纯电动高速减速箱

技术领域

本发明涉及新能源车辆纯电动驱动领域，尤其涉及一种纯电动高速减速箱。

背景技术

目前，新能源纯电动市场上使用的纯电动高速减速箱几乎都采用两级平行轴结构，匹配18,000rpm以下的驱动电机，其传动一般小于14，几乎不会超过18。随着技术的进步和车辆对空间的需求，驱动电机的高速化和小型化成为越来越明显的趋势，车载驱动电机超过20,000甚至达到30,000rpm是完全可以预期的。

在如此高速的情况下，预计减速箱的速比通常会达到20，甚至超过25。在这种高速比的情况下，现有的二级平行轴系结构的减速箱的空间尺寸和重量都会急剧增加，将二级平行轴系的结构改为三级平行轴系结构，对重量的降低可能会有益处，但由于结构布置，空间尺寸还是会增加。而且，将平行轴系结构由一档升级为二档减速箱，相对复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种纯电动高速减速箱，具备较大的速比、较小的空间尺寸要求和较轻的重量，且布置灵活、较容易进行技术升级。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种纯电动高速减速箱，包括行星传动系统，所述行星传动系统的输入端与驱动电机连接，所述行星传动系统的输出端与差速器连接，所述行星传动系统安装在壳体内；

所述行星传动系统包括输入太阳轮轴、行星架、太阳轮、齿圈和行星轮，所述太阳轮的中心连接在所述输入太阳轮轴上，多个所述行星轮通过行星轮轴承安装在所述行星架上，所述行星轮的外周与所述齿圈相啮合，行星轮的内周与所述太阳轮相啮合，所述齿圈定位连接在所述壳体上；所述输入太阳轮轴的一端与所述壳体的一侧可转动连接，所述输入太阳轮轴的另一端与所述行星架可转动连接；所述行星架的输出端连接有行星架输出轴，所述行星架输出轴与所述壳体的另一侧可转动连接；所述输入太阳轮轴的输入端与所述驱动电机的转轴通过花键连接或者让所述驱动电机的转轴替代。

优选的，所述输入太阳轮轴的一端通过太阳轮前轴承与所述壳体的一侧连接，所述输入太阳轮轴的另一端通过太阳轮后轴承与所述行星架连接；所述行星架输出轴通过行星架后轴承与所述壳体的另一侧连接，所述行星架靠近所述驱动电机一侧通过行星架前轴承与所述壳体连接。

优选的，所述壳体与所述输入太阳轮轴之间设有防泄漏用的高速油封，所述高速油封位于所述太阳轮前轴承与所述驱动电机之间。

优选的，当所述驱动电机与所述行星架直接传动连接时，所述驱动电机的输出轴直接转变为所述输入太阳轮轴。

优选的，还包括驻车齿轮，所述驻车齿轮集成在所述行星架输出轴上或者行星架前部处。

优选的，所述差速器上连接有二级从动齿，所述行星架输出轴上连接二级主动齿，所述二级主动齿与所述二级从动齿相啮合，所述差速器上设置有左输出半轴和右输出半轴；所述差速器通过差速器前轴承和差速器后轴承连接在所述壳体内。

优选的，所述左输出半轴和右输出半轴在直行时二者的转速和扭矩相同；在转弯时二者的转速不同。

优选的，所述壳体内设置有用于改善各齿轮副和轴承的润滑、冷却性能的油冷器组件。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

本发明一种纯电动高速减速箱，包括行星传动系统，行星传动系统的输入端与驱动电机连接，行星传动系统的输出端与差速器连接，行星传动系统安装在壳体内；行星传动系统包括输入太阳轮轴、行星架、太阳轮、齿圈和行星轮，通过不同的连接组合，在实现高速驱动的同时，减小壳体尺寸和占用空间。具体的包括以下几个方面：

一)可适应高速特别是20,000rpm以上的驱动电机，本发明只需二级减速，就可以轻易达到25以上的速比，在电机驱动的车辆使用中，特别适用于匹配超高速的电机；

二)减速箱的空间尺寸较小。对于采用平行轴系技术的减速箱，若减速箱的速比越大，则每级齿轮副的从动轮的直径也越大，因此，齿轮箱的空间需求就大。本发明利用行星传动系统，有效地降低了齿轮箱的尺寸；

三)减速箱的重量较小，本发明采用行星传动系统，传动链比相同速比的三级平行轴系的减速箱要短，齿轮的直径比相同速比的二级平行轴系的减速箱要小，因此，本发明可以使减速箱的重量较轻；

四)减速箱的效率提升，本发明有较小的空间尺寸，能减少回转件的摩擦损失；本发明有较小的重量，因此有较小的转动惯量，从而回转件的能量需求降低；由此减速箱的效率得以提升；

五)布置灵活，可以实现与电机不同程度的集成，本发明所使用的行星系，其太阳轮轴可以与电机转子轴集成为一体，从而可以节省太阳轮轴上的昂贵的高速输入油封和轴承；也可以将整个行星系与电机集成，集成后的电机由行星架输出，这样不仅可以节省高速输入轴油封和高速轴承，还便于实现产品的系列化和模块化；还可以构建双电机双减速箱的电桥，从而取消差速器部件,满足整车对两侧车轮不同转速和扭矩的需求；

六)便于集中热管理，提高整车热效率。本发明采用冷却器组件对润滑油进行热量管理，便于用户对电机、控制器(或逆变器)和减速箱进行集中热管理，从而提高整车热效率。

总的来说，本发明减速比大，结构紧凑，整体体积小，占用空间小，重量较小，布置灵活，可以实现与电机不同程度的集成，适用于匹配超高速的电机。

附图说明

下面结合附图说明对本发明作进一步说明。

图1为本发明纯电动高速减速箱的传动原理图；

图2为本发明纯电动高速减速箱的结构示意图；

图3为本发明电机转子轴集成太阳轮轴的传动原理图；

图4为本发明电机集成行星系的传动原理图；

图5为本发明行星架径向集成驻车齿轮的传动原理图；

图6为本发明行星架轴向集成驻车齿轮的传动原理图；

图7为本发明双电机双减速箱传动原理图；

附图标记说明：1、输入太阳轴；2、高速油封；3、太阳轴前轴承；4、行星架前轴承；5、壳体；6、行星架；7、太阳轮；8、齿圈；9、左输出半轴；10、差速器；11、差速器前轴承；12、太阳轮后轴承；13、差速器后轴承；14、右输出半轴；15、驻车齿轮；16、二级从动齿；17、二级主动齿；18、行星轮；19、行星轮轴承；20、行星架后轴承；21、油冷器组件；22、驱动电机；

6-1、行星架前部；6-2、行星架输出轴。

具体实施方式

如图1-7所示，一种纯电动高速减速箱，包括行星传动系统，所述行星传动系统的输入端与驱动电机22连接，所述行星传动系统的输出端与差速器10连接，所述行星传动系统安装在壳体5内；具体的行星传动系统为一级行星传动系统和一级平行轴传动系统，所述行星传动系统的输出端与平行轴传动系统连接；所述行星传动系统包括输入太阳轮轴1、行星架6、太阳轮7、齿圈8和行星轮18，所述太阳轮7的中心连接在所述输入太阳轮轴1上，多个所述行星轮18通过行星轮轴承19安装在所述行星架6上，所述行星轮18的外周与所述齿圈8相啮合，行星轮18的内周与所述太阳轮7相啮合，所述齿圈8定位连接在所述壳体5上；所述输入太阳轮轴1的一端与所述壳体5的一侧可转动连接，所述输入太阳轮轴1的另一端与所述行星架6可转动连接；所述行星架6的输出端连接有行星架输出轴6-2，所述行星架输出轴6-2与所述壳体5的另一侧可转动连接；所述输入太阳轮轴1的输入端与所述驱动电机22的转轴通过花键连接或者让所述驱动电机22的转轴替代。

具体的，所述输入太阳轮轴1的一端通过太阳轮前轴承3与所述壳体5的一侧连接，所述输入太阳轮轴1的另一端通过太阳轮后轴承12与所述行星架6连接；所述行星架输出轴6-2通过行星架后轴承20与所述壳体5的另一侧连接，所述行星架6靠近所述驱动电机22一侧通过行星架前轴承4与所述壳体5连接。

一、驱动电机功率的输入

驱动电机的功率在这里用转轴的转速和扭矩来表征，工程上用一般用公式：

其中：p是电机功率(Kw)，n为电机转速(rpm)，T为扭矩(Nm)。

具体的，驱动电机22的转轴和高速减速箱的输入轴即输入太阳轮轴1通过一对花键连接，这样，驱动电机的转速和扭矩通过花键就传递给了减速箱。为避免减速箱中的润滑油沿输入太阳轮轴1泄露，在壳体5和输入太阳轮轴1之间设有高速油封2，所述高速油封2位于所述太阳轮前轴承3与所述驱动电机22之间；为使太阳轮轴1运行平稳，在壳体5和行星架6上分别设有太阳轮轴前轴承3和太阳轮后轴承12。与常见的行星系具有浮动均载功能不同，本发明的太阳轮后轴承12所起作用主要为导向，对太阳轮轴1的支撑为次要作用。

这样，通过输入太阳轮轴1就将驱动电机22的功率输入到了本发明所称的高速减速箱中。

对于功率输入部分，具体分为如下几种应用：

1)如图2所示，当提高电机转轴与输入太阳轮轴1的配对花键的精度，此时，可以取消支撑太阳轮轴1的太阳轮前轴承3，太阳轮后轴承12所起作用主要为导向，这样连接可以减少零部件，节省成本。

2)如图3所示，进一步将输入太阳轮轴1与驱动电机22的转轴集成为一根轴，太阳轮前轴承3可以直接取消，这样集成的益处是可以有效减少整个电桥系统(电机和减速箱)的轴向空间尺寸，并减少零件，节省成本。

3)在如上2)的基础上，当将电机转子冷却与减速箱的油冷器组件21冷却系统集成时，可以进一步取消高速油封2；这样集成的益处是：1)提高系统的热效率；2)减小电桥系统的空间尺寸；3)减少系统零部件，节省成本。

4)在如上3)的基础上，进一步将整个行星系统与驱动电机集成，如附图4所示，此时，减速箱的功率输入部分由太阳轮轴1变成了行星架6。这样集成的益处是：1)提高系统的热效率；2)减小电桥系统的空间尺寸；3)减少零部件，节省成本；4)减小减速箱的设计、制造和装配难度，便于产品的平台化和模块化。

二、高速减速箱对功率(转速和扭矩)的转换

驱动电机的低扭高速的功率通过输入太阳轮轴1进入高速减速箱后，输入太阳轮轴1在太阳轮前轴承3和太阳轮后轴承12的支撑下，将相应的转速和扭矩传递给太阳轮7；太阳轮7与行星轮18啮合，行星轮18与齿圈8啮合，齿圈8固定连接在壳体5上，这样，太阳轮7的转动就推动了行星轮18和行星架6的转动，行星轮18除了与太阳轮7啮合自转外，还与行星架6一起公转，此时行星传动系统(包括太阳轮7、行星架6、行星轮18、齿圈8和行星轮轴承19)的功率(转速和扭矩)就通过行星架6输出。经由输入太阳轮轴1的输入到行星架6的输出，驱动电机22的功率就这样经过了高速减速箱的一级变换，其转速有所降低，而扭矩有相应的提高，其总功率有一定的损失。

太阳轮7的转速和行星架6的转速关系由如下公式确定：

式中，n

功率会经过行星架6继续传递给二级主动齿17，通过齿轮啮合，二级主动齿17将功率传递给与差速器10上固连的二级被动齿16。

二级被动齿16和二级主动齿17的转速关系如下：

式中，n

在工程计算时忽略功率的损失，各级获得的扭矩可以根据功率、转速和扭矩的关系得到。

这样，本发明完成了对驱动电机在高速减速箱的功率的转换，下一步时将转换的功率按整车要求输出。

具体的关于驻车齿轮15，不为功率转换所必须，但为整车所需的辅助安全件。所述驻车齿轮15集成连接在所述行星架输出轴6-2上或者行星架前部6-1处。当驻车齿轮15与行星架6的行星架输出轴6-2固连，避免了传统齿轮箱将驻车齿轮15与差速器10的壳体固连引起的较高的应力，减小了驻车齿轮的尺寸；也避免了将驻车齿轮固连在高速输入轴上可能会引起潜在的动力学的问题。

对于功率转换部分，具体包括如下几种应用：

如图5所示，为行星架前部6-1径向集成驻车齿轮15，这样集成可以减少减速箱的轴向尺寸；

如图6所示，行星架6的行星架输出轴6-2轴向集成驻车齿轮，这样集成可以减少减速箱的轴向尺寸和径向尺寸；

以上两种应用视尺寸和结构应力大小的要求进行合理的选择。

三、高速减速箱对功率(转速和扭矩)的输出

所述差速器10上连接有二级从动齿16，所述行星架输出轴6-2上连接二级主动齿17，所述二级主动齿17与所述二级从动齿16相啮合，所述差速器10上对称设置有左输出半轴9和右输出半轴14；所述差速器10通过差速器前轴承11和差速器后轴承13连接在所述壳体5内。

在完成了对驱动电机的功率的转换后，高速减速箱在整车行驶工况的需求下对动力进行分配，其转速和扭矩通过差速器10分别从左输出半轴9和右输出半轴14输出。在需要直行时，左输出半轴9和右输出半轴14的转速和扭矩相同；在需要转弯时，这两者的转速不同。

在车辆停止行驶后，特别是停止在有坡度的路面时，为防止意外溜车，通常会锁止驻车齿轮15。

此外，所述壳体5内设置有用于改善各齿轮副和轴承的润滑、冷却的油冷器组件21。与飞溅润滑相比，本发明由于采用了冷却器组件，可以对润滑油进行过滤并经过喷嘴定量分配，这样可以改善齿轮和轴承的运行状况，延长齿轮和轴承的使用寿命，特别地，油冷器的工作介质可以根据需要对齿箱中润滑油进行加热(整车低温冷启动时)或冷却(齿轮箱运行时产生热量)，便于整车将齿箱、电机及其控制器热量需求(加热或冷却)进行集中管理，从而提高整车热效率。

如图7所示，本发明的一个应用是双电机双减速箱结构。该应用的益处是：1)结构紧凑，集成度高，可以综合热管理；2)可以取消差速器，减速箱的生产成本降低；3)在车辆对两侧车轮转速和扭矩需求不一致时，如需要转弯或越野时，车辆两侧车轮需求的不同转速和扭矩直接由各自的驱动电机控制，安全性和舒适性进一步提高。

本发明的具体应用实例如下：

如图2所示，具体的实施例：该高速减速箱展示了功率传递主要元件，输入转速30,000rpm，输出转速1,152.6rpm，总速比为26.03。

输入太阳轮轴1上安装有太阳轮轴前轴承3，太阳轮7的齿数为23，共有多个行星轮18，行星轮的齿数为49，齿圈8的齿数为121，在行星架6上安装有行星架前轴承4和行星架后轴承20，与行星架6固连的二级主动齿17，其齿数为19，与二级主动齿17啮合的二级从动齿16，其齿数为79，在输出端安装有差速器前轴承11和差速器后轴承13。

由前述公式可知，第一级行星系的速比为(23+121)/23＝6.26，二级平行轴系的速比为79/19＝4.158，因此，该二级减速箱的总速比为6.26*4.158＝26.03。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。