CN105570419A - 一种基于双行星排两挡变速器的电驱动装置 - Google Patents

一种基于双行星排两挡变速器的电驱动装置 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装置，包括：驱动系统壳体；驱动电机具有输出动力的输出轴；第一行星排太阳轮，其连接驱动电机的输出轴；第一行星排行星架共同固定连接第一行星排行星轮Ⅰ和第一行星排行星轮Ⅱ，第一行星排行星架固定连接驱动系统壳体；中间轴，其连接第一行星排内齿圈，随第一行星排内齿圈共同旋转；第二行星排太阳轮，其连接中间轴；制动器，其设置在驱动系统壳体和第二行星排内齿圈之间；离合器，其设置在中间轴及第二行星排行星架之；第二行星排行星架，其固定连接输出轴。本发明具有设计结构紧凑、换挡过程中不存在动力中断、控制倒挡实现简单、整车能量利用率高、能源有效利用与节约的特点。

Description

一种基于双行星排两挡变速器的电驱动装置
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装置。
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，经过对现有技术的检索发现，电动车用两挡变速器既有采用平行轴式的布置形式，又有采用行星排式的布置形式。对于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；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。
发明内容
本发明设计开发了一种基于双行星排两挡变速器的电驱动装置。本发明主要是针对电动汽车用直驱电机体积庞大性能要求高和电动汽车用机械变速器换挡动力中断问题，通过合理匹配，有效解决电动汽车用直驱电机体积庞大性能要求高和电动汽车用机械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。
本发明具有设计结构紧凑、换挡过程中不存在动力中断、控制倒挡实现简单、整车能量利用率高、能源有效利用与节约的特点。
本发明提供的技术方案为：
一种基于双行星排两挡变速器的电驱动装置，包括：
驱动系统壳体；
驱动电机，其设置在驱动系统壳体内，并具有输出动力的输出轴；
第一行星齿轮系，其包括第一行星排太阳轮、第一行星排行星架、第一行星排行星轮Ⅰ、第一行星排行星轮Ⅱ及第一行星排内齿圈；
所述第一行星排太阳轮，其连接所述驱动电机的输出轴；第一行星排行星架共同固定连接所述第一行星排行星轮Ⅰ和第一行星排行星轮Ⅱ，所述第一行星排行星架固定连接驱动系统壳体；
中间轴，其连接所述第一行星排内齿圈，随所述第一行星排内齿圈共同旋转；
第二行星齿轮系，其包括第二行星排太阳轮、第二行星排行星轮、第二行星排行星架及第二行星排内齿圈；
所述第二行星排太阳轮，其连接所述中间轴；
制动器，其设置在驱动系统壳体和所述第二行星排内齿圈之间，选择性的使驱动系统壳体和所述第二行星排内齿圈架结合和分离；
离合器，其设置在所述中间轴及所述第二行星排行星架之间，选择性的使所述中间轴及所述第二行星排行星架结合和分离；
所述第二行星排行星架，其固定连接输出轴；
其中，当选择一挡时，所述制动器结合，所述离合器分离；当选择二挡时，所述制动器分离，所述离合器结合。
优选的是，所述电驱动系统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，所述第一行星排行星架固定连接所述内壁。
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第一行星齿轮系和第二行星齿轮系。
优选的是，所述第二容纳腔中设有贯通孔，所述输出轴可旋转的支撑在所述贯通孔上并穿出所述贯通孔连接至所述驱动系统壳体外部。
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，其与所述驱动系统壳体固定连接。
优选的是，还包括：
所述制动器的制动盘与所述第二行星排内齿圈连接，所述制动器的制动毂与所述驱动系统壳体连接；
所述离合器的离合器盘与所述中间轴连接，所述离合器的离合器毂与所述第二行星排行星架连接。
优选的是，还包括：
所述第一行星排太阳轮通过花键安装在所述驱动电机的输出轴末端，所述第一行星排内齿圈通过花键安装在所述中间轴上；
所述第二行星排太阳轮通过花键安装在所述中间轴上，所述第二行星排行星轮通过滚针轴承安装在所述第二行星排行星架上。
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，所述制动器结合，所述离合器分离，所述驱动电机的反转动力通过所述第二行星排行星架传递至输出轴。
本发明与现有技术相比较所具有的有益效果：
1、本发明所述的电驱动桥系统有驱动电机、两套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，同时，在传动过程中，啮合的齿轮数较少，有效提高传动效率；
2、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，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；
3、驱动电机存在两种工作模式，当整车处于驱动工况时，驱动电机处于电动机工作模式，为整车行驶提供动力，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。
附图说明
图1为本发明所述的结构示意图。
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。
如图1所示，本发明提供一种基于双行星排两挡变速器的电驱动装置，其包括：电机部分和变速器；其中变速器部分由第一行星排，第二行星排，离合器和制动器组成。
电机部分由驱动电机轴110，定子120，转子130组成，其中驱动电机的定子120通过过盈配合与壳体100连接，驱动电机的转子130通过过盈配合与驱动电机轴110连接。
壳体100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，电机部分设置在第一容纳腔中，变速器部分设置在第二容纳腔中；其中，在第一容纳腔中，驱动电机轴110可旋转的支撑在所述内壁上，并且穿出内壁的上的贯通孔与第一行星排太阳轮220连接；在第二容纳腔中，输出轴150穿过驱动系统壳体的贯通孔至壳体外部。
驱动时，驱动电机处于电动机模式，制动时，驱动电机处于发电机模式。
第一行星排是一套双行星行星排，由第一行星排行星架210，第一行星排内齿圈250，第一行星排太阳轮220，第一行星排行星轮I230和第一行星排行星轮II240组成。其中，第一行星排太阳轮220通过花键安装在驱动电机轴110上，与第一行星排太阳轮220啮合的第一行星排行星轮I230通过滚针轴承安装在第一行星排行星架210上，与第一行星排行星轮I230啮合的第一行星排行星轮II240也通过滚针轴承安装在第一行星排行星架210上，第一行星排行星架210通过内壁与壳体100连接，固定不动，与第一行星排行星轮II240啮合的第一行星排内齿圈250通过花键安装在中间轴140上。
第二行星排是一套单行星行星排，由第二行星排太阳轮320，第二行星排行星轮330，第二行星排行星架310和第二行星排内齿圈340组成。其中，第二行星排太阳轮320通过花键安装在中间轴140上，与第二行星排太阳轮320啮合的第二行星排行星轮330通过滚针轴承安装在第二行星排行星架310上，与第二行星排行星轮330啮合的第二行星排内齿圈340与制动器410的制动器盘连接，第二行星排行星架310与输出轴150连接。
制动器410的制动毂与壳体100连接，固定不动，制动器410的制动盘通过花键与第二行星排内齿圈340连接，并通过制动器410的分离、结合来实现第二行星排内齿圈340的转动和制动。
离合器420(常开)的离合器毂与第二行星排行星架310连接，离合器420(常开)的离合器盘通过花键安装在中间轴140上，并通过离合器420(常开)的分离、结合实现第二行星排行星架310与中间轴140的分离和结合。
电驱动系统的挡位切换由制动器410和离合器420(常开)来实现。
一挡时，驱动电机正转(实现整车前进的电机转动方向为正转方向)，离合器420(常开)不工作，即保持常开状态，中间轴140与第二行星排行星架310分离，制动器410工作，起到制动作用，第二行星排内齿圈340固定不动，驱动电机的动力通过驱动电机轴110末端传递到第一行星排太阳轮220，第一行星排太阳轮220通过第一行星排行星轮I230和第一行星排行星轮II240将动力传递到第一行星排内齿圈250，第一行星排内齿圈250再将动力传递到中间轴140，中间轴140带动与其连接的第二行星排太阳轮320，第二行星排太阳轮320将动力传递到与其啮合的第二行星排行星轮330，第二行星排行星轮330既自转又公转，第二行星排行星轮330带动第二行星排行星架310转动，第二行星排行星架310再将动力传递到与其相连的输出轴150，实现动力的传递。
二挡时，驱动电机正转，离合器420(常开)工作，即结合，中间轴140与第二行星排行星架310连接，制动器410不工作，不起到制动工作，第二行星排内齿圈340可转动，第二行星排称为一个整体，不起到变速作用，驱动电机的动力通过驱动电机轴110末端传递到第一行星排太阳轮220，第一行星排太阳轮220通过第一行星排行星轮I230和第一行星排行星轮II240将动力传递到第一行星排内齿圈250，第一行星排内齿圈250再将动力传递到中间轴140，中间轴140带动第二行星排转动，第二行星排的第二行星排行星架310带动输出轴150转动，实现动力的传递。
一挡升二挡过程，通过换挡控制单元实现离合器420(常开)由不工作状态切换到工作状态，即第二行星排行星架310与中间轴140由分离切换到结合状态，制动器410由工作状态切换到不工作状态，即第二行星排内齿圈340由与壳体100连接固定不动切换到与壳体100分离可动。
二挡降一挡过程，通过换挡控制单元实现离合器420(常开)由工作状态切换到不工作状态，即第二行星排行星架310与中间轴140由结合切换到分离状态，制动器410由不工作状态切换到工作状态，即第二行星排内齿圈340由与壳体100分离可动切换到与壳体100连接固定不动。
倒挡时，驱动电机反转(与正转方向相反)，离合器420(常开)不工作，即保持常开状态，中间轴140与第二行星排行星架310分离，制动器410工作，起到制动作用，第二行星排内齿圈340固定不动，驱动电机的动力通过驱动电机轴110末端传递到第一行星排太阳轮220，第一行星排太阳轮220通过第一行星排行星轮I230和第一行星排行星轮II240将动力传递到第一行星排内齿圈250，第一行星排内齿圈250再将动力传递到中间轴140，中间轴140带动与其连接的第二行星排太阳轮320，第二行星排太阳轮320将动力传递到与其啮合的第二行星排行星轮330，第二行星排行星轮330既自转又公转，第二行星排行星轮330带动第二行星排行星架310转动，第二行星排行星架310再将动力传递到与其相连的输出轴150，实现动力的输出，使整车倒向行驶。
空挡时，离合器420(常开)和制动器410均保持不工作状态，使得驱动电机轴110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，驱动电机由电动机模式切换到发电机模式，对传动系统起到制动作用，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420(常开)不工作，制动器410工作，对传动系统起到拖动作用，提高制动能量的回收效率。
该电驱动系统的换挡执行元件按照表1进行工作。
表1中“○”表示分离，“●”表示结合,B表示制动器410，Cl表示离合器420(常开)。
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)

1.一种基于双行星排两挡变速器的电驱动装置，其特征在于，包括：
驱动系统壳体；
驱动电机，其设置在驱动系统壳体内，并具有输出动力的输出轴；
第一行星齿轮系，其包括第一行星排太阳轮、第一行星排行星架、第一行星排行星轮Ⅰ、第一行星排行星轮Ⅱ及第一行星排内齿圈；
所述第一行星排太阳轮，其连接所述驱动电机的输出轴；第一行星排行星架共同固定连接所述第一行星排行星轮Ⅰ和第一行星排行星轮Ⅱ，所述第一行星排行星架固定连接驱动系统壳体；
中间轴，其连接所述第一行星排内齿圈，随所述第一行星排内齿圈共同旋转；
第二行星齿轮系，其包括第二行星排太阳轮、第二行星排行星轮、第二行星排行星架及第二行星排内齿圈；
所述第二行星排太阳轮，其连接所述中间轴；
制动器，其设置在驱动系统壳体和所述第二行星排内齿圈之间，选择性的使驱动系统壳体和所述第二行星排内齿圈架结合和分离；
离合器，其设置在所述中间轴及所述第二行星排行星架之间，选择性的使所述中间轴及所述第二行星排行星架结合和分离；
所述第二行星排行星架，其固定连接输出轴；
其中，当选择一挡时，所述制动器结合，所述离合器分离；当选择二挡时，所述制动器分离，所述离合器结合。
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装置，其特征在于，所述电驱动系统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装置，其特征在于，所述第一行星排行星架固定连接所述内壁。
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装置，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第一行星齿轮系和第二行星齿轮系。
5.如权利要求4所述的基于双行星排两挡变速器的电驱动装置，其特征在于，所述第二容纳腔中设有贯通孔，所述输出轴可旋转的支撑在所述贯通孔上并穿出所述贯通孔连接至所述驱动系统壳体外部。
6.如权利要求1所述的基于双行星排两挡变速器的电驱动装置，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，其与所述驱动系统壳体固定连接。
7.如权利要求3所述的基于双行星排两挡变速器的电驱动装置，其特征在于，还包括：
所述制动器的制动盘与所述第二行星排内齿圈连接，所述制动器的制动毂与所述驱动系统壳体连接；
所述离合器的离合器盘与所述中间轴连接，所述离合器的离合器毂与所述第二行星排行星架连接。
8.如权利要求1-7中任一项中所述的基于双行星排两挡变速器的电驱动装置，其特征在于，还包括：
所述第一行星排太阳轮通过花键安装在所述驱动电机的输出轴末端，所述第一行星排内齿圈通过花键安装在所述中间轴上；
所述第二行星排太阳轮通过花键安装在所述中间轴上，所述第二行星排行星轮通过滚针轴承安装在所述第二行星排行星架上。
9.如权利要求8中所述的基于双行星排两挡变速器的电驱动装置，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8中所述的基于双行星排两挡变速器的电驱动装置，其特征在于，当选择倒挡时，所述制动器结合，所述离合器分离，所述驱动电机的反转动力通过所述第二行星排行星架传递至输出轴。
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