CN111332113A - 一种电动车双电机行星轮系无级变速电驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动车双电机行星轮系无级变速电驱动系统，包括一级齿轮减速机构、二级齿轮减速机构；一级齿轮减速机构包括行与主驱动电机(1)连接的星轮系减速机构和与副驱动电机(11)连接的外啮合齿轮减速机构；行星轮系减速机构的齿圈与外啮合齿轮减速机构的外啮合从动齿轮相连接形成一体化结构(5)；行星轮系减速机构的行星架(7)与二级齿轮减速机构连接，二级齿轮减速机构与差速器(10)连接。从而实现驱动电机的转速、扭矩、高效区最优化匹配，可以满足车辆加速性和最高车速的要求，实现电驱动系统高效化，最大限度的提高续航里程，并且动力变化过程连续无间断，为车辆提供了良好的舒适性。

Description

一种电动车双电机行星轮系无级变速电驱动系统
技术领域
本发明涉及汽车变速装置技术领域，尤其涉及一种电动车双电机行星轮系无级变速电驱动系统。
背景技术
新能源汽车的驱动系统一般由电机和减速机构组成。电机将电能转化为机械能为车辆提供动力，再通过减速机构将电机的转速降低，同时将电机的输出扭矩放大，实现减速增扭的作用。从而保证车辆具有良好的动力性和经济性。
传统结构的电驱动系统一般采用单一电机和固定速比的减速器构成。此种结构的最大问题在于车辆的加速性能和最高车速受到电机功率和减速器速比的限制，即速比设计小，可以使车辆最高车速提高，但致使车辆的加速性能降低，往往导致起步动力不足、爬坡角度小等问题；速比设计大，虽然可以提升车辆的加速性，满足起步时的动力和爬坡动力，但车辆的最高车速受限。
如果为了同时满足越来越高的加速性和最高车速需求，而不断增加电机功率，又会造成电机设计较困难，例如高速大扭矩轴承的承载能力极限，油封的可靠密封极限，电机的发热极限，电机的机械强度不足，大功率功率电子成本提高等等，一系列的可靠性、性能和成本问题阻碍了电机功率的进一步提高。故两者不能兼得。同时，固定速比也使电机不能始终处于一个较高的效率区间，不利于能耗的降低。
目前，纯电动汽车受限于充电设施不完善、高速巡航续驶里程短、充电时间长等因素，导致绝大部分用户的使用集中在了城市里，因此降低了对车辆最高车速和高速巡航续驶里程的需求。传统结构的电驱动系统恰好能在使成本最低的情况下满足目前的使用需求。但是，随着充电设施的完善，电池成本的降低以及快充技术的发展，纯电动汽车也将会越来越多的驶出城市、驶上高速，届时对于电驱动系统的需求也将大大提高。
发明内容
基于现有技术中存在的问题，本发明提供一种电动车双电机行星轮系无级变速电驱动系统，旨在解决加速性与最高车速的矛盾，同时优化电机功率的使用区间，提升效率。
一种电动车双电机行星轮系无级变速电驱动系统，包括：主驱动电机、副驱动电机、一级齿轮减速机构、二级齿轮减速机构以及差速器；
一级齿轮减速机构包括行星轮系减速机构和外啮合齿轮减速机构；行星轮系减速机构与主驱动电机连接，外啮合齿轮减速机构与副驱动电机连接；
行星轮系减速机构的齿圈与外啮合齿轮减速机构的外啮合从动齿轮相连接形成一体化结构；
行星轮系减速机构的行星架与二级齿轮减速机构连接，二级齿轮减速机构与差速器连接。
进一步的，行星轮系减速机构还包括行星轮、与行星轮啮合连接的太阳轮；行星轮连接行星架，行星轮的外部与一体化结构的齿圈啮合连接；太阳轮固定连接在主驱动电机的主转子的右输出轴上。
进一步的，外啮合齿轮减速机构还包括外啮合主动齿轮，外啮合主动齿轮与一体化结构的外啮合从动齿轮啮合连接；
外啮合主动齿轮固定连接在副驱动电机的副转子的左输出轴上。
进一步的，二级齿轮减速机构包括二级减速主动齿轮和二级减速从动齿轮，二级减速主动齿轮与行星架连接，并与二级减速从动齿轮啮合连接；
二级减速从动齿轮与差速器连接。
进一步的，太阳轮和主转子由第一左轴承和第一右轴承支撑，第一左轴承设置在主转子的左输出轴，第一右轴承设置在主转子的右输出轴且位于太阳轮和主转子之间。
进一步的，一体化结构由第二左轴承和第二右轴承支撑。
进一步的，外啮合主动齿轮和副转子由第三左轴承和第三右轴承支撑，第三右轴承设置在副转子的右输出轴，第三左轴承设置在副转子的左输出轴且位于外啮合主动齿轮和副转子之间。
进一步的，行星架和二级减速主动齿轮由第四左轴承和第四右轴承支撑，第四左轴承设置在行星架上且位于二级减速主动齿轮的左方，第四右轴承设置在行星架上且位于二级减速主动齿轮的右方。
进一步的，差速器由第五左轴承和第五右轴承支撑。
进一步的，主驱动电机、副驱动电机、一级齿轮减速机构、二级齿轮减速机构以及差速器设置在壳体内部。
本发明的有益技术效果是：本发明提供一种电动车双电机行星轮系无级变速电驱动系统，其核心在两级减速平行轴结构，主要包括两个驱动电机，由行星轮系减速机构和外啮合齿轮减速机构形成一级齿轮减速机构，以及一组二级齿轮减速机构。
其中，通过行星轮系减速机构和外啮合齿轮减速机构的组合，以及两台驱动电机协调控制，实现在较大速比范围间的无极变速。从而实现电机的转速、扭矩、高效区最优化匹配，可以满足车辆加速性和最高车速的要求，实现电驱动系统高效化，最大限度的提高续航里程，并且动力变化过程连续无间断，为车辆提供了良好的舒适性。
同时行星机构构成的变速机构，结构紧凑，利于布置等优点。
附图说明
图1为本发明的电驱动系统的具体实施方式结构示意图。
其中1-主驱动电机，2-主转子，3-太阳轮，4-行星轮，5-一体化结构；
7-行星架，8-二级减速主动齿轮，9-二级减速从动齿轮，10-差速器；
6-外啮合主动齿轮；11-副驱动电机，12-副转子；
13-第一左轴承，14-第一右轴承，15，-第二左轴承，16-第二右轴承，17-第四左轴承，18-第四右轴承，19-第五左轴承，20-第五右轴承，21-第三左轴承，22-第三右轴承，23-壳体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
参见图1，一种电动车双电机行星轮系无级变速电驱动系统，包括：主驱动电机(1)、副驱动电机(11)、一级齿轮减速机构、二级齿轮减速机构以及差速器(10)。
一级齿轮减速机构包括行星轮系减速机构和外啮合齿轮减速机构。
行星轮系减速机构与主驱动电机(1)连接，外啮合齿轮减速机构与副驱动电机(11)连接。
行星轮系减速机构的齿圈与外啮合齿轮减速机构的外啮合从动齿轮相连接形成一体化结构(5)。
行星轮系减速机构的行星架(7)与二级齿轮减速机构连接，二级齿轮减速机构与差速器(10)连接。
其中，主驱动电机(1)可以是直流电机、交流电机、永磁电机、感应电机、开关磁阻电机等中任何一种驱动电机，用于产生驱动转矩，在电动车辆中用于驱动车轮行驶。副驱动电机(11)可以是直流电机、交流电机、永磁电机、感应电机、开关磁阻电机等中任何一种驱动电机，用于产生驱动转矩，用于对齿圈调速。
进一步的，星轮系减速机构还包括行星轮(4)、与行星轮(4)啮合连接的太阳轮(3)。
太阳轮(3)与行星轮(4)常啮合，行星轮(4)和一体化结构(5)的齿圈常啮合，各齿轮始终相互啮合，换挡时无需滑移齿轮，能够保证换档或加速过程平稳。
行星轮(4)连接行星架(7)，行星轮(4)的外部与一体化结构(5)的齿圈啮合连接；太阳轮(3)固定连接在主驱动电机(1)的主转子(2)的右输出轴上。
主驱动电机(1)驱动主转子(2)转动，主转子(2)带动太阳轮(3)转动，作为行星轮系减速机构的动力输入。
进一步的，外啮合齿轮减速机构还包括外啮合主动齿轮(6)，外啮合主动齿轮(6)与一体化结构(5)的外啮合从动齿轮啮合连接；外啮合主动齿轮(6)固定连接在副驱动电机(11)的副转子(12)的左输出轴上。
副驱动电机(11)驱动副转子(12)转动，副转子(12)带动外啮合主动齿轮(6)转动。
进一步的，二级齿轮减速机构包括二级减速主动齿轮(8)和二级减速从动齿轮(9)，二级减速主动齿轮(8)与行星架(7)连接，并与二级减速从动齿轮(9)啮合连接；二级减速从动齿轮(9)与差速器(10)连接。
在本发明中，整个减速装置在工作的过程中，主驱动电机(1)将动力通过主转子(2)传递至连接于主转子(2)上的太阳轮(3)，太阳轮(3)将动力传递给与之啮合的行星轮(4)，行星轮(4)通过行星架(7)将动力输出传递给二级减速主动齿轮(8)，二级减速主动齿轮(8)再将动力传递给与之啮合的二级减速从动齿轮(9)，二级减速从动齿轮(9)继续将动力传输给差速器(10)，差速器(10)两端通过传动轴连接左右车轮。在此过程中，副驱动电机(11)将动力通过副转子(12)传递至连接于副转子(2)上的外啮合主动齿轮(6)，外啮合主动齿轮(6)将动力传递给与之啮合的外啮合从动齿轮，由于外啮合从动齿轮与行星轮(4)的齿圈形成一体化结构(5)，从而驱动电机(11)能够对主驱动电机(1)输出的动力进行调速。
进一步的，太阳轮(3)和主转子(2)由第一左轴承(13)和第一右轴承(14)支撑，第一左轴承(13)设置在主转子(2)的左输出轴，第一右轴承(14)设置在主转子(2)的右输出轴且位于太阳轮(3)和主转子(2)之间。
进一步的，一体化结构(5)由第二左轴承(15)和第二右轴承(16)支撑。
进一步的，外啮合主动齿轮(6)和副转子(12)由第三左轴承(21)和第三右轴承(22)支撑，第三右轴承(22)设置在副转子(12)的右输出轴，第三左轴承(21)设置在副转子(12)的左输出轴且位于外啮合主动齿轮(6)和副转子(12)之间。
进一步的，行星架(7)和二级减速主动齿轮(8)由第四左轴承(17)和第四右轴承(18)支撑，第四左轴承(17)设置在行星架(7)上且位于二级减速主动齿轮(8)的左方，第四右轴承(18)设置在行星架(7)上且位于二级减速主动齿轮(8)的右方。
进一步的，差速器(10)由第五左轴承(19)和第五右轴承(20)支撑。
进一步的，主驱动电机(1)、副驱动电机(11)、一级齿轮减速机构、二级齿轮减速机构以及差速器(10)设置在一壳体(23)内部。
本发明的装置，结构紧凑，简单。
在本发明的电动车双电机行星轮系无级变速电驱动系统中，通过上述结构，其核心在于行星轮系减速机构的齿圈与外啮合齿轮减速机构的外啮合从动齿轮相连接形成一体化结构(5)，通过这样的组合使副驱动电机(11)具备对齿圈的调速功能，通过副驱动电机(11)对齿圈的调速使作为动力输出的行星架(7)与动力输入的太阳轮(3)之间的速比可以连续改变。
行星轮系减速机构的行星架(7)与二级齿轮减速机构的二级减速主动齿轮(8)相连接，将动力直接传递给二级齿轮减速机构的二级减速主动齿轮(8)。
上述一组二级齿轮减速机构的二级减速从动齿轮(9)与差速器(10)相连接，动力再由二级减速齿轮的二级减速从动齿轮(9)传递给差速器(10)，并通过差速器输出给车轮。
调控过程具体为：主转子(2)驱动太阳轮(3)转动，副转子(12)驱动外啮合主动齿轮(6)转动，外啮合主动齿轮(6)驱动外啮合从动齿轮和齿圈的一体化结构(5)，使齿圈转动，通过协调控制主驱动电机(1)和副驱动电机(11)的转速，使行星架(7)转动，并得到连续可变的速比，再通过二级减速主动齿轮(8)与二级减速从动齿轮(9)的进一步减速，达到车辆需求的速比范围，最后动力由差速器(10)输出给车轮。
本发明提供一种电动车双电机行星轮系无级变速电驱动系统，其核心在两级减速平行轴结构，包括两个驱动电机，行星轮系减速机构，外啮合齿轮减速机构和二级齿轮减速机构的系统。使本发明的一级减速机构具备了无级变速的功能。
无极变速可以解决车辆加速性和最高车速不能同时满足的问题。能够实现电机的转速、扭矩、高效区最优化匹配，可以满足车辆加速性和最高车速的要求。
扭矩是使物体发生转动的力。在功率固定的条件下它与转速成反比关系，它反映了车辆在一定范围内的负载能力。例如车辆启动时或在或在山区行驶时，扭矩越高，车辆运行的反应便越好。扭矩输出越大承载量越大，加速性能越好，爬坡能力越强，换挡次数越少，对车辆的磨损也会相对的减少。
由于本系统核心采用行星轮系作为变速装置，相比传统电动车定速比减速器，其可实现低速高扭大速比，高速低扭小速比的变速比功能，可以减小电机低速时扭矩过载需求，减小高速时转速过载需求，有利于电机本体设计，有利于电机成本的控制，减小电机的运行区域，最大化优化电机工作高效区域，提高电驱动系统效率，增加整车续航里程。
相对于两档速比减速器或者多档速比减速而言，利用双电机和行星轮系进行转速转矩控制，其可实现速比的连续变化，实现无极变速功能，无动力中断，具有更高舒适性。同时行星机构变速机构，结构紧凑，利于布置等优点。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电动车双电机行星轮系无级变速电驱动系统，其特征在于，包括：主驱动电机(1)、副驱动电机(11)、一级齿轮减速机构、二级齿轮减速机构以及差速器(10)；
所述一级齿轮减速机构包括行星轮系减速机构和外啮合齿轮减速机构；所述行星轮系减速机构与所述主驱动电机(1)连接，所述外啮合齿轮减速机构与所述副驱动电机(11)连接；
所述行星轮系减速机构的齿圈与所述外啮合齿轮减速机构的外啮合从动齿轮相连接形成一体化结构(5)；
所述行星轮系减速机构的行星架(7)与所述二级齿轮减速机构连接，所述二级齿轮减速机构与所述差速器(10)连接。
2.如权利要求1所述的一种电动车双电机行星轮系无级变速电驱动系统，其特征在于，所述行星轮系减速机构还包括行星轮(4)、与所述行星轮(4)啮合连接的太阳轮(3)；
所述行星轮(4)连接所述行星架(7)，所述行星轮(4)的外部与所述一体化结构(5)的齿圈啮合连接；
所述太阳轮(3)固定连接在所述主驱动电机(1)的主转子(2)的右输出轴上。
3.如权利要求1所述的一种电动车双电机行星轮系无级变速电驱动系统，其特征在于，外啮合齿轮减速机构还包括外啮合主动齿轮(6)，所述外啮合主动齿轮(6)与所述一体化结构(5)的外啮合从动齿轮啮合连接；
外啮合主动齿轮(6)固定连接在所述副驱动电机(11)的副转子(12)的左输出轴上。
4.如权利要求1所述的一种电动车双电机行星轮系无级变速电驱动系统，其特征在于，所述二级齿轮减速机构包括二级减速主动齿轮(8)和二级减速从动齿轮(9)，所述二级减速主动齿轮(8)与所述行星架(7)连接，并与所述二级减速从动齿轮(9)啮合连接；
所述二级减速从动齿轮(9)与所述差速器(10)连接。
5.如权利要求2所述的一种电动车双电机行星轮系无级变速电驱动系统，其特征在于，所述太阳轮(3)和所述主转子(2)由第一左轴承(13)和第一右轴承(14)支撑，所述第一左轴承(13)设置在所述主转子(2)的左输出轴，所述第一右轴承(14)设置在所述主转子(2)的右输出轴且位于所述太阳轮(3)和所述主转子(2)之间。
6.如权利要求1所述的一种电动车双电机行星轮系无级变速电驱动系统，其特征在于，所述一体化结构(5)由第二左轴承(15)和第二右轴承(16)支撑。
7.如权利要求3所述的一种电动车双电机行星轮系无级变速电驱动系统，其特征在于，所述外啮合主动齿轮(6)和所述副转子(12)由第三左轴承(21)和第三右轴承(22)支撑，所述第三右轴承(22)设置在所述副转子(12)的右输出轴，所述第三左轴承(21)设置在所述副转子(12)的左输出轴且位于所述外啮合主动齿轮(6)和所述副转子(12)之间。
8.如权利要求4所述的一种电动车双电机行星轮系无级变速电驱动系统，其特征在于，所述行星架(7)和所述二级减速主动齿轮(8)由第四左轴承(17)和第四右轴承(18)支撑，所述第四左轴承(17)设置在所述行星架(7)上且位于所述二级减速主动齿轮(8)的左方，所述第四右轴承(18)设置在所述行星架(7)上且位于所述二级减速主动齿轮(8)的右方。
9.如权利要求1所述的一种电动车双电机行星轮系无级变速电驱动系统，其特征在于，差速器(10)由第五左轴承(19)和第五右轴承(20)支撑。
10.如权利要求1所述的一种电动车双电机行星轮系无级变速电驱动系统，其特征在于，所述主驱动电机(1)、副驱动电机(11)、一级齿轮减速机构、二级齿轮减速机构以及差速器(10)设置在壳体(23)内部。
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