CN109109640A - 一种同轴式独立电驱桥及电动汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种同轴式独立电驱桥及电动汽车，所述电驱桥包括电机、差速器、左半轴和右半轴，所述电机的动力输出端通过减速机构与所述差速器传动连接，所述电机的转轴为空心轴，所述左半轴从中间穿过所述电机的空心轴连接于所述差速器的左动力输出端，所述右半轴连接于所述差速器的右动力输出端，所述减速机构为行星轮减速机构，其内部具有容纳空间，所述差速器的主体部分位于所述容纳空间中。该电驱桥结构设计合理、布局紧凑，不仅体积更小，而且能够传递更大的扭矩，从而能够满足实际应用中对电驱桥体积和扭矩方面的要求，具有更大的应用范围。

Description

一种同轴式独立电驱桥及电动汽车
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，特别是电动汽车的同轴式独立电驱桥。本发明还涉及设有所述电驱桥的电动汽车。
背景技术
现有电动汽车的电驱桥大体可分为偏置式和半同轴式两种，其中，偏置式电驱桥的减速器有三根平行轴，电机轴与输出轴有较大的偏置距，电机径向方向占据的空间比较大，半同轴式电驱桥有两根平行轴，电机轴与中间轴有一定偏置距，电机轴、差速器轴同轴，两对减速齿轮的中心距一样，电机径向方向占据的空间小于偏置式电驱桥。
这两类电驱桥径向方向占据的空间均比较大，如果在特殊情况下要求径向方向占据的空间尺寸要最小，传递扭矩要大的时候，偏置式和半同轴式结构的产品将难以适用。
此外，还有一种电驱桥，其设有行星齿轮减速机构，虽然能够在一定程度上提高传动效率，但大都是较为基础的原理性方案，没有考虑实际应用中对体积和扭矩方面的要求，其行星齿轮减速机构的具体结构以及布置方式设计不合理，结构不够紧凑，内部存在较大的闲置空间，导致电驱桥的径向和轴向尺寸依然较大，所能传递的扭矩和传动比有限。
因此，如何进一步改进行星齿轮式电驱桥，使其既具有较小的尺寸又能传递较大的扭矩，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种同轴式独立电驱桥。该电驱桥结构设计合理、布局紧凑，不仅体积更小，而且能够传递更大的扭矩，从而能够满足实际应用中对电驱桥体积和扭矩方面的要求，具有更大的应用范围。
本发明的另一目的是提供一种设有所述同轴式独立电驱桥的电动汽车。
为实现上述目的，本发明提供一种同轴式独立电驱桥，包括电机、差速器、左半轴和右半轴，所述电机的动力输出端通过减速机构与所述差速器传动连接，所述电机的转轴为空心轴，所述左半轴从中间穿过所述电机的空心轴连接于所述差速器的左动力输出端，所述右半轴连接于所述差速器的右动力输出端，所述减速机构为行星轮减速机构，其内部具有容纳空间，所述差速器的主体部分位于所述容纳空间中。
优选地，所述行星轮减速机构为双联行星轮减速机构。
优选地，所述双联行星轮减速机构包括太阳轮、至少两组双联行星轮、内齿圈轮和行星架；所述太阳轮设于所述电机空心轴的一端，各组所述双联行星轮分别包括行星轮轴和设于所述行星轮轴的一级行星轮和二级行星轮；所述太阳轮与所述一级行星轮相啮合，所述二级行星轮与固定设置的内齿圈轮相啮合；所述一级行星轮和行星轮轴分别通过第一轴承和第二轴承安装于所述行星架，所述行星架设于所述差速器。
优选地，所述行星架包括用于安装所述第一轴承的第一轴承支架、用于安装所述第二轴承的第二轴承支架以及差速器壳；所述第一轴承安装于所述第一轴承支架与所述差速器壳的左端部之间，所述第二轴承支架设于所述差速器壳的右半部分，所述第二轴承安装于所述第二轴承支架的孔位中。
优选地，所述一级行星轮、第一轴承、二级行星轮和第二轴承的直径依次减小，形成直径逐级递减的阶梯状变径结构。
优选地，所述第一轴承为球轴承，所述第二轴承为滚子轴承。
优选地，所述第二轴承支架为所述差速器壳上的轴承座结构。
优选地，所述第一轴承轴承支架、第二轴承支架通过连接与所述差速器壳固定为一个整体。
优选地，所述第二轴承架与所述差速器壳为一体式结构。
优选地，所述差速器的左端通过第三轴承安装于所述电机空心轴的末端；所述第三轴承的内支撑部位为所述电机的空心轴，外支撑部位为所述差速器左端部的内孔。
优选地，所述第三轴承为滚针轴承。
优选地，所述差速器的右端通过第四轴承安装于减速机构壳体的内孔中。
优选地，所述第四轴承为球轴承，其两侧分别设有挡圈，以限制所述行星轮减速机构轴向移动。
优选地，所述左半轴和右半轴分别通过孔用挡圈防止脱出，各所述半轴上的孔用挡圈开槽位于轴端花键的最末端，与所述差速器中的半轴齿轮的尾部相配合。
优选地，所述右半轴与所述差速器之间不设置轴承，其靠近末端花键的部位与所述差速器壳的内孔小间隙滑动配合。
为实现上述另一目的，本发明提供一种电动汽车，包括驱动系统，所述驱动系统设有独立电驱桥，其中，所述独立电驱桥为上述任一项所述的同轴式独立电驱桥。
优选地，所述同轴式独立电驱桥的两端分别连接有半轴套管及制动系统总成。
本发明所提供的同轴式独立电驱桥设有行星轮减速机构，其内部具有容纳空间，差速器的主体部分位于容纳空间中，通过将电机、行星轮减速机构、差速器、左右半轴高度集成在一起，使电机径向方向的尺寸降低到最小，而且，与传统单套齿轮啮合形式的减速机构相比，行星轮减速机构通过多组行星轮减速，根据需要，在不改变尺寸的情况下，行星轮的数量组可以布置两组、三组、四组甚至更多，传递的扭距根据行星轮的数量成倍提高，也意味着可以用更小的体积，传递相同的扭矩，或者用相同的体积传递更大的扭矩，多组行星轮结构提升了传递扭矩的能力，实现小体积、大扭矩、大传动比的动力总成要求，十分有利于实现结构的小型化和轻量化。
本发明所提供的电动汽车设有上述同轴式独立电驱桥，由于所述同轴式独立电驱桥具有上述技术效果，则设有该同轴式独立电驱桥的电动汽车也应具有相应的技术效果。
附图说明
图1为本发明实施例公开的一种同轴式独立电驱桥的结构示意图；
图2为电机空心轴的结构示意图；
图3为电机空心轴上装配零部件的示意图；
图4为双联行星轮减速机构的结构示意图；
图5为差速器壳的支撑结构示意图；
图6为左半轴一端的支撑、密封结构示意图；
图7为差速器壳的另一种支撑结构示意图；
图8为差速器壳的又一种支撑结构示意图；
图9为基于同轴式独立电驱桥扩展的载重3.5-5吨的整体桥的结构示意图。
图中：
1.电机 11.电机中壳 12.电机左壳 13.电机右壳 14.电机定子 15.电机转子16.转轴 2.差速器 21.差速器壳 22.差速行星轮轴 23.行星轮 24.半轴齿轮 3.左半轴4.右半轴 5.减速机构 51.太阳轮 52.内齿圈轮 53.行星架 531.第一轴承支架 532.第二轴承支架 54.行星轮轴 55.一级行星轮 56.二级行星轮 6.减速器壳 7.电机轴承 8.电机油封 9.轴用挡圈 101.第一轴承 102.第二轴承 103.第三轴承 104.第四轴承 105.孔用挡圈 17.右半轴油封 18.右半轴防尘盖 19.支撑轴承 25.左半轴油封 26.左半轴防尘盖27.轴承座支架 28.螺栓 29.调整螺母 30.圆锥滚子轴承 31.半轴套管及制动系统总成32.全浮式半轴
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
在本文中，“上、下、内、外”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定；而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
请参考图1，图1为本发明实施例公开的一种同轴式独立电驱桥的结构示意图。
如图所示，在一种具体实施例中，本发明提供的同轴式独立电驱桥，主要由电机1、差速器2、左半轴3、右半轴4和减速机构5等组装而成。
电机1的壳体分为位于中间的电机中壳11和位于两端的电机左壳12和电机右壳13，电机左壳12和电机右壳13分别通过周向分布的螺栓与电机中壳11固定连接，形成封闭的电机壳体，电机1内部设有电机定子14和电机转子15，电机转子15的转轴16为空心结构，转轴16左端与电机左壳12之间设有轴承，右端与电机右壳13之间设有轴承，且右端向外伸出，进入减速机构5内部一定距离。
电机1的动力输出端通过减速机构5与差速器2传动连接，左半轴3从中间穿过电机1的转轴16连接于差速器2的左动力输出端，右半轴4连接于差速器2的右动力输出端，减速机构5为行星轮减速机构，此行星轮减速机构为具有太阳轮、行星轮、内齿圈的齿轮机构，其内部具有容纳空间，差速器2的主体部分位于行星轮减速机构的容纳空间中，相当于差速器2以嵌入的方式安装到行星轮减速机构之中，整个行星轮减速机构位于减速器壳6的内部，减速器壳6通过螺栓与电机右壳13固定连接，从而将电机1、减速机构5和差速器2集成在一起，形成同轴式独立电驱桥。
请参考图2、图3，图2为电机空心轴的结构示意图；图3为电机空心轴上装配零部件的示意图。
如图所示，电机1的转轴16为空心轴，以便于左半轴3从中间穿过，转轴16的左端为直径逐级减小的阶梯轴，其上设计有轴承位和紧邻轴承位的油封位，以便于固定电机轴承7和安装电机油封8，转轴16右端也为直径逐渐减小的阶梯轴，其上同样设计有轴承和紧邻轴承位的油封位，以便于固定电机轴承7和安装电机油封8，其长度大于左端的阶梯轴，超出的长度上设计有外花键、挡圈卡槽和滚针轴承位，以便于装配轴用挡圈9和下述太阳轮51、以及滚针轴承。
请参考图4，图4为双联行星轮减速机构的结构示意图。
如图所示，上述行星轮减速机构具体为双联行星轮减速机构，主要由太阳轮51、至少两组双联行星轮、内齿圈轮52和行星架53构成；其中，太阳轮51设于电机转轴16右端的外花键部位，双联行星轮的数量为三组，每一组双联行星轮分别包括行星轮轴54和设于行星轮轴的一级行星轮55和二级行星轮56；太阳轮51与三个一级行星轮55相啮合，实现第一次减速，三个一级行星轮55分别通过花键与各自的行星轮轴54连接，内齿圈轮52与减速器壳6相对固定，三个二级行星轮56与内齿圈轮52相啮合，实现二次减速；一级行星轮55和行星轮轴54分别通过第一轴承101和第二轴承102安装于行星架53，行星架53则设于差速器2。
具体地，行星架53主要由第一轴承支架531、第二轴承支架532以及差速器壳21组成，其中第一轴承支架531用于安装第一轴承101，第二轴承支架532用于安装第二轴承102；第一轴承101为球轴承，安装于第一轴承支架531与差速器壳21的左端部之间，第二轴承支架532为形成在差速器壳21右半部分上的轴承座结构，第二轴承102为滚子轴承，安装在第二轴承支架532的孔位中。
一级行星轮55的直径大于二级行星轮56，第一轴承101位于一级行星轮55与二级行星轮56之间，第二轴承102位于行星轮轴54的最右端，一级行星轮55、第一轴承101、二级行星轮56和第二轴承102的直径依次减小，形成直径逐级递减的阶梯状变径结构，这一结构也体现在减速器壳6的外形上，从图中可以看出，减速器壳6也呈阶梯状，与行星轮减速机构之间保持较小的间距。
这种结构的优点在于，在双联行星轮减速机构内部可形成一个能够容纳差速器2的空间，而且，此空间能够很好的与差速器2相匹配，从图中可以看出，差速器壳21具有两个端部和位于端部之间的弧形部分，双联行星轮的阶梯状结构恰好可以与差速器壳21的这种外形相适配，使两者之间的距离尽可能的小，又不会相互干涉，两者的零部件几乎布满整个减速器壳6的内腔，充分利用了减速器壳6的内部空间，不存在多余的闲置空间，整体结构更加紧凑，从而最大程度的压缩了径向尺寸和轴向尺寸，使电驱桥的体积可以变的更小。
上述行星架53的第一轴承支架531、第二轴承支架532可以通过螺栓与差速器壳21固定为一个整体，也可将差速器壳21上的第二轴承支架532和差速器壳21铸造为一个整体，然后使用螺栓将第一轴承支架531固定在铸造的整体结构上。
差速器2具有差速器壳21(行星架53的一部分)和设于差速器壳21内部的差速行星轮轴22、行星轮23和半轴齿轮24，工作时，在内齿圈轮52的作用下，行星架53绕其轴线转动，行星架53带动差速器2的差速行星轮轴22，差速行星轮轴22带动差速器的行星轮23，再带动半轴齿轮24，半轴齿轮24的花键带动左半轴3和右半轴4，实现动力的输出。
请参考图5，图5为差速器壳的支撑结构示意图。
如图所示，差速器2的左端通过第三轴承103安装于电机转轴16的末端，由于双联行星轮是周向均匀布置的，径向力合力基本为零，因此第三轴承103受力很小，可以选择比较小的轴承。本实施例中，第三轴承103为无内外圈的滚针轴承，其内支撑部位为电机1的转轴16，外支撑部位为差速器2左端部的内孔。这种滚针轴承的滚子与转轴16和差速器壳21的内孔直接接触，转轴16可采用硬度较高的材料并进行高硬度表面热处理，同时，差速器壳21的内孔表面可进行软氮化处理，以提高表面硬度，防止磨损。
当然,第三轴承103也可以采用有内外圈或有外圈无内圈的滚针轴承如使用有内外圈或有外圈无内圈的滚针轴承，相对于无内外圈的滚针轴承，这两种轴承的成本相对较低。
差速器2的右端通过第四轴承104安装于减速器壳6的内孔中，第四轴承104为球轴承，其两侧分别设有挡圈，以限制所述行星轮减速机构的轴向位移。
左半轴3和右半轴4分别通过孔用挡圈105防止脱出，各半轴上的孔用挡圈开槽位于轴端花键的最末端，与差速器2中的半轴齿轮24的尾部相配合。
右半轴4与差速器2之间不设置轴承，其靠近末端花键的部位I与差速器壳21的内孔小间隙滑动配合，依靠滑动配合处保证右半轴4的径向尺寸，在滑动配合部位的外侧，设有右半轴油封17和右半轴防尘盖18。
这里需要说明的是，上述“小间隙”是指既能保证右半轴4能够在差速器壳21的内孔中滑动，不会相互干涉，又能保证右半轴4径向尺寸的间隙，由于这一间隙的尺寸较小，因此这里称之为“小间隙”，对于本领域技术人员来讲，可以明了其含义，并不属于含糊不清的不确定用语。
请参考图6，图6为左半轴一端的支撑、密封结构示意图。
如图所示，由于左半轴3需要穿过电机1，半轴较长，因此在电机左壳12上也就是电机的左端盖上设计有支撑轴承19，此支撑轴承19的内侧设有与电机油封8相邻的左半轴油封25，以防止齿轮油溢出，支撑轴承19的外侧设有覆盖电机左端的左半轴防尘盖26，防止灰尘进入电机1内部，左半轴3从左半轴防尘盖26的通孔中穿过，可以与左半轴防尘盖26连为一体，左半轴防尘盖26的裙边部位与电机1左端之间留有细小的间隙，既起到防尘作用，又可以防止防尘盖与电机左端之间发生摩擦，上述右半轴防尘盖18的结构与左半轴防尘盖26的结构类似。
上述差速器2的左端使用滚针轴承通过电机转轴16的后端来进行支撑，作为一种改进，也可以采用如图7所示的支撑结构，该结构为轴承座支架27采用螺栓28与壳体连接支撑，或者，采用如图8所示的支撑结构，差速器2两端的轴承使用圆锥滚子轴承30，一边使用调整螺母29对圆锥滚子轴承30进行预紧，采用调整螺母29进行单边预紧的设计，调整螺母29能够实现轴向无级进给，不用进行复杂垫片测量选择，减少设备投入。当然，调整螺母29的布置可以是左边，也可以为右边，轴承的预紧也可采用垫片进行预紧的，或者直接使用球轴承等不用预紧的轴承。
上述内容仅是本发明所提供的优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，二级行星轮56与行星轮轴54为一体式结构，统一称为二级行星轮轴；或者，进一步将电机控制器、水冷系统集成一起，确保电机径向体积做到最小，等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。
本发明通过将电机、行星轮减速机构、差速器、左右半轴高度集成在一起，使电机径向方向的尺寸降低到最小，根据需要，在不改变尺寸的情况下，行星轮的数量组可以布置两组、三组、四组甚至更多，传递的扭距根据行星轮的数量成倍提高，也意味着可以用更小的体积，传递相同的扭矩，或者用相同的体积传递更大的扭矩，多组行星轮结构提升了传递扭矩的能力，实现小体积、大扭矩、大传动比的动力总成要求，十分有利于实现结构的小型化和轻量化。
除了上述同轴式独立电驱桥，本发明还提供一种电动汽车，包括驱动系统，所述驱动系统设有独立电驱桥，所述独立电驱桥为上文所述的同轴式独立电驱桥，其余结构请参考现有技术，本文不再赘述。
例如，由于上述同轴式独立电驱桥具有小体积、大扭矩、大传动比的特定，因此，只需要改变两端的结构，通过螺栓连接半轴套管及制动系统总成，该结构就可以变形为大中型整体式电动桥，相对于原结构的电动桥，体积和重量有很大降低，图9所示为基于上述同轴式独立电驱桥扩展的载重3.5-5吨的整体桥，两边半轴套管及制动系统总成31与中间的同轴式独立电驱桥采用螺栓连接，半轴为全浮式半轴32，双胎、气制动。
以上对本发明所提供的同轴式独立电驱桥及电动汽车进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (17)

1.一种同轴式独立电驱桥，包括电机、差速器、左半轴和右半轴，所述电机的动力输出端通过减速机构与所述差速器传动连接，所述电机的转轴为空心轴，所述左半轴从中间穿过所述电机的空心轴连接于所述差速器的左动力输出端，所述右半轴连接于所述差速器的右动力输出端，其特征在于，所述减速机构为行星轮减速机构，其内部具有容纳空间，所述差速器的主体部分位于所述容纳空间中。
2.根据权利要求1所述的同轴式独立电驱桥，其特征在于，所述行星轮减速机构为双联行星轮减速机构。
3.根据权利要求2所述的同轴式独立电驱桥，其特征在于，所述双联行星轮减速机构包括太阳轮、至少两组双联行星轮、内齿圈轮和行星架；所述太阳轮设于所述电机转轴的一端，各组所述双联行星轮分别包括行星轮轴和设于所述行星轮轴的一级行星轮和二级行星轮；所述太阳轮与所述一级行星轮相啮合，所述二级行星轮与固定设置的内齿圈轮相啮合；所述一级行星轮和行星轮轴分别通过第一轴承和第二轴承安装于所述行星架，所述行星架设于所述差速器。
4.根据权利要求3所述的同轴式独立电驱桥，其特征在于，所述行星架包括用于安装所述第一轴承的第一轴承支架、用于安装所述第二轴承的第二轴承支架以及差速器壳；所述第一轴承安装于所述第一轴承支架与所述差速器壳的左端部之间，所述第二轴承支架设于所述差速器壳的右半部分，所述第二轴承安装于所述第二轴承支架的孔位中。
5.根据权利要求4所述的同轴式独立电驱桥，其特征在于，所述一级行星轮、第一轴承、二级行星轮和第二轴承的直径依次减小，形成直径逐级递减的阶梯状变径结构。
6.根据权利要求4所述的同轴式独立电驱桥，其特征在于，所述第一轴承为球轴承，所述第二轴承为滚子轴承。
7.根据权利要求4所述的同轴式独立电驱桥，其特征在于，所述第二轴承支架为所述差速器壳上的轴承座结构。
8.根据权利要求7所述的同轴式独立电驱桥，其特征在于，所述第一轴承支架、所述第二轴承支架通过连接与所述差速器壳固定为一个整体。
9.根据权利要求8所述的同轴式独立电驱桥，其特征在于，所述第二轴承架与所述差速器壳为一体式结构。
10.根据权利要求1所述的同轴式独立电驱桥，其特征在于，所述差速器的左端通过第三轴承安装于所述电机转轴的末端；所述第三轴承的内支撑部位为所述电机的空心轴，外支撑部位为所述差速器左端部的内孔。
11.根据权利要求10所述的同轴式独立电驱桥，其特征在于，所述第三轴承为滚针轴承。
12.根据权利要求10所述的同轴式独立电驱桥，其特征在于，所述差速器的右端通过第四轴承安装于减速机构壳体的内孔中。
13.根据权利要求12所述的同轴式独立电驱桥，其特征在于，所述第四轴承为球轴承，其两侧分别设有挡圈，以限制所述行星轮减速机构轴向移动。
14.根据权利要求1至13任一项所述的同轴式独立电驱桥，其特征在于，所述左半轴和右半轴分别通过孔用挡圈防止脱出，各所述半轴上的孔用挡圈开槽位于轴端花键的最末端，与所述差速器中的半轴齿轮的尾部相配合。
15.根据权利要求4至9任一项所述的同轴式独立电驱桥，其特征在于，所述右半轴与所述差速器之间不设置轴承，其靠近末端花键的部位与所述差速器壳的内孔小间隙滑动配合。
16.一种电动汽车，包括驱动系统，所述驱动系统设有独立电驱桥，其特征在于，所述独立电驱桥为上述权利要求1至15任一项所述的同轴式独立电驱桥。
17.根据权利要求16所述的电动汽车，其特征在于，所述同轴式独立电驱桥的两端分别连接有半轴套管及制动系统总成。
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