一种减速驱动系统及一种电动汽车的制作方法

本发明涉及电动汽车技术领域，尤其涉及到一种减速驱动系统及一种电动汽车。

背景技术：

电动汽车由电机驱动，电机输出的动力经过减速器减速增扭，然后通过与减速器传动连接的半轴传递至车轮，驱动汽车行驶。现有技术中，减速器多采用二级平行轴齿轮传动，一方面占用空间较大，另一方面，当减速器的一级减速机构与电机的转子轴连接时，一级减速机构的主动轮与从动轮啮合所产生的径向力会造成电机轴的径向偏移，从而影响电机的nvh(noise、vibration、harshness，振动与声振粗糙度，简称nvh)性能。

技术实现要素：

本申请提供了一种减速驱动系统及一种电动汽车，用以减小减速驱动系统的体积，并优化电机的nvh性能。

第一方面，本申请提供了一种减速驱动系统，该减速驱动系统包括壳体和两个子系统，该两个子系统位于壳体内且呈对称设置，分别用于为电动汽车的左右两个驱动车轮提供驱动力；每个子系统包括电机和减速器，其中，减速器包括行星排、第一齿轮与第二齿轮，具体设置时，由行星排作为减速器的一级减速机构，以及由相互啮合的第一齿轮与第二齿轮组成的平行轴齿轮组作为减速器的二级减速机构，行星排的动力输入元件和动力输出元件分别与电机的转子轴和第一齿轮固定连接，转子轴输出的动力经过行星排的一级减速增扭后传递给第一齿轮，然后由第一齿轮传递给第二齿轮实现二级减速增扭；在将二级减速增扭后的动力输出时，减速器还包括与第二齿轮固定连接的输出轴，该输出轴与电机的转子轴平行设置且与壳体转动连接。

本申请实施例中的减速驱动系统为将电机和减速器整合的集成式动力系统，其中，减速器一级减速机构采用行星排传动，利用行星排结构紧凑、占用空间少的特点可以减小减速器的体积，从而减速驱动系统的整体体积也得以减小，同时，相比于传统的一级减速机构所采用的平行轴齿轮传动方案，行星排的动力输入元件与动力输出元件之间由于相对运动所产生的径向力要远远小于平行轴齿轮传动所产生的径向力，因此可以减小与行星排传动连接的电机的转子轴的径向偏移，优化电机的nvh性能，此外，减速器二级减速机构采用平行轴齿轮传动，还可以规避由于电机的转子轴与驱动车轮的半轴同轴设置的加工难度。

在一个具体的实施方案中，行星排包括太阳轮、行星架、齿圈和至少一个行星轮，太阳轮、行星架和齿圈三者同心设置并且齿圈与行星架之间转动连接，至少一个行星轮枢装在行星架上，且行星轮分别与太阳轮和齿圈啮合，其中，太阳轮作为行星排的动力输入元件与电机的转子轴连接，齿圈或者行星架中的其中一个作为行星排的动力输出元件与第一齿轮连接，另一个则与壳体固定连接锁死。

在具体设置壳体时，对应两个子系统，壳体包括一一对应容纳该两个子系统的两个子壳体，两个子壳体呈对称设置并且固定连接，也就是说，针对每个子系统，其电机的壳体和减速器的壳体集成为了一个整体的结构，从而整体上提高了减速驱动系统的集成度；同时由于壳体简化为了具有两个子壳体的两段式结构，因此该方案还可以简化减速驱动系统的装配工序，以及壳体结构的简化还可以减少装配连接的法兰端面，从而减小壳体的厚度，进而使得减速驱动系统的体积和重量也得以进一步减小。

针对每个子壳体，其内部设置有内端盖，该内端盖将子壳体的内部分割成了两部分，分别为用于容纳电机的第一部分和用于容纳减速器的第二部分，在将电机与减速器传动连接时，内端盖还开设有允许电机的转子轴穿射的通孔，使转子轴能够通过该通孔由第一部分伸入至第二部分与行星排连接；同时，在将行星排的行星架或者齿圈与壳体固定连接时，为提高安装时的便利性以及连接牢靠性，行星架或者齿圈具体可固定于内端盖朝向第二部分的一侧。

在一个具体的实施方案中，所述内端盖设置有连通第一部分和第二部分的油孔，用于流通润滑油，以使得润滑油能够在第一部分和第二部分之间循环流动，即可以使电机和减速器之间共用一套润滑油，从而使减速驱动系统实现一体化油冷技术；此外该方案还可以省去转子轴等结构处的油封，简化了减速驱动系统的结构。

在一个具体的实施方案中，所述第二齿轮与所述输出轴为一体结构，即第二齿轮与输出轴集成为了一个整体的齿轮轴结构，这样可以简化后期的装配过程及降低装配难度。

在具体设置输出轴时，输出轴与驱动车轮的半轴集成，输出轴即为半轴，因此可以取消传统的输出轴与半轴之间的花键等连接机构，简化了减速驱动系统的结构，提高了系统的集成度和紧凑性，同时由于在加工制造过程中减少了花键的加工工序，因此还可以简化减速驱动系统的制造工艺。

在一个具体的实施方案中，太阳轮与电机的转子轴为一体结构，转子轴既为电机的动力输出轴，又可以充当减速器的输入轴，因此同样可以取消传统的转子轴与减速器输入轴之间的连接机构，简化减速驱动系统的结构，此外，采用该设计，转子轴的支撑方式也由传统的简支梁形式变为外伸梁形式，在传递同样大小的扭矩的情况下，转子轴的形变位移相对减小，有利于进一步优化电机的nvh性能。

在将行星轮枢装于行星架时，行星排还包括固定于行星架上的行星销，行星销与行星轮一一对应设置，每个行星轮枢装于对应的行星销。

在一个具体的实施方案中，行星架还包括分别套设于行星销的两端的垫片，通过垫片可以将行星轮与行星架之间隔离，防止行星轮高速运转时对行星架造成磨损。

在一个具体的实施方案中，齿圈包括两个轴段，分别为第一轴段和第二轴段，其中，第一轴段位于靠近电机的一侧且第一轴段的内圈具有与行星轮啮合的内轮齿；在将行星架与齿圈转动连接时，行星架具有延伸至第二轴段内的延伸轴段，该延伸轴段枢装于第二轴段内。

为了进一步简化减速驱动系统的结构，当行星排的动力输出元件为齿圈时，第二轴段的外圈设置有外轮齿，使第二轴段形成为第一齿轮，也就是说，作为行星排的动力输出元件的齿圈与第一齿轮同样集成为了一体结构，从而进一步提高了系统的集成度和紧凑性。

在一个具体的实施方案中，减速驱动系统还包括第一中间轴承，每个子系统的输出轴分别具有位于对应的第二齿轮的两侧的第一端和第二端，两个输出轴的第二端相对设置，并且其中一个输出轴的第二端与第一中间轴承的内圈固定连接，另一个输出轴的第二端与第一中间轴承的外圈固定连接，通过第一中间轴承可以使两个输出轴之间能够相互支撑，提高了减速驱动系统的结构稳定性。

在一个具体的实施方案中，减速驱动系统还包括第二中间轴承，每个齿圈也分别具有第一端和第二端，两个齿圈的第二端相对设置，并且其中一个齿圈的第二端与第二中间轴承的内圈固定连接，另一个齿圈的第二端与第二中间轴承的外圈固定连接。同样地，通过第二中间轴承可以使两个齿圈之间也能够相互支撑，提高了减速驱动系统的结构稳定性。

第二方面，本申请还提供了一种电动汽车，该电动汽车包括上述任一项的减速驱动系统。该电动汽车的减速驱动系统的体积较小，电机的nvh性能较佳。

附图说明

图1为本申请提供的减速驱动系统的剖面结构示意图；

图2为本申请提供的子系统的爆炸结构示意图；

图3为本申请提供的电机转子总成的爆炸结构示意图；

图4为本申请提供的电机的剖面结构示意图；

图5为本申请提供的行星排的爆炸结构示意图；

图6为本申请提供的行星排的剖面结构示意图；

图7为本申请提供的第二齿轮的结构示意图；

图8为本申请提供的壳体的结构示意图；

图9为本申请提供的子壳体的结构示意图；

图10为平行轴齿轮传动与行星排传动的受力分析示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。

针对现有技术中电动汽车的减速器因采用二级平行轴齿轮传动所导致的体积过大，以及减速器与电机的转子轴传动连接时，其一级减速机构所产生的径向力影响电机的nvh性能的问题，本申请实施例提供了一种将电机和减速器整合的减速驱动系统，用以减小减速驱动系统的整体体积，同时优化电机的nvh性能，该减速驱动系统具体应用于采用独立车轮驱动方案的电动汽车，可以为电动汽车的一对前驱动车轮或者一对后驱动车轮同时提供驱动力。

首先参考图1和图2所示，本申请提供的减速驱动系统包括壳体100和容纳于壳体100内的两个子系统10，该两个子系统10对应为电动汽车的一对驱动车轮提供驱动力，即左右两个驱动车轮由单独的子系统10驱动，这样不仅可以提高电动汽车的驱动性能，还可以通过调整两个子系统10的输出功率来分别调节左右两个驱动车轮的转速，使电动汽车的左右两个驱动车轮能够在转弯时或者路况较差的情况下实现差速行驶，提高电动汽车的驱动效率和通过性。其中，每个子系统10包括电机20以及与电机20传动连接的减速器30，电机20输出的驱动力传递至减速器30后，经过减速器30的减速增扭作用再输出至驱动车轮，驱动电动汽车行驶。

其中，电机20作为减速驱动系统的动力元件，参考图2、图3和图4所示，其结构包括定子21、转子22、转子轴23和旋转变压器24，定子21可通过压装等方式固定于壳体100内，转子22转动连接于定子21内，转子轴23则通过压装等方式与转子22固定连接，且转子轴23的两端伸出转子22并通过电机轴承25与壳体100转动连接，需要说明的是，电机20还包括套设于转子轴23且分别靠近两端的电机轴承25设置的两个套筒26，利用套筒26可以将电机轴承25轴向约束于转子轴23上，从而提高电机20的结构可靠性。

在本申请实施例中，减速器30具体为二级减速器，请参考图1、图5和图6所示，减速器30包括行星排31、第一齿轮32、第二齿轮33以及输出轴34，其中，行星排31形成减速器30的一级减速机构，由相互啮合的第一齿轮32与第二齿轮33组成的平行轴齿轮组形成减速器30的二级减速机构，输出轴34与电机20的转子轴23平行设置且通过输出轴承341与壳体100转动连接，电机20的转子轴23输出的动力经过行星排31的一级减速增扭后传递给第一齿轮32，然后由第一齿轮32传递给第二齿轮33实现二级减速增扭，最后由与第二齿轮33固定连接的输出轴34输出。

请继续参考图5和图6所示，行星排31的具体结构包括太阳轮35、行星架36、齿圈37和至少一个行星轮38，其中，至少一个行星轮38枢装在行星架36上，且行星轮38分别与太阳轮35和齿圈37啮合；太阳轮35、行星架36和齿圈37同心设置，并且齿圈37和行星架36之间转动连接，太阳轮35作为行星排31的动力输入元件与电机20的转子轴23同轴设置且固定连接，齿圈37或者行星架36则可作为行星排31的动力输出元件与第一齿轮32同轴设置且固定连接。具体设置时，如图1和图6所示的实施例中，行星架36与壳体100固定连接，齿圈37枢装于行星架36上并与第一齿轮32连接，这时，行星排31的动力输出元件为齿圈37；而当齿圈与壳体固定连接，则行星架枢装于齿圈上并与第一齿轮连接，这时，行星排的动力输出元件为行星架。

在将行星轮38枢装于行星架36时，参考图5和图6所示，行星排31还包括固定于行星架36上、与行星轮38一一对应设置的行星销361，每个行星轮38通过第一轴承362枢装于对应的行星销361上。其中，第一轴承362具体可以为滚针轴承，值得一提的是，在设置行星销361时，可以使其均匀分布在行星架36上，这样，当枢装于行星销361上的行星轮38与太阳轮35和齿圈37啮合时，各个行星轮38所承担的载荷也较为一致，从而减小了由于某一行星轮38承担过重载荷而过早损坏的风险，有助于延长行星排31的使用寿命。继续参考图5所示，行星销361上还套设有两个垫片363，该两个垫片363分别位于行星销361的两端，通过垫片363可以将行星轮38与行星架36之间隔离，防止行星轮38高速运转时对行星架36造成磨损。

参考图1和图6所示，在本申请实施例中，太阳轮35可与电机20的转子轴23可以为一体成形结构，也就是说，转子轴23既为电机的动力输出轴，又同时为减速器的输入轴，这样可以使得电机转子22承载更加均匀，有利于减小电机的震动噪声；同时，该方案还可以取消传统的转子轴23与减速器30输入轴之间的花键等连接机构，简化了减速驱动系统的结构，提高了系统的集成度和紧凑性，并且在制造过程中减少了加工花键等结构的工序，因此还可以简化减速驱动系统的制造工艺。此外，在该方案中，转子轴23的支撑方式实际上为外伸梁形式，而在传统的转子轴23与减速器30输入轴相互独立的设计中，转子轴23的支撑方式则为简支梁形式，可以理解的，在传递同样大小的扭矩的情况下，外伸梁的形变位移实际上要小于简支梁的形变位移，因此该方案还有利于减小转子轴23的形变位移，从而达到优化电机20的nvh性能的目的。

请参考图6所示，在设置齿圈37时，齿圈37具体包括两个轴段，分别为第一轴段371和第二轴段372，其中，第一轴段371位于靠近电机的一侧，相应的，第二轴段372位于远离电机的一侧，并且在第一轴段371的内圈具有与行星轮38啮合的内轮齿373，在将行星架36与齿圈37转动连接时，行星架36具有延伸至第二轴段372内的延伸轴段364，该延伸轴段364通过齿圈轴承39枢装于第二轴段372内。具体设置时，第二轴段372的内圈具有第一限位台阶374，延伸轴段364的外圈具有第二限位台阶365，齿圈轴承39套设于延伸轴段364且具有相对的第一端面391和第二端面392，其中，第一端面391与第一限位台阶374的台阶面抵接，第二端面392与第二限位台阶365的台阶面抵接，这样可以将齿圈轴承39牢靠地固定于第一限位台阶374和第二限位台阶365之间，以保证行星排的结构可靠性。继续参考图6所示，行星排还包括卡持于延伸轴段364的卡环366，该卡环366设置于第二限位台阶365靠近延伸轴段364的端部的一侧，以使齿圈轴承39的第一端面391还能够与卡环366相抵接，从而进一步提高行星排的结构可靠性。其中，齿圈轴承39具体可以为双列滚子轴承、滚子轴承或者角接触轴承等类型，当采用滚子轴承或者角接触轴承时，齿圈37与行星架36之间可通过两个齿圈轴承39转动连接，以提高减速器的结构可靠性。可以理解的，两个子系统的齿圈轴承39的类型可以相同也可以不同，例如可以在其中一个子系统中采用两个滚子轴承或者角接触轴承，在另一个子系统中采用双列滚子轴承，此处不再赘述。

在上述实施例中，当行星排的动力输出元件为齿圈37时，齿圈37与第一齿轮32之间可通过焊接或者过盈压装实现固定连接，当然也可如图1和图6所示实施例中，在第二轴段372的外圈设置与第二齿轮33啮合的外轮齿375，使第二轴段372形成为第一齿轮32，也就是说，利用齿圈37自身的结构特点将齿圈37与第一齿轮32设计为一体结构，这样同样可以简化减速驱动系统的结构，提高系统的集成度和紧凑性。

同样地，在将第二齿轮33与输出轴34固定连接时，第二齿轮33与输出轴34之间既可以通过焊接或者过盈压装连接，也可以将第二齿轮33与输出轴34通过一体轴加工形成一个整体结构，从而进一步提高减速驱动系统的集成度和紧凑性，同时简化后期的装配过程及降低装配难度。在具体设置输出轴34时，输出轴34与驱动车轮的半轴之间可以采用花键进行连接，当然还可以将输出轴34与驱动车轮的半轴进行集成，输出轴34即可作为半轴直接通过三销球轴承与驱动车轮连接，因此可以取消花键等连接机构，从而进一步简化减速驱动系统的结构，并且在制造过程中减少了加工花键等结构的工序，因此还可以简化减速驱动系统的制造工艺。

为了提高减速驱动系统的结构稳定性及可靠性，参考图1和图7所示，减速驱动系统还包括用以使两个子系统10的输出轴34之间相互支撑的第一中间轴承40。具体设置时，每个子系统10的输出轴34分别具有位于对应的第二齿轮33的两侧的第一端342和第二端343，两个输出轴34的第一端342背对设置，相应地，两个输出轴34的第二端343相对设置，并且其中一个输出轴34的第二端343开设有凹槽344，第一中间轴承40设置于该凹槽344内，且第一中间轴承40的外圈与凹槽344的内壁固定连接，另一个输出轴34的第二端343伸入至凹槽344内并与第一中间轴承40的内圈固定连接。需要说明的是，仅仅当电动汽车在转弯行驶或者在路况较差的路面行驶，左驱动车轮与右驱动车轮转速不一致时，第一中间轴承40的内圈与外圈才会存在低速的相对运动，而由于电动汽车大部分情况下都是在路况良好的路面上直线行驶，这时第一中间轴承40的内圈与其外圈之间是不存在相对运动的，因此该方案对减速驱动系统的传动效率的影响非常小。其中，第一中间轴承40的类型具体可以为止推轴承等，此处不再进行赘述。

可以理解的，减速驱动系统还可以包括第二中间轴承，以使两个子系统的齿圈之间也能够相互支撑。同样地，每个齿圈分别具有第一端和第二端，并且两个齿圈的第二端相对设置，其中一个齿圈的第二端与第二中间轴承的内圈固定连接，另一个齿圈的第二端与第二中间轴承的外圈固定连接，从而可以进一步提高减速驱动系统的结构稳定性及可靠性。其中，第二中间轴承的类型具体可以为圆柱滚子轴承或者止推轴承等，此处也不再进行赘述。

在具体设置壳体时，参考图1、图8和图9所示，壳体100包括对应容纳前述两个子系统10的两个子壳体60，相应地，两个子壳体60也呈对称设置，组装时可通过螺栓将两个子壳体60的法兰端面固定连接。该实施例将每个子系统10的电机壳体和减速器壳体集成为了一个整体的结构，因此整个减速驱动系统的壳体100实际上简化为了具有两个子壳体60的两段式结构，相比于现有技术中由两个电机壳体、两个减速器壳体以及一个中间壳体组成的五段式壳体结构，该方案不仅简化了减速驱动系统的结构和装配工序，提高了系统的集成度，同时由于结构简化还可以减少装配连接的法兰端面，从而减小了壳体100的厚度，并减少了装配过程中所使用的螺栓数量，使得减速驱动系统的体积和重量大大减小。请继续参考图1和图9所示，每个子壳体60的内部设置有内端盖61，该内端盖61将壳体60的内部分割成了第一部分62和第二部分63，其中第一部分62用于容纳电机20，第二部分63则用于容纳减速器，在将电机与减速器传动连接时，内端盖61还开设有通孔64，以使转子轴23能够通过该通孔64由第一部分62穿射至第二部分63与行星排31连接；同时，在将行星排31的齿圈或者行星架与壳体100固定连接时，为提高安装时的便利性以及连接牢靠性，齿圈或者行星架具体可固定于内端盖61朝向子壳体60的第二部分63的一侧。请继续参考图1和图9所示，上述内端盖61还设置有用于连通第一部分62和第二部分63的油孔65，以使润滑油能够在子壳体60的第一部分62和第二部分63之间循环流动，使每个子系统10的电机和减速器共用一套润滑油，而由于两个子壳体60之间也是连通的，因此润滑油还可以在两个子壳体60之间循环流动，从而使减速驱动系统实现一体化油冷技术，同时该方案还可以省去转子轴23等结构处的油封，进一步简化了减速驱动系统的结构。具体设置时，油孔65应开设于内端盖61的底部位置，需要说明的是，内端盖61的底部是指当壳体100安装于电动汽车时内端盖60高度最低的位置，这样可以保证润滑油能够顺利地在第一部分62与第二部分63之间流动。可以理解的，每个子壳体60还应包括固定连接于第一部分62远离第二部分63的一侧的外端盖66，以将壳体100密封。

在装配减速驱动系统时，首先要将每个子系统进行组装，结合图1、图3和图4所示，在组装子系统的电机时，将其中一个电机轴承25通过工装压入转子轴23靠近太阳轮的一侧，接着在靠近该电机轴承25的位置压入该侧的套筒26，然后将电机的转子22套装于转子轴23上，并将转子轴23另一侧的套筒26和电机轴承25依次压入转子轴23上完成转子总成的装配，接着将电机的定子21固定于子壳体60的第一部分，并通过电机工装将转子总成装入第一部分，使转子轴23的一端由内端盖61的通孔伸入子壳体60的第二部分；然后将行星排31装入第二部分，使其与转子轴23建立连接，最后将固定连接的第二齿轮33与输出轴34也装入子壳体60的第二部分，并使第二齿轮33与固定于行星排31的第一齿轮32啮合，同时使输出轴34通过子壳体60的第二部分的穿过孔与子壳体60转动连接。

在本申请实施例中，减速器采用行星排传动与平行轴齿轮传动组合的传动方案，对于行星排来31说，一方面，由于其可以由均布于太阳轮35周围的多个行星轮38共同承担载荷，因此每个行星轮38所承担的载荷相对较小，相应地，行星轮38也可以设计为较小的模数，这样，在均载情况下，当增加行星轮38的数量时，可以将行星轮38的外形尺寸设计得更小，从而减小减速器的整体尺寸；以及，行星排31利用齿圈37进行内啮合，充分利用了内啮合承载能力高和空间容积大的优点，从而可以进一步缩小减速器的径向尺寸和轴向尺寸；此外，由于行星排31为共轴线式的传动装置，因此还可以使得减速器的长度方向的尺寸大大缩小。另一方面，参考图10所示，其中图10a为平行轴齿轮传动方案中主动轮s1的受力示意图，图10b为行星排传动方案中太阳轮s2的受力示意图，可以看出，对于平行轴齿轮传动，主动轮s1受到的径向力fr无法平衡，这样就会导致与其连接的转子轴产生径向偏移，从而影响电机的nvh性能；而对于行星排传动，太阳轮s2受到若干行星轮p的径向反作用力，此处以三个行星轮p为例进行说明，由于三个行星轮p均匀分布于太阳轮s2的周围，因此在均载情况下，三个径向力fr1、fr2和fr3之间可以完全平衡，当然，考虑到在实际应用中会由于制造、装配等存在一定的误差，fr1、fr2和fr3不可能完全相等，但在传递相同的扭矩的情况下，fr1、fr2和fr3均约为fr的三分之一，因此即使fr1、fr2和fr3的合力不为零，也远远小于fr，因此行星排传动可以大大减小转子轴的径向偏移量，优化电机的nvh性能。

需要说明的是，电动汽车在行驶时，可能会出现左右侧驱动车轮所在路面附着系数差异较大的情况，为了避免附着系数较低一侧的驱动车轮出现打滑现象，本申请实施例中的减速驱动系统还可包括设置于两个子系统的第二齿轮之间的差速锁，这样，当附着系数较低一侧的驱动车轮空转时，利用差速锁可以将两个子系统的第二齿轮刚性连接，从而使扭矩向附着系数较高一侧的驱动车轮转移，进而使该侧驱动车轮利用路面附着力而产生足够的驱动力来驱动电动汽车继续行驶。

第二方面，本申请还提供了一种电动汽车，包括上述任一项的减速驱动系统，该电动汽车的驱动方式可以为前轮驱动、后轮驱动或者四轮驱动，在将减速驱动系统安装至电动汽车的悬架上时，减速驱动系统的安装角度及位置可根据整车的布置需求具体设置。该电动汽车的减速驱动系统的体积较小，电机的nvh性能较佳。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。