CN113212158A - 同轴式行星排电驱动桥及应用其的新能源汽车 - Google Patents

Abstract

一种同轴式行星排电驱动桥及应用其的新能源汽车，涉及新能源汽车配件领域，解决现有平行轴式变速箱体积和质量大，速比范围小的问题。同轴式行星排电驱动桥中，第一级太阳轮与第一级行星轮啮合；第一级行星轮固定于第一级行星架与内齿圈啮合，第一级行星架连接第二级太阳轮；第二级行星轮与第二级太阳轮外啮合与内齿圈内啮合；第二级行星轮固定于差速器行星架与第一差速器行星轮同轴共用差速器行星架；第一差速器行星轮和第一差速器太阳轮啮合与第二差速器行星轮啮合；第一、第二差速器行星轮的行星轴成一夹角θ均布于差速器行星架；第二差速器行星轮固定于差速器行星架与第二差速器太阳轮啮合。

Description

同轴式行星排电驱动桥及应用其的新能源汽车

技术领域

本发明涉及新能源汽车配件技术领域，尤其涉及一种同轴式行星排电驱动桥及应用其的新能源汽车。

背景技术

新能源汽车（包括纯电动汽车、混合动力汽车等）的传动系统普遍采用固定速比变速器，这种传动方式结构简单、成本低。

但随着新能源汽车技术的成熟，要求电机输入转速以及变速箱速比越来越大，这就需要变速箱能够满足的速比更大，目前变速器大多采用平行轴的方式传递动力，根据公式i=Z2∶Z1（Z1：主动轮齿数；Z2：被动轮齿数；i：传动比）可得为了适应大的速比，在转速一定的条件下只能通过改变主、被动轮齿数。结合公式D=m*Z（m：齿轮模数；Z：齿轮齿数；D：齿轮分度圆直径）可得传动比i=D2∶D1（一对啮合的齿轮m值相等）。随着主、被动轮齿数Z的变化导致齿轮分度圆直径的变化，且平行轴式变速箱齿轮均为外啮合，其中心距a=（D1+D2）/2=（1+i）D1/2。因此这种结构会随着传动比i的增大导致啮合齿轮中心距a的增大，最终体现在变速箱上为变速箱尺寸变大，体积以及重量显著增加，成本上升。

特别是单独布置在狭窄空间的汽车前、后桥上适应性极差。采用带锥齿轮的差速器势必也会造成变速箱体积、质量增加，影响变速箱NVH。此外斜齿轮传递动力会产生轴向力，对轴承以及壳体提出了更高的要求。

现有平行轴式减速器由于齿轮均为外啮合导致其外形尺寸大，质量大，成本高；在汽车这种有限的空间下能够满足的速比小；相互外啮合两齿轮之间接触范围有限导致其承载能力弱；平行齿轮与锥齿轮差速器连接需要占用较大的空间，导致变速箱外形尺寸大于电机，车辆通过性受限。

因此，如何提供一种同轴式行星排电驱动桥及应用其的新能源汽车，能够使用行星结构将变速箱和电机集成，使变速箱提高传动比的同时缩小体积和质量，进而降低成本，已成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同轴式行星排电驱动桥及应用其的新能源汽车，用于解决现有的平行轴式变速箱体积和质量较大，速比范围较小的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种同轴式行星排电驱动桥，包括：与驱动电机连接的第一级太阳轮，且所述第一级太阳轮与第一级行星轮啮合；所述第一级行星轮固定于第一级行星架并与内齿圈啮合，且所述第一级行星架连接有第二级太阳轮；第二级行星轮与所述第二级太阳轮外啮合，同时与所述内齿圈内啮合；所述内齿圈固定于变速器壳体；

所述第二级行星轮固定于差速器行星架并与第一差速器行星轮同轴且共用所述差速器行星架；所述第一差速器行星轮和第一差速器太阳轮啮合同时与第二差速器行星轮啮合；所述第二差速器行星轮的行星轴与所述第一差速器行星轮的行星轴成一夹角θ并均布于所述差速器行星架；

所述第一差速器太阳轮与第一输出半轴为一体式；所述第二差速器行星轮固定于所述差速器行星架，并与第二差速器太阳轮啮合，且所述第二差速器太阳轮与所述第二输出半轴为一体式；

并且，所述第一差速器太阳轮、所述第一差速器行星轮、所述差速器行星架、所述第二差速器太阳轮、所述第二差速器行星轮共同构成行星差速器。

具体地，所述第一级太阳轮通过花键与所述驱动电机连接。

具体地，所述第一级行星架通过花键与所述第二级太阳轮连接。

其中，当所述第一输出半轴和所述第二输出半轴转速相同时，所述第一差速器行星轮和所述第二差速器行星轮分别绕着所述第一差速器太阳轮和所述第二差速器太阳轮公转，二者公转的转速和转向与所述第一差速器太阳轮和所述第二差速器太阳轮相同；此时，所述第一差速器行星轮和所述第二差速器行星轮之间因啮合关系导致转向干涉无法相对转动实现自转，故所述行星差速器相当于刚性连接的整体进行转动，实现车辆直行。

其中，当所述第一输出半轴和所述第二输出半轴转速不同时，所述第一差速器行星轮和所述第二差速器行星轮公转的转速介于所述第一差速器太阳轮和所述第二差速器太阳轮转速之间，二者分别与所述第一差速器太阳轮和所述第二差速器太阳轮啮合并产生转速差，故所述第一差速器行星轮和所述第二差速器行星轮可相对转动实现自转；在该过程中，所述行星差速器的齿轮处于相对转动的状态，实现车辆转弯。

相对于现有技术，本发明所述的同轴式行星排电驱动桥具有以下优势：

本发明提供的同轴式行星排电驱动桥中，驱动电机将动力传递至第一级行星轮系、且内齿圈固定，动力经第一级太阳轮输入第一级行星架输出至第二级行星轮系，动力经第二级太阳轮输入差速器行星架输出，且第一级行星轮系和第二级行星轮系共用一个内齿圈；差速器行星架转向与驱动电机转向相同，且差速器行星架带着第一差速器行星轮和第二差速器行星轮分别绕着第一差速器太阳轮和第二差速器太阳轮公转，第一差速器行星轮和第二差速器行星轮分别与第一差速器太阳轮和第二差速器太阳轮啮合。

本发明提供的同轴式行星排电驱动桥，采用行星结构设计可以大大减小变速箱的体积、重量，行星轮受到的轴向力可以相互平衡；行星轮系中，行星轮与太阳轮外啮合的同时与内齿圈内啮合，当内齿圈固定以第一级太阳轮为主动轮，第一级行星架输出时，其传动比i= 1+Zq∶Zt（Zq：内齿圈齿数；Zt：太阳轮齿数）太阳轮和内齿圈同心，因此中心距a=0，此时影响整个行星轮系的尺寸大小只取决于内齿圈尺寸；根据公式D=m*Z（m：齿轮模数；Z：齿轮齿数；D：齿轮分度圆直径）推导可得 Dq∶Dt=i-1（平行轴齿轮啮合时D2∶D1=i），由此可见，同一输入转速条件下，速比增大时，行星轮系尺寸增加小于平行轴式的尺寸增加；而且，行星轮由于功率分流可以承受更大的传动比。

一种新能源汽车，包括：如上述任一项所述的同轴式行星排电驱动桥。

所述新能源汽车与上述同轴式行星排电驱动桥相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本发明提供的同轴式行星排电驱动桥及应用其的新能源汽车，结构紧凑且两级行星排相比两级平行齿轮有更大的速比范围，能够满足高速电机对更大速比的要求；有利于电机高速化、小型化设计，从而减少电机永磁体、硅钢片、铜线的使用量，降低成本；采用行星排与行星差速器，同时啮合的齿数远大于平行齿轮与锥齿轮差速器，大大提高了承载能力与功率密度；采用行星排结构解决了平行齿轮尺寸大、齿轮力不能平衡的问题，有效降低了壳体的尺寸及强度要求，变速箱壳体可以按电机尺寸设计，从而保证车辆有更好的通过能力。

附图说明

图1为本发明实施例提供的同轴式行星排电驱动桥的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的同轴式行星排电驱动桥中θ夹角的示意图；

图3为本发明实施例提供的同轴式行星排电驱动桥中动力传递路线的示意图。

附图标记：

1-驱动电机；2-第一级太阳轮；3-第一级行星轮；4-第一级行星架；5-内齿圈；6-第二级太阳轮；7-第二级行星轮；8-差速器行星架；9-第一差速器行星轮；10-第一差速器太阳轮；11-第二差速器行星轮；12-第二差速器太阳轮；13-第一输出半轴；14-第二输出半轴；15-行星差速器；16-变速器壳体。

具体实施方式

为了便于理解，下面结合说明书附图，对本发明实施例提供的同轴式行星排电驱动桥及应用其的新能源汽车进行详细描述。

本发明实施例提供一种同轴式行星排电驱动桥，如图1-图2所示，包括：与驱动电机1连接的第一级太阳轮2，且第一级太阳轮2与第一级行星轮3啮合；第一级行星轮3固定于第一级行星架4并与内齿圈5啮合，且第一级行星架4连接有第二级太阳轮6；第二级行星轮7与第二级太阳轮6外啮合，同时与内齿圈5内啮合；内齿圈5固定于变速器壳体16；

第二级行星轮7固定于差速器行星架8并与第一差速器行星轮9同轴且共用差速器行星架8；第一差速器行星轮9和第一差速器太阳轮10啮合同时与第二差速器行星轮11啮合；第二差速器行星轮11的行星轴与第一差速器行星轮9的行星轴成一夹角θ并均布于差速器行星架8；

第一差速器太阳轮10与第一输出半轴13为一体式；第二差速器行星轮11固定于差速器行星架8，并与第二差速器太阳轮12啮合，且第二差速器太阳轮12与第二输出半轴14为一体式；

并且，第一差速器太阳轮10、第一差速器行星轮9、差速器行星架8、第二差速器太阳轮12、第二差速器行星轮11共同构成行星差速器15。

相对于现有技术，本发明实施例所述的同轴式行星排电驱动桥具有以下优势：

本发明实施例提供的同轴式行星排电驱动桥中，驱动电机1将动力传递至第一级行星轮系、且内齿圈5固定，动力经第一级太阳轮2输入第一级行星架3输出至第二级行星轮系，动力经第二级太阳轮6输入差速器行星架8输出，且第一级行星轮系和第二级行星轮系共用一个内齿圈5；差速器行星架8转向与驱动电机1转向相同，且差速器行星架8带着第一差速器行星轮9和第二差速器行星轮11分别绕着第一差速器太阳轮10和第二差速器太阳轮12公转，第一差速器行星轮9和第二差速器行星轮11分别与第一差速器太阳轮10和第二差速器太阳轮12啮合。

本发明实施例提供的同轴式行星排电驱动桥，采用行星结构设计可以大大减小变速箱的体积、重量，行星轮受到的轴向力可以相互平衡；行星轮系中，行星轮与太阳轮外啮合的同时与内齿圈内啮合，当内齿圈固定以第一级太阳轮为主动轮，第一级行星架输出时，其传动比i= 1+Zq∶Zt（Zq：内齿圈齿数；Zt：太阳轮齿数）太阳轮和内齿圈同心，因此中心距a=0，此时影响整个行星轮系的尺寸大小只取决于内齿圈尺寸；根据公式D=m*Z（m：齿轮模数；Z：齿轮齿数；D：齿轮分度圆直径）推导可得 Dq∶Dt=i-1（平行轴齿轮啮合时D2∶D1=i），由此可见，同一输入转速条件下，速比增大时，行星轮系尺寸增加小于平行轴式的尺寸增加；而且，行星轮由于功率分流可以承受更大的传动比。

因此，本发明实施例提供的同轴式行星排电驱动桥，结构紧凑且两级行星排相比两级平行齿轮有更大的速比范围，能够满足高速电机对更大速比的要求；有利于电机高速化、小型化设计，从而减少电机永磁体、硅钢片、铜线的使用量，降低成本；采用行星排与行星差速器，同时啮合的齿数远大于平行齿轮与锥齿轮差速器，大大提高了承载能力与功率密度；采用行星排结构解决了平行齿轮尺寸大、齿轮力不能平衡的问题，有效降低了壳体的尺寸及强度要求，变速箱壳体可以按电机尺寸设计，从而保证车辆有更好的通过能力。

具体地，实际装配时，上述第一级太阳轮2可以通过花键与驱动电机1连接。

具体地，实际装配时，第一级行星架4可以通过花键与第二级太阳轮6连接。

其中，当第一输出半轴13和第二输出半轴14转速相同时，第一差速器行星轮9和第二差速器行星轮11分别绕着第一差速器太阳轮10和第二差速器太阳轮12公转，二者公转的转速和转向与第一差速器太阳轮10和第二差速器太阳轮12相同；此时，第一差速器行星轮9和第二差速器行星轮11之间因啮合关系导致转向干涉无法相对转动实现自转，故行星差速器15相当于刚性连接的整体进行转动，实现车辆直行。

此时动力传递路线：驱动电机1—第一级太阳轮2—第一级行星轮3—第一级行星架4—第二级太阳轮6—第二级行星轮7—差速器行星架8—第一差速器行星轮9和第二差速器行星轮11（相对不转动）—第一差速器太阳轮10和第二差速器太阳轮12—第一输出半轴13和第二输出半轴14；如图3中粗线剪头所示。

其中，当第一输出半轴13和第二输出半轴14转速不同时，第一差速器行星轮9和第二差速器行星轮11公转的转速介于第一差速器太阳轮10和第二差速器太阳轮12转速之间，二者分别与第一差速器太阳轮10和第二差速器太阳轮12啮合并产生转速差，故第一差速器行星轮9和第二差速器行星轮11可相对转动实现自转；在该过程中，行星差速器15的齿轮处于相对转动的状态，实现车辆转弯。

此时动力传递路线：驱动电机1—第一级太阳轮2—第一级行星轮3—第一级行星架4—第二级太阳轮6—第二级行星轮7—差速器行星架8—第一差速器行星轮9和第二差速器行星轮11（相对转动）—第一差速器太阳轮10和第二差速器太阳轮12—第一输出半轴13和第二输出半轴14；如图3中粗线剪头所示。

本发明实施例再提供一种新能源汽车，包括：如上述任一项所述的同轴式行星排电驱动桥。

综上所述，本发明实施例提供的同轴式行星排电驱动桥及应用其的新能源汽车主要具有以下几点优势：

一、同轴式行星排电驱动桥，将电机和变速箱合二为一，实现了电机、行星齿轮与行星差速器的高度集成，大大减少变速箱的体积和重量，进而降低变速箱成本；

二、行星排结构的设计，提高了变速箱的传动比，能够匹配更高转速的电机，从而减小电机的扭矩、体积及重量，进而降低电机成本；

三、行星差速器的设计，与锥齿轮差速器相比在体积、重量明显变小的同时提高了差速器可承载的扭矩，与行星排可以完美连接，使变速箱外形尺寸减小，保证车辆有更好的通过性；

四、第一级行星排的内齿圈与第二级行星排的内齿圈一体式设计，第二级行星排的行星架与行星差速器的行星架一体式设计，第二级行星排的行星轮和行星差速器的其中一组行星轮共用行星轴，有效提高了结构稳定性与集成度。

此处需要补充说明的是，速比：变速装置（变速箱）前后两传动机构转速的比值；

NVH：噪声（noise）、振动（vibration）与声振粗糙度（harshness）的英文缩写；

差速器：能够使汽车左右驱动轮实现不同转速的机构，主要由左右两个半轴齿轮、两个行星齿轮以及行星架组成；

中心距：两个互相啮合的齿轮圆心的直线距离称为中心距。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种同轴式行星排电驱动桥，其特征在于，包括：与驱动电机连接的第一级太阳轮，且所述第一级太阳轮与第一级行星轮啮合；所述第一级行星轮固定于第一级行星架并与内齿圈啮合，且所述第一级行星架连接有第二级太阳轮；第二级行星轮与所述第二级太阳轮外啮合，同时与所述内齿圈内啮合；所述内齿圈固定于变速器壳体；

所述第二级行星轮固定于差速器行星架并与第一差速器行星轮同轴且共用所述差速器行星架；所述第一差速器行星轮和第一差速器太阳轮啮合同时与第二差速器行星轮啮合；所述第二差速器行星轮的行星轴与所述第一差速器行星轮的行星轴成一夹角θ并均布于所述差速器行星架；

所述第一差速器太阳轮与第一输出半轴为一体式；所述第二差速器行星轮固定于所述差速器行星架，并与第二差速器太阳轮啮合，且所述第二差速器太阳轮与所述第二输出半轴为一体式；

并且，所述第一差速器太阳轮、所述第一差速器行星轮、所述差速器行星架、所述第二差速器太阳轮、所述第二差速器行星轮共同构成行星差速器。

2.根据权利要求1所述的同轴式行星排电驱动桥，其特征在于，所述第一级太阳轮通过花键与所述驱动电机连接。

3.根据权利要求1或2所述的同轴式行星排电驱动桥，其特征在于，所述第一级行星架通过花键与所述第二级太阳轮连接。

4.根据权利要求1所述的同轴式行星排电驱动桥，其特征在于，当所述第一输出半轴和所述第二输出半轴转速相同时，所述第一差速器行星轮和所述第二差速器行星轮分别绕着所述第一差速器太阳轮和所述第二差速器太阳轮公转，二者公转的转速和转向与所述第一差速器太阳轮和所述第二差速器太阳轮相同；此时，所述第一差速器行星轮和所述第二差速器行星轮之间因啮合关系导致转向干涉无法相对转动实现自转，故所述行星差速器相当于刚性连接的整体进行转动，实现车辆直行。

5.根据权利要求1或4所述的同轴式行星排电驱动桥，其特征在于，当所述第一输出半轴和所述第二输出半轴转速不同时，所述第一差速器行星轮和所述第二差速器行星轮公转的转速介于所述第一差速器太阳轮和所述第二差速器太阳轮转速之间，二者分别与所述第一差速器太阳轮和所述第二差速器太阳轮啮合并产生转速差，故所述第一差速器行星轮和所述第二差速器行星轮可相对转动实现自转；在该过程中，所述行星差速器的齿轮处于相对转动的状态，实现车辆转弯。

6.一种新能源汽车，其特征在于，包括：如上述权利要求1-5中任一项所述的同轴式行星排电驱动桥。

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