CN212499884U - 双电机高低速区间动力系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双电机高低速区间动力系统，其第一电机驱动行星机构，行星机构和/或第二电机传动第一输入齿轮，第一输入齿轮传动差速器或驱动桥以输出动力，车辆动力的输出是在第一电机驱动行星机构的基础上叠加第二电机，双电机既能够独立工作以实现多速级行驶，也能够联合互补保证加速性能，动力布置更灵活、能量分配更合理，兼顾节能性和动力性。

Description

双电机高低速区间动力系统

技术领域

本实用新型属于车辆传动领域，具体涉及双电机联合驱动产生高低速宽区间输出动力的传动系统。

背景技术

纯电动汽车我国汽车产业发展的一个重要方向，近十年来，不仅是传统车企不断地推出纯电动汽车，还有很多新能源车企也加入竞争当中。纯电动汽车的技术门槛相对传统燃油汽车来说是较低的，毕竟传统燃油汽车的核心是发动机和变速器，而这两者的核心技术和专利壁垒一直牢牢掌握在外国车企中。

一开始，纯电动汽车的驱动方案是单电机+单级变速器，此方案优点是容易实现，控制简便、技术门槛低。但是缺点是也是很突出：首先，单级变速器使得汽车在起步到最高车速，电机始终运转在一个固定速比上，而电机在性能的中后段输出扭矩随转速升高急剧下降，导致汽车在高速行驶时加速乏力，整个电驱动系统处于高负荷状态，其耗能比燃油汽车更严重。而盲目地提高电机性能保证汽车高速性能，反而往往导致电驱动系统性能过剩，成本提高且效果不明显，针对以上现象，配置双电机电驱动系统无疑是一种更好的方向。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种动力布置更灵活和能量分配更合理以兼顾节能性和动力性的、动力叠加区间较宽的双电机高低速区间动力系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种双电机高低速区间动力系统，包括第一电机和第二电机，所述第一电机驱动行星机构，行星机构和/或第二电机传动第一输入齿轮，第一输入齿轮传动差速器或驱动桥以输出动力。

优选之，所述行星机构由太阳轮、行星轮和齿圈构成，太阳轮被第一电机传动，太阳轮啮合传动行星轮，行星轮内啮合传动齿圈，齿圈传动第一输入齿轮。

优选之，所述齿圈通过行星架传动第一输入齿轮。

优选之，所述第一输入齿轮通过输出齿轮传动差速器或驱动桥。

优选之，所述第二电机通过第二输入齿轮传动输出齿轮。

优选之，所述齿圈传动摩擦盘，摩擦盘安装于制动器的内腔中。

实施上述技术方案，由于车辆动力的输出是在第一电机驱动行星机构的基础上叠加第二电机，双电机既能够独立工作以实现多速级行驶，也能够联合互补保证加速性能，动力布置更灵活、能量分配更合理，兼顾节能性和动力性；第一电机通过行星机构产生中低速行驶，第二电机直接驱动产生高速行驶，两个电机输出都有较宽的动力叠加区间，特别是第二电机根据其负责的车速区间采用小减速比传动设计，处于高速行驶状态的第二电机能够发挥最佳效能运转，不存在转速过高现象，而负责中低速的第一电机不需要叠加输出动力，彻底避免了纯电动汽车高速行驶时出现多余耗电现象，体现了节能理念。

附图说明

图1为实施例1双电机高低速区间动力系统的原理图。

图2为实施例2双电机高低速区间动力系统的原理图。

图3为实施例3双电机高低速区间动力系统的原理图。

图4为实施例4双电机高低速区间动力系统的原理图。

图中：EM1-第一电机，EM2-第二电机；1-行星架，2-差速器，3-摩擦盘，4-制动器，5-驱动桥；S1-第一电机轴，S2-第二电机轴，S3-制动轴，S4-中间轴，S5-左半轴，S6-右半轴，S7-输出轴，S8-传动轴；G1-太阳轮，G2-行星轮，G3-齿圈，G4-行星架齿轮，G5-第一输入齿轮，G6-输出齿轮，G7-电机齿轮，G8-差速器齿轮，G9-制动齿轮，G10-第二输入齿轮。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，双电机高低速区间动力系统主要由第一电机EM1、第二电机EM2、行星机构、制动机构、中间轴总成和差速器总成组成。其中第一电机EM1与行星机构同轴安装，制动机构与行星机构平行轴安装，第二电机EM2、行星机构、中间轴总成和差速器总成相互平行轴安装。

行星机构由太阳轮G1、行星轮G2、齿圈G3和行星架1组成，太阳轮G1与行星轮G2外啮合，行星轮G2与齿圈G3内啮合。行星轮采用单排齿轮，当然，行星轮G2可以是双排齿轮，其中一排与太阳轮G1外啮合，另一排与齿圈G3内啮合。

第一电机EM1的转子通过第一电机轴S1与太阳轮G1固定连接，多个行星轮G2均布在行星架1上，齿圈G3的外圆周上还加工有外齿圈，行星架齿轮G4固定连接于行星架1上。第二电机EM2的转子通过第二电机轴S2与电机齿轮G7固定连接，电机齿轮G7与第一输入齿轮G5外啮合。

制动机构由摩擦盘3、制动器4、制动轴S3和制动齿轮G9组成。制动齿轮G9与齿圈G3的外齿圈外啮合，多个制动齿轮G9均匀安装在齿圈G3的外齿圈圆周上，制动齿轮G9通过制动轴S3与摩擦盘3固定连接，摩擦盘3按一定间隙安装在制动器4的内腔内，制动器4固定安装于壳体。

中间轴总成由中间轴S4、第一输入齿轮G5和输出齿轮G6组成。第一输入齿轮G5与行星架齿轮G4外啮合，第一输入齿轮G5与电机齿轮G7外啮合，第一输入齿轮G5与中间轴S4固定连接，输出齿轮G6固定连接于中间轴S4。

差速器总成由差速器齿轮G8、差速器2、左半轴S5和右半轴S6组成。差速器齿轮G8与输出齿轮G6外啮合，差速器齿轮G8固定安装在差速器2，差速器2通过左半轴S5和S6输出动力。

双电机高低速区间动力系统有以下几种常规模式：第一电机单独驱动模式、第二电机单独驱动模式、双电机联合驱动模式、第一电机能量回收模式、第二电机能量回收模式和双电机联合能量回收模式。

第一电机单独驱动模式。第一电机单独驱动模式适用于起步、中速以下常规行驶工况。控制器指示制动器4锁止摩擦盘3，进而，制动齿轮G9被制动，与其外啮合的齿圈G3也被制动。第一电机(EM1)从车载电源处获得电能输出动力，第一电机(EM1)将动力经第一电机轴S1传递给太阳轮G1，太阳轮G1将动力经行星轮G2传递给行星架1，行星架1将动力经行星架齿轮G4传递给第一输入齿轮G5，第一输入齿轮G5将动力经中间轴S4传递给输出齿轮G6，输出齿轮G6将动力传递给差速器齿轮G8，差速器齿轮G8将动力经差速器2传递给左半轴S5和右半轴S6输出动力，此时汽车前进。此模式下，第二电机(EM2)处于关闭状态，第二电机(EM2)的转子处于自由随转状态。

第二电机单独驱动模式。第二电机单独驱动模式适用于中速以上常规行驶工况。控制器指示制动器4释放摩擦盘3，进而，制动齿轮G9被释放，与其外啮合的齿圈G3处于自由转动状态。第二电机(EM2)从车载电源处获得电能输出动力，第二电机(EM2)将动力经第一电机轴S2传递给电机齿轮G7，电机齿轮G7将动力传递给第一输入齿轮G5，第一输入齿轮G5将动力经中间轴S4传递给输出齿轮G6，输出齿轮G6将动力传递给差速器齿轮G8，差速器齿轮G8将动力经差速器2传递给左半轴S5和右半轴S6输出动力，此时汽车前进。此模式下，第一电机(EM1)处于关闭状态。

双电机联合驱动模式。双电机联合驱动模式是基于转矩耦合的驱动模式。当汽车处于第一电机(EM1)单独驱动模式时，若需求大扭矩输出，且车载电源SOC值高于某预设值，处于自由随转状态的第二电机(EM2)转换为驱动模式传动电机齿轮G7，电机齿轮G7将动力传递给第一输入齿轮G5，第一输入齿轮G5将来自第一电机(EM1)和第二电机(EM2)的动力叠加后经中间轴S4传递给输出齿轮G6，输出齿轮G6将动力传递给差速器齿轮G8，差速器齿轮G8将动力经差速器2传递给左半轴S5和右半轴S6输出动力，此时汽车前进。

当汽车处于第一电机单独驱动模式或第二电机单独驱动模式时，若需求大扭矩输出，且车载电源SOC值高于某预设值，此时制动器4仍处于释放状态，处于自由随转状态的第一电机(EM1)转换为驱动模式传动太阳轮G1，太阳轮G1的转速逐渐提升，齿圈G3由于处于自由随转状态，行星机构不对外输出动力，而齿圈G3的转速在太阳轮G2和行星架1的作用下逐渐降低。当齿圈G3的转速接近零，同时该转速满足某预设值时，控制器指示制动器4锁止摩擦盘3，此时太阳轮G1将动力经行星轮G2传递给行星架1，行星架1将动力经行星架齿轮 G4传递给第一输入齿轮G5，第一输入齿轮G5将来自第一电机(EM1)和第二电机(EM2)的动力叠加后经中间轴S4传递给输出齿轮G6，输出齿轮G6将动力传递给差速器齿轮G8，差速器齿轮G8将动力经差速器2传递给左半轴S5和右半轴S6输出动力，此时汽车前进。

能量回收模式。汽车分别处于第一电机单独驱动模式、第二电机单独驱动模式和双电机联合驱动模式时，当汽车在制动减速或滑行，处于驱动模式的电机转换成发电模式，处于自由随转的电机保持原有状态，整车动能由车轮按原动力输出路线逆向传递给处于发电模式的电机，从而传动电机的转子产生电能，再由控制器整流后储存到车载电源。

以上实施例1为基础实施方案，当针对诸如齿圈、输入齿轮、输出齿轮、差速器和制动机构等的组合变动时，能够得出实施例2至实施例4。

如图2所示，实施例2相比实施例1，双电机高低速区间动力系统还可以作出以下改变：取消制动轴S3和制动齿轮G9，取消齿圈G3的外齿圈，取消电机齿轮G7与第一输入齿轮G5的外啮合，同时增加第二输入齿轮G10。摩擦盘3固定安装于齿圈G3的外圆周上，摩擦盘3 按一定间隙安装在制动器4的内腔内，制动器4固定安装于壳体。第一输入齿轮G5、第二输入齿轮G10和输出齿轮G6通过中间轴S4固定同轴连接。电机齿轮G7与第二输入齿轮G10外啮合。

第一电机(EM1)的动力传递路径及动力回馈路径与实施例1相同，而第二电机(EM2) 的动力传递路径改为由第二电机(EM2)的转子—电机齿轮G7—第二输入齿轮G10—输出齿轮 G6—差速器总成—车轮，反之即是第二电机(EM2)的动力回馈路径。

实施例2中对制动机构的调整，实际上还是对齿圈G3的制动，可根据实际情况选择实施例1的制动机构。

如图3所示，实施例3在实施例2的基础上，双电机高低速区间动力系统还可以作出以下改变：齿圈G3的制动方式与实施例2相同，当然，也可以采用实施例1的制动形式。取消双电机高低速区间动力系统内的差速器总成，取消中间轴S4、第二输入齿轮G10、输出齿轮S6，同时，增加输出轴S7。电机齿轮G7与第一输入齿轮G5外啮合，输出轴S7与第一输入齿轮G5 固定连接，输出轴S7与本动力系统外的传动轴S8固定连接，传动轴S8与本动力系统外的驱动桥5固定连接，从而形成完整的动力链。

第一电机(EM1)的动力传递路径为第一电机(EM1)的转子—行星机构—第一输入齿轮 G5—输出轴S7—传动轴S8—驱动桥5，反之即是第一电机(EM1)的动力回馈路径。第二电机(EM2)的动力传递路径为第二电机(EM2)的转子—电机齿轮G7—第一输入齿轮G5—输出轴S7—传动轴S8—驱动桥5，反之即是第二电机(EM2)的动力回馈路径。

如图4所示，实施例4相比实施例1和2，双电机高低速区间动力系统还可以作出以下改变：齿圈G3的制动方式采用实施例2的制动形式，同时也可以采用实施例1的制动形式，附图4画出的是实施例2的制动形式。取消行星架齿轮G4、第二输入齿轮G5。

第一电机(EM1)和太阳轮G1改成空心轴结构，左半轴S5同时穿过第一电机(EM1)和太阳轮G1将左车轮和差速器连接起来。第二电机(EM2)和电机齿轮G7改成空心轴结构，左半轴S6同时穿过第二电机(EM2)和电机齿轮G7将右车轮和差速器2连接起来。

行星架1与差速器2的壳体的一侧固定连接，差速器2的壳体的另一侧安装有差速器齿轮G8。第一输入齿轮G5与电机齿轮G7外啮合，输出齿轮G6与差速器齿轮G8外啮合，第一输入齿轮G5与中间轴S4固定连接，输出齿轮G6固定连接于中间轴S4。

第一电机(EM1)的动力传递路径为第一电机(EM1)的转子—行星机构—差速器2—车轮，反之即是第一电机(EM1)的动力回馈路径。第二电机(EM2)的动力传递路径为第二电机(EM2)的转子—第二输入齿轮G10—中间轴S4—输出齿轮G6—差速器齿轮G8—差速器2—车轮，反之即是第二电机(EM2)的动力回馈路径。

从以上实施例可以看出本实用新型双电机高低速区间动力系统具有以下优势：

(1)双电机电驱动系统中，每个电机的体积比单电机系统的电机体积更小，在动力总成的布置上更具灵活性。同时，双电机交叉独立工作和联合工作也让汽车的能量分配更合理，能同时兼顾节能性和动力性。

(2)两个电机有各自负责的速度区间，在常规行驶时，各电机单独工作已能满足汽车的动力要求。同时，两个电机也有较宽的动力叠加区间，在动力叠加区间中，双电机同时输出动力，保证汽车的加速性能。

(3)汽车在中低速行驶时，齿圈被制动，第一电机通过行星机构输出动力。由于第二电机与动力系统无动力脱开机制，第二电机在汽车中低速区间处于被动随转状态。但由于第二电机负责汽车的中高速区间，往往采用小减速比传动设计。加之汽车处于中低速行驶，因此第二电机的被动随转转速并不高，电机转子拖拽现象基本无影响。

(4)汽车在中高速行驶时，第二电机通过平行轴输出动力。同时，齿圈取消制动，第一电机处于随转状态。尽管第一电机负责汽车的中低速区间，会采用大减速比传动设计，但由于齿圈无制动，行星机构处于无动力输出状态，加之控制器可微调第一电机及与第一电机连接的太阳轮的转速，同时，行星架转速已知，因此齿圈的转速也是可微调控制的。因此，可通过控制器将第一电机(太阳轮)和齿圈的转速调整至相对合理的范围，避免其中之一的转速过高，造成高速拖拽现象，同时提高效率。

第二电机根据其负责的汽车车速区间采用小减速比传动设计，因此第二电机在汽车高速行驶时，第二电机是在其高效工作区中运转，不存在转速过高现象，加之负责中低速的第一电机停止输出动力，且制动器释放，行星机构处于无动力输出，属于“脱挡”状态。因此，此传动机构解决了纯电动汽车高速耗电过大的现象。

(5)当汽车需要急加速时，由于两个电机有较宽的动力叠加区间，可采用双电机驱动，此时分两种情况：

当汽车处于中低速时，即第一电机单独驱动时，此时，处于被动随转状态的第二电机转换为驱动模式，双电机的转矩耦合输出动力驱动汽车前进。

当汽车处于中高速时，即第二电机单独驱动时，此时，齿圈处于释放状态，第一电机转换为驱动模式并迅速提高转速，与之连接的太阳轮的转速也随之提高，同时在太阳轮和行星架的作用下，齿圈的转速逐渐降低，此过程行星机构不对外输出动力。当齿圈的转速接近零且该转速满足某预设值时，控制器指示制动器结合，制动齿圈。此时，行星机构对外输出动力，双电机的转矩耦合驱动汽车前进。

当汽车无需急加速行驶后，根据汽车车速，控制器选择执行第一电机单独驱动模式或第二电机单独驱动模式，当选择执行第一电机单独驱动模式时，第二电机关闭驱动模式，回到被动随转状态。当选择执行第二电机单独驱动模式时，制动器释放，齿圈处于无制动状态，第一电机关闭驱动模式，回到被动随转状态。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种双电机高低速区间动力系统，包括第一电机和第二电机，其特征在于：所述第一电机驱动行星机构，行星机构和/或第二电机传动第一输入齿轮，第一输入齿轮传动差速器或驱动桥以输出动力。

2.根据权利要求1所述的双电机高低速区间动力系统，其特征在于：所述行星机构由太阳轮、行星轮和齿圈构成，太阳轮被第一电机传动，太阳轮啮合传动行星轮，行星轮内啮合传动齿圈，齿圈传动第一输入齿轮。

3.根据权利要求2所述的双电机高低速区间动力系统，其特征在于：所述齿圈通过行星架传动第一输入齿轮。

4.根据权利要求1所述的双电机高低速区间动力系统，其特征在于：所述第一输入齿轮通过输出齿轮传动差速器或驱动桥。

5.根据权利要求4所述的双电机高低速区间动力系统，其特征在于：所述第二电机通过第二输入齿轮传动输出齿轮。

6.根据权利要求2所述的双电机高低速区间动力系统，其特征在于：所述齿圈传动摩擦盘，摩擦盘安装于制动器的内腔中。

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