CN111591121A - 一种基于行星齿轮的双电机电动汽车驱动系统 - Google Patents

一种基于行星齿轮的双电机电动汽车驱动系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于行星齿轮的双电机电动汽车驱动系统，属于纯电动汽车驱动技术领域。包括第一电机、第一电机制动器、第二电机、第二电机制动器、行星齿轮动力耦合机构。当车辆小功率运行时，驱动系统处于第一驱动模式或第二驱动模式；第一驱动模式：当第一电机工作，第二电机制动器抱死时，第一电机通过固定的传动比驱动车辆；第二驱动模式：当第一电机制动器抱死，第二电机工作时，第二电机通过固定的传动比驱动车辆；当车辆大功率运行时，驱动系统处于第三驱动模式；即当第一电机制动器和第二电机制动器均释放，第一电机和第二电机同时工作时，两电机以变化的传动比驱动，且通过转速耦合。本发明有利于提高电机效率，增加电动汽车的续驶里程。

Description

一种基于行星齿轮的双电机电动汽车驱动系统
技术领域
本发明属于纯电动汽车驱动技术领域，具体涉及一种电动汽车的驱动系统。
背景技术
电动汽车的发展与优良的经济性能有密不可分的关系，而驱动系统的经济性能直接影响电动汽车的经济性能。现在量产的电动汽车的驱动系统多采用单电机、固定减速比的驱动形式或者单电机、多挡变速箱的驱动形式。单电机加固定速比的驱动系统无法在满足动力性能的前提下兼顾经济性能，无法完全发挥出纯电动汽车的优势。
单电机加多档变速箱的驱动形式对于纯电动汽车的经济性能有所提升，但是在换挡时存在动力中断的问题，影响用户的驾驶体验。在这种条件下，双电机驱动系统就应运而生。在换挡过程中，一个电机动力输出的中断，可以由另一电机补偿，这样就避免了动力中断问题。常见的双电机传动系统有转速耦合和转矩耦合两种模式，各有优势。转速耦合可以增加汽车的最高车速，对高速行驶情况下的效率提升更多。转矩耦合模式则对低速大扭矩情况下的效率提升更多。就具有转速耦合模式的双电机驱动系统而言，多采用行星齿轮机构。
现有技术中公开了一种纯电动汽车用双电机耦合器，能实现双电机的转速耦合输出，但是在单电机输出模式下，另一电机仍然需要力矩的输出，电机仍需处于工作状态，这增加了能耗，降低了传动系统效率。
发明内容
为了解决驱动系统换挡时动力中断，以及双电机驱动系统在单电机工作模式下，另一电机仍处于工作状态的问题，本发明提供一种基于行星齿轮的双电机电动汽车驱动系统。
一种基于行星齿轮的双电机电动汽车驱动系统包括第一电机1、第一电机制动器4、第二电机2、第二电机制动器3、行星齿轮动力耦合机构。
所述第一电机制动器3设于第一电机1的输出轴上，所述第二电机制动器4设于第二电机2的输出轴上；
所述第二电机2的输出轴的轴端固定设有第一齿轮5，所述第一电机1的输出轴上空套设有第二齿轮12，所述第一齿轮5和第二齿轮12啮合传动；
行星齿轮动力耦合机构包括齿圈7、太阳轮6和两个以上的行星轮9；
所述齿圈7和第二齿轮12构成连体齿轮空套在第二电机2的输出轴上；所述太阳轮6固定设于第二电机2输出轴的轴端，且太阳轮6和齿圈7同轴位于同一圆周的径向上；两个以上的行星轮9通过行星架8分别与齿圈7、太阳轮6啮合；
行星架8上通过短轴固定设有第一减速齿轮10，所述短轴和第一电机1的输出轴同轴；与第一减速齿轮10啮合的第二减速齿轮13固定设于差速器11的一侧壳体上，
当车辆小功率运行时，驱动系统处于第一驱动模式或第二驱动模式；
第一驱动模式：当第一电机1工作，第二电机制动器4抱死时，第一电机1通过固定的传动比驱动车辆；
第二驱动模式：当第一电机制动器3抱死，第二电机2工作时，第二电机2通过固定的传动比驱动车辆；
当车辆大功率运行时，驱动系统处于第三驱动模式；
第三驱动模式：当第一电机制动器3和第二电机制动器4均释放，第一电机1和第二电机2同时工作时，两电机以变化的传动比驱动，且通过转速耦合。
进一步限定的技术方案如下：
所述第一电机1为永磁同步电机，功率为65kw。
所述第二电机2为永磁同步电机，功率为35kw。
所述第一电机制动器3和第二电机制动器4为结构相同的制动器。
所述制动器包括U形的制动钳体315、管状壳体323、制动盘317、固定制动块316、活动制动块318、制动电机322、电磁离合器324和丝杠传动机构；丝杠传动机构包括丝杠321和螺母319；所述制动盘317的一部分位于制动钳体315内；所述固定制动块316固定设于制动钳体315内的一侧面上，活动制动块318活动设于制动钳体315内的另一侧面上，且固定制动块316和活动制动块318分别对应着制动盘317的一个侧面；丝杠321的一端上套有螺母319，螺母319固定连接着活动制动块318，丝杠321的另一端固定连接着制动电机322的输出轴，所述电磁离合器324设于丝杠321的中部；所述管状壳体323固定设于制动钳体315外部一侧，所述制动电机322、电磁离合器324和丝杠传动机构位于管状壳体323内，丝杠321通过滚珠轴承320设于管状壳体323上。
所述电磁离合器324为单片电磁离合器。
所述制动电机322为永磁直流电机，功率为250W。
本发明的有益技术效果体现在以下方面：
1.本发明的双电机电动汽车驱动系统能在动力性能不变的情况下，提升车辆的经济性能，从而提高车辆的续航里程。在NEDC工况下仿真模拟得出以下结论，在电机总功率相同，动力性能均满足相同要求的前提下，单电机固定速比驱动系统的电机平均效率为77.02%，单电机带有两档变速器驱动系统的电机平均效率79.08%，基于行星齿轮的双电机电动汽车驱动系统的电机平均效率为90.79%。在其他常见工况下，电机效率也均有所提升。通过对比可得，本发明有利于提高电机效率，增加电动汽车的续驶里程。
2.本发明的双电机电动汽车驱动系统能避免换挡时的动力中断，提高乘坐舒适性。由于行星齿轮机构的存在，模式切换过程中，双电机均可输出动力，经过双电机的协调配合，可以保证输出动力基本保持不变，从而避免动力中断。
3.本发明采用了电机制动器，解决了单电机驱动模式下，另一电机长时间处于工作状态的问题。
4.本发明的电机制动器为电子机械制动器，响应更快，控制精度更高，更加符合电动汽车的发展。
5.本发明的电机制动器采用了电磁离合器作为自锁机构，在提供足够使制动力后，能使制动电机停止工作，避免了制动电机的堵转，并且所采用的电磁离合器功率较小，只有10w，进一步降低了能耗。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明制动器结构示意图。
上图中标号：第一电机1、第二电机2、第一电机制动器3、第二电机制动器4、第一齿轮5、太阳轮6、齿圈7、行星架8、行星轮9、第一减速齿轮10、差速器11、第二齿轮12、第二减速齿轮13、制动钳体315、固定制动块316、制动盘317、活动制动块318、螺母319、滚珠轴承320、丝杠321、制动电机322、管状壳体323、电磁离合器324、导向销325、回位弹簧326。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。
参见图1，一种基于行星齿轮的双电机电动汽车驱动系统包括第一电机1、第一电机制动器4、第二电机2、第二电机制动器3、行星齿轮动力耦合机构。第一电机1为永磁同步电机，功率为65kw，在单电机驱动时适用于中低速大扭矩；第二电机2为永磁同步电机，功率为35kw，在单电机驱动时适用于中低速小扭矩。
第一电机制动器3固定安装于第一电机1的输出轴上，第二电机制动器4固定安装于第二电机2的输出轴上。
第二电机2的输出轴的轴端固定安装有第一齿轮5，第一电机1的输出轴上空套装有第二齿轮12，第一齿轮5和第二齿轮12啮合传动。
行星齿轮动力耦合机构包括齿圈7、太阳轮6和两个以上的行星轮9。齿圈7和第二齿轮12构成连体齿轮空套在第二电机2的输出轴上；太阳轮6固定安装于第二电机2输出轴的轴端，且太阳轮6和齿圈7同轴位于同一圆周的径向上；三个行星轮9通过行星架8分别与齿圈7、太阳轮6啮合。
行星架8上通过短轴固定安装有第一减速齿轮10，所述短轴和第一电机1的输出轴同轴；与第一减速齿轮10啮合的第二减速齿轮13固定安装于差速器11的一侧壳体上。
第一电机制动器3和第二电机制动器4为结构相同的制动器。
参见图2，制动器包括U形的制动钳体315、管状壳体323、制动盘317、固定制动块316、活动制动块318、制动电机322、电磁离合器324和丝杠传动机构。
制动电机322为永磁直流电机，额定功率为250W，额定转速为666r/min，最大输出扭矩为3N.m。
电磁离合器324为单片电磁离合器，型号为DLD6-5，额定功率为11W，额定扭矩为5N.m。丝杠传动机构包括丝杠321和螺母319。制动盘317的一部分位于制动钳体315内。固定制动块316固定设于制动钳体315内的一侧面上，活动制动块318活动设于制动钳体315内的另一侧面上，且固定制动块316和活动制动块318分别对应着制动盘317的一个侧面。丝杠321的一端上套有螺母319，螺母319固定连接着活动制动块318，丝杠321的另一端固定连接着制动电机322的输出轴，电磁离合器324安装于丝杠321的中部。管状壳体323固定安装于制动钳体315外部一侧，制动电机322、电磁离合器324和丝杠传动机构位于管状壳体323内，丝杠321通过滚珠轴承320安装于管状壳体323上。
本发明的工作原理详细说明如下：
当车辆65kw功率运行时，驱动系统处于第一驱动模式；
第一驱动模式：当第一电机1工作，第二电机制动器4抱死时，第一电机1通过固定的传动比驱动车辆；该驱动模式的动力输出路径为：第一电机1输出轴带动太阳轮6转动，接着太阳轮6通过行星轮9，驱动行星架8，行星架8通过第一减速齿轮10带动第二减速齿轮13及差速器11，进而通过差速器11将动力输出到两车轮。
当车辆35kw功率运行时, 驱动系统处于第二驱动模式；
第二驱动模式：当第一电机制动器3抱死，第二电机2工作时，第二电机2通过固定的传动比驱动车辆；该驱动模式的动力输出路径为：第二电机2输出轴通过第一齿轮5带动第二齿轮12和齿圈7，接着齿圈7通过行星轮9，驱动行星架8，行星架8通过第一减速齿轮10带动第二减速齿轮13及差速器11，进而通过差速器11将动力输出到两车轮。
当车辆100kw功率运行时，驱动系统处于第三驱动模式；
第三驱动模式：当第一电机制动器3和第二电机制动器4均释放，第一电机1和第二电机2同时工作时，两电机以变化的传动比驱动，且通过转速耦合。该驱动模式的动力输出路径为：第一电机1输出轴带动太阳轮6转动，第二电机2输出轴通过第一齿轮5带动第二齿轮12和齿圈7，接着太阳轮6和齿圈7同时通过行星轮9，驱动行星架8，行星架8通过第一减速齿轮10带动第二减速齿轮13及差速器11，进而通过差速器11将动力输出到两车轮。

Claims (7)

1.一种基于行星齿轮的双电机电动汽车驱动系统，包括第一电机（1）、第一电机制动器（4）、第二电机（2）、第二电机制动器（3）、行星齿轮动力耦合机构；其特征在于：
所述第一电机制动器（3）设于第一电机（1）的输出轴上，所述第二电机制动器（4）设于第二电机（2）的输出轴上；
所述第二电机（2）的输出轴的轴端固定设有第一齿轮（5），所述第一电机（1）的输出轴上空套设有第二齿轮（12），所述第一齿轮（5）和第二齿轮（12）啮合传动；
行星齿轮动力耦合机构包括齿圈（7）、太阳轮（6）和两个以上的行星轮（9）；
所述齿圈（7）和第二齿轮（12）构成连体齿轮空套在第二电机（2）的输出轴上；所述太阳轮（6）固定设于第二电机（2）输出轴的轴端，且太阳轮（6）和齿圈（7）同轴位于同一圆周的径向上；两个以上的行星轮（9）通过行星架（8）分别与齿圈（7）、太阳轮（6）啮合；
行星架（8）上通过短轴固定设有第一减速齿轮（10），所述短轴和第一电机（1）的输出轴同轴；与第一减速齿轮（10）啮合的第二减速齿轮（13）固定设于差速器（11）的一侧壳体上，
当车辆小功率运行时，驱动系统处于第一驱动模式或第二驱动模式；
第一驱动模式：当第一电机（1）工作，第二电机制动器（4）抱死时，第一电机（1）通过固定的传动比驱动车辆；
第二驱动模式：当第一电机制动器（3）抱死，第二电机（2）工作时，第二电机（2）通过固定的传动比驱动车辆；
当车辆大功率运行时，驱动系统处于第三驱动模式；
第三驱动模式：当第一电机制动器（3）和第二电机制动器（4）均释放，第一电机（1）和第二电机（2）同时工作时，两电机以变化的传动比驱动，且通过转速耦合。
2.根据权利要求1所述一种基于行星齿轮的双电机电动汽车驱动系统，其特征在于：所述第一电机（1）为永磁同步电机，功率为65kw。
3.根据权利要求1所述一种基于行星齿轮的双电机电动汽车驱动系统，其特征在于：所述第二电机（2）为永磁同步电机，功率为35kw。
4.根据权利要求1所述一种基于行星齿轮的双电机电动汽车驱动系统，其特征在于：所述第一电机制动器（3）和第二电机制动器（4）为结构相同的制动器。
5.根据权利要求4所述一种基于行星齿轮的双电机电动汽车驱动系统，其特征在于：所述制动器包括U形的制动钳体（315）、管状壳体（323）、制动盘（317）、固定制动块（316）、活动制动块（318）、制动电机（322）、电磁离合器（324）和丝杠传动机构；丝杠传动机构包括丝杠（321）和螺母（319）；所述制动盘（317）的一部分位于制动钳体（315）内；所述固定制动块（316）固定设于制动钳体（315）内的一侧面上，活动制动块（318）活动设于制动钳体（315）内的另一侧面上，且固定制动块（316）和活动制动块（318）分别对应着制动盘（317）的一个侧面；丝杠（321）的一端上套有螺母（319），螺母（319）固定连接着活动制动块（318），丝杠（321）的另一端固定连接着制动电机（322）的输出轴，所述电磁离合器(324)设于丝杠（321）的中部；所述管状壳体（323）固定设于制动钳体（315）外部一侧，所述制动电机（322）、电磁离合器（324）和丝杠传动机构位于管状壳体（323）内，丝杠（321）通过滚珠轴承（320）设于管状壳体（323）上。
6.根据权利要求5所述一种基于行星齿轮的双电机电动汽车驱动系统，其特征在于：
所述电磁离合器（324）为单片电磁离合器。
7.根据权利要求5所述一种基于行星齿轮的双电机电动汽车驱动系统，其特征在于：所述制动电机（322）为永磁直流电机，功率为250W。
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