电动机动车自适应机械变速器的制作方法

本发明涉及到一种电动机动车自适应变速技术，特别涉及到一种电动机动车自适应机械变速器。

背景技术：

现有技术电动机动车通常采用电压电流控制的方式实现速度和载荷能力的调节，即当需要慢速行使时，系统提供较低的电压电流，使得机动车的行驶速度较慢；反之，系统提供较高的电压电流，满足机动车快速行驶的要求。因此，电动机动车的加速过程，实际上就是电压电流逐渐升高的过程；减速过程，则是电压电流逐渐降低的过程。然而，当电动机动车需要承载较大的负荷，或者需要爬上较高的陡坡时，则需要行驶在低速、大功率的状态，此时虽然系统提供的电压不算较高，但却需要提供较高的电流。当电动机动车行驶在平地，或者下坡路段时，这可能需要较高的电压和较低的电流。实际上，电动机动车采用了电压电流控制的方式，实现燃油机动车的手动变速器（通常有5个前进挡位和1个倒车挡位）或自动变速器的功能。由于电动机动车的力矩传递都是固定的，即电动机动车的力矩传递没有力矩变化，所有的承载变化都是靠电机的输出来实现。当机动车起步或上坡时，需要低转速、高载荷，对于驱动电机而言，只有通过提高电流来提高载荷，而此时驱动电机的转速又很低，高电流运行很容易烧毁驱动电机。反之，当机动车处于高速行驶时，需要驱动电机以较高的转速运转，明显提高了驱动电机高转速平衡的要求。实际上，对于驱动电机，高电流和高转速运行都是十分不利的，对驱动电机的设计和制造都提出了更高的要求。由此可见，现有技术电动机动车的蓄电池、电控制系统和驱动电机都需要承受较宽的过载能力，需要以可能出现的最大负荷作为设计基础，使得蓄电池、电控制系统和驱动电机都必须具有较大的放电能力或较大的功率。一方面提高了整车制造成本，另一方面提高了整车的制造难度。

显然，现有技术电动机动车采用电压电流控制，实现速度和载荷能力的调节，存在着蓄电池、电控制系统和驱动电机都必须具有较大的放电能力或较大的功率，提高了整车的制造成本和制造难度等问题。

技术实现要素：

为解决现有技术电动机动车采用电压电流控制，实现速度和载荷能力的调节，存在着蓄电池、电控制系统和驱动电机都必须具有较大的放电能力或较大的功率，提高了整车的制造成本和制造难度等问题，本发明提出一种电动机动车自适应机械变速器。

本发明电动机动车自适应机械变速器，包括主动组件、从动组件、输出轴组件和控制器；所述主动组件包括驱动电机、主动轴、主动齿轮ⅰ、主动齿轮ⅱ和单向轴承ⅰ；主动轴与驱动电机输出轴相连接，主动齿轮ⅰ和主动齿轮ⅱ并列安装在主动轴上，其中，主动齿轮ⅰ直接固定安装在主动轴上，主动齿轮ⅱ通过单向轴承ⅰ固定安装在主动轴上；所述从动组件包括从动轴、从动齿轮和行星轮组；所述从动轴包括下段轴、上段轴和单向轴承ⅱ，下段轴直接固定安装在单向轴承ⅱ的内圈内，上段轴的一个端头设置有内径与单向轴承ⅱ外圈外径相匹配的圆形内空台阶，单向轴承ⅱ的外圈套装固定在该圆形内空台阶内，使得下段轴和上段轴连接成一根整轴且保证下段轴、上段轴和单向轴承ⅱ的轴线在同一直线上；所述从动齿轮固定在下段轴上且与主动齿轮ⅰ啮合；所述行星轮组包括太阳轮、行星轮、行星架和齿圈，太阳轮固定安装在上段轴上，行星轮固定安装在固定设置的行星架上且啮合在太阳轮外侧，齿圈的内、外圆周上均设置有齿且套装在行星轮外侧，其内齿与行星轮啮合，外齿与主动齿轮ⅱ啮合；所述输出轴组件包括输出轴和圆盘，输出轴固定安装在圆盘中心，圆盘通过螺栓固定安装在齿圈外侧端且保证输出轴与从动轴同轴；所述控制器能够实时监测输出轴的转速，并在输出轴转速达到设定值时控制驱动电机停机并反向旋转；所述单向轴承ⅰ和单向轴承ⅱ均为内圈相对于外圈顺时针方向旋转时能自由旋转，逆时针方向旋转时则内、外圈相互锁死且传递力矩的轴承。

进一步的，本发明电动机动车自适应机械变速器主动齿轮ⅰ与从动齿轮的直径比为1∶1至1∶10。

进一步的，本发明电动机动车自适应机械变速器主动齿轮ⅱ与齿圈外圆的直径比为1∶1至1∶10。

进一步的，本发明电动机动车自适应机械变速器行星轮与齿圈内圆的直径比为1∶1至1∶10。

本发明电动机动车自适应机械变速器的有益技术效果是能够根据电动机动车的行驶速度，自动调节到高速挡或低速挡，使得驱动电机能在较低输出功率的情况下，通过低速挡的转速和力矩的变比，驱动较大的负荷；同时，在驱动电机以较低转速运行的情况下，通过高速挡的转速和力矩的变比，行驶更快。明显降低了对蓄电池、电控制系统和驱动电机的能力或功率等要求，有效降低了整车的制造成本和制造难度。

附图说明

附图1是本发明电动机动车自适应机械变速器的结构示意图；

附图2是本发明电动机动车自适应机械变速器结构另一视角的示意图；

附图3是本发明电动机动车自适应机械变速器从动轴的结构示意图。

下面结合附图和具体实施方式对本发明电动机动车自适应机械变速器作进一步的说明。

具体实施方式

附图1是本发明电动机动车自适应机械变速器的结构示意图，附图2是本发明电动机动车自适应机械变速器结构另一视角的示意图，附图3是本发明电动机动车自适应机械变速器从动轴的结构示意图。图中，1为驱动电机，2为主动轴，3为主动齿轮ⅰ，4为主动齿轮ⅱ，5为单向轴承ⅰ，6为从动轴，6-1为下段轴，6-2为上段轴，6-3单向轴承ⅱ，7为从动齿轮，8为齿圈，9为太阳轮，10为行星轮，11为圆盘，12为输出轴，13为行星架。由图可知，本发明电动机动车自适应机械变速器，包括主动组件、从动组件、输出轴组件和控制器；所述主动组件包括驱动电机1、主动轴2、主动齿轮ⅰ3、主动齿轮ⅱ4和单向轴承ⅰ5；主动轴2与驱动电机1输出轴相连接，主动齿轮ⅰ3和主动齿轮ⅱ4并列安装在主动轴2上，其中，主动齿轮ⅰ3直接固定安装在主动轴2上，主动齿轮ⅱ4通过单向轴承ⅰ5固定安装在主动轴2上；所述从动组件包括从动轴6、从动齿轮7和行星轮组；所述从动轴6包括下段轴6-1、上段轴6-3和单向轴承ⅱ6-2，下段轴6-1直接固定安装在单向轴承ⅱ6-2的内圈内，上段轴6-3的一个端头设置有内径与单向轴承ⅱ6-2外圈外径相匹配的圆形内空台阶，单向轴承ⅱ6-2的外圈套装固定在该圆形内空台阶内，使得下段轴6-1和上段轴6-3连接成一根整轴且保证下段轴6-1、上段轴6-3和单向轴承ⅱ6-2的轴线在同一直线上；所述从动齿轮7固定在下段轴6-1上且与主动齿轮ⅰ3啮合；所述行星轮组包括太阳轮9、行星轮10、行星架13和齿圈8，太阳轮9固定安装在上段轴6-1上，行星轮10固定安装在固定设置的行星架13上且啮合在太阳轮9外侧，齿圈8的内、外圆周上均设置有齿且套装在行星轮10外侧，其内齿与行星轮10啮合，外齿与主动齿轮ⅱ4啮合；所述输出轴组件包括输出轴12和圆盘11，输出轴12固定安装在圆盘11中心，圆盘11通过螺栓固定安装在齿圈8外侧端且保证输出轴12与从动轴6同轴；所述控制器能够实时监测输出轴12的转速，并在输出轴12转速达到设定值时控制驱动电机1停机并反向旋转；所述单向轴承ⅰ3和单向轴承ⅱ4均为内圈相对于外圈顺时针方向旋转时能自由旋转，逆时针方向旋转时则内、外圈相互锁死且传递力矩的轴承。

当驱动电机顺时针旋转时，主动轴带动单向轴承ⅰ的内圈顺时针旋转，根据单向轴承ⅰ的特性，单向轴承ⅰ的内圈可以自由的顺时针旋转，而不会带动固定安装在单向轴承ⅰ外圈上的主动齿轮ⅱ运转，即主动轴可以相对于主动齿轮ⅱ自由旋转。同时，主动轴带动主动齿轮ⅰ顺时针旋转，主动齿轮ⅰ带动从动齿轮逆时针旋转，即从动轴下段轴带动单向轴承ⅱ的内圈逆时针旋转。根据单向轴承ⅱ的特性，单向轴承ⅱ的内、外圈将锁死并传递力矩，单向轴承ⅱ的内圈将带动单向轴承ⅱ的外圈一同逆时针旋转并传递力矩，即从动轴的下段轴带动上段轴一同逆时针旋转并传递力矩，使得太阳轮与从动齿轮一同逆时针旋转并传递力矩。太阳轮带动行星轮顺时针旋转，行星轮带动齿圈顺时针旋转，固定安装在齿圈外侧端的输出轴也将顺时针旋转。由此，将驱动电机的转速和力矩通过二次转速和力矩的变比后，传递给输出轴。由于电机顺时针运转的传输经过二次转速和力矩的变比，使得转速较低、力矩较大，因此，将其视为低速挡。需要说明的是，由于齿圈的外齿与主动齿轮ⅱ啮合，行星轮带动的齿圈的顺时针旋转，会同时带动主动齿轮ⅱ逆时针旋转，而主动齿轮ⅱ的逆时针旋转即为单向轴承ⅰ外圈的逆时针旋转，单向轴承ⅰ外圈的逆时针旋转相当于单向轴承ⅰ内圈的顺时针旋转。根据单向轴承ⅰ的特性，内圈的顺时针旋转是完全自由的，不会对其他部件的运转造成影响。另外，通过主动齿轮ⅰ和从动齿轮的直径的选择，可以确定一级变速的转速和力矩的变比；通过太阳轮和齿圈内圆的直径的选择，可以确定二级变速的转速和力矩的变比，经过二级转速和力矩的变比，完全可以满足低速挡低转速、高载荷的需求。显然，在1∶1至1∶10的范围内选择主动齿轮ⅰ与从动齿轮的直径比，或者行星轮与齿圈内圆直径比都是可行的，其目的都是实现采用较小功率的驱动电机，实现较大的力矩输出。

当驱动电机逆时针旋转时，主动轴带动主动齿轮ⅰ逆时针旋转，主动齿轮ⅰ带动从动齿轮顺时针旋转，从而带动从动轴下段轴顺时针旋转，即带动单向轴承ⅱ内圈顺时针旋转。根据单向轴承ⅱ的特性，单向轴承ⅱ的内圈可以自由旋转而不会驱动行星齿轮做任何运转。同时，主动轴带动单向轴承ⅰ内圈逆时针旋转，根据单向轴承ⅰ的特性，单向轴承ⅰ的内圈和外圈将锁死并传递力矩，单向轴承ⅰ的内圈和外圈将同步逆时针旋转并带动主动齿轮ⅱ逆时针旋转，主动齿轮ⅱ通过齿圈的外齿带动齿圈顺时针旋转，固定安装在齿圈外侧端的输出轴也将顺时针旋转。由此，将驱动电机的转速和力矩通过一组转速和力矩的变比后，传递给输出轴。由于电机逆时针运转的传输只经过一次转速和力矩的变比，使得转速较高、力矩适度，因此，将其视为高速挡。需要说明的是，由于齿圈内齿与行星轮啮合，主动齿轮ⅱ带动的齿圈的顺时针旋转，会同时带动行星轮顺时针旋转，行星轮带动太阳轮逆时针旋转，太阳轮带动单向轴承ⅱ的外圈逆时针旋转，单向轴承ⅱ外圈的逆时针旋转相当于单向轴承ⅱ内圈的顺时针旋转。根据单向轴承ⅱ的特性，内圈的顺时针旋转是完全自由的，不会对其他部件的运转造成影响。另外，通过主动齿轮ⅰ和齿圈的直径的选择，可以确定转速和力矩的变比，经过转速和力矩的变比，完全可以满足高速挡转速较高、力矩适度的需求。显然，在1∶1至1∶10的范围内选择主动齿轮ⅱ与齿圈外圆的直径比都是可行的，其目的都是实现采用较低转速的驱动电机，实现较高速度的运行。

当然，由于齿圈即是低速挡的输出，又是高速挡的输出，且内、外齿分别与行星轮和主动齿轮ⅱ啮合，齿圈的直径同时影响主动齿轮ⅱ与齿圈外圆的直径比和行星轮与齿圈内圆直径比，因此。选择时需要综合考虑两个比值之间的相互影响，以及对整个变速器性能的影响。

本发明电动机动车自适应机械变速器的高、低速挡的转变，本质上仍然是齿轮配对及机构配对的转变，因此，仍然属于机械变速，仍然具有机械变速能同时改变转速和力矩的特点。同时，由于本发明电动机动车自适应机械变速器高、低速挡的转变，实际上就是驱动电机正、反转的转变，因此，完全可以采用电路控制实现高、低速挡的转变。本发明电动机动车自适应变速器的控制器能够实时监测输出轴的转速，并在输出轴转速达到设定值时控制驱动电机停机并反向旋转。当机动车起步或者从低速向高速行驶时，控制器控制驱动电机顺时针旋转，此时处于低速挡，即转速较低、力矩较大，使得机动车能平稳的起步或加速，且不需要驱动电机输出较大的功率，即不需要驱动电机有较大的额定功率。随着机动车速度的增加，控制器将监测到输出轴转速升高到设定值，控制器将关闭驱动电机的电源，并在设定的时间后控制驱动电机逆时针旋转，此时将处于高速挡，即转速较高、力矩适度，使得机动车能以较快的速度行使，且不需要驱动电机也以较快的速度运转，即不需要驱动电机具有较高的额定转速。当机动车在高速行驶中需要降低速度或者处于上坡时，机动车的速度将逐渐降低，控制器将监测到输出轴转速降低到设定值，控制器将关闭驱动电机的电源，并在设定的时间后控制驱动电机顺时针旋转，此时将处于低速挡，即转速较低、力矩较大，将有利于机动车减速或爬坡。

显然，本发明电动机动车自适应机械变速器能够根据电动机动车的行驶速度，自动调节到高速挡或低速挡，使得驱动电机能在较低输出功率的情况下，通过低速挡的转速和力矩的变比，驱动较大的负荷；同时，在驱动电机以较低转速运行的情况下，通过高速挡的转速和力矩的变比，使得机动车能快速行驶。因此，将其称之为自适应机械变速器。本发明电动机动车自适应机械变速器明显降低了对蓄电池、电控制系统和驱动电机的能力或功率等要求，或者说有效扩大了蓄电池、电控制系统和驱动电机的适用范围，有效降低了整车的制造成本和制造难度。