同轴三合一电驱动系统、集成底盘结构与新能源汽车的制作方法

1.本发明涉及新能源汽车领域，尤其涉及一种同轴三合一电驱动系统、集成底盘结构与新能源汽车。


背景技术：

2.随着新能源车行业的飞速发展，电驱动系统总成高功率密度、高转矩密度、高集成度的要求越来越高。
3.纯电动车滑板底盘对电驱系统的集成度要求也越来越高，高集成度，小型化的电驱系统可以提升底盘可用的空间，提高整车舱内空间，提升乘员舒适度，同时增加电池的可用布置空间，可以提升车辆最大续航能力。
4.现有技术中，目前比较主流的电驱系统为平行轴电驱系统和同轴电驱系统，目前所知同轴电驱系统电机控制器普遍集成于电机的侧面或正上方，x、z方向的空间未能实现最小化。


技术实现要素：

5.本发明提供一种同轴三合一电驱动系统、集成底盘结构与新能源汽车，以解决目前同轴电驱系统的空间未能实现最小化的问题。
6.本发明提供的一种同轴三合一电驱动系统，包括电机、变速箱以及电机控制器，所述电机、所述变速箱以及所述电机控制器三者沿同一轴线设置，且所述电机位于所述变速箱与电机控制器之间；
7.所述电机控制器内设置有第一中心通孔，所述电机的转轴内设有第二中心通孔；
8.所述变速箱包括第一输出半轴、第二输出半轴以及差速器，所述第一输出半轴的一端穿过所述第二中心通孔以及所述第一中心通孔后与第一车轮连接，所述第一输出半轴的另一端与所述差速器连接；
9.所述第二输出半轴的一端与所述差速器连接，所述第二输出半轴的另一端与第二车轮连接。
10.可选的，所述电机控制器包括电机控制器壳体，所述电机包括电机壳体，所述变速箱包括变速箱壳体；所述电机控制器壳体与所述电机壳体一体化集成。
11.可选的，所述电机呈圆柱形，所述变速箱的传动机构为行星齿轮结构，且所述变速箱壳体呈圆柱形，所述电机控制器的横截面为环形结构；所述电机控制器、所述电机以及所述变速箱三者形成一体化筒型结构。
12.可选的，所述变速箱包括太阳轮、行星轮、行星架以及内齿圈，所述太阳轮与所述电机的转轴过盈连接，所述行星轮与所述太阳轮啮合连接，所述行星架连接所述行星轮，所述内齿圈与所述行星轮啮合连接，所述内齿圈设于所述变速箱壳体的内周面。
13.可选的，所述差速器包括差速器壳体，所述差速器壳体与所述行星架集成连接；所述差速器通过所述差速器壳体接收所述行星架传递的扭矩以及转速，并传输至所述第一输
出半轴以及所述第二输出半轴。
14.可选的，所述电机控制器包括若干功率器件模组，所述若干功率器件模组均匀分布在所述电机控制器壳体的内周面。
15.可选的，所述若干功率器件模组的典型数量为三个，三个功率器件模组呈三角形均匀布置在所述电机控制器壳体的内周面。
16.可选的，所述变速箱还包括第一轴承、第二轴承，所述第一轴承设置于所述电机控制器壳体上，且用于支撑所述第一输出半轴；所述第二轴承设置于所述变速箱壳体上，且用于支撑所述第二输出半轴。
17.可选的，所述第一轴承以及所述第二轴承的外端面上均设置有油封。
18.可选的，所述电机包括电机定子、电机转子，所述电机转子的中心设有第三中心通孔，所述电机定子的中心设有第四中心通孔，所述电机的转轴穿过所述第三中心通孔，所述电机转子穿过所述第四中心通孔，所述电机定子设于所述电机壳体的内周面。
19.可选的，所述电机还包括设置于所述电机壳体内的第三轴承以及第四轴承，所述第三轴承与所述第四轴承分别用于支撑所述电机的转轴的两端。
20.可选的，同轴三合一电驱动系统还包括直流电源输入端，所述直流电源输入端设于所述电机控制器壳体的外周面。
21.本发明的第二方面提供的一种集成底盘结构，包括以上所述的同轴三合一电驱动系统。
22.本发明的第三方面提供了一种新能源汽车，包括以上所述的集成底盘结构。
23.本发明提供的一种同轴三合一电驱动系统、集成底盘结构与新能源汽车，将电机、变速箱以及电机控制器三者沿同一轴线设置，且电机位于所述变速箱与电机控制器之间，充分利用了空间坐标系中的y方向的空间，实现x、z方向的空间最小化。
24.本发明的可选方案中，所述电机呈圆柱形，所述变速箱呈圆柱形，所述电机控制器的横截面为环形结构，使所述同轴三合一电驱动系统形成一体化筒型结构，结构布局更紧凑，进一步减小了整体的空间。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1是本发明一实施例中同轴三合一电驱动系统的结构示意图一；
27.图2是本发明一实施例中同轴三合一电驱动系统的结构示意图二；
28.图3是本发明一实施例中同轴三合一电驱动系统的结构示意图三；
29.图4是本发明一实施例中同轴三合一电驱动系统的结构示意图四；
30.图5是本发明一实施例中同轴三合一电驱动系统的结构示意图五；
31.图6是本发明一实施例中同轴三合一电驱动系统的结构示意图六；
32.图7是本发明一实施例中同轴三合一电驱动系统的结构示意图七；
33.图8是本发明一实施例中集成底盘结构的结构示意图；
34.图9是本发明一实施例中偏置同轴电驱动系统的结构示意图；
35.图10是本发明一实施例中同轴三合一电驱动系统的结构示意图八。
36.附图标记说明：
37.1-电机控制器；
38.101-电机控制器壳体；
39.102-功率器件模组；
40.103-第一功率器件模组；
41.1031-驱动与控制电路板；
42.1032-功率器件；
43.1033-电容；
44.104-第二功率器件模组；
45.105-第三功率器件模组；
46.106-中心通孔；
47.2-电机；
48.201-电机定子；
49.202-电机转子；
50.203-电机的转轴；
51.204-电机壳体；
52.205-第三轴承；
53.206-位置传感器；
54.207-第四轴承；
55.3-变速箱；
56.301-第一输出半轴；
57.302-第二输出半轴；
58.303-行星轮；
59.304-内齿圈；
60.305-行星架；
61.306-太阳轮；
62.307-差速器；
63.308-第一轴承；
64.309-第二轴承；
65.310-输入轴承；
66.311-第一油封；
67.312-第二油封；
68.313-变速箱壳体；
69.314-输入轴；
70.315-第一级齿轮付；
71.316-第二级齿轮付；
72.317-中间轴；
73.4-第一车轮；
74.5-第二车轮；
75.6-直流电源输入端；
76.7-动力电池。
具体实施方式
77.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
78.在本发明说明书的描述中，需要理解的是，术语“上部”、“下部”、“上端”、“下端”、“下表面”、“上表面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
79.在本发明说明书的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
80.在本发明的描述中，“多个”的含义是多个，例如两个，三个，四个等，除非另有明确具体的限定。
81.在本发明说明书的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
82.下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
83.请参考图1，本发明提供了一种同轴三合一电驱动系统，包括电机2、变速箱3以及电机控制器1，所述电机2、所述变速箱3以及所述电机控制器1三者沿同一轴线设置，且所述电机2位于所述变速箱3与电机控制器1之间；
84.所述电机控制器1内设置有第一中心通孔，所述电机的转轴内设有第二中心通孔；
85.所述变速箱3包括第一输出半轴301、第二输出半轴302以及差速器，所述第一输出半轴301的一端穿过所述第二中心通孔以及所述第一中心通孔后与第一车轮4连接，所述第一输出半轴301的另一端与所述差速器连接；
86.所述第二输出半轴302的一端与所述差速器连接，所述第二输出半轴302的另一端与第二车轮5连接。
87.一种举例中，所述电机控制器1可以为具有控制pwm功能的逆变器，当然本发明并不以此为限，其他形式的电机控制器或集成电力电子装置也在本发明的保护范围之内。
88.一种实施例中，所述同轴三合一电驱动系统可设置在车辆的前部两个车轮之间和/或车辆的后部两个车轮之间；
89.具体的实施例中，所述同轴三合一电驱动系统设有一个电机2，所述电机控制器1用于控制所述电机2的转轴的转动；所述电机2产生电机扭矩以及电机转速，并将所述电机扭矩以及电机转速传输至所述变速箱3，所述变速箱3将所述电机扭矩放大、所述电机转速减小，并将放大后的电机扭矩以及减小后的电机转速通过所述第一输出半轴301传输至第一车轮4，进而控制第一车轮4的增扭或减速；同样的，所述变速箱3将放大后的电机扭矩以及减小后的电机转速通过所述第二输出半轴302传输至第二车轮5，进而控制第二车轮5的增扭或减速。
90.本发明提供的一种同轴三合一电驱动系统，通过将电机2、变速箱3以及电机控制器1三者沿同一轴线设置，且电机2位于所述变速箱3与电机控制器1之间，充分利用了空间坐标系中的y方向的空间，实现x、z方向的空间最小化，此外本发明采用两个输出半轴(具体的第一输出半轴301与第二输出半轴302)与一个差速器，两个输出半轴通过差速器连接，进而实现了一个差速器可通过两个输出半轴将转矩传递给两个车轮，实现了空间最小化。具体的，请参考图6和图7，所述同轴三合一电驱动系统可看作为空间坐标系，所述第一输出半轴301以及第二输出半轴302的延伸方向为空间坐标系的y方向，所述电机2、变速箱3以及电机控制器1沿y方向同轴设置，进而实现x、z方向的空间最小化。
91.请参考图2，所述电机控制器1包括电机控制器壳体101，所述电机2包括电机壳体204，所述变速箱3包括变速箱壳体313；所述电机控制器壳体101与所述电机壳体204一体化集成。
92.所述一体化集成，可表征为所述电机控制器壳体101、所述电机壳体204与所述变速箱壳体313经过连接后成为一个整体。
93.一种举例中，所述一体化集成可为通过焊接的方式将所述电机控制器壳体101、所述电机壳体204与所述变速箱壳体313焊接成为一个整体。
94.另一种举例中，所述一体化集成可为通过螺栓连接的方式将所述电机控制器壳体101、所述电机壳体204与所述变速箱壳体313连接成为一个整体。
95.其他的举例中，所述一体化集成可为通过一体化铸造的方式将所述电机控制器壳体101、所述电机壳体204与所述变速箱壳体313局部或整体连接成为一个整体。
96.当然，本发明并不以此为限，电机控制器壳体、电机壳体与所述变速箱壳体的其他连接方式也在本发明的保护范围之内。
97.具体的实施例中，所述电机控制器壳体101与所述电机壳体204集成连接后共享壳体，所述电机壳体204与所述变速箱壳体313集成连接后共享壳体，可减小所述同轴多电机驱动系统的占用空间。
98.请参考图2，所述电机2呈圆柱形，所述变速箱3的传动机构为行星齿轮结构，且所述变速箱壳体313呈圆柱形，所述电机控制器1的横截面为环形结构；所述电机控制器1、所述电机2以及所述变速箱3三者形成一体化筒型结构；以使得结构更紧凑，进一步节省空间。
99.其中，电机2的转轴的扭矩和转速通过所述行星齿轮结构进行放大。关于行星齿轮结构具体的请参考图2，所述变速箱3包括太阳轮306、行星轮303、行星架305以及内齿圈304，所述太阳轮306与所述电机的转轴过盈连接，所述行星轮303与所述太阳轮306啮合连接，所述行星架305连接所述行星轮303，所述内齿圈304与所述行星轮303啮合连接，所述内齿圈304设于所述变速箱壳体313的内周面。
100.其中，关于行星齿轮结构与电机之间的配合关系可以有以下几种方式：
101.一种举例中，在加工的过程中将所述太阳轮306直接加工在所述电机2的转轴上，使所述太阳轮306与所述电机2的转轴形成一体化。
102.另一种举例中，所述太阳轮306与所述电机2的转轴还可通过花键连接。
103.其他的举例中，所述太阳轮306与所述电机2的转轴还可通过齿轮啮合连接。
104.当然，本发明并不以此为限，太阳轮与电机的转轴的其他配合方式也在本发明的保护范围之内。
105.关于行星齿轮结构的工作原理具体为：所述太阳轮306用于接收所述电机2的转轴生成的扭矩以及转速并开始转动，所述行星轮303能够受控绕所述太阳轮306转动，所述行星架305用于固定所述太阳轮306与所述行星轮303之间的运动方向，所述内齿圈304用于固定所述行星轮303。
106.当然，应当意识到，上述行星齿轮结构只是本发明的变速箱3的一种举例，本发明并不以此为限。其他结构的变速箱也在本发明的保护范围之内，例如，请参考图9，所述变速箱3的结构可以为偏置同轴结构；电机转矩和转速通过输入轴314与中间轴317之间的第一级齿轮付315啮合进行一级增扭或减速，通过中间轴317与第一输出半轴301以及第二输出半轴302之间的第二级齿轮付啮合316进行两级增扭或减速，最后通过差速器307将转矩和转速分别传递到第一车轮4以及第二车轮5，其中输入轴314与第一输出半轴301以及第二输出半轴302在同一轴线上，中间轴317与输入轴314、第一输出半轴301以及第二输出半轴302偏置平行设置。差速器307连接第一输出半轴301以及第二输出半轴302，并通过电机2与电机控制器1通孔。
107.请参考图2，所述差速器307包括差速器壳体，所述差速器壳体与所述行星架305集成连接；所述差速器307通过所述差速器壳体接收所述行星架305传递的扭矩以及转速，并传输至所述第一输出半轴301以及所述第二输出半轴302。
108.具体工作中，所述差速器307通过所述差速器壳体接收所述行星齿轮结构传递的扭矩以及转速，并传输至所述第一输出半轴301以及所述第二输出半轴302。
109.并且，在优选实施方式中，请参考图2，为了增加系统的稳定性，所述变速箱还包括第一轴承308、第二轴承309，所述第一轴承308设置于所述电机控制器壳体101上，且用于支撑所述第一输出半轴301；所述第二轴承309设置于所述变速箱壳体313上，且用于支撑所述第二输出半轴309。
110.此外，在一具体实施例中，所述变速箱3还包括输入轴以及输入轴承310，所述输入轴连接所述电机的转轴203以及所述太阳轮306，以带动所述太阳轮306转动，进而驱动所述行星齿轮结构的运行，所述输入轴承310用于支撑所述输入轴。
111.请继续参考图2，为了提高系统的稳定性，所述第一轴承308以及所述第二轴承309的外端面上均设置有油封；具体的实施例中，所述油封包括第一油封311以及第二油封312，所述第一油封311设置在所述第一轴承308的外端面，所述第二油封312设置在所述第二轴承309的外端面，所述油封用于它将电驱系统中需要润滑的部件(例如电机的转轴203以及行星齿轮结构)与出力部件(例如车轮)隔离，不至于让润滑油渗漏，同时油封也可阻挡外界的杂质进入所述同轴三合一电驱动系统内，影响所述同轴三合一电驱动系统的运作。
112.其中，所述油封的材料可采用丁腈橡胶、氟橡胶、硅橡胶、丙烯酸酯橡胶、聚氨酯以
及聚四氟乙烯。
113.关于电机控制器1请参考图3，所述电机控制器1包括若干功率器件模组，所述若干功率器件模组均匀分布在所述电机控制器壳体101的内周面。
114.关于功率器件模组102在电机控制器1中的布置，在一个实施例中，所述若干功率器件模组的典型数量为三个，三个功率器件模组呈三角形均匀布置在所述电机控制器壳体101的内周面。具体的，所述若干功率器件模组包括第一功率器件模组103、第二功率器件模组104以及第三功率器件模组105。
115.所述第一功率器件模组包括驱动与控制电路板1031、功率器件1032以及电容1033，所述功率器件1032设置在所述驱动与控制电路板1031的外端面，所述电容1033连接所述功率器件1032；所述第一功率器件模组的长边作为三角形的第一边，所述第二功率器件模组的长边作为三角形的第二边，所述第三功率器件模组的长边作为三角形的第三边。
116.一种举例中，所述功率器件1032可采用三相igbt或mosfet半桥功率模块。当然，本发明并不以此为限，其他功率器件的形式也在本发明的保护范围之内。
117.另一种举例中，所述功率器件模组102包括igbt或者mosfet器件、电容、水冷板、连接铜排、驱动电路和控制电路板。当然，本发明并不以此为限，其他功率器件模组的组成器件也在本发明的保护范围之内。
118.其他的举例中，关于驱动与控制电路板1031，请参考图10，所述驱动与控制电路板1031包括中心通孔106，所述中心通孔106内包括第一输出半轴301，所述驱动与控制电路板1031的边缘连接所述电机控制器壳体101的内周面，所述功率器件1032、电容1033沿y方向布置于驱动与控制电路板1031的侧方
119.关于电机2，请参考图2，所述电机包括电机定子201、电机转子202，所述电机转子202的中心设有第三中心通孔，所述电机定子201的中心设有第四中心通孔，所述电机的转轴203穿过所述第三中心通孔，所述电机转子202穿过所述第四中心通孔，所述电机定子201设于所述电机壳体204的内周面。
120.所述电机定子201用于产生旋转定子磁场，所述电机转子201产生旋转转子磁场，定转子磁场相互作用，最终带动所述电机的转轴203转动。
121.具体的实施例中，所述电机2还包括位置传感器206，所述位置传感器206连接所述电机转子202，以检测所述电机转子202的位置。
122.请继续参考图2，所述电机2还包括设置于所述电机壳体204内的第三轴承205以及第四轴承207，所述第三轴承205与所述第四轴承207分别用于支撑所述电机的转轴203的两端。
123.请参考图4、图5，本发明实施例提供的同轴三合一电驱动系统还包括直流电源输入端6，所述直流电源输入端6设于所述电机控制器壳体101的外周面。
124.请继续参考图8，所述同轴三合一电驱动系统将电机控制器1、电机2以及变速箱3设置在同一轴线上，从车轮的横截面看，减小了同轴三合一电驱动系统的高度h1以及集成底盘结构的长度l1，为车辆提供更多布置空间，在相同轴距的条件下(即x1)增加动力电池的可布置空间，并增加车辆的续航里程。
125.此外，本发明实施例还提供了集成底盘结构，包括以上所述的同轴三合一电驱动系统。
126.其中，本发明实施例中的集成底盘结构还包括动力电池7，所述动力电池7集成在所述底盘结构上，具体的可以设置在各车轮之间构成的空间内。具体地，例如如图8所示，所述动力电池设于空间坐标系的x方向的集成底盘上。所述动力电池具体的可以作为本发明前述实施例的同轴三合一电驱动系统的直流电源来源。具体的，请继续参考图8，所述直流电源输入端6可采用直流母线接口，连接所述动力电池7的输出端。使用中，动力电池7通过所述直流电源输入端6为所述电机控制器1供电，以启动所述电机2，进而产生扭矩与转速，通过变速箱3增扭与减速，最后由变速箱3内的差速器307通过第一输出半轴301以及第二输出半轴302传送到第一车轮4以及第二车轮5。
127.另外，本发明实施例还提供了一种新能源汽车，包括以上所述的集成底盘结构。
128.在本说明书的描述中，参考术语“一种实施方式”、“一种实施例”、“具体实施过程”、“一种举例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
129.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。