一种电动变速箱的制作方法

本发明涉及新能源汽车变速领域，尤其涉及一种电动变速箱。

(二)

背景技术：

变速箱是能固定或分档改变输出轴和输入轴传动比的齿轮传动装置，用于转变发动机曲轴的转矩及转速，以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种道路阻碍等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力及车速不同要求的需要。现有的新能源汽车变速箱，如液力自动变速器(at)，无级变速器(cvt)和电控机械自动变速器(amt)等，大多采用在传统内燃机汽车变速箱的基础上改进的技术路线。这些变速箱存在诸多问题，如档位较多，影响系统的效率和可靠性，体积大，成本高，而且利用机械力来改变输出轴和输入轴的传动比，对零部件的磨损较大，影响使用寿命，因而这些变速箱越来越不能适应新能源汽车的发展要求。

申请号为200920085397.3的中国实用新型专利公开了一种电动汽车自动变速动力系统，包括可调速电机、齿轮式变速器、拨叉、接合套、花键毂、常啮合齿轮、齿轮结合齿圈，拨叉位于接合套的内部，并且可以拨动接合套移动，接合套位于花键毂的上方，并于花键毂常啮合，齿轮结合齿圈固定设置在常啮合齿轮的侧边，并可与花键毂啮合，花键毂与齿轮结合齿圈相邻。通过拨叉拨动接合套移动，实现接合套与齿轮结合齿圈的啮合或脱开，从而实现力的传递，实现变速的目的。然而，采用此种方式变速，一方面，需要依靠拨叉的拨动来实现接合套的移动，连接花键毂和常啮合齿轮，机械摩擦大，部件容易损坏；另一方面，本发明中齿轮结合齿圈和拨叉都需占用较大的空间，使得变速器的尺寸将变得很大。

申请号为93235126.3的中国实用新型专利公开了一种双速圆盘锯石机变速装置，该装置包括主动齿轮，设置在主动齿轮上的凸齿，与凸齿相邻的牙嵌离合器上也设置齿轮，并与凸齿匹配，牙嵌离合器与操作杆里端联接。通过操作杆的拨动控制牙嵌离合器在轴上滑动，以啮合或脱开主动齿轮，实现动力传递。采用该变速装置时，需要依靠操作杆的拨动来实现牙嵌离合器的滑动，机械摩擦大，部件容易损坏，安全性隐患大。

申请号为201610126829.5的中国发明专利中公开了一种电磁变速器，其包括输入轴、输出轴、以及多个电磁变速单元，每个电磁变速单元均包括电源、电磁铁、齿轮副、以及离合轮，其中，电磁铁固定套设在输入轴上，并且与电源通过碳刷相互电性连接；离合轮由齿牙部、隔磁片和永磁体组成，永磁体与电磁体相对，离合轮可自由滑移地套设在电磁铁与主动齿轮之间的输入轴上，离合轮的齿牙部可与主动齿轮相互啮合；当电磁铁通电时，离合轮上永磁体与电磁铁相互吸引或排斥，实现离合轮与主动齿轮啮合，进而实现变速。该方案具有变速流畅，减少内部零件摩擦，提高寿命等优点，但是也存在诸多缺陷。首先，该专利的电磁铁随输入轴转动，通过碳刷实现电磁铁与电源之间的电连接，然而，变速箱内存在大量油液，碳刷易于磨损，电磁铁与碳刷之间的电连接性会受到很大影响，不安全因素增加；其次，该专利采用永磁体与电磁体的相互吸引或排斥，实现离合轮的移动，然而，变速箱工作时内部处于高温状态，永磁体与电磁铁等会发生剧烈碰撞，而且在复杂路况，需要经常变速的情况下，永磁体处于连续的迅速改变的磁场之中，这些因素都会导致永磁体消磁，造成巨大的安全隐患；另外，电磁铁安装在输入轴上，离合轮设置于电磁铁的两侧，变速箱的空间使用率低，占用空间大。

申请号为201510289991.4的中国发明专利公开了一种自动变速器，当换挡控制机构为内置的电磁执行机构时，所述换挡控制机构包括安装在第一双端面齿组合齿盘上的第一左端电磁铁和第一右端电磁铁，第一左端电磁铁或第一右端电磁铁通电时，第一双端面齿组合齿盘相应的向左或向右移动到指定位置。该发明仍然存在着电磁铁随齿转动，电磁铁与电源电连接不良，安全性和可靠性低等缺陷。

申请号为200810230558.3的中国发明专利公开了一种车辆电控电执行机构自动变速器，以车辆齿轮变速箱为基础，在齿轮变速箱中设置有电执行机构，电执行机构由至少二组电磁离合器组成，电磁离合器包括电磁离合器主动部件、电磁离合器左右从动部件、工作线圈，电磁离合器主动部件分别安装在变速器输出轴、中间轴上。各电磁离合器主动部件外围均装有工作线圈，工作线圈分别安装在各电磁离合器主动部件上方的齿轮变速箱的箱体内相应位置上，电磁离合器主动部件的左右侧分别与电磁离合器左右从动部件通过工作线圈的通电、断电而结合、脱开。但是，工作线圈设置在电磁离合器主动部件的上方，导致移动电磁离合器主动部件时需要较大的磁力，耗电量大，另一方面，为了在电磁离合器主动部件上方放置工作线圈，变速器的尺寸将变大。同时，当电磁离合器工作时间较长时，容易使得相邻的主动部件磁化，而发生移动，存在安全隐患。

(三)

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种尺寸小、成本低、工作稳定、可靠性高、安全性好、结构紧凑、磨损小和使用寿命长的电动变速箱。

为实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案：

一种电动变速箱，包括壳体、从动齿轮、轴及电动变速组件，所述电动变速组件包括套设于轴上并可绕轴转动的转轴齿轮、电定子、套在轴上可沿轴向移动的键滑子以及固设于键滑子上的衔铁，转轴齿轮和键滑子相邻设置，转轴齿轮和键滑子相对的端面分别设置有可啮合的端面齿和盘面齿，转轴齿轮的周边设置有与从动齿轮啮合的周边齿，其特征在于，端面齿和周边齿之间具有一环形凹槽，电定子设置在环形凹槽内，并固定设置在变速箱壳体上，电定子与环形凹槽和衔铁间始终保持有间隙，所述电定子与衔铁轴向相对设置，电定子通电时，产生磁力，通过拉动衔铁使键滑子轴向移动，使得键滑子盘面齿与转轴齿轮端面齿啮合，键滑子和转轴齿轮同步转动，实现动力传递。这样，电定子固定设置在变速箱壳体上，保持静止，不需要使用碳刷等部件，电定子直接与电源电连接，电连接稳定，可靠，电定子通电后产生磁力，其磁力稳定，不会出现断磁现象；可靠性强，安全性好，结构紧凑；另外，端面齿和周边齿之间具有一环形凹槽，电定子设置在环形凹槽内，使得电定子不会额外占用空间，变速器的尺寸相对较小。

所述衔铁为环形。这样，电定子和衔铁之间在工作时，吸力均衡，稳定。

所述衔铁固设在键滑子的外周。这样，键滑子的加工成本低，并且容易固定。

键滑子与电定子相对的侧面外周边设有一环形台阶，衔铁固定设置在环形台阶内。这样，键滑子的加工成本较低，并且容易固定。

所述键滑子相对于电定子的侧面设有凹槽，衔铁固设在凹槽内。这样，衔铁不会额外占用空间，变速器的尺寸较小。

所述电定子为圆环。这样，当电定子为圆环形时，电定子与衔铁间的磁力比较稳定且磁力相对较大。

所述键滑子盘面齿齿形为矩形或子弹形或扇形或倒锥形或梯形或三角形。这样，键滑子和转轴齿轮之间啮合牢固，可靠性更高。

所述键滑子的中孔孔深大于8mm。这样，键滑子的结构稳定，可靠性高。

所述键滑子与衔铁之间通过连接装置固定。连接装置包括但不限于胶接或焊接或螺钉或铆钉装置。这样，键滑子与衔铁之间结合牢固，且成本较低。

所述电定子通过支撑架固定在变速箱壳体上。这样，电定子与变速箱壳体固定牢固，且电定子可根据实际需要而设定具体位置。

一个所述支撑架支撑1个、2个或多个电定子。这样，可以减小支撑架的数量，进而相应的减小变速器的重量和尺寸。

所述间隙不小于0.2mm。这样，电定子和衔铁不直接接触，使得电定子保持固定。

所述电定子的电流或/和电压可控。这样，可根据需要控制电定子的电流或电压，进而控制键滑子的移动。

所述键滑子的单面设置有盘面齿。所述电动变速组件包括一个键滑子和与键滑子盘面齿相对的一个转轴齿轮。这样，当变速器的级数较少时，单面设置盘面齿的键滑子可以降低变速器成本、尺寸及重量。

所述键滑子的双面设置有盘面齿。所述电动变速组件包括一个键滑子和两个转轴齿轮，键滑子位于两个转轴齿轮之间。这样，当变速器需要级数较多时，相比于单面设置盘面齿的键滑子，变速器的成本更低，尺寸更小，重量更轻。

所述的轴包括输入轴和输出轴，电动变速组件设置在输入轴或/和输出轴上。

所述的轴包括输入轴、输出轴和中间轴，电动变速组件设置在输入轴、输出轴和中间轴的任一轴或几轴上。这样，电动变速组件可以根据需要设置在不同的轴上，最大化的利用变速器的空间，减小变速器重量和尺寸。

本发明电动变速器的端面齿和周边齿之间具有一环形凹槽，电定子设置在环形凹槽内，并固定设置在变速箱壳体上，电定子与环形凹槽和衔铁间始终保持有间隙，所述电定子与衔铁轴向相对设置，电定子通电时，产生磁力，通过拉动衔铁使键滑子轴向移动，使得键滑子盘面齿与转轴齿轮端面齿啮合，键滑子和转轴齿轮同步转动，实现动力传递。该电动变速器具有尺寸小、成本低、运行稳定、可靠、安全性好、结构紧凑、耗电量小、磨损小和使用寿命长等优点。

(四)附图说明

图1是实施例一的结构示意图；

图2是图1的局部放大图；

图3是实施例二的结构示意图；

图4是图2的局部放大图；

图5是实施例三的结构示意图；

图6是图5的局部放大图；

图7是实施例四的结构示意图；

图8是图7的局部放大图；

图9至图14是设置在环形凹槽中的电定子及电定子固定支架的不同设置方式；

图15是实施例五的结构示意图；

图16是实施例六的结构示意图；

图17是实施例七的结构示意图；

图18是实施例八的结构示意图；

图19是实施例九的结构示意图；

图20是实施例十的结构示意图；

图21是在电定子中设置磁芯的结构示意图。

附图中：1-壳体，2-齿轮，2-1-输入轴齿轮，2-2-输出轴齿轮，2-3-中间轴齿轮，3-轴，3-1-输入轴，3-2-输出轴，3-3-中间轴，4-转轴齿轮，5-电定子，6-键滑子，7-衔铁，8-端面齿，9-盘面齿，10-电动变速组件，11-周边齿，12-磁芯，13-支架，14-环形凹槽，15-滚针轴承。

(五)具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

具体实施例一：

如图1和图2所示，本发明所述的一种电动变速箱，包括壳体1、齿轮2、轴3及电动变速组件10。轴3包括输入轴3-1，输出轴3-2和中间轴3-3，输入轴3-1和输出轴3-2通过滚针轴承15连接，输入轴3-1，输出轴3-2和中间轴3-3上分别通过键固设有随轴3转动的输入轴齿轮2-1，输出轴齿轮2-2和中间轴齿轮2-3。

中间轴3-3上还设置有两组电动变速组件10，一组电动变速组件10包括一个键滑子6和两个转轴齿轮4，键滑子6位于两个转轴齿轮4之间，使得本实施例的一种电动变速箱具有四个档位。键滑子6通过花键固定设置在中间轴3-3上，随中间轴3-3同步转动，并且可沿中间轴3-3轴向移动。转轴齿轮4通过轴承套设在中间轴3-3上，不随轴同步转动。

转轴齿轮4和键滑子6相对的侧面分别设置有相对的可啮合的端面齿8和盘面齿9，键滑子6的双面设置有盘面齿9，盘面齿9的齿形为矩形。转轴齿轮4的周边还设置有周边齿11，转轴齿轮4的端面齿8和周边齿11之间设置有环形凹槽14，电定子5设置在环形凹槽14内，并与环形凹槽14存在间隙。电定子5为圆环形设置。电定子5的电流和电压可控。电定子5通过支架13固定在电动变速箱的壳体1上，每个支架13连有相邻两个电定子5，支架13与电定子固定处可作为固定电定子5的支撑点。，衔铁7设置在键滑子6的外周边。

另外，如图9至14所示，固定一个电定子5的支架13还可设置为1个、2个或3个或更多，一个上述支架13可单独固定一个电定子，也可固定不同轴心的多个电定子。

本实施例的工作原理是：当变速箱工作时，输入轴3-1带动输入轴齿轮2-1转动，输入轴齿轮2-1带动与输入轴齿轮2-1啮合的中间轴齿轮2-3，中间轴齿轮2-3带动中间轴3-3转动，中间轴3-3带动通过花键固定在中间轴3-3上的键滑子6转动。每个电定子5均有单独的电路控制，具有唯一通电性。电定子5通电原则是先将已通电电定子5断电，使键滑子6与转轴齿轮4处于脱开状态，另一电定子5才启动工作。当电定子5均未通电时，键滑子6处于两个转轴齿轮4之间，处于脱开状态；当一个电定子5通电时，电定子5产生磁力，并通过磁芯12加强，吸引衔铁7带动键滑子6向通电的电定子5一侧移动，使得键滑子6的盘面齿9与转轴齿轮4的端面齿8啮合，并带动转轴齿轮4随键滑子6一起转动，转轴齿轮4通过周边齿11带动输出轴齿轮2-2转动，进而带动输出轴3-2转动，完成动力传递，当电定子5断电时，键滑子6返回两个转轴齿轮4的中间位置。通过对不同的电定子5通电，使得不同的键滑子6移动，实现换挡操作。

具体实施例二：

图3是实施例二的示意图。如图3所示，输入轴3-1上设置有两组电动变速组件10，每组电动变速组件10包括一个键滑子6和两个转轴齿轮4，键滑子6位于两个转轴齿轮4之间，使得本实施例的一种电动变速箱具有四个档位，如图4所示，其衔铁7为设置在键滑子6外周的u型衔铁。

具体实施例三：

图5是实施例三的示意图。如图5所示，中间轴3-3上设置有两组电动变速组件10，键滑子6上设置的衔铁7为圆环形，且设置在与盘面齿9同侧的键滑子6侧边。

具体实施例四：

图7是实施例四的示意图。如图7所示，键滑子7相对于电定子5的侧面设有凹槽14，衔铁7固设在凹槽14内。

如图9所示，电定子5为圆环形，设置在环形凹槽14内，通过支架13的2个支点固定在箱壳1上。

如图10所示，电定子5为圆环形，设置在环形凹槽14内，通过支架13的3个支点固定在箱壳1上。

如图11所示，电定子5为圆环形，设置在环形凹槽14内，通过支架13的4个支点固定在箱壳1上。

如图12所示，电定子5为圆弧形，两个圆弧形电定子为一组，设置在环形凹槽14内，通过支架13的2个支点固定在箱壳1上。

如图13所示，电定子5为圆弧形，三个圆弧形电定子为一组，设置在环形凹槽14内，通过支架13的3个支点固定在箱壳1上。

如图14所示，电定子5为圆弧形，四个圆弧形电定子为一组，设置在环形凹槽14内，通过支架13的4个支点固定在箱壳1上。

图9-14中，不同轴心的电定子5可固定在横向设置有多个支点的支架13上，多个横向设置的支架13上同轴心的支点固定同一环形凹槽14内设置的电定子5。

具体实施例五

如图15所示，键滑子6与电定子5相对的侧面外周边设有一环形台阶，所述衔铁7固设在键滑子6的外周；其为不同轴动力输出，输入轴3-1和输出轴3-2，在输入轴3-1上设置有四组电动变速组件10，每组电动变速组件10中的键滑子6均只有一面设置有盘面齿9；当变速箱工作时，输入轴3-1带动键滑子6转动。当电定子5均未通电时，键滑子6处于两个转轴齿轮4之间，处于脱开状态；当一个电定子5通电时，电定子5产生磁力，并通过磁芯12加强，吸引衔铁7带动键滑子6向通电的电定子5一侧移动，使得键滑子6的盘面齿9与转轴齿轮4的端面齿8啮合，并带动转轴齿轮4随键滑子6一起转动，转轴齿轮4通过周边齿11带动输出轴齿轮2-2转动，进而带动输出轴3-2转动，完成动力传递，当电定子5断电时，键滑子6返回两个转轴齿轮4的中间位置。通过对不同的电定子5通电，使得相应的键滑子6移动，实现换挡操作，这样使得本实施例的一种电动变速箱具有四个档位。

具体实施例六

如图16所示，键滑子6与电定子5相对的侧面外周边设有一环形台阶，所述衔铁7固设在键滑子6的侧边端；其为不同轴动力输出，输入轴3-1和输出轴3-2，在输出轴3-2上设置有两组电动变速组件10，每组电动变速组件10中的键滑子6两面均设置有盘面齿9；当变速箱工作时，输入轴3-1带动齿轮2-1转动，齿轮2-1传动转轴齿轮4同步转动，当电定子5均未通电时，键滑子6处于两个转轴齿轮4之间，处于脱开状态；当其中一个电定子5通电时，该电定子5产生磁力，吸引衔铁7带动键滑子6向通电的电定子5一侧移动，使得键滑子6的盘面齿9与转轴齿轮4的端面齿8啮合，并带动转轴齿轮4随键滑子6一起转动，键滑子6利用花键带动输出轴3-2转动，完成动力传递，当电定子5断电时，键滑子6返回两个转轴齿轮4的中间位置。通过对不同位置的电定子5通电，使得相应的键滑子6移动，实现换挡操作，这样使得本实施例的一种电动变速箱具有四个档位。

具体实施例七：

如图17所示，键滑子6的双面均设置有盘面齿9，所述电动变速组件10包括一个键滑子6和与盘面齿9相对的两个转轴齿轮4，转轴齿轮4上设置有与盘面齿9啮合的端面齿8，转轴齿轮4凹槽内的电定子5通过支架13固定在电动变速箱的壳体1上。本实施例中的电动变速箱仅包括输入轴3-1和输出轴3-2。电动变速组件10设置在输入轴3-1上，实现两档换挡。

具体实施例八：

如图18所示，键滑子6的双面均设置有盘面齿9，所述电动变速组件10包括一个键滑子6和与盘面齿9相对的两个转轴齿轮4，转轴齿轮4上设置有与盘面齿9啮合的端面齿8，转轴齿轮4凹槽内的电定子5通过支架13固定在电动变速箱的壳体1上。本实施例中的电动变速箱仅包括输入轴3-1和输出轴3-2。电动变速组件10设置在输出轴3-2上，实现两档换挡。

具体实施例九：

如图19所示，键滑子6的双面均设置有盘面齿9，所述电动变速组件10包括一个键滑子6和与盘面齿9相对的两个转轴齿轮4，转轴齿轮4上设置有与盘面齿9啮合的端面齿8，转轴齿轮4凹槽内的电定子5通过支架13固定在电动变速箱的壳体1上。本实施例中的电动变速箱包括输入轴3-1、输出轴3-2和中间轴3-3。电动变速组件10设置在中间轴3-3上，实现两档换挡。

具体实施例十：

如图20所示，电动变速箱内设置有输入轴3-1、输出轴3-2和中间轴3-3，在输出轴3-2和中间轴3-3均设置有一组电动变速组件10，该电动变速组件10包括键滑子6和与盘面齿9相对的转轴齿轮4，键滑子6的双面均设置有盘面齿9，转轴齿轮4上设置有与盘面齿9啮合的端面齿8，转轴齿轮4凹槽内的电定子5通过支架13固定在电动变速箱的壳体1上。

上述内容为本发明的具体实施例的例举，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。

同时本发明上述实施例仅为说明本发明技术方案之用，仅为本发明技术方案的列举，并不用于限制本发明的技术方案及其保护范围。采用等同技术手段、等同设备等对本发明权利要求书及说明书所公开的技术方案的改进应当认为是没有超出本发明权利要求书及说明书所公开的范围。