CN211082723U - 电动机动车自适应可倒挡机械变速器 - Google Patents

Abstract

为解决现有技术电动机动车存在的对蓄电池、电控制系统和驱动电机要求较高等问题，本实用新型提出一种电动机动车自适应可倒挡机械变速器，包括主动组件、从动组件、输出组件、倒挡组件和控制器；所述主动组件包括驱动电机、主动轴、主动齿轮Ⅰ、主动齿轮Ⅱ和单向轴承Ⅰ；所述从动组件包括从动轴、从动齿轮和行星轮组；所述输出轴组件包括圆盘和输出轴；输出轴固定安装在圆盘中心，圆盘通过螺栓固定安装在齿圈外侧端且保证输出轴与从动轴同轴；所述倒挡组件包括底座、复位弹簧、电磁推动座、后退轴和后退齿轮；所述控制器能够实时监测输出轴的转速并控制驱动电机。本实用新型有益技术效果是有效降低了蓄电池、电控制系统和驱动电机的要求。

Description

电动机动车自适应可倒挡机械变速器

技术领域

本实用新型涉及到一种电动机动车自适应可倒挡机械变速技术，特别涉及到一种电动机动车自适应可倒挡机械变速器。

背景技术

现有技术电动机动车通常采用电压电流控制的方式实现速度和载荷能力的调节，即当需要慢速行使时，系统提供较低的电压电流，使得机动车的行驶速度较慢；反之，系统提供较高的电压电流，满足机动车快速行驶的要求。因此，电动机动车的加速过程，实际上就是电压电流逐渐升高的过程；减速过程，则是电压电流逐渐降低的过程。然而，当电动机动车需要承载较大的负荷，或者需要爬上较高的陡坡时，则需要行驶在低速、大功率的状态，此时虽然系统提供的电压不算较高，但却需要提供较高的电流。当电动机动车行驶在平地，或者下坡路段时，这可能需要较高的电压和较低的电流。实际上，电动机动车采用了电压电流控制的方式，实现燃油机动车的手动变速器（通常有5个前进挡位和1个倒车挡位）或自动变速器的功能。由于电动机动车的力矩传递都是固定的，即电动机动车的力矩传递没有力矩变化，所有的承载变化都是靠电机的输出来实现。当机动车起步或上坡时，需要低转速、高载荷，对于驱动电机而言，只有通过提高电流来提高载荷，而此时驱动电机的转速又很低，高电流运行很容易烧毁驱动电机。反之，当机动车处于高速行驶时，需要驱动电机以较高的转速运转，明显提高了驱动电机高转速平衡的要求。实际上，对于驱动电机，高电流和高转速运行都是十分不利的，对驱动电机的设计和制造都提出了更高的要求。由此可见，现有技术电动机动车的蓄电池、电控制系统和驱动电机都需要承受较宽的过载能力，需要以可能出现的最大负荷作为设计基础，使得蓄电池、电控制系统和驱动电机都必须具有较大的放电能力或较大的功率。一方面提高了整车制造成本，另一方面提高了整车的制造难度。

另外，现有技术小型电动机动车，如三轮电动车和电动摩托车等等，通常均未设置有倒挡机构，采用人力推动实现倒行，这对使用者来说即费力，又不方便。而对于非小型电动机动车而言，则采用控制驱动电机反向旋转，从而实现倒行。

显然，现有技术电动机动车采用电压电流控制，实现速度和载荷能力的调节，存在着蓄电池、电控制系统和驱动电机都必须具有较大的放电能力或较大的功率，提高了整车的制造成本和制造难度，以及小型电动机动车未设置倒挡机构等问题。

发明内容

为解决现有技术电动机动车采用电压电流控制，实现速度和载荷能力的调节，存在着蓄电池、电控制系统和驱动电机都必须具有较大的放电能力或较大的功率，提高了整车的制造成本和制造难度，以及小型电动机动车未设置倒挡机构等问题，本实用新型提出一种电动机动车自适应可倒挡机械变速器。

本实用新型电动机动车自适应可倒挡机械变速器，包括主动组件、从动组件、输出组件、倒挡组件和控制器；所述主动组件包括驱动电机、主动轴、主动齿轮Ⅰ、主动齿轮Ⅱ和单向轴承Ⅰ；主动轴与驱动电机的输出轴相连接，主动齿轮Ⅰ和主动齿轮Ⅱ并列安装在主动轴上，其中，主动齿轮Ⅰ固定安装在主动轴圆柱段，主动齿轮Ⅱ通过单向轴承Ⅰ轴向滑动安装在主动轴花键段；所述从动组件包括从动轴、从动齿轮和行星轮组；所述从动轴包括下段轴、上段轴和单向轴承Ⅱ，下段轴直接固定安装在单向轴承Ⅱ的内圈内，上段轴的一个端头设置有内径与单向轴承Ⅱ外圈外径相匹配的圆形内空台阶，单向轴承Ⅱ的外圈固定套装在该圆形内空台阶内，使得下段轴和上段轴连接成一根整轴且保证下段轴、上段轴和单向轴承Ⅱ的轴线在同一直线上；所述从动齿轮固定在下段轴上且与主动齿轮Ⅰ啮合；所述行星轮组包括太阳轮、行星轮、行星架和齿圈，太阳轮固定在上段轴上，行星轮安装在固定设置的行星架上且与太阳轮啮合，齿圈的内、外圆周上均设置有齿且套装在行星轮外侧，齿圈的内齿与行星轮啮合，外齿与主动齿轮Ⅱ啮合；所述输出轴组件包括圆盘和输出轴；输出轴固定安装在圆盘中心，圆盘通过螺栓固定安装在齿圈外侧端且保证输出轴与从动轴同轴；所述倒挡组件包括底座、复位弹簧、电磁推动座、后退轴和后退齿轮；底座设置在主动轴花键段的下段，复位弹簧套装在主动轴花键段的主动齿轮Ⅱ与底座之间且将主动齿轮Ⅱ顶在刚好与齿圈外齿啮合的位置，电磁推动座安装在主动轴花键段的上段且在主动齿轮Ⅱ的上方；后退轴与主动轴并行设置，后退齿轮固定安装在后退轴上，且当主动齿轮Ⅱ在电磁推动座的推动下向下滑动到设定位置时，后退齿轮刚好与主动齿轮Ⅱ啮合；所述控制器能够实时监测输出轴的转速，并在输出轴转速达到设定值时控制驱动电机停机并反向旋转；所述单向轴承Ⅰ和单向轴承Ⅱ均为内圈相对于外圈顺时针方向旋转时能自由旋转，逆时针方向旋转时则内、外圈相互锁死且传递力矩的轴承。

进一步的，本实用新型电动机动车自适应可倒挡机械变速器主动齿轮Ⅰ与从动齿轮的直径比为1∶1至1∶10。

进一步的，本实用新型电动机动车自适应可倒挡机械变速器主动齿轮Ⅱ与齿圈外圆的直径比为1∶1至1∶10。

进一步的，本实用新型电动机动车自适应可倒挡机械变速器行星轮与齿圈内圆的直径比为1∶1至1∶10。

本实用新型电动机动车自适应可倒挡机械变速器的有益技术效果是能够根据电动机动车的行驶速度，自动调节到高速挡或低速挡，使得驱动电机能在较低输出功率的情况下，通过低速挡的转速和力矩的变比，驱动较大的负荷；同时，在驱动电机以较低转速运行的情况下，通过高速挡的转速和力矩的变比，整车行驶更快。明显降低了对蓄电池、电控制系统和驱动电机的能力或功率等要求，有效降低了整车的制造成本和制造难度。另外，还以较为简单的方式实现了倒挡。

附图说明

附图1是本实用新型电动机动车自适应可倒挡机械变速器结构示意图；

附图2是本实用新型电动机动车自适应可倒挡机械变速器结构另一角度示意图；

附图3是本实用新型电动机动车自适应可倒挡机械变速器从动轴的结构示意图。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型电动机动车自适应可倒挡机械变速器作进一步的说明。

具体实施方式

附图1是本实用新型电动机动车自适应可倒挡机械变速器结构示意图，附图2是本实用新型电动机动车自适应可倒挡机械变速器结构另一角度示意图，附图3是本实用新型电动机动车自适应可倒挡机械变速器从动轴的结构示意图。图中，1为驱动电机，2为主动轴，3为主动齿轮Ⅰ，4为主动齿轮Ⅱ，5为单向轴承Ⅰ，6为从动轴，6-1为下段轴，6-2为上段轴，6-3单向轴承Ⅱ，7为从动齿轮，8为齿圈，9为太阳轮，10为行星轮，11为圆盘，12为输出轴，13为行星架，14为底座，15为复位弹簧，16为电磁推动座，17为后退齿轮，18为后退轴。由图可知，本实用新型电动机动车自适应可倒挡机械变速器，包括主动组件、从动组件、输出组件、倒挡组件和控制器；所述主动组件包括驱动电机1、主动轴2、主动齿轮Ⅰ3、主动齿轮Ⅱ4和单向轴承Ⅰ5；主动轴2与驱动电机1的输出轴相连接，主动齿轮Ⅰ3和主动齿轮Ⅱ4并列安装在主动轴2上，其中，主动齿轮Ⅰ3固定安装在主动轴2圆柱段，主动齿轮Ⅱ4通过单向轴承Ⅰ5轴向滑动安装在主动轴2花键段；所述从动组件包括从动轴6、从动齿轮7和行星轮组；所述从动轴6包括下段轴6-1、上段轴6-3和单向轴承Ⅱ6-2，下段轴6-1直接固定安装在单向轴承Ⅱ6-2的内圈内，上段轴6-3的一个端头设置有内径与单向轴承Ⅱ6-2外圈外径相匹配的圆形内空台阶，单向轴承Ⅱ6-2的外圈固定套装在该圆形内空台阶内，使得下段轴6-1和上段轴6-3连接成一根整轴且保证下段轴6-1、上段轴6-3和单向轴承Ⅱ6-2的轴线在同一直线上；所述从动齿轮7固定在下段轴6-1上且与主动齿轮Ⅰ3啮合；所述行星轮组包括太阳轮9、行星轮10、行星架13和齿圈8，太阳轮9固定在上段轴6-1上，行星轮10安装在固定设置的行星架13上且与太阳轮9啮合，齿圈8的内、外圆周上均设置有齿且套装在行星轮10外侧，齿圈8的内齿与行星轮10啮合，外齿与主动齿轮Ⅱ4啮合；所述输出轴组件包括圆盘11和输出轴12；输出轴12固定安装在圆盘11中心，圆盘11通过螺栓固定安装在齿圈8外侧端且保证输出轴12与从动轴6同轴；所述倒挡组件包括底座14、复位弹簧15、电磁推动座16、后退轴18和后退齿轮17；底座14设置在主动轴花键段的下段，复位弹簧15套装在主动轴花键段的主动齿轮Ⅱ3与底座14之间且将主动齿轮Ⅱ顶在刚好与齿圈8外齿啮合的位置，电磁推动座16安装在主动轴花键段的上段且在主动齿轮Ⅱ4的上方；后退轴18与主动轴2并行设置，后退齿轮17固定安装在后退轴18上，且当主动齿轮Ⅱ4在电磁推动座16的推动下向下滑动到设定位置时，后退齿轮17刚好与主动齿轮Ⅱ4啮合；所述控制器能够实时监测输出轴12的转速，并在输出轴12转速达到设定值时控制驱动电机1停机并反向旋转；所述单向轴承Ⅰ5和单向轴承Ⅱ6-2均为内圈相对于外圈顺时针方向旋转时能自由旋转，逆时针方向旋转时则内、外圈相互锁死且传递力矩的轴承。

当驱动电机顺时针旋转时，主动轴带动单向轴承Ⅰ的内圈顺时针旋转，根据单向轴承Ⅰ的特性，单向轴承Ⅰ的内圈可以自由的顺时针旋转，而不会驱动单向轴承Ⅰ外圈运转。即主动轴顺时针旋转相对于主动齿轮Ⅱ而言是完全自由的，不受任何影响。同时，主动轴带动主动齿轮Ⅰ顺时针旋转，主动齿轮Ⅰ带动从动齿轮逆时针旋转，即从动轴下段轴带动单向轴承Ⅱ的内圈逆时针旋转，根据单向轴承Ⅱ的特性，单向轴承Ⅱ的内、外圈将锁死并传递力矩，单向轴承Ⅱ的内圈将带动单向轴承Ⅱ的外圈一同逆时针旋转并传递力矩，即从动轴的上段轴和下段轴一同逆时针旋转并传递力矩，使得太阳轮与从动齿轮一同逆时针旋转并传递力矩。太阳轮带动行星轮顺时针旋转，行星轮带动齿圈顺时针旋转，固定安装在齿圈外侧端的输出轴也将顺时针旋转并传递力矩。由此，将驱动电机的转速和力矩通过二次转速和力矩的变比后，传递给输出轴。由于电机顺时针运转的传输经过二次转速和力矩的变比，转速较低、力矩较大，因此，将其视为低速挡。需要说明的是，由于齿圈的外齿与主动齿轮Ⅱ啮合，行星轮带动的齿圈的顺时针旋转，会同时带动主动齿轮Ⅱ逆时针旋转，而主动齿轮Ⅱ的逆时针旋转即为单向轴承Ⅰ外圈的逆时针旋转，单向轴承Ⅰ外圈的逆时针旋转相当于单向轴承Ⅰ内圈的顺时针旋转。根据单向轴承Ⅰ的特性，内圈的顺时针旋转是完全自由的，不会对其他部件的运转造成影响。另外，通过主动齿轮Ⅰ和从动齿轮的直径的选择，可以确定一级转速和力矩的变比；通过太阳轮、行星轮和齿圈的直径的选择，可以确定二级转速和力矩的变比，经过二级转速和力矩的变比，完全可以满足低速挡输出轴低转速、高载荷的需求。显然，在1∶1至1∶10的范围内选择主动齿轮Ⅰ与从动齿轮的直径比，或者行星轮与齿圈内圆直径比都是可行的，其目的都是实现采用较小功率的驱动电机，实现较大的力矩输出。

当驱动电机逆时针旋转时，主动轴带动主动齿轮Ⅰ逆时针旋转，主动齿轮Ⅰ带动从动齿轮顺时针旋转，从而带动从动轴下段轴顺时针旋转，即带动单向轴承Ⅱ内圈顺时针旋转。根据单向轴承Ⅱ的特性，单向轴承Ⅱ的内圈可以自由旋转而不会驱动行星齿轮做任何运转。同时，主动轴带动单向轴承Ⅰ内圈逆时针旋转，根据单向轴承Ⅰ的特性，单向轴承Ⅰ的内圈和外圈将锁死并传递力矩，单向轴承Ⅰ的内圈和外圈将同步逆时针旋转并传递力矩，即主动轴带动主动齿轮Ⅱ逆时针旋转并传递力矩，主动齿轮Ⅱ通过齿圈的外齿带动齿圈顺时针旋转并传递力矩，固定安装在齿圈外侧端的输出轴也将顺时针旋转并传递力矩。由此，将驱动电机的转速和力矩通过一次转速和力矩的变比后，传递给输出轴。由于电机逆时针运转的传输只经过一次转速和力矩的变比，使得转速较高、力矩适度，因此，将其视为高速挡。需要说明的是，由于齿圈内齿与行星轮啮合，主动齿轮Ⅱ带动的齿圈的顺时针旋转，会同时带动行星轮顺时针旋转，行星轮带动太阳轮逆时针旋转，太阳轮带动单向轴承Ⅱ的外圈逆时针旋转，单向轴承Ⅱ外圈的逆时针旋转相当于单向轴承Ⅱ内圈的顺时针旋转。根据单向轴承Ⅱ的特性，内圈的顺时针旋转是完全自由的，不会对其他部件的运转造成影响。另外，通过主动齿轮Ⅰ和齿圈的直径的选择，可以确定转速和力矩的变比，经过转速和力矩的变比，完全可以满足高速挡输出轴转速较高、力矩适度的需求。显然，在1∶1至1∶10的范围内选择主动齿轮Ⅱ与齿圈外圆的直径比都是可行的，其目的都是实现采用较低转速的驱动电机，实现较高速度的运行。

当然，由于齿圈即是低速挡的输出，又是高速挡的输出，且内、外齿分别与行星轮和主动齿轮Ⅱ啮合，齿圈的直径同时影响主动齿轮Ⅱ与齿圈外圆的直径比和行星轮与齿圈内圆直径比，因此。选择时需要综合考虑两个比值之间的相互影响，以及对整个变速器性能的影响。

本实用新型电动机动车自适应可倒挡机械变速器的高、低速挡的转变，本质上仍然是齿轮和机构配对的转变，因此，仍然属于机械变速，仍然具有机械变速能同时改变转速和力矩的特点。同时，由于本实用新型电动机动车自适应可倒挡机械变速器的高、低速挡的转变，实际上就是驱动电机正、反转的转变，因此，完全可以采用电路控制实现高、低速挡的转变。本实用新型电动机动车自适应可倒挡机械变速器的控制器能够实时监测输出轴的转速，并在输出轴达到设定转速时控制驱动电机停机并反向旋转。当机动车起步或者从低速向高速行驶时，控制器控制驱动电机顺时针旋转，此时处于低速挡，即转速较低、力矩较大，使得机动车能平稳的起步或加速，且不需要驱动电机输出较大的功率，即不需要驱动电机有较大的额定功率。随着机动车的加速，控制器将监测到输出轴转速提高到设定值，控制器将关闭驱动电机的电源，并在设定时间后控制驱动电机逆时针旋转。此时处于高速挡，即转速较高、力矩适度，使得机动车能以较快的速度行使，且不需要驱动电机也以较快的速度运转，即不需要驱动电机具有较高的额定转速。当机动车在高速行驶中需要降低速度或者处于上坡时，机动车将从高速转变为低速，随着机动车速度的降低，控制器将监测到输出轴转速降低到设定值，控制器将关闭驱动电机的电源，并在设定时间后控制驱动电机顺时针旋转，此时处于低速挡，即转速较低、力矩较大，将有利于机动车减速或爬坡。

另外，当机动车需要倒车时，需机动车将处于停止状态，即驱动电机将处于静止状态，此时，操纵机动车倒车机构，电磁推动座将主动齿轮Ⅱ推到设定位置，主动齿轮Ⅱ与后退齿轮啮合，带动后退轴运转，从而实现倒车。机动车后退到位后，再次操纵机动车倒车机构，电磁推动座失去推力，复位弹簧将主动齿轮Ⅱ推到设定位置，主动齿轮Ⅱ与齿圈外齿啮合，机动车将处于前行状态。

本实用新型电动机动车自适应可倒挡机械变速器的有益技术效果是能够根据电动机动车的行驶速度，自动调节到高速挡或低速挡，使得驱动电机能在较低输出功率的情况下，通过低速挡的转速和力矩的变比，驱动较大的负荷；同时，在驱动电机以较低转速运行的情况下，通过高速挡的转速和力矩的变比，整车行驶更快。明显降低了对蓄电池、电控制系统和驱动电机的能力或功率等要求，有效降低了整车的制造成本和制造难度。另外，还以较为简单的方式实现了倒挡。

Claims (4)

1.一种电动机动车自适应可倒挡机械变速器，其特征在于，该变速器包括主动组件、从动组件、输出组件、倒挡组件和控制器；所述主动组件包括驱动电机、主动轴、主动齿轮Ⅰ、主动齿轮Ⅱ和单向轴承Ⅰ；主动轴与驱动电机的输出轴相连接，主动齿轮Ⅰ和主动齿轮Ⅱ并列安装在主动轴上，其中，主动齿轮Ⅰ固定安装在主动轴圆柱段，主动齿轮Ⅱ通过单向轴承Ⅰ轴向滑动安装在主动轴花键段；所述从动组件包括从动轴、从动齿轮和行星轮组；所述从动轴包括下段轴、上段轴和单向轴承Ⅱ，下段轴直接固定安装在单向轴承Ⅱ的内圈内，上段轴的一个端头设置有内径与单向轴承Ⅱ外圈外径相匹配的圆形内空台阶，单向轴承Ⅱ的外圈固定套装在该圆形内空台阶内，使得下段轴和上段轴连接成一根整轴且保证下段轴、上段轴和单向轴承Ⅱ的轴线在同一直线上；所述从动齿轮固定在下段轴上且与主动齿轮Ⅰ啮合；所述行星轮组包括太阳轮、行星轮、行星架和齿圈，太阳轮固定在上段轴上，行星轮安装在固定设置的行星架上且与太阳轮啮合，齿圈的内、外圆周上均设置有齿且套装在行星轮外侧，齿圈的内齿与行星轮啮合，外齿与主动齿轮Ⅱ啮合；所述输出轴组件包括圆盘和输出轴；输出轴固定安装在圆盘中心，圆盘通过螺栓固定安装在齿圈外侧端且保证输出轴与从动轴同轴；所述倒挡组件包括底座、复位弹簧、电磁推动座、后退轴和后退齿轮；底座设置在主动轴花键段的下段，复位弹簧套装在主动轴花键段的主动齿轮Ⅱ与底座之间且将主动齿轮Ⅱ顶在刚好与齿圈外齿啮合的位置，电磁推动座安装在主动轴花键段的上段且在主动齿轮Ⅱ的上方；后退轴与主动轴并行设置，后退齿轮固定安装在后退轴上，且当主动齿轮Ⅱ在电磁推动座的推动下向下滑动到设定位置时，后退齿轮刚好与主动齿轮Ⅱ啮合；所述控制器能够实时监测输出轴的转速，并在输出轴转速达到设定值时控制驱动电机停机并反向旋转；所述单向轴承Ⅰ和单向轴承Ⅱ均为内圈相对于外圈顺时针方向旋转时能自由旋转，逆时针方向旋转时则内、外圈相互锁死且传递力矩的轴承。

2.根据权利要求1所述电动机动车自适应可倒挡机械变速器，其特征在于，主动齿轮Ⅰ与从动齿轮的直径比为1∶1至1∶10。

3.根据权利要求1所述电动机动车自适应可倒挡机械变速器，其特征在于，主动齿轮Ⅱ与齿圈外圆的直径比为1∶1至1∶10。

4.根据权利要求1所述电动机动车自适应可倒挡机械变速器，其特征在于，行星轮与齿圈内圆的直径比为1∶1至1∶10。

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