CN102483139A - 用于高速电机驱动系统的驱动配置 - Google Patents

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Abstract

一种用于混合动力车辆的电机驱动系统配置包括第一电机、第二电机、安装于所述第一电机与所述第二电机之间的差速器、差速齿轮、减速齿轮及可旋转轴。所述减速齿轮包括与所述差速齿轮咬合啮合的第一端以及第二端。所述可旋转轴包括可旋转地耦合到所述第一电机的第一端及可旋转地耦合到所述第二电机的第二端。所述可旋转轴的所述第二端包括与所述减速齿轮的所述第二端咬合啮合的齿轮。所述可旋转轴具有进入到所述差速器中的90度输入且所述第一及第二电机与所述可旋转轴直列式安装。

Description

用于高速电机驱动系统的驱动配置
相关申请案交叉参考
本申请案请求在2009年6月23日提出申请的第61/219,465号美国临时申请案的权益及优先权，所述申请案以引用方式并入本文中。
技术领域
背景技术
本发明一般来说涉及一种电机驱动系统。更特定来说，本发明涉及一种用于高速电机驱动系统的驱动配置。
相关技术说明
混合动力电动车辆(HEV)及全电动车辆(FEV)使用电机来将电能转换成动能。HEV将内部燃烧发动机与一个或一个以上电动机组合，而FEV仅使用电动机。常规HEV及FEV电机具有若干个效率及成本问题。举例来说，常规HEV及FEV电机需要大量磁性材料以便操作。所述所需磁性材料显著地增加所述电机的质量及成本。
因此，此项技术中需要一种用于高速电机驱动系统的效率更高且成本更低的驱动配置。
发明内容
因此，本发明涉及一种用于车辆的电机驱动系统配置，其包括第一电机、第二电机、安装于所述第一电机与所述第二电机之间的差速器、差速齿轮、减速齿轮及可旋转轴。所述减速齿轮包括与所述差速齿轮及第二端咬合啮合的第一端。所述可旋转轴包括可旋转地耦合到所述第一电机的第一端及可旋转地耦合到所述第二电机的第二端。所述可旋转轴的所述第二端包括与所述减速齿轮的所述第二端咬合啮合的齿轮。所述可旋转轴具有进入到所述差速器中的90度输入且所述第一及第二电机与所述可旋转轴成一直线安装。
本发明的一个优点在于提供一种用于混合动力车辆的电机驱动系统，其使用以新颖方式布置的常规组件来改善所述车辆的效率。本发明的另一优点在于所述驱动配置使得能够使用通常成本较低的较高速电机，同时计及封装要求。本发明的又一优点在于所述电机驱动系统使得能够使用更紧凑的发电机来实现给定动力水平。本发明的另一优点在于所述驱动配置降低电机成本。
将容易地了解本发明的其它特征及优点，因为在结合附图阅读随后的说明之后可更好地对其加以理解。
附图说明
图1是根据示范性实施例的车辆的透视图。
图2是根据示范性实施例的具有两个电机及额外齿轮减速器的电机驱动系统配置的图示。
图3是根据示范性实施例的具有两个电机及行星齿轮减速器的替代电机驱动系统配置的图示。
图4是根据示范性实施例的具有与车轴及输出轴成一直线安装的单个电机的替代电机驱动系统配置的横截面图。
图5是根据示范性实施例的具有与车轴及输出轴成一直线安装的两个电机的替代电机驱动系统配置的横截面图。
图6是根据示范性实施例的具有离合器及单个副轴的替代电机驱动系统配置的横截面图。
图7是根据示范性实施例的具有多个齿轮、离合器及副轴的替代电机驱动系统配置的横截面图。
图8是根据示范性实施例的具有经由链条部件耦合到差速器的电机的替代电机驱动系统配置的横截面图。
图9是根据示范性实施例的具有一对前轮处电机与后轮驱动电机的车辆的俯视图。
具体实施方式
大体参照图1到图9且特定参照图1，图解说明车辆10。在此实例中，车辆10为电动力的插电式混合动力电动车辆(HEV)。车辆10可为具有电池的客车、卡车或其它类型的车辆。在另一实例中，车辆10为全电动车辆(FEV)。
车辆10包括控制车辆10的操作的动力系(powertrain)。所述动力系可包括各种组件，例如发动机、变速器或齿轮箱、驱动轴、差速器、电动机、车轮等。在此实例中，所述动力系为插电式混合动力的，且包括电动力的电机及电机控制器。车辆10还可包括当在某些操作条件下需要时补充一个或一个以上电动机的汽油动力的发动机。电能存储于能量存储装置中，例如电池。所述电池可为单个单元，或以预定方式(例如，串联)布置的多个模块。可使用各种类型的电池，例如铅酸或锂离子等。所述电池容纳于电池盒内且耦合到车辆的车架。
现在参照图2到图9，其展示各种用于HEV、FEV或其它车辆的各种电机驱动系统配置。使用电机驱动系统的输出来给车辆10提供动力，驱动车辆或车辆的车轮，等等。所述电机驱动系统包括各种组件，例如一个或一个以上电机、一个或一个以上轴、一个或一个以上差速器、多个齿轮(例如，输入齿轮、小齿轮、行星减速器等)、一个或一个以上车轴等。本发明内所描述的电机驱动系统实例使用对当前标准零件的修改以最小化设计要求及/或使用具有最小化封装体积的配置的独特布置。独立于电机速度选择电机的较大自由允许给定类型的车辆的更好电机匹配，此改善车辆效率。
现在特定参照图2，其展示电机驱动系统配置12，其包括第一及第二电机14、16、具有至少一个齿轮或差速器20的变速器或齿轮箱18、具有第一齿轮24(输入齿轮或轴齿轮)的轴22(可旋转轴)及第二齿轮(额外齿轮减速器，例如小齿轮)34以及第三齿轮38。轴22包括操作地(可旋转地)耦合到第一电机14的第一端28及操作地(可旋转地)耦合到第二电机16的第二端30。变速器或齿轮箱18及差速器20位于第一电机14与第二电机16之间。第一齿轮24包括多个齿32且位于轴30的第二端上。第一齿轮24可同心地安装到轴22且与轴22整合在一起。第二齿轮(小齿轮)34包括多个齿轮齿36且通过齿轮轴26连接到具有多个齿轮齿40的第三齿轮38。第一齿轮32的齿与第三齿轮38咬合啮合且特定来说咬合啮合到第三齿轮40的齿。第二齿轮(小齿轮)36的齿与变速器(齿轮箱)18或差速器20的齿咬合啮合。在此配置下，存在到差速器20的90度输入。此配置允许包括额外齿轮减速器。举例来说，额外齿轮可并入于输入齿轮24与小齿轮26之间。所述额外齿轮减速器允许输入轴与输出轴之间的较高总比。此允许在仅对原始齿轮组进行最小修改的情况下将高速电机结合常规差速齿轮一起使用。典型的减速器利用相对低的比(例如2∶1到4∶1)，而使用高速电机需要大约7∶1或12∶1的减速器及可适应此些减速器的电机驱动系统配置，例如图2中所展示的电机驱动系统配置。
现在参照图3，其展示电机驱动系统配置112的替代实施例。电机驱动系统配置112包括：第一及第二电机114、116；具有至少一个齿轮或差速器120的变速器118；轴(可旋转轴)22；第一齿轮124；第二齿轮134；及行星齿轮组(第三齿轮)138。轴122包括操作地(可旋转地)耦合到第一电机114的第一端128及操作地(可旋转地)耦合到第二电机116的第二端130。变速器或齿轮箱118及差速器120位于第一电机114与第二电机116之间。第一齿轮124包括多个齿132且位于轴130的第二端上。第二齿轮124可同心地安装到轴122且与轴122整合在一起。第二齿轮134包括多个齿136且通过齿轮轴(行星齿轮的载体)126连接到具有多个齿140的行星齿轮组138。第一齿轮132的齿与行星齿轮组138咬合啮合且特定来说咬合啮合到行星齿轮组140的齿，其中齿轮轴126充当载体。第二齿轮134的齿与差速器120的齿轮咬合啮合。此配置112允许齿轮124(例如，输入齿轮、小齿轮等)与使用另一齿轮138(例如，行星齿轮减速器等)的电机轴122成一直线。额外减速器允许输入轴与输出轴之间的较高总比。此允许在仅对原始齿轮组进行最小修改的情况下将高速电机114、116结合常规差速齿轮一起使用。
现在参照图4，其展示电机驱动系统配置212的替代实施例。电机驱动系统配置212包括第一电机214、变速器或齿轮箱218、差速器220、第一独立输出轴222、第二独立输出轴224、具有第一端及具有第一电机输出齿轮228的第二端的第一电机轴226、第一副轴(例如，旋转花键轴等)230、第二副轴(例如，旋转花键轴等)232及多个额外组件，例如用于支撑轴的轴承、用于将组件耦合在一起的紧固件(螺栓、螺丝等)等。第一电机214位于邻近变速器218之处。第一电机轴226延伸穿过电机214，使得第二端及第一电机输出齿轮228延伸到变速器218中。第一独立轴222为到第一电机轴226的独立贯通轴且包括具有用于附接到车轮的盖部件的第一端234及耦合到变速器218及差速器220且与其操作地啮合的第二端236。第二独立轴224包括具有用于附接到车轮的盖部件的第一端238及耦合到变速器218及差速器220且与其操作地啮合的第二端240。第一独立轴222及第二独立轴224具有预定长度。在此实施例中，第一独立轴222比第二独立轴224长，然而涵盖轴222、224可视电机驱动系统配置而长度相等或不相等。第一副轴230包括与电机输出齿轮228操作地啮合的第一端242及与差速器220的第一齿轮250操作地啮合的第二端244。第二副轴232包括与电机输出齿轮228操作地啮合的第一端246及与差速器220的第一齿轮250操作地啮合的第二端248。第一电机214与车轴及输出轴222、224成一直线安装。此配置212使得电机214能够与车轴及输出轴222、224成一直线安装，此改善封装。此配置212还有利是因为其实现电机214与输出轴222、224之间的速度的较高减小。此外，此配置212还减小封装空间且因此降低成本，因为电机214不需要以偏移方式安装。尽管包括两个副轴230、232，但可包括一个或一个以上副轴。
现在参照图5，其展示电机驱动系统配置312的替代实施例。电机驱动系统配置312包括第一电机314、第二电机316、变速器或齿轮箱318、差速器320、第一独立输出轴322、第二独立输出轴324、第一电机轴326、第一电机输出齿轮328、第二电机轴254、第二电机输出齿轮256、第一副轴330及第二副轴332。变速器或齿轮箱318位于第一电机314与第二电机316之间。第一独立轴322包括具有用于附接到车轮的盖部件的第一端334及耦合到变速器318及差速器320且与其操作地啮合的第二端336。第二独立轴324包括具有用于附接到车轮的盖部件的第一端338及耦合到变速器318及差速器320且与其操作地啮合的第二端340。第一副轴330包括与第一电机输出齿轮328操作地啮合的第一端342及与第二电机输出齿轮356操作地啮合的第二端344。第二副轴332包括与第一电机输出齿轮328操作地啮合的第一端346及与第二电机输出齿轮356操作地啮合的第二端348。第一副轴330及第二副轴332还与差速器320的第一齿轮350操作地啮合。第一副轴330与第二副轴332串列地工作以增强支承负载。第一电机314及第二电机316与车轴及输出轴322、324成一直线安装。此配置允许在车轮必需或期望更大动力的情况下添加第二电机。电机314、316成一直线安装也减小所实行的封装空间，此从而降低成本。此配置312还提供均匀的左右间距，其中差速器320实质上位于电机驱动系统312的中心，此增加模块性。此产生均匀的重量分布以进一步增强封装空间且降低成本。此外，输出轴(来自差速器)322、324可相同，如果差速器320不在中心，那么将需要两个不同输出轴且此因此将增加成本。
现在参照图6，其展示电机驱动系统配置412的替代实施例。此电机驱动系统配置412包括第一电机414、变速器或齿轮箱418、差速器420、第一独立输出轴422、第二独立输出轴424、电机输出齿轮428、第一副轴430、中空第二副轴432及第一离合器458。变速器或齿轮箱418位于邻近第一电机414之处。第一独立轴422包括具有用于附接到车轮的盖部件的第一端434及耦合到变速器418及差速器420且与其操作地啮合的第二端436。第二独立轴424包括具有用于附接到车轮的盖部件的第一端438及耦合到变速器418及差速器420且与其操作地啮合的第二端440。第一副轴430包括与电机输出齿轮428操作地啮合的第一端442及可选择性地经由离合器458与差速器420的第一齿轮450啮合或与经由离合器458与差速器420的第一齿轮450的操作性啮合解啮合的第二端444。第一副轴430延伸穿过中空第二副轴432。第二副轴432包括与第一齿轮450接触(例如，咬合啮合)的一个或一个以上齿轮445。离合器458将第一副轴430与第二副轴432耦合及解耦，从而将第一副轴430与差速器420的第一齿轮450啮合或解啮合。此配置412允许包括离合器458，其操作以选择性地将电机414与车轮啮合及解啮合(连结或分离、接通或关断、耦合或解耦，等等)，以在不需要及/或期望电机414时减小效率损失。啮合离合器458允许在需要或期望时将电机414与车轮断开，从而改善车辆效率。此配置412可在用于其中电机可与车轮断开以减小拖曳力(此又增加车辆效率)的特定驱动系统中的情况下尤其有用。举例来说，此配置可用作部分时间车轮驱动车辆(例如，部分时间4WD、2轮驱动模式等)上的前轮驱动单元。
现在参照图7，其展示电机驱动系统配置512的替代实施例。此电机驱动系统配置512包括第一电机514、变速器或齿轮箱518、差速器520、第一独立输出轴522、第二独立输出轴524、第一电机轴526、第一电机输出齿轮528、第二电机输出齿轮556、第一副轴530、中空第二副轴532、中空第三副轴560、第一离合器558及第二离合器562。变速器或齿轮箱518位于邻近第一电机514之处。第一独立轴522包括具有用于附接到车轮的盖部件的第一端534及耦合到第一及第二电机输出齿轮528、556、变速器518及差速器520且与其操作地啮合的第二端536。第二独立轴524包括具有用于附接到车轮的盖部件的第一端538及耦合到变速器518及差速器520且与其操作地啮合的第二端540。第一副轴530延伸穿过第二副轴532及第三副轴560。第一副轴530包括与第一电机输出齿轮528操作地啮合的第一端542及可选择性地经由第二离合器562与第三副轴560啮合或解啮合的第二端544。第二副轴532包括第一端546及第二端548且与第二电机输出齿轮556操作地啮合。第二副轴548的第二端与将第二副轴532与第三副轴560耦合及解耦的第一离合器558操作地啮合。第三副轴560包括第一端564及第二端566，其具有与差速器520的齿轮550操作地啮合的一个或一个以上齿轮545。第三副轴560还包括与第一齿轮550接触(例如，咬合啮合)的多个齿轮545。第三副轴的第一端564与将第二副轴532与第三副轴560耦合及解耦的第一离合器558操作地啮合。第三副轴的第二端566与将第一副轴530与第三副轴560耦合及解耦的第二离合器562操作地啮合。此配置512使得能够在不需要电机514时将其与车轮断开且使得能够包括多速变速器(例如，双速等)。此改善车辆效率且在选择电机配置及技术时实现更多的通用性及选项，此进一步改善成本及效率。此配置512还使得电机驱动系统512能够充当双速变速器。第一离合器558及第二离合器562啮合具有驱动差速器520且从而驱动车轮的整合式齿轮550的轴560。第一副轴530可视驱动要求而与第二轴532及/或第三轴560啮合。第一轴530及第二轴532以不同速度转动，因为两者通过不同齿轮大小528、556由电机轴驱动。尽管仅展示两个齿轮528、556，但可视需要及/或期望添加额外齿轮。此可通过添加由不同齿轮组合驱动的另一轴(具有相关联离合器及轴)来进行。
现在参照图8，其展示电机驱动系统配置612的替代实施例。此电机驱动系统配置612包括第一电机614、变速器或齿轮箱618、差速器620、第一独立输出轴622、第二独立输出轴624、电机轴626、电机齿轮628及连接部件668。变速器或齿轮箱618位于邻近第一电机614之处。第一独立轴622包括具有用于附接到车轮的盖部件的第一端634及耦合到变速器618及差速器620且与其操作地啮合的第二端636。第二独立轴622包括具有用于附接到车轮的盖部件的第一端638及耦合到变速器618及差速器620且与其操作地啮合的第二端640。电机轴626包括的第一端670及从电机614延伸的第二端672。第二端672包括电机齿轮628，例如耦合到连接部件668的链轮等。连接部件668为细长且连续的环状部件，例如链条、皮带等。连接部件668将电机齿轮628耦合到差速器620的齿轮650，使得电机齿轮628与差速器620的齿轮650彼此操作地啮合。经由连接部件668将电机614连接到差速器620实现电机驱动系统配置612的进一步通用性及选项。举例来说，此配置612允许在电机614不能够与车轴成一直线安装(由于特定约束/限制，例如电机大小限制、空间限制等)的情况下使用连接部件668来偏移电机614。举例来说，如果电机的直径太大，那么可偏移电机且使用链条部件将其耦合到差速器。
现在参照图9，其展示具有混合动力系架构的车辆710。车辆710包括第一车轮电机(车轮中电机、车轮处电机等)714、第二车轮电机(或车轮处电机)716、发动机774、电池776及驱动电机712。第一车轮电机714及第二车轮电机716通过轴分别安装到第一前轮778及第二前轮780(或安装于其处、其附近、邻近其之处等)。第一车轮电机714及第二车轮电机716包括具有一个或一个以上齿轮728、756(例如，行星齿轮等)的电机轴726、754。此配置允许相对高的电机速度及相对低速度的车轮。第一车轮电机给车辆的前驱动器侧车轮提供动力并对其进行驱动且第二车轮电机给车辆的前乘客侧车轮提供动力并对其进行驱动。驱动电机712位于车辆710的后部以给后车辆车轮提供动力。尽管展示两轮电机，但可使用任何数目个车轮电机(例如，车轮中电机、车轮处电机等)来给前轮及/或后轮提供动力并对其进行驱动。此外，本发明的电机驱动系统配置中的任一者或其组合可用于任何类型的车辆(例如，HEV、FEV等)中且与任何类型的动力系架构(例如，串联后轮驱动(串联RWD)、串联全轮驱动(串联AWD)、全轮驱动并联(AWD并联)等)一起使用。此布置还消除对4轮驱动车辆的前轮之间的贯通轴的需要，此降低成本且减小封装空间。
可通过额外齿轮、比、速度来修改所展示及论述的前述设计且/或将其与其它解决方案、组件等合并在一起。其也可以任何配置安装且使用任何已知技术耦合在一起。
根据以上教示，可对本发明作出许多修改及改变。因此，在所附权利要求书的范围内，可以不同于所具体描述的方式实践本发明。

Claims (15)

1.一种用于驱动混合动力车辆的电机驱动系统配置，所述电机驱动系统包含：
第一电机；
第二电机；
差速器，其安装于所述第一电机与所述第二电机之间，所述差速器具有齿轮；
减速齿轮，其具有第一齿轮及第二齿轮，所述第一减速齿轮与所述差速齿轮咬合啮合；及
可旋转轴，其具有可旋转地耦合到所述第一电机的第一端及可旋转地耦合到所述第二电机的第二端，所述可旋转轴的所述第二端包括与所述第二减速齿轮咬合啮合的齿轮，其中所述可旋转轴与所述差速器以90度啮合。
2.根据权利要求1所述的电机驱动系统配置，其中所述第一电机及所述第二电机为高速电动机。
3.根据权利要求1所述的电机驱动系统配置，其中所述第一电机及所述第二电机与所述可旋转轴为直列式安装。
4.根据权利要求1所述的电机驱动系统配置，其中所述可旋转轴齿轮与所述可旋转轴同心地整合在一起。
5.根据权利要求1所述的电机驱动系统配置，其中所述第一减速齿轮为小齿轮。
6.根据权利要求1所述的电机驱动系统配置，其中所述第二减速齿轮为同心地耦合到所述可旋转轴的行星齿轮。
7.根据权利要求1所述的电机驱动系统配置，其中所述减速齿轮包括8∶1及10∶1中的一者的减速比。
8.一种用于驱动混合动力车辆的电机驱动系统配置，所述电机驱动系统包含：
变速器，其包括具有齿轮的差速器；
第一电机，其安装到所述变速器且包括具有第一端及具有第一电机输出齿轮的第二端的电机轴，其中所述电机轴延伸穿过所述第一电机且进入到所述变速器中，使得所述第二端在所述变速器内；
第一输出轴，其延伸穿过所述第一电机轴且进入到所述变速器内，所述第一输出轴具有第一端及可旋转地耦合到所述差速器的第二端；
第二输出轴，其延伸到所述变速器中，所述第二输出轴具有第一端及可旋转地耦合到所述差速器的第二端；及
第一副轴，其具有与所述第一电机输出齿轮操作地啮合的第一端及与所述差速齿轮操作地啮合的第二端，其中所述第一电机与所述第一及第二输出轴为直列式安装。
9.根据权利要求7所述的电机驱动系统配置，其中所述第一电机及所述第二电机为高速电动机。
10.根据权利要求7所述的电机驱动系统配置，其进一步包含第二副轴，所述第二副轴具有与所述第一电机输出齿轮操作地啮合的第一端及与所述差速齿轮操作地啮合的第二端。
11.根据权利要求7所述的电机驱动系统配置，其进一步包含第二电机，所述第二电机安装到所述变速器且包括具有第一端及具有第二电机输出齿轮的第二端的第二电机轴，其中所述第二电机轴延伸穿过所述第二电机且进入到所述变速器中，使得所述第二端在所述变速器内，所述第二输出轴延伸穿过所述第二电机轴且进入到所述变速器中，所述第二输出轴具有第一端及可旋转地耦合到所述差速器的第二端。
12.根据权利要求7所述的电机驱动系统配置，其进一步包含操作地耦合到所述差速齿轮的第二副轴及耦合到所述第一副轴及所述第二副轴的离合器，其中第一副轴的所述第二端延伸穿过所述第二副轴且所述离合器选择性地将所述第一副轴与所述第二副轴耦合及解耦。
13.一种用于驱动混合动力车辆的电机驱动系统配置，所述电机驱动系统包含：
变速器，其包括具有齿轮的差速器；
第一电机，其安装到所述变速器且包括具有第一端及具有第一电机输出齿轮的第二端的电机轴，其中所述电机轴延伸穿过所述第一电机且进入到所述变速器中，使得所述第二端在所述变速器内；
第一输出轴，其延伸到所述变速器中，所述第一输出轴具有耦合到第一车轮的第一端及可旋转地耦合到所述差速器的第二端；
第二输出轴，其延伸到所述变速器中，所述第二输出轴具有耦合到第二车轮的第一端及可旋转地耦合到所述差速器的第二端；及
连接部件，其连接所述第一电机输出齿轮与差速齿轮。
14.根据权利要求13所述的电机驱动系统配置，其中所述连接部件为链条及皮带中的一者。
15.根据权利要求13所述的电机驱动系统配置，其中所述第一电机输出齿轮为链轮。
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