CN215763090U - 一种双驱动耦合无级变速机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双驱动耦合无级变速机构，属于无级变速器技术领域，包括第一行星排、第二行星排和单向止动器，第一齿圈与所述第二行星架连接，第一行星架与所述第二齿圈连接，第一行星排的一侧通过连接第一输入轴连接着第一驱动件，第二行星排的同一侧通过第二输入轴连接着第二驱动件，第一驱动件安装在第二驱动件的一侧，第二行星排设置于第二驱动件的另一侧。本实用新型的双驱动耦合无级变速机构将第一驱动件和第二驱动件设置于本无极变速机构的同一侧，将输出部件设置于本变速机构的另一侧，使输入和输出的位置更好的分隔，减少了输入端和输出部件会发生互相干扰的概率。

Description

一种双驱动耦合无级变速机构

技术领域

本实用新型涉及无级变速器技术领域，特别是一种双驱动耦合无级变速机构。

背景技术

随着社会对环保的要求越来越高，电动车技术成了各大车企的主流研究方向。目前电动车多采用固定速比的减速器，虽然可以选用大速比的减速器来满足车辆起步爬坡时候的动力需求，但是大速比限制车辆无法达到较高的最大车速，这也是市场上电动车最高车速普遍低于燃油车最高车速的原因。为了兼顾车辆的最高车速和爬坡能力，很多车企已经开始在电动车上安装AMT变速器，但是AMT变速器从原理上属于有级变速，先天存在换挡顿挫，有动力中断的问题；AMT变速器的传动比范围受制于挡位设置，应用在重型车上面，为了扩大传动比范围，需要设置非常多的挡位，换挡过程慢，操作复杂，导致很多大车司机不愿意踩刹车；AMT变速器换挡过程依赖复杂的控制策略，很难把握准确的换挡时机，存在能耗高、效率低的问题；AMT变速器的结构复杂，制造成本高，维修困难。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述问题，设计了一种双驱动耦合无级变速机构。

实现上述目的本实用新型的技术方案为，一种双驱动耦合无级变速机构，包括第一行星排、第二行星排和单向止动器，所述第一行星排上设置有第一太阳轮、第一行星架和第一齿圈，所述第二行星排上设置有第二太阳轮、第二行星架和第二齿圈，所述第一齿圈与所述第二行星架连接，所述第一行星架与所述第二齿圈连接，所述第一行星排的一侧通过第一输入轴连接着第一驱动件，所述第二行星排的同一侧通过第二输入轴连接着第二驱动件，所述第一驱动件安装在所述第二驱动件的一侧，所述第二行星排设置于所述第二驱动件的另一侧，所述第一齿圈和第二行星架的连接体上设置有单向止动器，所述第一行星架的一侧连接着输出部件。

作为对本实用新型的进一步说明，所述第二输入轴的一端与第二驱动件连接，另一端与所述第二太阳轮连接；所述第一输入轴的一端与第一驱动件连接，另一端穿过第二驱动件、第二输入轴和第二太阳轮与第一太阳轮连接。

作为对本实用新型的进一步说明，所述第一太阳轮上啮合有第一行星轮，所述第一行星轮安装在所述第一行星架上，所述第一行星轮与所述第一齿圈啮合，所述第一齿圈的内壁上设置有第一内齿。

作为对本实用新型的进一步说明，所述第二太阳轮上啮合有第二行星轮，所述第二行星轮安装在所述第二行星架上，所述第二行星轮与所述第二齿圈啮合，所述第二齿圈的内壁上设置有第一内齿。

作为对本实用新型的进一步说明，所述单向止动器用于限制所述第一齿圈和第二行星架的转动方向；所述单向止动器使所述第一齿圈和第二行星架的转动方向仅与所述第一驱动件的转向一致。

本实用新型提供的双驱动耦合无级变速机构及其变速方法，在第一太阳轮和第二太阳轮的同一侧都设置有驱动件，并对驱动件的转速和转向进行调整，通过第一行星排、第二行星排和单向止动器之间的配合实现输出部件无级变速，该机构具有传动效率高、输出扭矩大、无动力中断、结构简单可靠、制造成本低、维修容易及调速简单方便等优点，另外，将第一驱动件和第二驱动件设置于本无极变速机构的同一侧，将输出部件设置于本变速机构的另一侧，使输入和输出的位置能做到更好的分隔，减少了输入端和输出部件会发生互相干扰的概率，且第一输入轴是穿过第二输入轴和第二驱动件与第一驱动件连接的，这样的设计可以极大的提升空间的利用率，使整个动力设备在排布和空间占用率上更加合理。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的双驱动耦合无级变速机构的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的第一行星排的转速矢量图；

图3是本实用新型实施例提供的第二行星排的转速矢量图；

图4是本实用新型实施例提供的将图1和图2合并的第一行星排和第二行星排的转速矢量图；

图5是起步工况1下本实用新型实施例提供的转速矢量图；

图6是起步工况2下本实用新型实施例提供的转速矢量图；

图7是起步工况第一驱动件和第二驱动件的转速控制不准确或者控制失效情况下本实用新型实施例提供的转速矢量图；

图8是加减速工况1下本实用新型实施例提供的转速矢量图；

图9是加减速工况2下本实用新型实施例提供的转速矢量图；

图10是倒车工况下本实用新型实施例提供的转速矢量图；

图11是第一驱动件失效、第二驱动件正常工作情况下本实用新型实施例提供的转速矢量图；

图12是第二驱动件失效、第一驱动件正常工作情况下本实用新型实施例提供的转速矢量图；

图13是第一驱动件、第二驱动件和输出部件在起步和加速的过程中本实用新型实施例提供的转速曲线图。

附图标记：

1-第一行星排，101-第一太阳轮，102-第一行星架，103-第一齿圈，2-第二行星排，201-第二太阳轮，202-第二行星架，203-第二齿圈，3-单向止动器，4-第一输入轴，5-第二输入轴，6-输出部件。

具体实施方式

首先我们先要说明我们申报本实用新型的目的，我们是为了解决AMT变速器先天存在换挡顿挫，有动力中断的问题；AMT变速器的传动比范围受制于挡位设置，应用在重型车上面，为了扩大传动比范围，需要设置非常多的挡位，换挡过程慢，操作复杂，导致很多大车司机不愿意踩刹车的原因；AMT变速器换挡过程依赖复杂的控制策略，很难把握准确的换挡时机，存在能耗高、效率低的问题；AMT变速器的结构复杂，制造成本高，维修困难等现有问题，故提出了一种双驱动耦合无级变速机构来解决现有存在的问题。

下面结合附图对本实用新型进行具体描述，我们先来介绍一下本实用新型的具体结构，如图1所示，一种双驱动耦合无级变速机构，包括第一行星排1、第二行星排2和单向止动器3，第一行星排1上设置有第一太阳轮101、第一行星架102和第一齿圈103，第二行星排2上设置有第二太阳轮201、第二行星架202和第二齿圈203，第一齿圈103与第二行星架202连接，第一行星架102与第二齿圈203连接，第一行星排1的一侧通过第一输入轴4连接着第一驱动件，第二行星排2的同一侧通过第二输入轴5连接着第二驱动件，第一驱动件安装在第二驱动件的一侧，第二行星排2设置于第二驱动件的另一侧，第一齿圈103和第二行星架202的连接体上设置有单向止动器3，第一行星架102的一侧连接着输出部件6。

参见图1，所述第二输入轴的一端与第二驱动件连接，另一端与所述第二太阳轮连接；所述第一输入轴的一端与第一驱动件连接，另一端穿过第二驱动件、第二输入轴和第二太阳轮与第一太阳轮连接。

参见图1，第一太阳轮101上啮合有第一行星轮，第一行星轮安装在第一行星架102上，第一行星轮与第一齿圈103啮合，第一齿圈103的内壁上设置有第一内齿。

参见图1，第二太阳轮201上啮合有第二行星轮，第二行星轮安装在第二行星架202上，第二行星轮与第二齿圈203啮合，第二齿圈203的内壁上设置有第一内齿。

参见图1，单向止动器3用于限制第一齿圈103和第二行星架202的转动方向；单向止动器3使第一齿圈103和第二行星架202的转动方向仅与第一驱动件的转向一致。

下面我们需要结合本实用新型的具体结构说明一种基于电动车无级变速机构的变速方法。

根据行星齿轮的基本原理，太阳轮、齿圈和行星架三个构件，任意其中两个构件的转速确定，另外一个构件的转速也是确定的，并且他们的转速关系根据太阳轮齿数和齿圈齿数成相应的比例关系。

设定第一太阳轮101的齿数为Z₁,第一齿圈103的齿数为Z₂；第二太阳轮201的齿数为Z₃,第二齿圈203的齿数为Z₄。

设定第一驱动件的转速和第一太阳轮101转速为N₁；

设定第二驱动件的转速和第二太阳轮201的转速为N₄；

设定第一齿圈103的转速和第二行星架202的转速为N₃；

设定第一行星架102、第二齿圈203和输出部件6的转速均为N₂；

根据行星齿轮的转速矢量计算方法得到第一行星排1的转速矢量图2，N₁是第一太阳轮101的转速，N₂是第一行星架102的转速，N₃是第一齿圈103的转速。N₁、N₂、N₃的长度代表转速大小，箭头方向代表转速方向，箭头向上代表转速为正。设定L₂/L₁＝(第一太阳轮101齿数Z₁)/(第一齿圈103齿数Z₂)。

根据行星齿轮的转速矢量计算方法得到第二行星排2的转速矢量图3，N₄是第二太阳轮201的转速，N₃是第二行星架202的转速，N₂是第二齿圈203的转速。N₂、N₃、N₄的长度代表转速大小，箭头方向代表转速方向，箭头向上代表转速为正。设定L₂/L₃＝(第二太阳轮201齿数Z₃)/(第二齿圈203齿数Z₄)。

将图2和图3合并得图4，N₁是第一太阳轮101和第一驱动件的转速；N₄是第二太阳轮201和第二驱动件的转速；N₂是第一行星架102和第二齿圈203的转速，即输出部件6的转速；N₃为第一齿圈103和第二行星架202的转速；由图4可以看出整个机构，第一驱动件的转速N₁确定，第二驱动件的转速N₄确定，那么输出部件6的转速N₂也唯一确定。

通过调节控制第一驱动件的转速N₁和第二驱动件的转速N₄就可以实现输出部件6的转速N₂的无级连续变化。

起步时，第一驱动件的转速为N₁，转向为正向，第二驱动件的转速为N₄，转向为反向。

1)起步工况1

如图5所示，使第一驱动件的转速N₁和第二驱动件的转速N₄的比值为[Z₃×(Z₁+Z₂)]/(Z₁×Z₄)，第一齿圈103的转速和第二行星架202的转速N₃始终为0，随着第一驱动件的转速N₁和第二驱动件的转速N₄的逐步增加，输出转速N₂逐步增加，转向为正向。

2)起步工况2

如图6所示，当第一驱动件的转速N₁和第二驱动件的转速N₄的比值大于[Z₃×(Z₁+Z₂)]/(Z₁×Z₄)时，随着第一驱动件的转速N₁和第二驱动件的转速N₄的逐步增加，输出转速N₂逐步增加，转向为正向，第一齿圈103转速和第二行星架202转速N₃逐步增加，转向为正向。

起步工况1和起步工况2都是起步过程中的正常工况，采用两种工况的任一工况，或两种工况的切换时间，可根据实际需要通过控制第一驱动件和第二驱动件的转速轻松完成维持、过渡、切换，整个过程是连贯平顺的，没有动力中断。

如图7所示，如果第一驱动件和第二驱动件转速控制不准确或者控制失效，当出现第一驱动件的转速N₁和第二驱动件的转速N₄的比值小于[Z₃×(Z₁+Z₂)]/(Z₁×Z₄)时，输出部件6的转速N₂可能出现如图6所示的反转情况，车辆会突然倒退，极易发生严重事故，这种工况是不合理的，为了防止这种情况发生，在第一齿圈103和第二行星架202的连接体上设置单向止动器3，限制第一齿圈103和第二行星架202的转速N₃的转速方向只能为正向，不能为反向。这样就保证了输出部件6的转速N₂的转速方向始终为正向。当第二驱动件的转速N₄过快时，只会引起第一驱动件和第二驱动件相互拖拽，不会出现输出转速N₂的方向为负的情况。单向止动器3不限制第一齿圈103和第二行星架202的正向旋转，所以起步工况2中的第一齿圈103和第二行星架202的转速N₃方向为正的情况是可以出现的，且不会导致第一驱动件和第二驱动件相互拖拽。

故起步时，通过控制第一驱动件的转速N1和第二驱动件的转速N₄，使第一驱动件的转速N₁和第二驱动件的转速N₄的比值大于或者等于[Z₃×(Z₁+Z₂)]/(Z₁×Z₄)。对于第一行星排1，由第一太阳轮101输入，第一行星架102输出，工作过程是减速増扭的过程；对于第二行星排2，由第二太阳轮201输入，第二齿圈203输出，工作过程也是减速増扭的过程。又因为第一行星架102和第二齿圈203是连接在一起的，所以第一驱动件的动力和第二驱动件的动力通过第一行星排1和第二行星排2耦合在一起，进行减速増扭输出。

加速和减速过程按照第二驱动件的转速N₄的转向分为两种工况。

1)工况1

如图8所示，第一驱动件的转速为N₁，转向为正向，第二驱动件的转速为N₄，转向为反向。控制第一驱动件的转速N₁和第二驱动件的转速N₄，使第一驱动件的转速N₁和第二驱动件的转速N₄的比值大于或者等于[Z₃×(Z₁+Z₂)]/(Z₁×Z₄)。通过控制第一驱动件的转速N₁和第二驱动件的转速N₄的转速大小和增减速快慢程度，就能实现输出部件6的转速N₂的逐渐增加或逐渐减小，转向为正向。

2)工况2

如图9所示，第一驱动件的转速为N₁，转向为正向，第二驱动件的转速为N₄，转向也为正向。通过控制第一驱动件的转速N₁和第二驱动件的转速N₄的转速大小和增减速的快慢程度，就能实现输出转速N₂的逐渐增加或减小，转向为正向。在该工况下，第一驱动件的转速N₁和第二驱动件的转速N₄都达到最大转速的时候，输出转速N₂也达到最大值，此时车辆达到最大车速。如果第一驱动件的转速N₁和第二驱动件的转速N₄的最大值相同，那么输出转速N₂所能达到的最大值也相同，此时传动比为1。

如图8和图9所示，按上述工况1和工况2进行加速减速时，可以维持第一驱动件的转速N₁不变，通过调节第二驱动件的转速N₄的大小来调节输出转速N₂的大小，也可以维持第二驱动件的转速为N₄不变，通过调节第一驱动件的转速为N₁的大小来调节输出转速N₂的大小。

在实现输出部件6的转速N₂进行加速或减速的过程中，第一驱动件和第二驱动件可以根据各自的高效区不同，根据当下的工况设定第一驱动件和第二驱动件的加速、减速和维持转速。这样就可以使第一驱动件和第二驱动件都能够长时间工作在各自的高效区域，从而提升节能的效果。

如图10所示，倒车时，第一驱动件的转速为N₁，转向为反向，第二驱动件的转速为N₄，转向为正向。控制第一驱动件的转速N₁和第二驱动件的转速N₄，使第一驱动件的转速N₁和第二驱动件的转速N₄的比值大于或者等于[Z₃×(Z₁+Z₂)]/(Z₁×Z₄)。通过控制第一驱动件的转速N₁和第二驱动件的转速N₄的转速大小和增减速快慢程度，就能实现输出转速N₂的逐渐增加或减小，转向为反向。如果第一驱动件和第二驱动件的转速控制不准确或者控制失效，防止输出部件6的转速N₂出现正转情况，在第一齿圈103和第二行星架202的连接体上的单向止动器3切换为限制第一齿圈103和第二行星架202的转速N₃的转速方向只能为反向，不能为正向。

除了上述正常工况，还有一种非正常工况需要补充说明，具体如下：

如图11所示，当第一驱动件因故障失效，第二驱动件可以继续驱动车辆行驶。第一驱动件失效，第二驱动件的转速为N₄，转向为反向，第一齿圈103和第二行星架202有反转的趋势，此时单向止动器3限制其反转，第一齿圈103和第二行星架202的转速N₃为0，输出部件6的转速N₂为正向转动，第二驱动件的动力通过第二行星排2，以固定传动比(Z₄/Z₃)减速増扭输出。

如图12所示，当第二驱动件因故障失效，第一驱动件可以继续驱动车辆行驶。第二驱动件失效，第一驱动件的转速为N₁，转向为正向，第一齿圈103和第二行星架202有反转的趋势，此时单向止动器3限制其反转，第一齿圈103和第二行星架202的转速N₃为0，输出端6的转速N₂为正向转动，第一驱动件的动力通过第一行星排1，以固定传动比[(Z₁+Z₂)/Z₁]减速増扭输出。

由此可见，当一个驱动件发生故障失效时，另外一个驱动件仍然可以驱动车辆行驶，虽然动力性下降，但是可以依靠一个驱动件将车辆行驶到维修地点或者安全地点，可以大大提高车辆的可靠性。

最后，对第一驱动件和第二驱动件在起步和加速的过程进行一个连贯且完整的说明，具体如下：

如图13所示，曲线1代表第一驱动件转速随时间变化的曲线，曲线2代表第二驱动件转速随时间变化的曲线，曲线3代表输出转速随时间变化的曲线。在起步阶段，第一驱动件的转速逐渐增加，转向为正向；第二驱动件的转速逐渐增加，转向为反向；输出端的转速同步增加，转向为正向；此时传动比最大，第一驱动件和第二驱动件都是减速増扭输出，车辆以低速大扭矩起步。在加速阶段，第一驱动件的转速继续加速，到达一定转速后维持转速不变；第二驱动件的转速先反向加速，再降速到0，最后正向加速；输出端的转速始终正向加速，这个过程中传动比逐渐降低，输出端的转速连续无级变化。在最高车速阶段，第一驱动件和第二驱动件的转速都达到最高转速，输出端的转速也达到最高转速；最高车速阶段，第一驱动件和第二驱动件的转速都达到最高转速，输出部件的转速也达到最高转速，图13所示的是第一驱动件和第二驱动件的最高转速相同的情况，所以输出部件的转速与第一驱动件和第二驱动件的最高转速也相同，传动比为1，车速达到最高。对于其他不同形式的起步和加速应用工况不再一一列举。

本实用新型实施例提供的双驱动耦合无级变速机构，具有如下优点：

1、本实用新型实施例的双驱动耦合无级变速机构，调速过程中无动力中断，并且运行安静平稳，用户在用车时，会有更好的用车体验感，在感官上可以极大地满足客户需求，为本产品的推广和使用奠定了非常好的基础。

2、本实用新型实施例的双驱动耦合无级变速机构可以实现输出部件6从低速到高速均具有大扭矩，通过输出大的扭矩实现车辆在驾驶时，拥有快速加速起步的能力，且大的扭矩在车辆爬坡时可以攀爬更大的坡度，大扭矩也可以满足更多人的用车需求，使本产品的受众面更大。

3、本实用新型实施例的双驱动耦合无级变速机构可以实现输出转速的无级连续变化，输入端驱动件可以长时间工作在高效区间内，提高了工作效率，在能源的使用方面可以做到更加节省的效果，在节能方面可以做出更多的贡献。

4、本实用新型实施例的双驱动耦合无级变速机构，具有调速简单方便，只需要控制第一驱动件和第二驱动件的转速，就能够实现输出转速的无级连续变化，从而降低了车辆对控制系统的要求，使本产品的推广使用范围更加的宽泛，在一定程度上保证了本产品的推广和普及度。

5、本实用新型实施例的第一驱动件和第二驱动件的动力耦合在一起驱动车辆行驶，当其中一个驱动件发生故障时，另一个驱动件仍然可以继续带动车辆行驶，保证了车主在使用汽车时，即使一个驱动件发生故障，车主还可以依靠另一个驱动件驱动汽车，并及时将汽车开往维修地点，避免了需要叫拖车事件的发生，更好的照顾了车主的用车体验。

6、相对于传统单个驱动件的驱动方式，使用本实用新型实施例的产品不仅可以采用双驱动件进行驱动，而且还可以选取体积更小、转速更低的驱动件相适配，小体积的驱动件更利于驱动件在车体内的排布设计，更方便了后期车体外形的美观设计，并且使用更小的驱动件可以节约成本。

7、本实用新型实施例的双驱动耦合无级变速机构具有高效的传动率，在相同的工况下，可以挑选功率更低和转速更低的电机作为驱动件，相对于大功率的电池，小功率的电池可以更好的预防电池过热情况的发生，通过本实用新型实施例间接提升了电池的使用安全性。

8、本实用新型实施例的双驱动耦合无级变速机构将第一驱动件和第二驱动件设置于本无极变速机构的同一侧，将输出部件设置于本变速机构的另一侧，使输入和输出的位置能做到更好的分隔，减少了输入端和输出部件会发生互相干扰的概率，且第一输入轴是穿过第二输入轴和第二驱动件与第一驱动件连接的，这样的设计可以极大的提升空间的利用率，使整个动力设备在排布和空间占用率上更加合理。

上述技术方案仅体现了本实用新型技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本实用新型的原理，属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种双驱动耦合无级变速机构，其特征在于，包括第一行星排(1)、第二行星排(2)和单向止动器(3)，所述第一行星排(1)上设置有第一太阳轮(101)、第一行星架(102)和第一齿圈(103)，所述第二行星排(2)上设置有第二太阳轮(201)、第二行星架(202)和第二齿圈(203)，所述第一齿圈(103)与所述第二行星架(202)连接，所述第一行星架(102)与所述第二齿圈(203)连接，所述第一行星排(1)的一侧通过第一输入轴(4)连接着第一驱动件，所述第二行星排(2)的同一侧通过第二输入轴(5)连接着第二驱动件，所述第一驱动件安装在所述第二驱动件的一侧，所述第二行星排(2)设置于所述第二驱动件的另一侧，所述第一齿圈(103)和第二行星架(202)的连接体上设置有单向止动器(3)，所述第一行星架(102)的一侧连接着输出部件(6)。

2.根据权利要求1所述的一种双驱动耦合无级变速机构，其特征在于，所述第二输入轴(5)呈空心管状，所述第二输入轴(5)的一端与第二驱动件连接，另一端与所述第二太阳轮(201)连接；所述第一输入轴(4)的一端与第一驱动件连接，另一端穿过第二驱动件、第二输入轴(5)和第二太阳轮(201)与第一太阳轮(101)连接。

3.根据权利要求1所述的一种双驱动耦合无级变速机构，其特征在于，所述第一太阳轮(101)上啮合有第一行星轮，所述第一行星轮安装在所述第一行星架(102)上，所述第一行星轮与所述第一齿圈(103)啮合，所述第一齿圈(103)的内壁上设置有第一内齿。

4.根据权利要求1所述的一种双驱动耦合无级变速机构，其特征在于，所述第二太阳轮(201)上啮合有第二行星轮，所述第二行星轮安装在所述第二行星架(202)上，所述第二行星轮与所述第二齿圈(203)啮合，所述第二齿圈(203)的内壁上设置有第一内齿。

5.根据权利要求1所述的一种双驱动耦合无级变速机构，其特征在于，所述单向止动器(3)用于限制所述第一齿圈(103)和第二行星架(202)的转动方向；所述单向止动器(3)使所述第一齿圈(103)和第二行星架(202)的转动方向仅与所述第一驱动件的转向一致。

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