新型同轴平衡结构的电动车桥驱动系统的制作方法

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：
：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。这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以下缺点：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；三、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。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。技术实现要素：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，连接差速机构的右半轴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。以下结合图3～图8来说明这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为定子铁芯，项1-4为机壳，项1-5为转子铁芯，项1-6为铝鼠笼，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。另外，图中字母符号标识：2p表示定子绕组1-2的极数，Q1表示定子铁芯1-3的槽数，Q2表示转子铁芯1-5的槽数，Z1表示输入齿轮轴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，Z5表示差速锥齿轮I3-4的齿数，Z6表示差速锥齿轮II3-5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，n1、T1表示驱动电机1的转子转速、转矩，n2、T2表示齿轮减速机构2的输出转速、转矩。根据以上示图可知，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：一、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结构零件与车轮连接；其中，连接差速机构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3三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；二、新型同轴平衡结构的电动车桥驱动系统的驱动电机1采用由铜鼠笼1-7和铝鼠笼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心轴结构，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2p极的定子绕组1-2在频率为f的三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n1、转差率s满足以下关系约束：ns=60×fp,s=ns-n1ns×100%;]]>三、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Z1齿数的输入齿轮轴2-1、Z2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n1、扭矩T1与输出齿轮盘2-10的转速n2、扭矩T2分别满足以下结构关系约束：n2n1=Z1Z2×Z3Z4,T2T1=n1n2×η2=Z2Z1×Z4Z3×η2,]]>其中，η2为齿轮减速机构传动效率，是介于80％～100％之间的正百分数。采用上述技术方案所达到的技术经济效果：与传统的电机旁置式电驱动系统相比，本发明涉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：①结构简单、节省材料和安装空间：以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。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。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。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，这对混合动力汽车、电动汽车以及电动摩托车的无级变速实现具有实用价值。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，就可以方便地实现调压、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合。附图说明图1是传统的电动车桥的典型布局结构图；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；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；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；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；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；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；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。以上图中：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为定子铁芯，项1-4为机壳，项1-5为转子铁芯，项1-6为铝鼠笼，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。另外，图中字母符号标识：2p表示定子绕组1-2的极数，Q1表示定子铁芯1-3的槽数，Q2表示转子铁芯1-5的槽数，Z1表示输入齿轮轴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，Z5表示差速锥齿轮I3-4的齿数，Z6表示差速锥齿轮II3-5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，n1、T1表示驱动电机1的转子转速、转矩，n2、T2表示齿轮减速机构2的输出转速、转矩。具体实施方式下面结合附图及具体实施方式对本发明涉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：一、由图3可知，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结构零件与车轮连接；其中，连接差速机构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3三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；二、由图4可知，新型同轴平衡结构的电动车桥驱动系统的驱动电机1采用由铜鼠笼1-7和铝鼠笼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心轴结构，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2p极的定子绕组1-2在频率为f的三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n1、转差率s满足以下关系约束：ns=60×fp,s=ns-n1ns×100%;]]>三、由图6可知，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Z1齿数的输入齿轮轴2-1、Z2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n1、扭矩T1与输出齿轮盘2-10的转速n2、扭矩T2分别满足以下结构关系约束：n2n1=Z1Z2×Z3Z4,T2T1=n1n2×η2=Z2Z1×Z4Z3×η2,]]>其中，η2为齿轮减速机构传动效率，是介于80％～100％之间的正百分数。四、根据图4、图5，驱动电机1由定子组件、转子组件、前端盖1-10、后端盖1-1、转速编码器1-11及约束轴承支座1-12组成；其中，定子组件由具有三相且2p极的定子绕组1-2、具有Q1槽的定子铁芯1-3、机壳1-4构成；转子组件由具有Q2槽的转子铁芯1-5、压铸制造的铝鼠笼1-6、焊接制造的铜鼠笼1-7、空心结构的电机轴1-8及轴承I1-9构成双鼠笼结构，双鼠笼结构的转子鼠笼条在槽内的分布为：压铸的铝鼠笼1-6的导电条处于槽内上层，两端部由同时压铸的铝端环短路于一体构成铝鼠笼1-6，焊接的铜鼠笼1-7的导电条处于槽内下层，铜导电条在两端被铜端环焊接短路于一体形成电路闭合的铜鼠笼1-7，在两端部铝鼠笼端环包裹于铜鼠笼端环外；转子铁芯1-5外圆均匀分布的Q2个槽采用闭口槽形式，且转子槽沿轴向扭斜一个定子齿距的斜槽角度；电机定子三相引出线与车载控制器1-13的输出频率为f、三相电压为(ua、ub、uc)的交流AC输出端电联接，车载控制器1-13的输入端与直流电压为EDC的蓄电池组件1-14的直流DC输出端电联接。五、根据图6，齿轮减速机构2由齿数为Z1的输入齿轮轴2-1、齿数为Z2的大齿轮2-5、齿数为Z3的中间齿轮轴2-6、齿数为Z4的输出齿轮盘2-10、右箱体2-3、左箱体2-11、箱体盖板2-7及轴承II2-4、轴承III2-8、油封I2-2、油封II2-9结构零件组成，输出齿轮盘2-10安装于差速支架3-3上且与中间齿轮轴2-6啮合，大齿轮2-5安装于中间齿轮轴2-6上且与输入齿轮轴2-1啮合，输入齿轮轴2-1为空心结构，其内孔一端装有油封II2-9，另一端通过内花键与电机轴连接。六、根据图7，差速机构3由右半轴3-1、轴承IV3-2、差速支架3-3、齿数为Z5的差速锥齿轮I3-4、齿数为Z6的差速锥齿轮II3-5、油封III3-6及左半轴3-7结构零件组成；其中，两个差速锥齿轮I3-4和两个差速锥齿轮II3-5构成一对起差速作用的锥齿轮副结构，两个差速锥齿轮I3-4分别安装于差速支架3-3上，两个差速锥齿轮II3-5分别连接于左半轴3-7和右半轴3-1上；差速机构零件安装于左箱体2-11与箱体盖板2-7之间的箱体空间内。七、根据图8，驻车机构4由连接套4-1、P档滑块4-2、P档螺杆4-3、P档电机4-4、P档端盖4-5零件组成，P档滑块4-2内孔前部开设有花键槽，其后部设有梯形螺纹并与P档螺杆4-3连接，花键槽在驻车时插入中间齿轮轴2-6轴伸端的花键齿内锁定，P档电机4-4安装于P档端盖4-5上，其轴伸部插入P档螺杆4-3内孔。以上所述的仅是本技术发明的优选实施方式，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本技术发明原理及同轴平衡式结构的前提下，还可以作出若干结构变形和改进(如将本发明展示的“两级减速传动”结构变形为“多级减速传动”结构，或者调整驱动电机为空心结构的永磁电机等变形)，这些也应该视为本技术发明的保护范围，这些都不会影响本技术发明实施的效果和实用性。当前第1页1 2 3