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CN112879507A - 电桥驱动系统和变速装置 - Google Patents

电桥驱动系统和变速装置 Download PDF

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CN112879507A
CN112879507A CN201911205362.3A CN201911205362A CN112879507A CN 112879507 A CN112879507 A CN 112879507A CN 201911205362 A CN201911205362 A CN 201911205362A CN 112879507 A CN112879507 A CN 112879507A
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李清泉
沈坚
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Abstract

本发明涉及电桥驱动系统和变速装置。公开了一种用于车辆传动系的电桥驱动系统，包括：电动机；输入轴，其用于接收来自电动机的动力；第一行星齿轮装置，包括第一太阳轮、第一行星架、第一行星轮和第一齿圈，其中，输入轴与第一太阳轮抗扭转地连接；第二行星齿轮装置，包括第二太阳轮、第二行星架、第二行星轮和第二齿圈，其中，第一行星架与第二齿圈抗扭转地连接，并且第一齿圈与第二行星架抗扭转地连接；输出齿轮，其与第二齿圈和第一行星架抗扭转地连接；第一制动装置，其用于沿至少一个方向制动第一齿圈和第二行星架；和第二制动装置，其用于沿至少一个方向制动第二太阳轮。

Description

电桥驱动系统和变速装置
技术领域
本发明涉及电桥驱动系统和变速装置。更具体地，本发明涉及双速电桥驱动系统。
背景技术
电桥驱动系统用于混合动力车辆或纯电动车辆。图1是一种双速电桥驱动系统的示意图。如图1所示，电桥驱动系统可以包括电动机101、输入轴116、行星齿轮装置、同步器和传动齿轮组。该行星齿轮装置包括太阳轮117、行星架114、行星轮和齿圈102。该同步器包括同步器滑套103和同步环105。该传动齿轮组包括第一传动轴107、第二传动轴113、第一齿轮108、第二齿轮109和第三齿轮110。在图1中，还示出了通过输入齿轮111与电桥驱动系统抗扭连接的差速器112。输入轴116抗扭转地连接到电动机101。太阳轮117通过花键连接到输入轴116上。齿圈102固定到壳体。行星架114可转动地设置在输入轴116上。由电机101产生的动力经由太阳轮117被传递到行星架114。第一齿轮108被集成在第一传动轴107上。与第一传动轴107径向偏离地布置第二传动轴113。第二齿轮109和第三齿轮110被集成在第二传动轴113上。带有摩擦面的第二结合齿115被焊接在行星架114上，并且带有摩擦面的结合齿106通过花键与输入轴116抗扭连接。部件104通过花键被固定在第一传动轴107上，并通过花键与同步器滑套103连接。同步器滑套103由致动器控制，并且能够在推动部件104上沿轴向移动。同步器滑套103具有三个位置，分别对应1档、2档和空档。滑套103能够推动同步环105，使其与第二结合齿115或第一结合齿106的摩擦面接触并最终与第二结合齿115或第一结合齿106接合。
这种电桥驱动系统由于采用同步器来实现换挡，所以在换挡时会出现动力中断。该电桥驱动系统采用多个轴承和轴，从而需要复杂的支承结构来支撑轴，并且还需要复杂的同步器结构。这些都会造成成本增高并且可靠性降低，并且整个系统的轴向尺寸较大。此外，壳体的设计更复杂，同样会增大制造和连接成本，并且引起润滑困难。
为此，需要一种在没有动力中断的双速电桥驱动系统。
发明内容
本发明的一个目的是提供在没有动力中断的双速电桥驱动系统和变速装置。本发明的另一目的是提供结构更紧凑且成本更低的电桥驱动系统和变速装置。本发明的另一目的是提供能够提供柔性变速比的电桥驱动系统和变速装置。
本发明的一个方面提供一种用于车辆传动系的电桥驱动系统，包括：电动机；输入轴，其用于接收来自电动机的动力；第一行星齿轮装置，包括第一太阳轮、第一行星架、第一行星轮和第一齿圈，其中，输入轴与第一太阳轮抗扭转地连接；第二行星齿轮装置，包括第二太阳轮、第二行星架、第二行星轮和第二齿圈，其中，第一行星架与第二齿圈抗扭转地连接，并且第一齿圈与第二行星架抗扭转地连接；输出齿轮，其与第二齿圈和第一行星架抗扭转地连接；第一制动装置，其用于沿至少一个方向制动第一齿圈和第二行星架；和第二制动装置，其用于沿至少一个方向制动第二太阳轮。
根据本发明的实施例，电桥驱动系统采用两组行星齿轮装置和两组制动装置，可以根据制动装置的不同状态以两种不同的传动比将电动机的动力传递到车轮，从而实现无动力中断的两挡变速的电驱动功能。两个挡位的传动比可以根据需要具有较大的变化范围。此外，电桥驱动系统的变速机构结构简单且可靠性较高，同时尺寸较小，易于布置在车辆中。
根据本发明的实施例，第一制动装置包括单向离合器，单向离合器的内圈抗扭转地连接到第二行星架。通过使用单向离合器，第二行星架仅能沿一个方向转动。
根据本发明的实施例，第二制动装置包括活动部件和固定部件，活动部件抗扭转地连接到第二太阳轮。第二制动装置构造成制动离合器，从而可以在制动离合器起作用时制动第二太阳轮。制动离合器可以设计成摩擦配合地制动的制动装置。制动离合器可以通过机械的、电动的、液压的等各种方式操作。
根据本发明的实施例，电动机、输入轴、第一行星齿轮装置和第二行星齿轮装置同轴地布置。这可以有利地减小电桥驱动系统的体积。
根据本发明的实施例，电桥驱动系统还包括差速器，其用于接收来自输出齿轮的动力，输出齿轮设置成与差速器的输入齿轮啮合。输出齿轮与差速器的输入齿轮啮合，从而通过调节输出齿轮与差速器的输入齿轮的齿数比，可以方便地调节电桥驱动系统的传动比。同时，由于减少了中间结构，可以减小电桥驱动系统的体积并且简化支撑结构。
根据本发明的实施例，第一行星齿轮装置沿轴向设置在第二行星齿轮装置和电动机之间。两个行星齿轮装置并排布置在电动机的同一侧，可以减小电桥驱动系统的轴向尺寸。
根据本发明的实施例，输出齿轮沿轴向设置在第一行星齿轮装置和电动机之间，并且输入轴同轴地穿过输出齿轮。输出齿轮套设在输入轴上并且布置在行星齿轮装置和电动机之间，可以减小的电桥驱动系统的体积。
根据本发明的实施例，第一行星架和第二齿圈一体形成；和/或第二行星架和第一齿圈一体形成。行星架与齿圈的一体式设计可以减少部件之间的连接成本，并且提高结构的紧凑性。
根据本发明的实施例，第一制动装置和第二制动装置设置在第二行星齿轮装置的远离第一行星齿轮装置的一侧。
本发明的另一方面提供一种用于车辆传动系的变速装置，包括：输入轴，其用于接收来自车辆传动系的电动机的动力；第一行星齿轮装置，包括第一太阳轮、第一行星架、第一行星轮和第一齿圈，其中，输入轴与第一太阳轮抗扭转地连接；第二行星齿轮装置，包括第二太阳轮、第二行星架、第二行星轮和第二齿圈，其中，第一行星架与第二齿圈抗扭转地连接，并且第一齿圈与第二行星架抗扭转地连接；输出齿轮，其与第二齿圈和第一行星架抗扭转地连接；第一制动装置，其用于沿至少一个方向制动第一齿圈和第二行星架；和第二制动装置，其用于沿至少一个方向制动第二太阳轮。
附图说明
图1是一种电桥驱动系统的示意图。
图2是根据本发明的实施例的电桥驱动系统的示意图。
图3是根据本发明的实施例的电桥驱动系统的第一工作模式的示意图。
图4是根据本发明的实施例的电桥驱动系统在第一工作模式下的等效杠杆图。
图5是根据本发明的实施例的电桥驱动系统的第二工作模式的示意图。
图6是根据本发明的实施例的电桥驱动系统在第二工作模式下的等效杠杆图。
具体实施方式
下文中，参照附图描述本发明的实施例。下面的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，本发明不限于所描述的优选实施例，本发明的范围由权利要求书限定。现参考示例性的实施方式详细描述本发明，一些实施例图示在附图中。以下描述参考附图进行，除非另有表示，否则在不同附图中的相同附图标记代表相同或类似的元件。以下示例性实施方式中描述的方案不代表本发明的所有方案。相反，这些方案仅是所附权利要求中涉及的本发明的各个方面的系统和方法的示例。
根据本发明的电桥驱动系统可以安装在以电动机为驱动源的电动汽车或燃料电池汽车或者以电动机和内燃机两者为驱动源的混合动力汽车中。
图2是本发明的实施例的用于车辆传动系的电桥驱动系统的示意图。电桥驱动系统是双速电桥驱动系统，并且包括电动机10和变速装置。如图2所示，变速装置可以包括输入轴20、第一行星齿轮装置30和第二行星齿轮装置40、输出齿轮51、第一制动装置70和第二制动装置80。根据本发明的某些实施例，变速装置还可以包括差速器60。电桥驱动系统还可以包括壳体以容纳和安装电桥驱动系统的部件。
电动机10可以包括定子和转子。定子和转子都设置在壳体内。输入轴20可以抗扭转地连接到电动机10，例如电动机10的转子。例如，输入轴20和电动机10的转子可以通过过盈压装、花键等抗扭转地连接。根据本发明的示例实施例，输入轴20可以既作为电动机10的电动机轴，又作为用于传动的输入轴，这可以简化对于传动轴的支撑结构并且提高传动轴的刚度。
如图2所示，第一行星齿轮装置30可以包括第一太阳轮31、第一行星架32、第一行星轮33和第一齿圈34。
第一太阳轮31作为第一行星齿轮装置30的输入端。在示例性实施例中，第一太阳轮31抗扭转地连接到输入轴20。根据本发明的某些实施例，第一太阳轮31可以通过花键等抗扭转地连接到输入轴20。在一些实施例中，第一太阳轮31与输入轴20可以一体形成。
第一行星架32相对于第一太阳轮31可转动地设置。第一行星架32设置成与第一太阳轮31同轴，并且在径向上围绕第一太阳轮31。
第一行星轮33布置在第一太阳轮31和第一齿圈34之间，并且与第一太阳轮31和第一齿圈34啮合。每个第一行星轮33可转动地连接到第一行星架32，例如通过销和滚针轴承等。在示例性实施例中，第一齿圈34可以具有径向内齿，以与第一行星轮33啮合。
第一齿圈34设置成与第一太阳轮31同轴并且围绕第一太阳轮31。第一齿圈34相对于第一太阳轮31可转动地设置。
如图2所示，第二行星齿轮装置40可以包括第二太阳轮41、第二行星架42、第二行星轮43和第二齿圈44。
第二太阳轮41与第一太阳轮31同轴地设置。第二行星架42相对于第二太阳轮41可转动地设置。第二行星架42设置成与第二太阳轮41同轴，并且在径向上围绕第二太阳轮41。
第二行星轮43布置在第二太阳轮41和第二齿圈44之间，并且与第二太阳轮41和第二齿圈44啮合。每个第二行星轮43可转动地连接到第二行星架42，例如通过销和滚针轴承等。在示例性实施例中，第二齿圈44可以具有径向内齿，以与第一行星轮43啮合。
第二齿圈44设置成与第二太阳轮41同轴并且围绕第二太阳轮41。第二齿圈44相对于第二太阳轮41可转动地设置。
根据本发明的实施例，第一行星架32与第二齿圈44抗扭转地连接。根据本发明的某些实施例，第一行星架32可以通过花键等抗扭转地连接到第二齿圈44。在一些实施例中，第一行星架32与第二齿圈44可以一体形成。
根据本发明的实施例，第一齿圈34与第二行星架42抗扭转地连接。根据本发明的某些实施例，第二行星架42可以通过花键等抗扭转地连接到第一齿圈34。在一些实施例中，第二行星架42与第一齿圈34可以一体形成。
输出齿轮51与第一行星架32和第二齿圈44抗扭转地连接。在示例性实施例中，输出齿轮51可以设置成与输入轴20同轴，并且可转动地设置在输入轴20上。在一些实施例中，输出齿轮51、第一行星架32和第二齿圈44可以一体形成。在示例性实施例中，如图2所示，输出齿轮51可以沿轴向设置在第一行星齿轮装置30和电动机10之间，并且输入轴20同轴地穿过输出齿轮51。
第一制动装置70可以沿至少一个方向制动第一齿圈34和第二行星架42。根据本发明的某些实施例，第一制动装置70包括单向离合器。单向离合器的内圈可以抗扭转地连接到第二行星架42和第一齿圈34，并且单向离合器的外圈可以固定到壳体。这种情况下，与单向离合器的内圈抗扭转连接的第一齿圈34和第二行星架42仅能沿一个方向转动，而不能沿相反方向转动。
第二制动装置80可以沿至少一个方向制动第二太阳轮41。根据本发明的某些实施例，第二制动装置80构造成制动离合器，其包括活动部件和固定部件。制动离合器的活动部件可以抗扭转地连接到第二太阳轮41，例如通过一个转动轴，并且制动离合器的固定部件可以固定到壳体。这种情况下，当制动离合器起作用时，制动离合器能够制动第二太阳轮41，即第二太阳轮41沿任一方向均无法转动。
差速器60可以接收来自输出齿轮51的动力。差速器60的输入端可以直接或间接地与输出齿轮51传动连接。根据本发明的某些实施例，差速器60可以包括输入齿轮61。在示例性实施例中，如图2所示，差速器60的输入齿轮61设置成与输出齿轮51啮合。但是，本发明不限于此。根据本发明的实施例，差速器60的输入齿轮61还可以设置成通过其他齿轮和轴等与输出齿轮51间接地传动连接。
在示例性实施例中，电动机10、输入轴20、第一行星齿轮装置30和第二行星齿轮装置40同轴地布置。
在示例性实施例中，输出齿轮51、第一行星齿轮装置30和第二行星齿轮装置40可以沿着远离电动机10的方向同轴地依次布置。
在示例性实施例中，第一制动装置70和第二制动装置80设置在第二行星齿轮装置40的远离第一行星齿轮装置30的一侧。
图3是根据本发明的实施例的电桥驱动系统的第一工作模式的示意图。在第一工作模式下，第二行星架42和第一齿圈34通过第一制动装置70在与电动机的旋转方向相反的方向上被制动，并且第二制动装置80未被制动。如图3中虚线所示，电动机10的动力经由输入轴20、第一太阳轮31、第一行星轮33、第一保持架32和输出齿轮51，传递到差速器60的输入齿轮61。
图4是根据本发明的实施例的电桥驱动系统在第一工作模式下的等效杠杆图。在图4中，S1表示第一太阳轮31，S2表示第二太阳轮41，PC1表示第一行星架32，PC2表示行星架42，R1表示第一齿圈34，R2表示第二齿圈44。在这种情况下，电桥驱动系统的传动比可以表示为：
Figure BDA0002296811320000071
其中，K1＝Z34/Z31，Z31是第一太阳轮31的齿数，Z34是第一齿圈34的齿数，Z51是输出齿轮51的齿数，Z61是的差速器60的输入齿轮61的齿数。
图5是根据本发明的实施例的电桥驱动系统的第二工作模式的示意图。在第二工作模式下，第二制动装置80被制动而使得第二太阳轮41不能转动，并且第二行星架42和第一齿圈34可以在于电动机的旋转方向相同的方向上转动。如图5中虚线所示，电动机10的动力经由输入轴20、第一太阳轮31、第一行星轮33、第一齿圈34、第二行星架42、第二行星轮43和第二齿圈44(第一行星架32)，传递到差速器60的输入齿轮61。
图6是根据本发明的实施例的电桥驱动系统在第二工作模式下的等效杠杆图。在图6中，S1表示第一太阳轮31，S2表示第二太阳轮41，PC1表示第一行星架32，PC2表示行星架42，R1表示第一齿圈34，R2表示第二齿圈44。在这种情况下，电桥驱动系统的传动比可以表示为：
Figure BDA0002296811320000081
其中，K1＝Z34/Z31，K2＝Z44/Z41，Z31是第一太阳轮31的齿数，Z34是第一齿圈34的齿数，Z41是第二太阳轮41的齿数，Z44是第二齿圈44的齿数，Z51是输出齿轮51的齿数，Z61是的差速器60的输入齿轮61的齿数。
根据本发明的实施例的电桥驱动系统根据第一制动装置70和第二制动装置80的不同状态，能够以两种不同的传动比将电动机的动力通过差速器传递到车轮，实现无动力中断的两挡变速的电驱动功能。
在根据本发明的实施例的电桥驱动系统中，能够通过合理设置各个带齿部件的齿数来实现两个挡位上理想的传动比，从而优化电桥驱动系统的无动力中断的两挡变速电驱动功能。
尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应理解，本发明并不限于上述实施例的构造和方法。相反，本发明意在覆盖各种修改例和等同配置。另外，尽管在各种示例性结合体和构造中示出了所公开发明的各种元件和方法步骤，但是包括更多、更少的元件或方法的其它组合也落在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于车辆传动系的电桥驱动系统，包括：
电动机(10)；
输入轴(20)，其用于接收来自所述电动机(10)的动力；
第一行星齿轮装置(30)，包括第一太阳轮(31)、第一行星架(32)、第一行星轮(33)和第一齿圈(34)，其中，所述输入轴(20)与所述第一太阳轮(31)抗扭转地连接；
第二行星齿轮装置(40)，包括第二太阳轮(41)、第二行星架(42)、第二行星轮(43)和第二齿圈(44)，其中，所述第一行星架(32)与所述第二齿圈(44)抗扭转地连接，并且所述第一齿圈(34)与所述第二行星架(42)抗扭转地连接；
输出齿轮(51)，其与所述第二齿圈(44)和所述第一行星架(32)抗扭转地连接；
第一制动装置(70)，其用于沿至少一个方向制动所述第一齿圈(31)和所述第二行星架(42)；和
第二制动装置(80)，其用于沿至少一个方向制动所述第二太阳轮(41)。
2.根据权利要求1所述的电桥驱动系统，其中，所述第一制动装置(70)包括单向离合器，所述单向离合器的内圈抗扭转地连接到所述第二行星架(42)。
3.根据权利要求1或2所述的电桥驱动系统，其中，所述第二制动装置(80)包括活动部件和固定部件，所述活动部件抗扭转地连接到所述第二太阳轮(41)。
4.根据权利要求3所述的电桥驱动系统，其中，所述电动机(10)、所述输入轴(20)、所述第一行星齿轮装置(30)和所述第二行星齿轮装置(40)同轴地布置。
5.根据权利要求3所述的电桥驱动系统，还包括差速器(60)，其用于接收来自所述输出齿轮(51)的动力，其中，所述输出齿轮(51)设置成与所述差速器(60)的输入齿轮(61)啮合。
6.根据权利要求5所述的电桥驱动系统，其中，所述第一行星齿轮装置(30)沿轴向设置在所述第二行星齿轮装置(40)和所述电动机(10)之间。
7.根据权利要求6所述的电桥驱动系统，其中，所述输出齿轮(51)沿轴向设置在所述第一行星齿轮装置(30)和所述电动机(10)之间，并且所述输入轴(20)同轴地穿过所述输出齿轮(51)。
8.根据权利要求3所述的电桥驱动系统，其中，所述第一行星架(32)和所述第二齿圈(44)一体形成；和/或所述第二行星架(42)和所述第一齿圈(34)一体形成。
9.根据权利要求6或7所述的电桥驱动系统，其中，所述第一制动装置(70)和所述第二制动装置(80)设置在所述第二行星齿轮装置(40)的远离所述第一行星齿轮装置(30)的一侧。
10.一种用于车辆传动系的变速装置，包括：
输入轴(20)，其用于接收来自所述车辆传动系的电动机(10)的动力；
第一行星齿轮装置(30)，包括第一太阳轮(31)、第一行星架(32)、第一行星轮(33)和第一齿圈(34)，其中，所述输入轴(20)与所述第一太阳轮(31)抗扭转地连接；
第二行星齿轮装置(40)，包括第二太阳轮(41)、第二行星架(42)、第二行星轮(43)和第二齿圈(44)，其中，所述第一行星架(32)与所述第二齿圈(44)抗扭转地连接，并且所述第一齿圈(34)与所述第二行星架(42)抗扭转地连接；
输出齿轮(51)，其与所述第二齿圈(44)和所述第一行星架(32)抗扭转地连接；
第一制动装置(70)，其用于沿至少一个方向制动所述第一齿圈(31)和所述第二行星架(42)；和
第二制动装置(80)，其用于沿至少一个方向制动所述第二太阳轮(41)。
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