CN105346410A - 双电机动力驱动总成 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车双电机转速转矩耦合驱动的动力变速系统，克服了现有技术存在的工作模式少、电机功率大、装置结构复杂以及成本较高的问题。该发明的双电机动力耦合变速系统通过主电机与电磁换向器中位相连，辅电机与行星机构齿圈直接相连的同时与电磁换向器左工作位相连，电磁换向器右工作位直接与行星机构太阳轮相连。行星机构齿圈与箱体之间通过一号单向轴承连接，太阳轮与箱体之间通过二号单向轴承连接。行星架作为输出与第二级的双联齿轮相连，双联齿轮二级连接差速器输入齿轮将动力输出。

Description

双电机动力驱动总成

技术领域

本发明属于新能源汽车动力系统技术领域，具体涉及双电机动力驱动总成。

背景技术

目前电动汽车主要采用单电机单传动比减速器的传动方式，而电动汽车需满足起步爬坡时的低速大扭矩，平路时高速小扭矩的行驶工况，导致电机额定功率很大，造成电机负荷率较低；且工作范围区间较大，不能让电机长时间工作在高效率区间，降低了电动汽车的续航里程。同时，单个大功率电机体积较大，价格较高。而双电机动力耦合系统采用两个较小的电机耦合驱动，一方面可降低大电机制造工艺困难，另一方面可以通过两个小电机分别驱动或者耦合驱动，提高电机的负荷率，同时通个转速转矩耦合，调整电机的工作范围，使电机工作在一个高效率区间，提高电动汽车的续航里程。

在双电机动力耦合的研究上，申请号为201310633682.5的中国专利公开了一种电动汽车双电机耦合驱动系统，但是机械结构复杂，制造成本较大；申请号为201010100653.9的中国专利公开了一种双电机转速和转矩耦合驱动方式的双动力耦合驱动总成，存在机械结构复杂的不足；申请号为201210024534.9的中国专利公开了一种双电机耦合变速装置，但机械结构复杂，离合器和锁止器相互独立，操控复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单，操作方便，成本较低，换挡过程无冲击且动力不中断，电机工作效率高的转速转矩耦合驱动结构；中低速小扭矩时为提高电机负荷率采用单个电机驱动，中速大扭矩采用双电机扭矩耦合驱动，高速小扭矩时采用双电机转速耦合驱动，保证电动汽车行驶过程中动力性与经济性的双重要求。为实现本发明目的采用如下技术方案实现的，结合附图：

双电机动力驱动总成，包括主电机轴承(1)、主电机(2)、辅电机(3)、箱体(4)、换向器(5)、齿圈(6)、行星轮(7)、太阳轮(8)、一号单向轴承(9)、行星架(10)、二号单向轴承(11)、花键套(12)、辅电机输出轴(13)、辅电机轴承(14)和主电机输出轴(15)。

所述主电机通过电机轴外花键与电磁换向机构中位内花键相连，辅电机通过电机轴外花键与电磁换向机构左位内花键相连，实现动力输入；

所述电磁换向机构左位外花键与行星减速机构齿圈内花键相连，电磁换向机构右位内花键与行星减速机构太阳轮轴外花键相连，实现动力传递。

所述行星减速机构中行星架为动力输出构件，与二级减速机构输入齿轮相啮合，通过二级减速实现动力输出。

所述行星机构中太阳轮与机架之间通过二号单向轴承相连，实现辅电机单独驱动时太阳轮保持静止；所述齿圈与机架之间通过一号单向轴承相连，实现主电机单独驱动时齿圈保持静止。

进一步地，主电机与辅电机外壳做成一体，辅电机转子及输出轴中空，主电机输出轴穿过辅电机转子及中心轴，使得机构紧凑，便于布置。

进一步地，换向机构包括接合套，拨叉，花键套。通过电磁力推动接合套的左右移动实现动力沿不同路线输出。

进一步地，行星减速机构包括齿圈、行星轮、太阳轮和行星架，电机通过太阳轮和齿圈将动力输入，经行星架输出，实现动力的传递。

进一步地，二级减速机构由平行轴齿轮机构构成，与上一级行星架动力输出端相啮合，经减速后实现动力输出，后一级与差速器直接相连，驱动电动汽车行驶。

本发明具有如下优点和积极效果：

(1)根据具体工况条件，通过控制两个电机不同工作模式，可实现电动汽车无动力中断换挡，且换挡过程无冲击，满足电动汽车低速大扭矩，中速小扭矩，中速大扭矩以及高速小扭矩的工况需求。

(2)用两个相对较小的电机代替一个大电机，可提高汽车行驶过程中电机的负荷率；通过在保证汽车动力性需求的前提下，通过调节两个电机的工作状态，使电机尽量工作在其高效区间，提高能量利用率，增加电动车续航里程。

(3)两个电机做成一体，可减小装置体积，方便整车布置；装置结构简单，成本较低，操作方便。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为双电机动力驱动总成结构简图；

图2为双电机动力驱动总成机构示意图；

图3为主电机单独工作能量流示意图；

图4为辅电机单独工作能量流示意图；

图5为双电机转矩耦合工作能量流示意图；

图6为双电机转速耦合工作能量流示意图；

图中：主电机轴承(1)、主电机(2)、辅电机(3)、箱体(4)、换向器(5)、齿圈(6)、行星轮(7)、太阳轮(8)、一号单向轴承(9)、行星架(10)、二号单向轴承(11)、花键套(12)、辅电机输出轴(13)、辅电机轴承(14)和主电机输出轴(15)。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

参阅图1，本发明提供的双电机动力驱动总成，包括主电机轴承(1)、主电机(2)、辅电机(3)、箱体(4)、换向器(5)、齿圈(6)、行星轮(7)、太阳轮(8)、一号单向轴承(9)、行星架(10)、二号单向轴承(11)、花键套(12)、辅电机输出轴(13)、辅电机轴承(14)和主电机输出轴(15)。主电机与辅电机外壳做成一体，主电机输出轴穿过辅电机转子及输出轴通过花键与电磁换向器中位相连；辅电机输出轴通过花键与电磁换向器左位相连，同时与齿圈通过花键相连；齿圈通过一号单向器与机架相连，与行星轮相啮合；电磁换向器右位与行星机构太阳轮相连，太阳轮与行星轮相外啮合，与机架之间通过二号单向轴承相连；行星轮转动时带动行星架作旋转运动，将动力进行传递；行星架上齿圈与第二级传动齿圈相啮合，将动力通过平行轴齿轮减速机构输出。

本发明提供的双电机动力驱动总成，其工作原理为：主电机输出的动力经电磁换向器、太阳轮、行星架、二级减速齿轮及差速器输出，实现主电机单独驱动，适合低速大扭矩工况。

辅电机输出动力经齿圈、行星架、二级减速齿轮及差速器输出，实现辅电机单独驱动，适合中速小扭矩工况。

主电机输出动力通过电磁换向器与辅电机输出动力经耦合通过齿圈、行星架、二级减速齿轮及差速器输出，实现主辅电机力矩耦合驱动，适合中速大扭矩工况。

主电机输出动力通过电磁换向器、太阳轮与辅电机输出动力通过齿圈、行星轮耦合，经行星架、二级减速齿轮及差速器输出，实现主辅电机转速耦合驱动，适合高速工况。

换向器可以产生向左或向右的位移，若换向器处于中间位置，则主电机输出轴不与任何轴连接，只有辅电机连接齿圈输出动力；若换向器产生向右的轴向位移，使其内花键与太阳轮轴上的花键套啮合，则主电机连接太阳轮，辅电机连接齿圈，可分别输出动力也可同时输出动力实现转速耦合；若换向器产生向左的轴向位移，是其内花键与辅电机输出轴上的花键套啮合，则主电机和辅电机同时连接齿圈，通过齿圈输出动力，实现转矩耦合。

下面对各种工作模式作详细分析：

工作模式一：电机E₁单独工作，此时电磁换向器工作在右端，电机E₁与太阳轮相接，电机E₂与齿圈相接。E₁功率从太阳轮输入，齿圈由于单向器作用保持静止状态，此时传动比大，适合低速大扭矩工况，其输入输出转速关系为输入输出转矩关系为i₁(α+1)T₁＝T_out。

其中，n₁为电机E₁输出转速，T₁为电机E₁转矩，i₁为第二级固定传动比，α为行星轮系特征参数，n_out为输出转速，T_out为输出转矩。

工作模式二：电机E₁、E₂转速耦合，此时电磁换向器工作在右端，电机E₁与太阳轮相接，电机E₂与齿圈相接。E₁功率从太阳轮输入，E₂功率从齿圈输入，通过行星齿轮机构的转速耦合作用，调节各个电机的转速使之工作在电机高效区间，同时耦合出适用于高速小扭矩的工况。其输入输出转速关系为输入输出转矩关系为 $\frac{T_1}{1}=\frac{T_2}{\mathrm{\α}}=-\frac{T_3}{\mathrm{\α}+1}=-\frac{T_{out}}{i_1(\mathrm{\α}+1)}.$

其中，n₂为电机E₂转速，T₂为电机E₂转矩，T₃为行星架输出转矩，i₁为第二级固定传动比，α为行星轮系特征参数，n_out为输出转速，T_out为输出转矩。

工作模式三：电机E₂单独工作，此时电磁换向器可工作在右端或者在中位，电机E₂与齿圈相接，E₂功率从齿圈输入，太阳轮由于单向器作用保持静止状态，此时传动比稍小，适用于中速小扭矩工况。其输入输出转速关系为输入输出转矩关系为 $\frac{i_1(\mathrm{\α}+1)T_2}{\mathrm{\α}}=T_{out}.$

工作模式四：电机E₁、E₂转矩耦合，此时电磁换向器工作在左端，电机E₁通过换向器与齿圈相接，电机E₂也与齿圈相接。E₁功率经换向器、齿圈输入，同时电机E₂功率也从齿圈输入，两电机转矩耦合叠加，耦合出适用于中速大扭矩的工况。其输入输出转速关系为 $\frac{\mathrm{\α}}{i_1(\mathrm{\α}+1)}{n}_1=\frac{\mathrm{\α}}{i_1(\mathrm{\α}+1)}{n}_2=n_{out},$ 输入输出转矩关系为 $\frac{i_1(\mathrm{\α}+1)(T_1+T_2)}{\mathrm{\α}}=T_{out}.$

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

通过以上分析可知，本文提出的双电机动力系统既能满足起步时低速大扭矩的要求，又能满足高速小扭矩要求，同时具有中高速较强的动力性能。而且通过双电机的转速转矩耦合，调节各个电机的工作范围，使之工作在较优的高效区间，从而达到纯电动汽车节能的目的，降低纯电动车的制造成本。

Claims (2)

1.双电机动力驱动总成，包括主电机轴承1、主电机2、辅电机3、箱体4、换向器5、齿圈6、行星轮7、太阳轮8、一号单向轴承9、行星架10、二号单向轴承11、花键套12、辅电机输出轴13、辅电机轴承14和主电机输出轴15。

所述主电机2与辅电机3的电机外壳做成一体，辅电机3转子轴为空心，主电机2输出轴穿过辅电机3转子轴，主辅电机之间用支撑架隔开。

所述换向器5处于中位时，辅电机输出轴13经过一对齿轮与齿圈6相连，同时齿圈6与机架之间接入一号单向轴承9。

所述主电机输出轴15上通过平键联接有花键套12，换向器5可以产生轴向向左或向右的位移，换向器处于右位时，主电机输出轴与太阳轮轴连为一体，处于左位时，主电机输出轴连接齿圈。太阳轮8与箱体4间通过二号单向轴承11相连。

2.如权利要求1所述的双电机动力驱动总成，其特征在于一号单向轴承9外圈与箱体4相连，内圈与齿圈6相连，二号单向轴承11外圈与箱体4相连，内圈与太阳轮8轴相连。