一种双向机械超越式永磁两挡变速器及其换挡方法技术

本发明专利技术涉及一种双向机械超越式永磁两挡变速器及其换挡方法，该离合器包括变速器壳体、驱动机构、磁场调制齿轮变速机构、变速机构连接件、换挡同步器和离合器；本发明专利技术通过单级同轴式磁场调制齿轮作为变速机构，减少了变速器摩擦能量损耗，降低运行振动与噪声；离合器将变速机构高速轴与动力输出轴可选的相连接，具有双向机械超越功能的换挡同步器与变速机构的低速轴以及输出轴相连接，离合器接合后，换挡同步器自动超越，实现了无动力中断换挡，且换挡过程平稳无冲击；采用同轴布置方法，提升了结构紧凑性，换挡机构模块化程度高，换挡操作简便。操作简便。操作简便。

【技术实现步骤摘要】
一种双向机械超越式永磁两挡变速器及其换挡方法


[0001]本专利技术涉及电动汽车变速器
，尤其涉及一种双向机械超越式永磁两挡变速器及其换挡方法。

技术介绍

[0002]随着人类科技发展与工业水平的不断提高，因温室气体的大量排放所带来的环境问题日益突出。为降低碳排放量，实现碳中和目标，缓解化石能源的大量使用带来的生态问题，世界各国开始大力发展电动汽车。电动汽车主要由动力电池系统、驱动系统、整车控制系统组成。由于电动汽车电机具备较大的启动扭矩以及较宽的调速区间，所以现阶段电动汽车驱动系统采用单级减速器配合电动机的结构形式。然而，在单级减速器下，为了达到较高的车速，单级减速器减速比设计较小，这导致电机工作转矩较大、输出电流较高，并未达到最优工作效率，耗电较快。因此，为令电动机既可在恒转矩区间提供较高的启动、爬坡、提速转矩，也可在恒功率区间提供较高的行车速度，需要设计研发兼顾电动车经济性和动力性的两挡变速器。
[0003]随着越来越多的纯电动车的出现，人们对电动汽车的要求也不再仅仅满足于驾驶舒适性、经济性，还希望电动汽车具有和传统燃油汽车的媲美的动力性。这对电动汽车的两挡变速器的性能提出了挑战。通过检索现有相关技术得知，中国专利CN209262227公开了一种两挡变速器换挡系统。包括变速器前壳、变速器后壳、拨叉轴和拨叉。该方案中，采用拨叉换挡时需要断开动力源，导致行车过程中产生换挡顿挫，影响驾驶体验。中国专利CN112343981公开了一种纯电动汽车无动力中断两挡变速器。包括输入轴、中间轴、输出轴，依次设置于输入轴上的一挡主动齿轮、二挡主动齿轮、辅助挡主动齿轮和离合器，依次设置于中间轴上的主减速器主动齿轮、一挡从动齿轮、同步器、二挡从动齿轮和辅助挡从动齿轮，依次设置于输出轴上的主减速器从动齿轮和差速器。该方案中，采用辅助挡位以及同步器实现无动力中断换挡。但此方案，平行轴布置以及辅助挡位的设置导致减速器尺寸过大，结构复杂，同时采用同步器换挡，换挡冲击问题明显。中国专利CN110748615公开了一种两挡变速器换挡装置及其换挡方法。包括齿轮座、高速主动齿轮、高速从动齿轮、低速主动齿轮、低速从动齿轮、输入轴和输出轴、离合换挡机构以及倒挡机构。该方案实现了前进无动力中断换挡，但采用带齿滑套实现倒挡，增加了机构复杂性，存在倒挡打齿的噪声问题。中国专利CN107763153公开了一种用于电动车辆的行星齿轮型两挡变速器。包括行星齿轮系、第一离合装置、第二离合装置。该方案通过分开布置的两个离合器机构配合行星齿轮机构进行挡位切换，但是由于行星齿轮机构结构复杂，两个离合器相互配合控制难度高，换挡平顺性差，影响驾驶舒适感。中国专利CN105526318公开了一种基于两挡变速器的电驱动系统，包括驱动机构、行星齿轮系、制动器、离合器、单向超越离合器、输出轴。该方案采用离合器配合单向超越离合器进行挡位切换，实现了动力无中断切换，换挡平顺性好，但由于单向超越离合器的工作特性，导致需要使用制动器来实现倒挡，在低位挡时也需要离合器通断配合实现制动能量回收，控制难度高，离合器易磨损，影响变速箱使用寿命。中国专利
CN106763619公开了一种电动汽车用两挡变速器，包括输入轴总成、中间轴总成、输出轴总成以及箱体总成。该方案中采用平行轴上放置两组齿轮的布置方案，并采用两个离合器来实现换挡，可以克服动力中断问题，但由于齿轮多、导致变速箱质量大。另外两个离合器切换存在摩擦拖拽，增加了换挡粘滞感以及能量损耗，影响车辆驾驶舒适感。
[0004]综上，换挡动力中断、噪声、换挡粘滞、冲击、制动能量回收控制复杂的问题普遍存在于现有的两挡变速箱之中。另外，为克服各类问题，所带来的结构复杂性增加又降低了两挡变速箱的经济性与可靠性。因此，以相对简单可靠的结构与控制方法实现无动力中断平顺换挡、快速响应制动能量回收，并降低因变速器而带来的车辆噪声是高性能两挡变速箱所需要解决的迫切难题。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种双向机械超越式永磁两挡变速器及其换挡方法，基于磁场调制原理克服现有两挡变速器在换挡时的动力中断、冲击、噪声等问题，并令整体结构更加紧凑，换挡控制更为简单。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]本专利技术所提出的一种双向机械超越式永磁两挡变速器，包括变速器壳体、驱动机构、磁场调制齿轮变速机构、变速机构连接件、换挡同步器和离合器；所述驱动机构、磁场调制齿轮变速机构、变速机构连接件、换挡同步器和离合器均设置在变速器壳体内部；
[0008]所述驱动机构包括驱动电机、输入轴、中间轴和输出轴；所述输入轴、中间轴和输出轴依次通过轴承与变速器壳体连接；所述输出轴与电动汽车主减速器固定连接；所述驱动电机主轴与输入轴固定连接；所述驱动电机与变速器壳体固定连接；
[0009]所述换挡同步器包括第二连接构件、普通花键轴段、第一端面棘齿盘、第二端面棘齿盘、内棘轮、内斜齿轮、螺旋花键轴段、外斜齿轮、第一复位弹簧、棘爪安装段、轴向移动构件和第二复位弹簧；所述第二连接构件与普通花键轴段同轴固定连接；所述第一端面棘齿盘通过棘齿盘上内直花键与普通花键轴段构成轴向滑动连接；所述第一端面棘齿盘沿普通花键轴段可向右滑动与第二端面棘齿盘构成单向接触连接；所述第二端面棘齿盘与内棘轮同轴固定连接；所述第二端面棘齿盘与内斜齿轮同轴固定连接；所述螺旋花键轴段与普通花键轴段同轴固定连接；所述螺旋花键轴段通过螺旋花键与外斜齿轮构成轴向旋转滑动连接；所述棘爪安装段通过螺旋花键与螺旋花键轴段构成轴向旋转滑动连接；所述第一复位弹簧与螺旋花键轴段同轴布置，其左侧与外斜齿轮右端面接触，右侧与螺旋花键轴段右侧轴肩的左端面接触；所述轴向移动构件下端与第一端面棘齿盘构成滑动连接，上端与变速器壳体构成滑动连接；所述第二复位弹簧与普通花键段同轴布置，其左侧与第二连接构件右侧接触，右侧与第一端面棘齿盘左侧端面接触；
[0010]所述棘爪安装段包括环形安装架、棘爪、惯性致动构件和拉簧；所述环形安装架与内棘轮同轴布置并可相对转动；所述环形安装架右侧与内斜齿轮左侧固定连接；所述棘爪通过中间铰链孔与安装环形安装架上的铰接柱铰接，并通过安装在环形安装架上的限位柱限制棘爪的转动范围；所述惯性致动构件通过中间铰接孔与安装在环形安装架上的另一铰接柱铰接；所述惯性制动构件右侧也设有固定于环形安装架上的限位柱；所述拉簧前端固定连接于惯性制动构件的尾端，后端与安装环形安装架上的第三个铰接柱铰接；所述棘爪
的尾端与惯性致动构件的头部接触连接；
[0011]所述离合器与输出轴固定连接，并可选择性的与中间轴固定连接或断开；所述离合器与换挡同步器的内斜齿轮固定连接；
[0012]所述磁场调制齿轮变速机构同轴设置在输入轴和中间轴之间；
[0013]所述换挡同步器的普通花键轴段通过变速机构连接件与磁场调制齿轮变速机构连接。
[0014]进一步的，所述磁场调制齿轮变速机构包括具有M对磁极的内磁轮、具有N对磁极的外磁轮和调磁环；所述调磁环设置在内磁轮和外本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双向机械超越式永磁两挡变速器，其特征在于：所述变速器包括变速器壳体、驱动机构、磁场调制齿轮变速机构、变速机构连接件、换挡同步器和离合器；所述驱动机构、磁场调制齿轮变速机构、变速机构连接件、换挡同步器和离合器均设置在变速器壳体内部；所述驱动机构包括驱动电机、输入轴、中间轴和输出轴；所述输入轴、中间轴和输出轴依次通过轴承与变速器壳体连接；所述输出轴与电动汽车主减速器固定连接；所述驱动电机主轴与输入轴固定连接；所述驱动电机与变速器壳体固定连接；所述换挡同步器包括第二连接构件、普通花键轴段、第一端面棘齿盘、第二端面棘齿盘、内棘轮、内斜齿轮、螺旋花键轴段、外斜齿轮、第一复位弹簧、棘爪安装段、轴向移动构件和第二复位弹簧；所述第二连接构件与普通花键轴段同轴固定连接；所述第一端面棘齿盘通过棘齿盘上内直花键与普通花键轴段构成轴向滑动连接；所述第一端面棘齿盘沿普通花键轴段可向右滑动与第二端面棘齿盘构成单向接触连接；所述第二端面棘齿盘与内棘轮同轴固定连接；所述第二端面棘齿盘与内斜齿轮同轴固定连接；所述螺旋花键轴段与普通花键轴段同轴固定连接；所述螺旋花键轴段通过螺旋花键与外斜齿轮构成轴向旋转滑动连接；所述棘爪安装段通过螺旋花键与螺旋花键轴段构成轴向旋转滑动连接；所述第一复位弹簧与螺旋花键轴段同轴布置，其左侧与外斜齿轮右端面接触，右侧与螺旋花键轴段右侧轴肩的左端面接触；所述轴向移动构件下端与第一端面棘齿盘构成滑动连接，上端与变速器壳体构成滑动连接；所述第二复位弹簧与普通花键段同轴布置，其左侧与第二连接构件右侧接触，右侧与第一端面棘齿盘左侧端面接触；所述棘爪安装段包括环形安装架、棘爪、惯性致动构件和拉簧；所述环形安装架与内棘轮同轴布置并可相对转动；所述环形安装架右侧与内斜齿轮左侧固定连接；所述棘爪通过中间铰链孔与安装环形安装架上的铰接柱铰接，并通过安装在环形安装架上的限位柱限制棘爪的转动范围；所述惯性致动构件通过中间铰接孔与安装在环形安装架上的另一铰接柱铰接；所述惯性制动构件右侧也设有固定于环形安装架上的限位柱；所述拉簧前端固定连接于惯性制动构件的尾端，后端与安装环形安装架上的第三个铰接柱铰接；所述棘爪的尾端与惯性致动构件的头部接触连接；所述离合器与输出轴固定连接，并可选择性的与中间轴固定连接或断开；所述离合器与换挡同步器的内斜齿轮固定连接；所述磁场调制齿轮变速机构同轴设置在输入轴和中间轴之间；所述换挡同步器的普通花键轴段通过变速机构连接件与磁场调制齿轮变速机构连接。2.根据权利要求1所述的一种双向机械超越式永磁两挡变速器，其特征在于：所述磁场调制齿轮变速机构包括具有M对磁极的内磁轮、具有N对磁极的外磁轮和调磁环；所述调磁环设置在内磁轮和外磁轮之间；所述磁极对数满足M小于N；所述外磁轮或内磁轮与变速器壳体固定连接；所述输入轴与内磁轮或外磁轮同轴固连；所述中间轴与磁场调制齿轮变速机构中与输入轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘大伟，杜俊良，王高磊，任廷志，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：