一種基於三擋變速器的電驅動系統的製作方法

2023-05-11 00:17:47

本發明涉及驅動領域，尤其涉及一種基於三擋變速器的電驅動系統。

背景技術：

電動汽車是新型、節能、環保車輛，尤其是在當今空氣汙染嚴重的大環境下，具有巨大的發展潛力和廣闊的應用前景。電動汽車使用電動機取代了傳統汽車的發動機，電動機可帶載啟動，並且通過合理的配置滿足汽車使用要求，這是與發動機的很大區別。在電動車上使用多擋變速器已經不合適，但若取消變速傳動裝置，則難於兼顧汽車爬坡和高速行駛等要求，特別是中小型汽車，有必要針對電動機的工作特性重新設計電動汽車的動力系統。

目前的電動汽車用電驅動系統越來越受到人們的青睞，經過對現有技術的檢索發現，電動車用兩擋變速器既有採用平行軸式的布置形式，又有採用行星排式的布置形式。對於採用平行軸式布置形式的兩擋變速器，多通過同步器或離合器來實現擋位的切換；對於採用行星排式布置形式的兩擋變速器，多是通過離合器或者制動器組合來實現擋位的切換。

技術實現要素：

本發明設計開發了一種基於三擋變速器的電驅動系統，通過單個行星排和雙離合器配合，實現三檔變速，結構緊湊，有效提高傳動效率。

本發明提供的技術方案為：

一種基於三擋變速器的電驅動系統，包括：

變速器殼體；

驅動電機，其設置在變速器殼體內，並具有輸出動力的輸出軸；

行星齒輪系，其包括太陽輪、行星齒輪、行星架和內齒圈；

內齒圈制動器，其固定在所述變速器殼體上，所述內齒圈的制動轂與所述內齒圈固定，並通過選擇性的對內齒圈制動轂的制動實現內齒圈的制動；

太陽輪制動器，其固定在所述變速器殼體上，所述太陽輪制動器的制動轂與所述太陽輪的輸入軸固定，並通過選擇性的對太陽輪制動器的制動轂制動來實現太陽輪的制動；

第一離合器，其設置在所述驅動電機輸出軸和所述內齒圈之間，選擇性的使所述驅動電機輸出軸和所述內齒圈結合和分離；

第二離合器，其設置在所述驅動電機輸出軸和所述太陽輪之間，選擇性的使所述驅動電機輸出軸和所述太陽輪結合和分離；

其中，當選擇一擋時，所述內齒圈制動，所述太陽輪轉動，所述第一離合器分離，所述第二離合器結合；

當選擇二擋時，所述內齒圈旋轉，所述太陽輪制動，所述第一離合器結合，所述第二離合器分離；

當選擇三擋時，所述內齒圈和所述太陽輪轉動，所述第一離合器和所述第二離合器結合。

優選的是，所述驅動電機還包括：

轉子，其固定連接所述驅動電機輸出軸；

定子，其與所述變速器殼體連接。

優選的是，所述變速器殼體包括：第一容納腔和第二容納腔，所述第一容納腔和第二容納腔之間設置內壁。

優選的是，還包括差速器，其設置在所述第一容納腔內部，包括：

差速器殼體，其與所述行星架固定連接；

差速器齒輪軸，其可旋轉連接所述差速器殼體；

第一差速器行星齒輪，其可旋轉的安裝在所述差速器齒輪軸上；

第二差速器行星齒輪，其可旋轉的安裝在所述差速器齒輪軸上。

優選的是，還包括：

左輸出半軸，其穿過所述第一容納腔，與左半軸齒輪固定，所述左半軸齒輪與所述第一差速器行星齒輪嚙合；

右輸出半軸，其穿過所述第二容納腔，與右半軸齒輪固定，所述右半軸齒輪與所述第二差速器行星齒輪嚙合。

優選的是，所述太陽輪制動器固定在所述內壁上，所述第一離合器和所述第二離合器套設在所述右輸出半軸。

優選的是，所述驅動電機輸出軸為空心軸，其可旋轉的支撐在所述變速器殼體上；所述太陽輪輸出軸為空心軸，其可旋轉的支撐在所述變速器殼體上；所述內齒圈可旋轉的支撐在所述太陽輪輸出軸上；所述離合器蓋和壓盤可旋轉的支撐所述太陽輪輸出軸上；所述右輸出半軸穿過所述太陽輪輸出軸和驅動電機輸出軸伸出。

優選的是，還包括：

第一減速齒輪，其設置在所述第二容納腔內，並與所述驅動電機輸出軸嚙合；

第二減速齒輪，其設置在所述第二容納腔內，並與所述第一減速齒輪嚙合；

第三減速齒輪，其設置在所述第一容納腔內，並與所述第二減速齒輪同軸；

第四減速齒輪，其設置在所述第一容納腔內，套設在所述右輸出半軸上，並與所述第三減速齒輪和所述第一離合器殼體嚙合。

優選的是，當選擇倒擋時，所述內齒圈制動，所述太陽輪轉動，所述第一離合器分離，所述第二離合器結合，所述驅動電機的反轉動力通過所述行星架傳遞至輸出軸。

優選的是，所述驅動電機在車制動時切換成發電機模式。

本發明的有益效果

本發明所述的基於三擋變速器的電驅動系統，通過單個行星排和雙離合器配合，實現三檔變速，結構緊湊，有效提高傳動效率，結構緊湊，便於安裝，同時，在傳動過程中，嚙合的齒輪數較少，有效提高傳動效率。

2、驅動電機和變速器集成為一體，減少原材料的使用量，有效降低電驅動系統的成本，驅動電機可以實現反轉，所以通過電機反轉來實現倒擋，取消了倒擋的換擋執行機構，結構更加緊湊，且倒擋控制簡單，易實現。

3、驅動電機存在兩種工作模式，當整車處於驅動工況時，驅動電機處於電動機工作模式，為整車行駛提供動力，當整車處於制動工況時，驅動電機轉換為發電機模式，起到制動能量回收，提高整車能量的利用率，達到節約能源的效果。

附圖說明

圖1為本發明所述的三擋變速器的結構示意圖。

圖2為本發明所述的一擋動力傳遞路線示意圖。

圖3為本發明所述的二擋動力傳遞路線示意圖。

圖4為本發明所述的三擋動力傳遞路線示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。

如圖1所示，本發明提供的基於三擋變速器的電驅動系統，包括：電機部分，二級減速裝置、變速器部分、差速器部分和輸出半軸部分組成，其中變速器部分由行星排、制動器和離合器組成。

電機部分由驅動電機輸出軸22，驅動電機定子23和驅動電機轉子24組成，其中驅動電機定子23通過過盈配合與變速器殼體12連接，驅動時，驅動電機處於電動機模式，制動時，驅動電機處於發電機模式。

行星排由太陽輪8、行星齒輪9、行星架10和內齒圈11組成，內齒圈制動器13的制動盤與變速器殼體12連接，內齒圈制動器13的制動轂與內齒圈11固連，並且通過內齒圈制動器13的分離、結合來實現內齒圈11的轉動和制動，太陽輪制動器20的制動盤與變速器殼體12連接，太陽輪制動器20的制動轂與太陽輪輸入軸14固連，並且通過太陽輪制動器20的分離、結合來實現太陽輪8的轉動和制動。

第一離合器15的摩擦片與內齒圈11相連，第一離合器15的離合器蓋及壓盤總成與第四減速齒輪18相連，通過第一離合器15的分離、結合實現動力從內齒圈的傳遞與切斷，第二離合器16的摩擦片與太陽輪輸入軸14相連，第二離合器16的離合器蓋及壓盤總成與第四減速齒輪15相連，通過第二離合器16的分離、結合實現動力從太陽輪的傳遞與切斷。

變速器殼體12包括第一容納腔和第二容納腔，第一容納腔和第二容納腔之間設置內壁。

差速器設置在第一容納腔內，由差速器殼體1，差速器齒輪軸5，第一差速器行星齒輪7，第二差速器行星齒輪2、差速器左半軸齒輪4和差速器右半軸齒輪6組成，其中差速器殼體1與行星架10連接，半軸部分由左輸出半軸3和右輸出半軸25組成。左輸出半軸3，其穿過第一容納腔，與左半軸齒輪4固定，左半軸齒輪4與第一差速器行星齒輪7嚙合；右輸出半軸25，其穿過第二容納腔，與右半軸齒輪6固定，右半軸齒輪6與第二差速器行星齒輪2嚙合，太陽輪制動器20固定在內壁上，第一離合器16和第二離合器16套設在右輸出半軸15上，第一減速齒輪21，其設置在第二容納腔內，並與驅動電機輸出軸22嚙合；第二減速齒輪19，其設置在第二容納腔內，並與第一減速齒輪21嚙合；第三減速齒輪17，其設置在第一容納腔內，並與第二減速齒輪19同軸；第四減速齒輪18，其設置在第一容納腔內，套設在右輸出半軸25上，並與第三減速齒輪17和第一離合器15的殼體嚙合。

驅動電機輸出軸22為空心軸，其可旋轉的支撐在變速器殼體12上，,太陽輪輸出軸為空心軸，其可旋轉的支撐在變速器殼體12上；內齒圈11可旋轉的支撐在太陽輪輸出軸上；離合器蓋和壓盤可旋轉的支撐太陽輪輸出軸上；右輸出半軸25穿過太陽輪輸出軸和驅動電機輸出軸22伸出。

電驅動橋系統的擋位切換由第一離合器15、第二離合器16、內齒圈制動器13、太陽輪制動器20協作來實現，實施以電驅動系統的三擋變速過程為例，作進一步說明

如圖2所示，選擇一擋時，驅動電機正轉，實現整車前進的電機轉動方向為正轉方向，內齒圈制動器13(常閉)不工作，即保持閉合狀態，內齒圈11與變速器殼體12結合，即內齒圈11被制動，太陽輪制動器20(常開)不工作，不起制動作用，即太陽輪8保持自由轉動狀態，第一離合器15不工作，第二離合器16工作，驅動電機的動力通過驅動電機輸出軸22末端傳遞到第一減速齒輪21，接著傳遞到與其嚙合的第二減速齒輪19，再傳遞到同軸的第三減速齒輪17，然後傳遞到第四減速齒輪18，第四減速齒輪18帶動離合器蓋及壓盤總成轉動，由於第一離合器15不工作，第二離合器16工作，動力經第二離合器16傳遞到太陽輪輸入軸14，然後動力傳遞到行星齒輪10，經行星架9傳遞到差速器殼體1，轉動的差速器殼體1帶動與其連接的差速器齒輪軸5轉動，通過滾針軸承安裝在差速器齒輪軸5上的第一差速器行星齒輪7和第二差速器行星齒輪2隨差速器齒輪軸5公轉，並且隨左右半軸轉速不同發生自轉，起到差速效果，並且第一差速器行星齒輪7和第二差速器行星齒輪2將動力傳遞到與其嚙合的差速器左半軸齒輪4和差速器右半軸齒輪6上，差速器左半軸齒輪4帶動左輸出半軸3轉動，左輸出半軸3將動力傳遞到左側車輪，同理，差速器右半軸齒輪6帶動右輸出半軸25轉動，右輸出半軸25將動力傳遞到右側車輪，實現動力的傳遞。

如圖3所示，選擇二擋時，驅動電機正轉，內齒圈制動器13(常閉)工作，即保持開啟狀態，即內齒圈11與變速器殼體12分離，即內齒圈11保持自由轉動狀態，太陽輪制動器20(常開)工作，起制動作用，即太陽輪8與變速器殼體12相連，被制動，第一離合器15工作，第二離合器16不工作，驅動電機的動力通過驅動電機輸出軸22末端傳遞到第一減速齒輪21，傳遞到與其嚙合的第二減速齒輪19，再傳遞到同軸的第三減速齒輪17，然後傳遞到第四減速齒輪18，第四減速齒輪18帶動離合器蓋及壓盤總成轉動，由於第一離合器15工作，第二離合器16不工作，動力經第一離合器15傳遞到內齒圈11，然後動力傳遞到行星齒輪10，經行星架9傳遞到差速器殼體1，轉動的差速器殼體1帶動與其連接的差速器齒輪軸5轉動，通過滾針軸承安裝在差速器齒輪軸5上的第一差速器行星齒輪7和第二差速器行星齒輪2隨差速器齒輪軸5公轉，並且隨左右半軸轉速不同發生自轉，起到差速效果，並且第一差速器行星齒輪7和第二差速器行星齒輪2將動力傳遞到與其嚙合的差速器左半軸齒輪4和差速器右半軸齒輪6上，差速器左半軸齒輪4帶動左輸出半軸3轉動，左輸出半軸3將動力傳遞到左側車輪，同理，差速器右半軸齒輪6帶動右輸出半軸25轉動，右輸出半軸25將動力傳遞到右側車輪，實現動力的傳遞。

如圖4所示，當選擇三擋時，驅動電機正轉，內齒圈制動器13工作，即保持開啟狀態，即內齒圈11與變速器殼體12分離，即內齒圈11保持自由轉動狀態。太陽輪制動器20不工作，即太陽輪8保持自由轉動狀態。第一離合器15工作，第二離合器16也工作，驅動電機的動力通過驅動電機輸出軸22末端傳遞到第一減速齒輪21，傳遞到與其嚙合的第二減速齒輪19，再傳遞到同軸的第三減速齒輪17，然後傳遞到第四減速齒輪18，第四減速齒輪18帶動離合器蓋及壓盤總成轉動，由於第一離合器15工作，第二離合器16也工作，動力經第一離合器15傳遞到內齒圈11，經第二離合器16傳遞到太陽輪輸入軸14，然後動力傳遞到行星齒輪10，經行星架9傳遞到差速器殼體1，轉動的差速器殼體1帶動與其連接的差速器齒輪軸5轉動，通過滾針軸承安裝在差速器齒輪軸5上的第一差速器行星齒輪7和第二差速器行星齒輪2隨差速器齒輪軸5公轉，並且隨左右半軸轉速不同發生自轉，起到差速效果，並且第一差速器行星齒輪7和第二差速器行星齒輪2將動力傳遞到與其嚙合的差速器左半軸齒輪4和差速器右半軸齒輪6上，差速器左半軸齒輪4帶動左輸出半軸3轉動，左輸出半軸3將動力傳遞到左側車輪，同理，差速器右半軸齒輪6帶動右輸出半軸25轉動，右輸出半軸25將動力傳遞到右側車輪，實現動力的傳遞。

倒擋時，驅動電機反轉(與正轉方向相反)，內齒圈制動器13不工作，即保持閉合狀態，內齒圈11與變速器殼體12結合，即內齒圈11被制動。太陽輪制動器20不工作，不起制動作用，即太陽輪8保持自由轉動狀態。第一離合器15不工作，第二離合器16工作，驅動電機的動力通過驅動電機輸出軸22末端傳遞到第一減速齒輪21，傳遞到與其嚙合的第二減速齒輪19，再傳遞到同軸的第三減速齒輪17，然後傳遞到第四減速齒輪18，第四減速齒輪18帶動離合器蓋及壓盤總成轉動，由於第一離合器15不工作，第二離合器16工作，動力經第二離合器16傳遞到太陽輪輸入軸14，然後動力傳遞到行星齒輪10，經行星架9傳遞到差速器殼體1，轉動的差速器殼體1帶動與其連接的差速器齒輪軸5轉動，通過滾針軸承安裝在差速器齒輪軸5上的第一差速器行星齒輪7和第二差速器行星齒輪2隨差速器齒輪軸5公轉，並且隨左右半軸轉速不同發生自轉，起到差速效果，並且第一差速器行星齒輪7和第二差速器行星齒輪2將動力傳遞到與其嚙合的差速器左半軸齒輪4和差速器右半軸齒輪6上，差速器左半軸齒輪4帶動左輸出半軸3轉動，左輸出半軸3將動力傳遞到左側車輪，同理，差速器右半軸齒輪6帶動右輸出半軸25轉動，右輸出半軸25將動力傳遞到右側車輪，實現動力的傳遞，使整車倒向行駛。

當選擇空擋時，第一離合器15和第二離合器16均不工作，使得驅動電機輸出軸22與左輸出半軸3和右輸出半軸25處於分離狀態，切斷了動力的傳遞。

一擋升二擋過程，通過換擋控制單元實現內齒圈制動器13(常閉)由不工作狀態切換到工作狀態，太陽輪制動器20(常開)由不工作狀態切換到工作狀態，第一離合器15由不工作狀態切換到工作狀態，第二離合器16由工作狀態切換到不工作狀態。

二擋升一擋過程，通過換擋控制單元實現內齒圈制動器13(常閉)由工作狀態切換到不工作狀態，太陽輪制動器20(常開)由工作狀態切換到不工作狀態，第一離合器15由工作狀態切換到不工作狀態，第二離合器16由不工作狀態切換到工作狀態。

二擋升三擋過程，通過換擋控制單元實現太陽輪制動器20(常開)由工作狀態切換到不工作狀態，第二離合器16由不工作狀態切換到工作狀態。

三擋降二擋過程，通過換擋控制單元實現太陽輪制動器20(常開)由不工作狀態切換到工作狀態，第二離合器16由工作狀態切換到不工作狀態。

整車以一擋行駛需制動時，驅動電機由電動機模式切換到發電機模式，對傳動系統起到拖動作用，將整車的行駛動能轉換為電能。

當整車以二擋行駛需制動時，驅動電機由電動機模式切換到發電機模式，對傳動系統起到拖動作用，提高制動能量的回收效率。

該電驅動系統的換擋執行元件按照表1進行工作

表1

表1中「○」表示分離，「●」表示結合,B1表示內齒圈制動器13，B2表示太陽輪制動器20，Cl表示第一離合器15，C2表示第二離合器16。

儘管本發明的實施方案已公開如上，但其並不僅僅限於說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用於各種適合本發明的領域，對於熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同範圍所限定的一般概念下，本發明並不限於特定的細節和這裡示出與描述的圖例。