CN115366644A - 一种双电机两档无动力中断电驱动桥 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双电机两档无动力中断电驱动桥，包括差速器、输出轴、电机驱动单元；输出轴包括左输出半轴、右输出半轴，差速器具有一个输入端、两个输出端，其中一个输出端与左输出半轴相连，另一个输出端与右输出半轴相连，差速器的输入端连接有中间轴齿轮；电机驱动单元包括两个并列分布在输出轴两侧的电机驱动组件，电机驱动组件包括驱动电机、复合行星排、高低档减速机构；两个高低档减速机构均与中间轴齿轮相啮合。采用两套分别设置在输出轴两侧的电机驱动单元来实现对输出轴的输入，两套电机驱动单元各自独立运行，在其中一套电机驱动单元换挡时，另一套仍保持对输出轴的输入，进行次序换挡，实现了换挡过程中无动力中断的目的。

Description

一种双电机两档无动力中断电驱动桥

技术领域

本发明涉及车辆传动领域，特别涉及一种双电机两档无动力中断电驱动桥。

背景技术

驱动桥作为一种常见的传动机构，广泛应用于机械及车辆的传动领域，为适应新能源汽车技术的发展，出现了由驱动电机驱动的电驱动桥，现阶段的电驱动桥多为一档电驱动桥，能耗较高，无法满足比较复杂的商用车辆要求，而研发新的两档电驱动桥的结构复杂，内置结构不够紧凑，因此体积往往较大，不易安装布置。

例如，在专利CN215826460U中就提到了一种两档大速比电驱动桥结构，包括：第一输入轴；第二输入轴；第一和第二分流齿轮；中间轴；第一和第二汇流齿轮；空间轴；第三汇流齿轮；同步器；转接盘；第一行星排；以及差速器；其中，第一输出半轴和第二输出半轴分别连接第二行星排和第三行星排后输出。该两档大速比电驱动桥结构通过设置五级减速器，可实现矿用卡车大变速比的需求。

上述专利中的电驱动桥结构，其就是采用了两个电机来进行输出，但是，其在进行连接驱动时，两个电机首先会连接到同一个中间轴上，由两个电机驱动同一个中间轴转动，再通过几个齿轮以及单一的行星排的配合来实现差速器工作，再由差速器驱动输出轴的转动。这种方式下，首先，由于两个电机需要接入同一个中间轴上，因此在进行安装时，对于两个电机的分布以及中间轴的位置的设计都比较的固定，即安装位置都是受到限制的，安装不灵活；其次，其在对差速器进行驱动时，在进行高低档换挡的过程中，通过拨动同步器来与L档齿或H档齿进行配合，实现换挡操作，这一过程中，在将同步器从L档齿移动至H档齿时或是从H档齿移动至L档齿时，L档齿与H档齿之间有一定的间隙，因此中间会有一定时间内动力是无法传输给输出轴的；另外，在进行速比调节时，由于两个电机是直接连接到同一个中间轴上的，因此两个电机是公用的同一套减速机构，速比的可调范围比较狭隘。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种安装灵活、速比大、在换挡时不会出现动力中断的双电机两档无动力中断电驱动桥。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种双电机两档无动力中断电驱动桥，其创新点在于：包括差速器、输出轴、电机驱动单元；

所述输出轴包括左输出半轴、右输出半轴，差速器具有一个输入端、两个输出端，其中一个输出端与左输出半轴相连，另一个输出端与右输出半轴相连，差速器的输入端连接有中间轴齿轮；

所述电机驱动单元包括两个并列分布在输出轴两侧的电机驱动组件，所述电机驱动组件包括驱动电机、复合行星排、高低档减速机构；

所述复合行星排包括太阳轮、行星轮、行星排框架、齿圈，太阳轮与驱动电机相连，行星轮有数个，分布在太阳轮的圆周外侧，且各个行星轮通过行星排框架连接形成整体，每个行星轮均为由大行星轮、小行星轮固定形成的复合塔轮结构，且大行星轮与太阳轮相啮合，小行星轮与齿圈相啮合；

所述高低档减速机构包括高低档齿套、第一小齿轮、第一大齿轮、第二小齿轮、第二大齿轮、第一轴、第二轴，高低档齿套与行星排框架相连，第一小齿轮、第一大齿轮并列固定套装在第一轴上，第二小齿轮、第二大齿轮并列固定套装在第二轴上，且第一小齿轮与第二大齿轮相啮合， 第一大齿轮与第二小齿轮相啮合，所述高低档齿套位于第一小齿轮、第一大齿轮之间，且通过高低档齿套的滑动实现高低档齿套与第一小齿轮啮合或是高低档齿套与第一大齿轮啮合，实现高低档位的切换；

两个高低档减速机构中的第二小齿轮均与中间轴齿轮相啮合。

进一步的，两个所述的电机驱动组件分布在输出轴的径向方向的两侧，且两个电机驱动组件位于差速器的同一侧。

进一步的，所述差速器具有一扁长形状的外壳，且差速器的外壳的长轴方向为输出轴的径向方向，差速器的外壳的幅宽方向为输出轴的轴向方向。

进一步的，两个所述的电机驱动组件分布在输出轴的轴向方向的两侧，且两个电机驱动组件位于差速器的两侧。

进一步的，两个所述的电机驱动组件的复合行星排同轴设置，两个电机驱动组件共用同一套高低档减速机构。

进一步的，所述小行星轮的齿数为大行星轮的齿数的1/3。

进一步的，所述左输出半轴、右输出半轴上还均安装有减速行星排。

进一步的，所述电驱动桥的桥壳为整体桥壳，所述驱动电机的外壳与高低档减速机构的外壳均为铝合金铸造壳体，所述第一轴、第二轴、输出轴之间相互平行。

进一步的，所述差速器安装在桥壳的中部位置，在差速器上还安装有差速锁，所述差速锁为端面齿差速锁或湿式离合器差速锁。

本发明的优点在于：本发明中，采用两套分别设置在输出轴两侧的电机驱动单元来实现对输出轴的输入，两套电机驱动单元各自独立运行，在其中一套电机驱动单元换挡时，另一套仍保持对输出轴的输入，进行次序换挡，实现了换挡过程中无动力中断的目的，提高了车辆的驾驶舒适性和可靠性，根据路面情况可以采取两组电机独立控制，提高了电驱动桥的经济性。

将两套电机驱动组件的结构均设计为一样，可将电机驱动组件整体做成模块化结构，在进行安装时，可以根据现场情况随意选择适合的位置进行统一安装，整个安装更加的灵活。

采用复合行星排的设计与高低档减速机构相配合，增加速比，适应高度驱动电机的输出特性。

两个高低档减速机构中的第二小齿轮均与中间轴齿轮相啮合，实现了两个电机驱动单元的动力汇流，实现两组电机的相互冗余，提高可靠性能。

对于左输出半轴、右输出半轴上安装减速行星排，可以进一步的提高速比范围，满足不同车辆的需求。

通过将两套电机驱动单元分别布置在输出轴的两侧，从而对于整个电驱动桥的桥壳可以采用整体桥壳来增加强度，而对于驱动电机和高低档减速机构的外壳均采用铝合金铸造壳体，从而可以减轻电驱动桥的整体重量，另外，再结合第一轴、第二轴、输出轴之间平行的布置方式，可以减小电驱动桥体积，使结构紧凑，改善布置后能够满足整车安装布置需求。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的双电机两档无动力中断电驱动桥的第一种结构示意图。

图2为本发明的双电机两档无动力中断电驱动桥的第二种结构示意图。

图3为本发明中双电机两档无动力中断电驱动桥的第三种结构示意图。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1所示的一种双电机两档无动力中断电驱动桥，包括桥壳以及安装在桥壳内的差速器114、输出轴、电机驱动单元。

输出轴包括左输出半轴115、右输出半轴116，左输出半轴115、右输出半轴116的侧端分别连接有轮胎，差速器114包括一差速器壳体113，差速器114具有一个输入端、两个输出端，差速器114的其中一个输出端与左输出半轴115相连，差速器114的另一个输出端与右输出半轴116相连，，差速器114的输入端连接有中间轴齿轮112。

电机驱动单元包括两个并列分布在输出轴两侧的电机驱动组件，两个电机驱动组件分别为第一电机驱动组件、第二电机驱动组件。

第一电机驱动组件包括第一驱动电机101、第一复合行星排、第一高低档减速机构。

第一复合行星排包括第一太阳轮102、第一行星轮、第一行星排框架106、第一齿圈105，第一太阳轮102、第一齿圈105由内向外同轴分布，第一行星轮位于第一太阳轮102与第一齿圈105之间，第一太阳轮102与第一驱动电机101相连，并由第一驱动电机101驱动第一太阳轮102进行转动，第一行星轮有数个，分布在第一太阳轮102的圆周外侧，且各个第一行星轮通过第一行星排框架106连接形成整体，每个第一行星轮均为由第一大行星轮103、第一小行星轮104固定形成的复合塔轮结构，第一大行星轮103的尺寸大于第一小行星轮104的尺寸，第一大行星轮103的圆周外壁与第一太阳轮102的圆周外壁相啮合，第一小行星轮104的圆周外壁与第一齿圈105的圆周内壁相啮合。采用这种复合行星排结构，从而使得行星排本身就能够形成两级减速，为后续满足大速比的要求提供了良好的基础。

第一高低档减速机构包括第一减速机外壳以及安装在第一减速机外壳内的第一高低档齿套109、第一小齿轮Ⅰ107、第一大齿轮Ⅰ108、第二小齿轮Ⅰ111、第二大齿轮Ⅰ110、第一轴Ⅰ、第二轴Ⅰ，第一高低档齿套109与第一行星排框架106之间通过花键连接，第一小齿轮Ⅰ107、第一大齿轮Ⅰ108并列固定套装在第一轴上，第二小齿轮Ⅰ111、第二大齿轮Ⅰ110并列固定套装在第二轴上，且第一小齿轮Ⅰ107的圆周外壁与第二大齿轮Ⅰ110的圆周外壁相啮合，第一大齿轮Ⅰ108的圆周外壁与第二小齿轮Ⅰ111的圆周外壁相啮合，第一高低档齿套109位于第一小齿轮Ⅰ107、第一大齿轮Ⅰ108之间，且通过第一高低档齿套109的滑动实现第一高低档齿套与第一小齿轮Ⅰ107啮合或是第一高低档齿套109与第一大齿轮Ⅰ108啮合，实现高低档位的切换。

第二电机驱动组件包括第二驱动电机117、第二复合行星排、第二高低档减速机构。

第二复合行星排包括第二太阳轮118、第二行星轮、第二行星排框架122、第二齿圈121，第二太阳轮118、第二齿圈121由内向外同轴分布，第二行星轮位于第二太阳轮118与第二齿圈121之间，第二太阳轮118与第二驱动电机117相连，并由第二驱动电机117驱动第二太阳轮118进行转动，第二行星轮有数个，分布在第二太阳轮118的圆周外侧，且各个第二行星轮通过第二行星排框架122连接形成整体，每个第二行星轮均为由第二大行星轮119、第二小行星轮120固定形成的复合塔轮结构，第二大行星轮119的尺寸大于第二小行星轮120的尺寸，第二大行星轮119的圆周外壁与第二太阳轮118的圆周外壁相啮合，第二小行星轮120的圆周外壁与第二齿圈121的圆周内壁相啮合。

第二高低档减速机构包括第二减速机外壳以及安装在第二减速机外壳内的第二高低档齿套125、第一小齿轮Ⅱ123、第一大齿轮Ⅱ124、第二小齿轮Ⅱ127、第二大齿轮Ⅱ126、第二轴Ⅱ、第二轴Ⅱ，第二高低档齿套125与第二行星排框架122之间通过花键连接，第一小齿轮Ⅱ123、第一大齿轮Ⅱ124并列固定套装在第一轴上，第二小齿轮Ⅱ127、第二大齿轮Ⅱ126并列固定套装在第二轴上，且第一小齿轮Ⅱ123的圆周外壁与第二大齿轮Ⅱ126的圆周外壁相啮合， 第一大齿轮Ⅱ124的圆周外壁与第二小齿轮Ⅱ127的圆周外壁相啮合，第二高低档齿套125位于第一小齿轮Ⅱ123、第一大齿轮Ⅱ124之间，通过第二高低档齿套125的滑动实现第二高低档齿套125与第一小齿轮Ⅱ123啮合或是第二高低档齿套125与第一大齿轮Ⅱ124啮合，实现高低档位的切换。

第二小齿轮Ⅰ111、第二小齿轮Ⅱ127均与中间轴齿轮112相啮合。通过将第二小齿轮Ⅰ111、第二小齿轮Ⅱ127均设计为与中间轴齿轮112相啮合，实现了两个电机驱动单元的动力汇流，实现两组电机的相互冗余，提高可靠性能。

对于电驱动单元的设计，采用驱动电机配合复合行星排和高低档减速机构，可以构成具有两个档位的电驱动***，降低了电驱动桥的能耗，提高了电驱动桥的经济性，而且采用双电机***可以实现动力连续输出，改善车辆的舒适性，还可以利用换挡实现相互冗余，提高车辆的可靠性。

本发明可以通过离合器或制动器切换传递路线使得高低档减速机构实现两个减速档位，也可以利用同步齿套来切换行星排框架和第一大齿轮、第一小齿轮之间的连接关系，实现高低档切换，进而配合驱动电机输出转速范围，实现连续变速，利用差速器将两输出半轴相互关联，在整车的布置上，简化了驱动桥原有的锥齿轮结构，变为复合行星排和高低档减速机构组合，减小了整车布置的空间需求，实现了车辆前后桥独立分布式驱动。

高低档减速机构中的高低档齿套也可以改变为换挡离合器来实现高低档切换。

将两套电机驱动组件的结构均设计为一样，可将电机驱动组件整体做成模块化结构，在进行安装时，可以根据现场情况随意选择适合的位置进行统一安装，整个安装更加的灵活，而且还可以降低车辆的维护保养成本。

当第一高低档齿套109和第二高低档齿套125处于中位时，电驱动桥处于空档，可以让电驱动桥的两个驱动电机处于不工作状态，也可以其中一个驱动电机处于不工作状态，提高电驱动桥的可靠性。

本发明中，对于两个电机驱动组件的分布有两种方式：

第一种排布方式如图1所示，两个电机驱动组件分布在输出轴的径向方向的两侧，且两个电机驱动组件均位于差速器114的同一侧，即两个电机驱动组件位于电驱动桥的前后两侧，可以减小电驱动桥的总体长度，在此种分布方式下，对于差速器114的差速器壳体113为一扁长形状的外壳，且差速器113的外壳的长轴方向为输出轴的径向方向，差速器113的外壳的幅宽方向为输出轴的轴向方向，采用扁长形状的差速器壳体113的设计来配合两个电机驱动组件，合理的利用了输出轴的轴向方向与径向方向，使得整个电驱动桥的结构更加的紧凑，减少了安装空间的需求。

第二种排布方式如图3所示，两个电机驱动组件分布在输出轴的轴向方向的两侧，且两个电机驱动组件位于差速器114的两侧，在此种排布方式下，两个电机驱动组件的复合行星排同轴设置，这样两个电机驱动组件可以共用同一套高低档减速机构，这样的结果可以减少一套高低档减速机构，用于对结构布局有特殊需求的车辆。

本发明中，将小行星轮的齿数控制为大行星轮的齿数的1/3，在进行实际设计时，以第一电机驱动组件为例进行说明，第一太阳轮102的齿数为42，第一大行星轮103的齿数为81，第一小行星轮104的齿数为27，第一齿圈105的齿数为113，可以计算出第一复合行星排的减速比为9.07，这样第一驱动电机101的转速在11000r/min时，第一行星排框架106的转速为1213r/min，这样就降低了对第一高低档减速机构的制造难度要求，提高了产品的可靠性。

第一高低档齿套109与第一小齿轮Ⅰ107连接后，第一高低档减速机构处于低档，动力经过第一小齿轮Ⅰ107传递到安装在第二轴Ⅰ上的第二大齿轮Ⅰ110，由于第二轴Ⅰ上的第二大齿轮Ⅰ110、第二小齿轮Ⅰ111都是直接固定在第二轴Ⅰ上的，所以动力通过第二小齿轮Ⅰ111传递到中间轴齿轮112，构成低速功率传递路线。

第一高低档齿套109与第一大齿轮Ⅰ108连接后，第一高低档减速机构处于高档，动力经过第一大齿轮Ⅰ108传递到第二小齿轮Ⅰ111，再经由第二小齿轮Ⅰ111传递给中间轴齿轮112，构成告诉功率传递路线。

第一小齿轮Ⅰ107的齿数为26，第一大齿轮Ⅰ108的齿数为38，第二小齿轮Ⅰ111的齿数为33，第二大齿轮Ⅰ110的齿数为45，中间轴齿轮112的齿数为79，计算得到第一高低档减速机构的高低档部分的速比为2.08和4.14，第一电驱动组件的总传动比为37.59和18.86，第一电机101的转速达到11000r/min时，安装半径为560mm的轮胎，可以满足整车车速120km/h的要求。

本发明中，左输出半轴115、右输出半轴116上还均安装有减速行星排，减速行星排为常规的行星排，从而根据整车需求的不同，开发出具有系列化特征的电驱动桥，而且在左输出半轴115、右输出半轴116上安装有减速行星排时，电机驱动单元中的复合行星排也可以采用常规的行星排结构，即行星轮为单一行星轮结构，形成如图2所示的结构，电机驱动单元中的其他结构还是和图1中的结构相同。

在此种结构设计下，电机驱动单元中的行星排结构的太阳轮的齿数为29，行星轮的齿数为23，齿圈204的齿数为76，可以计算出行星排的减速比为3.62，可以得到电驱动桥的高低档速比为7.53和14.99，不足的传动比利用减速行星排减速来补足。

本发明中，电驱动桥的桥壳为整体桥壳，驱动电机的外壳与高低档减速机构的外壳均为铝合金铸造壳体，第一轴、第二轴、输出轴之间相互平行，通过将两套电机驱动单元分别布置在输出轴的两侧，从而对于整个电驱动桥的桥壳可以采用整体桥壳来增加强度，而对于驱动电机和高低档减速机构的外壳均采用铝合金铸造壳体，从而可以减轻电驱动桥的整体重量，另外，再结合第一轴、第二轴、输出轴之间平行的布置方式，可以减小电驱动桥体积，使结构紧凑，改善布置后能够满足整车安装布置需求。

差速器114安装在桥壳的中部位置，在差速器114上还安装有差速锁，所述差速锁为端面齿差速锁或湿式离合器差速锁，通过安装差速锁来满足车辆在困难复杂路面的行驶需求。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种双电机两档无动力中断电驱动桥，其特征在于：包括差速器、输出轴、电机驱动单元；

所述输出轴包括左输出半轴、右输出半轴，差速器具有一个输入端、两个输出端，其中一个输出端与左输出半轴相连，另一个输出端与右输出半轴相连，差速器的输入端连接有中间轴齿轮；

所述电机驱动单元包括两个并列分布在输出轴两侧的电机驱动组件，所述电机驱动组件包括驱动电机、复合行星排、高低档减速机构；

所述复合行星排包括太阳轮、行星轮、行星排框架、齿圈，太阳轮与驱动电机相连，行星轮有数个，分布在太阳轮的圆周外侧，且各个行星轮通过行星排框架连接形成整体，每个行星轮均为由大行星轮、小行星轮固定形成的复合塔轮结构，且大行星轮与太阳轮相啮合，小行星轮与齿圈相啮合；

所述高低档减速机构包括高低档齿套、第一小齿轮、第一大齿轮、第二小齿轮、第二大齿轮、第一轴、第二轴，高低档齿套与行星排框架相连，第一小齿轮、第一大齿轮并列固定套装在第一轴上，第二小齿轮、第二大齿轮并列固定套装在第二轴上，且第一小齿轮与第二大齿轮相啮合， 第一大齿轮与第二小齿轮相啮合，所述高低档齿套位于第一小齿轮、第一大齿轮之间，且通过高低档齿套的滑动实现高低档齿套与第一小齿轮啮合或是高低档齿套与第一大齿轮啮合，实现高低档位的切换；

两个高低档减速机构中的第二小齿轮均与中间轴齿轮相啮合。

2.根据权利要求1所述的双电机两档无动力中断电驱动桥，其特征在于：两个所述的电机驱动组件分布在输出轴的径向方向的两侧，且两个电机驱动组件位于差速器的同一侧。

3.根据权利要求2所述的双电机两档无动力中断电驱动桥，其特征在于：所述差速器具有一扁长形状的外壳，且差速器的外壳的长轴方向为输出轴的径向方向，差速器的外壳的幅宽方向为输出轴的轴向方向。

4.根据权利要求1所述的双电机两档无动力中断电驱动桥，其特征在于：两个所述的电机驱动组件分布在输出轴的轴向方向的两侧，且两个电机驱动组件位于差速器的两侧。

5.根据权利要求4所述的双电机两档无动力中断电驱动桥，其特征在于：两个所述的电机驱动组件的复合行星排同轴设置，两个电机驱动组件共用同一套高低档减速机构。

6.根据权利要求1所述的双电机两档无动力中断电驱动桥，其特征在于：所述小行星轮的齿数为大行星轮的齿数的1/3。

7.根据权利要求1所述的双电机两档无动力中断电驱动桥，其特征在于：所述左输出半轴、右输出半轴上还均安装有减速行星排。

8.根据权利要求1所述的双电机两档无动力中断电驱动桥，其特征在于：所述电驱动桥的桥壳为整体桥壳，所述驱动电机的外壳与高低档减速机构的外壳均为铝合金铸造壳体，所述第一轴、第二轴、输出轴之间相互平行。

9.根据权利要求8所述的双电机两档无动力中断电驱动桥，其特征在于：所述差速器安装在桥壳的中部位置，在差速器上还安装有差速锁，所述差速锁为端面齿差速锁或湿式离合器差速锁。

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