CN106427533A - 一种电动车驱动桥及其驱动调速方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动车驱动桥，两个车轮之间依次同轴连接有主旋变、主电机、行星轮系、差速器、调速旋变，差速器外同轴套接有调速电机，主电机与其中一个车轮通过左桥壳连接，调速电机的两端分别与行星轮系和调速旋变连接，调速旋变与另一个车轮通过右桥壳连接；行星轮系包括中心轮、行星轮、内齿圈和行星架；中心轮与主电机连接，内齿圈与调速电机连接，行星架与差速器连接。本发明还公开了电动车驱动桥的驱动调速方法。本发明电动车驱动桥及其驱动调速方法，采用两个电机分时工作和不同形式的组合输出，在降低整车的正常使用能耗的同时，可以适应多种复杂工况。

Description

一种电动车驱动桥及其驱动调速方法
技术领域
本发明属于汽车工程技术领域，涉及一种电动车驱动桥，还涉及上述驱动桥的驱动调速方法。
背景技术
目前，随着电池技术、控制技术和电机技术的发展，电动汽车的发展如火如荼，零排放、电能来源广泛和永不枯竭、能量利用率高等突出优势，尤其在现代城市公交和短距离交通场合具有内燃汽车无法比拟的优点，成为现代汽车行业发展的一个重要分支。
根据我国新能源汽车的发展战略，纯电动汽车，尤其是大型纯电动公交、观光车辆的研发和推广，可以大幅改善城市交通拥堵、减少汽车排放、改善环境卫生、降低噪音等等。
电动汽车相对于传统的内燃机汽车而言，在动力总成、传动和车辆内部总体布置方面具有较大的差异，现有的电动汽车的动力总成多以单一电机经离合器、减速器、差速器、半轴的形式，也有采用分动器将电动机和内燃机进行复合，形成串联或并联的混合动力汽车形式，这种电动汽车的动力总成与传统的内燃机汽车相近，对控制部分的要求相对较低，是一种很好的电动车动力解决方案，现在城市、县际、市际等行驶线路相对固定的公交和观光车辆中应用较多。
在纯电动汽车的动力总成方面出现了几种新的发展方向，一是完全摒弃了内燃机汽车的燃油动力总成，采用多个轮毂电机单独驱动多个驱动轮的形式；另一是采用单个电机经调速、换向和差速等多个传动环节之后向多个驱动轮进行动力分配。
相比之下，第一种方案中的多个轮毂电机的驱动方式不受布置空间和传动路线的限制，具有突出的优势，已经成为纯电动汽车的一个重要发展方向和研究的热点；但是也受到了启动难、差速难、电机功率大、驱动力矩控制与转换控制难度大等限制，目前轮毂电机驱动方式仅用于单轮驱动的两轮电动车中。第二种方案中的采用单个电机经传动、调速、换向、轮毂电机的形式，对于两轮驱动或多轮驱动的电动汽车采用现有的内燃机汽车的传动形式和底盘技术方面更具优势。因此，在单电机驱动形式中，众多研究机构和科研院所专注于新型电机的设计与控制研究，永磁无刷直流电机、开关磁阻电机、交流伺服永磁开关磁通电机等新型电机在电动车的使用中，表现出了功率密度大、低速大力矩的优势，新的转矩和转速控制方法，使电机的调速鲁棒性大大增强；永磁无刷直流电机除了在驱动、调速方面具有较高优势之外，在包括制动能量回收方面也是具有良好表现。但是考虑到电动汽车可能会面临的加速超车、爬坡、牵引等多种复杂工况，单电机的设计功率大，调速范围广，从而使得电机的设计难度大，能耗高，发热量大。
发明内容
本发明的目的是提供一种电动车驱动桥，采用两个电机分时工作和不同形式的组合输出，在降低整车的正常使用能耗的同时，可以适应多种复杂工况。
本发明的另一个目的是提供上述驱动桥的驱动调速方法。
本发明所采用的第一种技术方案是，一种电动车驱动桥，两个车轮之间依次同轴连接有主旋变、主电机、行星轮系、差速器、调速旋变，差速器外同轴套接有调速电机，主电机与其中一个车轮通过左桥壳连接，调速电机的两端分别与行星轮系和调速旋变连接，调速旋变与另一个车轮通过右桥壳连接；其中，行星轮系包括中心轮、四个行星轮、内齿圈和行星架；行星架将四个行星轮均布在中心轮的外侧和内齿圈的内侧，中心轮与主电机连接，内齿圈与调速电机连接，行星架与差速器连接。
本发明第一种技术方案的特点还在于：
主电机包括主电机轴，主电机转子通过键周向固定在主电机轴上，主电机轴通过轴承分别连接有主电机左盖和主电机右盖，主电机左盖和主电机右盖通过螺栓连接在主电机壳的两端，主电机定子通过键固定在主电机壳的内孔中，主电机轴的一端布置中心轮，主电机轴与中心轮固定连接，主电机轴的另一端与主旋变连接。
主电机包括主电机轴，主电机转子通过键周向固定在主电机轴上，主电机轴通过轴承分别连接有主电机左盖和主电机右盖，主电机左盖和主电机右盖通过螺栓连接在主电机壳的两端，主电机定子通过键固定在主电机壳的内孔中，主电机轴的一端布置中心轮，主电机轴与中心轮固定连接，主电机轴的另一端与主旋变连接。
调速电机包括调速电机转子和调速电机定子，调速电机转子的左端与内齿圈连接，调速电机定子、调速电机转子的右端与调速旋变连接。
调速旋变包括调速旋变转子和调速旋变定子，调速旋变转子与调速电机转子连接，调速旋变定子、调速电机定子均与右桥壳连接。
主旋变包括主旋变转子和主旋变定子，主旋变转子和主电机转子同轴与主电机轴连接，主旋变定子与主电机左盖连接。
本发明所采用的第二种技术方案是，一种电动车驱动桥的驱动调速方法，启动时，调速电机不输出动力，主电机的动力输出经差速器输出至左半轴和右半轴，最后驱动车轮转动；
加速或爬坡时，主电机和调速电机一起工作，两个电机的输出功率经行星轮系叠加之后，再经差速器输出至左半轴和右半轴，最后驱动车轮转动
在制动或下坡时，主电机和调速电机一起工作，调速电机反转，两个电机的输出功率经行星轮系相减之后，经差速器输出至左半轴和右半轴，最后驱动车轮转动。
本发明的有益效果是：本发明一种电动车驱动桥及其驱动调速方法，通过电机伺服驱动控制器的不同控制策略实现主电机和调速电机的联合运转或者分时运转，通过行星轮系将主电机、调速电机和差速器连接在一起，实现两个设计功率较小的电机进行分时功率输出或组合功率输出，以适应不同的行驶工况，可以最大限度的降低能耗、减少发热损耗；通过两个电机的调速、换向、制动实现电动汽车的加速、倒车、前进和制动等功能；本发明充分利用行星轮系实现了主电机、调速电机和差速器传递和减速变速功能，将两个电机和差速器的直连直驱，去除了联轴器、传动轴等连接元件，减少了壳体的数量、体积，减少了轴承、螺栓和密封件的数量，降低了动力传递的功率损耗，简化了传动结构。
附图说明
图1是本发明一种电动车驱动桥的结构示意图；
图2是本发明电动车驱动桥驱动调速的工作原理图。
图中，1.主电机，1-1.主电机定子，1-2.主电机转子，1-3.主电机壳，1-4.主电机左盖，1-5.主电机右盖，1-6.主电机轴，
2.行星轮系，2-1.中心轮，2-2.行星轮，2-3.内齿圈，2-4.行星架，
3.差速器，3-1.十字轴，3-2.锥齿轮，3-3.差速器壳，3-4.半轴齿轮，
4.主旋变，4-1.主旋变转子，4-2.主旋变定子，
5.调速电机，5-1.调速电机转子，5-2.调速电机定子，
6.调速旋变，6-1.调速旋变定子，6-2.调速旋变转子，
7.左桥壳，8.左半轴，9.车轮，10.右桥壳，11.右半轴。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种电动车驱动桥，如图1、2所示，两个车轮9之间依次同轴连接有主旋变4、主电机1、行星轮系2、差速器3、调速旋变6，差速器3外同轴套接有调速电机5，主电机1与其中一个车轮9通过左桥壳7连接，调速电机5的两端分别与行星轮系2和调速旋变6连接，调速旋变6与另一个车轮9通过右桥壳10连接。
主电机1和调速电机5同轴并列布置，且均采用内转子式电机；主旋变4和调速电机5布置在主电机1的两侧，调速旋变6布置在调速电机5的右侧，差速器3内嵌在调速电机5的内部。
其中，行星轮系2包括中心轮2-1、四个行星轮2-2、内齿圈2-3和行星架2-4；行星架2-4将四个行星轮2-2均布在中心轮2-1的外侧和内齿圈2-3的内侧，中心轮2-1与主电机1连接，内齿圈2-3与调速电机5连接，行星架2-4与差速器3连接。
主电机1包括主电机轴1-6，主电机轴1-6采用空心阶梯齿轮轴结构，主电机转子1-2通过键周向固定在主电机轴1-6上，主电机轴1-6通过轴承分别连接有主电机左盖1-4和主电机右盖1-5，主电机左盖1-4和主电机右盖1-5通过螺栓连接在主电机壳1-3的两端，主电机定子1-1通过键固定在主电机壳1-3的内孔中，主电机轴1-6的一端布置中心轮2-1，主电机轴1-6与中心轮2-1固定连接，主电机轴1-6的另一端与主旋变4连接，主电机壳1-3的左端经主电机左盖1-4与左桥壳7相连。
差速器3包括差速器壳3-3，差速器壳3-3分为左右两部分，差速器壳3-3的左部分与行星架2-4连接，差速器壳3-3的右部分通过轴承与右桥壳10连接，左右两部分的差速器壳3-3之间封装有十字轴3-1，十字轴3-1的四个分叉上各装有一个锥齿轮3-2，两个半轴齿轮3-4左右相对安装在四个锥齿轮3-2的两端，其中一个半轴齿轮3-4通过穿过主电机轴1-6的左半轴8与其中一个车轮9连接，另一个半轴齿轮3-4通过右半轴11与另一个车轮9连接，即两个车轮9分别经过左半轴8和右半轴11与差速器3的两个半轴齿轮3-4相连。
调速电机5包括调速电机转子5-1和调速电机定子5-2，调速电机转子5-1的左端与内齿圈2-3连接，调速电机定子5-2、调速电机转子5-1的右端与调速旋变6连接，调速电机5的电机壳体左侧与主电机右盖1-5连接，调速电机5的电机壳体右侧与右桥壳10连接。
调速旋变6包括调速旋变转子6-2和调速旋变定子6-1，调速旋变转子6-2与调速电机转子5-1连接，调速旋变定子6-1、调速电机定子5-2均与右桥壳10连接。
主旋变4包括主旋变转子4-1和主旋变定子4-2，主旋变转子4-1和主电机转子1-2同轴与主电机轴1-6连接，主旋变定子4-2与主电机左盖1-4连接。
主电机定子1-1、主旋变定子4-1、调速电机定子5-2、调速旋变定子6-1通过左桥壳7和右桥壳10与车架相连，相对车架固定。
本发明一种电动车驱动桥中，主旋变4和主电机1组成伺服主电机系统，通过伺服驱动控制器实现调速和换向；调速旋变6和调速电机5组成伺服调速电机系统，同样通过伺服驱动控制器实现调速和换向。
主电机1和调速电机5的类型和功率大小的选用可以相同，也可以不相同，主电机1和调速电机5的角色可以互换。
本发明一种电动车驱动桥的工作原理是：主电机1的动力直接输出至行星轮系2中的中心轮2-1，调速电机5的动力输出至行星轮系2中的内齿圈2-3，行星轮系2中的行星架2-4直接与差速器3相连，形成主电机1和调速电机5采用不同组合方式进行输入，驱动差速器3工作，将动力经差速器3、左半轴8、右半轴11传动至两个车轮9；主旋变4作为主电机1的伺服检测装置，与主电机1形成一个伺服电机系统，通过驱动控制器实现主电机1的启停、调速和正反转，同样调速旋变6和调速电机5形成一个伺服调速电机系统，通过驱动控制器实现调速电机5的启停、调速和正反转。
本发明一种电动车驱动桥的驱动调速方法，启动时，调速电机5不输出动力，主电机1的动力输出经差速器3输出至左半轴8和右半轴11，最后驱动车轮9转动；
加速或爬坡时，主电机1和调速电机5一起工作，两个电机的输出功率经行星轮系2叠加之后，再经差速器3输出至左半轴8和右半轴11，最后驱动车轮9转动；
在制动或下坡时，主电机1和调速电机5一起工作，调速电机5反转，两个电机的输出功率经行星轮系2相减之后，经差速器3输出至左半轴8和右半轴11，最后驱动车轮9转动。
本发明一种电动车驱动桥的具体工作过程是：
主电机转子1-2通过键固定连接在主电机轴1-6上，行星轮系2的中心轮2-1在主电机轴1-6的轴端，主电机1直接通过中心轮2-1输出动力；调速电机5的调速电机转子5-1与行星轮系2的内齿圈2-3直接相连，调速电机5直接通过内齿圈2-3输出动力；差速器壳3-3直接与行星轮系2的行星架2-4连接，行星架2-4直接将动力输入至差速器3；差速器3通过两个半轴齿轮3-4将动力传输至左半轴8和右半轴11，从而驱动两个车轮9转动。
当电动汽车启动时，主电机1加电不转动，则行星轮系2的中心轮2-1固定不动，调速电机5加电启动，调速电机转子5-1带动内齿圈2-3转动，动力经内齿圈2-3、行星轮2-2、行星架2-4、差速器壳3-3输入至差速器3，差速器3通过两个半轴齿轮3-4将动力传输至左半轴8和右半轴11，从而驱动车轮9转动，电动汽车启动。
当电动汽车正常行驶时，调速电机5加电不转动，则行星轮系2的内齿圈2-3固定不动；主电机1加电运行，带动中心轮2-1转动，动力经过中心轮2-1、行星轮2-2、行星架2-4、差速器壳3-3将动力输入至差速器3，差速器3通过两个半轴齿轮3-4将动力传输至左半轴8和右半轴11，从而驱动车轮9转动。
当电动汽车加速或者爬坡时，主电机1和调速电机5同时加电运转，且主电机1和调速电机5的转动方向相反；主电机1的动力从行星轮系2的中心轮2-1输入，调速电机5的动力经内齿圈2-3输入，两路动力相加之后经行星架2-4、差速器壳3-3输入至差速器3，差速器3通过两个半轴齿轮3-4将动力传输至左半轴8和右半轴11，从而驱动车轮9转动。由于两个电机的输出功率叠加之后，输入动力增强，达到加速的目的。
当电动汽车制动时，主电机1和调速电机5同时加电运转，且主电机1和调速电机5的转动方向相同；主电机1的动力从行星轮系2的中心轮2-1输入，调速电机5的动力从内齿圈2-3输入，两路动力相减之后经行星架2-4、差速器壳3-3将动力输入至差速器3，差速器3通过两个半轴齿轮3-4将动力传输至左半轴8和右半轴11，从而驱动车轮9转动。由于两个电机的输出动力相减，则供给汽车的输入动力减小，起到降速的目的。
本发明一种电动车驱动桥及其驱动调速方法的突出特点：
一、通过电机伺服驱动控制器中的不同控制策略就可以实现主电机1和调速电机5的联合运转或者分时运转，通过两个设计功率较小的电机组合，可以适应不同的行驶工况，可以最大限度的降低能耗、减少发热损耗；
二、主电机1、行星轮系2和差速器3依次串联在两个驱动轮之间，尤其是差速器3内嵌在调速电机5中，主电机轴1-6采用空心阶梯齿轮轴结构，主电机轴1-6的端部直接固定中心轮2-1；行星轮系2的内齿圈2-3和调速电机5的调速电机转子5-1连成一体，行星架2-4与差速器壳3-3连接在一起。采用如上集成方法，在主电机1、行星轮系2、差速器3和调速电机5之间不需要联轴器，支承的轴承数、壳体和紧固件等零件的数量大为减少，是电机直驱的一种合理结构。
三、行星轮系2将主电机1、调速电机5和差速器3连接在一起，一方面起到动力的组合的目的，同时可以实现从主电机1和调速电机5到差速器3的转速和扭矩的变换。

Claims (7)

1.一种电动车驱动桥，其特征在于，两个车轮(9)之间依次同轴连接有主旋变(4)、主电机(1)、行星轮系(2)、差速器(3)、调速旋变(6)，差速器(3)外同轴套接有调速电机(5)，主电机(1)与其中一个车轮(9)通过左桥壳(7)连接，调速电机(5)的两端分别与行星轮系(2)和调速旋变(6)连接，调速旋变(6)与另一个车轮(9)通过右桥壳(10)连接；
其中，行星轮系(2)包括中心轮(2-1)、四个行星轮(2-2)、内齿圈(2-3)和行星架(2-4)；行星架(2-4)将四个行星轮(2-2)均布在中心轮(2-1)的外侧和内齿圈(2-3)的内侧，中心轮(2-1)与主电机(1)连接，内齿圈(2-3)与调速电机(5)连接，行星架(2-4)与差速器(3)连接。
2.根据权利要求1所述的一种电动车驱动桥，其特征在于，所述主电机(1)包括主电机轴(1-6)，主电机转子(1-2)通过键周向固定在主电机轴(1-6)上，主电机轴(1-6)通过轴承分别连接有主电机左盖(1-4)和主电机右盖(1-5)，主电机左盖(1-4)和主电机右盖(1-5)通过螺栓连接在主电机壳(1-3)的两端，主电机定子(1-1)通过键固定在主电机壳(1-3)的内孔中，主电机轴(1-6)的一端布置所述中心轮(2-1)，主电机轴(1-6)与所述中心轮(2-1)固定连接，主电机轴(1-6)的另一端与所述主旋变(4)连接。
3.根据权利要求2所述的一种电动车驱动桥，其特征在于，所述差速器(3)包括差速器壳(3-3)，差速器壳(3-3)分为左右两部分，差速器壳(3-3)的左部分与所述行星架(2-4)连接，差速器壳(3-3)的右部分通过轴承与所述右桥壳(10)连接，左右两部分的差速器壳(3-3)之间封装有十字轴(3-1)，十字轴(3-1)的四个分叉上各装有一个锥齿轮(3-2)，两个半轴齿轮(3-4)左右相对安装在四个锥齿轮(3-2)的两端，其中一个半轴齿轮(3-4)通过穿过所述主电机轴(1-6)的左半轴(8)与其中一个车轮(9)连接，另一个半轴齿轮(3-4)通过右半轴(11)与另一个车轮(9)连接。
4.根据权利要求1所述的一种电动车驱动桥，其特征在于，所述调速电机(5)包括调速电机转子(5-1)和调速电机定子(5-2)，调速电机转子(5-1)的左端与所述内齿圈(2-3)连接，调速电机定子(5-2)、调速电机转子(5-1)的右端与所述调速旋变(6)连接。
5.根据权利要求4所述的一种电动车驱动桥，其特征在于，所述调速旋变(6)包括调速旋变转子(6-2)和调速旋变定子(6-1)，调速旋变转子(6-2)与所述调速电机转子(5-1)连接，调速旋变定子(6-1)、调速电机定子(5-2)均与所述右桥壳(10)连接。
6.根据权利要求2所述的一种电动车驱动桥，其特征在于，所述主旋变(4)包括主旋变转子(4-1)和主旋变定子(4-2)，主旋变转子(4-1)和所述主电机转子(1-2)同轴与所述主电机轴(1-6)连接，主旋变定子(4-2)与所述主电机左盖(1-4)连接。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种电动车驱动桥的驱动调速方法，其特征在于，启动时，调速电机(5)不输出动力，主电机(1)的动力输出经差速器(3)输出至左半轴(8)和右半轴(11)，最后驱动车轮(9)转动；
加速或爬坡时，主电机(1)和调速电机(5)一起工作，两个电机的输出功率经行星轮系(2)叠加之后，再经差速器(3)输出至左半轴(8)和右半轴(11)，最后驱动车轮(9)转动；
在制动或下坡时，主电机(1)和调速电机(5)一起工作，调速电机(5)反转，两个电机的输出功率经行星轮系(2)相减之后，经差速器(3)输出至左半轴(8)和右半轴(11)，最后驱动车轮(9)转动。
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