CN213973547U - 电力传动系及使用该电力传动系的电动车辆 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种用于电动车辆的电力传动系及使用该电力传动系的电动车辆，包括：固定到车辆底盘(105)的电池单元(100)、电动机单元(102)和电动机控制单元(101)，电动机控制单元(101)和电动机单元(102)将来自电池单元(100)的电能转换为机械能；以及支撑车辆底盘(105)的驱动桥单元(110)。在本实用新型中，电动机单元(102)放置在托架构件(2)中，并且借助于耦合联接件(103)直接联接到驱动桥单元(110)。将本实用新型的电力传动系应用于大型电动车辆，能够省略变速器，从而简化车辆的生产工艺、降低车辆的制造成本。

Description

电力传动系及使用该电力传动系的电动车辆
技术领域
本实用新型涉及一种电力传动系，更具体地说，涉及一种用于电动车辆、尤其是叉车的电力传动系布置。本实用新型还涉及一种使用上述电力传动系的电动车辆
背景技术
图1以简略框图的形式示出了一种用于传统的燃油车辆的传动系布置。该传动系主要用于越野车、叉车等大型车辆，但并不局限于此。传动系由作为动力源的发动机单元200、变速器单元201和驱动桥单元110组成。发动机单元200利用柴油作为能源，将产生的机械动力传递到变速器单元201。变速器单元201将该动力先传递到驱动桥单元110，再传递到车轮104，并根据车辆要求提供不同的速度以供用户选择。驱动桥单元110包括差速器单元111和两组作为终极驱动器的行星齿轮组件112。变速器单元201和驱动桥单元110通过驱动轴202相互连接。发动机单元200和变速器单元201通常固定在车辆底盘105上，驱动桥单元110在结构上支撑车辆底盘105以充当车辆的结构部件。
带引擎的车辆会排放诸如二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)等气体，对环境造成污染。为此，诸如电动车辆等新能源车辆开始趋于替代传统的燃油车辆。
图2以简略框图的形式示出了一种用于电动车辆的电力传动系的典型布置。除了用于传统燃油车辆的驱动桥单元110以外，该电力传动系还包括电池单元100、变速器单元201、驱动轴202、电动机单元101和电动机控制单元102。电力是存储在电池单元100中的能源，电动机单元101将电能转换为机械能，该机械能通过变速器单元201、驱动轴202和驱动桥单元110传递到车轮104。由于电动车辆不使用传统燃油作为驱动源，也不排放任何气体，因此不会对环境产生不利影响，被称为零排放车辆。
图3是图2中所示的电力传动系的俯视图和侧视图。图3中可以清楚地看到，该电力传动系配备有电动机单元102和驱动桥单元110。电动机单元102连同电池单元100和电动机控制单元101一起固定到车辆底盘105。来自电动机单元102的动力通过驱动轴202传递到驱动桥单元110。驱动轴202通常采用万向节连接，以一定的倾角轻松地传递动力。驱动桥单元110则在结构上支撑车辆底盘105。
图2和3中所示的电力传动系使用驱动轴202，因此需要占用更多空间以将其容纳在车辆上。目前市场上存在大量采用具有上述传统结构的电力传动系的电动车辆。例如，在由比亚迪股份有限公司于2015年12月31日提交的中国专利申请CN105966230A中，公开了一种电驱动桥总成及具有该电驱动桥总成的车辆。该电驱动桥总成包括：电动力总成和桥壳总成，电动力总成包括电动机、变速器和差速器，变速器具有变速器壳体，电动机固定在变速器壳体上，差速器支承在变速器壳体上；桥壳总成包括桥壳组件和两个半轴，两个半轴和差速器均位于桥壳组件内，变速器壳体固定在桥壳组件上。
另外，在诸如由东风德纳车桥有限公司提交的PCT国际申请WO2019042386A1和WO2019042387A1中也提出了具有类似构造的电力传动系。
然而，采用上述电力传动系的电动车辆，由于需要装配的部件数量多于传统燃油车辆，而且电池重量问题长期难以解决，因此其车身整体重量居高不下，严重影响了车辆使用过程中的经济性。
因此，目前需要对电动车辆的电力传动系布置进行改进，以降低其自身整体重量，改善行驶过程中的经济性问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种改进型电力传动系以及使用该电力传动系的电动车辆，该电力传动系能够在无需变速器的情况下正常作业，大大增加了电动车辆在行驶过程中的经济性。
根据本实用新型的第一方面涉及一种用于电动车辆的电力传动系，包括：
固定到车辆底盘的电池单元、电动机单元和电动机控制单元，电动机控制单元和电动机单元将来自电池单元的电能转换为机械能；以及
支撑车辆底盘的驱动桥单元，
该电力传动系的特征在于，电动机单元放置在托架构件中，并且借助于耦合联接件直接联接到驱动桥单元。
在一个实施例中，托架构件可以较佳地包括：托架主体，托架主体上放置有电动机单元；以及底部保护盖，底部保护盖位于托架主体底部，并且其中，托架构件固定到耦合联接件和/或驱动桥单元。
在另一个实施例中，耦合联接件可以较佳地包括：设置于电动机单元并面对驱动桥单元的电动机侧联轴器；面向电动机侧联轴器的车桥侧联轴器；以及设置在电动机侧联轴器与车桥侧联轴器之间的星形轮。
电动机侧联轴器可以更佳地具有第一爪部，车桥侧联轴器可以具有第二爪部，第一爪部和第二爪部彼此面对。
星形轮、电动机侧联轴器的第一爪部和车桥侧联轴器的第二爪部中的至少一个可以最佳地由柔性材料制成。
此外，上述耦合联接件还可以包括驻车制动器和驻车制动盘，车桥侧联轴器和驻车制动器分别联接到驻车制动盘的两侧，其中车桥侧联轴器联接到驻车制动盘的面向电动机侧联轴器的一侧，而驻车制动器联接到驻车制动盘的面向驱动桥单元的一侧。
在再一个实施例中，驱动桥单元可以较佳地包括：差速器单元；一对行星齿轮组件，该对行星齿轮组件分别位于差速器单元的两侧；桥壳，桥壳分别固定差速器单元和行星齿轮组件；以及桥轴，桥轴将差速器单元和行星齿轮组件联接在一起。
差速器单元可以更佳地包括冠齿轮-小齿轮、差速器和承载壳体，冠齿轮固定差速器，小齿轮支撑在承载壳体上，使得差速器单元安装在桥壳上。
可以最佳地更改冠齿轮与小齿轮的传动比以实现各种传动系传动比。
在又一个实施例中，行星齿轮组件较佳地包括行星减速组件，行星减速组件包括：位于中心的太阳齿轮，太阳齿轮接收来自桥轴的动力；围绕太阳齿轮布置的行星齿轮，行星齿轮接收来自太阳齿轮的动力并将动力传递至电动车辆的车轮。
根据本实用新型的第二方面涉及一种电动车辆，该使用如第一方面所述的电力传动系。
采用根据本实用新型的电力传动系，可以获得以下优点：
(i)将本实用新型的电力传动系应用于大型电动车辆，能够省略变速器，从而简化车辆的生产工艺、降低车辆的制造成本。
(ii)由于取消了安装在车桥上的电动机，因此还能够省略两者之间的驱动轴，使得传动系的设计更加紧凑，并节省了车辆底盘上的空间。
(iii)在诸如叉车应用中，通过将电动机直接安装在驱动桥上能够增加车辆的空间。同时，将电池组放置在后部空间中作为配重，可以节约当前的配重空间并优化了车辆底盘的布局。
附图说明
为了进一步说明本实用新型的用于电动车辆的电力传动系的结构，下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明，其中：
图1是一种用于传统的燃油车辆的传动系的结构框图；
图2是一种用于电动车辆的电力传动系的结构框图；
图3示出了从上方和侧面看到的图2中所示的电力传动系；
图4是根据本实用新型的用于电动车辆的电力传动系的结构框图；
图5是图4所示的电力传动系的立体分解图；
图6是图5所示的电力驱动系的截面图；
图7是放置电动机单元用的托架构件的横截面图；以及
图8是图5所示的电力驱动系的侧视图，其中联接托架构件与驱动桥单元的耦合联接件被局部剖切开。
附图标记
1 电动机耦合总成
2 托架构件
3 驱动桥
4 电池组
5 电动机控制器
6 相电缆
7 直流电缆
8 驻车制动器
9 驻车制动盘
10 星形轮
11 车桥侧联轴器
12 电动机
13 电动机安装支架
14 螺钉
15 电动机侧联轴器
16 电动机输出轴
17 螺母
18 螺栓
19 输入法兰
20、21 螺栓-螺母连接件
22 托架主体
23 底部保护盖
24、25 螺栓-螺母连接件
26 螺栓
27、28 螺栓-螺母连接件
29 差速器承载总成
30 轮端组件
31 桥壳
32 桥轴
33 冠齿轮
34 小齿轮
35 差速器
36 承载壳体
37 螺栓
38A、38B 圆锥滚子轴承
39、40 螺栓
41 行车制动器总成
42 主轴
43、44 圆锥滚子轴承
45 轮毂
46 行星减速组件
47 车轮螺柱
48、49 螺栓
50 行星承载壳体
51 齿圈组件
52 太阳齿轮
53 行星齿轮
54 滚针
55 行星销
56 主轴螺母
57 锁板
58 螺栓
100 电池单元
101 电动机控制单元
102 电动机单元
103 耦合联接件
104 车轮
105 车辆底盘
110 驱动桥单元
111 差速器单元
112 行星齿轮组件
200 发动机单元
201 变速器单元
202 驱动轴
具体实施方式
下面结合附图说明本实用新型的用于电动车辆的电力传动系的结构及其技术效果，其中，相同的部件由相同的附图标记进行标示。
应当明确，本说明书所描述的较佳实施例仅仅涵盖本专利申请的一部分实施例，而非全部实施例。基于说明书中记载的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
在本说明书的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“联接”和“连接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接联接，也可以通过中间媒介间接联接；可以利用焊接、胶合等手段直接安装，也可以借助于各类连接件进行安装。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
图4以简略框图的形式示出了根据本实用新型的用于电动车辆的电力传动系布置。
电力传动系包括固定到车辆底盘105的电池单元100、电动机单元102和电动机控制单元101，以及支撑车辆底盘105的驱动桥单元110。类似于现有技术，电池单元100是电动汽车的电源，并且向电动机控制单元101提供直流电。电动机控制单元101将来自电池单元100的直流电转换为交流电，并且对电动机单元102进行控制。
本实施例不同于现有技术的是：电动机单元102放置在托架构件2中，并且借助于耦合联接件103直接联接到驱动桥单元110。换句话说，本实施例借助于托架构件2和耦合联接件103，致使电动机单元102在既不需要变速器单元201、也不需要将电动机单元102连接到驱动桥单元110的驱动轴202的情况下直接联接到驱动桥单元110，从而将来自电动机单元102的动力直接传递到驱动桥单元110。驱动桥单元110包括差速器单元111以及位于差速器单元111两侧的两个行星齿轮组件112组成，其结构将在下文中予以详细描述。
图5以分解示意图的形式示出了图4所示的电力传动系，图6是图5所示的电力驱动系的截面图。
位于图5最右侧的是提供能量来源的电池单元100，可以看到电池单元100主要由电池组4构成。所谓“电池组”是指包括一个或多个电池单体以提供更高的电压和容量的单一的物理模块。电池组可以包括电池模块或电池包等，也可以包括用于封装一个或多个电池单体的箱体。
根据车辆的类型和应用环境，电池单体可以包括锂离子一次电池、锂离子二次电池、锂硫电池、钠锂离子电池、钠离子电池或镁离子电池等。根据电池单体的形状，电池单体可以呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等。根据电池单体的封装方式，电池单体可以包括柱形电池单体、方体方形电池单体和软包电池单体。本申请实施例对于以上各方面均不作任何限制。
在本实施例中，电池单元100的左侧依次为电动机单元102、电动机控制单元101、耦合联接件103和驱动桥组件110。
电动机单元102由单个直流电动机12构成，其构造对于本领域的普通技术人员来说是公知的，此次不再赘述。但需要指出的是，适用于本实用新型的其它类型的电动机也应当落入本实用新型的保护范围内。
电动机控制单元101用于控制电动机单元102，其包括电动机控制器5、与电动机12电气连接并传输电动机12的控制指令的相电缆6以及与电池组4连接以传输来自电池组4的电能的直流电缆7。电动机控制器5还能够为电动车辆的其它单元提供辅助动力，例如液压泵、转向系统等。
电池组4和电动机控制器5可以直接安装在车辆底盘105(参见图3)上。或者，电动机控制器5也可以通过诸如支架、螺栓和隔离器之类的安装构件安装到电动机12上。
耦合联接件103将电动机单元102直接联接到驱动桥单元110。耦合联接件103由设置于电动机12的电动机耦合总成1、设置于驱动桥单元110的车桥侧联轴总成以及设置在电动机耦合总成1与车桥侧联轴总成之间的星形轮10构成。
如图5所示，电动机耦合总成1包括用于安装电动机12的电动机安装支架13、借助于设置在电动机安装支架13上的螺孔紧固电动机12用的螺钉14和设置成面对驱动桥单元110的电动机侧联轴器15。利用螺钉14将电动机安装支架13固定在电动机12的两侧。如图6中更清楚地所示，电动机侧联轴器15借助诸如花键接头和螺母17联接到电动机输出轴16。
车桥侧联轴总成包括驻车制动器8、驻车制动盘9和车桥侧联轴器11。驻车制动盘9呈大致盘状，车桥侧联轴器11和驻车制动器8借助螺栓18分别联接到驻车制动盘9的两侧，其中车桥侧联轴器11联接到驻车制动盘9的面向电动机侧联轴器15的一侧，而驻车制动器8联接到驻车制动盘9的面向驱动桥单元110的一侧。驻车制动器8又借助螺栓26固定到托架构件2。如图6中更清楚地所示，车桥侧联轴总成通过螺栓-螺母连接件(20和21)联接到驱动桥单元110的输入法兰19。
电动机侧联轴器15具有第一爪部，车桥侧联轴器11具有第二爪部，第一爪部和第二爪部彼此面对。星形轮10卡合在第一爪部和第二爪部之间并使电动机侧联轴器15和车桥侧联轴器11相互联接。
第一爪部和第二爪部中的至少一个由柔性材料制成，并且星形轮10较佳地由柔性材料或合成材料制成，以便在动态条件下吸收冲击载荷和/或扭转振动，并且有效地抑制噪音。此外，在电动机12与驱动桥3未能对准的情况下，星形轮10与两个爪部之间的柔性联接能够补偿前述未对准中的一部分甚至全部。
柔性爪式联轴器的使用能够对驱动器连接失效进行保护，即使在各联轴总成发生故障的情况下，驱动轴仍可以通过联轴器的相互联接的爪部继续驱动一段时间。
驱动桥单元110的具体构造将结合图6进行描述。
驱动桥单元110即驱动桥3，包括：差速器单元111；一对行星齿轮组件112，该对行星齿轮组件112分别位于差速器单元111的两侧；桥壳31，桥壳31用于分别固定差速器单元111和行星齿轮组件112；以及桥轴32，桥轴32将差速器单元111和行星齿轮组件112联接在一起。
差速器单元111即差速器承载总成29，其包括冠齿轮-小齿轮(33和34)、差速器35、承载壳体36和输入法兰19。冠齿轮33通过螺栓37对差速器35进行固定，小齿轮34由圆锥滚子轴承(38A和38B)支撑在承载壳体36上，由此使得差速器承载总成29通过螺栓39安装在桥壳31上。通过更改冠齿轮-小齿轮(33和34)的传动比能够实现各种不同的传动系传动比。
行星齿轮组件112即轮端组件30，其包括与桥壳31相连的行车制动器总成41、穿过轮端组件30的主轴42、圆锥滚子轴承(43和44)、轮毂45、行星减速组件46和车轮螺柱47。主轴42是支撑轮毂45和行星减速组件46的结构构件，行车制动器总成41是一种液冷盘式制动器，主轴42和行车制动器总成41借助螺栓48与桥壳31一起固定。轮毂45由圆锥滚子轴承(43和44)支撑，并通过螺栓49联接到行星减速组件46。行星减速组件46包括行星承载壳体50、齿圈组件51、位于行星减速组件46中心的太阳齿轮52、围绕太阳齿轮52布置的行星齿轮53、滚针54和行星销55。齿圈组件51通过花键连接和主轴螺母56联接到主轴42外端。行星销55通过锁板57和螺栓58与行星承载壳体50一起固定，滚针54充当行星齿轮53的轴承。
桥轴32通过诸如花键连接与行星齿轮组件112的太阳齿轮52和差速器单元111的差速器35联接。
桥壳31是主要结构部件，分别通过螺栓(39和48)支撑差速器承载总成29和轮端组件30。
根据上述介绍可知，动力在根据本实用新型的电力传动系中传递的过程大致如下：
电动机单元102和电动机控制单元101接收来自电池单元100的电力，并且将电力转换为机械动力，并通过具有柔性爪部的电动机侧联轴器15和车桥侧联轴器11以及位于两者之间的星形轮10将机械动力传递到驱动桥单元110的输入法兰19。输入法兰19再将动力传递到小齿轮34，小齿轮34通过冠齿轮33将动力传递到差速器35。差速器35分配动力并将其传递至驱动桥3两侧的桥轴32。桥轴32将动力传递至行星减速组件46的太阳齿轮52，太阳齿轮52进一步将动力传递到行星齿轮53。行星齿轮53分别通过行星销55和行星承载壳体50将动力传递至轮毂45并由此传递至车轮104。
图7是托架构件的横截面图，图8是图5所示的电力驱动系的侧视图。可以看到，托架构件2包括其上坐落有电动机12的托架主体22和位于托架主体22底部的底部保护盖23。托架构件2是由市场上可买到的标准板材和角钢制成的装配零件，其构造以降低材料成本为宜。底部保护盖23借助螺栓24和螺母25固定在托架主体22底部。如果电动机安装支架13的螺栓连接失效或松动，在紧急情况下，底部保护盖23也可以作为电动机12的临时支撑。此外，底部保护盖23通过在电动机12底部提供保护，还能够起到保护电动机12免受道路杂物侵害的作用。
此外，托架构件2还具有通过诸如螺栓27和螺母28固定到耦合联接件103的电动机耦合总成1和/或驱动桥单元110的差速器承载总成29的设计。如图8所示，差速器承载总成29的承载壳体36形成有若干个螺纹孔，托架构件2借助于螺栓40安装到承载壳体36。
托架构件2的优点在于：借助该托架构件2，能够将电动机12直接安装到驱动桥3，因此无需使用驱动轴202将动力从电动机12传递到驱动桥3。
由板材和角钢制成的托架构件2，不仅成本低廉、结构紧凑而坚固，而且能够防止电动机12受到外部负载并减小电动机12的振动，从而延长电动车辆的使用寿命。
根据本实用新型的托架构件可以在本领域的范围内基于电动机的维护便利性以及联轴器和驻车制动器的活动性进行设计，以提供更多的优点。例如，采用标准化设计的角度以节约托架结构的成本、开放式结构设计能够在不影响结构强度和移置参数的情况下便于拆装及维护电动机等等。
虽然以上结合了较佳实施例对本实用新型的结构和工作原理进行了说明，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，上述示例仅是用来说明的，而不能作为对本实用新型的限制。例如，可以用其它类型的连接件和/或紧固件来代替本申请的螺栓和螺母等等。因此，可以在权利要求书的实质精神范围内对本实用新型进行修改和变型，这些修改和变型都将落在本实用新型的权利要求书所要求的范围之内。

Claims (11)

1.一种用于电动车辆的电力传动系，包括：
固定到车辆底盘(105)的电池单元(100)、电动机单元(102)和电动机控制单元(101)，所述电动机控制单元(101)和所述电动机单元(102)将来自所述电池单元(100)的电能转换为机械能；以及
支撑所述车辆底盘(105)的驱动桥单元(110)，
其特征在于，
所述电动机单元(102)放置在托架构件(2)中，并且借助于耦合联接件(103)直接联接到所述驱动桥单元(110)。
2.如权利要求1所述的电力传动系，其特征在于，所述托架构件(2)包括：
托架主体(22)，所述托架主体(22)上放置有所述电动机单元(102)；以及
底部保护盖(23)，所述底部保护盖(23)位于所述托架主体(22)底部，并且
其中，所述托架构件(2)固定到所述耦合联接件(103)和/或所述驱动桥单元(110)。
3.如权利要求1所述的电力传动系，其特征在于，所述耦合联接件(103)包括：
设置于电动机单元(102)并面对所述驱动桥单元(110)的电动机侧联轴器(15)；
面向所述电动机侧联轴器(15)的车桥侧联轴器(11)；以及
设置在所述电动机侧联轴器(15)与所述车桥侧联轴器(11)之间的星形轮(10)。
4.如权利要求3所述的电力传动系，其特征在于，所述电动机侧联轴器(15)具有第一爪部，所述车桥侧联轴器(11)具有第二爪部，所述第一爪部和所述第二爪部彼此面对。
5.如权利要求4所述的电力传动系，其特征在于，所述星形轮(10)、所述电动机侧联轴器(15)的所述第一爪部和所述车桥侧联轴器(11)的第二爪部中的至少一个由柔性材料制成。
6.如权利要求3所述的电力传动系，其特征在于，还包括驻车制动器(8)和驻车制动盘(9)，所述车桥侧联轴器(11)和所述驻车制动器(8)分别联接到所述驻车制动盘(9)的两侧，其中，所述车桥侧联轴器(11)联接到所述驻车制动盘(9)的面向所述电动机侧联轴器(15)的一侧，而所述驻车制动器(8)联接到所述驻车制动盘(9)的面向所述驱动桥单元(110)的一侧。
7.如权利要求1所述的电力传动系，其特征在于，所述驱动桥单元(110)包括：
差速器单元(111)；
一对行星齿轮组件(112)，该对行星齿轮组件(112)分别位于所述差速器单元(111)的两侧；
桥壳(31)，所述桥壳(31)分别固定所述差速器单元(111)和所述行星齿轮组件(112)；以及
桥轴(32)，所述桥轴(32)将所述差速器单元(111)和所述行星齿轮组件(112)联接在一起。
8.如权利要求7所述的电力传动系，其特征在于，所述差速器单元(111)包括冠齿轮-小齿轮(33、34)、差速器(35)和承载壳体(36)，所述冠齿轮(33)固定所述差速器(35)，所述小齿轮(34)支撑在所述承载壳体(36)上，使得所述差速器单元(111)安装在所述桥壳(31)上。
9.如权利要求8所述的电力传动系，其特征在于，更改所述冠齿轮(33)与所述小齿轮(34)的传动比以实现各种传动系传动比。
10.如权利要求7所述的电力传动系，其特征在于，所述行星齿轮组件(112)包括行星减速组件(46)，所述行星减速组件(46)包括：
位于中心的太阳齿轮(52)，所述太阳齿轮(52)接收来自所述桥轴(32)的动力；
围绕所述太阳齿轮(52)布置的行星齿轮(53)，所述行星齿轮(53)接收来自所述太阳齿轮(52)的动力并将动力传递至所述电动车辆的车轮(104)。
11.一种电动车辆，使用如权利要求1至10中任一项所述的电力传动系。
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