CN220500396U - 一种同轴式单电机三档序列换档电驱桥系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种同轴式单电机三档序列换档电驱桥系统，包括驱动电机、三档行星减速机构、换档机构及差速器总成；本实用新型的技术方案中仅采用三级串联的行星排即可实现大扭矩输出和高转速运行，同时仅采用一个换档执行器和换档齿套就能实现三个档位无动力中断的序列切换，大大提高了电驱桥系统的传动效率，同时降低了整机的成本。

Description

一种同轴式单电机三档序列换档电驱桥系统

技术领域

本实用新型涉及车辆动力系统技术领域，尤其涉及一种同轴式单电机三档序列换档电驱桥系统。

背景技术

目前，纯电驱动的重型商用卡车多采用中央电驱动和电驱桥两种驱动方式来实现车辆动力传动，而其中的电驱桥已逐步成为发展趋势。

电驱桥也称为分布式电驱动，是指将电动机直接安装在车辆的轮毂或车轴上，使每个车轮都具备独立的驱动能力。其中，单电机电驱桥也成单轴电驱系统，是由一个电动机直接驱动车辆一个轴上的车轮。

单电机电驱桥布置形式多为偏置平行轴和同轴式布置。其中，在同轴式布置中，电动机和减速器被安装在车辆的同一个轴线上，通常是垂直于车轮轴的轴线上，电动机直接连接到减速器，而减速器再将动力传递到车轮上。

在同轴式电驱桥中，多为双中间轴+行星排或全行星排布置，但一般为单档或两档布置。在现有技术中，存在一种同轴两档集成电驱桥，其结构中具有三级串联行星排，仅在第三级行星排上实现两个档位的布置切换，且在轮端布置了两个行星排，以进行增大速比和扭矩。

但是上述结构的问题也很明显，其仅能实现两个档位的布置切换，且在增大轮端扭矩时需要增加边轮行星排来实现，这样一来，会导致系统传动效率较低，结构冗余、无法兼顾大扭矩爬坡脱困和高转速运行的多档位/低成本的电动重卡场景。

实用新型内容

本实用新型公开了一种同轴式单电机三档序列换档电驱桥系统，旨在解决现有技术中存在的技术问题。

本实用新型采用下述技术方案：

本实用新型实施例提供了一种同轴式单电机三档序列换档电驱桥系统，包括：

-驱动电机，包括输入轴；

-三档行星减速机构，包括依次串联的第一级行星排、第二级行星排及第三级行星排，第一级行星排包括第一级齿圈狗齿与第一级行星架狗齿，第一级行星排与输入轴传动连接，第二级行星排包括第二级齿圈狗齿与第二级行星架狗齿；

-换档机构，包括换档齿套，换档齿套具有第一齿套狗齿、第二齿套狗齿、第三齿套狗齿及第四齿套狗齿；

第一齿套狗齿、第二齿套狗齿能够同时分别与第二级齿圈狗齿、第一级齿圈狗齿相接合，实现一档传递；第三齿套狗齿、第二齿套能够同时分别与第二级行星架狗齿、第一级齿圈狗齿相接合，实现二档传递；第四齿套狗齿、第二齿套狗齿能够同时分别与第一级行星架狗齿、第一级齿圈狗齿相接合，实现三档传递；

-差速器总成，包括差速器、第一输出半轴及第二输出半轴，第三级行星排中的第三级行星架与差速器连接，第三级行星排输出的功率动力通过差速器输出至第一输出半轴与第二输出半轴，第一输出半轴与第二输出半轴共轴。

作为优选的技术方案，第一级行星排还包括第一级太阳轮、第一级行星轮、第一级齿圈及第一级行星架；第二级行星排还包括第二级太阳轮、第二级行星轮、第二级齿圈及第二级行星架；第三级行星排还包括第三级太阳轮、第三级行星轮、第三级齿圈及第三级行星架。

作为优选的技术方案，当处于一档传递状态时，第一级齿圈、第二级齿圈及第三级齿圈均锁止。

作为优选的技术方案，第二齿套狗齿能够与第一级齿圈狗齿相接合，第二级行星架狗齿能够位于第三齿套狗齿及第四齿套狗齿之间，实现一档换空档。

作为优选的技术方案，当处于第二档传递状态时，第一级行星排与第二级行星排耦合，第一级齿圈与第一级行星架分别对第二级行星架和第二级太阳轮进行功率动力输入。

作为优选的技术方案，第二齿套狗齿能够与第一级齿圈狗齿相接合，第三齿套狗齿及第四齿套狗齿能够位于第二级行星架狗齿和第一级行星架狗齿之间，实现二档换空档。

作为优选的技术方案，当处于三档传递状态时，第一级行星排整体自锁，并输出功率动力。

作为优选的技术方案，差速器包括差速器壳体、十字轴、行星主动轮及行星从动轮，差速器壳体与第三级行星排传动连接，行星从动轮分别与第一输出半轴与第二输出半轴传动连接。

作为优选的技术方案，换档机构还包括换档执行器与换档拨叉，换档执行器能够带动换档拨叉和换档齿套实现三个换档档位的切换。

作为优选的技术方案，第一输出半轴与第二输出半轴分别与车轮端传动连接。

上述实用新型中的一个实施例具有如下优点或有益效果：

本实用新型主要提供了一种同轴式单电机三档序列换档电驱桥系统，与现有技术相比，本实用新型实施例仅采用三级串联的行星排即可实现大扭矩输出和高转速运行，同时仅采用一个换档执行器和换档齿套就能实现三个档位无动力中断的序列切换，大大提高了电驱桥系统的传动效率，同时降低了整机的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型一个实施例提供的同轴式单电机三档序列换档电驱桥系统结构示意图；

图2为本实用新型一个实施例提供的同轴式单电机三档序列换档电驱桥系统的子系统结构示意图；

图3为本实用新型一个实施例提供的换档机构的结构示意图；

图4为本实用新型一个实施例提供的序列换档示意图；

图5为本实用新型一个实施例提供的一档(G1)功率流示意图；

图6为本实用新型一个实施例提供的二档(G2)功率流示意图；

图7为本实用新型一个实施例提供的三档(G3)功率流示意图。

附图标记说明：

驱动电机100，定子110，线圈120，转子130，转子轴140；

第一级行星排200，第一级太阳轮210，第一级行星轮220，第一级行星架230，第一级行星架狗齿231，第一级齿圈240，第一级齿圈狗齿241；

第二级行星排300，第二级太阳轮310，第二级行星轮320，第二级行星架330，第二级行星架狗齿331，第二级齿圈340，第二级齿圈狗齿341；

第三级行星排400，第三级太阳轮410，第三级行星轮420，第三级行星架430，第三级齿圈440；

换档机构500，换档执行器510，换档拨叉520，换档齿套530，第一齿套狗齿531，第二齿套狗齿532，第三齿套狗齿533，第四齿套狗齿534；

差速器600，差速器壳体610，十字轴620，行星主动轮630，行星从动轮640；

第一输出半轴700；第二输出半轴800。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。

显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了满足高扭矩输出、独立控制、主动扭矩矢量控制和故障容错等特点的需求，电驱桥成为了纯电驱动的重型商用卡车最常见的驱动方式之一。由于当档位数量增加时，不仅会增加电动机、传感器、控制器等元件的数量和复杂度，从而增加系统的成本和维护难度，还会增加能量转换的损耗和能耗，因此同轴式电驱桥往往采用单档或两档布置。

为解决上述问题，参考图1-3，本实用新型实施例提供了一种同轴式单电机三档序列换档电驱桥系统，以期同时兼顾大扭矩爬坡和高速运转的性能，使得电动重卡能够在不同路况和工况下实现最佳的动力性能和能效表现。

在一种优选实施方式中，同轴式单电机三档序列换档电驱桥系统包括驱动电机100、三档行星减速结构、换档机构500及差速器600总成，其中，驱动电机100用于为系统提供功率动力，三档行星减速机构包括依次串联的三级行星排，配合换档机构500能够实现扭矩放大及多档变速，并将动力功率输出至差速器600总成，由差速器600总成最终将功率动力输出至车轮，以实现高转速运行和大扭矩输出。

在一种优选实施方式中，驱动电机100包括定子110、线圈、转子130及转子轴140，其中，转子轴140作为输入轴，能够将驱动电机100产生的扭转传递至三档行星减速结构。在本实施方式中，不再限定驱动电机100的具体型号、结构或规格，本领域技术人员可以根据电动重卡的实际需求进行自由选择。

在一种优选实施方式中，三档行星减速机构包括依次串联的第一级行星排200、第二级行星排300及第三级行星排400。

优选地，第一级行星排200与驱动电机100的转子轴140传动连接，第一级行星排200包括第一级太阳轮210、第一级行星轮220、第一级行星架230及第一级齿圈240，在第一级齿圈240和第一级行星架230上分别设置有第一级齿圈狗齿241与第一级行星架狗齿231。

优选地，第二级行星排300包括第二级太阳轮310、第二级行星轮320、第二级行星架330及第二级齿圈340，在第二级齿圈340和第二级行星架330上分别设置有第二级齿圈狗齿341与第二级行星架狗齿331。

优选地，第三级行星排400包括第三级太阳轮410、第三级行星轮420、第三级行星架430及第三级齿圈440。

具体地，无论在哪一级行星排中，太阳轮均设置于行星排结构的中部，太阳轮能够通过行星轮与齿圈嵌合；行星轮布置于太阳轮的周围，其内侧与太阳轮嵌合，外侧与齿套嵌合，并通过滚子或轴承与行星架连接，行星轮通常有多个，均匀分布在行星架周围；行星架是连接行星轮的支撑结构，在行星架上有多个孔，每个孔中安装一个行星轮，用于支持行星轮并确保其正常运动；齿圈围绕太阳轮和行星轮，并与行星轮的齿相嵌套，形成一个完整的传动回路。通过改变行星排中各结构的相对运行关系，可以实现不同速比和扭矩的输出，在此不再一一列举示例。

在一种优选实施方式中，换档机构500包括换档执行器510、换档拨叉520及换档齿套530，其中，换档齿套530具有第一齿套狗齿531、第二齿套狗齿532、第三齿套狗齿533及第四齿套狗齿534，齿套狗齿能够与行星排中相应的狗齿相接合，用于连接和断开传动力。

在一种优选实施方式中，差速器600总成包括差速器600、第一输出半轴700及第二输出半轴800，差速器600包括差速器壳体610、十字轴620、行星主动轮630及行星从动轮640，差速器壳体610与第三级行星排400传动连接，行星从动轮640分别与第一输出半轴700与第二输出半轴800传动连接，能够将功率动力输出给第一输出半轴700与第二输出半轴800，第一输出半轴700与第二输出半轴800带动相应的车轮实现驱动。

在一种优选实施方式中，当第一齿套狗齿531与第二级齿圈狗齿341相接合、第二齿套狗齿532与第一级齿套狗齿相接合时，能够实现第一级齿圈240的锁止，此时，三级行星排的齿圈均锁止，能够实现一档(G1)传递，如图4。

参考图1，优选地，当处于一档传递状态时，整个系统的功率流为：转子轴140输入功率动力传递至第一级太阳轮210，由于第一级齿圈240锁止，功率动力由第一级行星架230传递至第二级太阳轮310，再由第二级行星架330传递至第三级太阳轮410，而后由第三级行星架430传递至差速器壳体610，最后由差速器600中的十字轴620——行星主动轮630——行星从动轮640分别输出至第一输出半轴700与第二输出半轴800(也即左半轴与右半轴)，继而功率动力传递至车轮端。

在一种优选实施方式中，当换档齿套530上仅有第二齿套狗齿532与第一级齿圈狗齿241相接合、且第二级行星架狗齿331位于第三齿套狗齿533及第四齿套狗齿534之间时，能够实现一档(G1)换空档(N)，如图4，此时第一级行星排200中的第一级太阳轮210、第一级行星轮220、第一级齿圈240均未锁止，无动力输出。

在一种优选实施方式中，当第三齿套狗齿533与第二级行星架狗齿331相接合、第二齿套与第一级齿圈狗齿241相接合时，实现二档(G2)传递，如图4，此时，第一级行星排200与第二级行星排300耦合，第一级齿圈240与第一级行星架230分别对第二级行星架330和第二级太阳轮310进行功率动力输入。

参考图6，优选地，当处于二档传递状态时，整个系统的功率流为：转子轴140输入功率动力传递至第一级太阳轮210，由于第一级行星排200和第二级行星排300实现耦合，且第一级齿圈240和第一级行星架230分别对第二级行星架330和第二级太阳轮310进行功率动力输入，再由第二级行星架330传递至第三级太阳轮410，而后由第三级行星架430传递至差速器壳体610，最后由差速器600中的十字轴620——行星主动轮630——行星从动轮640分别输出至第一输出半轴700与第二输出半轴800，继而功率动力传递至车轮端。

在一种优选实施方式中，当换档齿套530上仅只有第二齿套狗齿532与第一级齿圈狗齿241相接合、且第三齿套狗齿533及第四齿套狗齿534位于第二级行星架狗齿331和第一级行星架狗齿231之间时，能够实现二档(G2)换空档(N)，如图4，此时第一级行星排200中的第一级太阳轮210、第一级行星轮220、第一级齿圈240均未锁止，无动力输出。

在一种优选实施方式中，当第四齿套狗齿534与第一级行星架狗齿231相接合、第二齿套狗齿532能与第一级齿圈狗齿241相接合时，系统能够实现三档(G3)传递，如图4，此时第一级行星排200整体自锁，并输出功率动力。

参考图7，优选地，当处于三档传递状态时，整个系统的功率流为：转子轴140输入功率动力传递至第一级太阳轮210，由于第一级行星排200整体自锁，功率动力由第一级行星架230传递至第二级太阳轮310，再由第二级行星架330传递至第三级太阳轮410，而后由第三级行星架430传递至差速器壳体610，最后由差速器600中的十字轴620——行星主动轮630——行星从动轮640分别输出至第一输出半轴700与第二输出半轴800，继而功率动力传递至车轮端。

本实用新型与现有技术相比，仅采用三级行星排可实现大扭矩输出和高转速运行，同时仅采用一个换档执行器和换档齿套就能实现三个档位无动力中断的序列切换，大大提高了电驱桥系统的传动效率，同时还降低了整机成本。

尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本申请的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本申请的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本申请的范围之内。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本申请的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本申请并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在对本申请的示例性实施例的描述中，本申请的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本申请的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本申请要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其实用新型点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本申请的单独实施例。

本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的替代特征来代替。

Claims (10)

1.一种同轴式单电机三档序列换档电驱桥系统，其特征在于，包括：

-驱动电机，包括输入轴；

-三档行星减速机构，包括依次串联的第一级行星排、第二级行星排及第三级行星排，所述第一级行星排包括第一级齿圈狗齿与第一级行星架狗齿，所述第一级行星排与所述输入轴传动连接，所述第二级行星排包括第二级齿圈狗齿与第二级行星架狗齿；

-换档机构，包括换档齿套，所述换档齿套具有第一齿套狗齿、第二齿套狗齿、第三齿套狗齿及第四齿套狗齿；

所述第一齿套狗齿、所述第二齿套狗齿能够同时分别与所述第二级齿圈狗齿、所述第一级齿圈狗齿相接合，实现一档传递；所述第三齿套狗齿、所述第二齿套能够同时分别与所述第二级行星架狗齿、所述第一级齿圈狗齿相接合，实现二档传递；所述第四齿套狗齿、所述第二齿套狗齿能够同时分别与所述第一级行星架狗齿、所述第一级齿圈狗齿相接合，实现三档传递；

-差速器总成，包括差速器、第一输出半轴及第二输出半轴，所述第三级行星排中的第三级行星架与所述差速器连接，所述第三级行星排输出的功率动力通过所述差速器输出至所述第一输出半轴与所述第二输出半轴，所述第一输出半轴与所述第二输出半轴共轴。

2.根据权利要求1所述的同轴式单电机三档序列换档电驱桥系统，其特征在于，所述第一级行星排还包括第一级太阳轮、第一级行星轮、第一级齿圈及第一级行星架；所述第二级行星排还包括第二级太阳轮、第二级行星轮、第二级齿圈及第二级行星架；所述第三级行星排还包括第三级太阳轮、第三级行星轮、第三级齿圈及所述第三级行星架。

3.根据权利要求2所述的同轴式单电机三档序列换档电驱桥系统，其特征在于，当处于一档传递状态时，所述第一级齿圈、所述第二级齿圈及所述第三级齿圈均锁止。

4.根据权利要求3所述的同轴式单电机三档序列换档电驱桥系统，其特征在于，所述第二齿套狗齿能够与所述第一级齿圈狗齿相接合，所述第二级行星架狗齿能够位于所述第三齿套狗齿及所述第四齿套狗齿之间，实现一档换空档。

5.根据权利要求2所述的同轴式单电机三档序列换档电驱桥系统，其特征在于，当处于第二档传递状态时，所述第一级行星排与所述第二级行星排耦合，所述第一级齿圈与所述第一级行星架分别对所述第二级行星架和所述第二级太阳轮进行功率动力输入。

6.根据权利要求5所述的同轴式单电机三档序列换档电驱桥系统，其特征在于，所述第二齿套狗齿能够与所述第一级齿圈狗齿相接合，所述第三齿套狗齿及所述第四齿套狗齿能够位于所述第二级行星架狗齿和所述第一级行星架狗齿之间，实现二档换空档。

7.根据权利要求2所述的同轴式单电机三档序列换档电驱桥系统，其特征在于，当处于三档传递状态时，所述第一级行星排整体自锁，并输出功率动力。

8.根据权利要求1所述的同轴式单电机三档序列换档电驱桥系统，其特征在于，所述差速器包括差速器壳体、十字轴、行星主动轮及行星从动轮，所述差速器壳体与所述第三级行星排传动连接，所述行星从动轮分别与所述第一输出半轴与所述第二输出半轴传动连接。

9.根据权利要求1所述的同轴式单电机三档序列换档电驱桥系统，其特征在于，所述换档机构还包括换档执行器与换档拨叉，所述换档执行器能够带动所述换档拨叉和所述换档齿套实现三个换档档位的切换。

10.根据权利要求1所述的同轴式单电机三档序列换档电驱桥系统，其特征在于，所述第一输出半轴与所述第二输出半轴分别与车轮端传动连接。