CN207360063U - 一种双电机单行星轮系电驱动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双电机单行星轮系电驱动装置，包括第一驱动电机（16）、行星轮系（100）、第二驱动电机（13）和湿式离合器（104），行星轮系（100）包括太阳轮（101）、齿圈（102）、行星架（103）和行星轮系壳体，第一驱动电机（16）与太阳轮（101）相连接，齿圈（102）与所述行星轮系壳体之间固定连接，第二驱动电机（13）与行星架（103）相连接，湿式离合器（104）一端与太阳轮（101）相连接，其另一端与行星架（103）相连接。本实用新型与现有技术相比的有益效果是：能够实现无动力中断的两档变速，在达到对第一驱动电机进行减速增扭的目的并满足车辆的动力性要求的同时，通过湿式离合器即可完成换挡过程，且换挡过程平稳、换挡时间短、行驶平顺性好。

Description

一种双电机单行星轮系电驱动装置

技术领域

本实用新型涉及纯电动汽车驱动装置，尤其涉及一种双电机单行星轮系电驱动装置。

背景技术

为缓解日益加剧的全球能源危机，减少温室气体排放，保持人类社会的可持续发展，电动汽车的发展成为汽车行业中的焦点问题，越来越受到政府和人民群众的关注和重视。纯电动汽车是由电动机取代传统汽车发动机且节能环保的新能源汽车，由于电动机具有可带载启动、工作转速范围宽和无极调速的特性，因此纯电动汽车可利用电机独立驱动而不设置变速器，然而该技术方案需要配备较大功率和扭矩的电动机，这将导致电动机工作效率低、整车经济性较差，同时由于不设置变速器，车辆爬坡能力和加速性能不佳。据此为了改善其动力性能，现有技术中广泛采用的技术方案是在电动机后设置AMT变速装置，但由于AMT在换档时需将主驱电机进行卸载即扭矩清零，并进行摘挡、调速、挂挡等过程，在该过程中会产生明显的动力中断技术问题，进而导致顿挫感明显甚至产生冲击，严重影响汽车行驶平顺性和乘坐舒适性。同时，传动系统驱动扭矩清零后重新加载时会产生扭震等不利现象，直接影响传动系统零部件的使用寿命。而在传统能源汽车中应用的无明显动力中断的变速装置，如DCT，DSG，CVT等，存在着结构复杂、制造及维护成本高、工作特性与电动汽车不符的技术缺陷，因此不适宜广泛应用于纯电动汽车。

专利号为ZL201520848644.6的中国实用新型专利公开了一种电动汽车驱动装置，所述电动汽车驱动装置，包括主驱电机、辅助电机、行星齿轮组、第一锁止离合器、第二锁止离合器和减速器，所述行星齿轮组包括太阳轮、一个以上的行星轮、行星架和齿圈，所述太阳轮安装在所述齿圈中心，所述行星轮呈圆周分布可转动的安装在行星架上。该实用新型的有益效果在于：装置内设置有主驱电机、辅助电机和行星齿轮组，当电动车处于不同的运行状态时，可通过主驱电机、辅助电机以及行星齿轮组的有效组合使驱动装置内的电机工作在高效区，大幅拓宽装置动力源驱动高效区的范围，提高电动车能源利用率，增加电动车行驶里程。但该实用新型设置有两个锁止离合器，其结构复杂、制造成本高，同时也不利于整车布置；此外，该技术方案通过控制两个锁止离合器仅能实现主驱电机单独驱动、辅助电机单独驱动和双电机耦合驱动，不能根据工况改变传动比，即不能实现大速比电机驱动或者小速比电机驱动。因此亟待改进。

专利号为ZL201510309021.6的中国发明专利公开了一种行星齿轮双电机驱动装置，包括行星齿轮减速器、第一电机、第二电机，通过行星架、太阳轮、第一电机轴设置为空心结构，第一电机轴与太阳轮连接，第二电机轴穿过第一电机轴、太阳轮、行星架的空心结构并与行星架连接，第一电机为减速输出，第二电机为直接输出，即等效具有两个档位，同时又无需机械换挡机构，只需根据工况切换电机驱动，解决了现有技术动力性能不足、换挡控制复杂的问题，主要应用在纯电动汽车驱动装置领域。但该发明通过控制第一电机和第二电机的启停仅能实现三种工作模式，即第一电机单独驱动、第二电机单独驱动和双电机耦合驱动，不能实现大速比电机驱动或者小速比电机驱动，在不同工况下也难以保证电机工作于高效区，因此该技术方案的经济性较差，亟待改进。

实用新型内容

本实用新型目的是提供一种用于纯电动汽车的布置紧凑、控制简单、功能集成度高和可靠性好的双电机单行星轮系电驱动装置。

为了实现上述实用新型目的，消除现有技术中存在的动力中断现象，保证行驶平顺性与乘坐舒适性，同时兼顾纯电动汽车的动力性和经济性，解决现有的电动汽车驱动装置和行星齿轮双电机驱动装置存在的上述技术缺陷，本实用新型的双电机单行星轮系电驱动装置采用的技术方案如下：

一种双电机单行星轮系电驱动装置，包括第一驱动电机、行星轮系、第二驱动电机和湿式离合器，所述行星轮系包括太阳轮、齿圈、行星架和行星轮系壳体，所述第一驱动电机与所述太阳轮相连接，所述齿圈与所述行星轮系壳体之间固定连接，所述第二驱动电机与所述行星架相连接，所述湿式离合器一端与所述太阳轮相连接，其另一端与所述行星架相连接。

优选的是，所述第一驱动电机、行星轮系和第二驱动电机之间采用平行布置结构。

在上述任一方案中优选的是，包括扭矩控制单元和集成电机控制单元，所述第一驱动电机输出端设置有第一驱动电机转速传感器，所述第二驱动电机输出端设置有第二驱动电机转速传感器，所述第一驱动电机转速传感器和第二驱动电机转速传感器分别与所述扭矩控制单元相连接，所述第一驱动电机和第二驱动电机分别与所述集成电机控制单元相连接。

在上述任一方案中优选的是，包括车辆驱动桥、车辆驱动轮和传动轴，所述第二驱动电机通过所述传动轴与所述车辆驱动桥相连接，所述车辆驱动桥与所述车辆驱动轮相连接。

在上述任一方案中优选的是，包括动力电池和电池管理系统，所述动力电池分别与所述电池管理系统和所述集成电机控制单元相连接。

在上述任一方案中优选的是，包括整车CAN通讯网络、内部CAN通讯网络、仪表控制单元、整车控制单元和整车其它模块，所述整车CAN通讯网络分别与所述电池管理系统、仪表控制单元、整车控制单元和整车其它模块相连接，所述内部CAN通讯网络分别与所述集成电机控制单元、整车控制单元和扭矩控制单元相连接。

在上述任一方案中优选的是，所述第一驱动电机转速传感器和第二驱动电机转速传感器采用霍尔式转速传感器。

在上述任一方案中优选的是，所述第一驱动电机转速传感器和第二驱动电机转速传感器采用磁敏式转速传感器。

在上述任一方案中优选的是，所述第一驱动电机转速传感器和第二驱动电机转速传感器采用激光式转速传感器。

在上述任一方案中优选的是，所述第一驱动电机转速传感器和第二驱动电机转速传感器采用磁电式转速传感器。

在上述任一方案中优选的是，所述第一驱动电机转速传感器和第二驱动电机转速传感器采用电容式转速传感器。

在上述任一方案中优选的是，所述第一驱动电机转速传感器和第二驱动电机转速传感器采用变磁阻式转速传感器。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：本实用新型通过设置包含湿式离合器的双电机单行星轮系结构能够实现无动力中断的两档变速，在达到对第一驱动电机进行减速增扭的目的并满足车辆的动力性要求的同时，一方面，通过所设置的湿式离合器即可完成换挡过程，换挡过程平稳无冲击、换挡时间短、行驶平顺性好；另一方面，通过所设置的双电机结构保证换挡时无动力中断，从而实现车辆行驶过程中的无顿挫感、乘坐舒适性好的技术效果，有效避免现有AMT结构在换挡时传动系统产生的扭震现象，大幅提高系统及各结构部件的工作寿命。本实用新型能够有效降低对电机峰值功率和峰值扭矩的要求，进一步减小电机体积和降低制造成本。本实用新型通过采用双电机驱动，使车辆无论处于加速、低速或高速工况时均可通过单电机驱动或双电机驱动并结合不同挡位驱动车辆前进，确保电机运行始终处于高效区，从而进一步提高车辆行驶的经济性。同时双电机扭矩耦合驱动也提高了电驱动系统的容错性，系统可靠性高。本实用新型中的两个驱动电机能够分别单独进行制动能量回收，且车辆能够根据不同行驶工况需求对两驱动电机的制动回收扭矩进行合理分配。本实用新型结构简单、布置紧凑、易于实施，也便于整车的安装布置，进一步提高车辆的有限空间利用率。本实用新型的双驱动电机扭矩能够进行互补，容错性强，可靠性高，且整个结构易于维护，实用性好，具有较好的推广应用价值。

附图说明

图1作为本实用新型的双电机单行星轮系电驱动装置的一优选实施例的总体框架结构示意图；

图2为按照本实用新型的双电机单行星轮系电驱动装置图1所示实施例中的双电机单行星轮系的结构示意图。

附图标记说明：

1动力电池；2电池管理系统(Battery Management System，BMS)；3整车CAN通讯网络(CAN1)；4内部CAN通讯网络(CAN2)；5仪表控制单元(Instrument Control Unit，ICU)；6整车控制单元(Vehicle Control Unit，VCU)；7扭矩控制单元(Torque Control Unit，TCU)；8整车其它模块；9车辆驱动轮；10第二驱动电机转速传感器；11车辆驱动桥；12传动轴；13第二驱动电机(Traction Motor 2，TM2)；14集成电机控制单元(Motor ControlUnit，MCU)；15第一驱动电机转速传感器；16第一驱动电机(Traction Motor 1，TM1)。

100行星轮系；101太阳轮；102齿圈；103行星架；104湿式离合器。

具体实施方式

本实施例仅为一优选技术方案，其中所涉及的各个组成部件以及连接关系并不限于该实施例所描述的以下这一种实施方案，该优选方案中的各个组成部件的设置以及连接关系可以进行任意的排列组合并形成完整的技术方案。

下面结合图1、2详细描述所述双电机单行星轮系电驱动装置的技术方案：

一种双电机单行星轮系电驱动装置，包括第一驱动电机16、行星轮系100、第二驱动电机13和湿式离合器104，行星轮系100包括太阳轮101、齿圈102、行星架103和行星轮系壳体，第一驱动电机16与太阳轮101相连接，齿圈102与所述行星轮系壳体之间固定连接，第二驱动电机13与行星架103相连接，湿式离合器104一端与太阳轮101相连接，其另一端与行星架103相连接，第一驱动电机16、行星轮系100和第二驱动电机13之间采用平行布置结构。包括扭矩控制单元7和集成电机控制单元14，第一驱动电机16输出端设置有第一驱动电机转速传感器15，第二驱动电机13输出端设置有第二驱动电机转速传感器10，第一驱动电机转速传感器15和第二驱动电机转速传感器10分别与扭矩控制单元7相连接，第一驱动电机16和第二驱动电机13分别与集成电机控制单元14相连接。包括车辆驱动桥11、车辆驱动轮9和传动轴12，第二驱动电机13通过传动轴12与车辆驱动桥11相连接，车辆驱动桥11与车辆驱动轮9相连接。包括动力电池1和电池管理系统2，动力电池1分别与电池管理系统2和集成电机控制单元14相连接。包括整车CAN通讯网络3、内部CAN通讯网络4、仪表控制单元5、整车控制单元6和整车其它模块8，整车CAN通讯网络3分别与电池管理系统2、仪表控制单元5、整车控制单元6和整车其它模块8相连接，内部CAN通讯网络4分别与集成电机控制单元14、整车控制单元6和扭矩控制单元7相连接。第一驱动电机转速传感器15和第二驱动电机转速传感器10可以选择采用霍尔式转速传感器、磁敏式转速传感器、激光式转速传感器、磁电式转速传感器、电容式转速传感器和变磁阻式转速传感器中的任意一种。

本实用新型的工作原理是：当湿式离合器104不接合时，第一驱动电机16的扭矩由太阳轮101输入，由行星架103输出，根据行星轮系100的特性，第一驱动电机16的扭矩被放大；第二驱动电机13的扭矩与第一驱动电机16被放大后的扭矩在行星架103处耦合，输出给车辆驱动桥11；当湿式离合器104接合时，太阳轮101和行星架103固定连接成为一个整体，此时行星轮系100不具有扭矩放大作用，第一驱动电机16的扭矩与第二驱动电机13的扭矩在行星架103处耦合，输出给车辆驱动桥11。

设本实施例中行星轮系100的传动比(齿圈102齿数与太阳轮101齿数的比值)为k，第一驱动电机16的输出扭矩为T₁，转速为n₁；第二驱动电机13的输出扭矩为T₂，转速为n₂；系统最终的输出扭矩为T₃，转速为n₃。

当湿式离合器104不接合时，本实施例中的各重要部件的转矩与转速之间的关系如下：

T₃＝(1+k)T₁+T₂

当湿式离合器104接合时，太阳轮101和行星架103固连成一个整体，此时本实施例中的各重要部件的转矩与转速之间的关系如下：

T₃＝T₁+T₂

n₃＝n₂＝n₁

本实用新型通过行星轮系100和湿式离合器104可实现对第一驱动电机16的两挡变速。当湿式离合器104不接合时，行星轮系100具有减速增扭作用，满足车辆加速等工况的大扭矩需求，提高车辆的动力性能。在车辆对扭矩需求不大时，湿式离合器104接合，行星轮系100此时不具有减速增扭作用，系统输出扭矩为第一驱动电机16和第二驱动电机13的扭矩和。本实用新型只需通过湿式离合器104即可进行挡位切换，避免了现有AMT结构的摘挡、卸载、调速、挂挡等一系列的复杂运行过程，换挡时间短，无动力中断和换挡冲击，行驶平顺性和乘坐舒适性大幅提升。本实用新型通过在第一驱动电机16输出端与第二驱动电机13输出端分别布置的第一驱动电机转速传感器15和第二驱动电机转速传感器10，将所述两传感器采集的转速信息传送至转矩控制单元7以实时监控湿式离合器104的接合状态，从而保证换挡的可靠性；同时转矩控制单元7根据第一驱动电机16和第二驱动电机13的转速信息，并结合行星轮系100的当前挡位信息，对双电机需要输出的扭矩进行综合判断，将需求扭矩命令发送至集成电机控制单元14，进而控制双电机的输出扭矩。

本实用新型的双电机单行星轮系驱动结构与现有的单电机加两档AMT驱动结构相比的技术特点为：采用双电机进行动力耦合后输出，能够减小单个电机的峰值功率和峰值扭矩，双电机峰值功率之和近似等于相应的单电机驱动时的电机峰值功率，双电机峰值扭矩之和近似等于相应的单电机驱动时的电机峰值扭矩。本实用新型能够实现如下五种驱动形式，即：第一驱动电机16的大速比单独驱动、第一驱动电机16的小速比单独驱动、第二驱动电机13的单独驱动，双电机的大速比耦合驱动和双电机小速比耦合驱动。由于两个驱动电机峰值功率及峰值扭矩的降低，使得电机的体积和质量均有所降低，从而便于整车布置更加合理。从而实现如下技术效果：一方面，两个电机的峰值功率及扭矩都大幅降低，体积及质量也大幅减小，便于整车布置；另一方面，通过选取合适的行星轮系传动比k，可根据不同行驶工况合理配置两电机的工作点位，使双电机尽可能工作在高效区，从而进一步提高纯电动汽车的经济性，以及进一步降低整车能耗。

所述湿式离合器是指用油液冷却的离合器，其冷却油不对摩擦片起保护作用，而使动力传递平滑柔和，其优点是使用寿命长。多用于自动变速器上，如现在普遍使用的手自一体化变速器。通过液压缸的作用压紧多个钢片和摩擦片使离合器结合，回油后则在弹簧力的作用下使钢片和摩擦片分离。

所述霍尔式转速传感器是利用霍尔效应原理制成，霍尔效应是指在一个矩形半导体薄片上有一电流通过，此时如有一磁场也作用于该半导体材料上，则在垂直于电流方向的半导体两端会产生一个很小的电压，该电压就称为霍尔电压。当磁性材料制成的传感器转子上的凸齿交替经过永久磁铁的空隙时，就会有一个变化的磁场作用于霍尔元件(半导体材料)上，使霍尔电压产生脉冲信号。根据所产生的脉冲数目即可检测转速。

所述磁敏式传感器是通过磁电作用将被测量(如振动、位移、转速等)转换成电信号的一种传感器，其利用半导体材料中的自由电子或空穴随磁场改变其运动方向这一特性而制成。具有测量范围宽，安装简便，输出幅值大，工作温度范围宽，抗振性好等优点。

所述激光式转速传感器是通过激光测量被测物运行速度并转化成可输出信号的传感器，其能同时测量两个方向的速度、长度，不但能觉察被测体是否停止，而且能觉察被测体的运动方向。实际应用中可将激光式转速传感器固定在稳定支架上，确保转动物体在转动过程中不会产生过大的振动，从而测出转动被测体的转角和转速。

所述磁电式转速传感器采用磁电感应原理实现测速，当齿轮旋转时，通过传感器线圈的磁力线发生变化，在传感器线圈中产生周期性的电压，其幅度与转速有关，转速越高输出电压越高，输出频率与转速成正比。

所述电容式转速传感器包括面积变化型和介质变化型两种。其中，面积变化型的原理是：电容式转速传感器由两块固定金属板和与转动轴相连的可动金属板构成。可动金属板处于电容量最大的位置，当转动轴旋转180°时则处于电容量最小的位置。电容量的周期变化速率即为转速。可通过直流激励、交流激励和用可变电容构成振荡器的振荡槽路等方式得到转速的测量信号。介质变化型的原理是：在电容器的两个固定电极板之间嵌入一块高介电常数的可动板而构成的。可动介质板与转动轴相连，随着转动轴的旋转，电容器板间的介电常数发生周期性变化而引起电容量的周期性变化，其速率等于转动轴的转速。

所述变磁阻式转速传感器包括三种基本类型：电感式转速传感器、变压器式转速传感器和电涡流式转速传感器。电感式转速传感器应用较广，它利用磁通变化而产生感应电势，其电势大小取决于磁通变化的速率，此类传感器按结构不同又分为开磁路式和闭磁路式两种。开磁路式转速传感器结构比较简单，输出信号较小，不宜在振动剧烈的场合使用。闭磁路式转速传感器由装在转轴上的外齿轮、内齿轮、线圈和永久磁铁构成，内、外齿轮有相同的齿数，当转轴连接到被测轴上一起转动时，由于内、外齿轮的相对运动，产生磁阻变化，在线圈中产生交流感应电势，测出电势的大小便可测出相应转速值。

Claims (12)

1.一种双电机单行星轮系电驱动装置，包括第一驱动电机（16）、行星轮系（100）和第二驱动电机（13），行星轮系（100）包括太阳轮（101）、齿圈（102）、行星架（103）和行星轮系壳体，第一驱动电机（16）与太阳轮（101）相连接，齿圈（102）与所述行星轮系壳体之间固定连接，第二驱动电机（13）与行星架（103）相连接，其特征在于，还包括湿式离合器（104），湿式离合器（104）一端与太阳轮（101）相连接，其另一端与行星架（103）相连接。

2.如权利要求1所述的双电机单行星轮系电驱动装置，其特征在于，第一驱动电机（16）、行星轮系（100）和第二驱动电机（13）之间采用平行布置结构。

3.如权利要求1所述的双电机单行星轮系电驱动装置，其特征在于，包括扭矩控制单元（7）和集成电机控制单元（14），第一驱动电机（16）输出端设置有第一驱动电机转速传感器（15），第二驱动电机（13）输出端设置有第二驱动电机转速传感器（10），第一驱动电机转速传感器（15）和第二驱动电机转速传感器（10）分别与扭矩控制单元（7）相连接，第一驱动电机（16）和第二驱动电机（13）分别与集成电机控制单元（14）相连接。

4.如权利要求3所述的双电机单行星轮系电驱动装置，其特征在于，包括车辆驱动桥（11）、车辆驱动轮（9）和传动轴（12），第二驱动电机（13）通过传动轴（12）与车辆驱动桥（11）相连接，车辆驱动桥（11）与车辆驱动轮（9）相连接。

5.如权利要求3所述的双电机单行星轮系电驱动装置，其特征在于，包括动力电池（1）和电池管理系统（2），动力电池（1）分别与电池管理系统（2）和集成电机控制单元（14）相连接。

6.如权利要求5所述的双电机单行星轮系电驱动装置，其特征在于，包括整车CAN通讯网络（3）、内部CAN通讯网络（4）、仪表控制单元（5）、整车控制单元（6）和整车其它模块（8），整车CAN通讯网络（3）分别与电池管理系统（2）、仪表控制单元（5）、整车控制单元（6）和整车其它模块（8）相连接，内部CAN通讯网络（4）分别与集成电机控制单元（14）、整车控制单元（6）和扭矩控制单元（7）相连接。

7.如权利要求3所述的双电机单行星轮系电驱动装置，其特征在于，第一驱动电机转速传感器（15）和第二驱动电机转速传感器（10）采用霍尔式转速传感器。

8.如权利要求3所述的双电机单行星轮系电驱动装置，其特征在于，第一驱动电机转速传感器（15）和第二驱动电机转速传感器（10）采用磁敏式转速传感器。

9.如权利要求3所述的双电机单行星轮系电驱动装置，其特征在于，第一驱动电机转速传感器（15）和第二驱动电机转速传感器（10）采用激光式转速传感器。

10.如权利要求3所述的双电机单行星轮系电驱动装置，其特征在于，第一驱动电机转速传感器（15）和第二驱动电机转速传感器（10）采用磁电式转速传感器。

11.如权利要求3所述的双电机单行星轮系电驱动装置，其特征在于，第一驱动电机转速传感器（15）和第二驱动电机转速传感器（10）采用电容式转速传感器。

12.如权利要求3所述的双电机单行星轮系电驱动装置，其特征在于，第一驱动电机转速传感器（15）和第二驱动电机转速传感器（10）采用变磁阻式转速传感器。