一种永磁纯方波电机驱动的无机械差数器驱动桥的制作方法

本发明涉及一种机械驱动桥，特别是涉及一种永磁纯方波电机驱动的无机械差数器驱动桥。

背景技术：

传统的电动汽车驱动桥（包括轮边驱动和轮毂驱动）主要采用永磁同步电机或变频电机电机、减速机、机械差速器、半轴以及桥壳等，结构复杂，体积大、成本高，故障点多，尤其在狭小的车底空间，很难安排布置这么多的零部件，影响整车结构和配重；

减速机和机械差数器产生传动损耗，减少电动汽车的续航里程，如果能够取消减速机和机械差速器，能够简化驱动桥结构、降低成本、减少故障、提高可靠性、增加续航里程；

传统驱动桥一般采用永磁同步电机或者三相异步电机，控制非常复杂，无法预知千变万化的工况，响应速度跟不上，控制不好就引起车轮拖滑或滑转,从而导致功率循环不平衡或汽车不能正常行驶。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种永磁纯方波电机驱动的无机械差数器驱动桥，驱动桥由永磁纯方波无刷直流电机和智能控制器驱动，为一种取消机械差速器甚至减速机的电动汽车驱动桥，解决驱动桥结构复杂、成本高、故障点多、传动损耗大的技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种永磁纯方波电机驱动的无机械差数器驱动桥，所述驱动桥包括桥体和两套驱动系统，驱动系统包括永磁纯方波无刷直流电机和智能控制器；所述的永磁纯方波无刷直流电机和控制器，采用给定电流跟踪控制法，电流波形为纯方波，智能控制器以三种结构形式连接在半轴上：

a.由永磁纯方波直流无刷电机直接驱动的无机械差数器、无减速机的驱动桥；直驱驱动桥由左半轴、右半轴，左半轴套连接端盖、右半轴套连接端盖，左永磁纯方波直流无刷驱动电机、右永磁纯方波直流无刷驱动电机组成，驱动电机端设有速度采集传感器；

b.带减速箱输入轴和输出轴垂直安装的无机械差数器的驱动桥；本驱动桥采用永磁纯方波电机驱动，由左永磁纯方波直流无刷驱动电机、右永磁纯方波直流无刷驱动电机、驱动电机端设有速度采集传感器；驱动桥设有合二而一减速箱机构、左球笼半轴、右球笼半轴、左轮毂总成、右轮毂总成部件；

c.由永磁纯方波直流无刷电机驱动带桥壳体的无机械差数器的驱动桥；本驱动桥包括左行星减速机、右行星减速机、左方波驱动电机、右方波驱动电机、驱动电机端有速度采集传感器；设置有左半轴套连接盘、右半轴套链接盘、左半轴套、右半轴套、桥壳、左刹车总成、右刹车总成、左半轴,右半轴。

所述的一种永磁纯方波电机驱动的无机械差数器驱动桥，所述永磁纯方波直流无刷电机直接驱动的无机械差数器、无减速机的驱动桥，左方波驱动电机端盖与左半轴套端盖对接，通过连接螺杆连接，连接螺杆通过左半轴套连接端盖，穿入左方波驱动电机前端盖，再穿入左方波驱动电机后端盖；并用螺母锁紧左半轴套连接端盖，左方波驱动电机前端盖，左方波驱动电机后端盖，右方波驱动电机穿入连接螺杆，定位圈放入左、右方波驱动电机后端盖定位槽内，右半轴套连接套端盖穿入连接螺杆内，与右方波驱动电机前端盖连接，用螺母锁紧。

所述的一种永磁纯方波电机驱动的无机械差数器驱动桥，所述左半轴端部插入左半轴套，并与左方波驱动电机空心轴内齿相连，左半轴套端部法兰与左半轴另一端部法兰相对接，并用螺栓锁紧。

所述的一种永磁纯方波电机驱动的无机械差数器驱动桥，所述右半轴与左半轴对称，连接方法和左部相同；桥组件放入车架承载簧上，左、右半轴套固定环固定住左、右半轴套，装入左、右刹车总成，左、右轮胎。

所述的一种永磁纯方波电机驱动的无机械差数器驱动桥，所述带减速箱输入轴和输出轴垂直安装的无机械差数器的驱动桥，右永磁纯方波驱动电机轴与减速箱输入齿相连，右永磁纯方波驱动电机端部法兰盘与减速机法兰盘通过螺栓相连；左永磁纯方波驱动电机、右永磁纯方波驱动电机与变速箱连接后，固定在车身的固定板上；左球笼半轴一侧轴头与减速箱输出齿相连，另一侧与左轮毂总成相连；右球笼半轴和左侧球笼半轴对称与减速箱、右轮毂总成连接，与左侧相同。

所述的一种永磁纯方波电机驱动的无机械差数器驱动桥，所述本驱动桥变速箱由左右两个相同变速器组成，输入轴和输出轴垂直，驱动电机减速箱置于车身上。

所述的一种永磁纯方波电机驱动的无机械差数器驱动桥，所述由永磁纯方波直流无刷电机驱动带桥壳体的无机械差数器的驱动桥，左驱动电机后端盖与左行星减速机通过连接螺栓固定，左驱动电机前端盖与左半轴套连接盘前端盖通过连接螺栓固定；把左驱动电机与左行星减速机与左半轴套链接盘组合体推入桥壳体用连接螺栓固定；右半部与左半部对称，右驱动电机后端盖与右行星减速机通过连接螺栓固定；右驱动电机前端盖与右半轴套连接盘前端盖通过连接螺栓固定；半轴定位板置入桥壳体内，靠紧左行星减速机，右驱动电机与右行星减速机和右半轴套链接盘组合体推入桥壳体用连接螺栓固定

所述的一种永磁纯方波电机驱动的无机械差数器驱动桥，所述左半轴套与左半轴套连接盘对接，左半轴套端盖与左半轴套连接盘后端盖用螺栓连接锁紧，并装入左刹车总成，插入左半轴。

所述的一种永磁纯方波电机驱动的无机械差数器驱动桥，所述右边与左边对称，右半轴套与右半轴套连接盘对接，右半轴套端盖与右半轴套连接盘后端盖用螺栓连接锁紧，并装入右刹车总成，插入右半轴。

本发明的优点与效果是：

1.本发明采用永磁纯方波直结驱动。由于取消机械差数，没有减速机构，提高了传动效率，延长电动车续航里程。整车噪音大大降低。

2.本发明由于将驱动电机减速箱置于车身上，从而转化为簧上载质量，从根源上解决了簧下载质量过大问题，有利于汽车垂向性能的改善。同时车轮的震动被球笼半轴化解；车轮的温度特别是刹车热量，不进入电机，电机处于良好工作状态，有利于整车的稳定、性平顺性、舒适性和寿命。电机与减速机垂直安装，不受车体宽度限制，有利于空间摆布。

3.本发明加了桥壳使得驱动电机更安全，尤其是在涉水时安全性大大提高。

附图说明

图1为普通的永磁无刷直流电机相电流波形图；

图2a为本发明方波电流控制图之一；

图2b为本发明方波电流控制图之二；

图3为本发明驱动桥结构示意图；

图4为本发明驱动桥连接方式主视图；

图5为本发明驱动桥连接方式俯视图；

图6为本发明无机械差数器的驱动桥结构示意图；

图7为本发明无机械差数器的驱动桥结构示意放大图；

图8为本发明驱动桥装配方式示意图；

图9为本发明驱动桥装配方式另一结构标注示意图；

图10为本发明永磁纯方波驱动电机结构示意图；

图11为本发明电机转子磁钢部件结构示意图；

图12为本发明电机的特性曲线图。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种永磁纯方波无刷直流电机和智能控制器驱动的无机械差速器驱动桥，驱动桥包括桥体和两套驱动系统，驱动系统包括永磁纯方波无刷直流电机和智能控制器；本发明永磁纯方波无刷直流电机和智能控制器的实现方法，电流波形为纯方波，不同于普通永磁无刷直流电机的电流波形为不规则的锯齿波形。

普通的永磁无刷直流电机，如果不对相电流进行转制，电压源逆变器供电的无刷直流电机的相电流波形变成图1所示的锯齿波。

电磁转矩正比于是相电流的平均值，如果先略去平顶宽度不足120⁰e，产生一定的电磁转矩te,应等于方波电流，即,

的有效值

；

相同电磁转矩（功率）的电机，不同相电流波形的绕组铜耗比；这样的永磁直流无刷电机的功率密度优势丧失殆尽，因此必须改进为纯方波的永磁无刷直流电机。

本发明利用了永磁纯方波无刷直流电机具有柔性机械特性的特性,采用单项改变转矩分配方法进行控制，控制器采集两个电机的码盘信号后通过内部算法处理，得出的汽车左驱动轮速度、右驱动轮速度，以及控制器生成的电机绕组给定电流；电子差速模块通过比较、的大小来判断出汽车的转向趋势，再根据该趋势控制输出电机的给定电流值、，以此实现两个电机的输出转矩不同，使两驱动轮的加速度不同，进一步使两驱动轮产生满足此转向趋势的转速差，实现电子差数，取消机械差数器。

本实施方式中，控制器通过采集两个电机的码盘信号后通过内部算法处理，以此得出汽车左驱动轮速度、右驱动轮速度，并通过比较、的大小来判断出电动汽车的转向趋势，本控制系统中采用电流给定控制策略，为给定电流，根据该转向趋势生成左、右驱动轮对应电机的给定电流、的值，由于方波无刷直流电机具有柔性机械特性，电机转子速度与电机输出转矩及负载转矩关系为：，并且电机输出转矩与定子绕组中给定电流成正比关系：，又电机转子直接与驱动轮连接，故驱动轮转速与电机转速相同，所以由以上分析可知驱动轮转速差值与电机转子给定电流平方差关系为:，由于两电机的控制器控制方式相同故两电机的给定电流、的差与两驱动轮转速、的转速平方差成正比关系，通过电子差速控制策略算法分析可得。传统转矩分配采用等差值转矩分配的方法，此分配方法应用于电动汽车时，由于电动汽车速度响应快不易控制，容易使电动汽车形成侧翻，故本发明采用单项改变转矩分配方法，不同时改变两驱动轮的输出转矩。

当检测到>时，即汽车左驱动轮转速大于右驱动轮转速，可以推断出此时汽车准备右转向行驶，根据该行驶趋势电子差速控制模块计算得出此时)，采用单项改变转矩分配的方法，故两驱动轮的转矩值分别为：左驱动轮的转矩=，右驱动轮的转矩=，其中；通过给定电流与电子差速控制模块得出共同作用，可确定两驱动轮对应电机的给定电流值分别为：左驱动轮对应电机的给定电流=，右驱动轮对应电机的给定电流=，其中为控制器生成给定电流；以此使左右驱动轮产生不同的加速度，进一步使汽车左驱动轮转速大于右驱动轮转速，产生有利于转向的转速差，以此实现汽车快速、平稳的完成右转向。

当检测到<时，即汽车左驱动轮转速小于右驱动轮转速，可以推断出此时汽车准备左转向行驶，根据该行驶趋势电子差速控制模块计算得出此时：)，采用单项改变转矩分配的方法，故两驱动轮的转矩值分别为：左驱动轮的转矩=，右驱动轮的转矩=；通过给定电流与电子差速控制模块得出共同作用，可确定两驱动轮对应电机的给定电流值分别为：左驱动轮对应电机的给定电流=，右驱动轮对应电机的给定电流=，其中为控制器生成给定电流；以此使左右驱动轮产生不同的加速度，进一步使汽车左驱动轮转速小于右驱动轮转速，产生有利于转向的转速差，以此实现汽车快速、平稳的完成左转向。

当检测到=时，即汽车左驱动轮转速等于右驱动轮转速，可以推断出此时汽车做直线行驶，电子差速控制模块不再参与控制给定电流，此时两驱动轮对应电机的给定电流同为。

综上所述，可知在车辆转向过程中，汽车控制系统采集油门踏板信号即给定电流信号，给出相应的总驱动力矩，结合采集到的驱动轮转速信号，计算出两驱动轮的转矩，通过减小内侧驱动轮转矩，不仅实现了电子差速功能，还合理分配了驱动轮转矩，从而对车辆转向起到辅助作用。

永磁无刷直流电机的电磁转矩是正弦波永磁同步电机的1.15倍，同样材料出力大15%，因此具有体积更小，重量更轻的特点，能够在狭小的汽车地盘空间实现直驱，取消减速机装置.

永磁纯方波无刷电机具有效率高、起动转矩大、过载能力强、高速操作性能好、无电刷、结构简单、牢固、免维护等特点,能够满足电动汽车驱动苛刻要求。

所述的永磁纯方波无刷直流电机和智能控制器通过可选的三种结构，以不同的方式连接在半轴上。

可选的，由永磁纯方波直流无刷电机直接驱动的无机械差数器、无减速机的驱动桥。

可选的，由永磁纯方波直流无刷电机驱动带桥壳体，无机械差数器的驱动桥

可选的，带减速箱输入轴和输出轴垂直安装的无机械差数器的驱动桥。

综上，本发明提供的电动汽车驱动桥，取消了机械差数器、甚至取消减速机，较之传统的电动汽车驱动桥，降低成本、控制稳定、优化结构、减少零部件、减轻整车重量、减少故障点、减少噪音、提高电动汽车续航里程。

实施例

实现纯方波电流波形的永磁无刷直流电机和控制器：

方波电机的控制方法：采用给定电流跟踪控制法。该控制方法中通过控制器产生一个给定值，并与反馈电流—检测到的电机相电流做比较，若反馈电流小于给定时，产生的pwm作用到igbt上使其持续导通；若反馈电流大于给定时，产生的pwm作用到igbt上使其关断；以此连续进行下去，能够使电机定子绕组中的相电流跟踪电流给定。达到方波电流控制见图2a、图2b；

由永磁纯方波直流无刷电机直接驱动的无机械差数器、无减速机的驱动桥：

利用永磁纯方波电机体积小、重量轻、大扭矩特点采用永磁纯方波直结驱动。由于取消机械差数，没有减速机构，提高了传动效率，延长电动车续航里程。整车噪音大大降低。见图3。

本动力桥由左车轮1、右车轮19，左刹车总成11、右刹车总成18，左半轴2、右半轴17，左半轴套连接端盖14、右半轴套连接端盖9，左永磁纯方波直流无刷驱动电机4、右永磁纯方波直流无刷驱动电机7组成。左方波驱动电机4、右方波驱动电机7，输出轴为空心轴，轴头铣内齿，与左半轴2、右半轴17连接。安装方法是左方波驱动电机端盖3，与左半轴套端盖14，对接，通过4根连接螺杆15，连接。连接螺杆15，通过左半轴套连接端盖14，穿入左方波驱动电机前端盖3，再穿入左方波驱动电机后端盖20。并用螺母锁紧左半轴套连接端盖14，左方波驱动电机前端盖3，左方波驱动电机后端盖20。然后，把右方波驱动电机7，穿入连接螺杆15，定位圈6放入左方波驱动电机后端盖20、右方波驱动电机后端盖21，定位槽内，用螺母锁紧左方波驱动电机后端盖20、右方波驱动电机后端盖21与定位圈6。接着，右半轴套连接套端盖9，穿入连接螺杆15，内，与右方波驱动电机前端盖8，连接，用螺母锁紧。左半轴2，端部插入左半轴套，并与左方波驱动电机4空心轴内齿相连，左半轴套端部法兰与左半轴2另一端部法兰相对接，并用螺栓锁紧。右半轴17与左半轴2对称，连接方法和左部相同。桥组件组装完后，放入左车架承载簧10、右车架承载簧12上，左半轴套固定环13、右半轴套固定环16，固定住左、右半轴套。装入左刹车总成11、右刹车总成18，左轮胎1、右轮胎19。

带减速箱输入轴和输出轴垂直安装的无机械差数器的驱动桥：

本驱动桥采用永磁纯方波电机驱动，合二而一减速箱，无机械差数器的动力桥。由左永磁纯方波驱动电机2、右永磁纯方波驱动电机7、减速箱机构8、左球笼半轴4、右球笼半轴9、左轮毂总成5、右轮毂总成10、左轮胎6、右轮胎11等部件组成。代替了发动机、离合器、变速箱、传动轴、差速器、轮毂总成等部件，简化了整体机构，提高了传动效率。

实施方式见图4、图5

减速箱8内分左右，各自独立，结构相同两部分。右永磁纯方波驱动电机7轴与减速箱输入齿相连，右永磁纯方波驱动电机7端部法兰盘16与减速机法兰盘17通过螺栓相连。左永磁纯方波电机2与右永磁纯方波电机7对称，功率、扭矩等参数完全相同，与减速箱8连接方法与右侧相同。左永磁纯方波驱动电机2、右永磁纯方波驱动电机7与变速箱8连接后，固定在车身的固定板3上。左球笼半轴4一侧轴头1与减速箱输出齿相连，另一侧与左轮毂总成相连。右球笼半轴9和左侧球笼半轴4对称与减速箱8、右轮毂总成10连接与左侧相同。

本驱动桥变速箱8由左右两个相同变速器合二而一组成，输入轴和输出轴垂直设计，减小体积重量，有利于空间布置。驱动电机功率大小，电机长短，由于是和减速箱垂直安装，空间不受限制。

由于将左驱动电机2、右驱动电机7减速箱8置于车身上，从而转化为簧上载质量，从根源上解决了簧下载质量过大问题，有利于汽车垂向性能的改善。同时车轮的震动被球笼半轴化解；车轮的温度特别是刹车热量，不进入电机，电机处于良好工作状态，有利于整车的稳定、性平顺性、舒适性和寿命。

由永磁纯方波直流无刷电机驱动带桥壳体的无机械差数器的驱动桥：

本驱动桥由左行星减速机23，右行星减速机9，左方波驱动电机1，右方波驱动电机26，左半轴套连接盘37、右半轴套链接盘38，左半轴套14、右半轴套34，桥壳21，左刹车总成13、右刹车总成35，左半轴12,右半轴36，左轮胎11，右轮胎10，组成。见图6、图7。

传动方式见图6。左右对称，以左侧减速箱23为例：左方波驱动电机1旋转，驱动电机1空心轴2，带动减速箱主动轮3旋转，主动轮3带动行星轮4，行星轮4沿着齿圈5旋转，通过行星轮支架6带左动半轴端部7花键传动，半轴12带动车轮11行驶。

装配方式见图8：

左驱动电机1后端盖与左行星减速机23，通过连接螺栓22固定。左驱动电机1前端盖与左半轴套连接盘前端盖19通过连接螺栓39固定。把左驱动电机1与左行星减速机23与左半轴套链接盘37组合体推入桥壳体21，用连接螺栓24固定。

右半部与左半部对称，右驱动电机26后端盖与右行星减速机9，通过连接螺栓25固定。右驱动电机26前端盖与右半轴套连接盘前端盖30，通过连接螺栓40固定。先把半轴定位板8，推入桥壳体21内，靠紧左行星减速机23，然后，把右驱动电机26与右行星减速机9和右半轴套链接盘38组合体推入桥壳体21，用连接螺栓31固定。

左半轴套14与左半轴套连接盘37对接，左半轴套端盖16与左半轴套连接盘后端盖17，用螺栓18连接锁紧。装入左刹车总成13，插入左半轴12，

右边与左边对称，右半轴套34，与右半轴套连接盘38对接，右半轴套34端盖33与右半轴套连接盘后端盖32，用螺栓41连接，锁紧。装入右刹车总成35，插入右半轴36。

本驱动桥特点是采用方波直流无刷电机驱动，加行星减速机可使体积更小，重量更轻，同时由于加了桥壳使得驱动电机更安全，尤其是在涉水时安全性大大提高。

永磁纯方波驱动电机由电机外壳1，电机定子2，电机转子3，位置传感器5，组成。见图10。电机转子磁钢4，将电机转子磁钢4电机为表贴式。见图11。定子绕组为单层链式集中绕组。使电机可以获得梯形波的气隙磁场。并让电机的特性为软特性见图12。