CN113983153A - 双电机同步驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双电机同步驱动装置，属于机械传动技术领域，特别涉及动力合成驱动技术范畴，双电机同步驱动装置包括：第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、传动轴、弹性元件、第一电机、第二电机、传动箱体，双电机分别联接两个输入齿轮，输入齿轮与驱动齿轮啮合传动，采用弹性元件联接驱动齿轮与输出轴，传动过程中电机转速波动引起的输入转速同步差异，由弹性元件补偿，避免齿轮啮合运动干涉，实现双动力同步驱动、合成输出，同时基于双电机同步驱动装置实现了双电机冗余驱动。

Description

双电机同步驱动装置
技术领域
本发明涉及一种双电机同步驱动装置，属于机械传动技术领域，特别涉及动力合成驱动技术范畴。
背景技术
机械传动系统中，动力合成、分解传动技术是近年来一个重要研究领域，双电机同步驱动系统，可以实现双动力混合驱动，也可以应用于双动力冗余驱动。
双电机同步驱动系统在新能源车上获得广泛应用，国内多个车辆生产厂家和研究单位进行了长期的攻关研究、获得了丰富的研究成果，发明专利“一种双动力驱动行走机构”CN200910092227.2，将两个驱动力组合在同一驱动行走机构中，主、辅驱动力通过差动轮系合成输出，驱动左、右车轮实现车辆的各种行驶状态，但由于其传动链长、结构复杂，未能获得实际生产应用；探索研究传动效率高、结构简单、工作稳定的双电机同步驱动系统具有实用价值。
发明内容
本发明目的是要提供一种双电机同步驱动装置，采用弹性元件联接驱动齿轮与输出轴，传动过程中电机转速波动引起的输入转速同步差异，由弹性元件补偿，避免齿轮啮合运动干涉，实现双动力合成输出。
为了达到本发明目的所采取的技术方案如下：
双电机同步驱动装置包括：第三齿轮(3)与传动轴(5)同轴线转动连接，弹性元件(6)约束第三齿轮(3)与传动轴(5)的相对转动、并保持第三齿轮(3)至传动轴(5)的扭矩传递，第四齿轮(4)与传动轴(5)同轴线转动连接，另一弹性元件(6)约束第四齿轮(4)与传动轴(5)的相对转动、并保持第四齿轮(4)至传动轴(5)的扭矩传递，传动轴(5)在传动箱体(9)上转动连接、输出扭矩，第一齿轮(1)在传动箱体(9)上转动连接、第一齿轮(1)与第三齿轮(3)正确啮合传动，第二齿轮(2)在传动箱体(9)上转动连接、第二齿轮(2)与第四齿轮(4)正确啮合传动，第一电机(7)驱动第一齿轮(1)，第二电机(8)驱动第二齿轮(2)，形成双电机同步驱动装置；
其中：第一齿轮齿数Z1、第二齿轮齿数Z2、第三齿轮齿数Z3、第四齿轮齿数Z4，第一电机输入扭矩N1、输入转速M1，第二电机输入扭矩N2、输入转速M2，两电机输入转速同步条件M1Z1/Z3＝M2Z2/Z4，传动轴输出转速MO＝M1Z1/Z3、输出扭矩NO＝N1Z3/Z1+N2Z4/Z2，传动过程中电机转速波动引起的输入转速同步差异，由弹性元件补偿，避免齿轮啮合运动干涉，实现双电机同步驱动。
双电机同步驱动装置工作过程中：当N1≠0且N2≠0时，传动轴输出扭矩NO＝N1Z3/Z1+N2Z4/Z2，双电机同步驱动、动力合成输出；当N2＝0时，第二电机以转速M2空转，第一电机输入扭矩N1，传动轴输出扭矩NO＝N1Z3/Z1，第一电机独立驱动；当N1＝0时，第一电机以转速M1空转，第二电机输入扭矩N2，传动轴输出扭矩NO＝N2Z4/Z2，第二电机独立驱动，实现双电机冗余驱动。
上述的双电机同步驱动装置中，所述的第一电机、第二电机选用伺服电机、或者伺服减速电机。
上述的双电机同步驱动装置中，所述的弹性元件选用弹性联轴器。
上述的双电机同步驱动装置中，所述的第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮为圆锥齿轮，第一齿轮、第二齿轮轴线分别与第三齿轮、第四齿轮轴线垂直相交。
上述的双电机同步驱动装置中，所述的第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮为直齿圆柱齿轮或者斜齿圆柱齿轮，各圆柱齿轮轴线相互平行。
上述的双电机同步驱动装置中，省却一个弹性元件，第三齿轮(3)与传动轴(5)同轴线固连，第四齿轮(4)与传动轴(5)同轴线转动连接，弹性元件(6)约束第四齿轮(4)与传动轴(5)的相对转动、并保持第四齿轮(4)至传动轴(5)的扭矩传递，传动轴(5)在传动箱体(9)上转动连接、输出扭矩，第一齿轮(1)在传动箱体(9)上转动连接、第一齿轮(1)与第三齿轮(3)正确啮合传动，第二齿轮(2)在传动箱体(9)上转动连接、第二齿轮(2)与第四齿轮(4)正确啮合传动，第一电机(7)驱动第一齿轮(1)，第二电机(8)驱动第二齿轮(2)，形成一种双电机同步驱动控制装置，实现传动轴的动力合成输出与角位移控制。
上述的双电机同步驱动装置中，省却两个弹性元件，第三齿轮(3)与传动轴(5)同轴线固连，第四齿轮(4)与传动轴(5)同轴线固连，传动轴(5)在传动箱体(9)上转动连接、输出扭矩，第一齿轮(1)在传动箱体(9)上转动连接、第一齿轮(1)与第三齿轮(3)正确啮合传动，第二齿轮(2)在传动箱体(9)上转动连接、第二齿轮(2)与第四齿轮(4)正确啮合传动，第一电机(7)驱动第一齿轮(1)，第二电机(8)驱动第二齿轮(2)，形成一种双电机同步控制装置；以便消除传动系统的间隙、实现传动轴输出角位移的高精度控制。
本发明的有益效果在于，所提出的一种双电机同步驱动装置，采用弹性元件联接驱动齿轮与输出轴，传动过程中电机转速波动引起的输入转速同步差异，由弹性元件补偿，避免齿轮啮合运动干涉，实现双电机同步驱动，提供双电机动力合成输出和双电机冗余驱动。
附图说明
图1为双电机同步驱动装置简图；
图2为双电机同步驱动控制装置简图；
图3为双电机同步控制装置简图；
图4为圆柱齿轮双电机同步驱动装置简图；
图5为圆柱齿轮双电机同步驱动控制装置简图；
图6为圆柱齿轮双电机同步控制装置简图；
图7为对置式双电机同步驱动装置简图；
图中：1--第一齿轮，2--第二齿轮，3--第三齿轮，4--第四齿轮，5--传动轴，6--弹性元件，7--第一电机，8--第二电机，9--传动箱体。
具体实施方式
下面根据附图对本发明的实施例进行描述。
图1所示的双电机同步驱动装置简图，双电机同步驱动装置包括：第三齿轮(3)与传动轴(5)同轴线转动连接，弹性元件(6)约束第三齿轮(3)与传动轴(5)的相对转动、并保持第三齿轮(3)至传动轴(5)的扭矩传递，第四齿轮(4)与传动轴(5)同轴线转动连接，另一弹性元件(6)约束第四齿轮(4)与传动轴(5)的相对转动、并保持第四齿轮(4)至传动轴(5)的扭矩传递，传动轴(5)在传动箱体(9)上转动连接、输出扭矩，第一齿轮(1)在传动箱体(9)上转动连接、第一齿轮(1)与第三齿轮(3)正确啮合传动，第二齿轮(2)在传动箱体(9)上转动连接、第二齿轮(2)与第四齿轮(4)正确啮合传动，第一电机(7)驱动第一齿轮(1)，第二电机(8)驱动第二齿轮(2)，形成双电机同步驱动装置；
其中：第一齿轮齿数Z1、第二齿轮齿数Z2、第三齿轮齿数Z3、第四齿轮齿数Z4，第一电机输入扭矩N1、输入转速M1，第二电机输入扭矩N2、输入转速M2，两电机输入转速同步条件M1Z1/Z3＝M2Z2/Z4，传动轴输出转速MO＝M1Z1/Z3、输出扭矩NO＝N1Z3/Z1+N2Z4/Z2，传动过程中电机转速波动引起的输入转速同步差异，由弹性元件补偿，避免齿轮啮合运动干涉，实现双电机同步驱动。
双电机同步驱动装置工作过程中：当N1≠0且N2≠0时，传动轴输出扭矩NO＝N1Z3/Z1+N2Z4/Z2，双电机同步驱动、动力合成输出；当N2＝0时，第二电机以转速M2空转，第一电机输入扭矩N1，传动轴输出扭矩NO＝N1Z3/Z1，第一电机独立驱动；当N1＝0时，第一电机以转速M1空转，第二电机输入扭矩N2，传动轴输出扭矩NO＝N2Z4/Z2，第二电机独立驱动，实现双电机冗余驱动。
图1所示的双电机同步驱动装置简图和图4所示的圆柱齿轮双电机同步驱动装置简图中，所述的弹性元件选用弹性联轴器；所述的第一电机、第二电机选用伺服电机、或者伺服减速电机，第一电机、第二电机选用伺服减速电机时，可以降低双电机的转速同步控制精度要求。
图1所示的双电机同步驱动装置简图中，所述的第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮为直齿、斜齿、或者弧齿圆锥齿轮，第一齿轮、第二齿轮轴线分别与第三齿轮、第四齿轮轴线垂直相交；直齿圆锥齿轮正确啮合传动条件为：第一齿轮与第三齿轮大端的模数和压力角分别相等、同时两齿轮的锥距相等，第二齿轮与第四齿轮大端的模数和压力角分别相等、同时两齿轮的锥距相等；第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮为准双曲面齿轮、或者锥蜗杆副时，第一齿轮、第二齿轮轴线分别与第三齿轮、第四齿轮轴线垂直交错。
图4所示的圆柱齿轮双电机同步驱动装置简图中，所述的第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮为直齿圆柱齿轮或者斜齿圆柱齿轮，各圆柱齿轮轴线相互平行，斜齿圆柱齿轮传动具备承载能力高、运动平稳的优点；直齿圆柱齿轮正确啮合传动条件为：第一齿轮与第三齿轮具有相同的模数m13和压力角，第一齿轮与第三齿轮轴线距离为m13(Z1+Z3)/2，第二齿轮与第四齿轮具有相同的模数m24和压力角，第二齿轮与第四齿轮轴线距离为m24(Z2+Z4)/2。
图2所示的双电机同步驱动控制装置简图，由图1双电机同步驱动装置简图中，省却一个弹性元件，第三齿轮(3)与传动轴(5)同轴线固连，第四齿轮(4)与传动轴(5)同轴线转动连接，弹性元件(6)约束第四齿轮(4)与传动轴(5)的相对转动、并保持第四齿轮(4)至传动轴(5)的扭矩传递，传动轴(5)在传动箱体(9)上转动连接、输出扭矩，第一齿轮(1)在传动箱体(9)上转动连接、第一齿轮(1)与第三齿轮(3)正确啮合传动，第二齿轮(2)在传动箱体(9)上转动连接、第二齿轮(2)与第四齿轮(4)正确啮合传动，第一电机(7)驱动第一齿轮(1)，第二电机(8)驱动第二齿轮(2)，形成一种双电机同步驱动控制装置，实现传动轴的动力合成输出与角位移控制。
图3所示的双电机同步控制装置简图，由图1双电机同步驱动装置简图中，省却两个弹性元件，第三齿轮(3)与传动轴(5)同轴线固连，第四齿轮(4)与传动轴(5)同轴线固连，传动轴(5)在传动箱体(9)上转动连接、输出扭矩，第一齿轮(1)在传动箱体(9)上转动连接、第一齿轮(1)与第三齿轮(3)正确啮合传动，第二齿轮(2)在传动箱体(9)上转动连接、第二齿轮(2)与第四齿轮(4)正确啮合传动，第一电机(7)驱动第一齿轮(1)，第二电机(8)驱动第二齿轮(2)，形成一种双电机同步控制装置；以便消除传动系统的间隙、实现传动轴输出角位移的高精度控制。
图5所示的圆柱齿轮双电机同步驱动控制装置简图，由图4圆柱齿轮双电机同步驱动装置简图中，省却一个弹性元件，第三齿轮(3)与传动轴(5)同轴线固连，第四齿轮(4)与传动轴(5)同轴线转动连接，弹性元件(6)约束第四齿轮(4)与传动轴(5)的相对转动、并保持第四齿轮(4)至传动轴(5)的扭矩传递，传动轴(5)在传动箱体(9)上转动连接、输出扭矩，第一齿轮(1)在传动箱体(9)上转动连接、第一齿轮(1)与第三齿轮(3)正确啮合传动，第二齿轮(2)在传动箱体(9)上转动连接、第二齿轮(2)与第四齿轮(4)正确啮合传动，第一电机(7)驱动第一齿轮(1)，第二电机(8)驱动第二齿轮(2)，形成一种圆柱齿轮双电机同步驱动控制装置，实现传动轴的动力合成输出与角位移控制。
图6所示的圆柱齿轮双电机同步控制装置简图，由图4圆柱齿轮双电机同步驱动装置简图中，省却两个弹性元件，第三齿轮(3)与传动轴(5)同轴线固连，第四齿轮(4)与传动轴(5)同轴线固连，传动轴(5)在传动箱体(9)上转动连接、输出扭矩，第一齿轮(1)在传动箱体(9)上转动连接、第一齿轮(1)与第三齿轮(3)正确啮合传动，第二齿轮(2)在传动箱体(9)上转动连接、第二齿轮(2)与第四齿轮(4)正确啮合传动，第一电机(7)驱动第一齿轮(1)，第二电机(8)驱动第二齿轮(2)，形成一种圆柱齿轮双电机同步控制装置；以便消除传动系统的间隙、实现传动轴输出角位移的高精度控制。
图7所示的对置式双电机同步驱动装置简图，由图1双电机同步驱动装置简图中，双电机对置，实现传动箱体小型化，第一电机转速M1、第二电机转速M2、传动轴转速MO，转向如图中箭头方向所示，当Z1＝Z2且Z3＝Z4时，两电机输入转速同步条件M1＝M2，传动过程中电机转速M1、M2波动引起的输入转速同步差异，由双弹性联轴器补偿，可以降低双电机的转速同步控制精度要求。

Claims (7)

1.双电机同步驱动装置，其特征在于，包括：第三齿轮与传动轴同轴线转动连接，弹性元件约束第三齿轮与传动轴的相对转动、并保持第三齿轮至传动轴的扭矩传递，第四齿轮与传动轴同轴线转动连接，另一弹性元件约束第四齿轮与传动轴的相对转动、并保持第四齿轮至传动轴的扭矩传递，传动轴在传动箱体上转动连接、输出扭矩，第一齿轮在传动箱体上转动连接、第一齿轮与第三齿轮正确啮合传动，第二齿轮在传动箱体上转动连接、第二齿轮与第四齿轮正确啮合传动，第一电机驱动第一齿轮，第二电机驱动第二齿轮；
其中：第一齿轮齿数Z1、第二齿轮齿数Z2、第三齿轮齿数Z3、第四齿轮齿数Z4，第一电机输入扭矩N1、输入转速M1，第二电机输入扭矩N2、输入转速M2，两电机输入转速同步条件M1Z1/Z3＝M2Z2/Z4，传动轴输出转速MO＝M1Z1/Z3、输出扭矩NO＝N1Z3/Z1+N2Z4/Z2，传动过程中电机转速波动引起的输入转速同步差异，由弹性元件补偿，避免齿轮啮合运动干涉，实现双电机同步驱动。
2.根据权利要求1所述的双电机同步驱动装置，其特征在于，所述的第一电机、第二电机选用伺服电机、或者伺服减速电机。
3.根据权利要求1所述的双电机同步驱动装置，其特征在于，所述的弹性元件选用弹性联轴器。
4.根据权利要求1所述的双电机同步驱动装置，其特征在于，所述的第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮为圆锥齿轮，第一齿轮、第二齿轮轴线分别与第三齿轮、第四齿轮轴线垂直相交。
5.根据权利要求1所述的双电机同步驱动装置，其特征在于，所述的第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮为直齿圆柱齿轮或者斜齿圆柱齿轮，各圆柱齿轮轴线相互平行。
6.根据权利要求1所述的双电机同步驱动装置，其特征在于，省却一个弹性元件，第三齿轮与传动轴同轴线固连，第四齿轮与传动轴同轴线转动连接，弹性元件约束第四齿轮与传动轴的相对转动、并保持第四齿轮至传动轴的扭矩传递，传动轴在传动箱体上转动连接、输出扭矩，第一齿轮在传动箱体上转动连接、第一齿轮与第三齿轮正确啮合传动，第二齿轮在传动箱体上转动连接、第二齿轮与第四齿轮正确啮合传动，第一电机驱动第一齿轮，第二电机驱动第二齿轮，形成一种双电机同步驱动控制装置。
7.根据权利要求1所述的双电机同步驱动装置，其特征在于，省却两个弹性元件，第三齿轮与传动轴同轴线固连，第四齿轮与传动轴同轴线固连，传动轴在传动箱体上转动连接、输出扭矩，第一齿轮在传动箱体上转动连接、第一齿轮与第三齿轮正确啮合传动，第二齿轮在传动箱体上转动连接、第二齿轮与第四齿轮正确啮合传动，第一电机驱动第一齿轮，第二电机驱动第二齿轮，形成一种双电机同步控制装置。
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