基于无级变速器的电动汽车动力总成

摘要

本发明提供了一种基于无级变速器的电动汽车动力总成，包括电动机、无级变速器及变速控制装置；电动机的输出轴与无级变速器输入轴通过离合器连接；所述的无机变速器包括基轮和输出轮，基轮上设有多个扇形槽，每个扇形槽内分别设有一个扇形盘，扇形盘能够在扇形槽内移动；扇形盘和输出轮的外圆上开有凹槽，扇形盘和输出轮之间通过传动元件连接；所述扇形盘上设有安装孔，安装孔中安装着凸轮，凸轮用于推动扇形盘在基轮的扇形槽中移动，所述的变速控制装置与凸轮连接，控制凸轮的转动，以调节扇形盘的外径的大小，以改变输出轮的速度。本发明能有效降低电动机的额定转矩，大幅度降低电池和电机的重量和尺寸，且能够解决电动车电机和电池过大问题。

说明书

技术领域

本发明属于电动汽车技术领域，尤其是涉及一种基于无级变速器的电动汽车动力总成。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，人们的生活质量得到了显著提升，汽车已经成为人们出行必不可少的交通工具，人们对于汽车的经济性，舒适性，环保性越来越重视；在资源与环境日益紧张的当下，一些国家已经制定了停止生产销售传统能源汽车的时间表，人们对于资源与环境的保护也日益重视。电动汽车因其污染小、能耗低而进入人们的视线，且其具有非常好的发展前景。

在汽车的开发与设计过程中，动力总成对于一辆汽车的动力性、经济性具有至关重要的作用。现有的电动汽车为了保持大功率，使得电动机的重量与尺寸较大，这样不仅使得其制造成本高，而且由于重量与尺寸的增加，大大的增加了整车设计难度，并且增大了汽车行驶过程的能量消耗。

大多的电动汽车采用固定的速比减速器，尽管这样传动方式简单，但效率低，能源利用率低。虽然有采用无级变速器用的电动汽车，但其无级变速器主动移动锥轮采用的是只能移动不能转动方式处理，这样使得无级变速器金属带与无级变速器锥轮的摩擦损耗大幅度增加，大大的减少了行车寿命。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种能够实现电动汽车速比的调节，且可以大幅降低电池和电机的重量和尺寸，且能够解决电动车电机和电池过大问题的基于无级变速器的电动汽车动力总成。

本发明采用的技术方案是：一种基于无级变速器的电动汽车动力总成，包括电动机、无级变速器及变速控制装置；所述电动机的输出轴与无级变速器输入轴通过离合器连接；所述的无机变速器包括基轮和输出轮，基轮上设有多个扇形槽，每个扇形槽内分别设有一个扇形盘，扇形盘能够在扇形槽内移动；扇形盘和输出轮的外圆上开有凹槽，扇形盘和输出轮之间通过传动元件连接；所述扇形盘上设有安装孔，安装孔中安装着凸轮，凸轮用于推动扇形盘在基轮的扇形槽中移动，所述的变速控制装置与凸轮连接，控制凸轮的转动，以调节扇形盘的外径的大小，以改变输出轮的速度。

上述的基于无级变速器的电动汽车动力总成中，所述的无机变速器还包括预紧轮，预紧轮与输出轮分别位于基轮的两侧，预紧轮安装在预紧轴上，预紧轴上预紧轮的两侧分别设有一个弹簧，弹簧的轴线平行于基轮中心与预紧轮中心的连线，所述的传动元件包绕在扇形盘、输出轮和预紧轮上。

上述的基于无级变速器的电动汽车动力总成中，凸轮的两侧面与扇形槽的两侧壁之间分别设有一个弹簧，用于调控凸轮的转动。

上述的基于无级变速器的电动汽车动力总成中，所述的变速控制装置包括微型电机、输入齿轮及行星齿轮组；所述的行星齿轮组包括太阳轮Ⅲ、行星轮Ⅲ、内齿圈Ⅲ、轴承、太阳轮Ⅱ、行星轮Ⅱ、环形齿圈Ⅱ、太阳轮Ⅰ、内齿圈Ⅰ、多个行星轮Ⅰ；所述的太阳轮Ⅲ、太阳轮Ⅰ安装在无级变速器输入轴上，太阳轮Ⅰ靠近基轮设置，太阳轮Ⅱ通过轴承安装在无级变速器输入轴上，位于太阳轮Ⅲ、太阳轮Ⅰ之间，内齿圈Ⅲ、环形齿圈Ⅱ、内齿圈Ⅰ分别与太阳轮Ⅲ、太阳轮Ⅱ、太阳轮Ⅰ同轴；行星轮Ⅲ分别与太阳轮Ⅲ和内齿圈Ⅲ啮合，行星轮Ⅱ分别与太阳轮Ⅱ和环形齿圈Ⅱ的内齿圈啮合，行星轮Ⅰ分别与太阳轮Ⅰ和内齿圈Ⅰ啮合；所述的行星轮Ⅲ与行星轮Ⅱ同轴固定连接，且行星轮Ⅱ能在行星轮Ⅲ轴上转动，所述的太阳轮Ⅱ与内齿圈Ⅰ固定连接；所述的多个行星轮Ⅰ分别与对应的凸轮同轴连接；所述的微型电机输出轴与输入齿轮连接，输入齿轮与环形齿圈Ⅱ的外齿圈啮合。

上述的基于无级变速器的电动汽车动力总成中，所述微型电机输出轴通过减速器与输入齿轮连接；所述的输出齿轮的输出轴与减速器或差速器的输入轴连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过将电动机,基于凸轮的无级变速器及行星齿轮组变速控制装置组装在一起，使电动汽车的一整套控制组件结构简洁紧凑，控制简单，一方面可以使电动机的转速升高1倍，这样可以使得在保持电动机功率不变的情况下，将电动机的体积和重量降低为原来的1/2左右，提升了电动汽车制造过程中的经济效益；另一方面，实现了电动汽车速比的控制与调节，减小了金属带传动部件在行车中的摩擦损耗，且有利于减少汽车行驶过程中的能量消耗，提高了效率与能源利用率。本发明能有效降低电动机的额定转矩，大幅度降低电池和电机的重量和尺寸，且能够解决电动车电机和电池过大问题。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的行星齿轮变速控制组的剖视图。

图3是本发明的行星齿轮变速控制组简画图。

图中：1.电动机，2.离合器，3.固定套筒，4.太阳轮Ⅲ，5.行星轮Ⅲ，6.内齿圈Ⅲ，7.轴承，8.太阳轮Ⅱ，9.行星轮Ⅱ，10.环形齿圈Ⅱ，11.太阳轮Ⅰ，12.行星轮Ⅰ，13.内齿圈Ⅰ，14.凸轮，15.基轮，16.弹簧元件，17.传动元件，18.扇形盘，19.预紧轴，20.弹簧，21.微型电机，22.少齿差减速器，23.输入齿轮，24.减速器，25.无级变速器输出轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明包括有包括电动机1、无级变速器及变速控制装置；所述电动机1的输出轴与无级变速器输入轴通过离合器2连接。

所述的无机变速器包括基轮15、预紧轮和输出轮，基轮15上设有四个扇形槽，每个扇形槽内分别设有一个扇形盘18，扇形盘18能够在扇形槽内移动。扇形盘15、输出轮和预紧轮的外圆上开有凹槽，预紧轮与输出轮分别位于基轮15的两侧，预紧轮安装在预紧轴19上，预紧轴19上预紧轮的两侧分别设有一个弹簧20，弹簧20的轴线平行于基轮15中心与预紧轮中心的连线。所述的传动元件17包绕在扇形盘18、输出轮和预紧轮上。所述扇形盘18上设有安装孔，安装孔中安装有凸轮14，凸轮14用于推动扇形盘18在基轮15的扇形槽中沿基轮15的径向移动。凸轮14的两侧面与扇形槽的两侧壁之间分别设有一个弹簧，用于调控凸轮14的转动。

所述的变速控制装置包括微型电机21、输入齿轮23及行星齿轮组；所述的行星齿轮组包括太阳轮Ⅲ4、行星轮Ⅲ5、内齿圈Ⅲ6、轴承7、太阳轮Ⅱ8、行星轮Ⅱ9、环形齿圈Ⅱ10、太阳轮Ⅰ11、内齿圈Ⅰ13、多个行星轮Ⅰ12；所述的太阳轮Ⅲ4利用固定套筒与平键固定安装在无级变速器输入轴上，太阳轮Ⅰ11利用套筒安装在输入轴上，并靠近基轮设置，太阳轮Ⅱ8通过轴承7安装在无级变速器输入轴上，位于太阳轮Ⅲ4、太阳轮Ⅰ11之间。内齿圈Ⅲ6、环形齿圈Ⅱ10、内齿圈Ⅰ13分别与太阳轮Ⅲ4、太阳轮Ⅱ8、太阳轮Ⅰ11同轴；行星轮Ⅲ5分别与太阳轮Ⅲ4和内齿圈Ⅲ6啮合，行星轮Ⅱ9分别与太阳轮Ⅱ8和环形齿圈Ⅱ10的内齿圈啮合，行星轮Ⅰ12分别与太阳轮Ⅰ11和内齿圈Ⅰ13啮合。所述的行星轮Ⅲ5与行星轮Ⅱ9同轴固定连接，且行星轮Ⅱ9能在行星轮Ⅲ5轴上转动，所述的太阳轮Ⅱ8与内齿圈Ⅰ13固定连接。所述的多个行星轮Ⅰ12分别与对应的凸轮14同轴连接。所述的微型电机输出轴通过减速器22与输入齿轮23连接，输入齿轮23与环形齿圈Ⅱ10的外齿圈啮合。

如图3所示，图中ω₂表示行星齿轮Ⅱ自转速度，ω₅表示行星齿轮Ⅲ自转速度，假定行星齿轮Ⅱ绕太阳轮轴线转动速度为行星齿轮Ⅲ绕太阳轮轴线转动速度为

单独考虑行星齿轮Ⅱ9、太阳轮Ⅱ8及环形齿圈Ⅱ10组成的行星轮机构：

对于初始条件：ω₃＝0，r₃＝r₁+2r₂，可以得到：

当微型电机21给定一个与输入轴同转向的转速给ω₃后：

可以看到，在该组行星轮机构中，对于固定转速的太阳轮Ⅱ8，当给定环形齿圈Ⅱ10一个转速后，行星轮Ⅱ9的自转速度与行星架绕太阳轮轴线转动速度即行星轮绕太阳轮轴线公转速度都会发生改变。

本发明中，太阳轮Ⅲ4与无级变速器输入轴连接，为不可变速转动，太阳轮Ⅱ8与无级变速器输入轴利用轴承7连接，为可变速转动，行星轮Ⅲ5的自转速度与太阳轮Ⅲ4转动的公转速度均为与无级变速器转动速度有关的定值，行星轮Ⅱ9与行星轮Ⅲ5利用固定套筒连接在一起，行星轮Ⅱ9可在行星轮Ⅲ5的轴上自由旋转，使得行星轮Ⅱ9绕行太阳轮Ⅱ8转动的公转速度也为定值。

同时考虑行星齿轮Ⅱ9、太阳轮Ⅱ8及环形齿圈Ⅱ10组成的行星轮机构与太阳轮Ⅲ4、行星轮Ⅲ5、内齿圈Ⅲ6组成的行星轮机构，为使得行星轮Ⅰ12相对与基轮15同步转动，须使当环形齿圈Ⅱ10不转动时，太阳轮Ⅱ8转速与无级变速器输入轴转速相同。则可得：

对于初始条件：ω₃＝0，ω₆＝0，r₃＝r₁+2r₂，r₆＝r₄+2r₅，

为使得ω₁＝ω₄，可以得到：

所以当时，微型电机21输入动力，通过输入齿轮23将环形齿圈Ⅱ10转动一个角度时，将改变行星轮Ⅱ9的自转速度与太阳轮Ⅱ8的转速，使太阳轮Ⅱ8转动一个角度，从而转动内齿圈Ⅰ13，从而转动行星轮Ⅰ12和与之相连接的扇形盘中的凸轮14，使得扇形盘18沿基轮15中的扇形槽向外扩张，从而改变扇形盘18凹槽节圆的半径而使传动比发生变化，且凸轮的转动通过微型电机21能够进行无级调节。