CN106763617A - 一种基于三挡变速器的电驱动系统 - Google Patents

一种基于三挡变速器的电驱动系统 Download PDF

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CN106763617A CN201611191148.3A CN201611191148A CN106763617A CN 106763617 A CN106763617 A CN 106763617A CN 201611191148 A CN201611191148 A CN 201611191148A CN 106763617 A CN106763617 A CN 106763617A
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雷雨龙
侯利国
李兴忠
扈建龙
陈魏
刘科
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Jilin University
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H37/00—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00
    • F16H37/02—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings
    • F16H37/06—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts
    • F16H37/08—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing
    • H—ELECTRICITY
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Abstract

一种基于三挡变速器的电驱动系统，包括：变速器壳体；驱动电机，其设置在变速器壳体内，并具有输出动力的输出轴；行星齿轮系，其包括太阳轮、行星齿轮、行星架和内齿圈；内齿圈制动器，其固定在所述变速器壳体上，所述内齿圈的制动毂与所述内齿圈固定，并通过选择性的对内齿圈制动毂的制动实现内齿圈的制动；太阳轮制动器，其固定在所述变速器壳体上，所述太阳轮制动器的制动毂与所述太阳轮的输入轴固定，并通过选择性的对太阳轮制动器的制动毂制动来实现太阳轮的制动；第一离合器，其设置在所述驱动电机输出轴和所述内齿圈之间，选择性的使所述驱动电机输出轴和所述内齿圈结合和分离；第二离合器，其设置在所述驱动电机输出轴和所述太阳轮之间，选择性的使所述驱动电机输出轴和所述太阳轮结合和分离，驱动系统通过单个行星排和双离合器配合，实现三档变速，结构紧凑，有效提高传动效率。

Description

一种基于三挡变速器的电驱动系统
技术领域
本发明涉及驱动领域，尤其涉及一种基于三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，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三挡变速器的电驱动系统，通过单个行星排和双离合器配合，实现三档变速，结构紧凑，有效提高传动效率。
本发明提供的技术方案为：
一种基于三挡变速器的电驱动系统，包括：
变速器壳体；
驱动电机，其设置在变速器壳体内，并具有输出动力的输出轴；
行星齿轮系，其包括太阳轮、行星齿轮、行星架和内齿圈；
内齿圈制动器，其固定在所述变速器壳体上，所述内齿圈的制动毂与所述内齿圈固定，并通过选择性的对内齿圈制动毂的制动实现内齿圈的制动；
太阳轮制动器，其固定在所述变速器壳体上，所述太阳轮制动器的制动毂与所述太阳轮的输入轴固定，并通过选择性的对太阳轮制动器的制动毂制动来实现太阳轮的制动；
第一离合器，其设置在所述驱动电机输出轴和所述内齿圈之间，选择性的使所述驱动电机输出轴和所述内齿圈结合和分离；
第二离合器，其设置在所述驱动电机输出轴和所述太阳轮之间，选择性的使所述驱动电机输出轴和所述太阳轮结合和分离；
其中，当选择一挡时，所述内齿圈制动，所述太阳轮转动，所述第一离合器分离，所述第二离合器结合；
当选择二挡时，所述内齿圈旋转，所述太阳轮制动，所述第一离合器结合，所述第二离合器分离；
当选择三挡时，所述内齿圈和所述太阳轮转动，所述第一离合器和所述第二离合器结合。
优选的是，所述驱动电机还包括：
转子，其固定连接所述驱动电机输出轴；
定子，其与所述变速器壳体连接。
优选的是，所述变速器壳体包括：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，还包括差速器，其设置在所述第一容纳腔内部，包括：
差速器壳体，其与所述行星架固定连接；
差速器齿轮轴，其可旋转连接所述差速器壳体；
第一差速器行星齿轮，其可旋转的安装在所述差速器齿轮轴上；
第二差速器行星齿轮，其可旋转的安装在所述差速器齿轮轴上。
优选的是，还包括：
左输出半轴，其穿过所述第一容纳腔，与左半轴齿轮固定，所述左半轴齿轮与所述第一差速器行星齿轮啮合；
右输出半轴，其穿过所述第二容纳腔，与右半轴齿轮固定，所述右半轴齿轮与所述第二差速器行星齿轮啮合。
优选的是，所述太阳轮制动器固定在所述内壁上，所述第一离合器和所述第二离合器套设在所述右输出半轴。
优选的是，所述驱动电机输出轴为空心轴，其可旋转的支撑在所述变速器壳体上；所述太阳轮输出轴为空心轴，其可旋转的支撑在所述变速器壳体上；所述内齿圈可旋转的支撑在所述太阳轮输出轴上；所述离合器盖和压盘可旋转的支撑所述太阳轮输出轴上；所述右输出半轴穿过所述太阳轮输出轴和驱动电机输出轴伸出。
优选的是，还包括：
第一减速齿轮，其设置在所述第二容纳腔内，并与所述驱动电机输出轴啮合；
第二减速齿轮，其设置在所述第二容纳腔内，并与所述第一减速齿轮啮合；
第三减速齿轮，其设置在所述第一容纳腔内，并与所述第二减速齿轮同轴；
第四减速齿轮，其设置在所述第一容纳腔内，套设在所述右输出半轴上，并与所述第三减速齿轮和所述第一离合器壳体啮合。
优选的是，当选择倒挡时，所述内齿圈制动，所述太阳轮转动，所述第一离合器分离，所述第二离合器结合，所述驱动电机的反转动力通过所述行星架传递至输出轴。
优选的是，所述驱动电机在车制动时切换成发电机模式。
本发明的有益效果
本发明所述的基于三挡变速器的电驱动系统，通过单个行星排和双离合器配合，实现三档变速，结构紧凑，有效提高传动效率，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为本发明所述的三挡变速器的结构示意图。
图2为本发明所述的一挡动力传递路线示意图。
图3为本发明所述的二挡动力传递路线示意图。
图4为本发明所述的三挡动力传递路线示意图。
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，本发明提供的基于三挡变速器的电驱动系统，包括：电机部分，二级减速装置、变速器部分、差速器部分和输出半轴部分组成，其中变速器部分由行星排、制动器和离合器组成。
电机部分由驱动电机输出轴22，驱动电机定子23和驱动电机转子24组成，其中驱动电机定子23通过过盈配合与变速器壳体12连接，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。
行星排由太阳轮8、行星齿轮9、行星架10和内齿圈11组成，内齿圈制动器13的制动盘与变速器壳体12连接，内齿圈制动器13的制动毂与内齿圈11固连，并且通过内齿圈制动器13的分离、结合来实现内齿圈11的转动和制动，太阳轮制动器20的制动盘与变速器壳体12连接，太阳轮制动器20的制动毂与太阳轮输入轴14固连，并且通过太阳轮制动器20的分离、结合来实现太阳轮8的转动和制动。
第一离合器15的摩擦片与内齿圈11相连，第一离合器15的离合器盖及压盘总成与第四减速齿轮18相连，通过第一离合器15的分离、结合实现动力从内齿圈的传递与切断，第二离合器16的摩擦片与太阳轮输入轴14相连，第二离合器16的离合器盖及压盘总成与第四减速齿轮15相连，通过第二离合器16的分离、结合实现动力从太阳轮的传递与切断。
变速器壳体12包括第一容纳腔和第二容纳腔，第一容纳腔和第二容纳腔之间设置内壁。
差速器设置在第一容纳腔内，由差速器壳体1，差速器齿轮轴5，第一差速器行星齿轮7，第二差速器行星齿轮2、差速器左半轴齿轮4和差速器右半轴齿轮6组成，其中差速器壳体1与行星架10连接，半轴部分由左输出半轴3和右输出半轴25组成。左输出半轴3，其穿过第一容纳腔，与左半轴齿轮4固定，左半轴齿轮4与第一差速器行星齿轮7啮合；右输出半轴25，其穿过第二容纳腔，与右半轴齿轮6固定，右半轴齿轮6与第二差速器行星齿轮2啮合，太阳轮制动器20固定在内壁上，第一离合器16和第二离合器16套设在右输出半轴15上，第一减速齿轮21，其设置在第二容纳腔内，并与驱动电机输出轴22啮合；第二减速齿轮19，其设置在第二容纳腔内，并与第一减速齿轮21啮合；第三减速齿轮17，其设置在第一容纳腔内，并与第二减速齿轮19同轴；第四减速齿轮18，其设置在第一容纳腔内，套设在右输出半轴25上，并与第三减速齿轮17和第一离合器15的壳体啮合。
驱动电机输出轴22为空心轴，其可旋转的支撑在变速器壳体12上，,太阳轮输出轴为空心轴，其可旋转的支撑在变速器壳体12上；内齿圈11可旋转的支撑在太阳轮输出轴上；离合器盖和压盘可旋转的支撑太阳轮输出轴上；右输出半轴25穿过太阳轮输出轴和驱动电机输出轴22伸出。
电驱动桥系统的挡位切换由第一离合器15、第二离合器16、内齿圈制动器13、太阳轮制动器20协作来实现，实施以电驱动系统的三挡变速过程为例，作进一步说明
如图2所示，选择一挡时，驱动电机正转，实现整车前进的电机转动方向为正转方向，内齿圈制动器13(常闭)不工作，即保持闭合状态，内齿圈11与变速器壳体12结合，即内齿圈11被制动，太阳轮制动器20(常开)不工作，不起制动作用，即太阳轮8保持自由转动状态，第一离合器15不工作，第二离合器16工作，驱动电机的动力通过驱动电机输出轴22末端传递到第一减速齿轮21，接着传递到与其啮合的第二减速齿轮19，再传递到同轴的第三减速齿轮17，然后传递到第四减速齿轮18，第四减速齿轮18带动离合器盖及压盘总成转动，由于第一离合器15不工作，第二离合器16工作，动力经第二离合器16传递到太阳轮输入轴14，然后动力传递到行星齿轮10，经行星架9传递到差速器壳体1，转动的差速器壳体1带动与其连接的差速器齿轮轴5转动，通过滚针轴承安装在差速器齿轮轴5上的第一差速器行星齿轮7和第二差速器行星齿轮2随差速器齿轮轴5公转，并且随左右半轴转速不同发生自转，起到差速效果，并且第一差速器行星齿轮7和第二差速器行星齿轮2将动力传递到与其啮合的差速器左半轴齿轮4和差速器右半轴齿轮6上，差速器左半轴齿轮4带动左输出半轴3转动，左输出半轴3将动力传递到左侧车轮，同理，差速器右半轴齿轮6带动右输出半轴25转动，右输出半轴25将动力传递到右侧车轮，实现动力的传递。
如图3所示，选择二挡时，驱动电机正转，内齿圈制动器13(常闭)工作，即保持开启状态，即内齿圈11与变速器壳体12分离，即内齿圈11保持自由转动状态，太阳轮制动器20(常开)工作，起制动作用，即太阳轮8与变速器壳体12相连，被制动，第一离合器15工作，第二离合器16不工作，驱动电机的动力通过驱动电机输出轴22末端传递到第一减速齿轮21，传递到与其啮合的第二减速齿轮19，再传递到同轴的第三减速齿轮17，然后传递到第四减速齿轮18，第四减速齿轮18带动离合器盖及压盘总成转动，由于第一离合器15工作，第二离合器16不工作，动力经第一离合器15传递到内齿圈11，然后动力传递到行星齿轮10，经行星架9传递到差速器壳体1，转动的差速器壳体1带动与其连接的差速器齿轮轴5转动，通过滚针轴承安装在差速器齿轮轴5上的第一差速器行星齿轮7和第二差速器行星齿轮2随差速器齿轮轴5公转，并且随左右半轴转速不同发生自转，起到差速效果，并且第一差速器行星齿轮7和第二差速器行星齿轮2将动力传递到与其啮合的差速器左半轴齿轮4和差速器右半轴齿轮6上，差速器左半轴齿轮4带动左输出半轴3转动，左输出半轴3将动力传递到左侧车轮，同理，差速器右半轴齿轮6带动右输出半轴25转动，右输出半轴25将动力传递到右侧车轮，实现动力的传递。
如图4所示，当选择三挡时，驱动电机正转，内齿圈制动器13工作，即保持开启状态，即内齿圈11与变速器壳体12分离，即内齿圈11保持自由转动状态。太阳轮制动器20不工作，即太阳轮8保持自由转动状态。第一离合器15工作，第二离合器16也工作，驱动电机的动力通过驱动电机输出轴22末端传递到第一减速齿轮21，传递到与其啮合的第二减速齿轮19，再传递到同轴的第三减速齿轮17，然后传递到第四减速齿轮18，第四减速齿轮18带动离合器盖及压盘总成转动，由于第一离合器15工作，第二离合器16也工作，动力经第一离合器15传递到内齿圈11，经第二离合器16传递到太阳轮输入轴14，然后动力传递到行星齿轮10，经行星架9传递到差速器壳体1，转动的差速器壳体1带动与其连接的差速器齿轮轴5转动，通过滚针轴承安装在差速器齿轮轴5上的第一差速器行星齿轮7和第二差速器行星齿轮2随差速器齿轮轴5公转，并且随左右半轴转速不同发生自转，起到差速效果，并且第一差速器行星齿轮7和第二差速器行星齿轮2将动力传递到与其啮合的差速器左半轴齿轮4和差速器右半轴齿轮6上，差速器左半轴齿轮4带动左输出半轴3转动，左输出半轴3将动力传递到左侧车轮，同理，差速器右半轴齿轮6带动右输出半轴25转动，右输出半轴25将动力传递到右侧车轮，实现动力的传递。
倒挡时，驱动电机反转(与正转方向相反)，内齿圈制动器13不工作，即保持闭合状态，内齿圈11与变速器壳体12结合，即内齿圈11被制动。太阳轮制动器20不工作，不起制动作用，即太阳轮8保持自由转动状态。第一离合器15不工作，第二离合器16工作，驱动电机的动力通过驱动电机输出轴22末端传递到第一减速齿轮21，传递到与其啮合的第二减速齿轮19，再传递到同轴的第三减速齿轮17，然后传递到第四减速齿轮18，第四减速齿轮18带动离合器盖及压盘总成转动，由于第一离合器15不工作，第二离合器16工作，动力经第二离合器16传递到太阳轮输入轴14，然后动力传递到行星齿轮10，经行星架9传递到差速器壳体1，转动的差速器壳体1带动与其连接的差速器齿轮轴5转动，通过滚针轴承安装在差速器齿轮轴5上的第一差速器行星齿轮7和第二差速器行星齿轮2随差速器齿轮轴5公转，并且随左右半轴转速不同发生自转，起到差速效果，并且第一差速器行星齿轮7和第二差速器行星齿轮2将动力传递到与其啮合的差速器左半轴齿轮4和差速器右半轴齿轮6上，差速器左半轴齿轮4带动左输出半轴3转动，左输出半轴3将动力传递到左侧车轮，同理，差速器右半轴齿轮6带动右输出半轴25转动，右输出半轴25将动力传递到右侧车轮，实现动力的传递，使整车倒向行驶。
当选择空挡时，第一离合器15和第二离合器16均不工作，使得驱动电机输出轴22与左输出半轴3和右输出半轴25处于分离状态，切断了动力的传递。
一挡升二挡过程，通过换挡控制单元实现内齿圈制动器13(常闭)由不工作状态切换到工作状态，太阳轮制动器20(常开)由不工作状态切换到工作状态，第一离合器15由不工作状态切换到工作状态，第二离合器16由工作状态切换到不工作状态。
二挡升一挡过程，通过换挡控制单元实现内齿圈制动器13(常闭)由工作状态切换到不工作状态，太阳轮制动器20(常开)由工作状态切换到不工作状态，第一离合器15由工作状态切换到不工作状态，第二离合器16由不工作状态切换到工作状态。
二挡升三挡过程，通过换挡控制单元实现太阳轮制动器20(常开)由工作状态切换到不工作状态，第二离合器16由不工作状态切换到工作状态。
三挡降二挡过程，通过换挡控制单元实现太阳轮制动器20(常开)由不工作状态切换到工作状态，第二离合器16由工作状态切换到不工作状态。
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，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
表1中“○”表示分离，“●”表示结合,B1表示内齿圈制动器13，B2表示太阳轮制动器20，Cl表示第一离合器15，C2表示第二离合器16。
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)

1.一种基于三挡变速器的电驱动系统，其特征在于，包括：
变速器壳体；
驱动电机，其设置在变速器壳体内，并具有输出动力的输出轴；
行星齿轮系，其包括太阳轮、行星齿轮、行星架和内齿圈；
内齿圈制动器，其固定在所述变速器壳体上，所述内齿圈的制动毂与所述内齿圈固定，并通过选择性的对内齿圈制动毂的制动实现内齿圈的制动；
太阳轮制动器，其固定在所述变速器壳体上，所述太阳轮制动器的制动毂与所述太阳轮的输入轴固定，并通过选择性的对太阳轮制动器的制动毂制动来实现太阳轮的制动；
第一离合器，其设置在所述驱动电机输出轴和所述内齿圈之间，选择性的使所述驱动电机输出轴和所述内齿圈结合和分离；
第二离合器，其设置在所述驱动电机输出轴和所述太阳轮之间，选择性的使所述驱动电机输出轴和所述太阳轮结合和分离；
其中，当选择一挡时，所述内齿圈制动，所述太阳轮转动，所述第一离合器分离，所述第二离合器结合；
当选择二挡时，所述内齿圈旋转，所述太阳轮制动，所述第一离合器结合，所述第二离合器分离；
当选择三挡时，所述内齿圈和所述太阳轮转动，所述第一离合器和所述第二离合器结合。
2.根据权利要求1所述的基于三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，其固定连接所述驱动电机输出轴；
定子，其与所述变速器壳体连接。
3.根据权利要求1所述的基于三挡变速器的电驱动系统，其特征在于，所述变速器壳体包括：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。
4.根据权利要求3所述的基于三挡变速器的电驱动系统，其特征在于，还包括差速器，其设置在所述第一容纳腔内部，包括：
差速器壳体，其与所述行星架固定连接；
差速器齿轮轴，其可旋转连接所述差速器壳体；
第一差速器行星齿轮，其可旋转的安装在所述差速器齿轮轴上；
第二差速器行星齿轮，其可旋转的安装在所述差速器齿轮轴上。
5.根据权利要求4所述的基于三挡变速器的电驱动系统，其特征在于，还包括：
左输出半轴，其穿过所述第一容纳腔，与左半轴齿轮固定，所述左半轴齿轮与所述第一差速器行星齿轮啮合；
右输出半轴，其穿过所述第二容纳腔，与右半轴齿轮固定，所述右半轴齿轮与所述第二差速器行星齿轮啮合。
6.根据权利要求5所述的基于三挡变速器的电驱动系统，其特征在于，所述太阳轮制动器固定在所述内壁上，所述第一离合器和所述第二离合器套设在所述右输出半轴。
7.根据权利要求6所述的基于三挡变速器的电驱动系统，其特征在于，所述驱动电机输出轴为空心轴，其可旋转的支撑在所述变速器壳体上；所述太阳轮输出轴为空心轴，其可旋转的支撑在所述变速器壳体上；所述内齿圈可旋转的支撑在所述太阳轮输出轴上；所述离合器盖和压盘可旋转的支撑所述太阳轮输出轴上；所述右输出半轴穿过所述太阳轮输出轴和驱动电机输出轴伸出。
8.根据权利要求7所述的基于三挡变速器的电驱动系统，其特征在于，还包括：
第一减速齿轮，其设置在所述第二容纳腔内，并与所述驱动电机输出轴啮合；
第二减速齿轮，其设置在所述第二容纳腔内，并与所述第一减速齿轮啮合；
第三减速齿轮，其设置在所述第一容纳腔内，并与所述第二减速齿轮同轴；
第四减速齿轮，其设置在所述第一容纳腔内，套设在所述右输出半轴上，并与所述第三减速齿轮和所述第一离合器壳体啮合。
9.根据权利要求1-4和6-8中任一项所述的基于三挡变速器的电驱动系统，其特征在于，当选择倒挡时，所述内齿圈制动，所述太阳轮转动，所述第一离合器分离，所述第二离合器结合，所述驱动电机的反转动力通过所述行星架传递至输出轴。
10.根据权利要求9所述的基于三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。
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