CN107248797A - 一种电动车用电磁控制三档自动换挡变速箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动车用电磁控制三档自动换挡变速箱，工作原理是通过电磁控制、结合转速、扭矩、加速器信号的计算实现动力切换，一档包括电磁驱动器及锁止机构、太阳齿、电动机转子、行星架、电动机定子、行星轮、齿圈、电动机输出轴，二挡包括太阳齿、电动机转子、齿圈、行星架、电动机定子、行星轮、电动机输出轴、电磁驱动器及锁止机构，三档包括行星架、电动机定子、齿圈、电动机转子、太阳齿、电动机输出轴、行星轮、电磁驱动器及锁止机构。该一种电动车用电磁控制三档自动换挡变速箱采用电磁控制，多挡位的选择，可满足车辆最大爬坡度、最高速度的要求，其结构简单，不易损坏，节约能量，动力损失小，动力不间断无冲击柔性自动换挡。

Description

一种电动车用电磁控制三档自动换挡变速箱

技术领域

本发明涉及电动车领域，尤其涉及一种电动车用电磁控制三档自动换挡变速箱。

背景技术

电力驱动车辆发展现在，人们还从未像今天这样关注电动自行车的爬坡能力。更有甚至把爬坡能力的大小作为衡量电动车性能的最重要指标，整车厂把爬坡能力强作为卖点，消费者把它作为选购电动自行车的依据。现有电机为加强爬坡能力，付出了续航里程缩短到只有1/3-1/5 的代价，及其带来电池电机寿命缩短2/3 的严重后果。并且现有电动车电动机爬坡性能极差，不太适合山地或丘陵地带的消费者，仅适用与平原地区的大中城市、郊区及农村的消费者。现有电机一般仅适用与5°以下缓坡，较大坡道则以牺牲车辆电机电池性能与使用寿命为代价，且续航里程极短，甚至对较大坡道完全无能为力，拱手将大至全国总市场的多半奉送给摩托车。现在城市中的各种高架分流道、地下分流隧道越来越多，“爬上爬下”的要求日渐增多，不能爬坡的电动车必将遭到市场的抛弃。虽然现有电动车有的有人工换档变速箱，但是换挡时需要踩下结合器，此时动力就被剪断了。

现有技术中的自动换挡变速器为电控形式。电控自动换挡的换挡效果不佳，液压变扭器的成本有太高，传动效率太低，换挡冲击力大，行驶中换挡顿挫感强。离合器换挡，离合器工作频繁，更换周期短，在某工作区域内或出现半离合状态，严重损耗功率。电磁铁换挡，换挡过程中为硬连接，会出现打齿、换挡冲击大现象。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术的不足，提供一种电动车用电磁控制三档自动换挡变速箱。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电动车用电磁控制三档自动换挡变速箱，包括电动机转子、电动机定子、电动机输出轴、太阳齿、齿圈、行星架、行星轮、第一顶杆、第二顶杆及电磁驱动器，所述电动机输出轴与电动机定子固定连接，所述太阳齿、齿圈、行星架均套设在电动机输出轴上并可空转，所述行星轮设置在行星架上，行星轮可旋转，所述电磁驱动器包括第一电磁驱动器及第二电磁驱动器，所述第一电磁驱动器、第二电磁驱动器固定在电动机转子上，所述第一顶杆一端与第一电磁驱动器连接，另一端分别与太阳齿、行星架固定连接，第一电磁驱动器通电时推动第一顶杆使太阳齿与电动机定子固定锁止、使行星架与电动机定子固定锁止，所述第二顶杆一端与第二电磁驱动器连接，另一端与齿圈固定连接，第二电磁驱动器通电时通过推动第二顶杆使齿圈与电动机转子固定锁止。

本发明的电动车用电磁控制三档自动换挡变速箱，工作原理是通过微电脑对车速，扭矩，电流和加速踏板的位置信号的计算合理的实现动力的输出。选换挡装置由电磁驱动器来控制设置在太阳齿、行星架、齿圈与电动机转子、电动机定子上的结合控制来实现自动选换挡。一档包括太阳齿、电动机转子、行星架、电动机定子、行星轮、齿圈、电动机输出轴，第一电磁驱动器、第一顶杆，二挡包括太阳齿、电动机转子、齿圈、行星架、电动机定子、行星轮、电动机输出轴、第二电磁驱动器、第二顶杆，三档包括行星架、电动机定子、齿圈、电动机转子、太阳齿、电动机输出轴、行星轮、第一电磁驱动器、第二电磁驱动器、第一顶杆、第二顶杆。

在本发明一较佳实施例中，所述太阳齿通过锁止机构与电动机定子实现锁止，所述行星架通过锁止机构与电动机定子实现锁止，所述齿圈通过锁止机构与电动机转子实现锁止。

在本发明一较佳实施例中，所述锁止机构为单向锁止机构，所述单向锁止机构包括一相对应的插销和插槽。即太阳齿上设置有插销，则电动机定子上设置有与之相对应的插槽；行星架上设置有插槽，则电动机定子上设置有与之相对应的插销；齿圈上设置有插槽，则电动机转子上设置有与之相对应的插销。

在本发明一较佳实施例中，所述锁止机构为双向锁止机构，所述双向锁止机构包括两对插销和插槽。即太阳齿上分别设置有插销和插槽，则电动机定子上设置有与之相对应的插槽和插销；行星架上分别设置有插销和插槽，则电动机定子上设置有与之相对应的插槽和插销；齿圈上分别设置有插销和插槽，则电动机转子上设置有与之相对应的插槽和插销。双向锁止机构可以使各部件之间锁止更紧密，防止出现打滑。

在本发明一较佳实施例中，所述插槽或插销之间设置有回位弹簧，当外力消失时，回位弹簧可以使插销从插槽内脱出。

在本发明一较佳实施例中，所述太阳齿、行星架、齿圈、电动机转子上设置有转速、转矩、位置信号传感器，所述电动机输出轴中心打有孔，或电动机轴上设置有通槽或定位槽。

在本发明一较佳实施例中，所述第一顶杆或第二顶杆为中空顶管或实心顶杆。

本发明电动车用电磁控制三档自动换挡变速箱的有益效果是：

1、采用电磁驱动器推动插槽或插销式结合，实现动力结合及分离，结构简单，装配方便，不易损坏；

2、节约能量，动力损失小，电磁驱动器结合微电脑精微控制，动力不间断无冲击柔性自动换挡；

3、生产成本低，电磁铁的柔性结合降低了生产成本，在同类产品中具有较大优势；

4、解决了结合器换挡磨损快、功率损耗的问题；

5、解决了纯电磁控制选换挡时冲击、打齿等问题；

6、变速箱整体体积小，可实现多档位。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明电动车用电磁控制三档自动换挡变速箱一较佳实施例的结构示意图；

图中：1、电动机输出轴，2、行星轮，3、行星架，4、太阳齿，5、齿圈，6、第一顶杆，7、第二顶杆，8、第一电磁驱动器，9、第二电磁驱动器，10、电动机转子，11、电动机定子。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，一种电动车用电磁控制三档自动换挡变速箱，包括电动机转子10、电动机定子11、电动机输出轴1、太阳齿4、齿圈5、行星架3、行星轮2及由电磁控制的锁止机构，该电动车用电磁控制三档自动换挡变速箱包括三个档位，一档包括第一电磁驱动器8、太阳齿4、电动机转子10、行星架3、电动机定子11、行星轮2、齿圈5、电动机输出轴1及锁止机构，二挡包括太阳齿4、电动机转子10、齿圈5、行星架3、电动机定子11、行星轮3、电动机输出轴1、第二电磁驱动器9及锁止机构，三档包括行星架3、电动机定子11、齿圈5、电动机转子10、太阳齿4、电动机输出轴1、行星轮2、第一电磁驱动器8、第二电磁驱动器9及锁止机构，其中所述太阳齿4、齿圈5、行星架3均套设在电动机输出轴1上并可空转。所述第一电磁驱动器8通电时推动第一顶杆10后太阳齿4与电动机定子11固定锁止、行星架3与电动机定子11固定锁止，所述第二电磁驱动器9通电时通过推动第二顶杆7后齿圈5与电动机转子10固定锁止。

所述太阳齿4上设置有太阳齿锁止机构，太阳齿4锁止机构设置有插销或插槽与太阳齿4固定连接，所述电动机转子10上设置有电动机转子锁止机构，电动机转子锁止机构上设置有插销或插槽与电动机转子10固定连接，所述电动机定子11上设置有电动机定子锁止机构，电动机定子锁止机构上设置有插销或插槽与电动机定子11固定连接，所述行星架3上设置有行星架锁止机构，行星架锁止机构上设置有插销或插槽与行星架3固定连接，所述齿圈5上设置有齿圈锁止机构，齿圈锁止机构上设置有插销或插槽与齿圈5固定连接，所述电动机输出轴1上设置有电动机输出轴锁止机构，电动机输出轴锁止机构上设置有插销或插槽与电动机输出轴1固定连接。所述电动机输出轴1与电动机定子11固定连接。

作为优选，所述第一顶杆6或第二顶杆7为中空顶管或实心顶杆。

如果单用锁止机构来控制换挡，会产生打滑，动力损失及出现结合或分离不干脆，结合无法完全结合，分离无法分离的问题，并且损耗大、寿命短，因此，本发明采用电磁驱动器和锁止机构相结合，从而避免打滑和冲击及寿命短等问题。

所述第一电磁驱动器8通过推动第一顶杆6使太阳齿4与电动机定子11锁止，通过太阳齿4上的插销或插槽插入电动机定子11上的插销或插槽，进行固定锁止，行星架3与电动机定子11，通过行星架3上的插销或插槽，插入电动机定子11上的插销或插槽内进行固定锁止。所述第二电磁驱动器9通过推动第二顶杆7使齿圈5与电动机转子10锁止，通过齿圈5上设置的插销或插槽，插入电动机转子10的插销或插槽内进行固定锁止。

所述太阳齿4锁止机构与电动机定子11锁止机构之间设置有回位弹簧，所述行星架3锁止机构与电动机定子11锁止机构之间设置有回位弹簧，当第一电磁驱动器8断电时，由于回位弹簧的回复作用，电动机定子11锁止机构与太阳齿4锁止机构自动分离，行星架3锁止机构与电动机定11子锁止机构自动分离。所述齿圈5与电动机转子10之间设置有回位弹簧，当第二电磁驱动器9断电时，由于回位弹簧的回复作用，齿圈5锁止机构与电动机转子10锁止机构自动分离。

为了使太阳齿4与电动机转子10、行星架3与电动机定子11、齿圈5与电动机定子11快速度地分离或结合，所述太阳齿4、电动机转子10、行星架3、电动机定子11、齿圈5上的锁止机构为单向锁止机构或双向锁止机构。单向锁止机构结构如下：太阳齿4、行星架3、齿圈5底端设置有插销，电动机转子10、电动机定子11上设置有插槽，插销可插入插槽内实现锁止。当然单向锁止机构也可采用如下结构太阳齿4、行星架3、齿圈5底端设置有插槽，电动机转子10、电动机定子11上设置有插销，插槽可插入插销内实现锁止。双向锁止机构结构如下：太阳齿4、行星架3、齿圈5底端设置有插槽和插销，电动机转子10、电动机定子11上设置有插销和插槽，插销可插入插槽内实现锁止，插槽可插入插销内，从而实现双向锁止，保证其牢固性。

作为优选，所述锁止机构为轴向或径向推力产生动力锁止机构。

本发明的电磁铁采用CPU通过转速、电流、扭矩、三参量来计算动力，实现自动换挡。在电动机转子10、电动机输出轴1、齿圈5、太阳齿4、行星架3上装有转速、转矩、位置信号传感器。

一档运作时，第一电磁驱动器8通电，第一电磁驱动器8推动第一顶杆6，第一顶杆6推动太阳齿4上的插销或插槽与电动机转子10上的插销或插槽固定锁止，太阳齿4套设在电动机输出轴1上，电动机转子10带动太阳齿4旋转，同时第一顶杆6推动行星架3上的插销或插槽与电动机定子11的插销或插槽固定锁止，电动机定子11与电动机输出轴1固定连接，行星架3固定在电动机定子11上不动，行星轮2设置在行星架上3，行星轮2可旋转。电动机转子10带动太阳齿4旋转，太阳齿4带动行星轮2旋转进行减速，齿圈5套设在电动机输出轴1上可空转，行星轮2带动齿圈5旋转进行减速，齿圈5输出动力。

二档运作时，第一电磁驱动器8断电，由于回位弹簧的回复作用，太阳齿4上的插销或插槽与电动机转子10上的插销或插槽处于分离状态，太阳齿4的插销或插槽插入电动机定子11的插槽或插销内，太阳齿4套设在电动机输出轴1上，与电动机定子11固定锁止，太阳齿4不转动，第二电磁驱动器9通电，推动第二顶杆7，第二顶杆7推动齿圈5上的插槽或插销与电动机转子10上的插槽或插销固定锁止，电动机转子10带动齿圈5旋转，行星架3由于第一电磁驱动器8断电后回位弹簧回复作用，与电动机定子11处于分离状态，行星架3套设在电动机输出轴1上空转，行星轮2设置在行星架3上空转。电动机转子10带动齿圈5旋转，齿圈5带动行星轮2旋转进行减速，行星轮2与太阳齿4进行旋转进行减速，太阳齿4不动，行星轮2通过行星架3输出动力。

三档运作时，第一电磁驱动器8通电，第一电磁驱动器8通过推动第一顶杆6，行星架3上的插销或插槽与电动机定子11的插销或插槽固定锁止，行星架3固定不转动，行星轮2设置在行星架3上，行星轮2可空转。第二电磁驱动器9通电，第二电磁驱动器9通过推动齿圈5上的插销或插槽与电动机转子10的插销或插槽固定锁止，电动机转子11带动齿圈5旋转，太阳齿4套设在电动机输出轴1上，可空转。电动机转子10带动齿圈5旋转，齿圈5与行星轮2旋转进行增速，行星轮2带动太阳齿4转动进行二级增速，太阳齿4输出动力。

本发明用电动机转子10作为动力源并通过对电机实时电流转矩比及实时变速箱负载情况的精确计算对电磁驱动的选换挡执行机构付出指令实现自动换挡的电控机械自动变速箱，电控机械自动变速箱在传统的手动齿轮式变速器基础上改进而来的，是综合了AT（自动）和MT（手动）两者优点的机电磁一体化自动变速器；既具有液力自动变速器自动变速的优点，保留了原手动变速器齿轮传动的效率高、成本低、结构简单、易制造的长处，又简化了用液力作为换挡执行机构的复杂，在机械变速箱总体传动结构不变的情况下，通过加装微机对动力源电动机的电流，速度，驱动负载的扭矩，和电流转矩比的精确计算控制自换挡操纵执行机构来实现换挡的自动化，通过对电磁驱动器的精准控制实现第一顶杆6、第二顶杆7的推动距离精准控制。由于核心技术是微机对电机的电流转矩比的精确计算以及车辆动态形式情况对电磁选换挡执行机构控制实现自动选换挡。

与现有技术相比，本发明电动车用电磁控制三档自动换挡变速箱的有益效果是：

1、采用电磁控制，结构简单，装配方便，不易损坏；

2、电磁铁与增力式结合器的结合，使用过程中节约能量，动力损失小，动力不间断无冲击柔性自动换挡；

3、生产成本低，电磁铁与增力式结合器的结合降低了生产成本，在同类产品中具有较大优势；

4、解决了离合器换挡磨损快、功率损耗的问题；

5、解决了纯电磁控制选换挡时冲击、打齿等问题；

6、变速箱整体体积小，可实现多档位。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种电动车用电磁控制三档自动换挡变速箱，其特征在于，包括电动机转子、电动机定子、电动机输出轴、太阳齿、齿圈、行星架、行星轮、第一顶杆、第二顶杆及电磁驱动器，所述电动机输出轴与电动机定子固定连接，所述太阳齿、齿圈、行星架均套设在电动机输出轴上并可空转，所述行星轮设置在行星架上，行星轮可旋转，所述电磁驱动器包括第一电磁驱动器及第二电磁驱动器，所述第一电磁驱动器、第二电磁驱动器固定在电动机转子上，所述第一顶杆一端与第一电磁驱动器连接，另一端分别与太阳齿、行星架固定连接，第一电磁驱动器通电时推动第一顶杆使太阳齿与电动机定子固定锁止、使行星架与电动机定子固定锁止，所述第二顶杆一端与第二电磁驱动器连接，另一端与齿圈固定连接，第二电磁驱动器通电时通过推动第二顶杆使齿圈与电动机转子固定锁止。

2.如权利要求1所述的电动车用电磁控制三档自动换挡变速箱，其特征在于，所述太阳齿通过锁止机构与电动机定子实现锁止，所述行星架通过锁止机构与电动机定子实现锁止，所述齿圈通过锁止机构与电动机转子实现锁止。

3.如权利要求2所述的电动车用电磁控制三档自动换挡变速箱，其特征在于，所述锁止机构为单向锁止机构，所述单向锁止机构包括一相对应的插销和插槽。

4.如权利要求2所述的电动车用电磁控制三档自动换挡变速箱，其特征在于，所述锁止机构为双向锁止机构，所述双向锁止机构包括两对插销和插槽。

5.如权利要求3或4所述的电动车用电磁控制三档自动换挡变速箱，其特征在于，所述插槽或插销之间设置有回位弹簧。

6.如权利要求1所述的电动车用电磁控制三档自动换挡变速箱，其特征在于，所述太阳齿、行星架、齿圈、电动机转子上设置有转速、转矩、位置信号传感器。

7.如权利要求1所述的一种电动车用电磁控制三档自动换挡变速箱，其特征在于：所述第一顶杆或第二顶杆为中空顶管或实心顶杆。