CN104709080A - 双电机电动汽车动力***以及配置其的电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双电机电动汽车动力***，包括第一电机、第二电机、行星齿轮传动机构、减速增扭装置、差速器和控制器，第一电机连接到第一太阳轮，第二电机连接到第二太阳轮，所述第一、第二电机的输出动力通过行星齿轮传动机构进行叠加后再由行星架输出，减速增扭装置通过连接装置连接到行星架，控制器分别与第一电机和第二电机相连并被设置成：在电动汽车处于电动驱动正向行驶状态下，当车速小于预设值时，使第一电机正向转动，第二电机被单向轴承锁定，仅由第一电机输出动力；当车速不小于预设值时，使第一电机和第二电机均正向转动，由第一电机和第二电机同时输出动力。它还涉及装有上述双电机电动汽车动力***的电动汽车。

Description

双电机电动汽车动力***以及配置其的电动汽车

技术领域

本发明涉及车辆动力***，尤其涉及一种双电机电动汽车动力***以及配备了该双电机电动汽车动力***的电动汽车。

背景技术

目前电动汽车多采用一台电机配置一台减速器，或者一台电机配置一台变速器的驱动方案。对于一台电机配置一台减速器的动力***，由于采用固定传动比，很难同时满足在爬坡和巡航两个极端条件下电动汽车对扭矩和转速的要求；而在一台电机配置一台自动变速箱的动力***中，其自动变速箱成本很高而且耗能。

国家知识产权局于2012年10月3日授权公告了一种“双电机电动车动力总成***以及装设其的电动车”(授权公告号为CN 202463569 U)，该***由第一电机1、第二电机2、第一离合器3、第二离合器4、第一行星齿轮传动机构5、第二行星齿轮传动机构6、连接装置7、差速器8、控制器9、车载蓄电池10构成，第一电机1和第二电机2是该双电机电动车动力总成***中的动力源，可以通过其中一个电机或者同时通过这两个电机来向驱动轮供给转速和扭矩，并且通过第一行星齿轮传动机构5、第二行星齿轮传动机构6以及连接二者的连接装置7，将转速和扭矩经由差速器8向外输送。

该动力装置第一电机1、第一电机1及第一行星齿轮传动机构5中行星架转速的关系如下：

(n1-nh)/(n3-nh)＝-Z3/Z1   (1)；

式中：n1——第一行星齿轮传动机构5中太阳轮的转速即第一电机1的转速；

n3——输入齿圈53转速即第二电机2的转速；

nh——第一行星架转速；

Z1——第一行星齿轮传动机构5中太阳轮的齿数；

Z3——输入齿圈53的齿数；

该动力总成***扭矩分配存在如下关系：

T1/T2＝Z1/Z3   (2)；

Th/T1＝(Z3+Z1)/Z1   (3)；

Th/T2＝(Z3+Z1)/Z3   (4)；

式中：T1——第一电机1输出扭矩作用在第一行星齿轮传动机构5中太阳轮上的扭矩；

T2——第二电机2输出扭矩作用在输入齿圈53上的扭矩；

Th——第一行星齿轮传动机构5中行星架输出扭矩作用在连接装置上的扭矩。

采用上述动力***有以下不足：

(a)、采用了两个离合器，即第一离合器和第二离合器，不仅结构复杂，而且离合器本身耗能，增加控制难度。

(b)、第一电机扭矩和第二电机的扭矩之间差别较大，必须选用两种不同规格的电机。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、易于控制、方便选型的双电机电动汽车动力***，以及将其配置成的电动汽车。

为此，本发明所采用的技术方案如下：

一种双电机电动汽车动力***，包括第一电机、第二电机、行星齿轮传动机构、减速增扭装置、差速器和控制器，所述行星齿轮传动机构包括第一太阳轮、第二太阳轮、行星轮和与行星轮连接的行星架，所述第一电机连接到第一太阳轮，第二电机连接到第二太阳轮，所述第一、第二电机的输出动力通过行星齿轮传动机构进行叠加后再由行星架输出，减速增扭装置的输入端通过连接装置连接到行星架，减速增扭装置的输出端与差速器相连，所述控制器分别与第一电机和第二电机相连并被设置成：在电动汽车处于电动驱动正向行驶状态下，当车速小于预设值时，使第一电机正向转动，第二电机被单向轴承锁定，仅由第一电机输出动力；当车速不小于预设值时，使第一电机和第二电机均正向转动，由第一电机和第二电机同时输出动力。

作为上述方案的优选，所述控制器还被设置成：在电动汽车处于再生制动模式下，当车速小于预设值时，第二电机被单向轴承锁定，使第一电机运行在发电机状态下以向车载蓄电池组充电；当车速不小于预设值时，使第一电机和第二电机均运行在发电机状态下以向车载蓄电池组充电。

作为上述方案的进一步优选，所述控制器还被设置成：在电动汽车处于电动驱动倒退行驶状态下，使得第一电机反向转动，而第二电机处在正向转动发电状态。

此外，所述行星齿轮传动机构为左右对称结构，第一、第二太阳轮和行星轮均采用伞齿轮，或者第一、第二太阳轮和行星轮均采用圆柱齿轮。

所述减速增扭装置是由相互啮合的减速主动齿轮和减速从动齿轮构成；所述连接装置是由相互啮合的主动齿轮和从动齿轮构成，用于连接行星轮系中行星架和减速增扭装置中的减速从动齿轮。

所述第一电机和第二电机都安装在动力***箱体的外部，而且是左右侧同轴布置，所述行星齿轮传动机构、连接装置和减速增扭装置安装在动力***箱体的内部。

一种电动汽车，所述电动汽车上装有以上任一项所述的双电机电动汽车动力***。

本发明的有益效果：

(a)在电动汽车处于电动驱动正向行驶状态下，当车速小于预设值时，第一电机正向转动，第二电机被单向轴承锁定，由第一电机单独提供电动汽车行驶的扭矩和转速；当车速达到预设值时，第一电机和第二电机均正向转动，第二电机与第一电机共同提供电动汽车行驶的扭矩和转速，第二电机的转速与第一电机转速通过行星齿轮传动机构叠加后输出，第一电机和第二电机都能工作在高效率转速范围内，避免单个电机高速运转而降低了电机效率；

(b)在电动汽车处于再生制动模式下时，可以利用其中的一个电机或两台电机作为发电机来对车载蓄电池组进行充电，从而能充分收集利用车辆的动能或势能；

(c)在电动汽车处于电动驱动倒退行驶状态下，第一电机反向转动在电机状态，第二电机正向转动在发电状态，两者配合提供电动汽车扭矩和转速，第一电机和第二电机的转速差决定电动汽车倒车的速度，因此第一电机和第二电机均可以工作在效率较高的转速范围内，避免任一电机低速运转而降低了电机效率；

(d)第二电机配备了单向轴承，使得第二电机只能正向旋转，相比离合器控制电机结构简单、制造成本低、无需控制；

(e)第一电机的扭矩和第二电机的扭矩相同，可以采用完全相同的电机作为第一电机和第二电机；

(f)避免使用加工工艺复杂的内齿轮。

附图说明

图1是本发明的第一种结构示意图。

图2是本发明的第二种结构示意图。

具体实施方式

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本双电机电动汽车动力***以及配置其的电动汽车的基本结构、工作原理、特点和优势，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何的限制。此外，在本文所提及的各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在附图中的任意单个技术特征，仍然可以在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意的组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其它实施例。

实施例1：

如图1所示，一种双电机电动汽车动力***由第一电机M1、第二电机M2、第一太阳轮1、行星轮2、第二太阳轮3、主动齿轮4、从动齿轮5、减速器主动齿轮6、减速器从动齿轮7、差速器8、行星架9、单向轴承10、箱体11、控制器12和车载蓄电池组13等构成。其中，第一太阳轮1、行星轮2、第二太阳轮3、行星架9构成了行星齿轮传动机构；相互啮合的减速器主动齿轮6和减速器从动齿轮7构成了减速增扭装置；相互啮合的主动齿轮4和从动齿轮5构成连接装置，连接装置用于连接行星轮系中行星架9和减速器主动齿轮6，减速器从动齿轮7与差速器8相连。

第一电机M1位于图示的最左侧，该第一电机M1的输出轴与第一太阳轮1连接，第二电机M2位于图示的最右侧，该第二电机M2与第二太阳轮3连接。在行星架9上装有四个按圆周均匀分布的行星轮2，这四个行星轮2均匀位于行星架9同一圆周上，且四个行星轮2同时与第一太阳轮1及第二太阳轮3相啮合。行星架9与主动齿轮4同轴安装，该主动齿轮4与从动齿轮5相啮合，该从动齿轮5与减速器主动齿轮6同轴安装，该减速器主动齿轮6与减速器从动齿轮7相啮合，差速器8与减速器从动齿轮7同轴安装，***动力由差速器8输出，单向轴承10安装在第二电机M2输出轴和箱体11之间。

该***中，第一太阳轮1、行星轮2、行星架9和第二太阳轮3组成了动力叠加装置，主动齿轮4和从动外齿轮5构成了动力传动装置，而减速器主动齿轮6和减速器从动齿轮7组成了减速增扭装置。行星齿轮传动机构均为左右对称结构，其中第一太阳轮1、第二太阳轮3和行星轮2均采用伞齿轮。

为使结构紧凑，便于自然散热，第一电机M1和第二电机M2都安装在动力***箱体11的外部，而且是左右侧同轴布置；行星齿轮传动机构、连接装置、减速增扭装置和差速器8安装在动力***箱体11的内部。

该动力叠加装置电机M1、M2及齿圈转速的关系如下：

(nM1-nh)/(nM2-nh)＝-Z3/Z1   (5)；

Z1＝Z3   (6)；

式中：nM1——第一太阳轮1转速即第一电机M1的转速；

nM2——第二太阳轮3转速即第二电机M2的转速；

nh——行星架9转速；

Z1——第一太阳轮1齿数；

Z3——第二太阳轮3齿数。

该动力叠加装置扭矩分配存在如下关系：

TM1/TM2＝Z1/Z3   (7)；

Th/TM2＝(Z3+Z1)/Z3   (8)；

Th/TM1＝(Z3+Z1)/Z1   (9)；

式中：TM1——第一电机M1输出扭矩作用在第一太阳轮1上的扭矩；

TM2——第二电机M2输出扭矩作用在第二太阳轮3上的扭矩；

Th——行星架9输出扭矩作用在主动齿轮4上的扭矩。

在电动汽车处于电动驱动正向行驶状态下，且当车速小于预设值时，第一电机M1正向转动，第二电机M2被单向轴承10锁定，仅由第一电机M1驱动电动汽车正向行驶；当车速等于或超过预设值时，控制器12在使第一电机M1保持运转的同时使第二电机M2正向运转，由第一电机M1和第二电机M2同时驱动电动汽车；也可以说把电动汽车的最高车速分成两段——低速段和高速段，当电动汽车在低速段行驶时，电动汽车是由第一电机M1驱动的，第一电机M1的最高转速是低速段的上限，如果当车辆需要以高于低速段上限的速度行驶时，第二电机M2必须启动，第二电机M2对电动汽车速度的贡献是叠加在由第一电机M1负责的低速段上的，由以下关系决定的：

nh＝nM1+nM2   (10)。

在电动汽车处于再生制动模式下，当车速小于预设值时，第二电机M2被单向轴承10锁定，控制器12使第一电机M1运行在发电机状态下以向车载蓄电池组13充电；当车速不小于预设值时，控制器12使第一电机M1和第二电机M2均运行在发电机状态下以向车载蓄电池组13充电。

在电动汽车处于电动驱动倒退行驶状态下，控制器12使得第一电机M1反向转动，而第二电机M2在正向转动发电状态，为车载蓄电池组13充电。

当然，在本双电机电动车动力总成***中，还可以采用现有技术中的其他方式来实现上述行星齿轮传动机构的功能，这些方式完全能够被本领域技术人员所理解并加以实施，所以在此不多赘述。

实施例2：

如图2所示的双电机电动汽车动力***，除行星齿轮传动机构的组成及布置方式与实施例1不同外，其余部分的组成、结构以及整个***的工作过程、原理均与实施例1完全相同。该行星齿轮传动机构由第一太阳轮1、第二太阳轮3、第一行星轮2、第二行星轮22、第一行星轮副轮2’、第二行星轮副轮22’以及行星架9组成。该行星齿轮传动机构也为左右对称结构，其中第一太阳轮1、第二太阳轮3、第一行星轮2、第二行星轮22、第一行星轮副轮2’、第二行星轮副轮22’均采用圆柱齿轮。第一电机M1连接到第一太阳轮1，第二电机M2连接到第二太阳轮3，第一太阳轮1与第一行星轮2啮合、第二太阳轮3与第二行星轮22啮合、第一行星轮副轮2’与第二行星轮副轮22’啮合、第一行星轮2与第一行星轮副轮2’同轴连接、第二行星轮22与第二行星轮副轮22’同轴连接。也可以采用非对称结构的行星齿轮传动机构，但结构更为复杂，且不便于电机的选型，在此不举例说明。

该动力叠加装置第一电机M1、第二电机M2及行星架9转速的关系如下：

(nM1-nh)/(nM3-nh)＝-(Z3/Z1)*(Z2’/Z2)*(Z22/Z22’)(11)；

式中：n1——第一太阳轮1转速即第一电机M1的转速；

n3——第二太阳轮3转速即第二电机M2的转速；

nh——行星架9转速即主动齿轮4的转速；

Z1——第一太阳轮1齿数；

Z3——第二太阳轮3齿数；

Z2——第一行星轮2齿数；

Z22——第二行星轮22齿数；

Z2’——第一行星轮副轮2’齿数；

Z22’——第二行星轮副轮22’齿数；

选取Z2＝Z2’，Z22＝Z22’，以及Z1＝Z3，则有：

nh＝nM1+nM2   (12)；

该动力叠加装置扭矩分配存在如下关系：

T1/T3＝1   (13)；

Th/T3＝2   (14)；

Th/T1＝2   (15)；

式中：T1——第一电机M1输出扭矩作用在第一太阳轮1上的扭矩；

T3——第二电机M2输出扭矩作用在第二太阳轮3的扭矩；

Th——行星架9输出扭矩作用在主动齿轮4上的扭矩。

即第一电机扭矩与第二电机扭矩相等，完全与实施例1等同效果。

将上述双电机电动汽车动力***装在电动汽车上，同样属于本发明的保护范畴。

Claims (7)

1.一种双电机电动汽车动力***，其特征在于，包括第一电机、第二电机、行星齿轮传动机构、减速增扭装置、差速器和控制器，所述行星齿轮传动机构包括第一太阳轮、第二太阳轮、行星轮和与行星轮连接的行星架，所述第一电机连接到第一太阳轮，第二电机连接到第二太阳轮，所述第一、第二电机的输出动力通过行星齿轮传动机构进行叠加后再由行星架输出，减速增扭装置的输入端通过连接装置连接到行星架，减速增扭装置的输出端与差速器相连，所述控制器分别与第一电机和第二电机相连并被设置成：在电动汽车处于电动驱动正向行驶模式下，当车速小于预设值时，使第一电机正向转动，第二电机被单向轴承锁定，仅由第一电机输出动力；当车速不小于预设值时，使第一电机和第二电机均正向转动，由第一电机和第二电机同时输出动力。

2.根据权利要求1所述的双电机电动汽车动力***，其特征在于，所述控制器还被设置成：在电动汽车处于再生制动模式下，当车速小于预设值时，第二电机被单向轴承锁定，使第一电机运行在发电机状态下以向车载蓄电池组充电；当车速不小于预设值时，使第一电机和第二电机均运行在发电机状态下以向车载蓄电池组充电。

3.根据权利要求1所述的双电机电动汽车动力***，其特征在于，所述控制器还被设置成：在电动汽车处于电动驱动倒退行驶模式下，使得第一电机反向转动，而第二电机处在正向转动发电状态。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的双电机电动汽车动力***，其特征在于，所述行星齿轮传动机构为左右对称结构，第一、第二太阳轮和行星轮均采用伞齿轮，或者第一、第二太阳轮和行星轮均采用圆柱齿轮。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的双电机电动汽车动力***，其特征在于，所述减速增扭装置是由相互啮合的减速主动齿轮和减速从动齿轮构成；所述连接装置是由相互啮合的主动齿轮和从动齿轮构成，用于连接行星轮系中行星架和减速增扭装置中的减速从动齿轮。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的双电机电动汽车动力***，其特征在于，所述第一电机和第二电机都安装在动力***箱体的外部，而且是左右侧同轴布置，所述行星齿轮传动机构、连接装置、减速增扭装置和差速器安装在动力***箱体的内部。

7.一种电动汽车，其特征在于，所述电动汽车上装有如权利要求1-6中任一项所述的双电机电动汽车动力***。