集成式集中驱动系统 (集成驱动系统)

背景介绍:

近年来 新能源汽车 发展迅速,其中 电驱动系统 的小型化、高速化、轻量化、集成化已成为主要研究方向。通过电机和减速器二合一,电机和控制器二合一,电机、控制器和减速器三合一,可以实现小型、高速和轻量化。

集成式驱动系统 是将电机、驱动器和控制器等组件集成在一起形成一个完整的电驱动系统,这种集成设计可以减少系统的体积和重量,提高系统的可靠性和性能。通过集成设计可以简化系统设计和布线,减少连接线路和组件之间的接口,提高系统的可靠性和稳定性。集成电驱系统还可以提供更高的控制精度和灵活性,使得电机的控制更加精确和高效。相关技术中的 集成式驱动系统普遍存在散热效果较差的问题。

为此,奇瑞发明专利提供了一种集成式驱动系统,包括电机总成、减速机总成、电机控制器和油液循环模组,减速机总成位于电机总成的轴向一端,电机总成的第一输出轴与减速机总成的第一输入轴同轴连接,减速机总成的第二输出轴与第一输入轴和第一输出轴平行间隔布置,电机控制器位于电机总成一侧。油液循环模组包括油泵、第一油路和第二油路,油泵与电机总成和减速机总成中的至少之一连接,第一油路位于电机总成内,第二油路位于减速机总成内,第一油路和第二油路分别与油泵连通,油泵向第一油路和第二油路泵送油液,实现电机总成和减速机总成的润滑和或降温,油液循环流动将电机总成和减速机总成内的热量带出,有利于解决集成式驱动系统的散热效果较差的问题。

集成式驱动系统的组成:

集成式驱动系统包括 电机总成、减速机总成、电机控制器和油液循环模组, 减速机总成位于电机总成的轴向一端,电机总成的第一输出轴与减速机总成的第一输入轴同轴连接,减速机总成的第二输出轴与第一输入轴和第一输出轴平行间隔布置,第二输出轴的位置被避让出来, 使得整个集成式驱动系统的输出方案更加多样,结构更加合理。 电机控制器位于电机总成一侧。

集成伺服系统,集成闭式系统

1、电机总成,2、减速机总成,23-24、前-后壳体,3、电机控制器,4、油液循环模组,41、油泵。

油液循环模组 包括油泵、第一油路和第二油路,油泵位于减速机总成一侧,油泵与电机总成和减速机总成中的至少之一固定连接。第一油路位于电机总成内,第二油路位于减速机总成内,第一油路和第二油路并联布置,一起连接至油泵,由油泵同时向两个油路泵送油液。油泵向第一油路和第二油路泵送油液,油液沿第一油路进入电机总成,实现对电机总成内部的润滑,流通过程中油液还可以吸收电机总成内的热量,通过油液的进一步循环,将热量带出,实现电机总成的降温。油泵向第二油路泵送油液,油液沿第二油路进入减速机总成,实现对减速机总成内部的润滑,流通过程中油液还可以吸收减速机总成内的热量,通过油液的进一步循环,将热量带出,实现减速机总成的降温。

集成伺服系统,集成闭式系统

11-22、第一-二输出轴,21、第一输入轴,25-27-210、第一-三转动轴承,43、第二油路,432、前壳油道。

减速机总成 包括前壳体和后壳体,前壳体和后壳体沿平行于第一输入轴的方向盖合形成减速腔室,电机总成位于前壳体背向后壳体的一侧,第二油路位于前壳体和后壳体中的至少之一内。 通过上述布置,前壳体和后壳体沿第一输出轴的轴线方向盖合连接,其中电机总成位于前壳体背向后壳体的一侧,在前壳体和后壳体的至少之一上布置第二油路,能够使得油液通过第二油路到达减速机总成,油液在壳体内流动能够直接吸收减速机总成的热量, 还可以充分利用壳体内部空间,减少油管使用,降低减速机总成的结构复杂性,提高装配效率。 减速机总成还包括套设在第一输入轴和第二输出轴上的齿轮器件,利用齿轮器件之间的啮合,实现电机的减速。

前壳体内部设有前壳油道,前壳油道平行于前壳体的内壁面布置,使得油液能够在前壳体内流动。前壳体内设有朝向减速腔室凸起的凸筋结构,凸筋结构所在的前壳体的厚度较大,从而可以用于布置前壳油道。凸筋结构上设有至少一个进出口,进出口可以根据减速机总成的循环和散热需求开设在凸筋结构的任意位置,进出口与内部的前壳油道连通,使得油液可以通过进出口从第二油路进入减速腔室,或者从减速腔室进入第二油路。

后壳体内部设有后壳油道,后壳油道平行于后壳体的内壁面布置,使得油液能够在后壳体内流动。后壳体上设有朝向外凸起的凸筋结构,凸筋结构所在的后壳体的厚度较大,从而可以用于布置后壳油道。后壳体的内壁面上设有至少一个进出口,进出口可以根据减速机总成的循环和散热需求开设在凸筋结构的任意位置,进出口与内部的后壳油道连通,使得油液可以通过进出口从第二油路进入减速腔室,或者从减速腔室进入后壳油道。

集成伺服系统,集成闭式系统

24、后壳体,26、第一轴承室,43、第三油路,431、后壳油道。

第一输入轴从前壳体穿入减速腔室内,第二输出轴分别从前壳体和后壳体穿出。第一输入轴上套接有至少两个第一转动轴承,实现第一输入轴与前壳体和后壳体转动连接,前壳体和后壳体上分别设有容纳第一转动轴承的第一轴承室。第二输出轴上套接有至少两个第二转动轴承,实现第二输入轴与前壳体和后壳体转动连接,前壳体和后壳体上分别设有容纳第二转动轴承的第二轴承室。

集成伺服系统,集成闭式系统

24、后壳体,26-28-211、第一-三轴承室,29、导油孔。

第一轴承室的内壁和或第二轴承室的内壁上设有至少一个导油孔,至少一个导油孔连通至第二油路,第二油路内的油液能够通过至少一个导油孔流入第一轴承室和或第二轴承室。通过上述布置,油液循环模组中的循环油液,可以直接到达减速机总成的轴承所在位置,能够对轴承进行润滑和降温, 相较于传统方案中利用齿轮甩油的方案,本实施例提供的导油孔的方案,可靠性更高,结构也更加简单,能够大大提高转动轴承及减速机总成的工作可靠性。

减速机总成 还包括中间轴,中间轴位于第一输入轴和第二输出轴之间,中间轴上布置齿轮器件与第一输入轴和第二输出轴上的齿轮器件啮合,中间轴上的齿轮器件的至少部分浸入油池内,能够起到甩油效果。中间轴上布置有第三转动轴承,第三转动轴承布置在第三轴承室内,第三轴承室位于前壳体和后壳体的至少之一上,第三轴承室的内壁上设有至少一个导油孔。

电机总成 包括定子组件和转子组件,第一油路包括定子油路和转子油路,定子油路用于为定子组件供给油液,转子油路用于向转子组件供给油液。通过上述布置,油液循环模组中的油液可以分别供给电机总成的定子组件和转子组件,分别对定子组件和转子组件进行冷却降温。电机总成还包括电机壳体,电机壳体内设有电机腔室,定子组件和转子组件位于电机腔室内。减速机总成的前壳体与电机壳体连接,前壳体位于电机腔室的轴向一端,定子油路和转子油路分别与前壳体内的第一油路连通。

电机壳体为圆筒形结构,定子组件固定设于电机壳体的内壁上,转子组件布置在电机壳体的两个端盖结构上,转子与端盖通过轴承结构连接,两个端盖将转子组件布置在电机总成的轴线上使得转子组件和定子组件具有目标间隙,从而能够利用电磁原理将电能转化为机械能。电机壳体远离前壳体的一端设有电机端盖,电机端盖用于封闭电机壳体的端部,并与前壳体一起为转子组件的两个端部提供旋转支撑。电机端盖的顶部设有沿水平方向延伸的悬臂结构,悬臂结构和减速机总成的第二输出轴位于电机壳体的同一侧,也即悬臂结构与前壳体的至少部分结构是相对的,在竖直方向的投影内,前壳体和悬臂结构分别位于电机壳体的两端,并朝向电机壳体的同一侧延伸。

集成伺服系统,集成闭式系统

12、电机壳体,13、电机端盖,131、悬臂结构,231-232-1311-1312-31-33、第一-八连接部。

电机控制器 连接在前壳体和悬臂结构上,电机控制器被架设于第二输出轴的上方,从而不会影响第二输出轴的安装布置。前壳体上设有第一连接部和第二连接部,悬臂结构上设有第三连接部和第四连接部,第一连接部、第二连接部、第三连接部和第四连接部呈四边形布置,对应与电机控制器的形状。电机控制器的四角分别布置有第五连接部、第六连接部、第七连接部和第八连接部,其中第五连接部与第一连接部对应连接,第六连接部与第二连接部对应连接,第七连接部与第三连接部对应连接,第八连接部与第四连接部对应连接,实现电机控制器的安装固定。

为了提高驱动系统的集成性,将减速机总成的前壳体布置在电机壳体的一端,作为电机壳体的轴向一端的端盖结构,同时起到封闭电机腔室和封闭减速机腔室的作用。也即减速机总成的前壳体的一侧连接减速机总成的后壳体,与其形成减速机总成,前壳体的另一侧连接电机总成的电机壳体,与其形成电机总成。在此基础上,将第一油路的定子油路和转子油路分别与前壳体上的第一油路连通,将第一油路和第二油路串联连接在一起。这有利于优化集成式驱动系统内的油路结构,提高油液的泵送和循环效率。

第一油路包括位于电机壳体内部的第一机壳油道和第二机壳油道,第一机壳油道和第二机壳油道分别与电机壳体的轴线方向平行,其中第一机壳油道与定子油路连通,第一机壳油道沿轴线连接在前壳体的前壳油道上,定子油路沿电机壳体的内壁方向与第一机壳油道连通,实现油液与定子油路之间的流通。第二机壳油道位于电机壳体沿竖直方向的底部,第二机壳油道能够收集电机壳体内的油液。

集成伺服系统,集成闭式系统

42、第一油路,421-422、定子-转子油路,4211-4212、第一-二机壳油道,44、换热器。

油泵连接于前壳体朝向电机总成的一侧,电机控制器连接于电机总成和减速机总成中的至少之一。电机控制器位于第一输出轴和第二输出轴所在平面的上方,油泵位于第一输出轴和第二输出轴所在平面的下方。油泵连接在减速机总成的外壳上,并且油泵和电机总成位于减速机总成的同一侧。油泵在竖直方向上的投影位置位于电机总成的第一输出轴和减速机总成的第二输出轴之间,这样布置可以避免油泵与电机总成的位置和第二输出轴的干涉。

油液循环模组 还包括换热器,换热器包括第一换热通道和第二换热通道。第一换热通道连通于油泵和第一油路之间,和或连通于油泵和第二油路之间;第二换热通道内流通冷却液,油液流 经第一换热通道过程中能够第二换热通道内的冷却液进行热量交换。通过上述布置,油液循环模组内的油液通过在换热器内与冷却液进行热量交换,首先实现油液的降温冷却,之后再循环进入电机总成和减速机总成内, 实现电机总成和减速机总成的降温冷却。

换热器布置在油泵和第一油路之间,油泵排出的油液先进入换热器的第一换热通道,进行降温冷却,之后再进去第一油路,对电机总成进行降温冷却。换热器布置在油泵和第二油路之间,油泵排出的油液先进入换热器的第一换热通道,进行降温冷却,之后在进去第二油路,对减速机总成进行降温冷却。油泵的出口连通至换热器的第一换热通道的进口,第一换热通道的出口连通至第一油路的进口,第一油路的出口连通至第二油路的进口,第二油路的出口连通至油泵的进口,从而油液循环模组被构造为闭合的循环回路。

集成伺服系统,集成闭式系统

441、第一换热通道,442、第二换热通道。

油泵和换热器分别连接于前壳体上,前壳体内的至少一条前壳油道连通在油泵的出口和换热器的第一换热通道的进口之间,油泵泵出的油液,首先经前壳油道进入换热器,进行换热降温。另一条前壳油道连通在第一换热通道的出口上,将低温油液引回到前壳体内。之后一部分油液沿前壳油道进入第一机壳油道,再进入定子油路,对定子组件进行降温冷却。另一部分油液沿前壳油道进入后壳油道,与此同时,导油孔将前壳油道和或后壳油道内的油液引至第一轴承室和或第二轴承室,对第一转动轴承或第二转动轴承进行润滑和降温。

电机总成内的油液在重力作用下汇流到电机壳体的底部,进入第二机壳油道,第二机壳油道沿轴向延伸直至穿过前壳体,连通至减速腔室。电机总成内的油液沿第二机壳油道进入减速腔室内,并在重力作用下汇集在减速腔室底部的油池内。油泵布置前壳体的底端,对应于减速腔室的底部。减速腔室的底部设置为减速机总成的油池,减速机总成内的齿轮器件高速旋转,能够将油池内的油液甩起,使其飞溅到齿轮器件等活动副上,进一步提高减速机总成的润滑效果。油泵的进口贯穿前壳体,连通至减速腔室底部的油池,从而可以将油池内的油液吸入,之后进行油液的泵送循环。

集成式驱动系统还包括 冷却液循环模组 ,冷却液循环模组与第二换热通道连通,冷却液循环模组用于向第二换热通道内供给低温的冷却液。为了确保油液在换热器内能够进行充分的降温冷却,利用冷却液循环模组为换热器循环供给低温的冷却液,低温的冷却液和油液在换热器内进行热量交换,实现油液的降温冷却。

冷却液循环模组 包括水泵、散热器和储液罐,水泵的出液口连通至散热器的进液口,散热器的出液口连通至第二换热通道的进液口,第二换热通道的出液口连通至储液罐的进液口,储液罐的出液口连通至水泵的进液口。通过上述布置,冷却液循环模组利用水泵提供冷却液的循环动力,冷却液在散热器内进行降温冷却,之后循环到第二换热通道内,与油液进行热量交换,升温之后的冷却液回流至储液罐,再次参与冷却循环。

冷却液循环模组 还包括液冷板,液冷板位于第二换热通道和储液罐之间。液冷板位于电机控制器内,冷却液流经液冷板,与电机控制器进行热量交换。通过液冷板将冷却液引入电机控制器内,吸收电机控制器产生的热量,能够实现电机控制器的液冷冷却,冷却效率更高。

综上所述: 本实施例的集成式驱动系统,油液循环系统包括油泵、第一油路和第二油路,第一油路位于电机总成内,第二油路位于减速机总成内,油泵能够通过第一油路和第二油路分别向电机总成和减速机总成内泵送油液,油液进入电机总成和减速机总成后,能够实现电机总成和减速机总成的润滑和或降温,油液循环流动将电机总成和减速机总成内的热量带出,有利于解决集成式驱动系统的散热效果较差的问题。

总结:

奇瑞新能源汽车集成式驱动系统包括电机总成、减速机总成、电机控制器和油液循环模组,减速机总成位于电机总成的轴向一端,电机总成的第一输出轴与减速机总成的第一输入轴同轴连接,减速机总成的第二输出轴与第一输入轴和第一输出轴平行间隔布置,电机控制器位于电机总成一侧。油液循环模组包括油泵、第一油路和第二油路,油泵与电机总成和减速机总成中的至少之一连接,第一油路位于电机总成内,第二油路位于减速机总成内,第一油路和第二油路分别与油泵连通,油泵向第一油路和第二油路泵送油液,实现电机总成和减速机总成的润滑和或降温,油液循环流动将电机总成和减速机总成内的热量带出,有利于解决集成式驱动系统的散热效果较差的问题。