CN111391646A - 一种带行星减速器的双电机嵌套式行星混联机电一体化系统 - Google Patents

一种带行星减速器的双电机嵌套式行星混联机电一体化系统 Download PDF

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Abstract

一种带行星减速器的双电机嵌套式行星混联机电一体化系统，包括壳体、减速行星排、输出轴、后轴承及油封、解耦行星排、连接臂、支撑臂、支撑臂轴承、输入轴、前轴承及油封、空心轴、ISG电机定子、ISG电机转子、主驱电机定子、主驱电机定子。主驱电机定子、ISG电机定子分别与壳体固定。主驱电机定子、主驱电机转子、ISG电机定子为圆筒形结构，ISG电机转子为圆柱形结构，主驱电机定子、ISG电机定子分别与壳体固定。本发明结构紧凑，轻量化效果突出；降低成本、提高系统效率；提高部件NVH特性及可靠性。

Description

一种带行星减速器的双电机嵌套式行星混联机电一体化系统
技术领域
本发明属于汽车零部件技术领域，具体涉及一种带行星减速器的双电机嵌套式行星混联机电一体化系统。
背景技术
随着汽车工业的快速发展，“节能”“减排”已成为汽车工业发展的主旋律。混合动力系统作为传统动力向新能源动力过渡的一种中间产物，其节能效果突出，同时兼顾使用便利性和驾驶者习惯，已成为当前汽车发展的既要技术方案。
混合动力按照其结构原理分为串联式混合动力、并联式混合动力、混联式混合动力三种，其中混联式混合动力通过发动机、主驱电机、ISG电机的灵活控制，可是实现纯电行驶、联合驱动、制动能量回收、发动机扭矩调节等运行模式，兼顾串联式、并联式两种原理构型优点，受到零部件厂家及整车企业高度关注。混联式混合动力系统一般有电动发电一体机、主驱电机、耦合系统等组成，根据耦合系统的结构类型，分为开关混联式、行星混联式两种，其中行星混联式混合动力系统利用行星排运动特性，通过发动机、电动发电一体机、主驱电机的协调控制，在满足驾驶动力请求的基础上实现发动机转速及扭矩的充分解耦，使发动机运行于经济区间以达到较高的燃油经济性。丰田公司的行星混联系统已成为当前世界上普及率最高的混合动力系统。基于行星排的电控无极变速机电一体化系统是行星混联式混合动力系统的核心部件，其性能优劣直接关系混合动力整车的燃油经济系、动力性及舒适性。
混联式混合动力是混合动力的一种重要原理构型，其通过发动机、主驱电机、ISG电机的灵活控制，可是实现纯电行驶、联合驱动、制动能量回收、发动机扭矩调节等运行模式，兼顾串联式、并联式两种原理构型优点，受到零部件厂家及整车企业高度关注。常见的混联式混合动力系统有开关混联式、行星混联式两种，其中行星混联式混合动力系统通过行星排的运动特性可实现发动机转速及扭矩的较为充分的双解耦，成为混联式混合动力重要发展方向。以丰田公司为代表的行星混联式混合动力系统已成为世界上普及率最高的混联式混合动力系统。
基于行星排的电控无极变速机电一体化系统是行星混联式混合动力系统的核心部件，常规的行星混联无级变速机电一体化系统通常为双电机并排或者旁轴布置，其中双电机并排布置时，系统轴向尺寸较长、体积较大、功率密度相对较轻；双电机旁轴布置时旁轴电机通常使用齿轮或者皮带传递，系统径向尺寸大、功率密度低、传递效率较低、存在径向不平衡力等。车辆行驶过程中通常需要较大的驱动扭矩，传统的主驱电机直接驱动的方案需要使用大扭矩输出的电机，大扭矩输出的电机将带来扭成本及体积的增加，不满足动力系统的高效、轻量化要求。使用减速器可实现电动机的减速增扭，同时高转速低扭矩动力电机的功率密度及体积将大幅降低，传统的平行轴式减速机构将存在径向不平衡力，同时体积将有所增大。
发明内容
针对现有技术中基于传统的行星排的电控无极变速机电一体化系统存在尺寸较大、功率密度较低、系统效率相对较低等问题，本发明提供一种结构结构紧凑、功率密度大、系统效率高的带行星减速器的双电机嵌套式行星混联机电一体化系统。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种带行星减速器的双电机嵌套式行星混联机电一体化系统，包括壳体、减速行星排齿圈、减速行星排行星轮、减速行星排行星架、减速行星排太阳轮、输出轴、后轴承及油封、减速行星排太阳轮支撑轴承、解耦行星排齿圈架、解耦行星排行星架、连接臂、支撑臂、解耦行星排行星轮、解耦行星排太阳轮、后空心轴支撑轴承、支撑臂轴承、空心轴支撑轴承、输入轴、前轴承及油封、前空心轴支撑轴承、空心轴、ISG电机转子、ISG电机定子、主驱电机转子、主驱电机定子。
所述主驱电机定子与主驱电机转子组成主驱电机，所述ISG电机转子与ISG电机定子组成ISG电机。
所述主驱电机定子、主驱电机转子、ISG电机定子为圆筒形结构，ISG电机转子为圆柱形结构。
所述主驱电机定子、ISG电机定子分别与壳体固定。
所述解耦行星排齿圈、解耦行星排行星轮、解耦行星排太阳轮组成解耦行星排。
所述减速行星排齿圈、减速行星排行星轮、减速行星排太阳轮组成减速行星排。
所述解耦行星排行星轮经解耦行星排行星架与细长型输入轴相连。
所述解耦行星排太阳轮经空心轴与ISG电机转子相连。
所述壳体内部部件通过内部油液的搅油飞溅实现冷却及润滑。
进一步地，所述主驱电机、ISG电机为永磁同步电机。
进一步地，所述主驱电机定子内包括但不局限于相线绕组、定子铁芯、定子冷却水道等。
进一步地，所述主驱电机、ISG电机一端设置有各自的旋转编码器，旋转编码器的运动部件与其转子部分固定，旋转编码器的固定端与其定子部分固定。
进一步地，所述主驱电机转子安装在主驱电机定子内部，两者之间径向间隙为主驱电机气隙间隙。
进一步地，所述主驱电机转子圆筒形结构内部空间径向尺寸大于ISG电机定子的外径。
进一步地，所述ISG电机转子安装在圆筒形ISG电机定子内部。
进一步地，所述ISG电机定子在圆筒形主驱电机转子内部。
进一步地，所述主驱电机、ISG电机各自相线经壳体到系统外部，与适配的逆变器相连。
进一步地，所述主驱电机的转子一侧与支撑臂相连，所述支撑臂与减速行星排的太阳轮相连。
进一步地，所述减速行星排的行星架中心处与输出轴相连，所述输出轴与解耦行星排的齿圈架相连，所述解耦行星排的齿圈架与解耦行星排齿圈相连。
进一步地，所述减速行星排齿圈与壳体相连。
进一步地，所述减速行星排太阳轮与输出轴之间布置有支撑轴承。
进一步地，所述输出轴与壳体连接通过后轴承及油封支撑及连接。
进一步地，所述输入轴与壳体通过前轴承及油封支撑、密封及连接。
进一步地，所述输入轴穿过空心轴，所述输入轴前、后两端分别布置有前空心轴内支撑轴承和后空心轴内支撑轴承。
进一步地，空心轴与壳体通过空心轴外支撑轴承支撑及相连。
进一步地，支撑臂与空心轴通过支撑臂轴承支撑及连接。
进一步地，壳体上还可包括但不局限于油液加注口、油液进口、油液出口；优选使用外部滤清器及机油泵进行油液过滤及循环。
本发明的有益效果为：
1.主驱电机转子与减速行星排太阳轮相连，扭矩经减速行星排行星架至输出轴，其结构紧凑，相对于使用平行轴式的减速机构，无径向不平衡力，且同轴共用壳体布置，轻量化效果突出。
2.主驱电机通过减速行星排的减速增扭作用之后输出扭矩将大大提升，系统可选择小扭矩高转速的主驱电机以优化成本、提高系统效率。
3.主驱电机为圆筒形结构，ISG电机嵌套在其内部，较双电机并排布置方式大大缩短了轴向尺寸。
4.主驱电机、ISG电机、解构行星排、减速行星排共用一套壳体，结构紧凑，轻量化，提高系统级别功率密度。
5.主驱电机、ISG电机通过壳体内部油液进行冷却，接触面积大，冷却效率高；
6.主驱电机、ISG电机还可在定子内部布置有水道，使用循环冷却液进行冷却。
7.心轴与输入轴嵌套结构内部的前后端设置有支承轴承，保证传动轴及其相互连接的部件的同轴度，提高部件NVH特性及可靠性。
8.主驱电机转子及齿圈之间有支架臂结构，支架臂通过支撑轴承与空心轴连接，同时起到轴向限位作用，同时保证主驱电机气隙尺寸。
附图说明
图1为本发明剖面结构简图；
图2为本发明实施例结构简图。
附图标记：1-壳体、2-减速行星排齿圈、3-减速行星排行星轮、4-减速行星排行星架、5-减速行星排太阳轮、6-输出轴、7-后轴承及油封、8-减速行星排太阳轮支撑轴承、9-解耦行星排齿圈架、10-解耦行星排行星架、11-连接臂、12-支撑臂、13-解耦行星排行星轮、14-解耦行星排太阳轮、15-后空心轴内支撑轴承、16-支撑臂轴承、17-空心轴支撑轴承、18-输入轴、19-前轴承及油封、20-前空心轴内支撑轴承、21-空心轴、22-ISG电机转子、23-ISG电机定子、24-主驱电机转子、25-主驱电机定子、26-动力电池、27-高压配电箱、28-主驱电机逆变器、29-ISG电机逆变器、30-高压线束；31-发动机，32-扭矩减震器输入端，33-扭矩减震器输出端，34-主减速器，35-驱动桥，36-解耦行星排齿圈，37-飞轮输出端，38-传动轴。
具体实施方式
为了便于理解，下面结合附图，通过实施例，对本发明技术方案作进一步具体描述：
如图1和图2所示，一种带行星减速器的双电机嵌套式行星混联机电一体化系统，包括壳体1、减速行星排齿圈2、减速行星排行星轮3、减速行星排行星架4、减速行星排太阳轮5、输出轴6、后轴承及油封7、减速行星排太阳轮支撑轴承8、解耦行星排齿圈架9、解耦行星排行星架10、连接臂11、支撑臂12、解耦行星排行星轮13、解耦行星排太阳轮14、后空心轴支撑轴承15、支撑臂轴承16、空心轴支撑轴承17、输入轴18、前轴承及油封19、前空心轴支撑轴承20、空心轴21、ISG电机转子22、ISG电机定子23、主驱电机转子24、主驱电机定子25、动力电池26、高压配电箱27、主驱电机逆变器28、ISG电机逆变器29、发动机31和高压线束30。
主驱电机定子25与主驱电机转子24组成主驱电机，ISG电机转子22与ISG电机定子23组成ISG电机；优选主驱电机和ISG电机为永磁同步电机。
主驱电机定子25内包括但不局限于相线绕组、定子铁芯、定子冷却水道等。
主驱电机和ISG电机一端设置有各自的旋转编码器，旋转编码器的运动部件与其转子部分固定，旋转编码器的固定端与其定子部分固定。
其中主驱电机定子25、主驱电机转子24为圆筒形结构，ISG电机定子23为圆筒形结构，ISG电机转子22为圆柱形结构。
主驱电机转子24安装在主驱电机定子25内部，两者之间径向间隙为主驱电机气隙间隙。
主驱电机转子24圆筒形结构内部空间径向尺寸大于ISG电机定子23的外径。
ISG电机转子22安装在圆筒形ISG电机定子23内部。
ISG电机定子23在圆筒形主驱电机转子24内部。
主驱电机定子25和ISG电机定子23分别与壳体1固定。
主驱电机和ISG电机各自相线经壳体1到系统外部，与适配的逆变器相连。
其中解耦行星排齿圈36、解耦行星排行星轮13和解耦行星排太阳轮14组成解耦行星排。
减速行星排齿圈2、减速行星排行星轮3和减速行星排太阳轮5组成减速行星排。
主驱电机的转子一侧与支撑臂12相连，支撑臂12与减速行星排太阳轮5相连。
减速行星排行星架4中心处与输出轴6相连，输出轴6与解耦行星排齿圈架9相连，解耦行星排齿圈架9与解耦行星排齿圈36相连。
减速行星排齿圈2与壳体1相连。
减速行星排太阳轮5与输出轴6之间布置有减速行星排太阳轮支撑轴承8。
输出轴6与壳体1连接通过后轴承及油封7支撑及连接。
解耦行星排行星轮13经解耦行星排行星架10与细长型输入轴18相连。
输入轴18与壳体1通过前轴承及油封19支撑、密封及连接。
解耦行星排太阳轮14经空心轴21与ISG电机转子22相连。
输入轴18穿过空心轴21，内部布置有后空心轴内支撑轴承15和前空心轴内支撑轴承20。
空心轴21与壳体1通过空心轴支撑轴承17支撑及相连。
支撑臂12与空心轴21通过支撑臂轴承16支撑及连接。
壳体1内部部件通过内部油液的搅油飞溅实现冷却及润滑。
壳体1上还可包括但不局限于油液加注口、油液进口、油液出口；优选使用外部滤清器及机油泵进行油液过滤及循环。
发动机31的飞轮输出端37与扭矩减震器输入端32相连，扭转减震器的输出端33与系统的输入轴18相连，扭转减震器可吸收及过滤发动机1的震动，将动力平顺的传递至系统的前输入端。
系统的输出轴6与传动轴38相连，传动轴38与驱动桥35的主减速器输入端相连；传动轴38还包括但不局限于万向节、花键等，优选使用球笼式等速万向节、十字节式万向节。
动力电池26的正负极端与高压配电箱27的正负极使用高压线束30连接。
高压配电箱27内部包括但不局限于高压接触器、高压熔断器、高压控制单元、绝缘监测模块和电流传感器等。高压接触器及高压熔断器组成高压配电分路。
动力电池26电能经高压配电箱27内部对应的高压配电分路，输出主驱动电机逆变器直流供电至主驱动电机逆变器28、输出ISG电机逆变器直流供电至ISG电机逆变器29。
ISG电机逆变器29与ISG电机定子23的绕组通过三相高压线相连，ISG电机的旋转编码器、温度传感器等通过低压线束与ISG电机逆变器29相连，ISG电机逆变器29接收到外部控制指令，通过三相高压线控制ISG电机响应外部指令，同时通过旋转编码器、温度传感器等反馈ISG电机运行状态。
主驱动电机逆变器28与主驱动电机定子25的绕组通过三相高压线相连，主驱动电机的旋转编码器、温度传感器等通过低压线束与主驱动电机逆变器28相连，主驱动电机逆变器28接收到外部控制指令，通过三相高压线控制主驱动电机响应外部指令，同时通过旋转编码器、温度传感器等反馈主驱动电机运行状态。
上述实施例只是对本发明技术方案的举例说明或解释，而不应理解为对本发明技术方案的限制，显然，本领域的技术人员可对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也包含这些修改和变型在内。

Claims (10)

1.一种带行星减速器的双电机嵌套式行星混联机电一体化系统，包括壳体、减速行星排齿圈、减速行星排行星轮、减速行星排行星架、减速行星排太阳轮、输出轴、后轴承及油封、减速行星排太阳轮支撑轴承、解耦行星排齿圈架、解耦行星排行星架、连接臂、支撑臂、解耦行星排行星轮、解耦行星排太阳轮、后空心轴支撑轴承、支撑臂轴承、空心轴支撑轴承、输入轴、前轴承及油封、前空心轴支撑轴承、空心轴、ISG电机转子、ISG电机定子、主驱电机转子、主驱电机定子。
2.根据权利要求1所述的带行星减速器的双电机嵌套式行星混联机电一体化系统，其特征在于：所述主驱电机定子、主驱电机转子、ISG电机定子为圆筒形结构，ISG电机转子为圆柱形结构，所述主驱电机定子、ISG电机定子分别与壳体固定，所述解耦行星排行星轮经解耦行星排行星架与输入轴相连，所述解耦行星排太阳轮经空心轴与ISG电机转子相连。
3.根据权利要求2所述的带行星减速器的双电机嵌套式行星混联机电一体化系统，其特征在于：所述输入轴位于所述空心轴内部，所述输入轴前后两端分别布置有前空心轴内支撑轴承和后空心轴内支撑轴承。
4.根据权利要求3所述的带行星减速器的双电机嵌套式行星混联机电一体化系统，其特征在于：所述主驱电机转子安装在主驱电机定子内部，所述ISG电机转子安装在圆筒形ISG电机定子内部，所述ISG电机定子在圆筒形主驱电机转子内部。
5.根据权利要求4所述的带行星减速器的双电机嵌套式行星混联机电一体化系统，其特征在于：所述解耦行星排齿圈经所述解耦行星排齿圈架与所述输出轴连接。
6.根据权利要求5所述的带行星减速器的双电机嵌套式行星混联机电一体化系统，其特征在于：所述主驱电机转子与所述支撑臂连接，所述支撑臂通过所述连接臂与所述减速行星排太阳轮连接。
7.根据权利要求6所述的带行星减速器的双电机嵌套式行星混联机电一体化系统，其特征在于：所述减速行星排行星架与输出轴之间通过轴承支撑，同时轴承内侧布置有油封。
8.根据权利要求7所述的带行星减速器的双电机嵌套式行星混联机电一体化系统，其特征在于：所述空心轴的外周通过轴承连接所述支撑臂和壳体。
9.根据权利要求8所述的带行星减速器的双电机嵌套式行星混联机电一体化系统，其特征在于：所述壳体内部加注有油液。
10.根据权利要求9所述的带行星减速器的双电机嵌套式行星混联机电一体化系统，其特征在于：所述主驱电机定子和ISG电机定子内部包括相线绕组、定子铁芯、定子冷却水道。
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