一种电驱动系统及设计方法与流程

1.本发明涉及汽车电驱动技术领域，尤其涉及一种电驱动系统及设计方法。


背景技术：

2.近年来新能源汽车领域迅速发展，电驱动作为新能源汽车核心部件之一，其特性决定了汽车行驶的主要性能指标。现有的驱动装置通常由电机和减速器组成，其中电机通过减速器与车轮传动连接，以实现车轮的行进。
3.由于两个车轮之间的轮距一定，因此减速器的设计受限于轮距，并且电机还需配备控制器等，另外随着电机功率及转矩需要不断提升，还会存在增加电机数量的需求，进一步加大了减速器的设计难度。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提供了一种结构紧凑，以及保证结构稳定可靠的电驱动系统及设计方法，并且能够安装于轮距一定的两个车轮的前提下，还能相应增加设计空间利用率。
5.依据本发明的一个目的，本发明提供了一种电驱动系统的设计方法，所述电驱动系统包括至少一轴向磁场电机和至少一减速器，所述轴向磁场电机轴向的一侧设置有输出端面，所述设计方法包括以下步骤：
6.(a)根据所述轴向磁场电机的径向尺寸和所述电驱动系统所需的传动比，设计得到所述减速器；
7.(b)将所述轴向磁场电机的输出端面连接于所述减速器背离车轮的一侧，以得到所述电驱动系统。
8.作为优选的实施例，所述减速器包括一减速器壳体和一传动结构，进而所述步骤(a)包括：
9.(a1)依据所述轴向磁场电机的径向尺寸，得到所述减速器壳体的径向上限尺寸；
10.(a2)根据所述减速器壳体的径向上限尺寸和所述传动比，设计得到所述传动结构。
11.作为优选的实施例，所述传动结构包括至少一主动轮和至少一从动轮，所述主动轮和所述从动轮传动连接，并沿所述减速器壳体的径向排列，进而所述步骤(a2)包括：
12.根据所述传动比，设计得到符合所述减速器壳体的径向上限尺寸的所述主动轮和所述从动轮。
13.作为优选的实施例，所述轴向磁场电机和所述减速器的数量分别两个，进而所述步骤(b)包括：
14.将两个所述轴向磁场电机连接于两个所述减速器之间，以使各所述减速器连接的所述车轮朝外设置，并且各所述减速器与其相邻两侧的所述轴向磁场电机和所述车轮传动连接。
15.作为优选的实施例，所述轴向磁场电机具有一界定其径向尺寸的电机周缘，所述减速器为行星轮减速箱，所述减速器具有一界定其径向尺寸的减速器周缘，进而所述步骤(b)包括：
16.当所述轴向磁场电机的输出端面连接于所述减速器背离车轮的一侧后，所述轴向磁场电机的电机周缘与所述减速器的减速器周缘大致齐平。
17.作为优选的实施例，所述电驱动系统还包括至少一控制器，进而所述步骤(b)之后还包括：
18.(c)将所述控制器300连接于所述轴向磁场电机的电机周缘，并且所述控制器和所述轴向磁场电机电连接。
19.依据本发明的另一目的，本发明还提供了一种电驱动系统，包括：
20.两减速器，所述减速器为行星轮减速箱，所述减速器传动连接有一车轮；
21.两轴向磁场电机，所述轴向磁场电机轴向的一侧设置有输出端面，所述轴向磁场电机的输出端面连接所述减速器背离所述车轮的一侧；
22.其中两所述轴向磁场电机连接于两所述减速器之间，以使各所述减速器连接的所述车轮朝外设置，并且各所述减速器与其相邻两侧的所述轴向磁场电机和所述车轮传动连接；
23.所述轴向磁场电机的电机周缘与所述减速器的减速器周缘大致齐平。
24.作为优选的实施例，还包括：
25.至少一控制器，所述控制器连接于所述轴向磁场电机的电机周缘，且所述控制器和所述轴向磁场电机电连接。
26.作为优选的实施例，所述电机包括电机壳体，所述控制器包括控制器壳体，所述减速器包括减速器壳体；
27.所述电机壳体和所述控制器壳体一体连接，和/或，所述电机壳体和所述减速器壳体一体连接。
28.作为优选的实施例，所述输出端面向所述轴向磁场电机内部凹陷形成一容纳腔，所述减速器部分内嵌于所述容纳腔内。
29.作为优选的实施例，所述电机还包括至少一定子和至少一转子，所述定子和所述转子之间形成有气隙面，所述气隙面与所述输出端面相平行。
30.与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：
31.第一，所述轴向磁场电机具有轴向尺寸小，功率密度更高，质量更轻和扭矩输出更大等特点，可见本实施例将所述轴向磁场电机与所述减速器沿轮距方向排列，并一体连接后，能够在一定轮距的两个车轮之间释放更多的空间，来增加所述减速器的设计空间，并能够满足在两个车轮之间布置两个所述轴向磁场电机和两个所述减速器等。
32.第二，所述减速器以所述轴向磁场电机的径向尺寸为上限，以及传动比来设计得到的，而由于所述轴向磁场电机的径向尺寸可远远大于所述轴向磁场电机的轴向尺寸，因此在保证整体占用空间小的前提下，进一步增大所述减速器的设计空间利用率，并能够配备传动比越大的所述减速器，以使汽车起步加速度越快。
33.第三，每个所述轴向磁场电机可单独动力输出，省去了机械差速，配合电子差速，可以实现分布式驱动，帮助整车实现智能操控。由于采用分布式驱动，整车操控性能更好，
拥有更小的转弯半径，更稳定的操控性，有效解决坡起和单侧打滑。
34.第四，两个所述轴向磁场电机和两个所述减速器分别对称设置，保证系统刚度，以及有利于提升整车噪声、振动与声振粗糙度(nvh)性能。
35.第五，所述轴向磁场电机的气隙面与所述减速器的内连接面相平行，以使所述轴向磁场电机有效地被支撑于所述减速器的内连接面上，避免所述减速器壳体无法承受电机自重而发生破裂等现象，进而提高了电机安装稳定和可靠性。并且在增大气隙面来增大电机扭矩的设计过程中，对所述减速器壳体承负载更小，扩大设计空间。
36.以下结合附图及实施例进一步说明本发明。
附图说明
37.图1为本发明所述电驱动系统的结构框图；
38.图2为本发明所述传动结构的结构框图；
39.图3为本发明所述电驱动系统第一实施例的立体图；
40.图4为本发明所述电驱动系统第一实施例的主视图；
41.图5为本发明所述电驱动系统第一实施例的立体图所对应的分解图；
42.图6为本发明所述电驱动系统第一实施例的主视图所对应的分解图；
43.图7为本发明所述电驱动系统第二实施例的立体图；
44.图8为本发明所述电驱动系统第二实施例的立体图所对应的分解图；
45.图9为本发明所述电驱动系统第二实施例的主视图所对应的分解图。
具体实施方式
46.以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
47.第一实施例
48.参考图1，所述电驱动系统的设计方法，所述电驱动系统包括至少一轴向磁场电机200和至少一减速器100，所述轴向磁场电机200轴向的一侧设置有输出端面2001，所述设计方法包括以下步骤：
49.(a)根据所述轴向磁场电机200的径向尺寸和所述电驱动系统所需的传动比，设计得到所述减速器100；
50.(b)将所述轴向磁场电机的输出端面2001连接于所述减速器100背离车轮400的一侧，以得到所述电驱动系统。
51.所述轴向磁场电机200具有轴向尺寸小，功率密度更高，质量更轻和扭矩输出更大等特点，可见本实施例将所述轴向磁场电机200与所述减速器100沿轮距方向排列，并一体连接后，能够在一定轮距的两个车轮400之间释放更多的空间，来增加所述减速器100的设计空间，并能够满足在两个车轮400之间布置两个所述轴向磁场电机200和两个所述减速器100等。另外所述减速器100以所述轴向磁场电机200的径向尺寸为上限，以及传动比来设计得到的，而由于所述轴向磁场电机200的径向尺寸可远远大于所述轴向磁场电机200的轴向
尺寸，因此在保证整体占用空间小的前提下，进一步增大所述减速器100的设计空间利用率，并能够配备传动比越大的所述减速器100，以使汽车起步加速度越快。
52.如图1和图2所示，所述减速箱100为行星轮减速箱，行星轮减速箱在轴向长度上更短，在径向长度上更长，其与轴向磁场电机的形状可更好的配合，以提高其空间利用率。相较于传统径向电机，行星减速箱与轴向磁场电机的结合，可在保持相同体积的前提，行星减速箱具有更大的径向尺寸，可设计出更高的传动比与输出扭矩。
53.所述减速器100包括一减速器壳体110和一传动结构120，进而所述步骤(a)包括：
54.(a1)依据所述轴向磁场电机200的径向尺寸，得到所述减速器壳体110的径向上限尺寸。
55.所述轴向磁场电机200的径向尺寸是由其输出扭矩决定，若所述轴向磁场电机200的输出扭矩越大，则所述轴向磁场电机200的径向尺寸越大。因此可根据所述电驱动系统应用环境，通过确定输出扭矩来选择相应径向尺寸的所述轴向磁场电机200。
56.在步骤(a1)中，以所述轴向磁场电机200的径向尺寸，确定所述减速器壳体10的径向上限尺寸，即所述减速器壳体110的径向尺寸不超过所述轴向磁场电机200的径向尺寸，防止所述减速器100沿径向并突出于所述轴向磁场电机200外侧，而增大整体占用空间。
57.(a2)根据所述减速器壳体110的径向上限尺寸和所述传动比，设计得到所述传动结构120。
58.所述减速器壳体110的径向上限尺寸能够确定所述传动结构120的复杂度，而由于所述轴向磁场电机200的径向尺寸可远远大于所述轴向磁场电机200的轴向尺寸，因此能够在保证整体占用空间小的前提下，设计出传动比大的所述减速器100。
59.进一步说明，所述传动比越大，则所述减速器100的输出扭矩越大，使得汽车起步加速越快，同样所述传动比越大，则所述传动结构120越复杂，并且容纳所述传动结构120的减速器壳体110的体积也越大。而本实施例的所述减速器壳体110具有较大的径向上限尺寸，在保证占用空间小的前提下，增加了所述减速器100的设计空间利用率。
60.更进一步地，参考图1和2，所述传动结构120包括至少一主动轮1211和至少一从动轮1212，所述主动轮1211和所述从动轮1212传动连接，并沿所述减速器壳体110的径向排列，进而所述步骤(a2)包括：
61.根据所述传动比，设计得到符合所述减速器壳体110的径向上限尺寸的所述主动轮1211和所述从动轮1212。
62.所述主动轮1211和所述从动轮1212的数量决定了所述传动结构120的传动比级数，以下以图2示出的一级传动比为例来介绍所述传动结构120的设计过程中。其中所述主动轮1211和所述从动轮1212的数量均为一个，即所述传动结构为一级传动。并且所述从动轮1212为齿圈，并固定设置。而所述轮组121的主动轮1211为太阳轮，所述主动轮1211转动设置在所述齿圈的中心，并连接所述轴向磁场电机200。另外所述主动轮1211和所述从动轮1212之间设置有行星架1214，所述行星架1214和所述车轮400之间传动连接。并且所述行星架1214分别与所述主动轮1211和所述从动轮1212之间传动连接有行星轮1214。
63.继续参考图2，所述主动轮1211和所述从动轮1212沿所述减速器壳体110的径向尺寸排列，即所述减速器壳体110的径向尺寸跟所述主动轮1211和所述从动轮1212的直径相关，并可利用一下公式计算：
64.n＝1+r/r；
65.其中，n为所述传动比，r为所述从动轮1212的分度圆半径，r为所述主动轮的分度圆半径。
66.所述传动比可由所述轴向磁场电机200的输出扭矩和所述减速器100的输出扭矩决定，其中所述减速器100为所述电驱动系统所需的输出扭矩，即所述减速器100的输出扭矩除以所述轴向磁场电机200的输出扭矩得到所述传动比。基于此，将所述传动比代入上述计算公式，并根据所述减速器壳体110的径向上限尺寸，就能得到容纳在所述减速器壳体110内的所述主动轮1211和所述从动轮1212。
67.需要说明的是，所述减速器壳体110实际的径向尺寸不一定与所述减速器壳体110的径向上限尺寸一致，即所述减速器壳体110实际的径向尺寸可小于所述减速器壳体110的径向上限尺寸。所述减速器壳体110的径向上限尺寸指的是其能做到的最大径向尺寸，以防止尺寸过大而增大占用空间。
68.当然，所述传动结构120可为二级或以上，则上述公式调整为将全部相啮合的一对齿轮组的从动轮分度圆半径
÷
主动轮分度圆半径，而后将获得的各结果相乘并加1，以得到传动比。
69.由上述可知，所述减速器100仅在径向尺寸上调整，而轴向尺寸几乎不变，即在保证轴向尺寸小的优势下，能够增加所述减速器100的设计空间，而避免无法安装在两个轮距一定的车轮400之间，进而无法继续在两个车轮400之间布置控制器300等设备，使得设计空间受到约束。
70.可见所述减速器100可与所述轴向磁场电机200一样，也呈盘状结构，进而能够在两个车轮300之间释放空间，增加设计空间利用率。而所述轴向磁场电机200同样具备：在轴向磁场电机200功率设计时，其仅在所述轴向磁场电机200径向上调整，而所述轴向磁场电机200的轴向尺寸几乎不变的特点，有效利用设计空间利用率，不仅能够在两个车轮400之间布置两个所述轴向磁场电机200和两个所述减速器100，甚至还能布置控制器300等。
71.例如参考图1、图6和图8，所述轴向磁场电机200和所述减速器100的数量分别两个，进而所述步骤(b)包括：
72.将两个所述轴向磁场电机200连接于两个所述减速器100之间，以使各所述减速器100连接的所述车轮400朝外设置，并且各所述减速器100与其相邻两侧的所述轴向磁场电机200和所述车轮400传动连接。
73.可见两个所述轴向磁场电机200可独立动力输出，配合电子差速可对两个车轮400进行分布式驱动，以帮助整车实现智能操控，同时拥有更小的转弯半径，以及更稳定的操控性，并有效解决坡起和单侧打滑等问题。
74.进一步，参考图1、图2、图5和图6，所述轴向磁场电机200包括一电机壳体210、至少一定子、至少一转子和一输出轴220，所述定子和所述转子气隙的保持在所述电机壳体210内部，即所述定子和所述转子之间形成气隙面，所述气隙面分别与所述输出端面2001和所述非输出端面2002相平行，所述输出轴220穿设所述定子，并与所述转子固定连接，所述输出轴220还穿出至所述电机壳体210外，插入至所述减速器壳体110内，其与所述传动结构120的主动轮1211传动连接，以进行力传递。
75.进一步地，所述电机壳体210的轴向两侧分别形成一输出端面2001和一非输出端
面2002，所述输出端面2001和所述非输出端面2002之间界定了所述轴向磁场电机200的轴向尺寸。当组装连接时，所述轴向磁场电机200的输出端面2001与所述减速器100背离所述车轮400的一侧一体连接，而两个所述轴向磁场电机200的非输出端面2002一体连接，保证整体的轴向尺寸能够布置在一定轮距的两个所述车轮400之间。
76.所述轴向磁场电机200根据定子和转子数量的不同，可分为单定子双转子轴向磁场电机、单定子单转子轴向磁场电机等。以单定子双转子轴向磁场电机为例，其中两所述转子气隙地保持在所述定子两侧，并且与两侧的所述减速器100和另一所述轴向磁场电机200贴合设置，贴合设置指的是两者几乎贴合，以缩短两者之间的距离，进而使结构更加紧凑。
77.如图1和图6所示，所述轴向磁场电机200具有一界定其径向尺寸的电机周缘2003，所述电机周缘2003延伸连接于所述输出端面2001和非输出端面2002之间，所述减速器100具有一界定其径向尺寸的减速器周缘1003，进而所述步骤(b)包括：
78.当所述轴向磁场电机200的输出端面2001连接于所述减速器100背离车轮的一侧后，所述轴向磁场电机200的电机周缘2003与所述减速器100的减速器周缘1003大致齐平。
79.需要说明的是，当设计得到的所述减速器壳体110的实际径向尺寸与所述轴向磁场电机200的径向尺寸一致时，则两者的所述电机周缘2003和所述减速器周缘1003完全齐平。而本实施例不限于所述减速器壳体110的实际径向尺寸小于所述轴向磁场电机200的径向尺寸，因此可存在完全不齐平，或者部分边缘齐平的情况。
80.进一步说明，所述减速器壳体110轴向的两侧分别形成一内连接面1002和一外连接面1001，所述内连接面1002和所述外连接面1001之间界定了所述减速器100的轴向尺寸，而所述减速器周缘1003延伸连接于所述内连接面1002和所述外连接面1001之间，其中所述内连接面1002与所述轴向磁场电机200的输出端面2001一体连接，而所述外连接面1001朝向车轮400设置。
81.所述减速器100的减速器周缘1003从内连接面1002至外连接面1001方向逐渐减小，以使所述减速器100呈圆台状，其内连接面1002可与所述轴向磁场电机200的电机周缘2003齐平设置，必然所述外连接面1001位于所述电机周缘2003围成的区域内。
82.作为优选地，所述轴向磁场电机200的气隙面与所述内连接面1002相平行，以使所述轴向磁场电机200有效地被支撑于所述减速器100的内连接面1002上，防止所述减速器壳体110发生断裂现象。
83.在一示例中，如图3至图6所示，所述电驱动系统还包括一控制器300，进而所述步骤(b)之后还包括：
84.(c)将所述控制器300连接于两所述轴向磁场电机200的电机周缘2003，并且所述控制器300分别与两所述轴向磁场电机200电连接。
85.在另一示例中，如图7至图9所示，所述电驱动系统还包括两控制器300，进而所述步骤(b)之后还包括：
86.(c)将每一所述控制器300分别连接于一所述轴向磁场电机200的电机周缘2003，并且所述控制器300与其连接的所述轴向磁场电机200电连接。该两个所述控制器300可一体连接，当然也可错开布置。
87.所述控制器300的控制器壳体310和所述轴向磁场电机200的电机壳体210共用壳体，并且两者可集成设置，这样省略了所述轴向磁场电机200和所述控制器300之间的高压
线束和低压线束等，使得结构更加紧凑和简单，同时降低制造成本。
88.当然，所述轴向磁场电机200的电机周缘2003设置有接口，当所述控制器300一体连接于所述电机周缘2003上时，通过其上的接口与所述轴向磁场电机200电连接，同样能够避免线束外露而增大占用空间，以及避免线束的连接工序。
89.参考图6，所述控制器300呈扁平结构，无论是单个所述控制器300还是两个所述控制器300，其整体长度小于两所述轴向磁场电机200的轴向尺寸之和。
90.如图1所述，两侧所述轴向磁场电机200，以及两侧的所述减速器100分别对应设置，保证系统刚度，以及有利于提升整车噪声、振动与声振粗糙度(nvh)性能。
91.综上所述，所述轴向磁场电机200具有轴向尺寸小，功率密度更高，质量更轻和扭矩输出更大等特点，可见本实施例将所述轴向磁场电机200与所述减速器100沿轮距方向排列，并一体连接后，能够在一定轮距的两个车轮400之间释放更多的空间，来增加所述减速器100的设计空间，并能够满足在两个车轮400之间布置两个所述轴向磁场电机200和两个所述减速器100等。另外所述减速器100以所述轴向磁场电机200的径向尺寸为上限，以及传动比来设计得到的，而由于所述轴向磁场电机200的径向尺寸可远远大于所述轴向磁场电机200的轴向尺寸，因此在保证整体占用空间小的前提下，进一步增大所述减速器100的设计空间利用率，并能够配备传动比越大的所述减速器100，以使汽车起步加速度越快。
92.第二实施例
93.如图1至图9所示，所述电驱动系统，包括：
94.两减速器100，所述减速器100为行星轮减速箱，所述减速器100传动连接有一车轮400；
95.两轴向磁场电机200，所述轴向磁场电机200轴向的一侧设置有输出端面2001，所述轴向磁场电机200的输出端面2001连接所述减速器100背离所述车轮400的一侧；
96.其中两所述轴向磁场电机200连接于两所述减速器100之间，以使各所述减速器100连接的所述车轮400朝外设置，并且各所述减速器100与其相邻两侧的所述轴向磁场电机200和所述车轮400传动连接；
97.所述轴向磁场电机200的电机周缘2003与所述减速器100的减速器周缘1003大致齐平。
98.所述电驱动系统可由上述设计方法设计得到，因此利用所述轴向磁场电机200轴向尺寸小明显小于径向尺寸的优势，并且将所述减速器100一体连接于所述轴向磁场电机200轴向一侧的输出端面2001上，能够在一定轮距的两个车轮400之间释放更多的空间，进一步增大所述减速器100的设计空间利用率。
99.如图3至图9所示，所述电驱动系统还包括：
100.至少一控制器300，所述控制器300连接于所述轴向磁场电机200的电机周缘2003，且所述控制器300和所述轴向磁场电机200电连接。
101.所述控制器300的数量可为一个或两个，当所述控制器300的数量为一个时，所述控制器300分别与两个所述轴向磁场电机200电连接。当所述控制器300的数量为两个时，每个所述控制器300分别与一个所述轴向磁场电机200电连接。另外所述控制器300可与所述轴向磁场电机集成设置，或者两者通过紧固件一体连接。
102.如图3至图9所示，所述电机200包括电机壳体210，所述控制器300包括控制器壳体
310，所述减速器100包括减速器壳体110；
103.所述电机壳体210和所述控制器壳体310一体连接，和/或，所述电机壳体210和所述减速器壳体110一体连接。
104.以所述电机壳体210和所述减速器壳体110一体连接为例，两者之间可通过多个螺栓500拉紧固定，其中所述螺栓500设置在所述电机壳体210和所述减速器壳体110的周缘，并且能够隐藏至内部，以使结构紧凑，并且防止占用空间变大。
105.另外所述电机壳体210可为分体结构，以适用安装双转子单定子轴向磁场电机。参考图6，所述电机壳体210包括一中壳体211和两侧壳体212，所述定子安装至所述中壳体211内，每一所述侧壳体212内安装一所述转子，当所述中壳体211两侧分别通过螺栓固定两个所述侧壳体212时，两个所述转子就气隙地保持在所述定子轴向两侧。
106.继续参考图3至图9，所述电机壳体210、所述减速器壳体110和所述控制器壳体310的周缘可设置有加强筋，以保证结构强度。
107.如图5和图8所示，所述输出端面2001向所述轴向磁场电机200内部凹陷形成一容纳腔20011，所述减速器100部分内嵌于所述容纳腔20011内，以缩短整体轴向尺寸。
108.另外所述非输出端面2002也向所述轴向磁场电机200内部凹陷形成一第二容纳腔20021，可容纳冷却结构和旋变结构等，所述冷区结构可以是冷却管，用于通过冷却介质(包括冷却液或冷却气体)，以对所述轴向磁场电机200进行降温。当然所述输出端面2001的容纳腔20011内也可布置冷却结构，即在保证整体轴向尺寸能够容置于两个车轮400之间的同时，还能相应增加冷却功能。
109.参考图1和图6，所述减速器100是固定的，而所述轴向磁场电机200安装至所述减速器100背离所述车轮400的一侧，即所述轴向磁场电机200支撑于所述减速器壳体110上。作为优选地，所述轴向磁场电机200还包括至少一定子和至少一转子，所述定子和所述转子之间形成有气隙面，所述气隙面与所述内连接面1002相平行，以使所述轴向磁场电机200有效地被支撑于所述减速器100的内连接面1002上。因此能够拉近所述轴向磁场电机200的重心至所述减速器100的距离，并且力臂更小，使得产生的弯矩更小，提高了电机安装稳定和可靠性，避免所述减速器壳体110无法承受电机自重而发生破裂等现象。并且在增大气隙面来增大电机扭矩的设计过程中，力臂始终保持较小的范围，对所述减速器壳体110负载更小，扩大设计空间。
110.以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利采用范围，即凡依本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。