电机逆时针转动）
R档时，电磁制动器B1工作，电磁离合器C1不工作。动力传递路线与D1档相同，由于电机逆时针转动，最后输出轴III逆时针旋转输出动力。

Claims (1)

1.一种电动汽车用电机-变速器一体化传动系统，其特征在于：
整个系统由第一子系统和第二子系统串联而成；
所述第一子系统为2K-H行星齿轮传动系统，整体结构为单排行星的布局形式，分别为：电机（1）及电机输出轴（I）、前排太阳轮（2）、前排行星轮（3）、前排行星架（4）、前排齿圈（5）；所述前排太阳轮（2）通过花键安装在所述电机输出轴（I）上，与所述太阳轮啮合的行星轮（3）通过轴承支撑在所述前排行星架（4）上，所述前排齿圈（5）固定在箱体上并与所述前排行星轮（3）啮合；
所述第二子系统为2K-H行星齿轮传动系统，为单排行星的布局形式，分别为：后排太阳轮（6）、后排行星轮（7）、后排行星架（H）和后排齿圈（8）；所述后排太阳轮（6）通过键安装在后排太阳轮轴（II）上，所述后排太阳轮轴与所述前排行星架（4）固连，在所述后排太阳轮轴（II）外周安装有电磁离合器（C1），所述电磁离合器（C1）的线圈部分与所述后排太阳轮轴（II）通过键固连，所述电磁离合器（C1）的衔铁与所述后排行星架（H）通过螺钉固连；与所述后排太阳轮（6）啮合的后排行星轮（7）通过轴承支撑在所述后排行星架（H）上，与所述后排行星轮（7）啮合的后排齿圈（8）通过轴承支撑在所述后排行星架（H）上；在后排行星架（H）的外周通过轴承安装有电磁制动器（B1），所述电磁制动器（B1）的线圈部分与所述后排齿圈（8）通过螺钉固连，所述电磁制动器（B1）的衔铁与箱体通过螺钉固连；整个系统的输出轴（III）与所述后排行星架（H）固连，所述输出轴（III）、后排太阳轮轴（II）以及电机输出轴（I）同心。
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