CN107035822A - 一种电动车的电控换挡机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动车的电控换挡机构，包括电机、电机驱动器、换挡控制器、主动轴、从动轴、换挡滑动套、驱动组件、高速齿轮传动组和低速齿轮传动组，所述主动轴、从动轴两者之中，其中一者上的齿轮固定安装，另一者上的齿轮通过轴承可旋转地安装，且通过轴承安装齿轮的一者作为换挡滑动套的安装轴，所述换挡滑动套随安装轴同步旋转并可沿安装轴轴向移动，所述换挡滑动套位于安装轴上的两个齿轮之间，且换挡滑动套与安装轴上的两个齿轮设有用来相互嵌合的嵌套结构；所述主动轴和从动轴上安装有用来实时监测各自转速和转角的监测部件。本发明具有换挡速度快、传动效率高、体积小、重量轻、结构简单紧凑等优点。

Description

一种电动车的电控换挡机构
技术领域
本发明涉及电动车的换挡机构领域。
背景技术
目前，应用在电动车上的换挡机构，由于技术与成本问题，普遍都是采用单速变速箱，也就是固定齿比变速箱，一般驱动电机起步阶段是恒扭矩，扭矩最大，所以电动汽车起步很猛，但随着转速的提升，到额定转速之后，电动机转到横功率区间。如果传动部分是固定齿比变速箱，也就是只有一个档，那么到了高转区间之后，扭矩越来越小，功率也同步下降，这时候不仅再提速很困难，而且电动机的工作效率也越来越低。
而应用在传统的内燃机汽车上的换挡机构，虽然有很多个档位，但由于其自身的各种缺陷，比如结构复杂、零件多、重量体积大，与电动车的轻量化要求相左，不适于在电动车上使用，若用在电池驱动车辆上会极大地降低其续航能力。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于：针对现有技术存在的不足，提供一种换挡速度快、传动效率高、体积小、重量轻、结构简单紧凑的电动车用电控换挡机构。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种电动车的电控换挡机构，包括电机、电机驱动器、换挡控制器、主动轴、从动轴、换挡滑动套、用来驱动换挡滑动套移动的驱动组件、以及用来传动连接主动轴与从动轴的高速齿轮传动组和低速齿轮传动组，所述电机驱动器用来控制电机运转，所述主动轴与电机连接，所述从动轴与车轮连接，所述高速齿轮传动组和低速齿轮传动组均在主动轴和从动轴上各设有一个齿轮；
所述主动轴、从动轴两者之中，其中一者上的齿轮固定安装，另一者上的齿轮通过轴承可旋转地安装，且通过轴承安装齿轮的一者作为换挡滑动套的安装轴，所述换挡滑动套随安装轴同步旋转并可沿安装轴轴向移动，所述换挡滑动套位于安装轴上的两个齿轮之间，且换挡滑动套与安装轴上的两个齿轮设有用来相互嵌合的嵌套结构；
所述主动轴上安装有用来实时监测主动轴转速和转角的第一监测部件，所述从动轴上安装有用来实时监测从动轴转速和转角的第二监测部件，所述换挡控制器根据第一监测部件和第二监测部件的转速和转角信号控制电机驱动器改变电机转速，并在第一监测部件的转速和转角信号参数与第二监测部件的转速和转角信号参数趋于一致时控制驱动组件驱动换挡滑动套与相应的齿轮嵌合。
作为本发明的进一步改进，所述驱动组件包括滑动磁芯、第一线圈、第二线圈和拨叉，所述滑动磁芯通过拨叉与换挡滑动套连接，所述第一线圈和第二线圈位于滑动磁芯的两侧，所述第一线圈和第二线圈通过不同的得电失电状态的切换驱使滑动磁芯在极左位置、居中位置、极右位置移动切换，当滑动磁芯处于居中位置时，换挡滑动套与两侧的齿轮分离，当滑动磁芯处于极左位置时，换挡滑动套与左侧的齿轮嵌合，当滑动磁芯处于极右位置时，换挡滑动套与右侧的齿轮嵌合。
作为本发明的进一步改进，所述高速齿轮传动组和低速齿轮传动组均为由主动齿轮和从动齿轮组成的齿轮副。
作为本发明的进一步改进，所述嵌套结构包括设于换挡滑动套上的凸齿和设于相应齿轮上的凹齿。
作为本发明的进一步改进，所述换挡滑动套通过花键安装于安装轴上。
作为本发明的进一步改进，所述第一监测部件和第二监测部件为编码器；或者，所述第一监测部件和第二监测部件包括转速传感器和转角传感器。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的电动车的电控换挡机构，结构简单紧凑，符合电动汽车的轻量化设计要求；取消了传统内燃机汽车换挡机构常用的离合器，免去了由离合器产生的电机功率损失，使得传动效率更高；通过实时监测主动轴和从动轴的转速和转角，并根据监测信号控制相应部件来进行换挡操作，换挡速度非常快。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图。
图2为本发明实施例1的原理方框图。
图3为本发明实施例2的结构示意图。
图例说明：1、电机；2、联轴器；3、高速齿轮传动组；4、低速齿轮传动组；5、主动轴；6、从动轴；7、第一监测部件；8、第二监测部件；9、轴承；10、换挡滑动套；11、花键；12、拨叉；13、第一线圈；14、第二线圈；15、滑动磁芯；16、车轮；17、电机驱动器；18、换挡控制器；19、凸齿；20、凹齿；21、主动齿轮；22、从动齿轮。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，应当指出，本发明的保护范围并不仅局限于下述实施例，在不脱离本发明原理的前提下，对本发明所作出的任何改进和润饰，均应视为本发明的保护范围。
实施例1
如图1、图2所示，本实施例的一种电动车的电控换挡机构，包括电机1、电机驱动器17、换挡控制器18、主动轴5、从动轴6、换挡滑动套10、用来驱动换挡滑动套10移动的驱动组件、以及用来传动连接主动轴5与从动轴6的高速齿轮传动组3和低速齿轮传动组4，电机驱动器17用来控制电机1运转，主动轴5通过联轴器2与电机1连接，从动轴6与车轮16连接。当主动轴5的旋转动力通过高速齿轮传动组3传递给从动轴6时，换挡机构处于高速挡，当主动轴5的旋转动力通过低速齿轮传动组4传递给从动轴6时，换挡机构处于低速挡。高速齿轮传动组3和低速齿轮传动组4均在主动轴5和从动轴6上各设有一个齿轮，本实施例中，高速齿轮传动组3和低速齿轮传动组4均为由主动齿轮21和从动齿轮22组成的齿轮副，主动齿轮21安装于主动轴5上，从动齿轮22安装于从动轴6上。在其他实施例中，高速齿轮传动组3和低速齿轮传动组4还可由行星齿轮构成。
本实施例中，主动齿轮21固定安装于主动轴5上，从动齿轮22通过轴承9可旋转地安装于从动轴6上，换挡滑动套10通过花键11安装于从动轴6上，使换挡滑动套10可随从动轴6同步旋转并可沿从动轴6轴向移动。换挡滑动套10位于两个从动齿轮22之间，且换挡滑动套10与两个从动齿轮22设有用来相互嵌合的嵌套结构，嵌套结构包括设于换挡滑动套10上的凸齿19和设于从动齿轮22上的凹齿20。当换挡滑动套10与从动齿轮22分离时，由于从动齿轮22不与从动轴6固定，主动轴5的旋转动力无法通过齿轮副传递给从动轴6，因此换挡机构处于空档状态。当换挡滑动套10与其中一个从动齿轮22嵌合时，该从动齿轮22即可带动换挡滑动套10和从动轴6同步旋转，使主动轴5的旋转动力通过齿轮副传递给从动轴6，进而带动车轮16旋转。
主动轴5上安装有用来实时监测主动轴5转速和转角的第一监测部件7，从动轴6上安装有用来实时监测从动轴6转速和转角的第二监测部件8，换挡控制器18根据第一监测部件7和第二监测部件8的转速和转角信号控制电机驱动器17改变电机11转速，并在第一监测部件7的转速和转角信号参数与第二监测部件8的转速和转角信号参数趋于一致时控制驱动组件驱动换挡滑动套10与相应的齿轮嵌合。
本实施例中，第一监测部件7和第二监测部件8均为编码器，通过编码器实时监测目标的转速和转角是非常成熟的常规现有技术，在此就不再赘述其原理。其次，在其他实施例中，第一监测部件7和第二监测部件8也可由转速传感器和转角传感器组合而成，转速传感器和转角传感器同样是非常成熟的常规现有技术，在此亦不再赘述。
驱动组件包括滑动磁芯15、第一线圈13、第二线圈14和拨叉12，滑动磁芯15通过拨叉12与换挡滑动套10连接，第一线圈13和第二线圈14位于滑动磁芯15的两侧，第一线圈13和第二线圈14通过不同的得电失电状态的切换驱使滑动磁芯15在极左位置、居中位置、极右位置移动切换，当滑动磁芯15处于居中位置时，换挡滑动套10与两侧的齿轮分离，当滑动磁芯15处于极左位置时，换挡滑动套10与左侧的齿轮嵌合，当滑动磁芯15处于极右位置时，换挡滑动套10与右侧的齿轮嵌合。
其工作原理为：换挡控制器18接到换挡指令后，首先控制第一线圈13和第二线圈14的得电失电状态，使滑动磁芯15移动至居中位置，换挡滑动套10在拨叉12的作用下，与原来嵌合合的齿轮分离，进入空挡状态。同时，第一监测部件7向换挡控制器18连续输送主动轴5的转速与转角信号(可转换为从动齿轮22的转速与转角信号)，第二监测部件8向换挡控制器18连续输送从动轴6的转速和转角信号(可转换为为换挡滑动套10的转速和转角信号)。换挡控制器18根据第二监测部件8的信号参数目标，控制电机驱动器17改变电机11转速，使第一监测部件7的实时信号参数向第二监测部件8的实时信号参数靠拢。换挡控制器18连续进行计算与比对，当第二监测部件8的实时信号参数与第一监测部件7的实时信号参数一致，即换挡滑动套10与其将要嵌合的从动齿轮22的转速和转角同步时，即两者相对静止时，换挡控制器18发出指令，控制第一线圈13和第二线圈14的得电失电状态，驱动滑动磁芯15带动换挡滑动套10与相应的从动齿轮22嵌合，完成换挡。
实施例2
如图3所示，本实施例的一种电动车的电控换挡机构与实施例1基本相同，不同之处在于：主动齿轮21通过轴承9可旋转地安装于主动轴5上，从动齿轮22固定安装于从动轴6上，换挡滑动套10通过花键11安装于主动轴5上，使换挡滑动套10可与主动轴5同步旋转并可沿主动轴5轴向移动。换挡滑动套10位于两个主动齿轮21之间，且换挡滑动套10与两个主动齿轮21设有用来相互嵌合的嵌套结构，嵌套结构包括设于换挡滑动套10上的凸齿19和设于主动齿轮21上的凹齿20。当换挡滑动套10与主动齿轮21分离时，由于主动齿轮21不与主动轴5固定，主动轴5的旋转动力无法通过齿轮副传递给从动轴6，因此换挡机构处于空档状态。当换挡滑动套10与其中一个主动齿轮21嵌合时，该主动齿轮21即可与主动轴5同步旋转，将主动轴5的旋转动力通过齿轮副传递给从动轴6，进而带动车轮16旋转。
实施例2的工作原理与实施例1的原理大致相同，在此就不再赘述。

Claims (6)

1.一种电动车的电控换挡机构，其特征在于：包括电机(1)、电机驱动器(17)、换挡控制器(18)、主动轴(5)、从动轴(6)、换挡滑动套(10)、用来驱动换挡滑动套(10)移动的驱动组件、以及用来传动连接主动轴(5)与从动轴(6)的高速齿轮传动组(3)和低速齿轮传动组(4)，所述电机驱动器(17)用来控制电机(1)运转，所述主动轴(5)与电机(1)连接，所述从动轴(6)与车轮(16)连接，所述高速齿轮传动组(3)和低速齿轮传动组(4)均在主动轴(5)和从动轴(6)上各设有一个齿轮；
所述主动轴(5)、从动轴(6)两者之中，其中一者上的齿轮固定安装，另一者上的齿轮通过轴承(9)可旋转地安装，且通过轴承(9)安装齿轮的一者作为换挡滑动套(10)的安装轴，所述换挡滑动套(10)随安装轴同步旋转并可沿安装轴轴向移动，所述换挡滑动套(10)位于安装轴上的两个齿轮之间，且换挡滑动套(10)与安装轴上的两个齿轮设有用来相互嵌合的嵌套结构；
所述主动轴(5)上安装有用来实时监测主动轴(5)转速和转角的第一监测部件(7)，所述从动轴(6)上安装有用来实时监测从动轴(6)转速和转角的第二监测部件(8)，所述换挡控制器(18)根据第一监测部件(7)和第二监测部件(8)的转速和转角信号控制电机驱动器(17)改变电机(1)转速，并在第一监测部件(7)的转速和转角信号参数与第二监测部件(8)的转速和转角信号参数趋于一致时控制驱动组件驱动换挡滑动套(10)与相应的齿轮嵌合。
2.根据权利要求1所述的电动车的电控换挡机构，其特征在于：所述驱动组件包括滑动磁芯(15)、第一线圈(13)、第二线圈(14)和拨叉(12)，所述滑动磁芯(15)通过拨叉(12)与换挡滑动套(10)连接，所述第一线圈(13)和第二线圈(14)位于滑动磁芯(15)的两侧，所述第一线圈(13)和第二线圈(14)通过不同的得电失电状态的切换驱使滑动磁芯(15)在极左位置、居中位置、极右位置移动切换，当滑动磁芯(15)处于居中位置时，换挡滑动套(10)与两侧的齿轮分离，当滑动磁芯(15)处于极左位置时，换挡滑动套(10)与左侧的齿轮嵌合，当滑动磁芯(15)处于极右位置时，换挡滑动套(10)与右侧的齿轮嵌合。
3.根据权利要求1或2所述的电动车的电控换挡机构，其特征在于：所述高速齿轮传动组(3)和低速齿轮传动组(4)均为由主动齿轮(21)和从动齿轮(22)组成的齿轮副。
4.根据权利要求1或2所述的电动车的电控换挡机构，其特征在于：所述嵌套结构包括设于换挡滑动套(10)上的凸齿(19)和设于相应齿轮上的凹齿(20)。
5.根据权利要求1或2所述的电动车的电控换挡机构，其特征在于：所述换挡滑动套(10)通过花键(11)安装于安装轴上。
6.根据权利要求1或2所述的电动车的电控换挡机构，其特征在于：所述第一监测部件(7)和第二监测部件(8)为编码器；或者，所述第一监测部件(7)和第二监测部件(8)包括转速传感器和转角传感器。
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