CN103511561B - 用于电动机的双齿轮传动装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于电动机的双齿轮传动装置，包括：主轴；副轴；第一齿轮组的齿轮装置，包括由主轴承载的第一主动齿轮和由副轴承载且与第一主动齿轮永久啮合的第一从动齿轮；第二齿轮组的齿轮装置，包括由主轴承载的第二主动齿轮和由副轴承载且与第二主动齿轮永久啮合的第二从动齿轮；超越离合器，设置在第一主动齿轮与主轴之间或第一从动齿轮与副轴之间，以允许从主轴到副轴的方向通过第一齿轮组的齿轮装置的扭矩传递；第一联接装置，连接第一主动齿轮或第一从动齿轮，以随相应轴旋转，且可在打开状态与关闭状态之间切换；以及第二联接装置，连接第二主动齿轮或第二从动齿轮，以随相应轴旋转，第二联接装置独立于第一联接装置在打开与关闭状态之间切换。

Description

用于电动机的双齿轮传动装置
技术领域
本发明涉及一种适于接合至电动机（electric machine）（尤其但不必须用在电动车上的电动机）的双齿轮传动装置。本文使用的术语“电动车”是指具有一个或多个电动机作为原动机的所有车辆，所述电动机可仅用作原动机（在纯电动车的情形中）或者可与内燃机相连（在混合动力车的情形中）。
背景技术
用在电动车上的具有多于一个齿轮的传动装置，尤其是双齿轮传动装置是公知的，并且比单齿轮传动装置具有允许电动机以最佳的每分钟转数工作的优点，也就是说，在车辆的更宽的换挡范围（gear range）上，以与电动机的最大效率对应的每分钟转数工作。在电动机作为发动机（motor）工作以产生使车辆移动所需的功率的牵引工作模式中和在车辆减速时电动机作为发电机（generator）工作以将车辆的动能转换成电能的再生（regeneration）工作模式中，都得到该优点。已知的双齿轮传动装置的一个主要缺点是在从第一齿轮组（即，低齿轮组）向第二齿轮组（即，高齿轮组）切换的过程中，扭矩的传递中断（被称为“扭矩缺陷（torque hole）”）。
因此，本发明的目的是提供一种用于电动机的双齿轮传动装置，所述双齿轮传动装置确保切换过程中扭矩的连续传递，尤其是以牵引模式从第一齿轮组向第二齿轮组切换的过程中。
发明内容
根据本发明，通过一种用于电动机的双齿轮传动装置，完全实现了该目的以及其它目的，该双齿轮传动装置包括：
主轴；
副轴；
第一齿轮组或低齿轮组的齿轮装置，包括由主轴承载的第一主动齿轮和由副轴承载并且与第一主动齿轮永久地啮合的第一从动齿轮；
第二齿轮组或高齿轮组的齿轮装置，包括由主轴承载的第二主动齿轮和由副轴承载并且与第二主动齿轮永久地啮合的第二从动齿轮；
超越（overrunning）离合器，被设置在第一主动齿轮与主轴之间或第一从动齿轮与副轴之间，以允许仅沿着从主轴到副轴的方向通过第一齿轮组的齿轮装置的扭矩传递；
第一联接装置，被设置成连接第一主动齿轮或第一从动齿轮，即与超越离合器相关的齿轮，以便直接随相应的轴旋转，从而允许还沿着从副轴到主轴的方向通过第一齿轮组的齿轮装置的扭矩传递，第一联接装置可在打开状态与关闭状态之间切换；以及
第二联接装置，被设置成连接第二主动齿轮或第二从动齿轮，以便随相应的轴旋转，第二联接装置可独立于第一联接装置的打开或关闭状态而在打开状态与关闭状态之间切换。
由于利用设置在第一主动齿轮与主轴之间或第一主动齿轮与副轴之间以允许在第一齿轮组被接合的牵引模式中将扭矩从主轴传递到副轴的超越离合器，以及超越离合器平行于与第二齿轮组的主动和从动齿轮中的任一个相关的联接装置工作，根据本发明的传动装置使得从第一齿轮组向第二齿轮组的切换成为可能，而没有扭矩缺陷。
附图说明
本发明的其它特征和优点可从下面的具体说明中得到，所述说明参照附图仅作为非限制性示例给出，附图中：
图1是根据本发明的优选实施方式的用于电动机的双齿轮传动装置的截面图；
图2是由图1的传动装置中的第一从动齿轮和第一联接装置构成的组件的透视图；
图3是图2中的组件的截面图；
图4是致动机构的透视图，所述致动机构被设置成致动图1的传动装置中的第一和第二联接装置，为了清楚起见，所述致动机构的一些部件以虚影示出；
图5是图4中的致动机构的一部分的截面图；以及
图6示出了图4中的致动机构的旋转气缸的引导槽的平面展开图。
具体实施方式
首先参照图1，根据本发明的优选实施方式的用于电动车的双齿轮传动装置包括：外壳10、由外壳10支撑以便旋转的主轴12、以及由外壳10支撑以便旋转且平行于主轴12设置的副轴14。
主轴12承载用于第一齿轮组（即，用于低齿轮组）的第一主动齿轮16和用于第二齿轮组（即，用于高齿轮组）的第二主动齿轮18。在所示实施方式中，第一主动齿轮16是固定齿轮，也就是说，它是刚性连接的，以便随相应的轴（主轴12）旋转，并且更具体地说，它与主轴12由单个构件制成，而第二主动齿轮18是空转（idle）齿轮，也就是说，它相对于主轴12自由旋转，它通过例如滚针轴承20支撑在主轴上。
副轴14承载用于第一齿轮组的第一从动齿轮22和用于第二齿轮组的第二从动齿轮24。第一从动齿轮22包括：空转齿圈（ring gear）26，与第一主动齿轮16永久地啮合；轮轴28，刚性连接以便随副轴14旋转（优选的，轮轴28相对于副轴14被制成为单独构件并且通过花键联接方式联接至副轴）；以及超越离合器30（也被称为飞轮），被设置在第一从动齿轮22的齿圈26与轮轴28之间，并且被布置成连接第一从动齿轮的这两个部件，当主轴12向副轴14传递扭矩时（牵引阶段）并且直到副轴14（并且因此轮轴28）的角速度低于或等于主轴12的角速度除以第一齿轮组的传动比，这两个部件随彼此旋转。第一从动齿轮22，或者更好的是其齿圈26，在上面被定义成“空转”意思是该齿圈不是刚性连接以便随相应的轴（副轴14）旋转，与第一齿轮组的齿轮装置中的另一个齿轮16不同，但在特定的工作状态中（当超越离合器30将齿圈26与轮轴28断开旋转时），它相对于轴14自由旋转。在所示的实施方式中，第二从动齿轮24被制成为固定齿轮，也就是说，它是刚性连接的以便随副轴14旋转，并且与第二主动齿轮18永久地啮合。
所述传动装置还包括第一联接装置32，被设置成连接第一从动齿轮22的齿圈26以便随副轴14旋转。第一联接装置32可被制成常闭联接装置，在这种情况中，在静止状态，它保持第一从动齿轮22的齿圈26主动地连接以便随副轴14旋转，或者被制成常开联接装置，在这种情况中，在静止状态，它使得第一从动齿轮22的齿圈26相对于副轴14自由旋转。第一联接装置32包括：轮轴34，安装在副轴14上；以及滑动套筒36，通过花键轮廓连接至轮轴34以便刚性连接随轮轴旋转，但相对于轮轴自由地轴向平移。在面向第一从动齿轮22的端部处，滑动套筒36的花键轮廓形成第一接合齿38，该第一接合齿被设置成与由第一从动齿轮22的齿圈26形成的第二接合齿40啮合。滑动套筒36在接合齿38和40不接合的非接合位置与接合齿38和40彼此啮合的接合位置之间可移动，从而第一从动齿轮22的齿圈26被连接以便随副轴14旋转。
所述传动装置还包括与第二主动齿轮18相关的第二联接装置42。在所示的实施方式中，第二联接装置42被制成为摩擦离合器。此外，在所示的实施方式中，第二联接装置42是常闭型的，并且因此在静止状态，它保持第二主动齿轮18主动地连接以便随主轴12旋转，而当它被有效地控制（例如，机械地、液压地或电动地）时，它将第二主动齿轮18与主轴12断开旋转。第二联接装置42还可以是常开型的。在所示的实施方式中，第二联接装置42是干式多片摩擦离合器，但它当然可以是不同类型的摩擦离合器，例如湿式单片或多片摩擦离合器。
现在将具体结合在电动车上的传动装置的使用描述上面所述的双齿轮传动装置的工作。
对于处于打开状态中的第二联接装置42，一旦电动马达开始运转，驱动扭矩就通过形成第一齿轮组的齿轮装置的第一主动齿轮16和第一从动齿轮22从主轴12传递到副轴14，第一从动齿轮22的齿圈26被连接以便随轮轴28旋转，并且因此通过超越离合器30连接到副轴14。优选的，一旦车辆开始移动，第一联接装置32就关闭（在常开装置的情形中）或保持关闭（在常闭装置的情形中），以连接第一从动齿轮22的齿圈26，以便随副轴14旋转。通过这种方式，尽管扭矩优选地通过超越离合器30仍然从主轴12传递到副轴14，但由于适当地选择超越离合器30内的游隙（play）使得小于滑动套筒36的接合齿38与齿圈26的接合齿40之间的游隙的事实，滑动套筒36已经处于接合位置并且因此传动装置立即能够工作在第一齿轮组被接合的再生模式中。事实上，在制动（或者更一般地，在减速情形）或下坡情形中，扭矩按照副轴14、第一联接装置32的轮轴34和滑动套筒36、齿圈26、第一主动齿轮16以及主轴12的顺序从驱动轮传递到电动机，然后电动机作为给车辆的电池充电的发电机工作。在第一齿轮组的驱动过程中（也就是说，在所示的实施方式中，对于打开状态的第二联接装置42），在牵引模式和再生模式中第二主动齿轮18都空转，因为它由与它永久地啮合的第二从动齿轮24导致旋转。
为了允许从第一齿轮组切换到第二齿轮组，第一联接装置32被打开，因此将滑动套筒36的接合齿38与齿圈26的接合齿40断开接合，并且因此使得扭矩通过超越离合器30从主轴12传递到副轴14。接着第二联接装置42被带回到关闭状态，从而第二主动齿轮18被连接以便随主轴12旋转。通过这种方式，一旦由第一齿轮组的传动比确定的齿圈26的角速度变得低于轮轴28（即，副轴14）的角速度（另一方面取决于第二齿轮组的传动比），超越离合器30就被旁通（by-pass）并且自动切换至非接合状态。因此，驱动扭矩通过第二齿轮组的齿轮装置中的主动齿轮18和从动齿轮24从主轴12传递到副轴14。用于通过第一齿轮组的齿轮装置的传递扭矩的超越离合器30的使用，当第二主动齿轮18由于第二联接装置42的关闭而被联接随主轴12旋转时，所述超越离合器平行于第二齿轮组的齿轮装置工作，使得可以从第一齿轮组切换到第二齿轮组，而在扭矩传递中（也就是说，在被称为“功率切换”模式中）没有中断。对于第二齿轮组被接合的情况，通过第二齿轮组的齿轮装置的永久地彼此啮合的主动齿轮18和从动齿轮24确保再生模式中的工作。
现在参照图2和图3，根据本发明的实施方式，第一联接装置32的轮轴28相对于副轴14自由旋转，并且通过多个连接销44被连接以便随第一从动齿轮22的轮轴28旋转，在轮轴28和34之间设置有给定的角度游隙，使得它们可以绕副轴14的轴线以给定的角度相对于彼此旋转。根据该实施方式，传动装置设置有角度游隙控制系统，用于控制轮轴28和34之间的角度游隙。更具体地，连接销44固定至轮轴28并且有游隙地接合在形成于轮轴34中的相应槽46内，以允许轮轴28和34相对于彼此旋转。在这种连接中，连接销44设置成相应的轴线沿着圆心位于副轴14的轴线上的同一圆周定位，并且每个槽46的轴线是与该圆周的长度一致的曲线（curvilinear）轴线。此外，连接销44和缝46都相等角度地彼此间隔开，连接销44的角度间距是槽46的角度间距的整数倍（在所示的实例中等于2）。这样，轮轴28和34可在由连接销44的邻接限定的抵靠槽46的相对端的两个行程极限（end-of-travel）位置之间相对于彼此旋转。在轮轴28和34之间还设置有弹性装置，以在这两个部件上施加趋于将它们朝向这些行程极限位置中的一个推进的偏压扭矩。因此，当轮轴28不向轮轴34传递扭矩时，弹性装置将这两个轮轴保持在前面所述的行程极限位置，并且因此保持在定义好的相对位置中。根据所示的实施方式，弹性装置包括弹簧48（图2），一方面弹簧连接至其中一个连接销44，并因此连接至轮轴28，另一方面连接至另一个轮轴34。在所示的实施方式中，弹簧48被制成柱形螺旋弹簧，但它还可被制成例如平面涡卷弹簧（spiral spring）。
现在参照图4到图6，根据本发明的实施方式，传动装置还设置有致动机构，所述致动机构被设置成致动两个联接装置32和42，以便每次实施以下四个工作状态中的一个：
a)第一联接装置32打开并且第二联接装置42关闭；
b)联接装置32和42都打开；
c)第一联接装置32关闭并且第二联接装置42打开；以及
d)联接装置32和42都关闭。
根据该实施方式，致动机构包括单个致动器装置，所述单个致动器装置包括：气缸50，其可绕其轴线旋转并且被定向成其轴线平行于所述传动装置的主轴12和副轴14的轴线；以及电动马达52，被设置成控制气缸50的旋转，尤其是通过一齿轮装置，所述齿轮装置包括：主动小齿轮54，被驱动地连接以便随电动马达52的驱动轴旋转；从动齿轮56，被驱动地连接以便随气缸50旋转；以及中间齿轮58，与主动小齿轮54和从动齿轮56都永久地啮合。气缸50在其外表面上具有：第一引导槽60，第一柱销（stud）62滑动地接合在第一引导槽中；第二引导槽64，第二柱销66滑动地接合在第二引导槽中。引导槽60和64分别沿着不在垂直于气缸轴线的单个平面中布置的路径延伸，从而每个槽的平面展开图（如图6中所示）不是直线。由于气缸50是轴向静止的，即，它被防止沿着其轴线运动，由于气缸50旋转的结果，引导槽60和64使得相应的柱销62和66轴向移动（即，平行于气缸50的轴线）。利用第一柱销62的轴向移动来致动第一联接装置32，而利用第二柱销66的轴向移动来致动第二联接装置42。
根据所示的实施方式，第一柱销62的轴向移动通过叉状件68传递给第一联接装置32，即传递给滑动套筒36。通过预见可知的方式，叉状件68包括：本体70，第一柱销62附接于该本体；以及一对叉齿72，所述叉齿接合在滑动套筒36的周向槽74中。因此，滑动套筒36被驱动地连接以便轴向位移到第一柱销62。
此外，根据所示的实施方式，第二柱销66的轴向移动通过致动杆78传递给第二联接装置42，即第二联接装置的致动操作杆76。致动杆78连接到第二柱销66，以便被驱动地连接而随第二柱销轴向平移，例如通过一方面承载第二柱销66而另一方面承载另一柱销82（图5）的连接本体80，所述另一柱销接合在形成于致动杆78中的槽口84中。在图5所示的实例中，第二联接装置42是常闭摩擦离合器，该摩擦离合器通过推动致动杆78（即，相对于看图5的人的视点向右边移动该杆）而打开。当然，在第二联接装置42被制成为常开摩擦离合器的情形中，致动操作杆76和致动杆78的结构可适当地改变。
柱销62和66的移动规律由气缸50的引导槽60和64的形状限定。图6中示出了这些槽的形状的实例，其中可注意到，从第一联接装置32打开并且第二联接装置42关闭的状态a）开始，气缸50沿给定方向旋转角度α到状态b），在状态b）中，仅第二柱销66移动，使得也打开第二联接装置42，接着气缸50沿着相同的方向进一步旋转角度β到状态c），在状态c）中，仅第一柱销62移动，使得关闭第一联接装置32，并且最后气缸50沿着相同的方向进一步旋转角度γ到状态d），在状态d）中，仅第二柱销66移动，使得也关闭第二联接装置42，从而提供锁定功能（例如在停车状态中）。
因此，上面所述的致动机构允许致动传动装置的联接装置32和42两者，以便仅使用一个致动器（也就是说，气缸50及相关的电动马达52）就得到这些装置的打开/关闭状态的所有四种可能的组合。
当然，本发明的原理保持不变，在仅作为非限制性实例描述和示出的实施方式方面，可广泛地改变实施方式和制造细节，因此这些都不背离所附权利要求所限定的本发明的保护范围。
例如，在超越离合器和第一联接装置与第一主动齿轮而不是与第一从动齿轮相关的情形中，传动装置还可设置有作为第一齿轮组的齿轮装置中的空转齿轮的主动齿轮。此外，在第二联接装置作用在第二从动齿轮上而不是作用在第二主动齿轮上的情形中，传动装置还可设置有作为第二齿轮组的齿轮装置中的空转齿轮的从动齿轮。
此外，尽管附图中所示的传动装置是横向布置的，也就是说，主轴和副轴相对于车辆的行驶方向是横向定向的，并且因此平行于车轮的轴线，但本发明也包括传动装置的纵向布置，也就是说，主轴和副轴平行于车辆的行驶方向定向，并且因此相对于车轮的轴线是横向的。

Claims (10)

1.一种用于电动机的双齿轮传动装置，包括：
主轴(12)；
副轴(14)；
第一齿轮组或低齿轮组的齿轮装置，包括由所述主轴(12)承载的第一主动齿轮(16)和由所述副轴(14)承载并且与所述第一主动齿轮(16)永久地啮合的第一从动齿轮(22)；
第二齿轮组或高齿轮组的齿轮装置，包括由所述主轴(12)承载的第二主动齿轮(18)和由所述副轴(14)承载并且与所述第二主动齿轮(18)永久地啮合的第二从动齿轮(24)；
超越离合器(30)，被设置在所述第一主动齿轮(16)与所述主轴(12)之间或所述第一从动齿轮(22)与所述副轴(14)之间，以允许仅沿着从所述主轴(12)到所述副轴(14)的方向通过所述第一齿轮组的齿轮装置的扭矩传递；
第一联接装置(32)，被设置成连接所述第一主动齿轮(16)或所述第一从动齿轮(22)，即与所述超越离合器(30)相关的齿轮，以便直接随相应的轴(12，14)旋转，从而允许还沿着从所述副轴(14)到所述主轴(12)的方向通过所述第一齿轮组的齿轮装置的扭矩传递，所述第一联接装置(32)能够在打开状态与关闭状态之间切换；以及
第二联接装置(42)，被设置成连接所述第二主动齿轮(18)或所述第二从动齿轮(24)，以便随相应的轴(12，14)旋转，所述第二联接装置(42)能够独立于所述第一联接装置(32)的打开或关闭状态而在打开状态与关闭状态之间切换，
其中，所述超越离合器(30)设置在所述第一主动齿轮(16)或所述第一从动齿轮(22)的齿圈(26)与所述第一主动齿轮(16)或所述第一从动齿轮(22)的轮轴(28)之间，所述齿圈(26)绕所述第一主动齿轮(16)或所述第一从动齿轮(22)的轮轴(28)安装，以便能够相对于所述轮轴旋转并且所述第一主动齿轮(16)或所述第一从动齿轮(22)的轮轴(28)被刚性地连接以便随相应的主轴(12)或副轴(14)旋转，
其中，所述第一联接装置(32)包括轮轴(34)和滑动套筒(36)，所述滑动套筒设有被布置成与所述齿圈(26)的第二接合齿(40)啮合的第一接合齿(38)，所述滑动套筒(36)被驱动地连接以便随所述第一联接装置(32)的轮轴(34)旋转，并且所述滑动套筒能够相对于所述第一联接装置(32)的轮轴在所述第一接合齿(38)和所述第二接合齿(40)彼此不啮合的非接合位置与所述第一接合齿(38)和所述第二接合齿(40)彼此啮合的接合位置之间轴向滑动，
所述传动装置还包括：连接装置(44)，用于连接所述第一主动齿轮(16)或所述第一从动齿轮(22)的轮轴(28)，以便随所述第一联接装置(32)的轮轴(34)旋转，从而允许所述第一主动齿轮(16)或所述第一从动齿轮(22)的轮轴(28)和所述第一联接装置(32)的轮轴(34)在两个行程极限位置之间相对于彼此旋转；以及弹性装置(48)，被设置在所述第一主动齿轮(16)或所述第一从动齿轮(22)的轮轴(28)与所述第一联接装置(32)的轮轴(34)之间，以在所述第一主动齿轮(16)或所述第一从动齿轮(22)的轮轴(28)和所述第一联接装置(32)的轮轴(34)上施加将所述第一主动齿轮(16)或所述第一从动齿轮(22)的轮轴(28)和所述第一联接装置(32)的轮轴(34)朝向所述行程极限位置中的一个推动的偏压扭矩。
2.根据权利要求1所述的传动装置，其中，所述第一主动齿轮(16)被永久地连接以便随所述主轴(12)旋转，并且其中，所述超越离合器(30)设置在所述第一从动齿轮(22)与所述副轴(14)之间。
3.根据权利要求1所述的传动装置，其中，所述第二主动齿轮(18)空转地安装在所述主轴(12)上并且能够通过所述第二联接装置(42)连接以便随所述主轴旋转，并且其中，所述第二从动齿轮(24)被永久地连接以便随所述副轴(14)旋转。
4.根据权利要求1所述的传动装置，其中，所述连接装置(44)包括多个销(44)，所述销固定至所述第一主动齿轮(16)或所述第一从动齿轮(22)的轮轴(28)并且有游隙地接合在形成于所述第一联接装置(32)的轮轴(34)中的相应槽(46)内。
5.根据权利要求4所述的传动装置，其中，所述弹性装置(48)包括至少一个弹簧(48)，所述弹簧一方面连接至所述销(44)中的一个并且另一方面连接至所述第一联接装置(32)的轮轴(34)。
6.根据权利要求1所述的传动装置，还包括致动机构(50，52，68，78)，所述致动机构被设置成致动所述第一联接装置(32)和所述第二联接装置(42)，所述致动机构(50，52，68，78)包括单个致动装置(50，52)并且被配置为每次实施以下工作状态中的一个：
第一联接装置(32)打开并且第二联接装置(42)关闭；
第一联接装置(32)和所述第二联接装置(42)都打开；
第一联接装置(32)关闭并且第二联接装置(42)打开；
其中，所述致动装置(50，52)包括气缸(50)，所述气缸绕其轴线可旋转地安装并且被定向成其轴线平行于所述主轴(12)和所述副轴(14)的轴线，
其中，所述气缸(50)在其外表面上具有：第一引导槽(60)，第一柱销(62)可滑动地接合在所述第一引导槽中；以及第二引导槽(64)，第二柱销(66)可滑动地接合在所述第二引导槽中，所述第一引导槽(60)和所述第二引导槽(64)设置为使得由于所述气缸(50)的旋转，所述第一柱销(62)和所述第二柱销(66)的位移平行于所述气缸(50)的轴线，并且
其中，所述第一柱销(62)和所述第二柱销(66)分别与所述第一联接装置(32)和所述第二联接装置(42)操作性地相关，以便向所述第一联接装置和所述第二联接装置传递所述气缸(50)传出的指令。
7.根据权利要求6所述的传动装置，其中，所述致动机构(50，52，68，78)还包括叉状件(68)，所述叉状件被驱动地连接以便随所述第一柱销(62)平移并且被设置成与所述滑动套筒(36)配合以使所述滑动套筒在所述接合位置与非接合位置之间移动。
8.根据权利要求6所述的传动装置，其中，所述第二联接装置(42)是摩擦离合器并且设置有致动操作杆(76)，通过所述致动操作杆其能够在打开状态与关闭状态之间选择性地切换，并且其中，所述致动机构(50，52，68，78)还包括致动杆(78)，所述致动杆被驱动地连接以便随所述第二柱销(66)平移并且被设置成向所述第二联接装置(42)的致动操作杆(76)传递所述气缸(50)传出的指令。
9.根据权利要求6所述的传动装置，其中，所述致动机构(50，52，68，78)还包括电动马达(52)，所述电动马达被设置成控制所述气缸(50)的旋转。
10.根据权利要求6所述的传动装置，其中，所述气缸(50)的第一引导槽(60)和第二引导槽(64)被设置成执行另一工作状态，在所述另一工作状态中，所述第一联接装置(32)和所述第二联接装置(42)都关闭。
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