CN103925345A - 一种电驱动的行星齿轮变速器 - Google Patents

Abstract

一种电驱动的行星齿轮变速器，它包括了壳体、输入构件、输出构件、拉维娜式复合行星排、两个扭矩传递装置和四个互连构件；该变速器以拉维娜式复合行星排为中心，左方为传动系统的输入构件，右方为传动系统的输出构件，两个扭矩传递装置为制动器，并排靠近壳体，上述各构件均位于壳体内。本发明只需要通过控制一个扭矩传递装置的闭锁来实现各个挡位，提高电动机的动力性；通过减少行星齿轮组和扭矩传递装置的数量，明显降低了变速器的制造成本。它在电动车辆自动变速器技术领域里具有较好的实用价值和广阔地应用前景。

Description

一种电驱动的行星齿轮变速器

技术领域

本发明涉及一种电驱动的行星齿轮变速器，它是一种两挡的行星齿轮变速机构，属于电动车辆自动变速器技术领域。

背景技术

随着电动汽车的日益发展，对于传动系统性能的要求越来越高。由于传统的固定传动比变速器对驱动电机要求高并且不能够兼顾经济性与动力性，所以发展电动汽车多挡自动变速器已成为不可阻挡的趋势。由于行星齿轮变速机构具有大传动比、体积小、承载能力大、工作平稳的特点，故广泛应用于自动变速器中。因此，行星排的布置方案设计成为自动变速器开发的首要前提。

专利CN203098765U公开了一种包括前后两组行星轮组的布置方案。方案中，前太阳轮与电机输出轴连接，前后两个太阳轮同轴且后太阳轮固定，后内行星轮与后太阳轮及后外行星轮啮合，最终动力由后齿圈输出。两个离合器分别布置在前行星架与后内行星轮之间的行星架上以及前齿圈与后外行星轮之间的齿圈上。两个制动器分别用于锁定前齿圈和锁定前行星架。

专利CN202872557U公开的方案包括两个单排2K-H行星齿轮传动系统，一级减速的实现是依靠前排行星齿轮传动系统，将前排齿圈固定，动力即从前排太阳轮传递至前排行星架输出。二挡则是由后排行星齿轮传动系统完成的，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。

专利CN201795003U的公开方案如下：输入轴通过第一离合器驱动行星架，并通过第二离合器驱动太阳轮，其一端接电动机的输出轴。同时，输出齿轮与行星架同轴固接，它通过中间轴驱动差速器的主动齿轮，齿圈则与变速器外壳固接。

电动汽车自动变速器技术起步不久，但体积小、结构紧凑及提高电机效率等特点使其诞生有着必然性。从目前的研究可以看出，电动汽车两挡自动变速器的行星排布置方案还有很大的研究空间。

发明内容

(1)目的

本发明的目的在于提供一种电驱动的行星齿轮变速器，它克服了现有技术的不足，是一种结构紧凑，便于电驱动车辆行驶的两挡变速器。

(2)技术方案

本发明是一种电驱动的行星齿轮变速器，它包括了壳体，输入构件，输出构件，拉维娜式复合行星排，两个扭矩传递装置，四个互连构件。它们之间的位置关系是：以拉维娜式复合行星排为中心，左方为传动系统的输入构件，右方为传动系统的输出构件，两个扭矩传递装置为制动器，并排靠近壳体，上述各构件均位于壳体内。

所述壳体是行星齿轮变速器的外壳，是固定不动的，用于容纳和支撑变速器的其他构件，其形状结构因设计布局而定，不存在固定形式。

所述输入构件为行星齿轮变速器的输入轴，通过该轴将电动机的输出转速和转矩输入到行星齿轮变速器，输入构件唯一，处于拉维娜式复合行星排前方。

所述输出构件为行星齿轮变速器的输出轴，通过该轴将行星齿轮变速器的转速和扭矩输出给后续传动轴，输出构件唯一，处于拉维娜式复合行星排后方。

所述拉维娜式复合行星排是一种复合式的行星齿轮机构，由一个前太阳轮，一个后太阳轮，一个长行星轮，一个短行星轮，齿圈及行星架组成；前太阳轮与长行星轮外啮合，长行星轮分别与齿圈和短行星轮啮合，短行星轮与后太阳轮啮合，长行星轮和短行星轮共用一个行星架。

所述第一互连构件为连接轴，该轴将拉维娜式复合行星排的前太阳轮和输入轴固定连接在一起。

所述第二互连构件为连接轴，该轴将拉维娜式复合行星排的后太阳轮和输出轴固定连接在一起。

所述第三互连构件为连接轴，该轴将拉维娜式复合行星排的齿圈与第一扭矩传递装置固定连接。

所述第四互连构件为连接轴，该轴将拉维娜式复合行星排的行星架与第二扭矩传递装置固定连接。

所述的两个扭矩传递装置皆为湿式摩擦接合元件，通过不同的扭矩传递装置的接合将对应的两个构件连接在一起。两个扭矩传递装置可以选择性的闭锁，将某两个构件暂时性的连接起来。

该第一扭矩传递装置能够选择性地闭锁，将拉维娜式复合行星排的齿圈与壳体连接起来。

该第二扭矩传递装置能够选择性地闭锁，将拉维娜式复合行星排的行星架与壳体连接起来。

其中，本发明中涉及的传动方案通过控制两个扭矩传递装置产生两个前进挡，实现自动变速器功能。

其中，上述拉维娜式复合行星排是由一个简单的负号行星排和一个正号行星排复合而成，两个行星排共用一个行星架和齿圈，其中负号行星排中齿轮组在前，正号行星排中齿轮组在后，长行星轮与短行星轮啮合；在上述的拉维娜式复合行星排中所涉及的齿轮皆为斜齿齿形。

其中，第一，第二扭矩传递装置为湿式摩擦片式制动器。制动器的大小尺寸，需要根据所匹配的电动机输出扭矩计算而得，本发明并不限制具体适用型号及规格。

本发明的结构原理及工作概况简介如下：当所有扭矩传递装置处于分离状态，该行星齿轮机构自由度为2，输入构件与输出构件之间没有动力传递；当第一扭矩传递装置处于闭锁状态时，拉维娜式复合行星排的齿圈被固定，该行星齿轮机构自由度降为1，输入输出构件之间存在动力传递，输入构件与输出构件转速的比值为一挡传动比。当第二扭矩传递装置处于闭锁状态时，拉维娜式复合行星排的行星架被固定，该行星齿轮机构自由度降为1，输入输出构件之间存在动力传递，输入构件与输出构件转速的比值为二挡传动比。

(3)优点

简单换挡逻辑只需要通过控制一个扭矩传递装置的闭锁来实现各个挡位，增大了电动机工作在经济工况下的几率，有利于减小电池的消耗，提高电动机的动力性。

此外，该两挡变速器仅包含了一个拉维娜式复合行星排和两个扭矩传递装置，通过减少行星齿轮组和扭矩传递装置的数量，明显降低了变速器的制造成本。

此外，该两挡变速器在各挡位上的齿轮啮合损失和轴承功率损失都较小，具备极高的功率传递效率。

附图说明

图1是根据本发明的电驱动行星齿轮变速器的具体实施方式结构示意图；

附图标记

0壳体；1第一互连构件；2第二互连构件；3第三互连构件；4第四互连构件；

S1前太阳轮；S2后太阳轮；R1齿圈；A行星架；IN输入轴；OUT输出轴；

B1第一扭矩传递装置；B2第二扭矩传递装置；P1拉维娜式复合行星排；

G1长行星轮；G2短行星轮。

具体实施方式：

以下说明本质上仅为示范性的且绝不意图限制本发明的应用或使用。

见图1，本发明是一种电驱动的行星齿轮变速器，它包含了壳体0；输入构件即输入轴IN；输出构件即输出轴OUT；拉维娜式复合行星排P1；第一互连构件1；第二互连构件2；第三互连构件3；第四互连构件4；第一扭矩传递装置B1；第二扭矩传递装置B2。它们之间的关系是：以拉维娜式复合行星排P1为中心，左方为传动系统的输入构件即输入轴IN，右方为传动系的输出构件即输出轴OUT，两个扭矩传递装置B1、B2为制动器，并排靠近壳体0，上述各构件均位于壳体0内。

壳体0根据具体工程实施方式决定，主要功能为支撑该发明的各项构件。

首先，本发明的两挡自动变速器的实施方式在拉维娜式复合行星排P1上具有永久性的机械连接设置。

先参考图1，该变速器包括输入轴IN，拉维娜式复合行星排P1，壳体0，输出轴OUT，第一扭矩传递装置B1，第二扭矩传递装置B2，第一互连构件1，第二互连构件2，第三互连构件3，第四互连构件4，在本发明的实施方式中，拉维娜式复合行星排P1如下所述。

拉维娜式复合行星排P1，包括了前太阳轮S1，长行星轮G1，齿圈R1，后太阳轮S2，短行星轮G2，行星架A。前太阳轮S1通过第一互连构件1与输入轴IN固定连接；后太阳轮S2通过第二互连构件2与输出轴OUT固定连接；行星架A通过第四互连构件4与第二扭矩传递装置B2固定相连；齿圈R1通过第三互连构件3与第一扭矩传递装置B1固定相连。

第一扭矩传递装置B1将拉维娜式复合行星排P1的齿圈R1同壳体0选择性的连接。第二扭矩传递装置B2将拉维娜式复合行星排P1的行星架A同壳体0选择性的连接。

输入轴IN连接到电动机(未示出)。输出轴OUT连接到最终的传动单元或分动器等(未示出)。

先参考后列表一换挡逻辑图及各挡传动比来说明该实施方式的换挡操作。该变速器能够以两个前进挡速比或扭矩比将扭矩从输入轴IN传递到输出轴OUT。借助扭矩传递装置(换挡元件)中的某一个结合，可以获得每个前进挡的传动比或扭矩比。表一示出了被启动或接合以实现挡位状态的扭矩传递机构的组合真值表。如表一中所示，“×”代表了该具体扭矩传递装置(换挡元件)被接合以实现期望挡位状态。其中拉维娜式复合行星排P1可以看做由前太阳轮S1，长行星齿轮G1，齿圈R1，行星架A组成固定传动比为-2.61的负号行星齿轮组和由后太阳轮S2段，短行星齿轮G2，长行星齿轮G1和齿圈R1组成传动比为1.98的正号行星齿轮组共同构成，求得表一所示变速器各挡位的传动比值。

对两挡变速器的操作和挡位状态的前述说明假设：首先，在给定挡位状态为具体提及的所有换挡元件均脱离；其次，在相邻挡位状态之间的换挡(即改变挡位状态)期间，在两个挡位状态下均接合的换挡元件将保持接合状态。

本发明的说明本质上仅仅是示例性的，且不偏离本发明使之的变形意在包括在本发明的范围内。这种变形被认为不偏离本发明的精神和范围。

传动方案传动比计算方法如下：

一挡传动比计算公式：i1＝(i01-1)/(i02-1)

二挡传动比计算公式  i2＝i01/i02

式中符号说明如下：

i1一挡传动比

i2二挡传动比

i01拉维娜式复合行星排P1中等效负号行星排的组固定传动比

i02拉维娜式复合行星排P1中等效正号行星排的固定传动比

表一

	B1	B2	传动比
				1	X		-3.684
2		X	-1.318

注：×扭矩传递装置处于闭锁状态。

Claims (4)

1.一种电驱动的行星齿轮变速器，其特征在于：它包括了壳体、输入构件、输出构件、拉维娜式复合行星排、两个扭矩传递装置和四个互连构件；以拉维娜式复合行星排为中心，左方为传动系统的输入构件，右方为传动系统的输出构件，两个扭矩传递装置为制动器，并排靠近壳体，上述各构件均位于壳体内；

所述壳体是行星齿轮变速器的外壳，是固定不动的，用于容纳和支撑变速器的其他构件，其形状结构因设计布局而定；

所述输入构件为行星齿轮变速器的输入轴，通过该轴将电动机的输出转速和转矩输入到行星齿轮变速器，输入构件唯一，处于拉维娜式复合行星排前方；

所述输出构件为行星齿轮变速器的输出轴，通过该轴将行星齿轮变速器的转速和扭矩输出给后续传动轴，输出构件唯一，处于拉维娜式复合行星排后方；

所述拉维娜式复合行星排是一种复合式的行星齿轮机构，由一个前太阳轮、一个后太阳轮、一个长行星轮、一个短行星轮、齿圈及行星架组成；前太阳轮与长行星轮外啮合，长行星轮分别与齿圈和短行星轮啮合，短行星轮与后太阳轮啮合，长行星轮和短行星轮共用一个行星架；

所述第一互连构件为连接轴，该轴将拉维娜式复合行星排的前太阳轮和输入轴固定连接在一起；

所述第二互连构件为连接轴，该轴将拉维娜式复合行星排的后太阳轮和输出轴固定连接在一起；

所述第三互连构件为连接轴，该轴将拉维娜式复合行星排的齿圈与第一扭矩传递装置固定连接；

所述第四互连构件为连接轴，该轴将拉维娜式复合行星排的行星架与第二扭矩传递装置固定连接；

所述的两个扭矩传递装置皆为湿式摩擦接合元件，通过不同的扭矩传递装置的接合将对应的两个构件连接在一起；

该第一扭矩传递装置能够选择性地闭锁，将拉维娜式复合行星排的齿圈与壳体连接起来；

该第二扭矩传递装置能够选择性地闭锁，将拉维娜式复合行星排的行星架与壳体连接起来。

2.根据权利要求1所述的一种电驱动的行星齿轮变速器，其特征在于：该拉维娜式复合行星排是由一个负号行星排和一个正号行星排复合而成，两个行星排共用一个行星架和齿圈，其中负号行星排中齿轮组在前，正号行星排中齿轮组在后，长行星轮与短行星轮啮合；上述的拉维娜式复合行星排中所涉及的齿轮皆为斜齿齿形。

3.根据权利要求1所述的一种电驱动的行星齿轮变速器，其特征在于：第一，第二扭矩传递装置为湿式摩擦片式制动器，制动器的大小尺寸，根据所匹配的电动机输出扭矩计算而得。

4.根据权利要求1所述的一种电驱动的行星齿轮变速器，其特征在于：该传动方案通过控制两个扭矩传递装置产生两个前进挡，实现自动变速器功能。