CN212708752U - 一种高度集成式变速电驱动桥系统 - Google Patents

Abstract

一种高度集成式变速电驱动桥系统，包括驱动桥支架和安装在该驱动桥支架上的两档变速器、驱动电机、电机控制器、换挡控制器、动力电池和左、右驱动轮；该两档变速器包括壳体和安装在该壳体内的输入轴、低速传动机构、高速传动机构、中间传动机构、换挡机构和输出机构，该低速传动机构和高速传动机构分别与该输入轴连接，该低速传动机构和高速传动机构分别通过该中间传动机构与该输出机构连接，该换挡机构分别与该低速传动机构和高速传动机构连接；驱动电机与该输入轴连接；电机控制器与该驱动电机连接；换挡控制器与该两档变速器连接；动力电池与该电机控制器和换挡控制器连接；左、右驱动轮位于该两档变速器的两侧，并分别与该输出机构连接。

Description

一种高度集成式变速电驱动桥系统

技术领域

本实用新型涉及新能源汽车驱动系统，特别是一种高度集成式变速电驱动桥系统。

背景技术

随着不可再生资源和环境污染日趋严重的情况下，新能源汽车越来越受到世界各国的欢迎。随着电动汽车业的不断发展，电动汽车内部布置空间越来越紧凑，整车对电驱动系统的功率密度要求越来越高，这样就要求整个电驱系统的体积越来越小、功率密度越来越高，以满足整车对空间布置和功率密度的需求。而现有的纯电动汽车通常采用驱动电机和逆变器、减速箱分离的结构，或是简单物理集成、单级减速的三合一集成，这样的结构会造成安装空间过大，电驱动系统的功率密度不高，整车的动力性和经济性比较差，应用车型有限；而如果将电机控制器和驱动电机、多档变速箱高度集成在一起，由于电机控制器和驱动电机之间需要连接的信号线较多，而电机控制器和多档变速箱本身体积又较大，因此会发生接线混乱以及容易对驱动电机产生过大压力的问题；同时驱动电机、电机控制器、多档变速箱在工作过程中均会产生大量热量，三者集成在一起，如何有效的散热也成为一个亟待解决的问题。因此，现在迫切需要一款集成度高、体积小、重量轻、散热性能良好的高度集成式电驱动系统，以满足国内新能源汽车行业的需求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的上述问题，提供一种高度集成式变速电驱动桥系统。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种高度集成式变速电驱动桥系统，其中，包括：

驱动桥支架；

两档变速器，安装在所述驱动桥支架上，所述两档变速器包括壳体和安装在所述壳体内的输入轴、低速传动机构、高速传动机构、中间传动机构、换挡机构和输出机构，所述低速传动机构和高速传动机构分别与所述输入轴连接，所述低速传动机构和高速传动机构分别通过所述中间传动机构与所述输出机构连接，所述换挡机构分别与所述低速传动机构和高速传动机构连接；

驱动电机，安装在所述驱动桥支架上，且与所述输入轴连接；

电机控制器，安装在所述驱动桥支架上，且与所述驱动电机连接；

换挡控制器，安装在所述驱动桥支架上，且与所述两档变速器连接；

动力电池，安装在所述驱动桥支架上，且与所述电机控制器和换挡控制器连接；以及

左、右驱动轮，位于所述两档变速器的两侧，并分别与所述输出机构连接。

上述的高度集成式变速电驱动桥系统，其中，所述中间传动机构包括中间轴和中间齿轮，所述中间轴的两端安装在所述壳体上，所述中间齿轮安装在所述中间轴上。

上述的高度集成式变速电驱动桥系统，其中，所述低速传动机构包括相互啮合的输入低速齿轮和中间低速齿轮，所述输入低速齿轮安装在所述输入轴上，所述中间低速齿轮安装在所述中间轴上。

上述的高度集成式变速电驱动桥系统，其中，所述高速传动机构包括相互啮合的输入高速齿轮和中间高速齿轮，所述输入高速齿轮安装在所述输入轴上，所述中间高速齿轮安装在所述中间轴上。

上述的高度集成式变速电驱动桥系统，其中，所述输出机构包括输出齿轮、左、右输出轴和安装在所述左、右输出轴上的行星轮差速器，所述行星轮差速器与所述输出齿轮集成为一体结构件并通过所述输出齿轮与所述中间齿轮连接，所述左、右驱动轮分别通过左、右输出半轴与相应的所述左、右输出轴连接。

上述的高度集成式变速电驱动桥系统，其中，所述换挡机构包括换挡电机、换挡同步器和换挡执行机构，所述换挡电机与所述换挡执行机构连接，所述换挡执行机构通过换挡同步器与所述低速传动机构和高速传动机构连接。

上述的高度集成式变速电驱动桥系统，其中，所述低速传动机构和高速传动机构的输入齿轮与所述驱动电机的驱动转轴为一体结构件。

上述的高度集成式变速电驱动桥系统，其中，所述电机控制器包括控制器箱体和设置于所述控制器箱体内的薄膜电容、功率模块、输入/输出模块、驱动电路板和控制板，所述控制器箱体固定于所述驱动电机的一侧且与所述驱动电机共用部分壳体，所述电机控制器与所述驱动电机采用铜排直接连接，所述换挡控制器位于所述控制器箱体内并与所述电机控制器集成为一体结构件。

上述的高度集成式变速电驱动桥系统，其中，所述控制器箱体包括底板、侧盖板和顶部盖板，所述输入/输出模块、薄膜电容和功率模块均安装在所述底板上，所述侧盖板和顶部盖板与底板共同封装所述换挡控制器及所述薄膜电容、功率模块、输入/输出模块、驱动电路板和控制板。

上述的高度集成式变速电驱动桥系统，其中，所述电机控制器与所述驱动电机共用冷却系统，所述控制器箱体的底板内设置有电机控制器冷却水道，所述电机控制器冷却水道的两端分别连接电机控制器进水口和电机控制器出水口；所述驱动电机的壳体内设置有驱动电机冷却水道，所述驱动电机冷却水道的两端分别连接有驱动电机进水口和驱动电机出水口，所述电机控制器出水口与所述驱动电机进水口连通。

本实用新型的技术效果在于：

本实用新型无论从集成深度，还是结构布置形式，相较于现有技术的平行轴式集成系统或行星轮式，具有集成程度高、体积小、重量轻以及散热性能良好、应用车型广泛，特别在高性能车的动力性和经济性表现特别优越，解决了整车动力性和经济性问题，降低电机成本的同时，采用高度集成式结构，方便布置，应用广泛。应用过程中可采用公用水道与飞溅式润滑，进一步降低了制造成本，减小开发风险与验证周期，是未来新能源驱动系统的发展方向。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的结构示意图。

其中，附图标记

1 驱动电机

2a 电机控制器

2b 换挡控制器

3 输入低速齿轮

4 换挡同步器

5 换挡执行机构

6 输入高速齿轮

7 换挡电机

8 输入轴

9 中间高速齿轮

10 中间轴

11 中间齿轮

12 中间低速齿轮

13 输出齿轮

14 行星轮差速器

15 输出轴

16 右输出半轴

17 左输出半轴

18 右驱动轮

19 左驱动轮

20 动力电池

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作具体的描述：

参见图1，图1为本实用新型一实施例的结构示意图。为了解决现有的电驱动桥系统大都是单减减速型，且集成程度不高只是简单的拼接来实现集成电驱桥系统，且单级减速集成电驱桥系统体积大、重量重，应用车型少，在整车端的动力性和经济性能也差，即现有驱动系统集成度低且接线混乱、动力性单一的问题，本实用新型的高度集成式变速电驱动桥系统，包括：驱动桥支架(图未示)；两档变速器，安装在所述驱动桥支架上，所述两档变速器包括壳体和安装在所述壳体内的输入轴8、低速传动机构、高速传动机构、中间传动机构、换挡机构和输出机构，所述低速传动机构和高速传动机构分别与所述输入轴8 连接，所述低速传动机构和高速传动机构分别通过所述中间传动机构与所述输出机构连接，所述换挡机构分别与所述低速传动机构和高速传动机构连接；驱动电机1，安装在所述驱动桥支架上，且与所述输入轴8连接；电机控制器2a，安装在所述驱动桥支架上，且与所述驱动电机1连接；换挡控制器2b，安装在所述驱动桥支架上，且与所述两档变速器连接；动力电池20，安装在所述驱动桥支架上，且与所述电机控制器2a和换挡控制器2b连接，优选所述换挡控制器2b位于控制器箱体内并与所述电机控制器2a集成在一起；以及左、右驱动轮19/18，位于所述两档变速器的两侧，并分别与所述输出机构连接。所述两档变速器与所述驱动电机1优选共用油冷却系统、驱动转轴和部分壳体，两档变速器的减速器部分与驱动电机1共用壳体，所述驱动电机1采用波形绕阻工艺(扁线hair-pin)且支持汽车开放系统架构(即AUTOSAR架构，其定义了一套支持分布式的、功能驱动的汽车电子软件开发方法和电子控制单元上的软件架构标准化方案，以便应用于不同的汽车平台，提高软件复用，降低开发成本)。

本实施例中，所述中间传动机构包括中间轴10和中间齿轮11，所述中间轴10的两端安装在所述两档变速器的壳体上，所述中间齿轮11安装在所述中间轴10上。所述低速传动机构包括相互啮合的输入低速齿轮3和中间低速齿轮12，所述输入低速齿轮3安装在所述输入轴8上，所述中间低速齿轮12安装在所述中间轴10上。所述高速传动机构包括相互啮合的输入高速齿轮6和中间高速齿轮9，所述输入高速齿轮6安装在所述输入轴8上，所述中间高速齿轮9安装在所述中间轴10上，所述低速传动机构的输入低速齿轮3和高速传动机构的输入高速齿轮6与所述驱动电机1的驱动转轴优选为一体结构，所述两档变速器优选位于驱动电机1右侧。所述换挡机构包括换挡电机7、换挡同步器4和换挡执行机构5，所述换挡电机7与所述换挡执行机构5连接，所述换挡执行机构5通过换挡同步器4与所述低速传动机构和高速传动机构连接。所述输出机构包括输出齿轮13、左、右输出轴15和安装在所述左、右输出轴15上的行星轮差速器14，所述行星轮差速器14设置于壳体内且与所述输出齿轮13集成在一起，并通过所述输出齿轮13与所述中间齿轮11连接，所述左、右驱动轮19/18分别通过左、右输出半轴17/16与对应的所述左、右输出轴15连接。

其中，所述电机控制器2a包括控制器箱体和设置于控制器箱体内的电容、功率模块、输入/输出模块、驱动电路板和控制板，所述控制器箱体固定于所述驱动电机1的一侧且不高于所述驱动电机1的壳体，该控制器箱体与该驱动电机共用部分壳体，所述电机控制器2a与所述驱动电机1采用铜排直接连接，且与所述驱动电机1共用冷却系统，即电机控制器2a的三相线与驱动电机1 通过铜排直接相连接，不采用外部线束。电机控制器2a的功率模块包括IGBT、电流传感器，IGBT固定于控制器箱体的底板上(IGBT为绝缘栅双极型晶体管，由双极型三极管BJT和绝缘栅型场效应管MOS组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，是能源变换与传输的核心器件，俗称电力电子装置的“CPU”)，电流传感器均固定于IGBT上方，输入/输出模块固定于驱动电路板上方并与IGBT电气连接，控制板固定于驱动电路板上方。控制器箱体包括底板、侧盖板和顶部盖板，输入/输出模块、薄膜电容和功率模块均固定于底板上，侧盖板和顶部盖板通过与底板配合，实现对薄膜电容、功率模块、输入 /输出模块和控制板的封装。控制器箱体的底板内部设有电机控制器冷却水道，其电机控制器冷却水道的两端分别连接有电机控制器进水口和电机控制器出水口；驱动电机1的壳体内部设置有驱动电机冷却水道，驱动电机冷却水道的两端分别连接有驱动电机进水口和驱动电机出水口，电机控制器出水口与驱动电机进水口相互连通。

两档变速器具有可变速功能，在需要低速大扭矩爬坡时可切换至低速档，动力从驱动电机1经输入轴8、输入低速齿轮3、中间低速齿轮12、中间轴10、中间齿轮11、输出齿轮13、行星轮差速器14最终传递到输出轴15，再分别通过左、右输出半轴17、16带动相应的左驱动轮19和右驱动轮18，输出大扭矩满足爬坡要求；在高速超车时可以切换至高速档，动力从驱动电机1经输入轴8、输入高速齿轮6、中间高速齿轮9、中间轴10、中间齿轮11、输出齿轮13、行星轮差速器14最终传递到输出轴15，再分别通过左、右输出半轴17、16带动相应的左驱动轮19和右驱动轮18，满足超车加速需求。在换挡时 TCU(换挡控制器2b)接管VCU(整车控制器)给MCU(电机控制器2a) 发指令进行换挡达到最大动力输出，实现最佳的经济效益。两档变速器优选采用换挡同步器4换挡，换挡冲击小，换挡平顺驾乘体验好。换挡时间优选控制在0.5S内，换挡电机7优选采用直流有刷电机成本低。

本实用新型通过将两档变速器、驱动电机1、电机控制器2a、换挡控制器 2b、动力电池20、左驱动轮19、右驱动轮18等高度集成在一起实现可变动力输出，方便整车应用布置，其中电机控制器2a与换挡控制器2b高度封装于同一控制器箱体内，并将薄膜电容、功率模块、控制板等相应电气连接后通过输入/输出模块引出输入端和输出端，这样即可直接将电机控制器2a通过输出模块连接至驱动电机1上，可以大大解决现有的电机控制器2a与驱动电机1集成一体时发生的接线混乱问题；同时由于将电机控制器2a内部划分为几个主要模块，并将这几个主要模块均集成在一个控制器箱体内，因此可以大大减小电机控制器2a的体积和重量，从而使得电机控制器2a与驱动电机1集成为一体时，不会对驱动电机1产生过大压力，保证了整个系统的安全和稳定，同时减小了整个系统的重量和体积。

本实用新型无论从集成深度，还是结构布置形式，相较于现有技术的平行轴式集成系统或行星轮式，具有集成程度高、体积小、重量轻以及散热性能良好、应用车型广泛，特别在高性能车的动力性和经济性表现特别优越，解决了整车动力性和经济性问题，降低电机成本的同时，采用高度集成式结构，方便布置，应用广泛。应用过程中可采用公用水道与飞溅式润滑，进一步降低了制造成本，减小开发风险与验证周期，是未来新能源驱动系统的发展方向。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种高度集成式变速电驱动桥系统，其特征在于，包括：

驱动桥支架；

两档变速器，安装在所述驱动桥支架上，所述两档变速器包括壳体和安装在所述壳体内的输入轴、低速传动机构、高速传动机构、中间传动机构、换挡机构和输出机构，所述低速传动机构和高速传动机构分别与所述输入轴连接，所述低速传动机构和高速传动机构分别通过所述中间传动机构与所述输出机构连接，所述换挡机构分别与所述低速传动机构和高速传动机构连接；

驱动电机，安装在所述驱动桥支架上，且与所述输入轴连接；

电机控制器，安装在所述驱动桥支架上，且与所述驱动电机连接；

换挡控制器，安装在所述驱动桥支架上，且与所述两档变速器连接；

动力电池，安装在所述驱动桥支架上，且与所述电机控制器和换挡控制器连接；以及

左、右驱动轮，位于所述两档变速器的两侧，并分别与所述输出机构连接。

2.如权利要求1所述的高度集成式变速电驱动桥系统，其特征在于，所述中间传动机构包括中间轴和中间齿轮，所述中间轴的两端安装在所述壳体上，所述中间齿轮安装在所述中间轴上。

3.如权利要求2所述的高度集成式变速电驱动桥系统，其特征在于，所述低速传动机构包括相互啮合的输入低速齿轮和中间低速齿轮，所述输入低速齿轮安装在所述输入轴上，所述中间低速齿轮安装在所述中间轴上。

4.如权利要求2或3所述的高度集成式变速电驱动桥系统，其特征在于，所述高速传动机构包括相互啮合的输入高速齿轮和中间高速齿轮，所述输入高速齿轮安装在所述输入轴上，所述中间高速齿轮安装在所述中间轴上。

5.如权利要求4所述的高度集成式变速电驱动桥系统，其特征在于，所述输出机构包括输出齿轮、左、右输出轴和安装在所述左、右输出轴上的行星轮差速器，所述行星轮差速器与所述输出齿轮集成为一体结构件并通过所述输出齿轮与所述中间齿轮连接，所述左、右驱动轮分别通过左、右输出半轴与相应的所述左、右输出轴连接。

6.如权利要求1、2或3所述的高度集成式变速电驱动桥系统，其特征在于，所述换挡机构包括换挡电机、换挡同步器和换挡执行机构，所述换挡电机与所述换挡执行机构连接，所述换挡执行机构通过换挡同步器与所述低速传动机构和高速传动机构连接。

7.如权利要求6所述的高度集成式变速电驱动桥系统，其特征在于，所述低速传动机构和高速传动机构的输入齿轮与所述驱动电机的驱动转轴为一体结构件。

8.如权利要求1、2或3所述的高度集成式变速电驱动桥系统，其特征在于，所述电机控制器包括控制器箱体和设置于所述控制器箱体内的薄膜电容、功率模块、输入/输出模块、驱动电路板和控制板，所述控制器箱体固定于所述驱动电机的一侧且与所述驱动电机共用部分壳体，所述电机控制器与所述驱动电机采用铜排直接连接，所述换挡控制器位于所述控制器箱体内并与所述电机控制器集成为一体结构件。

9.如权利要求8所述的高度集成式变速电驱动桥系统，其特征在于，所述控制器箱体包括底板、侧盖板和顶部盖板，所述输入/输出模块、薄膜电容和功率模块均安装在所述底板上，所述侧盖板和顶部盖板与底板共同封装所述换挡控制器及所述薄膜电容、功率模块、输入/输出模块、驱动电路板和控制板。

10.如权利要求9所述的高度集成式变速电驱动桥系统，其特征在于，所述电机控制器与所述驱动电机共用冷却系统，所述控制器箱体的底板内设置有电机控制器冷却水道，所述电机控制器冷却水道的两端分别连接电机控制器进水口和电机控制器出水口；所述驱动电机的壳体内设置有驱动电机冷却水道，所述驱动电机冷却水道的两端分别连接有驱动电机进水口和驱动电机出水口，所述电机控制器出水口与所述驱动电机进水口连通。

Images