CN103754099A - 一种双电机多模式动力耦合驱动总成 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双电机多模式动力耦合驱动总成。本发明采用由一号电机15和二号电机3作为系统的动力源。其中一号电机的转子和齿圈集成在一起成为齿圈转子8，内部是一个完整的行星齿轮结构。两个电机同轴布置，锁止器4用来锁止太阳轮和一号电机3.本发明可以实现包括一号电机15单独驱动模式、一号电机制动能量回收模式、两个电机转速耦合驱动模式、两个电机转速耦合制动能量回收模式。另外，这种动力耦合结构紧凑，体积小，功率密度大，能在不改变电机15的主体尺寸的情况下，提高电机的输出转矩，能够满足车辆对驱动系统大转矩的需求特性，和重型车辆在空间质量有限的情况下对高功率密度的驱动系统的需求。

Description

一种双电机多模式动力耦合驱动总成

技术领域

本发明属于动力总成部件技术领域，具体涉及一种双电机动力耦合驱动总成。 

背景技术

目前我国民用汽车领域的重型电动汽车的驱动系统主要采用一个大电机加变速器的形式，通过控制变速箱的速比对电机的驱动转矩进行调节，以满足汽车的爬坡，加速和最高车速的要求。然而这种驱动形式对大电机的轴承要求比较严格。重型车辆如电动大客车多工作在低速工况下，从而导致电机经常工作在效率较低的工作区。传统的变速机构换挡过程中会出现动力中断，从而产生不必要的冲击和影响乘坐的舒适性等问题。本发明旨在提供一种结构简单，紧凑，功率密度大，操作简便的转速耦合驱动结构。这种结构能在车辆低速行驶时通过一个电机输出大的转矩驱动车辆，在满足车辆动力性的前提下保持电机高效的工作，高速时系统可以实现无动力中断的换挡，两个电机转速耦合满足车辆高速行驶的工作需要。 

申请号为201010100671.7的中国专利公开了一种适合电动大客车的双电机转速耦合驱动总成，由一组简单行星齿轮机构、两台驱动电机、一个锁止器组成。低速时一号电机与行星机构的太阳轮相连，锁止器锁止齿圈，动力由太阳轮输入，由行星架输出以实现减速变比、输出大转矩；高速时，锁止器解锁齿圈，一号电机动力输入至太阳轮，二号电机动力输入至与之相连的行星齿轮机构的齿圈，通过行星齿轮机构实现两个电机输入动力的转速耦合；该方案结构简单且减小了单台电机的转矩容量和功率。但存在如下不足：高速时一号电机输出的转矩受制于二号电机的转矩容量。低速时一号电机在车速不高时就要进行切换工作模式，导致了经常工作在低俗车速情况下的车辆换档频繁，影响舒适性。因此车辆在低速行驶时，车辆换挡频繁，在高速行驶时，一号电机利用率较低。另一个缺点是换挡过程中存在转矩突变，也影响舒适性。 

申请号为201210024534.9的中国专利公开了一种双电机耦合变速装置，由一组行星齿轮机构、一组定轴齿轮机构、两台驱动电机、一个锁止器、两个离合器组成。通过对两个离合器与一个锁止器的联合控制可以实现双电机的转矩耦合输出和转速耦合输出，以及两种输出模式之前的切换。该方案实现了车辆行驶时的无动力中断换挡；在低速时通过双电机转矩耦合实现大转矩输出，高速时通过双电机转速耦合实现高转速输出；无论是在转矩耦合还是在转速耦合下，两台电机都参与工作，利用率较高。但存在机械结构复杂，的不足；在转矩耦合工作模式与转速耦合工作模式之间切换时需要同时操控两个离合器和一个锁止器，其联动控制装置和操控复杂。 

申请号为CN201310117747.0的中国专利公开了一种双电机耦合变速装置,由两组行星排，两个电机和一个锁止器组成，通过对锁止器的控制实现系统的转矩和转速耦合。在低速时通过双电机转矩耦合实现大转矩输出，高速时通过双电机转速耦合实现高转速输出；电机的利用效率高。但存在机械结构复杂， 功率密度小，结构不够紧凑的不足。 

发明内容

本发明旨在提供一种大功率密度，结构简单、操作简便的双电机多模式耦合驱动结构，实现汽车低速行驶时一个相对较大的电机工作，输出大扭矩；汽车高速行驶时双电机转速耦合，输出高转速；从而使得车辆的常用工况工作在电机的高效工作区；克服现有变速装置的功率密度小，结构复杂、操控繁琐、换挡存在动力中断的问题。 

本发明的目的是这样实现的： 

一号集成电机（15）和二号电机（3）同轴布置。一号集成电机（15）的动力经定子（6）、通过磁场传给转子齿圈（8），二号电机（3）的动力经过锁止器（4）传递给太阳轮（10），两个电机的动力通过转子（8）内部的行星排进行转速耦合后将动力传给行星架（14），行星架（14）的动力经过主减速器（12）将动力传给驱动桥（11）。锁止器（4）用以实现双电机多模式耦合驱动结构的各种工作模式之间的切换。这种结构能够减小驱动系统的体积和质量，提高系统的功率密度，有效的实现车辆多种工作模式的和高功率密度的需求。 

附图说明

附图是该双电机多模式集成耦合驱动结构组成结构图。 

具体实施方式

现结合附图进一步说明。 

本发明是由储能装置(1)、控制器（2）、和控制器（13）、二号电机（3）、锁止器（4）、一号电机（15）、主减速器（12）、和驱动桥（11）组成。其中一号电机（15）由电机壳（5）、定子（6）、齿圈转子（8）、磁钢（7）、行星轮（9）、太阳轮（10）、行星架（14）组成。其特征在于一号电机（15）和二号电机（3）同轴布置。一号电机（15）的动力经定子（6）、通过磁场传给转子齿圈转子（8），二号电机（3）的动力经过锁止器（4）传递给太阳轮（10），两个电机的动力通过转子（8）内部的行星排进行转速耦合后将动力传给行星架（14），行星架（14）的动力经过主减速器（12）将动力传给驱动桥（11）。锁止器（4）用以实现双电机多模式耦合驱动结构的各种工作模式之间的切换。 

控制器（2）和控制器（13）控制一号电机（15）和二号电机（3）的工作状态和动力输出，二号电机（3）的动力输出通断具体是由锁止器（4）实现的。 

通过控制锁止器（4）可以得到双电机的多种工作模式，其组合状态如表1所示，其中“1”表示锁止器处于锁止状态，“0”表示锁止器处于解锁状态，“M”表示电机采用电动控制，“G”表示电机采用发电控制，“C”表示电机关闭。 

表1工作模式 

一号电机驱动工作模式：储能装置（1）输出能量，电机控制器（13）根据驾驶员指令控制一号电机（15）工作在电动模式，二号电机（12）停止工作，一号电机（15）输出动力经齿圈转子（8）、行星轮（9）、行星架（14）、主减速器（14）、输出到驱动桥（11）； 

一号电机再生制动工作模式：电机控制器（13）控制一号电机（15）工作在发电模式，车辆惯性转矩经驱动桥（11）、行星架（14）、传到齿圈转子（8），电机控制器（13）按照整车再生制动控制逻辑控制一号电机（15）的发电量，并输出直流电为储能装置（1）充电。 

双电机转速耦合驱动工作模式：储能装置（1）输出能量，锁止器（4）解锁，电机控制器按照驾驶员指令控制一号电机（15）和二号电机（3）工作在电动状态，一号电机（15）动力经齿圈转子（8）、行星轮（9）、行星架（14）输出至驱动桥（11）。二号电机（3）动力经锁止器（4）、太阳轮（10）、行星架（14）然后输出至驱动桥（11）； 

双电机转速耦合再生制动工作模式：电机控制器控制一号电机（15）和二号电机（3）工作在发电状态，车辆惯性转矩经驱动桥（11）,行星架（14）后分流输出，一路由一号太阳轮（10），锁止器（4）拖动二号电机（3）旋转，另一路由行星齿轮机构的行星轮（9），拖动二号电机的齿圈转子(8)旋转，电机控制器（13）按照整车再生制动控制逻辑控制一号电机（15）和二号电机（12）的发电量，并输出直流电为储能装置（1）充电。 

一号电机（15）的转子结构和行星排结合在一起耦合成了一个齿圈转子（8），其可以是一个整体的结构也可以是可拆分式的。转子的内部是一个完整的星星齿轮机构，在系统匹配的时候可以根据转矩的需求，通过匹配行星排的特性参数实现在不改变电机主体尺寸的情况下增加输出轴即行星架（14）的输出转矩。这种集成方式可以大大提高系统的功率密度和结构的紧凑性。 

在行星架（14）后连接主减速器和差速器总成可以用于驱动传统车辆。在行星架（14）后连接车轮，用两套该系统总成可以实现双侧独立驱动，以满足重型车辆对大功率驱动系统的动力需求。 

二号电机（3）作为动力源可以用传统的发动机代替，此时控制器（2）不再需要。此时该系统可以工作在发动机（3）和一号电机（15）转速耦合驱动模式，发动机（3）驱动和一号电机（15）发电 工作模式，一号电机（15）单独驱动模式，一号电机再生制动模式。当发动机（3）和一号电机（15）转速耦合驱动模式时锁止器（4）解除锁止，动力驱动的传递路径和权利要求3中两个电机驱动时的动力传递路径相同；当发动机（3）驱动和一号电机（15）发电工作模式时发动机（3）的动力经由太阳轮（10）、行星轮（9），然后分两路，一路通过行星架（14），主减速器传到驱动桥，另一路通过齿圈转子传递到电机（15），电机控制器（13）按照整车再生制动控制逻辑控制一号电机（15）的发电量，并输出直流电为储能装置（1）充电；当一号电机（15）单独驱动模式和一号电机再生制动模式的工作情况和权利要求2的电机（15）的工作情况相同。 

从以上工作原理可以看出，该双电机多模式集成耦合驱动结构可以实现单电机驱动、单电机制动能量回收制动，双电机转速耦合驱动，双电机转速耦合制动能量回收的多种工作模式，体积小，结构紧凑，功率密度高，能够满足车辆的大功率，高功率密度的驱动需求。 

Claims (6)

1.一种双电机多模式动力耦合驱动总成,由储能装置(1)、控制器（2）、和（13）、二号电机（3）、锁止器（4）、一号电机（15）、主减速器（12）、和驱动桥（11）组成。其中一号电机（15）由电机壳（5）、定子（6）、齿圈转子（8）、磁钢（7）、行星轮（9）、太阳轮（10）、行星架（14）组成。其特征在于一号电机（15）和二号电机（3）同轴布置。一号电机（15）的动力经定子（6）、通过磁场传给转子齿圈（8），二号电机（3）的动力经过锁止器（4）传递给太阳轮（10），两个电机的动力通过转子（8）内部的行星排进行转速耦合后将动力传给行星架（14），行星架（14）的动力经过主减速器（12）将动力传给驱动桥（11）。锁止器（4）用以实现双电机多模式耦合驱动结构的各种工作模式之间的切换。这种结构能够减小驱动系统的体积和质量，提高系统的功率密度，有效的实现车辆多种工作模式的和高功率密度的需求。 

2.根据权利要求1所描述的双电机多模式动力耦合驱动总成，其特征在于：一号电机工作模式分为一号电机驱动工作模式和一号电机发电工作模式，在一号电机工作模式下，锁止器（4）锁止太阳轮； 

其中在一号电机驱动工作模式下，储能装置（1）输出能量，电机控制器（13）根据驾驶员指令控制一号电机（15）工作在电动模式，二号电机（12）停止工作，一号电机（15）输出动力经齿圈转子（8）、行星轮（9）、行星架（14）、主减速器（14）、输出到驱动桥（11）； 

一号电机再生制动工作模式下，电机控制器（13）控制一号电机（15）工作在发电模式，车辆惯性转矩经驱动桥（11）、行星架（14）、传到齿圈转子（8），电机控制器（13）按照整车再生制动控制逻辑控制一号电机（15）的发电量，并输出直流电为储能装置（1）充电。 

3.根据权利要求1所描述的双电机多模式动力耦合驱动总成，其特征在于：双电机转速耦合工作模式分为转速耦合驱动工作模式和转速耦合发电工作模式，在转速耦合工作模式下，锁止器（4）解锁太阳轮（10）； 

双电机转速耦合驱动工作模式，储能装置（1）输出能量，锁止器（4）解锁，电机控制器按照驾驶员指令控制一号电机（15）和二号电机（3）工作在电动状态，一号电机（15）动力经齿圈转子（8）、行星轮（9）、行星架（14）输出至驱动桥（11）。二号电机（3）动力经锁止器（4）、太阳轮（10）、行星架（14）然后输出至驱动桥（11）； 

再生制动双电机转速耦合发电工作模式，电机控制器控制一号电机（15）和二号电机（3）工作在发电状态，车辆惯性转矩经驱动桥（11）,行星架（14）后分流输出，一路由一号太阳轮（10），锁止器（4）拖动二号电机（3）旋转，另一路由行星齿轮机构的行星轮（9），拖动二号电机的齿圈转子(8)旋转，电机控制器（13）按照整车再生制动控制逻辑控制一号电机（15）和二号电机（12）的发电量，并输出直流电为储能装置（1）充电。 

4.根据权利要求1所描述的双电机多模式集成耦合驱动总成，其特征在于：一号电机（15）的转子结构和行星排结合在一起耦合成了一个齿圈转子（8），其可以是一个整体的结构也可以是可拆分式的。转子的内部是一个完整的行星齿轮机构，在系统匹配的时候可以根据转矩的需求，通过匹配行星排的特性参 数实现在不改变电机主体尺寸的情况下增加输出轴即行星架（14）的输出转矩。这种集成方式可以大大提高系统的功率密度和结构的紧凑性。 

5.根据权利要求1所描述的双电机多模式集成耦合驱动总成，其特征在于：在行星架（14）后连接主减速器和差速器总成可以用于驱动传统车辆。在行星架（14）后连接车轮，用两套该系统总成可以实现双侧独立驱动，以满足重型车辆对大功率驱动系统的动力需求。 

6.根据权利要求1所描述的双电机多模式集成耦合驱动总成，其特征在于：二号电机（3）作为动力源可以用传统的发动机代替，此时控制器（2）不再需要。此时该系统可以工作在发动机（3）和一号电机（15）转速耦合驱动模式，发动机（3）驱动和一号电机（15）发电工作模式，一号电机（15）单独驱动模式，一号电机再生制动模式； 

发动机（3）和一号电机（15）转速耦合驱动模式时锁止器（4）解除锁止，动力驱动的传递路径和权利要求3中两个电机驱动时的动力传递路径相同； 

发动机（3）驱动和一号电机（15）发电工作模式时发动机（3）的动力经由太阳轮（10）、行星轮（9），然后分两路，一路通过行星架（14），主减速器传到驱动桥，另一路通过齿圈转子传递到电机（15），电机控制器（13）按照整车再生制动控制逻辑控制一号电机（15）的发电量，并输出直流电为储能装置（1）充电； 

一号电机（15）单独驱动模式和一号电机再生制动模式的工作情况和权利要求2的电机（15）的工作情况相同。 

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