一种基于电磁助力换挡和同步器结构的电驱系统
技术领域
本发明属于汽车电驱动技术领域，具体涉及一种基于电磁助力换挡和同步器结构的电驱系统。
背景技术
现有技术中的电机系统与整车匹配时，存在最高车速和最大爬坡度的矛盾，因此使用两档的变速机构来满足设计要求，但是，现有的两档换挡系统存在换挡动力中断的问题，这一技术问题亟需进行解决。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于电磁助力换挡和同步器结构的电驱系统。
实现本发明的技术方案是：
本发明所述一种基于电磁助力换挡和同步器结构的电驱系统，包括驱动电机、输入轴、同步器、导磁钢盘、导电铝盘、输出轴和差速器；所述驱动电机的动力输出轴与输入轴同轴固定连接，所述输入轴上安装有第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮和第二齿轮之间设有同步器；所述输入轴上空套设有第三齿轮，所述第三齿轮上固定有线圈组和导电滑环，所述线圈组正对着导电铝盘设置，所述线圈组与导电滑环电连接，所述导电滑环连接有可控电源；所述输出轴上设有齿轮组，所述输出轴通过齿轮组分别连接输入轴和差速器；
所述驱动电机的动力通过输入轴传递给输出轴和齿轮组，所述输出轴通过齿轮组传递给差速器，所述差速器通过两个半轴传递到车轮；
汽车需要换挡时，分为升挡和降挡两种情况：
当车速升高到需要升挡时，驱动电机从扭矩控制状态切换到恒功率控制状态；可控电源提供电流，电流通过导电滑环到达线圈组，线圈组产生的磁场在导磁钢盘的导向后，在导电铝盘中产生感应电流，该感应电流在线圈组产生的磁场作用下使第三齿轮产生扭矩；设置可控电源的电流大小，使第三齿轮的扭矩与驱动电机的扭矩相同，同步器上的扭矩为零，此时使同步器调到空挡，控制可控电源使电流增加，则扭矩加大，驱动电机转速降低；当输入轴转速和第二齿轮转速相同时，使同步器连接第二齿轮，然后可控电源的电流降到零，驱动电机回到扭矩控制状态，升挡动作完成；
当车速下降到需要降挡时，驱动电机从扭矩控制状态切换到恒功率控制状态；可控电源提供电流，电流通过导电滑环到达线圈组，线圈组产生的磁场在导磁钢盘的导向后，在导电铝盘中产生感应电流，该感应电流在线圈组产生的磁场作用下使第三齿轮产生扭矩；设置可控电源的电流大小，使第三齿轮的扭矩与驱动电机的扭矩相同，同步器上的扭矩为零，此时使同步器调到空挡，控制可控电源使电流减小，则扭矩减小，驱动电机转速升高；当输入轴转速和第一齿轮转速相同时，使同步器连接第一齿轮，然后可控电源的电流降到零，驱动电机回到扭矩控制状态，降挡动作完成。本发明实现了同步器结构的两档电驱系统，并实现无动力中断换挡。
本发明优选地技术方案为，所述齿轮组包括第四齿轮、第五齿轮、第六齿轮和第七齿轮；所述输出轴上依次套装第四齿轮、第五齿轮、第六齿轮和单向离合器；所述第四齿轮与第一齿轮啮合连接；所述第五齿轮与差速器上的外齿轮啮合连接；所述第六齿轮与第二齿轮啮合连接；所述单向离合器上设有第七齿轮，所述第七齿轮与第三齿轮啮合连接。本发明中使用单向离合器，可保证在非换挡时，第七齿轮和第三齿轮不随着转动，降低各部件的磨擦损耗和搅油损耗，实现节能减排。
优选地，当第四齿轮的齿数/第一齿轮的齿数＝i1，第六齿轮的齿数/第二齿轮的齿数＝i2，第七齿轮的齿数/第三齿轮的齿数＝i3时，所述i1、i2和i3的关系为i1>i2>i3；本发明中的第七齿轮的齿数比第三齿轮的齿数为最小值，能够保证第三齿轮的转速比驱动电机上的输入轴的转速慢，因为导磁钢盘和导电铝盘是直接固定在输入轴上的，所以导磁钢盘和导电铝盘的转速比第三齿轮的转速块，在第三齿轮上的线圈组与导磁钢盘和导电铝盘存在有差速，从而产生电磁力。
优选地，所述线圈组的各组线圈串联后设有引出端，所述线圈组通过引出端和导线与导电滑环上的铜环连接。
优选地，所述导电滑环上设有石墨触点，所述导电滑环通过石墨触点和导线与可控电源连接。
优选地，所述同步器与第一齿轮和第二齿轮中的任一个连接或者不连接齿轮，所述同步器通过滑套安装于输入轴上。
优选地，所述线圈组与导电铝盘不接触。
本发明中电驱系统只在换挡时进行工作，除了换挡，电驱系统不工作，可以降低能耗，延长电驱系统的寿命；本发明中第三齿轮是空套于输入轴上，导电铝盘固定于输入轴上，当线圈组通电时，导电铝盘上的扭矩可通过电磁力传递至第三齿轮，当线圈组不通电时，第三齿轮处于自由状态，由于电驱系统只在换档时线圈组才通电，所以第三齿轮在换档时运动；当倒车时，虽然线圈组不通电，但是单向离合器会带动第七齿轮运动，由于第七齿轮与第三齿轮啮合连接，所以倒车时第三齿轮也会运动，因此，本发明中的第三齿轮及其机械连接部件只在换挡和倒车时进行运动，即除了换挡和倒车时，第三齿轮及其机械连接部件不随汽车系统旋转，有效降低汽车系统能耗。
采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：
(1)本发明中的电驱系统实现了同步器结构的两档电驱系统，并利用电驱系统中输入轴上设置的电磁助力换挡系统实现无动力中断换挡，平稳过渡，提高了汽车的舒适性；而且本发明中的电驱系统设置简单，操作便捷，既达到了节能减排的目的，同时不多占用汽车空间，有利于进行市场推广应用。
(2)本发明中的电驱系统只在汽车换挡时工作，其余时间均处于不工作状态，这样的设计可以有效降低电驱系统的能耗，延长电驱系统的使用寿命，从而实现节能减排的目的。
(3)本发明中的第三齿轮及其机械连接部件除了汽车换挡和倒车时，其余时间不随汽车系统旋转，有效降低汽车系统能耗。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1为本发明所述电驱系统的结构简图。
图中，1-驱动电机，2-输入轴，3-第一齿轮，4-同步器，5-第二齿轮，6-导磁钢盘，7-导电铝盘，8-第三齿轮，9-线圈组，10-导电滑环，11-可控电源，12-输出轴，13-第四齿轮，14-第五齿轮，15-第六齿轮，16-第七齿轮，17-单向离合器，18-外齿轮，19-差速器。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例：一种基于电磁助力换挡和同步器结构的电驱系统，如附图1所示，电驱系统包括驱动电机1、输入轴2、同步器4、导磁钢盘6、导电铝盘7、输出轴12和差速器19；驱动电机1的动力输出轴12与输入轴2同轴固定连接，输入轴2上安装有第一齿轮3和第二齿轮5，第一齿轮3和第二齿轮5之间设有同步器4，同步器4与第一齿轮3和第二齿轮5中的任一个连接或者不连接齿轮，同步器4通过滑套安装于输入轴2上，本实施例中通过控制拨叉来调控同步器的位置；输入轴2上空套设有第三齿轮8，第三齿轮8上固定有线圈组9和导电滑环10，线圈组9正对着导电铝盘7设置，且导电铝盘7与线圈组9不接触；线圈组9与导电滑环10电连接，线圈组9的各组线圈串联后设有两个引出端，线圈组9上的两个引出端和导电滑环上的两个铜环通过导线电连接；导电滑环10连接有可控电源11，导电滑环10上设有石墨触点，导电滑环10通过石墨触点和导线与可控电源11连接；输出轴12上设有齿轮组，输出轴12通过齿轮组分别连接输入轴2和差速器19。
本实施例中的齿轮组包括第四齿轮13、第五齿轮14、第六齿轮15和第七齿轮16；输出轴12上依次套装第四齿轮13、第五齿轮14、第六齿轮15和单向离合器17；第四齿轮13与第一齿轮3啮合连接；第五齿轮14与差速器19上的外齿轮18啮合连接；第六齿轮15与第二齿轮5啮合连接；单向离合器17上设有第七齿轮16，第七齿轮16与第三齿轮8啮合连接。本发明中使用单向离合器，可保证在非换挡时，第七齿轮和第三齿轮不随着转动，降低各部件的磨擦损耗和搅油损耗，实现节能减排。当第四齿轮的齿数/第一齿轮的齿数＝i1，第六齿轮的齿数/第二齿轮的齿数＝i2，第七齿轮的齿数/第三齿轮的齿数＝i3时，i1、i2和i3的关系为i1>i2>i3；本实施例中的第七齿轮的齿数比第三齿轮的齿数为最小值，能够保证第三齿轮的转速比驱动电机上的输入轴的转速慢，因为导磁钢盘和导电铝盘是直接固定在输入轴上的，所以导磁钢盘和导电铝盘的转速比第三齿轮的转速块，在第三齿轮上的线圈组与导磁钢盘和导电铝盘存在有差速，从而产生电磁力；本实施例中的齿轮均可采用圆柱齿轮完成其相应的功能。
驱动电机1的动力通过输入轴2上的同步器4和第一齿轮3传递至第四齿轮13，有第四齿轮13传递至输出轴12，经由输出轴12传递至第五齿轮14，再由第五齿轮14和差速器19上的外齿轮传递至差速器19上，差速器19通过两个半轴传递到车轮。
汽车需要换挡时，分为升挡和降挡两种情况：
当车速升高到需要升挡时，驱动电机1从扭矩控制状态切换到恒功率控制状态；可控电源11提供电流，电流通过导电滑环10到达线圈组9，线圈组9产生的磁场在导磁钢盘6的导向后，在导电铝盘7中产生感应电流，该感应电流在线圈组9产生的磁场作用下使第三齿轮8产生扭矩；设置可控电源11的电流大小，使第三齿轮8的扭矩与驱动电机1的扭矩相同，同步器4上的扭矩为零，此时控制拨叉使同步器4调到空挡，控制可控电源11使电流增加，则扭矩加大，驱动电机1转速降低；当输入轴2转速和第二齿轮5转速相同时，控制拨叉使同步器4连接第二齿轮5，然后可控电源11的电流降到零，驱动电机1回到扭矩控制状态，升挡动作完成；
当车速下降到需要降挡时，驱动电机1从扭矩控制状态切换到恒功率控制状态；可控电源11提供电流，电流通过导电滑环10到达线圈组9，线圈组9产生的磁场在导磁钢盘6的导向后，在导电铝盘7中产生感应电流，该感应电流在线圈组9产生的磁场作用下使第三齿轮8产生扭矩；设置可控电源11的电流大小，使第三齿轮8的扭矩与驱动电机1的扭矩相同，同步器4上的扭矩为零，此时控制拨叉使同步器4调到空挡，控制可控电源11使电流减小，则扭矩减小，驱动电机1转速升高；当输入轴2转速和第一齿轮3转速相同时，控制拨叉使同步器4连接第一齿轮3，然后可控电源11的电流降到零，驱动电机1回到扭矩控制状态，降挡动作完成。本实施例实现了同步器4结构的两档电驱系统，并实现无动力中断换挡。
本实施例中电驱系统只在换挡时进行工作，除了换挡，电驱系统不工作，可以降低能耗，延长电驱系统的寿命，达到节能减排的目的；本实施例中第三齿轮8是空套于输入轴2上，导电铝盘7固定于输入轴2上，当线圈组9通电时，导电铝盘7上的扭矩可通过电磁力传递至第三齿轮8，当线圈组9不通电时，第三齿轮8处于自由状态，由于电驱系统只在换档时线圈组9才通电，所以第三齿轮8在换档时运动；当倒车时，虽然线圈组9不通电，但是单向离合器17会带动第七齿轮16运动，由于第七齿轮16与第三齿轮8啮合连接，所以倒车时第三齿轮8也会运动，因此，本实施例中的第三齿轮8及其机械连接部件只在换挡和倒车时进行运动，即除了换挡和倒车时，第三齿轮8及其机械连接部件不随汽车系统旋转，有效降低汽车系统能耗。
本实施例中的电驱系统实现了同步器结构的两档电驱系统，并利用电驱系统中输入轴上设置的电磁助力换挡系统实现无动力中断换挡，平稳过渡，提高了汽车的舒适性；而且本实施例中的电驱系统设置简单，操作便捷，既达到了节能减排的目的，同时不多占用汽车空间，有利于进行市场推广应用。
如上，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
