CN106143131B - 空心转子电机及双档行星减速带差速电动汽车动力系统 - Google Patents

空心转子电机及双档行星减速带差速电动汽车动力系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种空心转子电机及双档行星减速带差速电动汽车动力系统，包括空心转子无刷直流电机，空心转子无刷直流电机的太阳轮空心转子作为第一级行星减速轮系的太阳轮，进行动力输入，通过第二级行星减速轮系来实现双档变速，太阳轮空心转子具有贯通的中心孔便于驱动半轴从中穿过进行动力传输，通过换挡电机带动换挡拨叉实现二组行星减速轮系的组合与脱离，实现高低速比的切换，通过锥齿轮差速器，来实现输出的差速功能。根据本发明的空心转子电机及双档行星减速带差速电动汽车动力系统，实现了电机在不同工况下均能通过双档减速来实现电机的高效率输出，同时优化电机结构，做到传动效率高，结构紧凑，质量轻巧，便于安装和布置。

Description

空心转子电机及双档行星减速带差速电动汽车动力系统
技术领域
本发明涉及一种电动汽车电机动力系统,尤其涉及一种空心转子电机及双档行星减速带差速电动汽车动力系统。
背景技术
电动汽车(BEV)是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。
电动汽车的动力系统一般由电机和减速器、差速器等传动系统部件组成，汽车行驶时，由蓄电池输出电能通过控制驱动电动机运转，电动机输出的转矩经传动系统带动车轮前进或后退。目前的电动汽车动力系统，大多数是采用普通的齿轮单级减速和差速来进行机械传动，
电机通过安装在驱动桥外部来带动传动系统工作。而根据整车的动力性指标以及电机输出特性，往往难以通过单级减速来满足汽车的最高车速、最大爬坡度和对加速度时间的要求，为了在单级减速的情况下实现加速和爬坡的性能，电动机的功率以及后备功率就要设计的比较大，从而电动机的体积和质量也会增加，并且会使电动机不能经常工作在峰值功率附近，从而造成电动机的效率下降。电动机体积增大，使得电动机与驱动桥的安装变得更为复杂，同时电机过大使得电动车底盘在驱动桥附近的离地间隙变小，影响车辆的通过性，而且电动机长期处于恶劣的工作环境下，使得电动机寿命以及性能受到较大影响。
对于电动汽车而言，由于要满足最高车速和加速性能要求，又要满足爬坡能力和负载要求，因此如何设计动力系统以及对动力系统参数进行匹配，让电动汽车达到既定的整车性能目标，包括爬坡、加速性能、续驶里程等，还能在不同工况下实现电机的高效率工作，并对动力系统尺寸、重量进行优化，进一步提高电动汽车的动力性能以及续航里程，有着重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动汽车动力系统，通过不同的车速采用不同组合的传动比来提高传动效率，增强爬坡能力；同时通过高低速比来减小电机功率，增加电池续航里程，延长电池寿命，是一种高效节能，动力性好，结构紧凑，质量轻巧，寿命和可靠性高的电动汽车动力系统。
为此，本发明提供了一种空心转子电机及双档行星减速带差速电动汽车动力系统，包括空心转子无刷直流电机，空心转子无刷直流电机连接有太阳轮空心转子,太阳轮空心转子作为第一级行星减速轮系的太阳轮，作为动力输入,第一级行星减速轮系连接第二级行星减速轮系实现双档变速,第二级行星减速轮系连接电动拨叉换挡器实现高低速比的切换；太阳轮空心转子具有贯通的中心孔用于驱动车轮的半轴从中穿过进行动力传输。
进一步的改进，所述第一级行星减速轮系的第一级行星架一连接与第一级输出法兰，第一级输出法兰外固定套设有啮合滑动齿套，第一级输出法兰与啮合滑动齿套通过滑动沟槽滑动连接；啮合滑动齿套上设第一内齿环和第二内齿环；第二级行星架二固定有与第一内齿环配合的第一外齿圈；第二级太阳轮上成形有与第二内齿环配合的第二外齿圈；电动拨叉换挡器连接啮合滑动齿套；
电动拨叉换挡器带动啮合滑动齿套滑动，使第二内齿环与第二外齿圈啮合时，第一内齿环和第一外齿圈脱离，通过第二级太阳轮输入动力，从而实现二级变速；
电动拨叉换挡器带动啮合滑动齿套滑动，使第一内齿环和第一外齿圈啮合时，第二内齿环与第二外齿圈脱离，通过第二级行星架二输入动力，从而实现一级变速。
进一步的改进，所述电动拨叉换挡器通过换挡拨叉推动啮合滑动齿套在第一级输出法兰上进行移动来实现换挡，换挡拨叉通过固定在中部安装壳体内的拨叉滑动轴来进行滑动支撑。
进一步的改进，所述电动拨叉换挡器的换挡拨叉具有圆柱形销结构，并通过换挡螺旋线驱动轴上的螺旋线沟槽与换挡拨叉的圆柱销结构进行配合来进行旋转运动到直线运动的转换。
进一步的改进，所述电动拨叉换挡器的挡螺旋线驱动轴通过换挡电机以及固定于中部安装壳体内的两个轴承来进行驱动和旋转支撑。
进一步的改进，所述驱动车轮的半轴穿过太阳轮空心转子贯通的中心孔连接锥齿轮差速器，锥齿轮差速器与第二级行星减速轮系的第二级行星架一相连。
进一步的改进，所述锥齿轮差速器安装在二级减速行星齿轮差速箱内，锥齿轮差速器的差速器端盖上设有进行密封的差速器油封和进行旋转支持差速器圆锥滚子轴承。
进一步的改进，所述空心转子无刷直流电机的电机绕组定子和电机壳体固定在一起，电机输出端法兰、电机尾部端盖与电机壳体通过螺栓连接；电机输出端法兰内安装有电机转子输出端油封和电机转子圆锥滚子轴承；电机尾部端盖内安装有电机转子滚珠轴承和电机转子尾端油封，用于实现太阳轮空心转子的旋转支撑和密封。
进一步的改进，所述第一级行星减速轮系包括太阳轮空心转子作为太阳轮，太阳轮空心转子啮合三个第一级行星轮，第一级行星轮安装在第一级行星架二和第一级行星架一上；太阳轮空心转子通过轴承与第一级行星架二相连，,第一级行星架一连接第一级输出法兰，第一级输出法兰通过轴承连接第二级太阳轮，第二级太阳轮啮合三个第二级行星轮，第二级行星轮安装在第二级行星架一和第二级行星架二上；第一级行星架二和第一级行星架一通过螺钉连接固定；第二级行星架一和第二级行星架二通过螺钉连接固定。
进一步的改进，所述第一级行星减速轮系连接第二级行星减速轮系安装在二级减速行星齿轮差速箱内；空心转子无刷直流电机的电机输出端法兰与二级减速行星齿轮差速箱中的第一级内齿轮壳体通过螺栓相连。
根据本发明的空心转子电机及双档行星减速带差速电动汽车动力系统，实现了针对汽车动力性要求以及不同工况下的电机高效率驱动，达到了平稳、节能、高性能的机械二级减速传动，整体质量轻，并通过空心转子无刷直流电机来实现同轴安装，使得电机不再占用多余的安装空间，结构紧凑，并且二级传动能使得电机功率进一步减小就可满足车辆动力性要求。
除了上面所描述的目的，特征和优点之外，本发明具有的其他目的、特征、优点，将结合附图做进一步详细说明。
附图说明
构成本说明书的一部分，用于进一步理解本发明的附图使出了本发明的优选实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理，图中：
图1是根据本发明的空心转子电机及双档行星减速带差速电动汽车动力系统的整体示意图；
图2是根据本发明的空心转子电机及双档行星减速带差速电动汽车动力系统的结构示意图；
图3是根据本发明的空心转子电机及双档行星减速带差速电动汽车动力系统的结构分解示意图；
图4是根据本发明的空心转子电机及双档行星减速带差速电动汽车动力系统的电动拨叉换挡器结构示意图；
附图标记说明
1：空心转子无刷直流电机； 2：二级减速行星齿轮差速箱；
3：电动拨叉换挡器； 4：差速器油封；
5：差速器端盖； 6：差速器圆锥滚子轴承；
7：锥齿轮差速器； 8：第二级行星架一；
9：第二级内齿轮壳体； 10：第二级行星轮；
11：第二级行星架二； 12：外啮合齿圈；
13：啮合滑动齿套； 14：第二级太阳轮；
15：第一级输出法兰； 16：中部安装壳体；
17：第一级行星架一； 18：第一级行星轮；
19：第一级行星架二； 20：第一级内齿轮壳体；
21：太阳轮空心转子； 22：电机转子圆锥滚子轴承；
23：电机转子输出端油封； 24：电机输出端法兰；
25：电机壳体； 26：电机绕组定子；
27：电机尾部端盖； 28：电机转子滚珠轴承；
29：电机转子尾端油封； 30：换挡拨叉；
31：拨叉滑动轴； 32：换档螺旋线驱动轴；
33：换挡电机； 34：第一内齿环
35：第二内齿环 36：第一外齿圈
37：第二外齿圈 38：滑动沟槽。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
本发明的一种空心转子电机及双档行星减速带差速电动汽车动力系统通过二级减速和空心转子无刷直流电机，实现了电机在不同工况下均能通过双档减速来实现电机的高效率输出，同时优化电机结构，做到传动效率高，结构紧凑，质量轻巧，便于安装和布置。
图1是根据本发明的空心转子电机及双档行星减速带差速电动汽车动力系统的整体示意图。如图1所示，空心转子电机及双档行星减速带差速电动汽车动力系统包括空心转子无刷直流电机，二级减速行星齿轮差速箱，电动拨叉换挡器，其中空心转子无刷直流电机用于提供驱动动力，并通过空心转子结构使得驱动车轮的汽车半轴能够穿过电机连接到差速器，实现电机和传动系统的同轴安装，使得整体结构更加紧凑。二级减速行星齿轮差速箱用于提供二级行星齿轮减速和差速功能。电动拨叉换挡器安装在二级减速行星齿轮差速箱上，用于实现行星齿轮减速的换挡切换。
图2和图3是本发明的空心转子电机及双档行星减速带差速电动汽车动力系统的结构示意图，如图2所示，二级减速行星齿轮差速箱内部有二个行星减速轮系，电机的太阳轮空心转子啮合并驱动第一级行星轮，第一级行星轮与第一级内齿轮壳体啮合，同时三个第一级行星轮通过第一级行星架与第一级输出法兰相连接，完成第一级的减速输出，同时通过电动换挡器的接合，第二级太阳轮可由第一级行星减速轮系的行星架驱动，实现二级变速。通过电动换挡器的接合，第二级行星架还可直接由第一级行星架驱动，实现一级变速，第二级行星架连接至锥齿轮差速器，由差速器内部的左右半轴齿轮、通过半轴的连接将动力传到轮胎。
如图2和图3所示，空心转子无刷直流电机的电机壳体与电机绕组定子固定，电机的太阳轮空心转子通过电机输出端法兰以及电机尾部端盖来提供旋转支撑和固定，太阳轮空心转子一端的输出轴为齿轮轴，用于驱动第一级行星轮系。
其中，电机输出端法兰内安装有电机转子圆锥滚子轴承以及电机转子输出端油封，电机的太阳轮空心转子通过电子转子圆锥滚子轴承进行旋转，并通过电机转子输出端油封进行密封，防止二级减速行星齿轮差速箱内的润滑油流入电机内部，同时电机输出端法兰可通过螺钉与第一级内齿轮壳体的法兰面进行连接，从而将电机与二级减速行星齿轮差速箱固定成一整体。
其中，电机尾部端盖与电机壳体通过螺栓连接，电机尾部端盖还安装有电子转子滚珠轴承以及电子转子尾端油封，用于实现太阳轮空心转子的尾部支撑和密封。
如图2和图3所示，电机的太阳轮空心转子与第一级行星架一内的轴承相连，使得行星架能够固定并围绕太阳轮进行旋转，同时第一级行星架一与第一级行星架二与三个第一级行星轮中心的轴承相连接，第一级行星轮再与第一级内齿轮壳体啮合构成行星轮轮系，同时第一级行星架通过与第一级输出法兰连接，实现第一级行星减速并通过与第一级输出法兰用滑槽连接的啮合滑动齿套来输出动力。
如图2和图3所示，第二级太阳轮与第二级行星架一以及第二级行星架二中心的轴承连接，并通过第二级太阳轮的轴肩实现行星架围绕太阳轮的旋转支撑，同时第二级行星架一以及第二级行星架二通过与三个第二级行星轮中心的轴承相连接，第二级行星架一通过与锥齿轮差速器行星架连接，实现第二级行星减速并通过差速器行星架输出动力。
图4是根据本发明的空心转子电机及双档行星减速带差速电动汽车动力系统的电动拔插换挡器示意图，如图3所示，换挡拨叉通过半圆结构与啮合滑动齿套相扣，啮合滑动齿套上设置有卡槽用于，通过换挡拨叉嵌入卡槽之中并实现换挡拨叉与啮合滑动齿套的联动，同时啮合滑动齿套的卡槽设置有一定间隙用于保证啮合滑动齿套的旋转运动，换挡拨叉能够在固定于中部安装壳体上的拔插滑动轴上并可在拨叉滑动轴上实现一定距离的滑动，同时换挡拨叉上设置有圆柱销结构并插入换挡螺旋线驱动轴上的螺旋线槽中，通过螺旋线驱动轴的旋转来实现换挡拨叉的左右移动，螺旋线驱动轴通过固定于中部安装壳体内的轴承以及换挡电机来实现旋转，从而完成换挡动作。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改，等同替换，改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种空心转子电机双档行星减速带差速电动汽车动力系统，其特征在于，包括空心转子无刷直流电机(1)，空心转子无刷直流电机(1)连接有太阳轮空心转子(21),太阳轮空心转子(21)作为第一级行星减速轮系的太阳轮，作为动力输入,第一级行星减速轮系连接第二级行星减速轮系实现双档变速,第二级行星减速轮系连接电动拨叉换挡器(3)实现高低速比的切换；太阳轮空心转子(21)具有贯通的中心孔用于驱动车轮的半轴从中穿过进行动力传输；所述第一级行星减速轮系的第一级行星架一连接与第一级输出法兰(15)，第一级输出法兰(15)外固定套设有啮合滑动齿套(13)，第一级输出法兰(15)与啮合滑动齿套(13)通过滑动沟槽(38)滑动连接；啮合滑动齿套(13)上设第一内齿环(34)和第二内齿环(35)；第二级行星架二(11)固定有与第一内齿环(34)配合的第一外齿圈(36)；第二级太阳轮(14)上成形有与第二内齿环(35)配合的第二外齿圈(37)；电动拨叉换挡器(3)连接啮合滑动齿套(13)；
电动拨叉换挡器(3)带动啮合滑动齿套(13)滑动，使第二内齿环(35)与第二外齿圈(37)啮合时，第一内齿环(34)和第一外齿圈(36)脱离，通过第二级太阳轮(14)输入动力，从而实现二级变速；
电动拨叉换挡器(3)带动啮合滑动齿套(13)滑动，使第一内齿环(34)和第一外齿圈(36)啮合时，第二内齿环(35)与第二外齿圈(37)脱离，通过第二级行星架二(11)输入动力，从而实现一级变速；
所述驱动车轮的半轴穿过太阳轮空心转子(21)贯通的中心孔连接锥齿轮差速器(7)，锥齿轮差速器(7)与第二级行星减速轮系的第二级行星架一(8)相连。
2.如权利要求1所述的空心转子电机双档行星减速带差速电动汽车动力系统，其特征在于，所述电动拨叉换挡器(3)通过换挡拨叉(30)推动啮合滑动齿套(13)在第一级输出法兰(15)上进行移动来实现换挡，换挡拨叉(30)通过固定在中部安装壳体内的拨叉滑动轴(31)来进行滑动支撑。
3.如权利要求2所述的空心转子电机双档行星减速带差速电动汽车动力系统，其特征在于，所述电动拨叉换挡器(3)的换挡拨叉(30)具有圆柱形销结构，并通过换挡螺旋线驱动轴(32)上的螺旋线沟槽与换挡拨叉(30)的圆柱销结构进行配合来进行旋转运动到直线运动的转换。
4.如权利要求3所述的空心转子电机双档行星减速带差速电动汽车动力系统，其特征在于：所述电动拨叉换挡器(3)的挡螺旋线驱动轴(32)通过换挡电机(33)以及固定于中部安装壳体内的两个轴承来进行驱动和旋转支撑。
5.如权利要求1所述的空心转子电机双档行星减速带差速电动汽车动力系统，其特征在于，所述锥齿轮差速器(7)安装在二级减速行星齿轮差速箱(2)内，锥齿轮差速器(7)的差速器端盖(5)上设有进行密封的差速器油封(4)和进行旋转支持差速器圆锥滚子轴承(6)。
6.如权利要求1所述的空心转子电机双档行星减速带差速电动汽车动力系统，其特征在于，所述空心转子无刷直流电机的电机绕组定子(26)和电机壳体(25)固定在一起，电机输出端法兰(24)、电机尾部端盖(27)与电机壳体(25)通过螺栓连接；电机输出端法兰(24)内安装有电机转子输出端油封(23)和电机转子圆锥滚子轴承(22)；电机尾部端盖内安装有电机转子滚珠轴承(28)和电机转子尾端油封(29)，用于实现太阳轮空心转子(21)的旋转支撑和密封。
7.如权利要求1-6任一所述的空心转子电机双档行星减速带差速电动汽车动力系统，其特征在于，所述第一级行星减速轮系包括太阳轮空心转子(21)作为太阳轮，太阳轮空心转子(21)啮合三个第一级行星轮(18)，第一级行星轮(18)安装在第一级行星架二(19)和第一级行星架一(17)上；太阳轮空心转子(21)通过轴承与第一级行星架二(19)相连，第一级行星架一(17)连接第一级输出法兰(15)，第一级输出法兰(15)通过轴承连接第二级太阳轮(14)，第二级太阳轮(14)啮合三个第二级行星轮(10)，第二级行星轮(10)安装在第二级行星架一(8)和第二级行星架二(11)上；第一级行星架二(19)和第一级行星架一(17)通过螺钉连接固定；第二级行星架一(8)和第二级行星架二(11)通过螺钉连接固定。
8.如权利要求1所述的空心转子电机双档行星减速带差速电动汽车动力系统，其特征在于，所述第一级行星减速轮系连接第二级行星减速轮系安装在二级减速行星齿轮差速箱(2)内；空心转子无刷直流电机(1)的电机输出端法兰与二级减速行星齿轮差速箱(2)中的第一级内齿轮壳体(20)通过螺栓相连。
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