CN111086376A - 动力系组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种动力系组件，包括：包括中空转子和转子叠片堆的电动机；差速齿轮组件，其安装在所述中空转子内，其中，差速齿轮组件的第一输出轴从中空转子的第一端离开中空转子，差速齿轮组件的第二输出轴从所述转子的第二端离开中空转子；连接到所述第一输出轴的第一行星齿轮组件，第一行星齿轮组件与中空转子轴同轴对齐，第一行星齿轮组件包括第一行星齿轮支架；第一CV接头部件；连接到所述第二输出轴的第二行星齿轮组件，第二行星齿轮组件与中空转子轴同轴对齐，第二行星齿轮组件包括第二行星齿轮支架；以及第二CV接头部件。

Description

动力系组件
技术领域
本发明总体上涉及电动机，具体地，涉及整体宽度缩短的高转矩和功率密度驱动系统，更具体地说，涉及装配在缩小的包壳内的高功率密度电动车辆动力系。
背景技术
为了满足受到不断上涨的燃油价格和全球变暖的可怕后果的双重驱动的消费者的需求，汽车工业正慢慢开始满足超低排放、高效率汽车的需求。虽然一些业内人士正试图通过设计更高效的内燃机来实现这些目标，但也有一些人正在将混合动力或全电动传动系统整合到他们的车辆系列中。然而，为了满足消费者的期望，汽车工业不仅必须实现更绿色的动力传动系统，而且必须同时保持合理的性能、里程、可靠性、安全性和成本水平。
实现低排放、高效率汽车的最常见方法是使用混合动力传动系统，其中内燃机(ICE)与一个或多个电动机相结合。尽管混合动力汽车比传统的基于ICE的车辆更省油排放更低，但由于其包括了内燃机，因此它们仍然会排放有害的污染，尽管与传统车辆相比排放水平有所降低。此外，由于包括内燃机和电动机及其附带的电池组，混合动力车辆的驱动系统通常比传统的基于ICE的车辆或全电动车辆更复杂，导致成本和重量增加。因此，几家车辆制造商正在设计仅使用电动机的车辆，从而消除了一种污染源，同时显著降低了驱动系统的复杂性。
虽然各种混合动力和全电动车辆是已知的，但是为了增加乘员、货物和其他车辆部件/附件的可用空间，需要适合于装在缩小的包壳内的高功率密度动力系。本发明提供了这样一种改进的动力系。
发明内容
本发明提供了一种动力系组件，包括(i)电动机，(ii)安装有电动机中空转子的差速齿轮组件，和(iii)一对行星齿轮组件，每个行星齿轮组件与中空转子同轴对齐。转子直接附接到转子叠片堆，转子叠片堆包含多个永磁体。动力系组件还包括第一和第二CV接头部件，每个部件包括CV接头壳体构件。对应于第一行星齿轮组件的第一行星齿轮支架与第一CV接头部件一体形成。对应于第二行星齿轮组件的第二行星齿轮支架与第二CV接头部件一体形成。
动力系组件还可以包括第一和第二CV接头支架轴承组件，其中第一CV接头壳体构件位于由第一CV接头支架轴承组件限定的平面内，并且其中第二CV接头壳体构件位于由第二CV接头支架轴承组件限定的平面内。第一行星齿轮支架可以包括从第一CV接头壳体构件的后表面延伸的第一多个行星齿轮支架构件，并且第二行星齿轮支架可以包括从第二CV接头壳体构件的后表面延伸的第二多个行星齿轮支架构件。
动力系组件还可以包括安装在中空转子的第一和第二部分内的第一和第二转子支架轴承。第一转子支架轴承的外轴承座圈和第二转子支架轴承的外轴承座圈各自安装到内转子表面。第一转子支架轴承的内轴承座圈安装到延伸到中空转子中的第一动力系组件壳体构件上，第二转子支架轴承的内轴承座圈安装到延伸到中空转子中的第二动力系组件壳体构件上。
动力系组件的电动机还包括具有多个槽的定子，其中多个绕组占据多个定子槽，并且其中多个绕组可以包括具有矩形横截面的定子线。
电动机的转子叠片堆可以包括用多个铆钉夹紧在一起的多个叠片层组成。转子叠片堆还可以包括第一和第二转子组件端板。
在另一个实施例中，提供了一种动力系组件，其包括(i)电动机，(ii)安装有电动机中空转子的差速齿轮组件，以及(iii)一对行星齿轮组件，每个行星齿轮组件与中空转子同轴对齐。转子直接附接到转子叠片堆，转子叠片堆包含多个永磁体。转子被包含多个槽的定子包围，其中多个绕组占据槽，并且其中绕组优选包括具有矩形横截面的定子线。动力系组件还包括第一和第二CV接头部件，每个部件包括CV接头壳体构件。第一多个行星齿轮支架构件从第一CV接头壳体构件的后表面延伸，第一多个行星齿轮支架构件对应于第一行星齿轮组件。第二多个行星齿轮支架构件从第二CV接头壳体构件的后表面延伸，第二多个行星齿轮支架构件对应于第二行星齿轮组件。动力系组件还包括第一和第二CV接头支架轴承组件，其中第一CV接头部件的一部分位于由第一CV接头支架轴承组件限定的平面内，并且其中第二CV接头部件的一部分位于由第二CV接头支架轴承组件限定的平面内。该实施例的动力系组件还可以包括安装在中空转子的第一和第二部分内的第一和第二转子支架轴承。第一转子支架轴承的外轴承座圈和第二转子支架轴承的外轴承座圈各自安装到内转子表面。第一转子支架轴承的内轴承座圈安装到延伸到中空转子中的第一动力系组件壳体构件上，第二转子支架轴承的内轴承座圈安装到延伸到中空转子中的第二动力系组件壳体构件上。电动机的转子叠片堆可以包括多个叠片层，这些叠片层布置在第一和第二转子组件端板之间，并用多个铆钉夹紧在一起。
通过参考说明书和附图的剩余部分，可以实现对本发明的本质和优点的进一步理解。
附图说明
应当理解，附图仅仅是为了说明而不是限制本发明的范围，不应当认为是按比例绘制的。此外，不同附图上的相同附图标记应理解为指相同的部件或具有相似功能的部件。
图1提供了根据现有技术的电动车辆动力系的简化侧视图；
图2提供了根据本发明的动力系组件的横截面视图；
图3提供了图2所示定子的更详细的横截面视图；
图4提供了定子的一部分的横截面视图，其中图4提供的视图与图2和图3所示的视图正交；
图5示出了在传统动力系中连接到行星齿轮组件的CV接头；
图6示出了用于在本发明动力系中将CV接头连接到行星齿轮组件的装置；
图7提供了图6所示的组件的第二横截面视图；
图8示出了传统的转子安装结构；和
图9提供了图2所示动力系的转子组件的详细透视图。
具体实施方式
如这里所使用的，单数形式(a、an)和“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示，这里使用的术语“包括”、“包括了”、“包含”和/或“包含了”指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。如这里所使用的，术语“和/或”和符号“/”意味着包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。另外，虽然这里术语第一、第二等可以用于描述各种步骤或计算，但这些步骤或计算不应受这些术语的限制，而是这些术语仅用于将一个步骤或计算与另一个区分开来。例如，第一计算可以被称为第二计算；类似地，第一步骤可以称为第二步骤；类似地，第一部件可以被称为第二部件，所有这些都不脱离本发明的范围。
图1提供了常用电动车辆动力系100的侧视图。为了清楚起见，该图没有示出齿轮的齿。如图所示，输入齿轮101通过惰轮组件105连接到差速齿轮103。虽然这种结构设计和制造相对简单直接，但它需要相当大的体积。为了减小动力系的体积，优选的结构是将牵引电机与驱动轮轴线同轴对齐。虽然这种结构容易适用于后轮驱动车辆，但是考虑到转向和悬架连杆组件对动力系的体积限制，将其应用于前轮驱动车辆要困难得多。
虽然行星-差速器-行星的动力系结构(即，PDP结构)是已知的结构，但迄今为止它是用于低速电机比例设计中。在这种类型的设计中，转子叠片和转子轴之间有很大的距离，导致车辆最大速度较低。如果试图用合适的齿轮减速来弥补最高速度的损失，那么加速度就会减小。本设计的发明人通过广泛的分析确定，高速电机比例(proportion)设计优于低速电机比例设计，以便获得更有利的车速范围，同时仍然保持足够的车辆加速度。因此，本发明的目标是使用高速电机比例设计，即转子叠片直接连接到转子轴的设计，同时仍然实现短的总宽度，来配置PDP动力系组件。
图2提供了根据本发明设计的动力系组件200的横截面视图，组件200实现了短的总宽度201，其中宽度201在两个恒速(即CV)接头部件205的底面203之间测量。如图所示，中空转子轴207直接连接到转子叠片堆，以便根据需要实现高速电机比例结构。虽然不是本发明所必需，但是在图2所示的优选实施例中，叠片堆包括四个叠片层209A至209D。差速齿轮组件211容纳在转子轴207内。
定子213围绕转子叠片堆。在该视图中可见的是从定子的任一端延伸的定子绕组215。图3提供了比图2更详细的定子213的横截面视图，而图4提供了定子213的一部分的垂直横截面视图。如图4所示，定子213内的槽401填充有定子线403。优选地，如图所示，定子线403具有矩形横截面。使用矩形定子线而不是圆形定子线减少了制造公差的变化。结果，定子绕组从定子任一端伸出的量，即尺寸301，小于定子线具有圆形横截面时所需的量。这又允许动力系组件的总宽度201进一步减小。
在诸如图5所示的传统PDP动力系统结构中，CV接头的从动(即，被提供动力的)部分501包括CV接头壳体503和安装轴环505。安装轴环505连接到行星齿轮组件509的行星齿轮输出轴507上。CV安装轴环505由支架轴承(carrier bearing)511支撑。
与支撑CV接头的传统方式相反，如图2和图6所示，本发明利用集成到行星齿轮组件603中的CV接头部件601。如图所示，CV接头部件601包括与CV接头部件一体形成的CV接头壳体构件605和与行星齿轮组件成一体的多个行星齿轮支架构件607。通过使行星齿轮支架与CV接头一体形成，动力系组件的总宽度201可以进一步减小。此外，作为这种布置的结果，CV接头壳体构件605可以被构造成落入由CV接头支架轴承组件611限定的平面609内，如图所示。因此，这种设计减小了动力系的宽度，同时提供了改进的CV接头支撑。图7提供了图6所示的组件的第二横截面视图，该视图包括第二CV接头壳体构件701、CV接头护套703和输出驱动轴705。
在传统的非活性磁芯电动机中，如图8所示，转子轴801由一对支架轴承803支撑。如图所示，每个轴承803的内圈805固定到转子轴上，而外圈807在壳体构件809内保持固定不动。由于这种布置，需要额外的空间来容纳轴承，该额外的空间是轴向的、径向的或两者兼有。这种布置在使用活性磁芯的电动机(即差速器构造在转子轴内(例如，见图2))中尤其成问题，因为在这种类型的布置中，需要相对较大的中空转子轴。此外，在活性磁芯电动机中，如果轴尺寸较大，这种轴承布置会限制允许的rpm速度。为了克服这些限制并实现更紧凑的动力系，本发明利用了外翻式的轴承布置。
参考图2，组件200将转子支架轴承217安装在转子轴207内部，而不是像传统的活性磁芯动力系那样将轴承安装在转子轴的外部。这消除了容纳轴承的额外体积的需要，其中该体积会影响动力系宽度201。在这种结构中，外圈219固定到转子轴上，内圈221是静止不动的，并且固定到壳体构件223上。除了最小化(如果不是完全消除的话)转子轴承对动力系宽度的影响之外，这种结构还减小了轴承的整体尺寸，从而使得可允许的rpm速度增加。
当电动机运行时，无论电动机具有活性还是非活性磁芯，各种力都会作用在转子上(例如向心力、反离心力)。由于内装有差速器的中空转子轴的尺寸，这些力在活性磁芯电机中尤其成问题。为了帮助最小化这些力对转子的影响，如图9所示，优选地，叠片层209A至209D保持在一对转子组件端板901之间。使用多个轴向安装的铆钉903将整个转子组件，即叠片层209A至209D和端板901夹紧在一起。此外，优选的转子组件使用热固性粘合剂将转子磁体905结合到相应的叠片层。铆钉903，特别是当与将转子磁体结合到叠片层的处理组合使用时，能得到非常坚固和刚性的转子组件，其能够处理高性能动力系所需的转速、温度和负载。
为了帮助理解本发明的细节，概括地描述了系统和方法。在一些情况下，没有具体示出或详细描述公知的结构、材料和/或操作，以避免模糊本发明的方面。在其他情况下，为了提供对本发明的透彻理解，给出了具体细节。相关领域的技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神或基本特征的情况下，本发明可以以其他特定形式具体实施，例如以适应特定的系统或设备或情况或材料或部件。因此，这里的公开和描述旨在说明而不是限制本发明的范围。

Claims (11)

1.一种动力系组件，其包括：
电动机，所述电动机包括：
中空转子；以及
转子叠片堆，其包含多个永磁体，其中，所述转子叠片堆围绕所述中空转子，并且其中所述转子叠片堆直接附接到所述中空转子；
差速齿轮组件，其安装在所述中空转子内，其中，连接到所述差速齿轮组件的第一输出轴从所述中空转子的第一端离开所述中空转子，其中，连接到所述差速齿轮组件的第二输出轴从所述中空转子的第二端离开所述中空转子，并且其中，所述中空转子的所述第二端远离所述中空转子的所述第一端；
第一行星齿轮组件，其连接到所述第一输出轴，其中，所述第一行星齿轮组件与所述中空转子轴同轴对齐，所述第一行星齿轮组件包括第一行星齿轮支架；
第一恒速(CV)接头部件，所述第一CV接头部件还包括第一CV接头壳体构件，其中，所述第一行星齿轮支架与所述第一CV接头部件一体形成；
第二行星齿轮组件，其连接到所述第二输出轴，其中，所述第二行星齿轮组件与所述中空转子轴同轴对齐，所述第二行星齿轮组件包括第二行星齿轮支架；以及
第二CV接头部件，所述第二CV接头部件还包括第二CV接头壳体构件，其中，所述第二行星齿轮支架与所述第二CV接头部件一体形成。
2.根据权利要求1所述的动力系组件，其还包括：
第一CV接头支架轴承组件，其中，所述第一CV接头壳体构件位于由所述第一CV接头支架轴承组件限定的平面内；以及
第二CV接头支架轴承组件，其中，所述第二CV接头壳体构件位于由所述第二CV接头支架轴承组件限定的平面内。
3.根据权利要求1所述的动力系组件，所述第一行星齿轮支架包括从所述第一CV接头壳体构件的后表面延伸的第一多个行星齿轮支架构件，并且所述第二行星齿轮支架包括从所述第二CV接头壳体构件的后表面延伸的第二多个行星齿轮支架构件。
4.根据权利要求1所述的动力系组件，还包括：
第一转子支架轴承，其安装在所述中空转子的第一部分内，其中所述第一转子支架轴承的外轴承座圈安装到内转子表面，其中所述第一转子支架轴承的内轴承座圈安装到第一动力系组件壳体构件，并且其中所述第一动力系组件壳体构件延伸到所述中空转子中；以及
第二转子支架轴承，其安装在所述中空转子的第二部分内，其中所述第二转子支架轴承的外轴承座圈安装到所述内转子表面，其中所述第二转子支架轴承的内轴承座圈安装到第二动力系组件壳体构件，并且其中所述第二动力系组件壳体构件延伸到所述中空转子中。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的动力系组件，所述电动机还包括具有多个槽的定子，其中多个绕组占据所述多个槽，所述多个绕组包括具有矩形横截面的定子线。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的动力系组件，所述转子叠片堆还包括：
多个叠片层；以及
多个铆钉，所述多个叠片层用所述多个铆钉夹紧在一起。
7.根据权利要求6所述的动力系组件，所述转子叠片堆还包括第一转子组件端板和第二转子组件端板，所述多个叠片层设置所述第一和第二转子组件端板之间，并且其中所述多个铆钉将所述第一转子组件端板、所述多个叠片层和所述第二转子组件端板夹紧在一起。
8.一种动力系组件，包括：
电动机，所述电动机包括：
中空转子；
转子叠片堆，其包含多个永磁体，其中，所述转子叠片堆围绕所述中空转子，并且其中，所述转子叠片堆直接附接到所述中空转子；以及
定子，其具有多个槽，其中，多个绕组占据所述多个槽；
差速齿轮组件，其安装在所述中空转子内，其中，连接到所述差速齿轮组件的第一输出轴从所述中空转子的第一端离开所述中空转子，其中，连接到所述差速齿轮组件的第二输出轴从所述中空转子的第二端离开所述中空转子，并且其中，所述中空转子的所述第二端远离所述中空转子的所述第一端；
第一行星齿轮组件，其连接到所述第一输出轴，其中，所述第一行星齿轮组件与所述中空转子轴同轴对齐；
第一CV接头部件，所述第一CV接头部件还包括第一CV接头壳体构件和从所述第一CV接头壳体构件的后表面延伸的第一多个行星齿轮支架构件，其中，所述第一多个行星齿轮支架构件对应于所述第一行星齿轮组件；
第一CV接头支架轴承组件，其中，所述第一CV接头部件的一部分位于由所述第一CV接头支架轴承组件限定的平面内；
第二行星齿轮组件，其连接到所述第二输出轴，其中，所述第二行星齿轮组件与所述中空转子轴同轴对齐；
第二CV接头部件，所述第二CV接头部件还包括第二CV接头壳体构件和从所述第二CV接头壳体构件的后表面延伸的第二多个行星齿轮支架构件，其中，所述第二多个行星齿轮支架构件对应于所述第二行星齿轮组件；以及
第二CV接头支架轴承组件，其中，所述第二CV接头部件的一部分位于由所述第二CV接头支架轴承组件限定的平面内。
9.根据权利要求8所述的动力系组件，其还包括：
第一转子支架轴承，其安装在所述中空转子的第一部分内，其中，所述第一转子支架轴承的外轴承座圈连接到内转子表面，其中，所述第一转子支架轴承的内轴承座圈连接到第一动力系组件壳体构件，并且其中，所述第一动力系组件壳体构件延伸到所述中空转子中；以及
第二转子支架轴承，其安装在所述中空转子的第二部分内，其中，所述第二转子支架轴承的外轴承座圈连接到所述内转子表面，其中，所述第二转子支架轴承的内轴承座圈连接到第二动力系组件壳体构件，并且其中，所述第二动力系组件壳体构件延伸到所述中空转子中。
10.根据权利要求8和9中任一项所述的动力系组件，所述多个绕组包括具有矩形横截面的定子线。
11.根据权利要求8和9中任一项所述的动力系组件，所述转子叠片堆还包括：
多个叠片层；
第一转子组件端板；
第二转子组件端板，所述多个叠片层设置在所述第一和第二转子组件端板之间；以及
多个铆钉，其中，所述多个铆钉将所述第一转子组件端板、所述多个叠片层和所述第二转子组件端板夹紧在一起。
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