CN206598718U - 一种车用双电机两档动力耦合箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新能源混合动力系统，涉及车用双电机两档动力耦合箱；由第一电机、第二电机、减速机构、换挡机构和差速器组成；减速机构包括减速机构输入轴、第一减速主动齿轮、第二电机输出减速齿轮、第一减速从动齿轮和中间轴；第一电机转子与内燃机曲轴螺栓连接，第一电机转子后端与减速机构输入轴连接；换挡机构的两档换挡齿环设置在减速机构输入轴上，差速器包括第二减速从动齿轮、半轴齿轮；第二减速从动齿轮与差速器壳连接，两个半轴齿轮与车辆的半轴连接。本实用新型降低了车辆对内燃机的扭矩需求，减小内燃机体积，提高了内燃机的负荷率；将双电机、减速机构、差速器以及换挡机构一体化设计，壳体高度集成化，有利于装配、密封。

Description

一种车用双电机两档动力耦合箱

技术领域

本实用新型涉及一种新能源混合动力系统，特别涉及一种车用双电机两档动力耦合箱。

背景技术

在节能和环保成为汽车行业发展主题的今天，混合动力汽车已经成为各国汽车厂商重点研究的对象。

为满足多数用户驾驶习惯的需求，同时考虑到设计成本，多数混合动力汽车选择与传统汽车同平台开发。然而混合动力汽车在设计方面需要在传统汽车的基础上增加电驱动系统，第一电机系统以及动力电池系统，这就导致传统机舱布置空间紧张。多数混合动力汽车只是将第二电机、第一电机、减速器等通过各端面连接，各个总成相互独立。从动力系统层面来讲，这样做零件多，质量大，可靠性较低；从整车层面来讲，这样单纯搭接出来的动力总成系统体积大，无法与传统车机舱完美兼容，影响整车平台化，成本增加，为了布置需要在传统机舱基础上进行大量改制，影响了整车的安全系数，增加了设计成本；专利CN102007011A中描述了一种四平行轴的双电机动力耦合系统，双电机并列布置并与内燃机不同轴。这样做的好处是第一电机的外径不会受到发动机配合面的制约，外径可以适当增大，电机轴向适当缩小。然而该系统在设计上拥有以下问题：四平行轴设计会导致内燃机动力传递路径过长，效率变低；第一电机与第二电机并列布置在减速机构的一侧导致第一电机的减速机构输入轴过长过细，会导致第一电机轴刚度较差，对整个系统的振动噪声有较大影响；减振机构独立布置，系统集成性较差，抵消了第一电机与发动不同轴布置使电机轴向缩小的尺寸，使整个动力总成轴向长度增加，影响整车布置的灵活性。专利CN103796858A中描述了一种布置在与变速机构不同轴线上的旋转电机的混合动力驱动设备。这样做的好处是考虑了在传统自动变速器上安装电机的方法，以作为低成本简单地构造混合动力驱动设备。然而，由于电机与变速箱之间不同轴，存在此驱动设备在径向方向上尺寸过大的问题，导致该驱动设备在尺寸较小的车辆中布置难度较高。另外，由于采用传统变速器，动力传递路径过长，对该驱动设备的效率有较大影响。

针对上述问题，混合动力汽车的动力系统集成化设计成为迫切的需求。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种新能源车用双电机两档动力耦合箱，其可以实现混合动力车用动力系统的结构紧凑化、高度集成化、轻量化，满足整车对高纯电动性能、低成本以及与传统车良好的搭载性、兼容性的需求。

为解决上述技术问题，本实用新型是采用如下技术方案实现的：

一种车用双电机两档动力耦合箱，由第一电机5、第二电机1、减速机构3、换挡机构2和差速器4组成；

所述第二电机1包括第二电机定子8、后壳体12、第二电机转子13、第二电机轴16；所述第二电机定子8固定于所述后壳体12，第二电机转子13与第二电机轴16连接；

所述减速机构3包括减速机构输入轴27、第一减速主动齿轮24、第二电机输出减速齿轮18、第一减速从动齿轮28和中间轴30；所述第一减速主动齿轮24设置在减速机构输入轴27上；所述第一减速从动齿轮28通过花键连接方式安装在中间轴30上；第一减速主动齿轮24与第一减速从动齿轮28相互啮合；

所述第一电机5中的第一电机转子36与内燃机曲轴螺栓连接，第一电机转子36后端与减速机构输入轴27通过花键连接；

所述换挡机构2的1档的换挡齿环6和2档的换挡齿环40均设置在减速机构输入轴27上，所述1档的换挡齿环6集成在第一减速主动齿轮24上，所述2档的换挡齿环40集成在第二电机输出减速齿轮18上；

所述差速器4包括第二减速从动齿轮31、差速器壳32、半轴齿轮33、前壳体34；

所述的中间轴30与差速器壳32均通过两个轴承分别支撑到前壳体34、后壳体12上；

所述的第二减速从动齿轮31与差速器壳32通过螺栓连接，差速器的两个半轴齿轮33通过花键与车辆的半轴连接。

所述第二电机轴16上设置第二电机输出减速主动齿轮41，所述减速主动齿轮41与第二电机输出减速齿轮18相互啮合；

所述中间轴30上设置二级减速主动齿轮42，所述二级减速主动齿轮42与第二减速从动齿轮31相互啮合。

所述第一电机5中的第一电机定子35固定于前壳体34上，所述第一电机定子35冷却所需冷却水道集成于前壳体34内部；

所述第二电机1中的第二电机定子8冷却所需冷却水道集成于后壳体12内部；

所述减速机构3还包括驻车齿轮17，所述驻车齿轮17设置在第二电机轴16上。

所述第一电机转子36内部空腔中集成一个减振机构37，减振机构37与第一电机转子36连接，减振机构37的内径通过花键与减速机构输入轴27连接。

所述第一电机5的外轮毂最大半径小于从减速机构输入轴27轴心到差速器4轴心的距离；所述第二电机1的外轮廓最大半径小于或等于第一电机5的外轮毂最大半径。

所述的第一电机1及第二电机5冷却方式为强制水循环冷却；第二电机后轴承11为脂润滑，减速机构齿轮、换挡机构齿轮冷却方式为变速箱油飞溅润滑。

所述的第一电机5与第二电机1均为永磁同步电机、交流异步电机或者磁阻电机；

靠近第一电机5一侧的减速机构输入轴27上设置连接断开单元。

与现有技术相比本实用新型的有益效果是：

从整车角度出发：采用两档变速器，为内燃机提供两个传动比，可以降低车辆对内燃机的扭矩需求，减小内燃机体积，并且内燃机可以在驱动第一电机与驱动车轮之间自由切换，提高了车辆行驶时内燃机的负荷率。当电池电量充足时，整车驱动以纯电动为主，纯电动能力能够满足绝大多数工况需求，可以实现市区行驶零排放；高速工况下，内燃机可以直接驱动车辆，在大负荷需求工况时，内燃机与电机联合驱动，满足加速和爬坡需求；当电池电量不足时，在低速低负荷工况，整车功率需求低，车辆可以纯电动或串联驱动；中高车速时，内燃机直接驱动车辆，内燃机和电机联合驱动，大功率由内燃机提供；大扭矩由内燃机和电机共同提供，可以保证整车动力性不下降；综上，由于动力耦合箱的采用，整车可以根据不同工况通过控制策略进行调整，使第二电机能量与内燃机能量都得到高效率地传递与利用，在保证整车动力性的基础上，可进一步延长车辆的续驶里程，解决纯电动模式下的里程焦虑问题。

从动力系统角度出发：该动力耦合箱将双电机、减速机构、差速器以及换挡机构等一体化设计，壳体高度集成化，有利于装配、密封，并且第一电机转子与减振机构耦合设计、驱动电机输出齿轮组与内燃机一档减速齿轮组共用等设计有效地使动力耦合器轴向空间更加紧凑，大幅度缩减零部件数量，使得整个更加轻量化，在整车动力系统布置的灵活性大幅提高。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：

图1所示为本实用新型所述的车用双电机两档动力耦合箱的剖面布置图；

图2所示为本实用新型所述的车用双电机两档动力耦合箱第二电机部分局部放大图。

图3所示为本实用新型所述的车用双电机两档动力耦合箱的减速机构部分局部放大图。

图4所示为本实用新型所述的车用双电机两档动力耦合箱的第一电机部分局部放大图。

图5所示为第一电机内部添加减振机构时结构放大图；

图6所示为本实用新型所述的车用双电机两档动力耦合箱的局部放大图；

图中：1、第二电机；2、换挡机构；3、减速机构；4、差速器；5、第一电机；6、1档的换挡齿环；7、第二电机后端盖；8、第二电机定子；9、第二电机后端盖板；10、第二电机旋转变压器；11、第二电机后轴承；12、后壳体；13、第二电机转子；14、第二电机前轴承；15、第二电机油封；16、第二电机轴；17、驻车齿轮；18、第二电机输出减速齿轮；19、中间轴后轴承；20、差速器油封；21、差速器支撑轴承；22、减速机构输入轴滚针轴承；23、推力轴承；24、第一减速主动齿轮；25、滚针轴承；26、减速机构输入轴支撑轴承；27、减速机构输入轴；28、第一减速从动齿轮；29、中间轴前轴承；30、中间轴；31、第二减速从动齿轮；32、差速器壳；33、半轴齿轮；34、前壳体；35、第一电机定子；36、第一电机转子；37、减振机构；38、第一电机油封；39、第一电机旋转变压器；40、2档的换挡齿环；41、第二电机输出减速主动齿轮；42、二级减速主动齿轮；A为内燃机曲轴侧。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细的描述：

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种新能源车用双电机两档动力耦合箱，由第一电机5、第二电机1、减速机构3、换挡机构2及差速器4组成。其中第一电机转子36与内燃机曲轴螺栓连接，第一电机转子36后端与减速机构3输入轴通过花键连接，从而使第一电机5拥有传统汽车中飞轮的功能；动力耦合箱的壳体分为前壳体34与后壳体12两部分；所述减速机构3包括减速机构输入轴27、中间轴30、第一减速主动齿轮24和第二电机输出减速齿轮18；所述换挡机构2可以执行内燃机动力的两档切换；

驻车齿轮17安装在第二电机轴16上，第二电机输出减速主动齿轮41也安装在第二电机轴16上；

所述的第一电机1及第二电机5冷却方式为强制水循环冷却；第二电机后轴承11为脂润滑，其他轴承及减速机构齿轮、换挡机构齿轮冷却方式为变速箱油飞溅润滑；

所述的第一电机5与第二电机1均为永磁同步电机、交流异步电机或者磁阻电机；

所述的第二电机轴16通过至少两个深沟球轴承支撑到后壳体12与第二电机后端盖7上，减速机构输入轴27通过一个深沟球轴承支撑到前壳体34上，并通过一个滚针轴承、一个轴向推力轴承和第二电机轴16互相支撑定位；

所述换挡机构2的齿圈布置在减速机构输入轴27上。其中一档的换挡齿环6集成在第一减速齿轮组的第一减速主动齿轮24上，第一减速主动齿轮24布置在减速机构输入轴27上，并且与减速机构输入轴27之间有滚针轴承来保证当档位在另外一档的时候两者的相对运动；另外一档的换档齿环40集成在第二电机输出齿轮组的第二电机输出减速齿轮18上；第一减速从动齿轮28通过花键连接方式安装在中间轴30上，二级减速主动齿轮42与中间轴30一体制造；

所述的第二减速从动齿轮31与差速器壳32通过螺栓连接，差速器的两个半轴齿轮33通过花键与车辆的半轴连接；

所述的中间轴30与差速器壳32均通过两个轴承分别支撑到前后壳体(34；12)上；

所述的第一电机5与减速机构3之间、第二电机1与减速机构3之间均有油封布置；

所述第一电机转子36内部空腔中可以集成一个减振机构37，以此来增强第一电机5对内燃机的减振隔振作用。

所述减速机构输入轴27上，靠近第一电机5一侧可以增加布置连接断开单元。

所述第一电机5的外轮毂最大半径比从减速机构输入轴27轴心到差速器4轴心的距离要小。所述第二电机1的外轮廓最大半径小于等于第一电机5的外轮毂最大半径。

所述的前壳体34：该壳体覆盖所述减速机构3和差速器4的前半部分，以及第一电机5的全部；

所述的后壳体12：该壳体与所述前壳体34相邻，并被固定在前壳体34上。该壳体覆盖所述减速机构3和差速器4的后半部分，以及所述第二电机1的全部；

所述第一电机定子35固定于所述前壳体34，所述第一电机定子35冷却所需冷却水道集成于前壳体34内部；

所述第二电机定子8固定于所述后壳体12，所述第二电机定子8冷却所需冷却水道集成于后壳体12内部。

参阅图1所示，车用双电机两档动力耦合箱分为以下几大部分：第二电机1、换挡机构2、减速机构3、差速器4及第一电机5；

参阅图2所示，第二电机1部分包括：第二电机后端盖7、第二电机定子8、第二电机后端盖板9、第二电机旋转变压器10、第二电机后轴承11、后壳体12、第二电机转子13、第二电机前轴承14、第二电机油封15、第二电机轴16。

参阅图3所示，减速机构3包括驻车齿轮17、第二电机输出减速齿轮18、中间轴后轴承19、减速机构输入轴滚针轴承22、推力轴承23、第一减速主动齿轮24、滚针轴承25、减速机构输入轴支撑轴承26、减速机构输入轴27、第一减速从动齿轮28、中间轴前轴承29、中间轴30。

参阅图3所示，差速器4包括差速器油封20、差速器支撑轴承21、第二减速从动齿轮31、差速器壳32、半轴齿轮33、前壳体34。

参阅图4、图5所示，第一电机5包括第一电机定子35、第一电机转子36、减振机构37、第一电机油封38、第一电机旋转变压器39。

动力耦合箱为第二电机1提供一档两级减速增扭的动力传递机构。第二电机1的动力传递路径是，通过输入高压电使第二电机定子8与第二电机转子13产生电磁感应并相对运动，第二电机转子13产生的动力通过花键使第二电机轴16及安装在第二电机轴16上的第二电机输出减速主动齿轮41转动，并通过第二电机输出减速主动齿轮41与第二电机输出减速齿轮18之间的齿轮啮合作用，将动力传递至中间轴30，最后通过安装在中间轴30上的二级减速主动齿轮42，将动力传递至与二级减速主动齿轮42啮合的第二减速从动齿轮31，第二减速从动齿轮31带动差速器4，经过差速器4，动力最终传至车轮，提供驱动力。

在整个动力传递的过程中，主要的发热源是电流通过第二电机定子8中电能转化的热能，以及齿轮传动部分的摩擦热。因此，为了对第二电机定子8进行冷却，后壳体12上集成有冷却水道，而齿轮的冷却则是通过传统的变速箱油飞溅润滑及冷却。为了保证拥有高压电的第二电机定子8绝缘的安全可靠性，后壳体12被分为第二电机的干腔和传动部分的湿腔，干湿腔之间通过第二电机油封15密封，并在第二电机轴16上开油孔，来保证布置在第二电机前轴承14后侧的第二电机油封15有足够的油润滑而不烧蚀失效。

第二电机转子13与第二电机轴16的连接采用了前半部分过盈配合、后半部分间隙花键配合的连接方式，第二电机转子13的前后轴向定位分别是第二电机轴16轴肩与第二电机后轴承11。这种连接定位的好处是既可以用过盈配合来保证第二电机转子13要求的很高对中度，又可以通过花键可靠地传递扭矩。

动力耦合箱的内燃机动力是通过第一电机5侧传入的，第一电机转子36与内燃机曲轴通过螺栓连接。当使用串联模式时，内燃机动力用来完全发电，此时换挡机构挂在空挡上，内燃机拖动第一电机转子36旋转，通过电磁感应在第一电机定子35中产生电流，为动力电池充电。当使用内燃机动力直接驱动车辆时，动力耦合箱为其提供两档两级减速增扭机构，其中一个档位的一级减速齿轮组与第二电机输出减速齿轮组共用，另一个档位的一级齿轮组即第一减速齿轮组的主动齿轮为第一减速主动齿轮24，被动齿轮为第一减速从动齿轮28。其中第一减速主动齿轮24布置在减速机构输入轴27上，该齿轮与减速机构输入轴27之间有滚针轴承25来保证当档位在电机输出减速齿轮组的时候两者的相对运动；两档位的一级减速齿轮均安装在中间轴上，齿轮与轴通过花键连接；第二减速齿轮组的主动齿轮与中间轴30为一体式结构，被动齿轮为第二减速从动齿轮31，第二减速从动齿轮31与差速器壳32通过螺栓连接，以上所有传动齿轮均为斜齿轮，在满足大载荷时的强度要求的同时也可以有较小的啮合噪声。内燃机动力可以通过以下流程传递：曲轴→第一电机转子36→减速机构输入轴27→第一减速主动齿轮24→第一减速从动齿轮28→中间轴30→第二减速齿轮组→差速器4→车轮。在内燃机动力驱动车辆的同时可以控制第一电机5的通断电来决定在内燃机驱动车辆的同时是否需要为动力电池充电。

在内燃机动力传递的过程中，主要的发热源是电流通过第一电机定子35中电能转化的热能，以及齿轮传动部分的摩擦热。因此，为了对第一电机定子35进行冷却，前壳体34上集成有冷却水道，而齿轮的冷却则是通过传统的变速箱油飞溅润滑及冷却。为了保证拥有高压电的第一电机定子35绝缘的安全可靠性，前壳体34被分为第二电机的干腔和传动部分的湿腔，干湿腔之间通过第一电机油封38密封，并在减速机构输入轴27上开油孔，来保证布置在中间轴前轴承29前侧的第一电机油封38有足够的油润滑而不烧蚀失效。

正常工况下，如图4，第一电机转子36自身可以为后面的动力链吸收掉来自内燃机的振动。当动力耦合箱所匹配的内燃机的振动状态过于恶劣时，还可以在第一电机内耦合扭力减震器，如图5所示：减振机构37的外径与第一电机转子36通过螺栓连接，内径通过花键与减速机构输入轴27连接。在保证动力耦合箱的振动噪声过程中，减振机构37所需的足够的转动惯量由第一电机转子36来提供，从而使发第一电机转子36与减振机构37的耦合结构实现传统汽车动力链中飞轮的功能。

在第二电机轴16上还安装有通过半圆键传递扭矩，由第二电机轴16轴肩与第二电机前轴承14定位的驻车齿轮17，外部驻车机构通过驻车齿轮17锁住第二电机轴16，通过第二电机输出减速齿轮组、第二减速齿轮组与差速器的传递，将车轮锁住，从而实现驻车功能。

以上通过具体实施方式对本实用新型进行了详细的说明，该实施方式仅仅是本实用新型的较佳实例，不应理解为对本实用新型的限制，任何依据本实用新型的原理所做的更改都应在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种车用双电机两档动力耦合箱，其特征在于：由第一电机(5)、第二电机(1)、减速机构(3)、换挡机构(2)和差速器(4)组成；

所述第二电机(1)包括第二电机定子(8)、后壳体(12)、第二电机转子(13)、第二电机轴(16)；所述第二电机定子(8)固定于所述后壳体(12)，第二电机转子(13)与第二电机轴(16)连接；

所述减速机构(3)包括减速机构输入轴(27)、第一减速主动齿轮(24)、第二电机输出减速齿轮(18)、第一减速从动齿轮(28)和中间轴(30)；所述第一减速主动齿轮(24)设置在减速机构输入轴(27)上；所述第一减速从动齿轮(28)通过花键连接方式安装在中间轴(30)上；第一减速主动齿轮(24)与第一减速从动齿轮(28)相互啮合；

所述第一电机(5)中的第一电机转子(36)与内燃机曲轴螺栓连接，第一电机转子(36)后端与减速机构输入轴(27)通过花键连接；

所述换挡机构(2)的1档的换挡齿环(6)和2档的换挡齿环(40)均设置在减速机构输入轴(27)上，所述1档的换挡齿环(6)集成在第一减速主动齿轮(24)上，所述2档的换挡齿环(40)集成在第二电机输出减速齿轮(18)上；

所述差速器(4)包括第二减速从动齿轮(31)、差速器壳(32)、半轴齿轮(33)、前壳体(34)；

所述的中间轴(30)与差速器壳(32)均通过两个轴承分别支撑到前壳体(34)、后壳体(12)上；

所述的第二减速从动齿轮(31)与差速器壳(32)通过螺栓连接，差速器的两个半轴齿轮(33)通过花键与车辆的半轴连接。

2.根据权利要求1所述的一种车用双电机两档动力耦合箱，其特征在于：

所述第二电机轴(16)上设置第二电机输出减速主动齿轮(41)，所述减速主动齿轮(41)与第二电机输出减速齿轮(18)相互啮合；

所述中间轴(30)上设置二级减速主动齿轮(42)，所述二级减速主动齿轮(42)与第二减速从动齿轮(31)相互啮合。

3.根据权利要求1所述的一种车用双电机两档动力耦合箱，其特征在于：

所述第一电机(5)中的第一电机定子(35)固定于前壳体(34)上，所述第一电机定子(35)冷却所需冷却水道集成于前壳体(34)内部；

所述第二电机(1)中的第二电机定子(8)冷却所需冷却水道集成于后壳体(12)内部。

4.根据权利要求1所述的一种车用双电机两档动力耦合箱，其特征在于：

所述减速机构(3)还包括驻车齿轮(17)，所述驻车齿轮(17)设置在第二电机轴(16)上。

5.根据权利要求1所述的一种车用双电机两档动力耦合箱，其特征在于：

所述第一电机转子(36)内部空腔中集成一个减振机构(37)，减振机构(37)与第一电机转子(36)连接，减振机构(37)的内径通过花键与减速机构输入轴(27)连接。

6.根据权利要求1所述的一种车用双电机两档动力耦合箱，其特征在于：

所述第一电机(5)的外轮毂最大半径小于从减速机构输入轴(27)轴心到差速器(4)轴心的距离；所述第二电机(1)的外轮廓最大半径小于或等于第一电机(5)的外轮毂最大半径。

7.根据权利要求1所述的一种车用双电机两档动力耦合箱，其特征在于：

所述的第一电机(1)及第二电机(5)冷却方式为强制水循环冷却；第二电机后轴承(11)为脂润滑，减速机构齿轮、换挡机构齿轮冷却方式为变速箱油飞溅润滑。

8.根据权利要求1所述的一种车用双电机两档动力耦合箱，其特征在于：

所述的第一电机(5)与第二电机(1)均为永磁同步电机、交流异步电机或者磁阻电机；

靠近第一电机(5)一侧的减速机构输入轴(27)上设置连接断开单元。