CN105508526B - 一种基于双行星排两挡变速器的电驱动系统 - Google Patents

一种基于双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双行星排两挡变速器的电驱动系统，包括：壳体；驱动机构；输出轴；双行星排齿轮系，包括第一行星排和第二行星排，第一行星排太阳轮连接驱动电机轴，第一行星排行星架固定连接输出轴，第一行星排内齿圈连接第二行星排行星架，第二行星排太阳轮固定连接壳体；离合器，其能够选择性的连接输出轴与第二行星排内齿圈；制动器，其能够使第二排行星架和第一行星排内齿圈同时转动或制动；其中，当选择一挡时，离合器不工作、制动器工作；当选择二挡时，离合器工作、制动器不工作。本发明具有零件数量较少、结构紧凑、提高了电机运行效率和增加了电动车的续驶里程的优点。

Description

一种基于双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，具体涉及一种基于双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第一行星排、第二行星排、离合器和制动器进 行合理匹配实现两挡变速控制，第二行星排配合离合器和制动器对输出轴进行增速，从而达到两挡变速的目的。
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，提供了一种基于双行星排两挡变速器的电驱动系统，包括：
壳体；
驱动机构，其设置在所述壳体内，并包括驱动电机轴；
输出轴，其可旋转的支撑在所述壳体上，用于输出动力；
双行星排齿轮系，包括第一行星排和第二行星排，所述第一行星排太阳轮连接所述驱动电机轴，第一行星排行星架固定连接所述输出轴，第一行星排内齿圈连接第二行星排行星架，第二行星排太阳轮固定连接所述壳体；
离合器，其设置在所述输出轴与第二行星排内齿圈之间，选择性的使所述输出轴与第二行星排内齿圈结合和分离；
制动器，其设置在所述壳体和第二排行星架之间，选择性的使所述壳体和第二排行星架之间结合和分离；当制动器结合时，所述壳体和第二排行星架固定不动；当制动器分离时，所述第一行星排内齿圈和第二排行星架共同旋转；
其中，当选择一挡时，离合器分离和制动器结合；当选择二挡时，离合器结合和制动器分离。
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，所述第一容纳腔内布设驱动机构，所述第二容纳腔内布设双行星排齿轮系，其中，所述驱动电机轴穿过内壁连接双行星排齿轮系。
优选的是，所述驱动机构还包括：
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，还包括圆形支撑盘，其一侧圆心处固定连接所述输出轴，另 一侧连接所述第一行星排行星架，能够使第一行星排行星架、支撑盘和输出轴一同旋转；所述支撑盘的外缘固定连接所述离合器。
优选的是，所述第二行星排太阳轮还包括突出的轴，其固定连接所述壳体，所述轴具有轴向通孔，所述输出轴穿过并可旋转的支撑在所述轴向通孔伸出壳体外。
优选的是，所述驱动机构包括电动机模式和发电机模式，在车制动时驱动电机切换成发电机模式。
优选的是，当选择倒挡时，离合器分离、制动器结合，所述驱动机构的反转动力通过第一行星排行星架传递至输出轴。
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是本发明的双行星排两挡变速器的电驱动系统结构示意图。
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示出了双行星排两挡变速器的电驱动系统结构，包括外壳110、驱动电机120、双行星排齿轮系130、离合器140、制动器150和输出轴160，其中，双行星排齿轮系130、离合器140和制动器150组成变速器机构。
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，变速器机构设置在第二容纳腔中，输出轴160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和驱动电机轴123，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。
双行星排齿轮系130包括第一行星排和第二行星排，所述第一行星排由第一行星排太阳轮131、第一行星排行星轮132、第一行星排行星架133和第一行星排内齿圈134组成。第一行星排太阳轮131通过花键与驱动电机轴123输出端连接，第一行星排太阳轮131与第一行星排行星轮132啮合，第一行星排行星轮132与第一行星排内齿圈134啮合，第一行星排行星轮132通过滚针轴承安装在第一行星排行星架133上；其中，所述第一行星排行星架133的输出端固定连接圆形支撑盘141，圆形支撑盘141中心处开设中心通孔，输出轴160穿过中心通孔与圆形支撑盘141固定连接。
第二行星排由第二行星排太阳轮135、第二行星排行星轮136、第二行星排行星架137和第二行星排内齿圈138组成，第二行星排太阳轮135中心处设置突出的轴，所述轴外壁固定连接所述壳体并具有轴向通孔，所述输出轴160穿过并可旋转的支撑在所述轴向通孔伸出壳体外，第二行星排太阳轮135与第二行星排行星轮136啮合，第二行星排行星轮136与第二行星排内齿圈138啮合，其中，第二行星排行星轮136通过滚针轴承安装在第二行星排行星架137上。
其中，第一行星排内齿圈134与第二行星排行星架137固定连接。
离合器140(常开)包括圆形支撑盘141，圆形支撑盘141为圆盘结构，圆盘结构由圆盘和外圆周壁组成，其中心处开设通孔，所述通孔的尺寸与输出轴160相匹配。离合器140(常开)的外壁与第二行星排内齿圈138固定连接，其内壁与圆形支撑盘141的外圆周壁选择性的连接和分离，圆形支撑盘141通过所述通孔连接输出轴160，圆形支撑盘141通过花键连接第一行星排行星架133输出端。因此，通过离合器140与圆形支撑盘141的选择性连接实现第二行星排内齿圈138与输出轴160的分离和结合。当离合器140工作时，离合器140与圆形支撑盘141连接，与圆形支撑盘141固定连接的第一行星排行星架133将动力传输至输出轴160，进一步的是，第二行星排内齿圈138与圆形支撑盘141结合，从而使第二行星排内齿圈138能够将动力传递至输出轴160；当离合器不工作，离合器140与圆形支撑盘141断开，第二行星排内齿圈138不能将动力传递至输出轴160，此时，与圆形支撑盘141固定连接的第一行星排行星架133将动力传输至输出轴160。
制动器150包括制动器盘151，所述制动器盘151为圆盘结构，圆盘结构由圆盘和外圆周壁组成，其中心处开设通孔，所述通孔固定连接第二行星排太阳轮135的突出轴，从而与壳体110固定连接。制动器150的外壁与第一行星排内齿圈134固定连接，第一行星排内齿圈134与第二行星排行星架137固定连接，从而使制动器150的外壁同时连接第一行星排内齿圈134和第二行星排行星架137，制动器150的内壁与制动器盘151的外圆周壁选择性连接和分离，因此，制动器150与制动器盘151的分离、结合来实现第二行星排行星架137和第一行星排内齿圈134的转动和制动。当制动器150工作时，制动器150与制动器盘151连接，与外壳110固定连接的制动器盘151通过制动器150制动第二行星排行星架137和第一行星排内齿圈134；当制动器150不工作时，制动器150与制动器盘151断开，第二行星排行星架137和第一行星排内齿圈134能够转动。
电驱动系统的挡位切换由离合器140和制动器150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140，Cl2表示制动器150。
一挡时，驱动电机110正转(实现整车前进的电机转动方向为正转方向)，将动力传递给第一行星排太阳轮131，第一行星排太阳轮131将动力进一步传递给第一行星排行星轮132，此时制动器150工作，第二行星排行星架137和第一行星排内齿圈134制动，从而使与第一行星排内齿圈134啮合的第一行星排行星轮132进行自转和公转，进一步将动力传递至第一行星排行星架133；与此同时，离合器140(常开)不工作，离合器140与支撑盘141断开，第二行星排内齿圈138同时与第二行星排行星架133和输出轴160断开，即第二行星排整体不工作。此时，第一行星排行星架133通过圆形支撑盘141将动力传输至输出轴160，实现动力的输出。
二挡时，驱动电机正转，制动器150不工作，其与制动器盘151断开，第二行星排行星架137和第一行星排内齿圈134能够转动，离合器140(常开)工作，离合器140与圆形支撑盘141连接，与圆形支撑盘141固定连接的第一行星排行星架133将动力传输至输出轴160，进一步的是，第二行星排内齿圈138与圆形支撑盘141结合，第一行星排内齿圈134通过第二行星排行星架137将动力传递给第二行星排内齿圈138，从而使第二行星排内齿圈138能够将动力传递至输出轴160，起到增速的作用。
一挡升二挡过程，通过换挡控制单元实现离合器140(常开)由不工作状态切换到工作状态，制动器150由工作状态切换到不工作状态，驱动电机的动力通过驱动电机轴123末端传递到第一行星排太阳轮131，再经第一行星排行星轮132传递到第一行星排行星架133，最后通过第一行星排行星架133传递到输出轴160，且通过离合器140(常开)和制动器150的工作状态的切换，来实现第二行星排内齿圈138能够将增速动力传递至输出轴160。
二挡降一挡过程，通过换挡控制单元实现离合器140(常开)由工作状态切换到不工作状态，制动器150由不工作状态切换到工作状态，驱动电机的动力通过驱动电机轴123末端传递到第一行星排太阳轮131，再经第一行星排行星轮132传递到第一行星排行星架133，最后通过第一行星排行星架133传递到输出轴160，且通过离合器140(常开)和制动器150的工作状态的切换，来实现第二行星排内齿圈138不能够将增速动力传递至输出轴160。
倒挡时，驱动电机反转(与正转方向相反)，将反向动力传递给第一行星排太阳轮131，第一行星排太阳轮131将动力进一步传递给第一行星排行星轮132，此时制动器150工作，第二行星排行星架137和第一行星排内齿圈134制动，从而使与第一行星排内齿圈134啮合的第一行星排行星轮132进行自转和公转，进一步将动力传递至第一行星排行星架133；与此同时，离合器140(常开)不工作，离合器140与圆形支撑盘141断开，第二行星排内齿圈138同时与第二行星排行星架133和输出轴160断开，即第二行星排整体不工作。此时，第一行星排行星架133通过圆形支撑盘141将动力传输至输出轴160，实现整车倒向行驶。
空挡时，离合器140(常开)和制动器150均保持不工作状态，使得驱动电机轴123与输出轴160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，驱动电机由电动机模式切换到发电机模式，离合器140(常开)不工作，制动器150工作，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 (8)

1.一种基于双行星排两挡变速器的电驱动系统，其特征在于，包括：
壳体；
驱动机构，其设置在所述壳体内，并包括驱动电机轴；
输出轴，其可旋转的支撑在所述壳体上，用于输出动力；
双行星排齿轮系，包括第一行星排和第二行星排，所述第一行星排太阳轮连接所述驱动电机轴，第一行星排行星架固定连接所述输出轴，第一行星排内齿圈连接第二行星排行星架，第二行星排太阳轮固定连接所述壳体；
离合器，其设置在所述输出轴与第二行星排内齿圈之间，选择性的使所述输出轴与第二行星排内齿圈结合和分离；
制动器，其设置在所述壳体和第二排行星架之间，选择性的使所述壳体和第二排行星架之间结合和分离；当制动器结合时，所述壳体和第二排行星架固定不动；当制动器分离时，所述第一行星排内齿圈和第二排行星架共同旋转；
其中，当选择一挡时，离合器分离和制动器结合；当选择二挡时，离合器结合和制动器分离。
2.如权利要求1所述的基于双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。
3.如权利要求2所述的基于双行星排两挡变速器的电驱动系统，其特征在于，所述第一容纳腔内布设驱动机构，所述第二容纳腔内布设双行星排齿轮系，其中，所述驱动电机轴穿过内壁连接双行星排齿轮系。
4.如权利要求3所述的基于双行星排两挡变速器的电驱动系统，其特征在于，所述驱动机构还包括：
转子，其固定连接驱动电机轴；
定子，其与壳体固定连接。
5.如权利要求1-4中任一项所述的基于双行星排两挡变速器的电驱动系统，其特征在于，还包括圆形支撑盘，其一侧圆心处固定连接所述输出轴，另一侧连接所述第一行星排行星架，能够使第一行星排行星架、支撑盘和输出轴一同旋转；所述支撑盘的外缘固定连接所述离合器。
6.如权利要求5所述的基于双行星排两挡变速器的电驱动系统，其特征在于，所述第二行星排太阳轮还包括突出的轴，其固定连接所述壳体，所述轴具有轴向通孔，所述输出轴穿过并可旋转的支撑在所述轴向通孔伸出壳体外。
7.如权利要求6所述的基于双行星排两挡变速器的电驱动系统，其特征在于，所述驱动机构包括电动机模式和发电机模式，在车制动时驱动电机切换成发电机模式。
8.如权利要求7所述的基于双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，离合器分离、制动器结合，所述驱动机构的反转动力通过第一行星排行星架传递至输出轴。
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