CN103587411A

CN103587411A - 纯电动汽车用电机-变速器一体化传动系统

Info

Publication number: CN103587411A
Application number: CN201310625131.4A
Authority: CN
Inventors: 赵韩; 何李婷; 陈奇; 黄康; 张琰; 吴国彬; 张楠; 武冠宏; 吴占雨
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2014-02-19

Abstract

本发明公开了一种纯电动汽车用电机-变速器一体化传动系统，为两档自动变速器行星齿轮机构。该机构由单排2K-H行星齿轮机构、电磁离合器、电磁制动器、差速器、主减齿轮以及永磁同步电机组成，其中太阳轮通过花键与永磁电机转子座直接固连，与转子相对应的定子固定在电机壳上，差速器置于电机转子座内。动力由电机传递至太阳轮，再由行星架传递至差速器左右半轴，最后经主减输出至车轮，离合器实现齿圈与行星架的结合或分离，制动器实现齿圈与箱体的固定或分离，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

纯电动汽车用电机-变速器一体化传动系统

技术领域：

本发明涉及一种纯电动汽车用电机-变速器一体化传动系统。

背景技术：

目前，内燃机汽车占据了绝大部分市场，但是内燃机汽车面临着排放和石油资源短缺这两个难以解决的问题。以解决能源危机与环保需求问题为出发点，以纯电动汽车为代表的新能源汽车的发展受到全球的广泛关注。

国外，以日本、美国为代表，在电动汽车以及混合动力汽车研究方面走在了世界的前列，日本混合动力轿车在2004年的保有量达19.7万辆，主要是丰田Prius第三代、本田Civic第二代，现品种已有20多个，美国正加速发展柴油混合动力，伊顿正发展液压混合动力驱动系统，由储能器、液压泵、液压马达、驱动后桥的串联式，包括制动再生和发动机自动停开等；国内以一汽、东风、上海大众、长安、奇瑞、中通、北汽福田和京华客车等企业为代表，也以08奥运为契机，开发出了新能源汽车，但仔细分析后，均可发现，这些新能源汽车在传动系方面基本上都是借用传统的燃油汽车的传动系，或在参数方面稍做改变，而没有进行有针对性的研究。以纯电动汽车为例：通过对国内外已研制的电动汽车的结构分析，可以发现其结构基本是在传统汽车的基础上改装而成。就纯电动汽车来说，即把原有的燃油发动机换成蓄电池和驱动电机及其控制器，而其余结构基本没有改变，这样虽然大大简化了设计制造过程，但它未能根据电机的驱动特性来充分发挥电机驱动的各种技术优势，因此其性价比也难以有突破性提高。

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纯电动汽车用电机-变速器一体化传动系统，具有体积小、重量轻、结构紧凑、传动效率高的优点。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

纯电动汽车用电机-变速器一体化传动系统，整个系统由单排2K-H行星齿轮机构、电磁离合器、电磁制动器、差速器、主减齿轮以及永磁同步电机组成；所述传动系统采用单排行星齿轮2K-H的布局形式，包括：电机定子、电机转子、转子座、太阳轮、行星轮、齿圈、行星架、差速器、电磁离合器、电磁制动器、左主动轮、左从动轮、右主动轮、右从动轮、差速器左半轴、差速器右半轴、左动力输出轴、右动力输出轴、左车轮、右车轮、电机壳；

所述太阳轮通过花键与电机转子座直接固连，与电机转子相对应的定子固定在电机壳上；与所述太阳轮啮合的行星轮通过轴承支撑在所述行星架上；所述差速器置于电机转子座孔内，一端通过轴承支撑在太阳轮轴孔内，另一端通过轴承支撑在电机壳孔内；所述行星架通过花键与差速器固连；所述电磁离合器的衔铁部分与所述齿圈通过螺钉固连，所述电磁离合器的线圈部分通过键与行星架固连；与所述行星轮啮合的齿圈通过轴承支撑在所述电机壳上；所述电磁制动器的衔铁部分与电机壳通过螺钉固连，所述电磁制动器的线圈部分与所述齿圈通过键固连；

所述左主动轮通过键与差速器左半轴固连，与所述左主动轮啮合的左从动轮通过键与所述的左动力输出轴固连；所述右主动轮通过键与差速器右半轴固连，与所述右主动轮啮合的右从动轮通过键与所述的右动力输出轴固连；整个系统的电机转子、太阳轮与所述差速器左半轴、差速器右半轴同心，动力由所述左动力输出轴、右动力输出轴传递至左车轮及右车轮。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1.将太阳轮与电机转子座通过花键直接固连，避免了由太阳轮和电机轴二级配合误差所带来的机械振动和噪声；

2.将差速器置于电机转子座内，减小了整个传动系统的空间尺寸，使整体结构更加紧凑；

3.与目前的电动汽车用固定速比减速器相比，传动比可变，传动效率更高；

4.主减速器可应用于不同的车型结构；

5.该结构布置形式简单，结构紧凑，体积小、重量小，符合汽车轻量化原则。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图。

图中标号：1 电机定子、2 电机转子、3 转子座、4 太阳轮、5 行星轮、6 齿圈、7 行星架、8 差速器、9 电磁离合器、10 电磁制动器、11 左主动轮、12 左从动轮、13 右主动轮、14 右从动轮、15 差速器左半轴、16 差速器右半轴、17 左动力输出轴、18 右动力输出轴、19 左车轮、20 右车轮、21 电机壳。

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：参见附图1，本实施例的纯电动汽车用电机-变速器一体化传动系统，整个系统由单排2K-H行星齿轮机构、电磁离合器、电磁制动器、差速器、主减齿轮以及永磁同步电机组成；该传动系统采用简单的单排行星齿轮（2K-H）的布局形式，分别为：电机定子1、电机转子2、转子座3、太阳轮4、行星轮5、齿圈6、行星架7、差速器8、电磁离合器9、电磁制动器10、左主动轮11、左从动轮12、右主动轮13、右从动轮14、差速器左半轴15、差速器右半轴16、左动力输出轴17、右动力输出轴18、左车轮19、右车轮20、电机壳21；连接关系为：太阳轮4通过花键与电机转子座3直接固连，与电机转子2相对应的定子1固定在电机壳21上；与太阳轮4啮合的行星轮5通过轴承支撑在行星架7上；差速器8置于电机转子座3孔内，一端通过轴承支撑在太阳轮4轴孔内，另一端通过轴承支撑在电机壳21孔内；行星架7通过花键与差速器8固连；电磁离合器9的衔铁部分与齿圈6通过螺钉固连，电磁离合器9的线圈部分通过键与行星架7固连；与行星轮5啮合的齿圈6通过轴承支撑在电机壳21上；电磁制动器10的衔铁部分与电机壳21通过螺钉固连，电磁制动器10的线圈部分与齿圈6通过键固连。

左主动轮11通过键与差速器左半轴15固连，与左主动轮11啮合的左从动轮12通过键与的左动力输出轴17固连；右主动轮13通过键与差速器右半轴16固连，与右主动轮13啮合的右从动轮14通过键与的右动力输出轴18固连；整个系统的电机转子1、太阳轮4与差速器左半轴15、差速器右半轴16同心，动力由左动力输出轴17、右动力输出轴18传递至左车轮19及右车轮20。

工作中，当电机转子2顺时针以一定速度和扭矩带动转子座3旋转，电磁制动器10接合，而电磁离合器9不工作时，此时动力由电机转子座3传递至太阳轮4，经过行星齿轮减速机构完成一级减速，动力由行星架7传递至差速器左半轴15及差速器右半轴16上，再经过左主动轮11、左从动轮12及右主动轮13、右从动轮14完成二级减速，最终动力由左从动轮12及右从动轮14经左动力输出轴17及右动力输出轴18输出至左车轮19及右车轮20，此时变速器处于D1档位置。当电磁离合器9接合，而电磁制动器10不工作时，此时动力由电机转子座3传递至太阳轮4，齿圈6和行星架7同步，完成一级减速，动力由行星架7传递至差速器左半轴15及差速器右半轴16上，再经过左主动轮11、左从动轮12及右主动轮13、右从动轮14完成二级减速，最终动力由左从动轮12及右从动轮14经左动力输出轴17及右动力输出轴18输出至左车轮19及右车轮20，此时变速器处于D2档位置。当电机转子2逆时针以一定速度和扭矩带动转子座3旋转，电磁制动器10接合，而电磁离合器9不工作时，此时动力由电机转子座3传递至太阳轮4，经过行星齿轮减速机构完成一级减速，动力由行星架7传递至差速器左半轴15及差速器右半轴16上，再经过左主动轮11、左从动轮12及右主动轮13、右从动轮14完成二级减速，最终动力由左从动轮12及右从动轮14经左动力输出轴17及右动力输出轴18输出至左车轮19及右车轮20，此时变速器处于R档位置。电磁离合器9、电磁制动器10都不工作时，无动力输出，此时变速器处于空档位置。

由此，通过控制系统离合器和制动器的不同组合，从而可实现两个前进档、一个倒档和一个空档。

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13.3，二档传动比为3.8。各齿轮齿数如表1所示。

表1 齿轮齿数表

齿轮	太阳轮	行星轮	齿圈	左、右主动轮	左、右从动轮
						齿数	26	19	64	17	65

如附图1所示，本实施例的一种纯电动汽车动力总成一体化结构使用了两个换档执行元件：一个电磁离合器、一个电磁制动器。

各个档位的执行元件如表2所示。

表2 换挡执行元件工作表

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.D1档的实现

电磁制动器10接合，而电磁离合器9不工作时，电机转子2顺时针以一定速度和扭矩带动转子座3旋转，此时动力由电机转子座3传递至太阳轮4，经过行星齿轮减速机构完成一级减速，动力由行星架7传递至差速器左半轴15、差速器右半轴16上，再经过左、右主减齿轮完成二级减速，最终动力由左从动轮12及右从动轮14经左动力输出轴17、右动力输出轴18输出至车轮。

2.D2档的实现

电磁离合器9接合，而电磁制动器10不工作时，此时动力由电机转子座3传递至太阳轮4，齿圈6和行星架7同步，完成一级减速，动力由行星架7传递至差速器左半轴15、差速器右半轴16上，再经过左、右主减齿轮完成二级减速，最终动力由左从动轮12及右从动轮14经左动力输出轴17、右动力输出轴18输出至车轮。

3.R档的实现

电磁制动器10接合，而电磁离合器9不工作时，电机转子2逆时针以一定速度和扭矩带动转子座3旋转，此时动力由电机转子座3传递至太阳轮4，经过行星齿轮减速机构完成一级减速，动力由行星架7传递至差速器左半轴15、差速器右半轴16上，再经过左、右主减齿轮完成二级减速，最终动力由左从动轮12及右从动轮14经左动力输出轴17、右动力输出轴18输出至车轮。

4.空档的实现

电磁离合器9、电磁制动器10都不工作时，无动力输出。

Claims

1.纯电动汽车用电机-变速器一体化传动系统，其特征在于：

所述传动系统采用单排行星齿轮2K-H的布局形式，包括：电机定子（1）、电机转子（2）、转子座（3）、太阳轮（4）、行星轮（5）、齿圈（6）、行星架（7）、差速器（8）、电磁离合器（9）、电磁制动器（10）、左主动轮（11）、左从动轮（12）、右主动轮（13）、右从动轮（14）、差速器左半轴（15）、差速器右半轴（16）、左动力输出轴（17）、右动力输出轴（18）、左车轮（19）、右车轮（20）、电机壳（21）；

所述太阳轮（4）通过花键与电机转子座（3）直接固连，与电机转子（2）相对应的定子（1）固定在电机壳（21）上；与所述太阳轮（4）啮合的行星轮（5）通过轴承支撑在所述行星架（7）上；所述差速器（8）置于电机转子座（3）孔内，一端通过轴承支撑在太阳轮（4）轴孔内，另一端通过轴承支撑在电机壳（21）孔内；所述行星架（7）通过花键与差速器（8）固连；所述电磁离合器（9）的衔铁部分与所述齿圈（6）通过螺钉固连，所述电磁离合器（9）的线圈部分通过键与行星架（7）固连；与所述行星轮（5）啮合的齿圈（6）通过轴承支撑在所述电机壳（21）上；所述电磁制动器（10）的衔铁部分与电机壳（21）通过螺钉固连，所述电磁制动器（10）的线圈部分与所述齿圈（6）通过键固连；

所述左主动轮（11）通过键与差速器左半轴（15）固连，与所述左主动轮（11）啮合的左从动轮（12）通过键与所述的左动力输出轴（17）固连；所述右主动轮（13）通过键与差速器右半轴（16）固连，与所述右主动轮（13）啮合的右从动轮（14）通过键与所述的右动力输出轴（18）固连；整个系统的电机转子（1）、太阳轮（4）与所述差速器左半轴（15）、差速器右半轴（16）同心，动力由所述左动力输出轴（17）、右动力输出轴（18）传递至左车轮（19）及右车轮（20）。