CN105501057A - 一种基于单行星排两挡变速器的电驱动系统 - Google Patents

一种基于单行星排两挡变速器的电驱动系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于单行星排两挡变速器的电驱动系统，包括壳体；驱动电机，包括驱动电机轴；双行星轮行星排，其行星架共同连接第一行星轮和第二行星轮，行星架同时固定在所述壳体上，太阳轮连接驱动电机轴；输出轴，其可旋转的支撑在所述壳体上，用于输出动力；第一离合器，选择性的结合和分离所述内齿圈和所述输出轴；第二离合器，选择性的结合和分离所述太阳轮和所述输出轴；其中，当选择一挡时，第一离合器结合并且第二离合器分离；当选择二挡时，第一离合器分离并且第二离合器结合。本发明具有零件数量较少，结构紧凑，便于安装，并且驱动电机存在电动机和发电机两种工作模式，提高整车能量的利用率，达到节约能源的效果。

Description

一种基于单行星排两挡变速器的电驱动系统
技术领域
本发明涉及驱动领域，具体涉及一种基于单行星排两挡变速器的电驱动系统。
背景技术
电动汽车是新型、节能、环保车辆，尤其是在当今空气污染严重的大环境下，具有巨大的发展潜力和广阔的应用前景。电动汽车使用电动机取代了传统汽车的发动机，电动机可带载启动，并且通过合理的配置满足汽车使用要求，这是与发动机的很大区别。在电动车上使用多挡变速器已经不合适，但若取消变速传动装置，则难于兼顾汽车爬坡和高速行驶等要求，特别是中小型汽车，有必要针对电动机的工作特性重新设计电动汽车的动力系统。
目前的电动汽车用电驱动系统越来越受到人们的青睐，与传统的驱动系统相比，电动汽车用电驱动系统有着很大的优点，尤其体现在对环境保护方面。现有电动车两挡变速器的布置形式多采用平行轴式和行星排式，采用平行轴式布置形式的两挡变速器，多通过同步器或离合器来实现挡位的切换，若采用同步器等实现挡位的切换具有如下缺点，就需要单独安装换挡执行机构，使驱动系统体积增大，不便于整车的布置，且换挡过程中存在动力中断的情况；对于采用行星排式布置形式的两挡变速器，多是通过离合器或者制动器组合来实现挡位的切换，但具有如下缺点：换挡执行元件较分散，变速器的尺寸大致使驱动系统不够紧凑。
发明内容
本发明的一个目的是解决上述行星排式电驱动系统的缺点，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是将永磁同步电机、双行星轮行星排和离合器进行合理匹配，解决直驱电机体积庞大、性能要求高和机械式变速器换挡动力中断问题，使驱动系统的结构更加紧凑，便于安装，也降低了对电机的性能要求，减少了控制系统的复杂程度，提高了电机运行效率，增加了电动车的续驶里程。
本发明还有一个目的是驱动电机存在电动机和发电机两种工作模式，当整车处于制动工况时，驱动电机转换为发电机模式，能够回收制动能量和提高整车能量的利用率。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于单行星排两挡变速器的电驱动系统，包括：
壳体；
驱动电机，其设置在所述壳体内，并包括驱动电机轴；以及
双行星轮行星排，包括第一行星轮、第二行星轮、太阳轮、内齿圈和行星架；其中，所述行星架共同连接第一行星轮和第二行星轮，所述行星架同时固定在所述壳体上，所述太阳轮连接驱动电机轴；
输出轴，其可旋转的支撑在所述壳体上，用于输出动力；
第一离合器，其设置在所述内齿圈和所述输出轴之间，选择性的结合和分离所述内齿圈和所述输出轴；
第二离合器，其设置在所述太阳轮和所述输出轴之间，选择性的结合和分离所述太阳轮和所述输出轴；
其中，当选择一挡时，第一离合器结合并且第二离合器分离；当选择二挡时，第一离合器分离并且第二离合器结合。
优选的是，所述驱动电机还包括：
转子，其固定连接驱动电机轴；
定子，其与壳体固定连接。
优选的是，还包括圆筒形连接毂，其中心具有供所述输出轴穿过的通孔，在所述通孔处所述圆筒形连接毂固定连接所述输出轴；
支撑盘，其固定连接所述太阳轮，能够和所述太阳轮同轴旋转；
所述支撑盘通过第一离合器选择性的连接所述圆筒形连接毂的内壁；
所述内齿圈通过第二离合器选择性的连接所述圆筒形连接毂的外壁。
优选的是，所述壳体包括第一容纳腔和第二容纳腔，所述第一容纳腔和第二容纳腔之间设置内壁。
优选的是，所述第一容纳腔中布设驱动电机，所述第二容纳腔中布设变速机构，所述驱动电机轴通过内壁连接变速机构。
优选的是，所述变速机构包括双行星轮行星排、第一离合器和第二离合器。
优选的是，所述第一行星轮和第二行星轮通过滚针轴承连接行星架。
优选的是，所述太阳轮啮合所述第一行星轮，所述第一行星轮啮合所述第二行星轮，所述第二行星轮啮合所述内齿圈。
优选的是，所述驱动电机在车制动时切换成发电机模式。
优选的是，当选择倒挡时，所述第一离合器连接输出轴，第二离合器断开，所述驱动电机的反转动力通过内齿圈传递至输出轴。
本发明至少包括以下有益效果：1、电驱动系统由驱动电机，一套双行星轮行星排和离合器总成组成，零件数量较少，结构紧凑，便于安装，并且传动过程中啮合的齿轮数较少，有效提高传动效率。2、采用永磁同步驱动电机和两挡变速器集成为一体，减少原材料的使用量，有效降低电驱动系统的成本，也降低了对电机的性能要求，减少了控制系统的复杂程度，提高了电机运行效率，增加了电动车的续驶里程。3、驱动电机可以实现反转，所以通过电机反转来实现倒挡，取消了倒挡的换挡执行机构，结构更加紧凑，且倒挡控制简单，易实现。4、驱动电机存在电动机和发电机两种工作模式，当整车处于制动工况时，驱动电机转换为发电机模式，起到制动能量回收，提高整车能量的利用率，达到节约能源的效果。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1是本发明的单行星排两挡变速器的电驱动系统结构示意图。
图2是本发明的单行星排两挡变速器的电驱动系统的剖视图。
图3是本发明的双行星轮行星排结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
图1和图2示出了单行星排两挡变速器的电驱动系统结构，包括壳体110、驱动电机120、双行星轮行星排130、离合器总成140和输出轴150。其中，由双行星轮行星排130和离合器总成140组成变速机构。
壳体110包括第一容纳腔和第二容纳腔，在第一容纳腔和第二容纳腔之间设置内壁，驱动电机120设置在第一容纳腔中，驱动电机120的驱动电机轴123从第一容纳腔穿过内壁进入第二容纳腔，变速机构设置在第二容纳腔中，输出轴150从第二容纳腔穿出至壳体110外部。
驱动电机120包括定子121、转子122、驱动电机轴123和中间轴124，其中驱动电机定子121通过过盈配合与壳体110固定连接，驱动电机轴123与转子122通过过盈配合连接，驱动电机轴123通过花键连接中间轴124，从而使驱动电机轴123和中间轴124连接成一体结构。
驱动时，驱动电机120处于电动机模式，制动时，驱动电机120处于发电机模式。
如图3所示，双行星轮行星排130包括太阳轮131、第一行星轮132、第二行星轮133、内齿圈134和双行星轮行星架135。其中，太阳轮131通过花键与中心轴124连接，从而连接驱动电机轴123，太阳轮131与第一行星轮132啮合，第一行星轮132和第二行星轮133啮合，第二行星轮133与内齿圈134内啮合；其中，第一行星轮132和第二行星轮133均通过滚针轴承安装在双行星轮行星架135上，双行星轮行星架135固定在壳体110上。
当驱动电机轴123转动时，太阳轮131同方向转动，双行星轮行星架135与壳体固定在一起，第一行星轮132和第二行星轮133只绕双行星轮行星架135的轴自转，不公转，太阳轮131的转动通过第一行星轮132和第二行星轮133的自转，传递到内齿圈134，并保证内齿圈134的转动方向与太阳轮131的转动方向一致。
离合器总成140包括第一离合器141(常开)、第二离合器142(常开)、圆筒型连接毂143和支撑盘144，第一离合器141(常开)一端固定连接内齿圈134，另一端分离或结合圆筒型连接毂143的外壁，其中，所述圆筒型连接毂143中心开设通孔，输出轴150穿过通孔与圆筒型连接毂143固定连接；第二离合器142(常开)一端分离或结合支撑盘144，另一端固定连接圆筒型连接毂143的内壁，其中，支撑盘144和驱动电机轴123固定连接。当第一离合器141工作时，内齿圈134连接第一离合器141，第一离合器141与圆筒型连接毂143的外壁紧密结合，从而使与圆筒型连接毂143固定连接的输出轴150和内齿圈134同步运动；当第二离合器141工作时，与驱动电机轴123固定连接的支撑盘144结合第二离合器142，第二离合器142固定连接的圆筒型连接毂143内壁，从而使驱动电机轴123与输出轴150同步运动。
电驱动系统的挡位切换由离合器总成140来实现，电驱动系统的换挡执行元件按照表一进行。
表一电驱动系统的挡位执行表
其中，“○”表示分离，“●”表示结合,Cl1表示第一离合器141，Cl2表示第二离合器142。
一挡时，驱动电机120正转(实现整车前进的电机转动方向为正转方向)，带动太阳轮131转动，行星架135固定不动使第一行星轮132和第二行星轮133的自转，动力传递到内齿圈134，此时，第一离合器141(常开)工作，即结合，内齿圈134与圆筒型连接毂143结合，从而使内齿圈134与输出轴150同步运动，实现动力的输出；第二离合器142(常开)不工作，即保持常开状态，支撑盘144和圆筒型连接毂143分离，从而使驱动电机轴123和输出轴150不传动。
二挡时，驱动电机120正转，带动太阳轮131转动，行星架135固定不动使第一行星轮132和第二行星轮133的自转，动力传递到内齿圈134，第一离合器141(常开)不工作，即保持常开状态，内齿圈134和输出轴150不结合，第二离合器142(常开)工作，即结合，将驱动电机轴123与输出轴150连接，将动力直接输出。
一挡时，驱动电机120通过驱动电机轴123将动力传递到太阳轮131，第一离合器141(常开)结合，动力通过内齿圈134传递到输出轴150，一挡升二挡过程，第一离合器141(常开)分离，第二离合器142(常开)结合，动力通过太阳轮131直接传递到输出轴150，且通过控制第一离合器141(常开)和第二离合器142(常开)来保证动力的连续传递。
二挡时，第二离合器142(常开)结合，驱动电机120通过驱动电机轴123将动力直接传递到输出轴150，二挡降一挡过程，第二离合器142(常开)分离，第一离合器141(常开)结合，驱动电机120通过驱动电机轴123传递到太阳轮131，再通过第一行星轮132和第二行星轮133，传递到内齿圈134，最后通过内齿圈134传递到输出轴150，且通过控制第一离合器141(常开)和第二离合器142(常开)来实现挡位的顺利切换，达到平顺换挡的效果。
倒挡时，驱动电机120反转(与正转方向相反)，带动太阳轮131转动，行星架135固定不动使第一行星轮132和第二行星轮133的自转，动力传递到内齿圈134，此时，第一离合器141(常开)工作，即结合，内齿圈134与圆筒型连接毂143结合，从而使内齿圈134与输出轴150同步运动，实现动力的输出；第二离合器142(常开)不工作，即保持常开状态，支撑盘144和圆筒型连接毂143分离，从而使驱动电机轴123和输出轴150不传动，使整车倒向行驶。
空挡时，第一离合器141(常开)和第二离合器142(常开)均保持不工作状态，使得驱动电机轴123与输出轴150处于分离状态，切断了动力的传递。
当整车以一挡行驶需制动时，驱动电机120由电动机模式切换到发电机模式，对传动系统起到拖动作用，将整车的行驶动能转换为电能。
当整车以二挡行驶需制动时，驱动电机120由电动机模式切换到发电机模式，第二离合器142(常开)分离，第一离合器141(常开)结合，对传动系统起到拖动作用，提高制动能量回收效率。
如上所述，本发明具有如下有益效果：1、电驱动系统由驱动电机，一套双行星轮行星排和离合器总成组成，零件数量较少，结构紧凑，便于安装，并且传动过程中啮合的齿轮数较少，有效提高传动效率。2、采用永磁同步驱动电机和两挡变速器集成为一体，减少原材料的使用量，有效降低电驱动系统的成本，也降低了对电机的性能要求，减少了控制系统的复杂程度，提高了电机运行效率，增加了电动车的续驶里程。3、驱动电机可以实现反转，所以通过电机反转来实现倒挡，取消了倒挡的换挡执行机构，结构更加紧凑，且倒挡控制简单，易实现。4、驱动电机存在电动机和发电机两种工作模式，当整车处于制动工况时，驱动电机转换为发电机模式，起到制动能量回收，提高整车能量的利用率，达到节约能源的效果。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种基于单行星排两挡变速器的电驱动系统，其特征在于，包括：
壳体；
驱动电机，其设置在所述壳体内，并包括驱动电机轴；以及
双行星轮行星排，包括第一行星轮、第二行星轮、太阳轮、内齿圈和行星架；其中，所述行星架共同连接第一行星轮和第二行星轮，所述行星架同时固定在所述壳体上，所述太阳轮连接驱动电机轴；
输出轴，其可旋转的支撑在所述壳体上，用于输出动力；
第一离合器，其设置在所述内齿圈和所述输出轴之间，选择性的结合和分离所述内齿圈和所述输出轴；
第二离合器，其设置在所述太阳轮和所述输出轴之间，选择性的结合和分离所述太阳轮和所述输出轴；
其中，当选择一挡时，第一离合器结合并且第二离合器分离；当选择二挡时，第一离合器分离并且第二离合器结合。
2.如权利要求1所述的基于单行星排两挡变速器的电驱动系统，其特征在于，所述驱动电机还包括：
转子，其固定连接驱动电机轴；
定子，其与壳体固定连接。
3.如权利要求2所述的基于单行星排两挡变速器的电驱动系统，其特征在于，还包括：
圆筒形连接毂，其中心具有供所述输出轴穿过的通孔，在所述通孔处所述圆筒形连接毂固定连接所述输出轴；
支撑盘，其固定连接所述太阳轮，能够和所述太阳轮同轴旋转；
所述支撑盘通过第一离合器选择性的连接所述圆筒形连接毂的内壁；
所述内齿圈通过第二离合器选择性的连接所述圆筒形连接毂的外壁。
4.如权利要求2或3所述的基于单行星排两挡变速器的电驱动系统，其特征在于，所述壳体包括第一容纳腔和第二容纳腔，所述第一容纳腔和第二容纳腔之间设置内壁。
5.如权利要求4所述的基于单行星排两挡变速器的电驱动系统，其特征在于，所述第一容纳腔中布设驱动电机，所述第二容纳腔中布设双行星轮行星排。
6.如权利要求5所述的基于单行星排两挡变速器的电驱动系统，其特征在于，所述行星架固定连接所述内壁。
7.如权利要求1所述的基于单行星排两挡变速器的电驱动系统，其特征在于，所述第一行星轮和第二行星轮通过滚针轴承连接行星架。
8.如权利要求7所述的基于单行星排两挡变速器的电驱动系统，其特征在于，所述太阳轮啮合所述第一行星轮，所述第一行星轮啮合所述第二行星轮，所述第二行星轮啮合所述内齿圈。
9.如权利要求6或8所述的基于单行星排两挡变速器的电驱动系统，其特征在于，所述驱动电机在车制动时切换成发电机模式。
10.如权利要求9所述的基于单行星排两挡变速器的电驱动系统，其特征在于，当选择倒挡时，所述第一离合器连接输出轴，第二离合器断开，所述驱动电机的反转动力通过内齿圈传递至输出轴。
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