CN109677253A - 一种集成式双电机机械差速电驱动桥 - Google Patents

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杨朝会
刘宗强
韩振东
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Abstract

本发明属于商用车电驱动桥领域，具体涉及一种集成式双电机机械差速电驱动桥，具有集成式动力总成系统，与传统燃油车相比，解决了传统燃油车传动系统过长，能量损耗较大，燃油会对环境造成污染等问题。与目前外挂式相比整体更加简洁紧凑，整体刚性好。采用双电机驱动，通过对两电机高效区的调整，保证车辆在正常行驶以及爬坡等各工况下，均可保证充足的动力。采用两个高速小电机代替目前的单个大电机，可保证电机在高速运行时，反电势较低，降低了对电机控制器IGBT的硬性需求，极大地降低了商用卡车，尤其是重载型商用车电机控制器的成本。采用本发明产品，可较大程度上降低整车的成本。

Description

一种集成式双电机机械差速电驱动桥
技术领域
本发明属于商用车电驱动桥领域，具体涉及一种集成式双电机机械差速电驱动桥。
背景技术
随着新能源政策的推行，国家、车企、用户各个环节对新能源车的重视程度越来越高，然而对于商用车的电动化趋势，推行速度较慢。其整车的底盘系统大部分依然停留在传统阶段。查阅相关专利，多数为直接用驱动电机取代发动机、变速箱，保留传动轴。同时有部分产品采用电机与传统车桥外挂式结构，将电机与车桥通过螺栓直接连接为一体。
发明内容
根据以上现有技术的不足，本发明提供一种集成式双电机机械差速电驱动桥，将车桥和驱动电机集成为一体，成为车桥动力总成单元。
本发明所述的一种集成式双电机机械差速电驱动桥，其特征在于：具有集成式动力总成系统，所述集成式动力总成系统包括双驱动电机、主减速器和中央差速器，所述双驱动电机包括左动力电机和右动力电机，所述主减速器的壳体包括位于中间部位的用于容置主减速器的主减速器腔、以及位于左右两侧的用于容置左动力电机的左动力电机腔和用于容置右动力电机的右动力电机腔，所述左动力电机和右动力电机的电机轴均通过花键与主减速器的主动圆柱齿轮传动连接，所述主减速器的主动圆柱齿轮与中央差速器的从动圆柱齿轮传动连接，所述中央差速器的壳体两端分别传动连接有轴承，所述轴承轴向固定有调整环总成，所述调整环总成径向固定有压盖，所述压盖与主减速器的壳体通过螺栓固定连接。
本发明所用双驱动电机方案多样化，可选用相同型号电机；也可选用一大一小两个电机，低速大扭矩工况时大电机工作，高速小扭矩时小电机工作，可以保证车辆在运行时单机始终运行在自身的高效区内；也可选用相同功率电机，两电机的高效区不同，一个在低转速下保证高效区，一个在高转速下保证高效区。在车辆运行时可根据工况由MCU对电机进行两种模式的控制：一是电机分时工作：根据不同工况，采用单电机工作，保证电机始终处于自身的高效区间。二是电机同时工作：双电机同时驱动(一主一辅)，保证在各个工况下动力或转速始终充足，且最大程度的保证了电机运行在高效区内。
其中，优选方案如下：
所述中央差速器为封闭式差速器，所述压盖、调整环、轴承和中央差速器壳体内部形成油道，其中一侧的压盖上的油道口处连接有接油盘，且该侧的轴承端面外侧设有油封A。由于中央差速器为封闭式差速器，将润滑油封闭在中央差速器内部，接油盘将飞溅的润滑油收集，通过油道进入中央差速器内，进入的润滑油通过一侧的油封A进行密封，保证不会从半轴侧流出。流入中央差速器的润滑油一部分润滑轴承，一部分经过半轴花键进入中央差速器内部。进入中央差速器的润滑油，从另一侧流出中央差速器，一部分经由半轴花键流出，一部分经由轴承流出，整个循环保证了中央差速器及其轴承、花键的充分润滑。
所述主减速器腔与左动力电机腔之间、所述主减速器腔与右动力电机腔之间均具有密封装置，所述密封装置从主减速器腔一侧向左动力电机腔或右动力电机腔一侧依次包括挡油环、油封B和迷宫密封。该组合式密封结构，采用三层防护。当主减速器的齿轮运行时，挡油环将大部分被齿轮搅动飞溅的润滑油与油封B隔离，少量未被隔离的润滑油通过油封B进行密封，保证车桥内腔的润滑油不会进入电机腔体。同时设计迷宫密封，目的在于油封B失效后，迷宫密封会将润滑油进行阻隔，避免润滑油短时间大量流入电机腔体。优选的，所述迷宫密封由三组挡片组成，位于两侧的两组挡片与电机轴过盈配合，位于中间位置处的挡片与主减速器的壳体过盈配合，相邻挡片之间距离为2～3mm。驱动电机运行时，上下挡片不接触，无摩擦，不会损失能量。当油封B密封失效后，润滑油依次经由三组挡片后才会进入电机腔体，由于挡片之间的间距较小，当充满润滑油后，腔体润滑油会产生表面张力，阻止润滑油继续进入电机腔体，从而达到了阻止润滑油进入电机腔体的作用。
还具有桥壳、轮边减速系统、轮毂总成、制动系统，所述中央差速器位于桥壳内中间位置处，所述中央差速器两端传动连接有半轴，所述轮边减速系统包括分设于桥壳两端的轮边减速器，每个所述半轴与轮边减速器传动连接，所述轮边减速器上固定连接有轮毂总成，所述制动系统包括两个制动气室和两个制动气室安装板，每个制动气室通过一个制动气室安装板与桥壳外壁相连，两个制动气室与两侧的轮毂总成一一对应，每个制动气室的制动鼓固定于对应的轮毂总成上。
还具有冷却系统，所述冷却系统包括左动力电机腔和右动力电机腔内的冷却水循环通道以及与冷却水循环通道相连的开设于主减速器的壳体表面的电机冷却水嘴。
还具有气压平衡系统，所述气压平衡系统为长1400～1600mm的通气管，通气管一端与桥壳内相通连，另一端与整车气路相连。由于车桥内部是一个完全封闭的腔体，随着齿轮的运行，以及润滑油的流动，会导致内部温度升高，气压增加，影响相关橡胶密封件的密封性能。常规产品采用约30mm的直管进行内外气压的平衡。本发明采用长管式结构进行气压平衡，长管随整车气路进行固定，保证了车辆涉水，或喷淋清洗时，泥水不会通过通气管进入车桥内部。同时，当车辆停止运行时，桥壳内部温度降低，外界的水蒸气会直接进入车桥内部，冷凝成水，使润滑油逐渐失效，本发明采用的长管式气压平衡装置，会使水蒸气在长管内进行冷凝，降低了车桥内部进入水蒸气的概率，提升了润滑油的质保期。
所述桥壳中间位置处内底部两侧分别设有一块强力磁铁。为保证车桥总成内部清洁度，在桥壳内腔嵌入式两块强力磁铁，当车辆运行时，齿轮互相啮合以及零部件磨损，会产生微量的铁屑等杂质进入润滑油，长期运行之后，润滑油会失去润滑作用，造成运动件的异常磨损。嵌入强力磁铁后，会将润滑油内的铁屑进行吸附，阻止了齿轮间的异常磨损，保证了润滑油的清洁度及润滑效果，达到降低噪音，提升传动效率的作用。
本发明的优点在于：与传统燃油车相比，解决了传统燃油车传动系统过长，能量损耗较大，燃油会对环境造成污染等问题。与目前外挂式相比整体更加简洁紧凑，整体刚性好。采用双电机驱动，通过对两电机高效区的调整，保证车辆在正常行驶以及爬坡等各工况下，均可保证充足的动力。采用两个高速小电机代替目前的单个大电机，可保证电机在高速运行时，反电势较低，降低了对电机控制器IGBT的硬性需求，极大地降低了商用卡车，尤其是重载型商用车电机控制器的成本。采用本发明产品，可较大程度上降低整车的成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图Ⅰ；
图2为本发明的结构示意图Ⅱ；
图3为本发明中集成式动力总成系统的结构示意图；
图4为本发明中中央差速器的安装关系图；
图5为本发明中中央差速器的油道路径示意图；
图6为本发明中密封装置的示意图；
图7为本发明中强力磁铁以及气压平衡系统的安装示意图；
图中：1、集成式动力总成系统 2、桥壳 3、轮边减速系统 4、轮毂总成 5、制动系统6、电机冷却水嘴 7、气压平衡系统 8、强力磁铁 1-1、左动力电机 1-2、右动力电机 1-3、主减速器 1-4中央差速器 1-5、主减速器腔 1-6、左动力电机腔 1-7、右动力电机腔 1-8、轴承 1-9、调整环总成 1-10、压盖 1-11、接油盘 1-12、油封A 1-13、挡油环 1-14、油封B 1-15迷宫密封 1-16、电机轴。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：
如图1～图7所示，一种集成式双电机机械差速电驱动桥，具有集成式动力总成系统1，所述集成式动力总成系统1包括双驱动电机、主减速器1-3和中央差速器1-4，所述双驱动电机包括左动力电机1-1和右动力电机1-2，所述主减速器1-3的壳体包括位于中间部位的用于容置主减速器1-3的主减速器腔1-5、以及位于左右两侧的用于容置左动力电机1-1的左动力电机腔1-6和用于容置右动力电机1-2的右动力电机腔1-7，所述左动力电机1-1和右动力电机1-2的电机轴1-16均通过花键与主减速器1-3的主动圆柱齿轮传动连接，所述主减速器1-3的主动圆柱齿轮与中央差速器1-4的从动圆柱齿轮传动连接，所述中央差速器1-4的壳体两端分别传动连接有轴承1-8，所述轴承1-8轴向固定有调整环总成1-9，所述调整环总成1-9径向固定有压盖1-10，所述压盖1-10与主减速器1-3的壳体通过螺栓固定连接。
本实施例所用双驱动电机方案多样化，可选用相同型号电机；也可选用一大一小两个电机，低速大扭矩工况时大电机工作，高速小扭矩时小电机工作，可以保证车辆在运行时单机始终运行在自身的高效区内；也可选用相同功率电机，两电机的高效区不同，一个在低转速下保证高效区，一个在高转速下保证高效区。在车辆运行时可根据工况由MCU对电机进行两种模式的控制：一是电机分时工作：根据不同工况，采用单电机工作，保证电机始终处于自身的高效区间。二是电机同时工作：双电机同时驱动(一主一辅)，保证在各个工况下动力或转速始终充足，且最大程度的保证了电机运行在高效区内。
所述中央差速器1-4为封闭式差速器，所述压盖1-10、调整环1-9、轴承1-8和中央差速器1-4壳体内部形成油道，其中一侧的压盖1-10上的油道口处连接有接油盘1-11，且该侧的轴承1-8端面外侧设有油封A1-12。由于中央差速器1-4为封闭式差速器，将润滑油封闭在中央差速器1-4内部，接油盘1-11将飞溅的润滑油收集，通过油道进入中央差速器1-4内，进入的润滑油通过一侧的油封A1-12进行密封，保证不会从半轴侧流出。流入中央差速器1-4的润滑油一部分润滑轴承1-8，一部分经过半轴花键进入中央差速器1-4内部。进入中央差速器1-4的润滑油，从另一侧流出中央差速器1-4，一部分经由半轴花键流出，一部分经由轴承1-8流出，整个循环保证了中央差速器1-4及其轴承1-8、花键的充分润滑。
所述主减速器腔1-5与左动力电机腔1-6之间、所述主减速器腔1-5与右动力电机腔1-7之间均具有密封装置，所述密封装置从主减速器腔1-5一侧向左动力电机腔1-6或右动力电机腔1-7一侧依次包括挡油环1-13、油封B1-14和迷宫密封1-15。该组合式密封结构，采用三层防护。当主减速器1-3的齿轮运行时，挡油环1-13将大部分被齿轮搅动飞溅的润滑油与油封B1-14隔离，少量未被隔离的润滑油通过油封B1-14进行密封，保证车桥内腔的润滑油不会进入电机腔体。同时设计迷宫密封1-15，目的在于油封B1-14失效后，迷宫密封1-15会将润滑油进行阻隔，避免润滑油短时间大量流入电机腔体。所述迷宫密封1-15由三组挡片组成，位于两侧的两组挡片与电机轴1-16过盈配合，位于中间位置处的挡片与主减速器1-3的壳体过盈配合，相邻挡片之间距离为2～3mm。驱动电机运行时，上下挡片不接触，无摩擦，不会损失能量。当油封B1-14密封失效后，润滑油依次经由三组挡片后才会进入电机腔体，由于挡片之间的间距较小，当充满润滑油后，腔体润滑油会产生表面张力，阻止润滑油继续进入电机腔体，从而达到了阻止润滑油进入电机腔体的作用。
还具有桥壳2、轮边减速系统3、轮毂总成4、制动系统5，所述中央差速器1-4位于桥壳2内中间位置处，所述中央差速器1-4两端传动连接有半轴，所述轮边减速系统3包括分设于桥壳两端的轮边减速器，每个所述半轴与轮边减速器传动连接，所述轮边减速器上固定连接有轮毂总成4，所述制动系统5包括两个制动气室和两个制动气室安装板，每个制动气室通过一个制动气室安装板与桥壳2外壁相连，两个制动气室与两侧的轮毂总成4一一对应，每个制动气室的制动鼓固定于对应的轮毂总成4上。
还具有冷却系统，所述冷却系统包括左动力电机腔1-6和右动力电机腔1-7内的冷却水循环通道以及与冷却水循环通道相连的开设于主减速器1-3的壳体表面的电机冷却水嘴6。
还具有气压平衡系统7，所述气压平衡系统为长1500mm的通气管，通气管一端与桥壳2内相通连，另一端与整车气路相连。由于车桥内部是一个完全封闭的腔体，随着齿轮的运行，以及润滑油的流动，会导致内部温度升高，气压增加，影响相关橡胶密封件的密封性能。常规产品采用约30mm的直管进行内外气压的平衡。本实施例采用长管式结构进行气压平衡，长管随整车气路进行固定，保证了车辆涉水，或喷淋清洗时，泥水不会通过通气管进入车桥内部。同时，当车辆停止运行时，桥壳2内部温度降低，外界的水蒸气会直接进入车桥内部，冷凝成水，使润滑油逐渐失效，本实施例采用的长管式气压平衡装置，会使水蒸气在长管内进行冷凝，降低了车桥内部进入水蒸气的概率，提升了润滑油的质保期。
所述桥壳2中间位置处内底部两侧分别设有一块强力磁铁8。为保证车桥总成内部清洁度，在桥壳2内腔嵌入式两块强力磁铁8，当车辆运行时，齿轮互相啮合以及零部件磨损，会产生微量的铁屑等杂质进入润滑油，长期运行之后，润滑油会失去润滑作用，造成运动件的异常磨损。嵌入强力磁铁8后，会将润滑油内的铁屑进行吸附，阻止了齿轮间的异常磨损，保证了润滑油的清洁度及润滑效果，达到降低噪音，提升传动效率的作用。

Claims (8)

1.一种集成式双电机机械差速电驱动桥，其特征在于：具有集成式动力总成系统，所述集成式动力总成系统包括双驱动电机、主减速器和中央差速器，所述双驱动电机包括左动力电机和右动力电机，所述主减速器的壳体包括位于中间部位的用于容置主减速器的主减速器腔、以及位于左右两侧的用于容置左动力电机的左动力电机腔和用于容置右动力电机的右动力电机腔，所述左动力电机和右动力电机的电机轴均通过花键与主减速器的主动圆柱齿轮传动连接，所述主减速器的主动圆柱齿轮与中央差速器的从动圆柱齿轮传动连接，所述中央差速器的壳体两端分别传动连接有轴承，所述轴承轴向固定有调整环总成，所述调整环总成径向固定有压盖，所述压盖与主减速器的壳体通过螺栓固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种集成式双电机机械差速电驱动桥，其特征在于：所述中央差速器为封闭式差速器，所述压盖、调整环、轴承和中央差速器壳体内部形成油道，其中一侧的压盖上的油道口处连接有接油盘，且该侧的轴承端面外侧设有油封A。
3.根据权利要求1所述的一种集成式双电机机械差速电驱动桥，其特征在于：所述主减速器腔与左动力电机腔之间、所述主减速器腔与右动力电机腔之间均具有密封装置，所述密封装置从主减速器腔一侧向左动力电机腔或右动力电机腔一侧依次包括挡油环、油封B和迷宫密封。
4.根据权利要求3所述的一种集成式双电机机械差速电驱动桥，其特征在于：所述迷宫密封由三组挡片组成，位于两侧的两组挡片与电机轴过盈配合，位于中间位置处的挡片与主减速器的壳体过盈配合，相邻挡片之间距离为2～3mm。
5.根据权利要求1所述的一种集成式双电机机械差速电驱动桥，其特征在于：还具有桥壳、轮边减速系统、轮毂总成、制动系统，所述中央差速器位于桥壳内中间位置处，所述中央差速器两端传动连接有半轴，所述轮边减速系统包括分设于桥壳两端的轮边减速器，每个所述半轴与轮边减速器传动连接，所述轮边减速器上固定连接有轮毂总成，所述制动系统包括两个制动气室和两个制动气室安装板，每个制动气室通过一个制动气室安装板与桥壳外壁相连，两个制动气室与两侧的轮毂总成一一对应，每个制动气室的制动鼓固定于对应的轮毂总成上。
6.根据权利要求1所述的一种集成式双电机机械差速电驱动桥，其特征在于：还具有冷却系统，所述冷却系统包括左动力电机腔和右动力电机腔内的冷却水循环通道以及与冷却水循环通道相连的开设于主减速器的壳体表面的电机冷却水嘴。
7.根据权利要求5所述的一种集成式双电机机械差速电驱动桥，其特征在于：还具有气压平衡系统，所述气压平衡系统为长1400～1600mm的通气管，通气管一端与桥壳内相通连，另一端与整车气路相连。
8.根据权利要求5所述的一种集成式双电机机械差速电驱动桥，其特征在于：所述桥壳中间位置处内底部两侧分别设有一块强力磁铁。
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