CN105751881B - 一种双电机行星耦合驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双电机行星耦合驱动系统，包括主电机、辅助电机、行星齿轮机构、锁止器、第一至三传动齿轮、第一至三离合器和输出轴，主电机的输出轴与第一传动齿轮连接，第一传动齿轮与第一离合器的主动盘连接；第一离合器从动盘与齿圈连接，辅助电机与太阳轮连接；锁止器一端与变速箱连接，另一端与齿圈连接；第二传动齿轮与第一传动齿轮外啮合，第二传动齿轮与第二离合器连接；所述第三传动齿轮分别与行星架、第三离合器连接；第二离合器和第三离合器与输出轴连接。本发明能够能满足纯电动汽车行驶时，低速小转矩，低速大转矩，中速中转矩，高速行驶等多种工况的需要，且通过转矩和转速的合理分配，提高电机的运行效率，提高整车经济性。

Description

一种双电机行星耦合驱动系统

技术领域

本发明属于新能源汽车动力总成技术领域，具体涉及一种纯电动汽车双电机行星耦合驱动系统。

背景技术

新能源汽车是未来汽车发展的趋势，然而单电机纯电动汽车有续驶里程短、高效率区域固定、对电机功率要求高的问题，而且当单个电机发生故障时，车辆无法正常行驶。双电机耦合驱动纯电动汽车则是解决上述问题的可靠途径。其主要优势表现为：(1)能提高纯电动汽车在低速轻载、低速重载和高速轻载工况下的驱动效率，大幅度拓宽合成动力源驱动高效区范围。(2)在低速且加速需求低时转换至辅助电机单独驱动模式，可以避免单电机驱动时“大马拉小车”的情况，提高功率利用率。(3)可以在中高速行驶时切换至转速耦合模式，实现动力传动系统的无级调速，突破减/变速器挡位数对动力源运行区域的制约，进一步优化整车效率。(4)可以在需求转矩较大的工况下，如停车起步或者急加速或者爬陡坡时切换至转矩耦合模式以满足需求。(5)两个电机布置灵活，与单驱电动汽车相比，可以改善整车重心，优化驱动半轴与轮毂的安装角度。(6)将一个大功率电机转化为两个中小功率驱动电机，可有效地降低电机的设计、制造难度。然而，双电机耦合驱动系统的研究处于起步阶段，很多构型工作模式少、控制复杂、整车效率较低。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种双电机行星耦合驱动系统，其目的在于，解决现有构型工作模式少、所占体积大、布置不方便、电机负荷率低、动力传动效率不高的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种双电机行星耦合驱动系统，包括主电机1、辅助电机2、行星齿轮机构、锁止器7、第一传动齿轮8、第二传动齿轮9、第三传动齿轮10、第一离合器11、第二离合器12、第三离合器13和输出轴14，其中行星齿轮机构由太阳轮3、行星轮4、行星架5及齿圈6组成，所述主电机1和辅助电机2分别布置在系统两侧，主电机1的输出轴与第一传动齿轮8连接，第一传动齿轮8端部凸缘与第一离合器11的主动盘连接；第一离合器11的从动盘与齿圈6连接，辅助电机2的输出轴与太阳轮3连接；锁止器7一端与变速箱壳体连接，另一端与齿圈6连接；第二传动齿轮9与第一传动齿轮8外啮合，第二传动齿轮9内部凸缘与第二离合器12的主动盘连接；所述第三传动齿轮10与行星架5连接，第三传动齿轮10内部凸缘与第三离合器13的主动盘连接；第二离合器的从动盘12和第三离合器13的从动盘与输出轴14连接，耦合驱动系统动力由输出轴14输出。

进一步，所述锁止器、第一离合器、第二离合器以及第三离合器均为湿式多片离合器。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

(1)与现有的双电机耦合结构相比本构型能实现主电机和辅助电机同侧布置和异侧布置，更简单灵活，可控性优，易于实现。

(2)双电机耦合驱动构型，能够实现主电机单独驱动模式、辅助电机单独驱动模式、双电机转速耦合驱动模式、双电机转矩耦合驱动模式，能满足纯电动汽车行驶时，低速小转矩，低速大转矩，中速中转矩，高速行驶等多种工况的需要，且通过转矩和转速的合理分配，提高电机的运行效率，提高整车经济性。

(3)双电机耦合驱动构型在主驱动电机单独工作下，动力由第一传动齿轮8、第二传动齿轮9、第二离合器12、输出轴14输出，传动效率高。由于主驱动电机单独工作占到整个工作模式的中的绝大多数，所以整体效率相较于其它构型更高。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为所述双电机行星耦合驱动系统示意图；

图2为主电机单独驱动工作模式的能量流动示意图；

图3为辅助电机单独驱动工作模式的能量流动示意图；

图4为双电机转矩耦合驱动工作模式的能量流动示意图；

图5为双电机转速耦合驱动工作模式的能量流动示意图；

在上述图中，箭头符号表示能量流动方向；

其中：1.主电机，2.辅助电机，3.太阳轮，4.行星轮，5.行星架，6.齿圈，7.锁止器，8.第一传动齿轮，9.第二传动齿轮，10.第三传动齿轮，11.第一离合器，12.第二离合器，13.第三离合器，14.输出轴。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

一种双电机行星耦合驱动系统，包括主电机1、辅助电机2、行星齿轮机构、锁止器7、第一传动齿轮8、第二传动齿轮9、第三传动齿轮10、第一离合器11、第二离合器12、第三离合器13和输出轴14，其中行星齿轮机构由太阳轮3、行星轮4、行星架5及齿圈6组成，所述主电机1和辅助电机2分别布置在系统两侧，主电机1的输出轴与第一传动齿轮8连接，第一传动齿轮8端部凸缘与第一离合器11的主动盘连接；第一离合器11的从动盘与齿圈6连接，辅助电机2的输出轴与太阳轮3连接；锁止器7一端与变速箱壳体连接，另一端与齿圈6连接；第二传动齿轮9与第一传动齿轮8外啮合，第二传动齿轮9内部凸缘与第二离合器12的主动盘连接；所述第三传动齿轮10与行星架5连接，第三传动齿轮10内部凸缘与第三离合器13的主动盘连接；第二离合器的从动盘12和第三离合器13的从动盘与输出轴14连接，耦合驱动系统动力由输出轴14输出。

在本实施例中，所述锁止器、第一离合器、第二离合器以及第三离合器均为湿式多片离合器。

在本发明中，主电机1和辅助电机2均可替换为其他类型的动力源(如发动机)，满足多种使用情况的要求。

本发明提出的一种电动汽车用双电机行星耦合驱动系统的工作原理为：主电机1输出的动力经第一传动齿轮8、第二传动齿轮9、第二离合器12、输出轴14实现动力输出，实现主电机1单独驱动模式；辅助电机2输出的动力经太阳轮3、行星轮4、行星架5、第三传动齿轮10、第三离合器13、输出轴14输出实现动力输出，实现辅助电机2单独驱动模式；主电机1输出的动力经过第一传动齿轮8、第二传动齿轮9、第二离合器12传到输出轴14，辅助电机2输出的动力经太阳轮3、行星轮4、行星架5、第三传动齿轮10、第三离合器13传到输出轴14，两个电机输出的动力在输出轴14耦合并输出，实现主电机1和辅助电机2的转矩耦合模式；主电机1输出的动力分别经过第一传动齿轮8、第一离合器11传递到齿圈6，辅助电机2输出的动力输出到太阳轮，动力耦合后经行星轮4、行星架5、第三传动齿轮10、第三离合器13、输出轴14输出实现动力输出，实现主电机1和辅助电机2的转速耦合模式。

双电机行星耦合驱动系统通过第一离合器11、第二离合器12、第三离合器13和锁止器7的接合与分离可以实现各种工作模式之间的切换，组合状态如表1所示，表中“ON”表示离合器处于接合状态、锁止器处于锁止状态，“OFF”表示离合器或锁止器处于分离状态，“C”表示电动机关闭，“M”表示电动机采用电动控制，“G”表示电动机采用发电控制。

表1是四个执行元件在各种工作模式下的工作状态表

主电机单独驱动模式：主电机1驱动，辅助电机2关闭，第二离合器12接合，第一离合器11和第三离合器13分离，锁止器7分离。主电机1输出的动力经第一传动齿轮8、第二传动齿轮9、第二离合器12、输出轴14实现动力输出，驱动车辆行驶。此种工作模式通常工作在中速且加速需求低的工况。主电机单独驱动模式下，系统的能量流动路径如图2所示。

辅助电机单独驱动模式：辅助电机2驱动，主电机1关闭，第一离合器11和第二离合器12分离，第三离合器13和锁止器7接合。辅助电机2输出的动力经太阳轮3、行星轮4、行星架5、第三传动齿轮10、第三离合器13、输出轴14实现动力输出，驱动车辆行驶，实现辅助电机2单独驱动模式。辅助电机2的额定功率和转矩比主电机小，故此种工作模式通常工作在低速且加速需求低的工况。辅助电机单独驱动模式下，系统的能量流动路径如图3所示。

转矩耦合模式：主电机1和辅助电机2驱动，第一离合器11分离，第二离合器12、第三离合器13、锁止器7都接合。主电机1输出的动力经过第一传动齿轮8、第二传动齿轮9、第二离合器12传到输出轴14，辅助电机2输出的动力经太阳轮3、行星轮4、行星架5、第三传动齿轮10、第三离合器13传到输出轴14，两个电机输出的动力在输出轴14耦合并输出，驱动车辆行驶，实现主电机1和辅助电机2的转矩耦合模式。转矩耦合模式能输出较大的动力，所以转矩耦合模式主要工作在中低速且加速需求大或低速爬坡的工况，并通过转矩在主电机1和辅助电机2的合理分配，提高电机的工作效率。转矩耦合驱动模式下，系统的能量流动路径如图4所示。

转速耦合模式：主电机1和辅助电机2驱动，第一离合器11、第三离合器13接合，第二离合器12、锁止器7都分离。主电机1输出的动力分别经过第一传动齿轮8、第一离合器11传递到齿圈6，辅助电机2输出的动力输出到太阳轮，动力耦合后经行星轮4、行星架5、第三传动齿轮10、第三离合器13、输出轴14输出实现动力输出，驱动车辆行驶，实现主电机1和辅助电机2的转速耦合模式。转速耦合模式可输出较高的转速以增加整车的最高车速，所以转速耦合模式主要工作在高速工况，并通过转速在主电机1和辅助电机2的合理分配，提高电机的工作效率。转速耦合驱动模式下，系统的能量流动路径如图5所示。

主电机再生制动模式：主电机1工作在发电机状态，辅助电机2关闭，第二离合器12接合，第一离合器11、第三离合器13分离，锁止器7分离，车辆的惯性转矩依次经输出轴14、第二离合器12、第二传动齿轮9、第一传动齿轮8拖动主电机1转动，主电机1输出的电能储存到蓄能装置中。主电机再生制动工作模式适用于车辆制动能量回收时制动力矩不太大、车速不太高时。

辅助电机再生制动模式：辅助电机2工作在发电机状态，主电机1关闭，第三离合器13和锁止器7接合，第一离合器11和第二离合器12分离。车辆的惯性转矩依次经输出轴14、第三离合器13、第三传动齿轮10、行星架5、行星轮4、太阳轮3拖动辅助电机2转动，辅助电机2输出的电能储存到蓄能装置中。辅助电机再生制动工作模式适用于车辆制动能量回收时制动力矩较小、车速较低时。

转矩耦合制动模式：主电机1和辅助电机2都工作在发电机状态，第二离合器12、第三离合器13和锁止器7接合，第一离合器11分离。车辆的惯性转矩一路经输出轴14、第二离合器12、第二传动齿轮9、第一传动齿轮8拖动主电机1转动，另一路经输出轴14、第三离合器13、第三传动齿轮10、行星架5、行星轮4、太阳轮3拖动辅助电机2转动，主电机1和辅助电机2输出的电能存到蓄能装置中。双电机转矩耦合再生制动工作模式适用于电机制动力较大的工况，例如下坡制动和紧急制动等工况。

转速耦合制动模式：主电机1和辅助电机2都工作在发电机状态，第一离合器11和第三离合器13接合，第二离合器12和锁止器7分离。车辆的惯性转矩经输出轴14、第三离合器13、第三传动齿轮10、行星架5传到行星轮4，然后转矩进行分流，其中一路经齿圈6、第一离合器11、第一传动齿轮8拖动主电机1转动，另一路经太阳轮3拖动辅助电机2转动，主电机1和辅助电机2输出的电能存到蓄能装置中。双电机转速耦合再生制动工作模式适用于车速较高时的制动工况。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种双电机行星耦合驱动系统，包括主电机（1）、辅助电机（2）、行星齿轮机构、锁止器（7）、第一传动齿轮（8）、第二传动齿轮（9）、第三传动齿轮（10）、第一离合器（11）、第二离合器（12）、第三离合器（13）和输出轴（14），其中行星齿轮机构由太阳轮（3）、行星轮（4）、行星架（5）及齿圈（6）组成，其特征在于：所述主电机（1）和辅助电机（2）分别布置在系统两侧，主电机（1）的输出轴与第一传动齿轮（8）连接，第一传动齿轮（8）端部凸缘与第一离合器（11）的主动盘连接；第一离合器（11）的从动盘与齿圈（6）连接，辅助电机（2）的输出轴与太阳轮（3）连接；锁止器（7）一端与变速箱壳体连接，另一端与齿圈（6）连接；第二传动齿轮（9）与第一传动齿轮（8）外啮合，第二传动齿轮（9）内部凸缘与第二离合器（12）的主动盘连接；所述第三传动齿轮（10）与行星架（5）连接，第三传动齿轮（10）内部凸缘与第三离合器（13）的主动盘连接；第二离合器的从动盘（12）和第三离合器（13）的从动盘与输出轴（14）连接，耦合驱动系统动力由输出轴（14）输出；主电机输出的动力经第一传动齿轮、第二传动齿轮、第二离合器、输出轴实现动力输出，实现主电机单独驱动模式；辅助电机输出的动力经太阳轮、行星轮、行星架、第三传动齿轮、第三离合器、输出轴输出实现动力输出，实现辅助电机单独驱动模式；主电机输出的动力经过第一传动齿轮、第二传动齿轮、第二离合器传到输出轴，辅助电机输出的动力经太阳轮、行星轮、行星架、第三传动齿轮、第三离合器传到输出轴，两个电机输出的动力在输出轴耦合并输出，实现主电机和辅助电机的转矩耦合模式；主电机输出的动力分别经过第一传动齿轮、第一离合器传递到齿圈，辅助电机输出的动力输出到太阳轮，动力耦合后经行星轮、行星架、第三传动齿轮、第三离合器、输出轴输出实现动力输出，实现主电机和辅助电机的转速耦合模式。

2.根据权利要求1所述的耦合驱动系统，其特征在于：所述锁止器、第一离合器、第二离合器以及第三离合器均为湿式多片离合器。