CN108248357B - 一级章动双电机动力耦合装置及其工作方法 - Google Patents

一级章动双电机动力耦合装置及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种一级章动双电机动力耦合装置，主驱动电机的输出轴与双圆弧外锥齿轮相连接，双圆弧外锥齿轮与球笼式等速万向节连接，球笼式等速万向节与传动轴连接，传动轴与传动齿轮一连接，传动齿轮一经倒挡齿轮与输出轴齿轮一啮合连接；辅助驱动电机的输出轴为空心轴，空心轴与传动齿轮二以及双圆弧内锥齿轮连接，传动齿轮二与输出轴齿轮二啮合连接，双圆弧外锥齿轮与双圆弧内锥齿轮啮合，输出轴齿轮一与输出轴齿轮二均与输出轴连接，输出轴经主减速器与驱动轮连接。该一级章动双电机动力耦合装置的结构简单。

Description

一级章动双电机动力耦合装置及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种级章动双电机动力耦合装置及其工作方法。
背景技术
为了改善电动车的经济型以及动力性，目前已有多种形式的双电机耦合动力系统在电动车上应用。其中有的双电机动力耦合系统是利用电机与单行星排或者双行星排组合而成。也有的双电机动力耦合系统是利用电机与传动齿轮组合而成。
申请号为2011104404212提出了纯电动汽车用双动力耦合驱动系统，其采用两个电机以及多个齿轮组合成的齿轮减速装置，可以实施两个电机分别单独驱动，电机1与电机2一档转矩耦合，电机1与电机2二档转矩耦合，虽然其可以满足电动汽车大扭矩需求的工况，但是其缺少转速耦合，无法满足电动汽车在高速运行的工况。
申请号为2013106336825提出了一种电动汽车双电机耦合驱动系统，其采用两个电机以及三个离合器一个锁止器进行组合，通过控制三个离合器以及锁止器的不同状态，在单电机驱动以及双电机耦合驱动模式之间相互切换，但是由于其需要的部件比较多，结构并不够简便。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种一级章动双电机动力耦合装置及其工作方法，不仅结构简单，而且便捷高效。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种一级章动双电机动力耦合装置，包括主驱动电机、双圆弧外锥齿轮、双圆弧内锥齿轮、球笼式等速万向节、单向离合器一、单向离合器二、传动齿轮一、传动齿轮二、倒挡齿轮、输出轴齿轮一、输出轴齿轮二、辅助驱动电机、主减速器、驱动轮；所述主驱动电机的输出轴与双圆弧外锥齿轮相连接，双圆弧外锥齿轮与球笼式等速万向节连接，球笼式等速万向节与传动轴连接，传动轴与传动齿轮一连接，传动齿轮一经倒挡齿轮与输出轴齿轮一啮合连接；所述辅助驱动电机的输出轴为空心轴，空心轴与传动齿轮二以及双圆弧内锥齿轮连接，传动齿轮二与输出轴齿轮二啮合连接，双圆弧外锥齿轮与双圆弧内锥齿轮啮合，输出轴齿轮一与输出轴齿轮二均与输出轴连接，输出轴经主减速器与驱动轮连接。
优选的，所述双圆弧内锥齿轮与双圆弧外锥齿轮的啮合运动为章动运动。
优选的，所述双圆弧内锥齿轮内部设有单向离合器一，单向离合器一只允许顺时针方向的运动。
优选的，所述传动轴从空心轴的中间通过。
优选的，所述传动齿轮二内部设有单向离合器二，单向离合器二只允许逆时针方向的运动。
一种一级章动双电机动力耦合装置的工作方法，按以下步骤进行：
首先设定双圆弧内锥齿轮与双圆弧外锥齿轮之间的传动比为i1，传动齿轮二与输出轴齿轮二的传动比为i2，传动齿轮一与倒挡齿轮与输出轴齿轮一的传动比为i3，主驱动电机的转速为nMG1，输出转矩为TMG1，辅助驱动电机的转速为nMG2，输出转矩为TMG2，输出轴输出转速为nshaft，输出转矩为Tshaft；
(1)主驱动电机单独驱动模式，在此模式下，主驱动电机反转，由于章动齿轮传动比i1<0，双圆弧外锥齿轮的旋转方向与主驱动电机旋转方向相反，动力经过球笼式等速万向节并传至传动轴，此时动力方向依旧与主驱动电机旋转方向相反，此后动力经过传动齿轮一、倒挡齿轮以及输出轴齿轮一的减速以后传至驱动桥，此时的动力为与主驱动电机方向反向，因此此时电动汽车前进；
(2)辅助驱动电机单独驱动模式，在此模式下，辅助驱动电机反转，由于双圆弧内锥齿轮内置的单向离合器一只允许顺时针方向转动，而传动齿轮二内置的单向离合器二只允许逆时针方向转动，所以此时双圆弧内锥齿轮被锁止不动，传动齿轮二可动，辅助驱动电机的动力经过传动齿轮二与输出轴齿轮二的减速以后传至驱动桥，此时的动力方向与辅助驱动电机方向反向，因此此时电动汽车前进；
(3)双电机转速耦合模式，在此模式下，主驱动电机反转，辅助驱动电机正转，动力经过双圆弧内锥齿轮与双圆弧外锥齿轮的章动运动进行转速叠加，叠加后动力与辅助驱动电机方向相同，经过球笼式等速万向节并传至传动轴，此后动力经过传动齿轮一、倒挡齿轮以及输出轴齿轮一的减速以后传至驱动桥，此时的动力为与辅助驱动电机方向相同，因此此时电动汽车前进；
(4)双电机转矩耦合模式，在此模式下，主驱动电机反转，辅助驱动电机反转，主驱动电机的动力经过传动齿轮二、输出齿轮二传至输出轴，动力与主驱动电机旋转方向相反，辅助驱动电机的动力经过传动齿轮一、倒挡齿轮、输出轴齿轮一，动力与辅助驱动电机旋转方向相反，两个电机的动力在输出轴处叠加后传至驱动桥，此时的动力方向与主驱动电机以及辅助驱动电机旋转方向均相反，因此此时电动汽车前进；
(5)倒车模式，在此模式下，主驱动电机正转，由于章动齿轮传动比i1<0，双圆弧外锥齿轮的旋转方向与主驱动电机旋转方向相反，动力经过球笼式等速万向节并传至传动轴，此时动力方向依旧与主驱动电机旋转方向相反，此后动力经过传动齿轮一、倒挡齿轮以及输出轴齿轮一的减速以后传至驱动桥，此时的动力为与主驱动电机方向反向，因此此时电动汽车后退。
优选的，在步骤(1)中，在主驱动电机单独驱动模式下，主驱动电机工作，辅助驱动电机停止工作，主驱动电机的动力依次经过双圆弧外锥齿轮、球笼式等速万向节、传动轴、传动齿轮一、倒挡齿轮、输出轴齿轮一输送至驱动桥，输入与输出的转速关系为：
Figure BDA0001599257460000031
转矩关系为：Tshaft＝i1·i3·TMG1。
优选的，在步骤(2)中，在辅助驱动电机单独驱动模式下，辅助驱动电机工作，主驱动电机停止工作，辅助驱动电机的动力依次经过传动齿轮二、输出轴齿轮二输送至驱动桥，输入与输出的转速关系为：
Figure BDA0001599257460000032
转矩关系为：Tshaft＝i2·TMG2。
优选的，在步骤(3)中，在双电机转速耦合模式下，主驱动电机的动力从电机轴输出至双圆弧外锥齿轮，辅助驱动电机的动力从电机轴输出至双圆弧内锥齿轮，两个电机的动力在锥齿轮处叠加后依次传至球笼式等速万向节、传动轴、传动齿轮一、倒挡齿轮、输出轴齿轮一输送至驱动桥，输入与输出的转速关系为：
Figure BDA0001599257460000033
转矩关系为：
Figure BDA0001599257460000034
优选的，在步骤(4)中，在双电机转矩耦合模式下，主驱动电机的动力从输出轴输出依次经过传动齿轮二、输出齿轮二，辅助驱动电机的动力从输出轴输出依次经过传动齿轮一、倒挡齿轮、输出轴齿轮一，在输出轴叠加后输送至驱动桥，输入与输出的转速关系为：
Figure BDA0001599257460000035
转矩关系为：Tshaft＝TMG1·i1·i3+TMG2·i2。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该一级章动双电机动力耦合装置的结构简单，轴向尺寸小，设计合理，通过两个单向离合器以及对电机转向的控制便可以实施单电机单独驱动以及双电机转速或者转矩的耦合，控制简便并且可以满足车辆运行中所需的各种工况。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为主驱动电机单独驱动模式的功率流图。
图3为辅助驱动电机单独驱动模式的功率流图。
图4为双电机转速耦合模式的功率流图。
图5为双电机转矩耦合模式的功率流图。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。
如图1-5所示，一种一级章动双电机动力耦合装置，包括主驱动电机1、双圆弧外锥齿轮2、双圆弧内锥齿轮4、球笼式等速万向节3、单向离合器一5、单向离合器二7、传动齿轮一12、传动齿轮二6、倒挡齿轮11、输出轴齿轮一13、输出轴齿轮二8、辅助驱动电机9、主减速器15、驱动轮16；所述主驱动电机的输出轴与双圆弧外锥齿轮相连接，双圆弧外锥齿轮与球笼式等速万向节连接，球笼式等速万向节与传动轴10连接，传动轴与传动齿轮一连接，传动齿轮一经倒挡齿轮与输出轴齿轮一啮合连接；所述辅助驱动电机的输出轴为空心轴，空心轴与传动齿轮二以及双圆弧内锥齿轮连接，传动齿轮二与输出轴齿轮二啮合连接，双圆弧外锥齿轮与双圆弧内锥齿轮啮合，输出轴齿轮一与输出轴齿轮二均与输出轴14连接，输出轴经主减速器与驱动轮连接。
在本发明实施例中，所述双圆弧内锥齿轮与双圆弧外锥齿轮的啮合运动为章动运动，且其轴向尺寸较小。
在本发明实施例中，所述双圆弧内锥齿轮内部设有单向离合器一，单向离合器一只允许顺时针方向的运动。
在本发明实施例中，所述传动轴从空心轴的中间通过。
在本发明实施例中，所述传动齿轮二内部设有单向离合器二，单向离合器二只允许逆时针方向的运动。
一种一级章动双电机动力耦合装置的工作方法，按以下步骤进行：
首先设定双圆弧内锥齿轮与双圆弧外锥齿轮之间的传动比为i1，传动齿轮二与输出轴齿轮二的传动比为i2，传动齿轮一与倒挡齿轮与输出轴齿轮一的传动比为i3，主驱动电机的转速为nMG1，输出转矩为TMG1，辅助驱动电机的转速为nMG2，输出转矩为TMG2，输出轴输出转速为nshaft，输出转矩为Tshaft；
(1)主驱动电机单独驱动模式，在此模式下，主驱动电机反转，由于章动齿轮传动比i1<0，双圆弧外锥齿轮的旋转方向与主驱动电机旋转方向相反，动力经过球笼式等速万向节并传至传动轴，此时动力方向依旧与主驱动电机旋转方向相反，此后动力经过传动齿轮一、倒挡齿轮以及输出轴齿轮一的减速以后传至驱动桥，此时的动力为与主驱动电机方向反向，因此此时电动汽车前进；
(2)辅助驱动电机单独驱动模式，在此模式下，辅助驱动电机反转，由于双圆弧内锥齿轮内置的单向离合器一只允许顺时针方向转动，而传动齿轮二内置的单向离合器二只允许逆时针方向转动，所以此时双圆弧内锥齿轮被锁止不动，传动齿轮二可动，辅助驱动电机的动力经过传动齿轮二与输出轴齿轮二的减速以后传至驱动桥，此时的动力方向与辅助驱动电机方向反向，因此此时电动汽车前进；
(3)双电机转速耦合模式，在此模式下，主驱动电机反转，辅助驱动电机正转，动力经过双圆弧内锥齿轮与双圆弧外锥齿轮的章动运动进行转速叠加，叠加后动力与辅助驱动电机方向相同，经过球笼式等速万向节并传至传动轴，此后动力经过传动齿轮一、倒挡齿轮以及输出轴齿轮一的减速以后传至驱动桥，此时的动力为与辅助驱动电机方向相同，因此此时电动汽车前进；
(4)双电机转矩耦合模式，在此模式下，主驱动电机反转，辅助驱动电机反转，主驱动电机的动力经过传动齿轮二、输出齿轮二传至输出轴，动力与主驱动电机旋转方向相反，辅助驱动电机的动力经过传动齿轮一、倒挡齿轮、输出轴齿轮一，动力与辅助驱动电机旋转方向相反，两个电机的动力在输出轴处叠加后传至驱动桥，此时的动力方向与主驱动电机以及辅助驱动电机旋转方向均相反，因此此时电动汽车前进；
(5)倒车模式，在此模式下，主驱动电机正转，由于章动齿轮传动比i1<0，双圆弧外锥齿轮的旋转方向与主驱动电机旋转方向相反，动力经过球笼式等速万向节并传至传动轴，此时动力方向依旧与主驱动电机旋转方向相反，此后动力经过传动齿轮一、倒挡齿轮以及输出轴齿轮一的减速以后传至驱动桥，此时的动力为与主驱动电机方向反向，因此此时电动汽车后退。
在本发明实施例中，在步骤(1)中，在主驱动电机单独驱动模式下，主驱动电机工作，辅助驱动电机停止工作，主驱动电机的动力依次经过双圆弧外锥齿轮、球笼式等速万向节、传动轴、传动齿轮一、倒挡齿轮、输出轴齿轮一输送至驱动桥，输入与输出的转速关系为：
Figure BDA0001599257460000051
转矩关系为：Tshaft＝i1·i3·TMG1。
在本发明实施例中，在步骤(2)中，在辅助驱动电机单独驱动模式下，辅助驱动电机工作，主驱动电机停止工作，辅助驱动电机的动力依次经过传动齿轮二、输出轴齿轮二输送至驱动桥，输入与输出的转速关系为：
Figure BDA0001599257460000061
转矩关系为：Tshaft＝i2·TMG2。
在本发明实施例中，在步骤(3)中，在双电机转速耦合模式下，主驱动电机的动力从电机轴输出至双圆弧外锥齿轮，辅助驱动电机的动力从电机轴输出至双圆弧内锥齿轮，两个电机的动力在锥齿轮处叠加后依次传至球笼式等速万向节、传动轴、传动齿轮一、倒挡齿轮、输出轴齿轮一输送至驱动桥，输入与输出的转速关系为：
Figure BDA0001599257460000062
转矩关系为：
Figure BDA0001599257460000063
在本发明实施例中，在步骤(4)中，在双电机转矩耦合模式下，主驱动电机的动力从输出轴输出依次经过传动齿轮二、输出齿轮二，辅助驱动电机的动力从输出轴输出依次经过传动齿轮一、倒挡齿轮、输出轴齿轮一，在输出轴叠加后输送至驱动桥，输入与输出的转速关系为：
Figure BDA0001599257460000064
转矩关系为：Tshaft＝TMG1·i1·i3+TMG2·i2。
在本发明实施例中，各部件工作状态如下表所示：
Figure BDA0001599257460000065
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的一级章动双电机动力耦合装置及其工作方法。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种一级章动双电机动力耦合装置，其特征在于：包括主驱动电机、双圆弧外锥齿轮、双圆弧内锥齿轮、球笼式等速万向节、单向离合器一、单向离合器二、传动齿轮一、传动齿轮二、倒挡齿轮、输出轴齿轮一、输出轴齿轮二、辅助驱动电机、主减速器、驱动轮；所述主驱动电机的输出轴与双圆弧外锥齿轮相连接，双圆弧外锥齿轮与球笼式等速万向节连接，球笼式等速万向节与传动轴连接，传动轴与传动齿轮一连接，传动齿轮一经倒挡齿轮与输出轴齿轮一啮合连接；所述辅助驱动电机的输出轴为空心轴，空心轴与传动齿轮二以及双圆弧内锥齿轮连接，传动齿轮二与输出轴齿轮二啮合连接，双圆弧外锥齿轮与双圆弧内锥齿轮啮合，输出轴齿轮一与输出轴齿轮二均与输出轴连接，输出轴经主减速器与驱动轮连接；该一级章动双电机动力耦合装置的工作方法按以下步骤进行：首先设定双圆弧内锥齿轮与双圆弧外锥齿轮之间的传动比为i1，传动齿轮二与输出轴齿轮二的传动比为i2，传动齿轮一与倒挡齿轮与输出轴齿轮一的传动比为i3，主驱动电机的转速为nMG1，输出转矩为TMG1，辅助驱动电机的转速为nMG2，输出转矩为TMG2，输出轴输出转速为nshaft，输出转矩为Tshaft；(1)主驱动电机单独驱动模式，在此模式下，主驱动电机反转，由于章动齿轮传动比i1<0，双圆弧外锥齿轮的旋转方向与主驱动电机旋转方向相反，动力经过球笼式等速万向节并传至传动轴，此时动力方向依旧与主驱动电机旋转方向相反，此后动力经过传动齿轮一、倒挡齿轮以及输出轴齿轮一的减速以后传至驱动桥，此时的动力为与主驱动电机方向反向，因此此时电动汽车前进；(2)辅助驱动电机单独驱动模式，在此模式下，辅助驱动电机反转，由于双圆弧内锥齿轮内置的单向离合器一只允许顺时针方向转动，而传动齿轮二内置的单向离合器二只允许逆时针方向转动，所以此时双圆弧内锥齿轮被锁止不动，传动齿轮二可动，辅助驱动电机的动力经过传动齿轮二与输出轴齿轮二的减速以后传至驱动桥，此时的动力方向与辅助驱动电机方向反向，因此此时电动汽车前进；(3)双电机转速耦合模式，在此模式下，主驱动电机反转，辅助驱动电机正转，动力经过双圆弧内锥齿轮与双圆弧外锥齿轮的章动运动进行转速叠加，叠加后动力与辅助驱动电机方向相同，经过球笼式等速万向节并传至传动轴，此后动力经过传动齿轮一、倒挡齿轮以及输出轴齿轮一的减速以后传至驱动桥，此时的动力为与辅助驱动电机方向相同，因此此时电动汽车前进；(4)双电机转矩耦合模式，在此模式下，主驱动电机反转，辅助驱动电机反转，主驱动电机的动力经过传动齿轮二、输出齿轮二传至输出轴，动力与主驱动电机旋转方向相反，辅助驱动电机的动力经过传动齿轮一、倒挡齿轮、输出轴齿轮一，动力与辅助驱动电机旋转方向相反，两个电机的动力在输出轴处叠加后传至驱动桥，此时的动力方向与主驱动电机以及辅助驱动电机旋转方向均相反，因此此时电动汽车前进；(5)倒车模式，在此模式下，主驱动电机正转，由于章动齿轮传动比i1<0，双圆弧外锥齿轮的旋转方向与主驱动电机旋转方向相反，动力经过球笼式等速万向节并传至传动轴，此时动力方向依旧与主驱动电机旋转方向相反，此后动力经过传动齿轮一、倒挡齿轮以及输出轴齿轮一的减速以后传至驱动桥，此时的动力为与主驱动电机方向反向，因此此时电动汽车后退。
2.根据权利要求1所述的一级章动双电机动力耦合装置，其特征在于：所述双圆弧内锥齿轮与双圆弧外锥齿轮的啮合运动为章动运动。
3.根据权利要求1所述的一级章动双电机动力耦合装置，其特征在于：所述双圆弧内锥齿轮内部设有单向离合器一，单向离合器一只允许顺时针方向的运动。
4.根据权利要求1所述的一级章动双电机动力耦合装置，其特征在于：所述传动轴从空心轴的中间通过。
5.根据权利要求1所述的一级章动双电机动力耦合装置，其特征在于：所述传动齿轮二内部设有单向离合器二，单向离合器二只允许逆时针方向的运动。
6.根据权利要求1所述的一级章动双电机动力耦合装置，其特征在于：在步骤(1)中，在主驱动电机单独驱动模式下，主驱动电机工作，辅助驱动电机停止工作，主驱动电机的动力依次经过双圆弧外锥齿轮、球笼式等速万向节、传动轴、传动齿轮一、倒挡齿轮、输出轴齿轮一输送至驱动桥，输入与输出的转速关系为：
Figure FDA0003961189460000021
转矩关系为：Tshaft＝i1·i3·TMG1。
7.根据权利要求1所述的一级章动双电机动力耦合装置，其特征在于：在步骤(2)中，在辅助驱动电机单独驱动模式下，辅助驱动电机工作，主驱动电机停止工作，辅助驱动电机的动力依次经过传动齿轮二、输出轴齿轮二输送至驱动桥，输入与输出的转速关系为：
Figure FDA0003961189460000022
转矩关系为：Tshaft＝i2·TMG2。
8.根据权利要求1所述的一级章动双电机动力耦合装置，其特征在于：在步骤(3)中，在双电机转速耦合模式下，主驱动电机的动力从电机轴输出至双圆弧外锥齿轮，辅助驱动电机的动力从电机轴输出至双圆弧内锥齿轮，两个电机的动力在锥齿轮处叠加后依次传至球笼式等速万向节、传动轴、传动齿轮一、倒挡齿轮、输出轴齿轮一输送至驱动桥，输入与输出的转速关系为：
Figure FDA0003961189460000031
转矩关系为：
Figure FDA0003961189460000032
9.根据权利要求1所述的一级章动双电机动力耦合装置，其特征在于：在步骤(4)中，在双电机转矩耦合模式下，主驱动电机的动力从输出轴输出依次经过传动齿轮二、输出齿轮二，辅助驱动电机的动力从输出轴输出依次经过传动齿轮一、倒挡齿轮、输出轴齿轮一，在输出轴叠加后输送至驱动桥，输入与输出的转速关系为：
Figure FDA0003961189460000033
转矩关系为：Tshaft＝TMG1·i1·i3+TMG2·i2。
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