一种具有双电机的电驱动桥结构及其工作方法

1.本发明属于汽车传动系统技术领域，具体涉及一种具有双电机的电驱动桥结构及其工作方法。


背景技术：

2.电动汽车产业的快速发展已成为必然趋势，并将最终推动汽车产业的电动化，增程式汽车在这一产业中扮演着重要角色。车桥产品作为整车的重要零部件，也将紧随整车电动化的发展趋势。
3.目前，商用车电驱动桥技术作为整车的重要技术，越来越多的被重视。电驱动桥作为整车的动力来源，其性能的好坏直接影响着整车的动力性、经济性以及通过性等等。为了提高整车的动力性，各大厂商使用功率较大的驱动电机，这无疑增加了整车成本，传统两档减速器体积大、重量大。在驱动桥这种有限空间中，高功率电机与减速器占用较大的布置空间，影响汽车的通过性。
4.同时，在目前公开技术中，有同轴式和平行轴式电驱动桥，其减速机构都是通过换挡拨片实现的，结构较为复杂，可靠性较低。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种具有双电机的电驱动桥结构及其工作方法，结构紧凑、灵活性高，安装及维护简单，能够适用于不同的运行工况，有效提高了车辆的续航能力。
6.本发明是通过以下技术方案来实现：
7.本发明公开了一种具有双电机的电驱动桥结构，包括第一电机、第二电机、周转轮系、主动齿轮、从动齿轮、差速器、驱动半轴和制动器；
8.第一电机包括第一电机定子和第一电机转子，第二电机包括第二电机定子和第二电机转子，第一电机定子、第一电机转子、第二电机定子和第二电机转子均设在轴上；周转轮系包括齿圈、行星架、太阳轮和行星轮；第一电机转子与太阳轮固定连接，第二电机转子与齿圈固定连接，齿圈与制动器连接；行星架的一侧与行星轮连接，另一侧与主动齿轮连接，主动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮与差速器连接，差速器与驱动半轴连接。
9.优选地，差速器包括差速器壳体、差速器行星齿轮和半轴齿轮；驱动半轴包括第一输出半轴和第二输出半轴；从动齿轮与差速器壳体连接，差速器壳体与差速器行星齿轮连接，差速器行星齿轮与半轴齿轮啮合，半轴齿轮分别与第一输出半轴和第二输出半轴连接，第一输出半轴和第二输出半轴连接至轮毂。
10.优选地，差速器为防滑差速器。
11.优选地，第一电机和第二电机均为空心轴电机。
12.优选地，第一电机定子和第二电机定子在轴上对称设置，第一电机定子和第二电机定子之间通过联接块安装在定子固定盘上，定子固定盘与轴连接。
13.进一步优选地，定子固定盘为非导磁材质。
14.优选地，第一电机转子通过螺栓与太阳轮连接，第二电机转子通过双头螺柱与齿圈连接，双头螺柱与制动器连接。
15.优选地，第一电机和第二电机为轴向磁通永磁同步电机。
16.本发明公开了上述具有双电机的电驱动桥结构的工作方法，包括：当汽车低速行驶时，齿圈被制动器制动，此时周转轮系为自由度为1的行星轮系，第一电机的动力由太阳轮输入，经行星轮系减速后，由行星架输出至主动齿轮，主动齿轮带动从动齿轮，从动齿轮将动力传递至差速器，差速器通过驱动半轴将动力传递至汽车轮毂；
17.当汽车高速行驶时，制动器解除对齿圈的制动，此时周转轮系为自由度为2的差动轮系，第一电机的动力由太阳轮输入，第二电机的动力由齿圈输入，经差动轮系耦合后，由行星架输出至主动齿轮，最终将动力传递至汽车轮毂。
18.优选地，当汽车低速行驶时，系统减速比为：
[0019][0020]
输出扭矩为：
[0021]
t
h
＝i
·
t
a
[0022]
输出转速为：
[0023]
n
h
＝n
a
/i
[0024]
其中，n
a
为太阳轮的转速；n
h
为行星架的转速；z
a
为太阳轮的齿数；z
b
为齿圈的齿数；t
a
为第一电机的输出转矩；
[0025]
当汽车高速行驶时，取μ
o
＝z
b
/z
a
[0026]
输出扭矩为：
[0027]
t
h
＝
‑
(1+μ
o
)
·
t
a
＝
‑
(1+μ
o
)
·
t
b
/μ
o
[0028]
输出转速为：
[0029][0030]
其中，n
a
为太阳轮的转速；n
b
为齿圈的转速；n
h
为行星架的转速；t
b
为第二电机的输出转矩；z
a
为太阳轮的齿数；z
b
为齿圈的齿数；μ
o
为周转轮系的特征参数。
[0031]
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
[0032]
本发明公开的一种具有双电机的电驱动桥结构，主要由第一电机、第二电机、周转轮系、传动齿轮系统、差速器、驱动半轴和制动器组成，通过制动器，能够使周转轮系在行星轮系和差动轮系之间切换，第一电机单独驱动时，行星轮系减速比较大，实现电驱动桥处于一档挡位，适合于低速大扭矩的工况；当第一电机和第二电机共同驱动时，能够输出很高的转速，实现电驱动桥处于二档挡位，适合于汽车高速行驶时，大功率高转速工况；能够满足汽车低速大扭矩以及高速高功率的运行工况。该驱动桥结构设计合理，使用方便，整体结构清晰明了，便于安装与后期维护；结构更加紧凑、重量更轻且工作效率高，具有高功率密度、高转速、高平顺性；一体化的设计提高了汽车的封装灵活性、电气化程度以及传动效率。传统动力电机传动效率低、体积大、布置困难存在改进空间。传统的集成式电驱动桥簧下质量大，车桥使用寿命大幅缩减，且影响整车平顺性，此外电机的工作环境恶劣，影响其使用寿
命。采用本发明的驱动桥，结构紧凑、装配简单、重量小、体积小、占用空间小，布置容易、安全性能高。由于没有了离合器和变速器，减小了传动装置的体积及重量，为动力电池的布置提供了更大的布置空间，有效增加了续航能力。
[0033]
进一步地，差速器采用防滑差速器，能够克服普通锥齿轮式差速器因转矩平均分配给左、右轮而带来的在坏路面(泥泞、冰雪路面等)上行驶时，因一侧驱动轮接触泥泞、冰雪路面而在原地打滑(滑转)，另一侧在好路面上的驱动轮却处在不动状态使汽车通过能力降低的缺点。
[0034]
进一步地，第一电机和第二电机均采用空心轴电机，体积小、重量轻，能够显著降低噪音。
[0035]
进一步地，第一电机定子和第二电机定子之间通过联接块连接，之间留有距离，能够防止两者的磁场互相影响；且两者在轴上对称设置，使轴上的载荷分布均匀，转动平稳、噪音低。
[0036]
更进一步地，定子固定盘采用非导磁材质，能够进一步减少第一电机定子和第二电机定子受到的磁场影响。
[0037]
进一步地，第一电机和第二电机为轴向磁通永磁同步电机，具有功率密度高、峰值扭矩大、高效区域宽，且噪声、振动、尺寸及重量均小的优点。
[0038]
本发明公开的上述具有双电机的电驱动桥结构的工作方法，。
附图说明
[0039]
图1为本发明的整体结构示意图；
[0040]
图2为本发明的驱动桥位于一档时的动力传递路线示意图；
[0041]
图3为本发明的驱动桥位于二档时的动力传递路线示意图。
[0042]
图中：1.第一电机定子；2.第一电机转子；3.第二电机定子；4.第二电机转子；5.齿圈；6.行星轮；7.行星架；8.太阳轮；9.主动齿轮；10.从动齿轮；11.差速器壳体；12.差速器行星齿轮；13.半轴齿轮；14.第一输出半轴；15.轴；16.第二输出半轴；17.制动器。
具体实施方式
[0043]
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述：
[0044]
图1为本发明的具有双电机的电驱动桥结构的整体结构示意图，包括第一电机、第二电机、周转轮系、主动齿轮9、从动齿轮10、差速器、驱动半轴和制动器17；
[0045]
第一电机包括第一电机定子1和第一电机转子2，第二电机包括第二电机定子3和第二电机转子4，第一电机定子1、第一电机转子2、第二电机定子3和第二电机转子4从左向右依次设在轴15上；周转轮系包括齿圈5、行星架7、太阳轮8和行星轮6；第一电机转子2与太阳轮8固定连接，第二电机转子4与齿圈5固定连接，齿圈5与制动器17连接；行星架7的一侧与行星轮6连接，另一侧与主动齿轮9连接，主动齿轮9与从动齿轮10啮合，从动齿轮10与差速器连接，差速器与驱动半轴连接。
[0046]
差速器包括差速器壳体11、差速器行星齿轮12和半轴齿轮13；驱动半轴包括第一输出半轴14和第二输出半轴16；从动齿轮10与差速器壳体11连接，差速器壳体11与差速器行星齿轮12连接，差速器行星齿轮12与半轴齿轮13啮合，半轴齿轮13分别与第一输出半轴
14和第二输出半轴16连接，第一输出半轴14和第二输出半轴16连接至轮毂。第一输出半轴14、第二输出半轴16和差速器均位于驱动桥桥壳组件内，两个半轴套管固定焊接在桥壳组件上。
[0047]
第一电机转子2通过螺栓与太阳轮8连接，第二电机转子4通过双头螺柱与齿圈5连接，双头螺柱与制动器17连接。
[0048]
主动齿轮9和从动齿轮10采用圆柱齿轮。
[0049]
在本发明的一个较优的实施例中，差速器为防滑差速器。
[0050]
在本发明的一个较优的实施例中，第一电机和第二电机均为空心轴电机。
[0051]
在本发明的一个较优的实施例中，第一电机定子1和第二电机定子3在轴15上对称设置，第一电机定子1和第二电机定子3之间通过联接块安装在定子固定盘上，定子固定盘与轴15连接，形成两边转子，中间具有两个定子的三盘式结构。优选地，定子固定盘为非导磁材质。
[0052]
在本发明的一个较优的实施例中，第一电机和第二电机为轴向磁通永磁同步电机，转子上均安装永磁体代替励磁绕组，降低铜损，保证了电机的高效运行。
[0053]
上述具有双电机的电驱动桥结构在工作时：
[0054]
如图2，当汽车低速行驶时，齿圈5被制动器17制动，此时周转轮系为自由度为1的行星轮系，第一电机的动力由太阳轮8输入，经行星轮系减速后，由行星架输出至主动齿轮9，主动齿轮9带动从动齿轮10，从动齿轮10将动力传递至差速器，差速器通过驱动半轴将动力传递至汽车轮毂；
[0055]
该工况下，系统减速比为：
[0056][0057]
输出扭矩为：
[0058]
t
h
＝i
·
t
a
[0059]
输出转速为：
[0060]
n
h
＝n
a
/i
[0061]
其中，n
a
为太阳轮8的转速；n
h
为行星架7的转速；z
a
为太阳轮8的齿数；z
b
为齿圈5的齿数；t
a
为第一电机的输出转矩；
[0062]
如图3，当汽车高速行驶时，制动器17解除对齿圈5的制动，此时周转轮系为自由度为2的差动轮系，第一电机的动力由太阳轮8输入，第二电机的动力由齿圈5输入，经差动轮系耦合后，由行星架输出至主动齿轮9，最终将动力传递至汽车轮毂。
[0063]
该工况下，取μ
o
＝z
b
/z
a
[0064]
输出扭矩为：
[0065]
t
h
＝
‑
(1+μ
o
)
·
t
a
＝
‑
(1+μ
o
)
·
t
b
/μ
o
[0066]
输出转速为：
[0067][0068]
其中，n
a
为太阳轮8的转速；n
b
为齿圈5的转速；n
h
为行星架7的转速；t
b
为第二电机的输出转矩；z
a
为太阳轮8的齿数；z
b
为齿圈5的齿数；μ
o
为周转轮系的特征参数。
[0069]
差动轮系的设计对电机系统驱动的增程式商用车动力性和经济性有着至关重要的影响。选取合适的速比可以使驱动电机更多时间工作在高效率区，从而能够提高整车经济性和动力性。
[0070]
由前述分析可知，该系统周转轮系可以实现第一电机单独驱动和第一电机、第二电机共同驱动两种工作模式。当增大ngw行星齿轮机构特征参数μ
o
时，可以增大第一种工作模式的减速比，从而可以增大驱动电机系统低速时的扭矩输出。但是ngw行星齿轮特征参数μ
o
又不能太大，当驱动电机处于第二种工作模式时，第一电机和第二电机输出扭矩之比为固定的1/μ
o
，如果μ
o
值取太大，会导致第二电机输出扭矩太大，电机设计困难。
[0071]
需要说明的是，实施例中所述仅是本发明的一种优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。