新型同轴平衡结构的电动车桥驱动系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明是一种新型同轴平衡结构的电动车桥驱动系统，是将驱动电机、齿轮减速 机构、差速机构同轴安装于车桥上，并将驻车机构也集成为一体化结构的新型同轴平衡的 直驱式电动车桥驱动装置;在车载控制器作用下将蓄电池的电能直接、高效地转换成低速 大力矩机械能传递给车轮。可广泛用作全电动汽车、混合动力汽车的电动力驱动单元。
【背景技术】
[0002] 目前，在新能源汽车工业领域，电动汽车的驱动系统往往采用的是驱动电机与车 轮半轴平行安装的旁置结构，图1所示为传统电动车桥的典型安装布局结构，由驱动电机1、 齿轮减速机构2、差速机构3等组成，左半轴3-7、右半轴3-1分别连接于差速机构两端输出 端，绝大多数电动汽车并未设置驻车P档。电机的高速动力经齿轮减速后传递给差速机构， 再分配到两边车轮上。运种电机旁置结构是借用现有燃油车的传动机构而衍生出的电动车 桥结构；其传动和差速系统更适合于燃油汽车的整车动力布局，对新能源汽车而言此种布 局具有W下缺点：一、结构不紧凑，占用过大的安装空间，挤压了电池的存放空间；二、动力 传递不平衡、不对称，降低了带端面锥齿传动的差速机构效率;Ξ、对于电动汽车而言，无驻 车P档极易导致汽车坡道起停车的困难，严重者还容易导致安全事故；四、此种旁置结构沿 自燃油汽车，零部件集成度不高，能量传递中间环节多。
[0003] 近年来，混合动力汽车发展迅速，比较典型的属于丰田Prius车型。但现有的混合 动力汽车双动力系统仍然沿袭的是将燃油动力与电动力集成在一个主驱动车桥上的模式， 并未突破将电动力车桥单独作为独立的动力单元并在一个车控系统的协调下与燃油动力 车桥混合输出动力的思路。前者的集成式的混合动力结构复杂，不仅需要离合装置，还需要 复杂的动力协调决策系统控制两动力的运行状态；随着技术的发展与成熟，必然出现独立 的电动力驱动系统模块，功能齐备的电动力车桥也必然成为未来新能源汽车的技术发展方 向之一。
【发明内容】
[0004] 针对现有电动汽车及混合动力汽车驱动系统的不足，本技术发明提供了一种将驱 动电机、齿轮减速机构、差速机构同轴安装于车桥上，并将驻车机构也集成为一体化结构的 新型同轴平衡式电动车桥驱动装置。结合图2来说明本发明的基本构思是:将驱动电机1、齿 轮减速机构2、差速机构3同轴式安装于车桥上形成一体化动力传递平衡的直驱式结构，连 接差速器的右半轴3-1从驱动电机的轴内孔穿过与车轮连接，并在此结构基础上将驻车机 构4也集成在齿轮减速机构上;从而在结构上形成一个独立的电动车桥新结构，可广泛用作 全电动汽车、油电混合动力汽车的电动力驱动单元。
[0005] W下结合图3~图8来说明运种新型同轴平衡结构的电动车桥驱动系统的技术特 征，图中：项1为驱动电机，项2为齿轮减速机构，项3为差速机构，项4为驻车机构;项1-1为后 端盖，项1-2为定子绕组，项1-3为定子铁忍，项1-4为机壳，项1-5为转子铁忍，项1-6为侣鼠 笼，项1-7为铜鼠笼，项1-8为电机轴，项1-9为轴承I，项1-10为前端盖，项1-11为转速编码 器，项1-12为约束轴承支座，项1-13为车载控制器，项1-14为蓄电池组件;项2-1为输入齿轮 轴，项2-2为油封I，项2-3为右箱体，项2-4为轴承II，项2-5为大齿轮，项2-6为中间齿轮轴， 项2-7为箱体盖板，项2-8为轴承III，项2-9为油封II，项2-10为输出齿轮盘，项2-11为左箱 体;项3-1为右半轴，项3-2为轴承IV，项3-3为差速支架，项3-4为差速锥齿轮I，项3-5为差速 锥齿轮II，项3-6为油封III，项3-7为左半轴;项4-1为连接套，项4-2为P档滑块，项4-3为P档 螺杆，项4-4为P档电机，项4-5为P档端盖。
[0006] 另外，图中字母符号标识：2p表示定子绕组1-2的极数，化表示定子铁忍1-3的槽 数，Q2表示转子铁忍1-5的槽数，Z读示输入齿轮轴2-1的齿数，Z2表示大齿轮2-5的齿数，Z3 表示中间齿轮轴2-6的齿数，Z4表示输出齿轮盘2-10的齿数，&表示差速锥齿轮I 3-4的齿 数，&表示差速锥齿轮II 3-5的齿数，DC表示蓄电池组件1-14的直流输出端，Edc表示蓄电池 组件1-14的直流输出电压，AC表示车载控制器1-13的交流输出端，ua、ub、uc表示车载控制器 1 -13的交流输出电压，f表示车载控制器1 -13输出的交变频率，~表示交流，+表示直流输出 正极，-表示直流输出负极，m、Τι表示驱动电机1的转子转速、转矩，Π 2、T2表示齿轮减速机构 2的输出转速、转矩。
[0007] 根据W上示图可知，新型同轴平衡结构的电动车桥驱动系统的技术及结构特征如 下：
[0008] -、新型同轴平衡结构的电动车桥驱动系统由驱动电机1、齿轮减速机构2、差速机 构3、驻车机构4四大部件组成，并通过左半轴3-7、右半轴3-1等结构零件与车轮连接;其中， 连接差速器3的右半轴3-1从电机轴1-8的内孔穿过与车轮连接，形成将驱动电机1、齿轮减 速机构2、差速机构3Ξ者同轴式安装于车桥上的一体化动力传递平衡的直驱式结构;驻车 机构4设置在齿轮减速机构2的中间齿轮轴2-6的轴伸端；
[0009] 二、新型同轴平衡结构的电动车桥驱动系统的驱动电机1采用由特制的铜鼠笼1-7 和侣鼠笼1-6构成的双鼠笼转子结构的交流异步电动机，电机轴1-8采用开设有内孔的空屯、 轴结构，电机轴1-8前端插入齿轮减速机构2的输入齿轮轴2-1内孔通过花键连接为一体;驱 动电机礼极的定子绕组1-2在频率为f的Ξ相交流电作用下产生的气隙旋转磁场转速ns与 双鼠笼转子的转速m、转差率S满足W下关系约束：
[0010]
[0011] Ξ、新型同轴平衡结构的电动车桥驱动系统的齿轮减速机构2由具有Zi齿数的输 入齿轮轴2-UZ2齿数的大齿轮2-5、Z3齿数的中间齿轮轴2-6、Z4齿数的输出齿轮盘2-10构成 两级减速的齿轮副结构;输出齿轮盘2-10安装于差速支架3-3上，右半轴3-1分别从差速支 架3-3及电机轴1-8内孔穿过;驱动电机1的转速m、扭矩Τι与输出齿轮盘2-10的转速m、扭矩 T2分别满足W下结构关系约束：
[0012]
[0013] 其中，也为齿轮减速机构传动效率，是介于80 %~100 %之间的正百分数。
[0014] 采用上述技术方案所达到的技术经济效果：
[0015] 与传统的电机旁置式电驱动系统相比，本发明设及的新型同轴平衡结构的电动车 桥驱动系统具有如下明显的优势：
[0016] ①结构简单、节省材料和安装空间：W最简单的结构实现了低速大力矩的直接驱 动，简化系统结构，节省安装空间，对于电动汽车具有实际应用价值。
[0017] ②能量损耗小，传动效率高：由于同轴式安装，实现了直驱传动，使得动力传递更 平衡，减少了能量消耗，可提高整个系统的能量转换效率。
[0018] ③可靠性高、寿命长、震动小、噪声低：由于采用一体化集成结构，减少了中间传递 环节，可使整机的震动和噪声都得到有效改善，进而提高了驱动系统的可靠性、延长使用寿 命。
[0019] ④恒功率调速范围宽广:通过车载控制器调整控制输入驱动电机的电压及频率， 即可在较大转速范围实现无级变速的传动要求，从而可直接取消常规机械变速系统常见的 换档离合机构，运对混合动力汽车、电动汽车W及电动摩托车的无级变速实现具有实用价 值。
[0020] ⑤调节控制简单:通过正弦脉宽调制技术SPWM控制、逆变变频控制等成熟技术，就 可W方便地实现调压、调频从而调节电机输出工况的要求，无须常规高精度定位的交流伺 服电机的精确位置反馈回路，根据负载状况采用简单的控制即可满足绝大多数的应用场 么 口 〇
【附图说明】
[0021] 图1是传统的电动车桥的典型布局结构图；
[0022] 图2是新型同轴平衡结构的电动车桥驱动系统的布局结构图；
[0023] 图3是新型同轴平衡结构的电动车桥驱动系统的全剖面结构图；
[0024] 图4是新型同轴平衡结构的电动车桥驱动系统的驱动电机的结构剖面图；
[0025] 图5是新型同轴平衡结构的电动车桥驱动系统的驱动电机转子立体结构剖面图；
[0026] 图6是新型同轴平衡结构的电动车桥驱动系统的齿轮减速机构的结构剖面图；
[0027] 图7是新型同轴平衡结构的电动车桥驱动系统的差速机构的结构剖面图；
[0028] 图8是新型同轴平衡结构的电动车桥驱动系统的驻车机构的结构剖面图。
[0029] W上图中：项1为驱动电机，项2为齿轮减速机构，项3为差速机构，项4为驻车机构； 项1-1为后端盖，项1-2为定子绕组，项1-3为定子铁忍，项1-4为机壳，项1-5为转子铁忍，项 1-6为侣鼠笼，项1-7为铜鼠笼，项1-8为电机轴，项1-9为轴承I，项1-10为前端盖，项1-11为 转速编码器，项1-12为约束轴承支座，项1-13为车载控制器，项1-14为蓄电池组件;项2-1为 输入齿轮轴，项2-2为油封I，项2-3为右箱体，项2-4为轴承II，项2-5为大齿轮，项2-6为中间 齿轮轴，项2-7为箱体盖板，项2-8为轴承III，项2-9为油封II，项2-10为输出齿轮盘，项2-11 为左箱体;项3-1为右半轴，项3-2为轴承IV，项3-3为差速支架，项3-4为差速锥齿轮I，项3-5 为差速锥齿轮II，项3-6为油封III，项3-7为左半轴;项4-1为连接套，项4-2为P档滑块，项4- 3为P档螺杆，项4-4为P档电机，项4-5为P档端盖。
[0030] 另外，图中字母符号标识：2p表示定子绕组1-2的极数，化表示定子铁忍1-3的槽 数，Q2表示转子铁忍1-5的槽数，Z读示输入齿轮轴2-1的齿数，Z2表示大齿轮2-5的齿数，Z3 表示中间齿轮轴2-6的齿数，Z4表示输出齿轮盘2-10的齿数，&表示差速锥齿轮I 3-4的齿 数,?表示差速锥齿轮II 3-5的齿数，DC表示蓄电池组件1-14的直流输出端，Edc表示蓄电池 组件1-14的直流输出电压，AC表示车载控制器1-13的交流输出端，ua、ub、uc表示车载控制器 1 -13的交流输出电压，f表示车载控制器1 -13输出的交变频率，~表示交流，+表示直流输出 正极，-表示直流输出负极，m、Τι表示驱动电机1的转子转速、转矩，Π 2、T2表示齿轮减速机构 2的输出转速、转矩。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图及【具体实施方式】对本发明设及的新型同轴平衡结构的电动车桥驱 动系统的内部结构关系特征做进一步的说明：
[0032] -、由图3可知，新型同轴平衡结构的电动车桥驱动系统由