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CN107933299A - 电动汽车高速电机驱动系统集成一体化系统 - Google Patents

电动汽车高速电机驱动系统集成一体化系统 Download PDF

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CN107933299A
CN107933299A CN201711134424.7A CN201711134424A CN107933299A CN 107933299 A CN107933299 A CN 107933299A CN 201711134424 A CN201711134424 A CN 201711134424A CN 107933299 A CN107933299 A CN 107933299A
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CN
China
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motor
speed
electric automobile
drive system
motor drive
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CN201711134424.7A
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English (en)
Inventor
吴森
覃威铭
付翔
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Wuhan University of Technology WUT
Original Assignee
Wuhan University of Technology WUT
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Publication date
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    • B60K17/00—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

本发明提供一种电动汽车高速电机驱动系统集成一体化系统，包括高速异步电动机和位于同一集成壳体内的一级齿轮减速器和齿轮变速器；其中，高速异步电动机的输出轴与一级齿轮减速器的输入轴通过花键连接在一起；一级齿轮减速器的输入轴通过轴承支撑在所述的集成壳体上；所述的高速异步电动机外设有电动机壳体，电动机壳体与所述的集成壳体可拆卸连接。本发明抛弃了传统汽车传统用的离合器，电动机动力输出，减速器减速增扭，变速器进行换挡，提高传动效率；电动机、一级齿轮减速器和齿轮变速器紧密结为一体，使结构更简单，动力传递更加紧密，机械效率更高，在满足动力性要求的基础上有足够的轻便性，且能够减少噪声。

Description

电动汽车高速电机驱动系统集成一体化系统
技术领域
本发明属于电动车驱动系统领域，具体涉及一种电动汽车高速电机驱动系统集成一体化系统。
背景技术
电动汽车包括纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车。其驱动电机常采用交流感应电机和交流永磁电机。电动汽车(BEV)是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。由于对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好，但当前技术尚不成熟。工作原理：蓄电池--电流--电力调节器--电动机--动力传动系统--驱动汽车行驶。
集中驱动式电动汽车与传统内燃机汽车的驱动结构布置方式相似，用电动机及相关部件替换内燃机，通过变速器、减速器等机械传动装置，将电动机输出力矩，传递到左右车轮驱动汽车行驶。集中驱动式电动汽车操作实现技术成熟、安全可靠，但存在体积较重，效率相对不高等不足。
为了解决上述传统集中驱动式电动汽车的不足，寻求一个较佳的方案是本专利要解决的问题。我们要保证电机驱动系统尽可能地轻量化。此外，作为电动汽车专用的电动机，受安装尺寸条件的限制，而且要求体积小，效率高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种电动汽车高速电机驱动系统集成一体化系统，能够在满足动力性要求的基础上有足够的轻便性，且能够减少噪声。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种电动汽车高速电机驱动系统集成一体化系统，其特征在于：它包括高速异步电动机和位于同一集成壳体内的一级齿轮减速器和齿轮变速器；其中，高速异步电动机的输出轴与一级齿轮减速器的输入轴通过花键连接在一起；一级齿轮减速器的输入轴通过轴承支撑在所述的集成壳体上；所述的高速异步电动机外设有电动机壳体，电动机壳体与所述的集成壳体可拆卸连接；所述的高速电动机为转速在1万转以上的异步电动机或者永磁同步电机。
按上述方案，所述的高速电动机为交流感应电机或交流永磁电机。
按上述方案，所述的电动机壳体与集成壳体之间通过固定螺栓连接。
按上述方案，所述的齿轮变速器为2-3个前进挡的中间轴式变速器。
按上述方案，所述的集成壳体整体铸造而成。
按上述方案，所述的花键采用润滑脂润滑。
按上述方案，所述的电机输出轴的前端设有与电动机壳体连接的轴承，所述的前端为远离花键的一端，从而保证轴连接的同轴度。
按上述方案，所述的减速器输入端轴承为双沟球轴，能承受高速载荷。
本发明的有益效果为：本发明抛弃了传统汽车传统用的离合器，高速电动机高效动力输出，减速器减速增扭，变速器进行换挡，从而提高传动效率；在此基础上，电动机的输出轴与以及齿轮减速器的输入轴通过花键连接在一起，一级齿轮减速器和齿轮变速器集成到同一壳体中，三者紧密结为一体，使结构更简单，动力传递更加紧密，机械效率更高，同时也减小了体积，安装更加方便，在满足动力性要求的基础上有足够的轻便性，且能够减少噪声。
附图说明
图1为高速电机驱动系统示意图。
图2为高速电机驱动系统的具体结构图。
图3为传统电动机转矩特性图。
图4为高速电机转矩特性图。
图5为高速电机加减速器转矩特性图。
图6为高速电机驱动系统二挡转矩特性图。
图7为高速电机驱动系统一档转矩特性图。
图中：1-高速异步电动机，2-一级齿轮减速器，3-齿轮变速器，4-电动机壳体，5-电机输出轴后端轴承，6-减速器外壳，7-变速器外壳，8-一级齿轮减速器输入轴，9-减速器输入轴前端轴承，10-油封，11-花键，12-电机输出轴，13-电机输出轴前端轴承。
具体实施方式
下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。
本发明提供一种电动汽车高速电机驱动系统集成一体化系统，如图1和图2所示，包括高速异步电动机1和位于同一集成壳体内的一级齿轮减速器2和齿轮变速器3；其中，高速异步电动机的输出轴12与一级齿轮减速器输入轴8通过花键11连接在一起；一级齿轮减速器输入轴8通过减速器输入轴前端轴承9支撑在所述的集成壳体上；所述的高速异步电动机1外设有电动机壳体4，电动机壳体4与所述的集成壳体可拆卸连接；所述的高速异步电动机1为转速在1万转以上的异步电动机。
本实施例中，所述的高速异步电动机1为交流感应电机或交流永磁电机。
所述的集成壳体可分解为图中减速器外壳6和变速器外壳7两部分，采用整体铸造的方式制成一体式结构，所述的电动机壳体4与集成壳体之间通过固定螺栓连接，便于高速异步电动机1和一级齿轮减速器2的拆卸。
齿轮变速器3为2-3个前进挡的中间轴式变速器。所述的花键11采用润滑脂润滑。所述的减速器外壳6前端口设置油封10。所述的电机输出轴12的前端设有与电动机壳体4连接的电机输出轴前端轴承13，保证其轴连接同轴度。电机输出轴12的后端设有与电动机壳体4连接的电机输出轴后端轴承5。
所述的电机输出轴后端轴承5、电机输出轴前端轴承13、减速器输入轴前端轴承9均是重新设计的能承受高速载荷的双沟球轴承。
动力匹配计算
(1)最高车速
ua汽车行驶的最高车速，n电动机的转速，i0减速器的传动比，ig变速器的传动比，r车轮滚动半径。根据电动汽车设计预期的最高车速决定了电动机的所需最高转速nmax。
(2)最大爬坡度
Tt＝Ttqigi0ηT (2)，
Tt车轮上的转矩，Ttq电动机的转矩，ηT传动的机械效率。
Ft表示为驱动车轮行驶的驱动力。
一般所谓汽车的爬坡能力，是指汽车在良好路面上克服fw空气阻力和Ff滚动阻力后的余力全部用来克服坡度阻力时能爬过的坡度值。
一般汽车的最大坡度值在百分之30左右，利用汽车理论中汽车的行驶方程式得
根据设计预期的最大爬坡度值可根据三式和四式求出所需电机的最大转矩值。
(3)最大加速度
由于加速度的数值不易测量，实际中常用加速时间来表明汽车的加速能力。在第一档时最低稳定速度加速到一定距离或所需的时间表明汽车的加速能力。
由汽车行驶方程得
根据5、6式可以算出电动汽车预期的加速时间所需的转矩要求，得出电动机的转矩。
根据上述最大爬坡度算出的电机最大转矩，同时要满足最高车速的要求算出的最大转速，并且电机要做到轻量化同时减小尺寸，所以电机的转速要提高，相应的要带有一级减速器来减速增距，同时满足最高车速的要求。因此，高速电机驱动系统的重点是在电动机的转速提高，高速电机，减速器，变速器集成一体化的设计。
为了满足电机尺寸变小的要求，但是汽车在行驶的过程中各个行驶速度的所需功率是不变的，所以电机的输出功率是不变的，根据公式
P-电动机功率，T-电动机输出扭矩，N-电动机转速。
电机尺寸减小，电动机的转矩减小，所以电动机的转速必须增大以满足输出功率不变，所以电机输出端需要加减速器来减速。传统电机的转速一般为某种转速，如图3为转矩示意图。为了满足电机尺寸的减小，高速电机转速提高一倍，如图4为转矩特性图，转矩较传统电机减少一倍，为了满足电动汽车低速时转矩要求，加减速器减速增距，如图5所示转矩特性图。为了能够有更多的变速比，加了两档的变速器，在一档时转矩最大，此时的电动机的后备功率最大，加速爬坡性能最好，如图6、7所示转矩特性图。
根据上述理论分析验证，说明本发明将高速异步电动机、一级齿轮减速器和齿轮变速器集成一体化，整个系统的机械零件紧密结合，结构简单，动力效率高。本发明抛弃了传统汽车传统用的离合器，电动机动力输出，减速器减速增扭，变速器进行换挡，这样传动效率有效提高。在电机转速提高的情况下，加了减速器的减速增扭，这样减小了电机尺寸，在满足了转速的情况下又满足转矩的要求。这种集成一体化系统能够在保证各项性能的基础上，减轻了尺寸和重量，同时集成后能够提高机械效率，降低噪声。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电动汽车高速电机驱动系统集成一体化系统，其特征在于：它包括高速异步电动机或者高速永磁同步电机和位于同一集成壳体内的一级齿轮减速器和齿轮变速器；其中，高速异步电动机的输出轴与一级齿轮减速器的输入轴通过花键连接在一起；一级齿轮减速器的输入轴通过减速器输入端轴承支撑在所述的集成壳体上；所述的高速异步电动机外设有电动机壳体，电动机壳体与所述的集成壳体可拆卸连接；所述的高速异步电动机为转速在1万转以上的异步电动机或者永磁同步电机。
2.根据权利要求1所述的电动汽车高速电机驱动系统集成一体化系统，其特征在于：所述的高速异步电动机为交流感应电机或交流永磁电机。
3.根据权利要求1所述的电动汽车高速电机驱动系统集成一体化系统，其特征在于：所述的电动机壳体与集成壳体之间通过固定螺栓连接。
4.根据权利要求1所述的电动汽车高速电机驱动系统集成一体化系统，其特征在于：所述的齿轮变速器为2-3个前进挡的中间轴式变速器。
5.根据权利要求1所述的电动汽车高速电机驱动系统集成一体化系统，其特征在于：所述的集成壳体整体铸造而成。
6.根据权利要求1所述的电动汽车高速电机驱动系统集成一体化系统，其特征在于：所述的花键采用润滑脂润滑。
7.根据权利要求1所述的电动汽车高速电机驱动系统集成一体化系统，其特征在于：所述的电机输出轴的前端设有与电动机壳体连接的轴承，所述的前端为远离花键的一端。
8.根据权利要求1所述的电动汽车高速电机驱动系统集成一体化系统，其特征在于：所述的减速器输入端轴承为双沟球轴承。
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