双电机驱动系统及应用的制作方法

1.本发明涉及汽车驱动技术领域，特别涉及一种双电机驱动系统及应用。


背景技术：

2.目前，石油资源日益缺乏，汽车尾气排放导致空气污染持续恶化，寻找新的能源代替燃油驱动汽车成为当前的一大研究方向。
3.当前电动汽车作为燃油汽车的有力竞争产品，发展的非常迅速。目前常使用的纯电动汽车的驱动系统大多结构简单，将单电机和减速箱简单集成在一起。
4.发明人发现现有技术中的纯电动汽车使用单电机会存在以下问题：
5.单电机系统在设计时，由于考虑到汽车需要应对爬坡以及一些复杂的路况，所选择的电机功率往往是偏大的。而在实际的应用过程当中，很多情况下电机都处于低速运转点，所以电机的效率比较低，大部分能量被浪费。而且因为单电机功率大，所以总重量也大，影响续航里程。
6.因此，需要一种能够提高能量利用率和车辆动力性能的双电机驱动方案。


技术实现要素：

7.本发明实施例提供了一种双电机驱动系统及应用，采用双电机进行驱动，可以根据不同的速度优化两个电机之间的动力供应，从而提高能量的利用率。
8.本发明的技术方案如下：
9.第一方面，本发明实施例提供了一种双电机驱动系统，所述系统包括：第一电机、第二电机、第一输入轴、第二输入轴、第一输出轴、第二输出轴、行星排机构、第一主动齿轮、第二主动齿轮和第一离合器；
10.所述第一输入轴与所述第一电机连接，所述第一离合器和所述行星排机构安装在所述第一输入轴上，所述第一离合器的一部分与所述第一输入轴连接，所述第一离合器的另一部分与所述行星排机构连接；
11.所述第一主动齿轮安装在所述第一输出轴的输出端，所述第一输出轴的输入端与所述行星排机构连接；
12.所述第二输入轴与所述第二电机连接，所述第二主动齿轮安装在所述第二输入轴上；
13.所述第二输出轴用于接收所述第一主动齿轮和第二主动齿轮输出的动力。
14.可选的，所述行星排机构包括太阳轮、多个行星轮、行星架和齿圈；
15.每个所述行星轮与所述太阳轮的外圆齿以及所述齿圈的内圆齿分别啮合，且所述多个行星轮中的每个所述行星轮可转动地设置在所述行星架上；
16.所述第一离合器的一部分与所述第一输入轴连接，所述第一离合器的另一部分与所述行星架连接；
17.所述齿圈通过单向离合器与壳体连接，以防止所述第一输入轴发生反转；
18.所述行星架与所述第一输出轴连接。
19.可选的，所述系统还包括第二离合器；
20.所述第二离合器安装在所述第二输入轴上。
21.可选的，所述系统还包括第一从动齿轮、第二从动齿轮、输出齿轮和差速器；
22.所述第一从动齿轮、所述第二从动齿轮和所述输出齿轮安装在所述第二输出轴上；
23.所述第一从动齿轮与所述第一主动齿轮啮合，以接收所述第一主动齿轮输出的动力；
24.所述第二从动齿轮与所述第二主动齿轮啮合，以接收所述第二主动齿轮输出的动力；
25.所述输出齿轮与所述差速器连接，所述差速器用于将动力传递到车轮。
26.可选的，所述系统还包括逆变器和电池；
27.所述逆变器的一端与所述电池电连接，另一端与并联的所述第一电机和所述第二电机电连接。
28.第二方面，本发明实施例还提供了上述第一方面的系统在汽车驱动中的应用，所述系统的应用模式包括：单电机驱动模式、双电机驱动模式、倒车模式和能量回收模式。
29.可选的，在所述单电机驱动模式中，
30.第一电机不工作，第一离合器断开，第二离合器闭合，电池放电，经过逆变器为第二电机供电，通过所述第二电机带动第二输入轴转动，进而将动力依次传至第二主动齿轮、第二从动齿轮、第二输出轴、输出齿轮和差速器，从而驱动车轮转动；
31.或者，所述第二电机不工作，所述第一离合器闭合，所述第二离合器断开，所述电池放电，经过所述逆变器为所述第一电机供电，通过所述第一电机带动第一输入轴、行星架和太阳轮同时转动，进而将动力依次传至第一输出轴、第一主动齿轮、第一从动齿轮、所述第二输出轴、所述输出齿轮和所述差速器，从而驱动所述车轮转动；
32.或者，所述第二电机不工作，所述第一离合器断开，所述第二离合器断开，所述电池放电，经过所述逆变器为所述第一电机供电，通过所述第一电机带动所述第一输入轴转动，进而将动力依次传至所述太阳轮、多个行星轮、所述行星架、所述第一输出轴、所述第一主动齿轮、所述第一从动齿轮、所述第二输出轴、所述输出齿轮和所述差速器，从而驱动所述车轮转动。
33.可选的，在所述双电机驱动模式中，
34.第一离合器断开，第二离合器闭合，电池放电，经过逆变器为第一电机和第二电机供电，通过所述第一电机带动第一输入轴转动，进而将动力依次传至太阳轮、多个行星轮、行星架、第一输出轴、第一主动齿轮、第一从动齿轮、第二输出轴、输出齿轮和差速器，通过所述第二电机带动第二输入轴转动，进而将动力依次传至第二主动齿轮、第二从动齿轮、所述第二输出轴、所述输出齿轮和所述差速器，从而使得所述第一电机和所述第二电机共同驱动车轮转动；
35.或者所述第一离合器闭合，所述第二离合器闭合，所述电池放电，经过所述逆变器为所述第一电机和所述第二电机供电，通过所述第一电机带动所述第一输入轴、所述行星架和所述太阳轮同时转动，进而将动力依次传至第一输出轴、第一主动齿轮、第一从动齿
轮、所述第二输出轴、所述输出齿轮和所述差速器，通过所述第二电机带动所述第二输入轴转动，进而将动力依次传至所述第二主动齿轮、所述第二从动齿轮、所述第二输出轴、所述输出齿轮和所述差速器，从而使得所述第一电机和所述第二电机共同驱动车轮转动。
36.可选的，在所述倒车模式中，
37.第一电机不工作，第一离合器断开，第二离合器闭合，电池放电，经过逆变器为第二电机供电，所述第二电机反转，通过所述第二电机带动第二输入轴转动，进而将动力依次传至第二主动齿轮、第二从动齿轮、第二输出轴、输出齿轮和差速器，从而驱动车轮转动，实现倒车。
38.可选的，在所述能量回收模式中，
39.第一电机不工作，第一离合器断开，第二离合器闭合，控制第二电机开启发电模式，车轮将动力依次传至差速器、输出齿轮、第二输出轴、第二从动齿轮、第二主动齿轮和第二输入轴，进而将动能传递给所述第二电机，所述第二电机将动能转换为电能，经由逆变器存入电池中。
40.本发明实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：
41.本发明实施例提供的具有第一电机和第二电机两个动力源的双电机驱动系统，通过将其应用于汽车驱动中，可以实现单电机驱动模式、双电机驱动模式、倒车模式和能量回收模式等多种模式，通过设置行星排机构，可以实现五个前进档位的切换，根据不同的行驶状态优化动力的分配，降低能耗的同时提供强劲的动力。
42.此外，在汽车起步加速及低速行驶阶段，车辆系统的负荷为中低负荷时，使用单电机纯电动驱动模式；在中速及高速阶段，车辆系统的负荷为高负荷时，使用双电机驱动模式。上述两种模式利用了电机响应快、低速大扭矩和高速小扭矩的特性，提升了动力的高效性。其中在中速及高速阶段使用双电机驱动中，利用两个挡位的不同速比，使得电机总是工作在高效区。
43.并且通过设置单向离合器，不仅可以防止第一电机发生反转，还可以减少第一电机对第二电机的拖曳损失，进一步降低能耗。在换挡过程中通过两个电机的配合调速，整车平顺性也有很大的提升，更加满足了用户对驾驶舒适性的要求。
附图说明
44.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。
45.图1为本申请实施例提供的双电机驱动系统的结构示意图；
46.图2为本申请实施例提供的双电机驱动系统在单电机驱动模式中的第一种能量传递示意图；
47.图3为本申请实施例提供的双电机驱动系统在单电机驱动模式中的第二种能量传递示意图；
48.图4为本申请实施例提供的双电机驱动系统在单电机驱动模式中的第三种能量传递示意图；
49.图5为本申请实施例提供的双电机驱动系统在双电机驱动模式中的中速挡的能量传递示意图；
50.图6为本申请实施例提供的双电机驱动系统在双电机驱动模式中的高速挡的能量传递示意图；
51.图7为本申请实施例提供的双电机驱动系统在倒车模式中的能量传递示意图；
52.图8为本申请实施例提供的双电机驱动系统在能量回收模式中的第一种能量传递示意图；
53.图9为本申请实施例提供的双电机驱动系统在能量回收模式中的第二种能量传递示意图；
54.图10为本申请实施例提供的双电机驱动系统在能量回收模式中的第三种能量传递示意图。
55.图中的附图标记分别表示为：
[0056]1‑
第一电机；2
‑
第二电机；3
‑
第一输入轴；4
‑
第二输入轴；5
‑
第一输出轴；6
‑
第二输出轴；7
‑
行星排机构；701
‑
太阳轮；702
‑
多个行星轮；703
‑
行星架；704
‑
齿圈；8
‑
第一主动齿轮；9
‑
第二主动齿轮；10
‑
第一从动齿轮；11
‑
第二从动齿轮；12
‑
输出齿轮；13
‑
第一离合器；14
‑
单向离合器；15
‑
第二离合器；16
‑
逆变器；17
‑
电池；18
‑
差速器；19
‑
车轮。
具体实施方式
[0057]
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例性实施例表示在附图中。下面的描述涉及附图标记时，除非另有表示，不同实施例中的相同附图标记表示相同或相似的元素。
[0058]
以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，他们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的结构的例子。
[0059]
本发明实施例提供了一种双电机驱动系统，其结构图如图1所示，该系统包括：第一电机1、第二电机2、第一输入轴3、第二输入轴4、第一输出轴5、第二输出轴6、行星排机构7、第一主动齿轮8、第二主动齿轮9和第一离合器13。
[0060]
第一输入轴3与第一电机1连接，第一离合器13和行星排机构7安装在第一输入轴3上，第一离合器13的一部分与第一输入轴3连接，第一离合器13的另一部分与行星排机构7连接。第一主动齿轮8安装在第一输出轴5的输出端，第一输出轴5的输入端与行星排机构7连接。
[0061]
第二输入轴4与第二电机2连接，第二主动齿轮9安装在第二输入轴上。
[0062]
第二输出轴6用于接收第一主动齿轮8和第二主动齿轮9输出的动力。
[0063]
本发明实施例提供的双电机驱动系统，通过设置行星排机构和第一离合器，可以实现多个前进档位的切换，根据不同的行驶状态优化动力的分配，降低能耗的同时提供强劲的动力。并且在换挡过程中通过两个电机的配合调速，使整车平顺性也有很大提升，更加满足用户对驾驶舒适性的要求。
[0064]
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0065]
可选的，如图1所示，本申请中的行星排机构7包括太阳轮701、多个行星轮702、行星架703和齿圈704。
[0066]
每个行星轮702与太阳轮701的外圆齿以及齿圈704的内圆齿分别啮合，且多个行星轮702中的每个行星轮702可转动地设置在行星架703上。
[0067]
第一离合器13的一部分与第一输入轴3连接，第一离合器13的另一部分与行星架703连接。
[0068]
示例性的，第一离合器13的主动盘与第一输入轴3连接，第一离合器13的从动盘与行星架703连接，或，第一离合器13的从动盘与第一输入轴3连接，第一离合器13的主动盘与行星架703连接。
[0069]
齿圈704通过单向离合器14与壳体连接，以防止第一输入轴3发生反转。
[0070]
行星架703与第一输出轴5连接。
[0071]
本领域技术人员可以理解的是，在第一离合器13断开时，当动力反向传递到第一输出轴5时，单向离合器14会自动断开，第一输出轴5带动行星架703转动，由于齿圈704也处于自由转动状态，所以太阳轮701的转动方向依然为电机1动力输出的转动方向；在第一离合器13闭合时，当动力反向传递到第一输出轴5时，单向离合器14会自动闭合并使齿圈704处于锁止状态，此时第一输入轴1、太阳轮701、行星架703和第一输出轴3都会因为齿圈704的锁止状态而不转动，从而防止第一输入轴3发生反转。
[0072]
可选的，如图1所示，该双电机驱动系统还包括第二离合器15。
[0073]
第二离合器15安装在第二输入轴4上。
[0074]
本领域技术人员可以理解的是，通过第二离合器15的闭合或者断开，可以实现对第二电机2接入或者脱离工作的控制。
[0075]
可选的，如图1所示，该双电机驱动系统还包括第一从动齿轮10、第二从动齿轮11、输出齿轮12和差速器18。
[0076]
第一从动齿轮10、第二从动齿轮11和输出齿轮12安装在第二输出轴6上。
[0077]
第一从动齿轮10与第一主动齿轮8啮合，以接收第一主动齿轮8输出的动力。
[0078]
第二从动齿轮11与第二主动齿轮9啮合，以接收第二主动齿轮9输出的动力。
[0079]
输出齿轮12与差速器18连接，差速器18用于将动力传递到车轮19。
[0080]
差速器18用于使车辆的左、右(或前、后)驱动轮实现以不同转速转动。
[0081]
可选的，如图1所示，该双电机驱动系统还包括逆变器16和电池17。
[0082]
逆变器16的一端与电池17电连接，另一端与并联的第一电机1和第二电机2电连接。
[0083]
同时，设置逆变器16不仅用于将电池17输出的直流电转换为三相交流电从而驱动第一电机1和第二电机2的主轴转动，还用于将第一电机1和第二电机2提供的交流电转换为直流电储存在电池17中。
[0084]
本发明实施例提供的双电机驱动系统，将其应用于汽车驱动中，可以实现单电机驱动模式、双电机驱动模式、倒车模式和能量回收模式。
[0085]
在单电机驱动模式中，第一电机1和第二电机2中只有一个电机工作，进而实现单电机提供动力驱动车轮19转动。
[0086]
示例性的，如图2所示，只有第二电机2工作，第一电机1不工作，第一离合器13断
开，第二离合器15闭合，单向离合器14用于防止太阳轮发生反转，即防止第一电机1发生反转，切断第一电机1与车轮19之间的动力传递，由电池17为第二电机2供电，使得第二电机2驱动车轮19转动。
[0087]
具体的，电池17放电，经过逆变器16将直流电转换为三相交流电后驱动第二电机2主轴旋转，第二电机2将电能转换为机械能顺次经过第二输入轴4、第二主动齿轮9、第二从动齿轮11、第二输出轴6、输出齿轮12和差速器18，从而实现第二电机2单独提供动力驱动车轮19转动。
[0088]
示例性的，如图3所示，只有第一电机1工作，第二电机2不工作，第二离合器15断开，使得第二电机2不提供动力，第一离合器13闭合，太阳轮701和行星架703一起正向旋转，此时齿圈704也正向转动，单向离合器14随之断开，由电池17为第一电机1供电，使得第一电机1驱动车轮19转动。
[0089]
具体的，电池17放电，经过逆变器16将直流电转换为三相交流电后驱动第一电机1主轴旋转，第一电机1将电能转换为机械能顺次经过第一输入轴3、行星架703、第一输出轴5、第一主动齿轮8、第一从动齿轮10、第二输出轴6、输出齿轮12和差速器18，从而实现第一电机1单独提供动力驱动车轮19转动。
[0090]
示例性的，如图4所示，只有第一电机1工作，第二电机2不工作，第二离合器15断开，使得第二电机2不提供动力，第一离合器13断开，太阳轮701和行星架703正转，行星轮702反转，此时齿圈704被单向离合器锁止不能反转，由电池17为第一电机1供电，使得第一电机1驱动车轮19转动。
[0091]
具体的，电池17放电，经过逆变器16将直流电转换为三相交流电后驱动第一电机1主轴旋转，第一电机1将电能转换为机械能顺次经过第一输入轴3、太阳轮701、多个行星轮702、行星架703、第一输出轴5、第一主动齿轮8、第一从动齿轮10、第二输出轴6、输出齿轮12和差速器18，从而实现第一电机1单独提供动力驱动车轮19转动。
[0092]
在双电机驱动模式中，第一电机1和第二电机2同时提供动力，在驱动过程中分为两个档位，一个档位是中速挡，另一个档位是高速挡，两种档位可以根据实际工况进行切换，使得两个电机总是工作在高效区。
[0093]
示例性的，如图5所示，在中速挡中，第一离合器13断开，第二离合器15闭合，电池17同时为第一电机1和第二电机2供电，使得第一电机1和第二电机2共同驱动车轮19转动。
[0094]
具体的，电池17放电，经过逆变器16将直流电转换为三相交流电后同时驱动第一电机1和第二电机2的主轴旋转，通过第一电机1带动第一输入轴3转动，进而将动力依次传至太阳轮701、多个行星轮702、行星架703、第一输出轴5、第一主动齿轮8、第一从动齿轮10、第二输出轴6、输出齿轮12和差速器18，通过第二电机2带动第二输入轴4转动，进而将动力依次传至第二主动齿轮9、第二从动齿轮11、第二输出轴6、输出齿轮12和差速器18，从而实现第一电机1和第二电机2共同提供动力驱动车轮19转动。
[0095]
示例性的，如图6所示，在高速挡中，第一离合器13闭合，第二离合器15闭合，电池17同时为第一电机1和第二电机2供电，使得第一电机1和第二电机2共同驱动车轮19转动。
[0096]
具体的，电池17放电，经过逆变器16将直流电转换为三相交流电后同时驱动第一电机1和第二电机2的主轴旋转，通过第一电机1带动第一输入轴3、行星架703和太阳轮701同时转动，进而将动力依次传至第一输出轴5、第一主动齿轮8、第一从动齿轮10、第二输出
轴6、输出齿轮12和差速器18，通过第二电机2带动第二输入轴4转动，进而将动力依次传至第二主动齿轮9、第二从动齿轮11、第二输出轴6、输出齿轮12和差速器18，从而实现第一电机1和第二电机2共同提供动力驱动车轮19转动。
[0097]
在倒车模式中，第一电机1不工作，由第二电机2提供动力且第二电机2的主轴反转，将反转的动力传递到车轮，从而实现倒车。
[0098]
示例性的，如图7所示，第一离合器13断开，第二离合器15闭合，电池17为第二电机2供电，使得第二电机2驱动车轮19反转。
[0099]
具体的，电池17放电，经过逆变器16将直流电转换为三相交流电后驱动第二电机2的主轴反转，第二电机2将电能转换为机械能顺次经过第二输入轴4、第二主动齿轮9、第二从动齿轮11、第二输出轴6、输出齿轮12和差速器18，从而由第二电机2提供动力驱动车轮19反转，实现倒车。
[0100]
在能量回收模式中，是由第一电机1与第二电机2中至少其中一个电机将单电机驱动模式或双电机驱动模式或倒车模式中制动/滑行时产生的机械能转换为电能，然后存入电池17中备用。
[0101]
示例性的，在制动或滑行工况下，回收单电机驱动模式中的能量，以第二电机2为动力源的单电机驱动模式为例，如图8所示，第一电机1不工作，第一离合器13断开，第二离合器15闭合，控制第二电机2开启发电模式，车轮19将动力依次传至差速器18、输出齿轮12、第二输出轴6、第二从动齿轮11、第二主动齿轮9和第二输入轴4，进而将机械能传递给第二电机2，第二电机2将机械能转换为电能，经由逆变器16存入电池17中，从而实现对单电机驱动模式中制动/滑行能量的回收。
[0102]
以上仅描述了车辆处于单电机驱动模式中以第二电机2为动力源时的能量流传递，其余以第一电机1为动力源的两种单电机驱动模式下的能量回收可以相应类比得到。
[0103]
示例性的，在制动或滑行工况下，回收双电机驱动模式中的能量，以双电机驱动模式中的中速挡模式为例，如图9所示，第一离合器13断开，第二离合器15闭合，控制第一电机1和第二电机2均处于发电模式，车轮19将动力经由差速器18、输出齿轮12、第二输出轴6、第一从动齿轮10、第一主动齿轮8、第一输出轴5、行星架703、多个行星轮702、太阳轮701和第一输入轴3传递给第一电机1，同时将动力经由差速器18、输出齿轮12、第二输出轴6、第二从动齿轮11、第二主动齿轮9和第二输入轴4传递给第二电机2，第一电机1和第二电机2分别将机械能转换为电能，经由逆变器16存入电池17中，从而实现对双电机驱动模式中制动/滑行能量的回收。
[0104]
以上仅描述了车辆处于双电机驱动模式中中速挡时的能量流传递，此外双电机驱动模式下高速挡的能量回收可以相应类比得到。
[0105]
示例性的，在制动或滑行工况下，回收倒车模式中的能量如图10所示，第一离合器13断开，第二离合器15闭合，控制第二电机2开启发电模式，车轮19将动力依次传至差速器18、输出齿轮12、第二输出轴6、第二从动齿轮11、第二主动齿轮9和第二输入轴4，进而将机械能传递给第二电机2，第二电机2将机械能转换为电能，经由逆变器16存入电池17中，从而实现对倒车模式中制动/滑行能量的回收。
[0106]
本申请实施例提供的具有第一电机和第二电机两个动力源的双电机驱动系统，通过将其应用于汽车驱动中，可以实现单电机驱动模式、双电机驱动模式、倒车模式和能量回
收模式等多种模式，在汽车起步加速及低速行驶阶段，车辆系统的负荷为中低负荷时，使用单电机纯电动驱动模式；在中速及高速阶段，车辆系统的负荷为高负荷时，使用双电机驱动模式。上述两种模式利用了电机响应快、低速大扭矩和高速小扭矩的特性，提升了动力的高效性。其中在中速及高速阶段使用双电机驱动中，利用两个挡位的不同速比，使得电机总是工作在高效区。同时能量回收模式能够回收车辆在制动/滑行时产生的机械能，提高能量利用率。
[0107]
在本发明中，术语“第一”、“第二”和“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。
[0108]
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。