CN203770591U - 用于电动汽车的中间轴组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及用于电动汽车的中间轴组件，该中间轴组件适于设置在驱动电机的电机输出轴与具有差速器壳的差速器之间，以将来自驱动电机的动力传递至差速器。该中间轴组件包括：中间轴；空套在所述中间轴上的输入齿轮，所述输入齿轮适于与电机输出轴上的相应齿轮啮合；固设在所述中间轴上的输出齿轮，所述输出齿轮适于与形成在差速器壳上的齿圈啮合；和离合装置，所述离合装置具有接合状态和分离状态，在所述接合状态，所述输入齿轮与所述中间轴一起转动，在所述分离状态，所述输入齿轮从所述中间轴脱开。

Description

用于电动汽车的中间轴组件

技术领域

本实用新型涉及机动车领域，具体而言，涉及用于电动汽车的中间轴组件。 

背景技术

近年来，面对石油资源的匮乏和环境的恶化，人们对汽车的节能和环保的要求越来越高。由于电动汽车能够摆脱对化石燃料的依赖和实现零污染或超低污染的排放，电动汽车的开发已成为汽车工业研究和开发的重点。电动汽车包括采用可充电的蓄电池作为动力源的纯电动汽车（Battery Electric Vehicle，简称BEV）、采用内燃机和电动机两者作为动力源的混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle，简称HEV）和采用燃料电池作为动力源的燃料电池汽车（Fuel Cell Electric Vehicle，简称FCEV）。 

在BEV、HEV和FCEV中都采用了驱动电机。由于驱动电机本身能够实现变频调速，大部分电动汽车的中间轴组件均采用固定速比的减速器，而没有如传统内燃机汽车一样另外设置变速器；同时，为了简化结构和降低成本，在电机与驱动轮之间的动力传递路径中并未设置离合装置。在这样的电动汽车中，电机的输出轴始终通过减速器保持与差速器传动连接。 

对于上述电动汽车，在车辆下坡等工况时，电机转速可能会超过最高允许转速，导致电机部件、例如轴承的磨损。另外，尽管电动汽车中的驱动电机的低速特性非常好，但是其高速特性相对较差。在电机转速达到例如12000RPM（转每分）以上时，很难为车辆提供驱动力，反而被拖转耗能，违背了电动汽车强调的低能耗。 

针对现有技术中的上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。 

实用新型内容

本实用新型提供了一种用于电动汽车的中间轴组件和具有该中间轴组件的电动汽车，其能够避免由于电机转速过高而造成的电机部件例如轴承的磨损以及电动汽车的低能耗操作。 

本实用新型的第一方面涉及一种用于电动汽车的中间轴组件，所述中间轴组件适于设置在驱动电机的电机输出轴与具有差速器壳的差速器之间以将来自驱动电机的动力传递至差速器，该中间轴组件包括：中间轴；空套在所述中间轴上的输入齿轮，所述输入齿轮适于与电机输出轴上的相应齿轮啮合；固设在所述中间轴上的输出齿轮，所述输出齿轮适于与形成在差速器壳上的齿圈啮合；和离合装置，所述离合装置具有接合状态和分离状态，在所述接合状态，所述输入齿轮与所述中间轴一起转动，在所述分离状态，所述输入齿轮从所述中间轴脱开。 

根据一优选实施方式，所述离合装置包括可沿所述中间轴的轴向方向移动的接合套，在所述接合套的内周面上设有内花键，在所述输入齿轮和所述中间轴上分别形成有设有外花键的花键毂，当所述离合装置处于所述接合状态时，所述接合套的内花键与所述输入齿轮的花键毂上的外花键啮合并与所述中间轴的花键毂上的外花键啮合，当所述离合装置处于所述分离状态时，所述接合套的内花键与所述中间轴的花键毂上的外花键分离。 

可选地，所述离合装置还包括同步环，所述同步环上设有外花键，并且所述同步环与所述中间轴的花键毂的接触面为圆锥面。 

可选地，所述离合装置还包括多个沿周向均匀分布的滑块，每个所述滑块具有沿径向向外凸起的凸出部，在所述接合套的内周面上形成有多个分别容纳所述滑块的凸出部的凹部。 

可选地，所述离合装置还包括用于将所述滑块压靠在所述接合套的内周面上的止推弹簧。 

可选地，在所述接合套的外周面上形成有环状槽，并且所述离合装置还包括安装在所述环状槽内的拨叉。 

可选地，所述离合装置还包括与所述拨叉固连的拨叉杆，借助于所述拨叉杆的轴向移动引起所述接合套沿所述中间轴的轴向移动。 

可选地，在所述拨叉杆上形成有丝杠，并且所述拨叉杆能够由拨叉电机借助于螺母丝杠机构而被驱动。 

可选地，所述离合装置还包括与所述拨叉固连的拨叉位置传动轴，在所述拨叉位置传动轴上形成有齿条，其中，能够通过由角度传感器检测与所述齿条啮合的扇形齿轮的转动角度来检测所述拨叉的轴向位置。 

根据一优选实施方式，所述输入齿轮通过滚针轴承支承在所述中间轴上。 

本实用新型的第二方面涉及一种电动汽车，该电动汽车包括根据如上所述的用于电动汽车的中间轴组件。 

可选地，所述电动汽车为强混混合动力汽车。 

根据本实用新型，设置在电机输出轴与差速器之间的中间轴组件具有离合装置，该离合装置可以在输入齿轮与中间轴一起转动的接合状态和输入齿轮从中间轴脱开的分离状态之间切换。由此，可以避免在例如车辆下坡行驶时由于车速过高而导致电机输出轴超出最高允许转速，从而防止了电机轴承等部件的磨损。 

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中： 

图1是根据本实用新型一实施例的中间轴组件的分解视图； 

图2是组装后的中间轴组件在离合装置处于接合状态时的透视图； 

图3是组装后的中间轴组件在离合装置处于分离状态时的透视图。 

具体实施方式

下面参照附图描述本实用新型的示例性实施例。 

图2至图3示出了根据本实用新型的电动汽车中的MRD总成的结构示意图。如图所示，MRD总成包括电机壳体1和分别设置在电机壳体1两端的前端盖2和后端盖3。前端盖2和后端盖3通过螺栓4固定在电机壳体1上。在电机壳体1内部形成的空间中，设置有具有电机输出轴5的驱动电机（图中未示出）和具有差速器壳的差速器6，电机输出轴5和差速器6经由中间轴组件7传动连接。驱动电机可采用永磁同步交流电机或者任何已知的适合用在电动汽车中的电机。电机输出轴5在一端（图1中的右端）经由轴承8支承在电机壳体1上。止推套9通过电机输出轴5上的轴肩限制轴承8的轴向移动。差速器6将从电机输出轴5传递来的动力分配给左右车轮。差速器的结构在机动车领域是公知的，在此省略其详细描述。 

图1示出了根据本实用新型一实施例的中间轴组件的分解视图。该中间轴组件适于用在电动汽车中，并设置在驱动电机的电机输出轴与具有差速器壳的差速器之间以将来自驱动电机的动力传递至差速器。该中间轴组件可与驱动电机和差速器一起设置在由电机壳体和端盖形成的空间内。如图1所示，该中间轴组件包括中间轴1、输入齿轮2和输出齿轮3。输入齿轮2适于与电机输出轴上的相应齿轮啮合。输出齿轮3适于与形成在差速器壳上的齿圈啮合。应指出的是，图中没有示出输入齿轮2和输出齿轮3上的齿。 

中间轴1在两端分别通过轴承4和5支承在壳体中。更具体地，中间轴1的一端可支承在电机壳体中，另一端可支承在端盖中。输入齿轮2通过滚针轴承6支承在中间轴1上，从而以能够相对于中间轴1转动的方式空套在中间轴1上。在轴承4与滚针轴承6之间设有止推片7。固定螺母8旋拧在形成于中间轴1的一个端部（图1中的左端部）中的螺纹孔内，以对轴承4、止推片7、滚针轴承6并进而对输入齿轮2进行轴向定位。输入齿轮2一体地形成有花键毂9，该花键毂上形成有多个外花键。花键毂9的在图1中所示的右端部贴靠在中间轴1的轴肩上。输出齿轮3固设在中间轴1上。在中间轴1上还一体地形成有花键毂10，该花键毂10设置在 输入齿轮2与输出齿轮3之间并且形成有多个外花键。输入齿轮2的花键毂9上形成的外花键与中间轴1的花键毂10上形成的外花键在数量和横截面轮廓方面彼此相同。 

中间轴组件还设有离合装置，该离合装置能够在其中输入齿轮2与中间轴1一起转动的接合状态与其中输入齿轮2从中间轴1脱开的分离状态之间切换。离合装置包括同步环11、接合套12、滑块13、止推弹簧14和拨叉15。 

同步环11的外周面上形成有多个外花键，所述外花键与输入齿轮2的花键毂9上形成的外花键和中间轴1的花键毂10上形成的外花键在数量和横截面轮廓方面相同。同步环11以能够相对于中间轴1转动和轴向移动的方式空套在中间轴1上。在同步环11和花键毂10的彼此相对的端部上形成有锥度的内锥面，亦即，同步环11与花键毂10之间的接触面为圆锥面。 

接合套12的内周面上形成有多个内花键，所述内花键与输入齿轮2的花键毂9上形成的外花键相啮合，使得接合套12以可沿中间轴1的轴向方向移动但是不可相对转动的方式套装在花键毂9上。在接合套12的外周面上形成有环状槽16，拨叉15以可相对转动的方式安装在该环状槽16内。 

三个滑块13在周向上均匀分布，亦即，彼此之间间隔120度。每个滑块13上都形成有沿径向向外凸起的凸出部，在接合套12的内周面上形成有三个分别容纳各滑块13的凸出部的凹部。止推弹簧14通过将各滑块13的凸出部压入在接合套12的对应凹部内而将各滑块13压靠在接合套12上。 

拨叉15通过定位销17与拨叉杆18固连在一起。在拨叉杆18上形成有丝杠19。由拨叉电机驱动而旋转的传动螺母（未示出）可套设在丝杠19上，该传动螺母的旋转运动借助于由形成于其内周面上的内螺纹与丝杠19构成的螺母丝杠机构而转化为拨叉杆18的轴向移动。在拨叉电机与传动螺母之间可设置一级或两级齿轮减速机构。 

为了检测拨叉15的位置，设置有拨叉位置传动轴20。拨叉位置传动 轴20通过定位销21与拨叉15固连在一起。在拨叉位置传动轴20上形成有齿条22。一扇形齿轮（未示出）可与齿条22啮合。当拨叉15沿轴向移动时，拨叉位置传动轴20随之一起沿轴向移动一段距离，并且与拨叉位置传动轴20上的齿条22啮合的扇形齿轮转过一个相应的角度。因此，通过由角度传感器（未示出）检测扇形齿轮转过的角度，便能够检测出拨叉15的位置。 

图2示出了在离合装置处于接合状态时的组装后的中间轴组件。图3示出了在离合装置处于分离状态时的组装后的中间轴组件。下面简要描述离合装置的接合和分离操作。 

通常，离合装置处于图2所示的接合状态，其中接合套12的内花键与输入齿轮2的花键毂9上形成的外花键和中间轴1的花键毂10上形成的外花键相啮合。在这种状态下，当驱动电机接收到激励信号而旋转时，从电机输出轴输出的转矩传递到输入齿轮2，通过花键啮合的花键毂9、接合套12和花键毂10传递到中间轴1，然后经由输出齿轮3传递到差速器，并驱动相应的左右车轮旋转。 

当由转速传感器（未示出）检测到的差速器输入转速高于预定的第一转速时，所对应的电机输出轴的转速超过了考虑到轴承磨损而设定的最高允许转速。此时，控制模块向拨叉电机发送运转指令，以将离合装置切换到分离状态，以防止电机轴承损坏。 

具体地，拨叉电机驱动传动螺母转动，该传动螺母的转动经由螺母丝杠机构而转化为拨叉杆18的轴向移动，并带动拨叉15和接合套12从图2所示的接合状态沿中间轴1的轴向方向向左移动，直至接合套12上的内花键与花键毂10上的外花键以及同步环11上的外花键脱离啮合。由此，输入齿轮2从中间轴1脱开，从而中间轴1的高速旋转不会被传递到电机输出轴5。 

在离合装置从接合状态向分离状态切换的过程中，控制模块可以基于所检测到的拨叉15的位置来控制拨叉电机的启动、停止和转速。例如，当接合套12尚未与花键毂10和同步环11分离时，可控制拨叉电机以相对高 的速度运转，以使接合套12快速从与花键毂10和同步环11啮合的状态脱开；在接合套12已与花键毂10和同步环11分离之后，则可以点动控制拨叉电机，直至拨叉15和接合套12到达分离终端位。 

此后，当由转速传感器检测到的差速器输入转速降至比上述第一转速低的预定的第二转速时，需要再次从驱动电机向差速器提供驱动力。此时，控制模块向拨叉电机发送运转指令，以将离合装置切换回接合状态。 

具体地，拨叉电机驱动传动螺母转动，该传动螺母的转动经由螺母丝杠机构而转化为拨叉杆18的轴向移动，并带动拨叉15和接合套12从图3所示的分离状态沿中间轴1的轴向方向向右移动。接合套12带动滑块13向右移动，滑块13推动同步环11向右移动并与花键毂10接触。由于同步环11与花键毂10之间的接触面为圆锥面，可以实现接合套12、同步环11、花键毂10三者在达到相同的转速之后再通过各自的花键啮合在一起，从而抑制了接合过程的冲击。 

在离合装置从分离状态向接合状态切换的过程中，控制模块可以基于所检测到的拨叉15的位置来控制拨叉电机的启动、停止和转速。例如，当接合套12尚未与同步环11接触且与同步环11相距较远时，可控制拨叉电机32以相对高的速度运转，以使接合套12快速接近同步环11；在接合套12将要与同步环11接触直至刚与花键毂10接触期间，可控制拨叉电机以相对低的速度运转；在接合套12与花键毂10接触之后，可控制拨叉电机再次以相对高的速度运转，以使接合动作尽快完成；在接合套12接近接合终端位时，可以点动控制拨叉电机。 

根据本实用新型的中间轴组件尤其适用于强混混合动力汽车，在强混混合动力汽车中，可以关闭发动机，靠驱动电机直接驱动车辆，从而降低燃料消耗。然而应当理解的是，本实用新型并不局限于混合动力汽车，而是同样可以应用于纯电动汽车和燃料电池汽车。在电动汽车中，驱动电机产生的驱动力经包括中间轴组件的减速装置减速后传递到差速器，然后输出到左右前轮或左右后轮。 

根据本实用新型，设置在电机输出轴与差速器之间的中间轴组件具有 离合装置，该离合装置可以在输入齿轮与中间轴一起转动的接合状态和输入齿轮从中间轴脱开的分离状态之间切换。由此，可以避免在例如车辆下坡行驶时由于车速过高而导致电机输出轴超出最高允许转速，从而防止了电机轴承等部件的磨损。 

虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内所作的各种更动与修改，均应纳入本实用新型的保护范围内，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。 

Claims (10)

1.一种用于电动汽车的中间轴组件，所述中间轴组件适于设置在驱动电机的电机输出轴与具有差速器壳的差速器之间以将来自驱动电机的动力传递至差速器，其特征在于包括：

中间轴；

空套在所述中间轴上的输入齿轮，所述输入齿轮适于与电机输出轴上的相应齿轮啮合；

固设在所述中间轴上的输出齿轮，所述输出齿轮适于与形成在差速器壳上的齿圈啮合；和

离合装置，所述离合装置具有接合状态和分离状态，在所述接合状态，所述输入齿轮与所述中间轴一起转动，在所述分离状态，所述输入齿轮从所述中间轴脱开。

2.根据权利要求1所述的用于电动汽车的中间轴组件，其特征在于，所述离合装置包括可沿所述中间轴的轴向方向移动的接合套，在所述接合套的内周面上设有内花键，在所述输入齿轮和所述中间轴上分别形成有设有外花键的花键毂，当所述离合装置处于所述接合状态时，所述接合套的内花键与所述输入齿轮的花键毂上的外花键啮合并与所述中间轴的花键毂上的外花键啮合，当所述离合装置处于所述分离状态时，所述接合套的内花键与所述中间轴的花键毂上的外花键分离。

3.根据权利要求2所述的用于电动汽车的中间轴组件，其特征在于，所述离合装置还包括同步环，所述同步环上设有外花键，并且所述同步环与所述中间轴的花键毂的接触面为圆锥面。

4.根据权利要求3所述的用于电动汽车的中间轴组件，其特征在于，所述离合装置还包括多个沿周向均匀分布的滑块，每个所述滑块具有沿径向向外凸起的凸出部，在所述接合套的内周面上形成有多个分别容纳所述滑块的凸出部的凹部。

5.根据权利要求4所述的用于电动汽车的中间轴组件，其特征在于，所述离合装置还包括用于将所述滑块压靠在所述接合套的内周面上的止推弹簧。

6.根据权利要求2所述的用于电动汽车的中间轴组件，其特征在于，在所述接合套的外周面上形成有环状槽，并且所述离合装置还包括安装在所述环状槽内的拨叉。

7.根据权利要求6所述的用于电动汽车的中间轴组件，其特征在于，所述离合装置还包括与所述拨叉固连的拨叉杆，借助于所述拨叉杆的轴向移动引起所述接合套沿所述中间轴的轴向移动。

8.根据权利要求7所述的用于电动汽车的中间轴组件，其特征在于，在所述拨叉杆上形成有丝杠，并且所述拨叉杆能够由拨叉电机借助于螺母丝杠机构而被驱动。

9.根据权利要求6所述的用于电动汽车的中间轴组件，其特征在于，所述离合装置还包括与所述拨叉固连的拨叉位置传动轴，在所述拨叉位置传动轴上形成有齿条，其中，能够通过由角度传感器检测与所述齿条啮合的扇形齿轮的转动角度来检测所述拨叉的轴向位置。

10.根据权利要求1所述的用于电动汽车的中间轴组件，其特征在于，所述输入齿轮通过滚针轴承支承在所述中间轴上。