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技术领域

本发明属于汽车动力传动系统技术领域，具体来说，是一种适用于电动汽 车的电动机、传动装置与差速器同轴布置且电动机位于两侧驱动轮之间的中置 电动机一体式两挡电动桥。

背景技术

目前电动汽车仍存在比功率小、续驶里程短以及充电不方便等诸多缺点。 因此，减轻动力传动系统的重量、提高其机械效率可以在一定程度上弥补电动 汽车的上述不足。然而，电动汽车的现有典型动力传动方案仍然是基于传统驱 动桥开发的。这种拼装而成的驱动桥存在结构不紧凑、尺寸和重量大、电动机 悬置设计困难以及振动和噪声较大等缺点。为了改善传统驱动桥的缺点，业内 已经开发出三种形式的新型电动桥，分别是轮毂电动机、轮边电动机桥和中置 电动机驱动桥。下面简要介绍它们的特点和应用情况。

轮毂电动机虽然结构很紧凑、机械效率高，但采用轮毂电动机的汽车非簧 载质量大、悬架布置困难、电动机容量不足、电子差速控制难度大，而且电动 机冷却、密封和抗振困难。因设计和制造难度也较大，国内轮毂电动机的功率 一般都在10kW以下。

轮边电动机桥两侧驱动轮独立驱动，适用于低地板公交车、便于电池布置， 且可动态分配两侧驱动轮的驱动力矩。其缺点是加工和装配要求高、非簧载质 量大、电子差速控制难度大、传动效率低、能耗大。

现有中置电动机电动桥(简称“中置电动桥”)大多采用中空电动机，少数 采用免差速器的双转子电动机。采用中空电动机的中置电动桥将电动机、行星 齿轮减速装置和差速器排列于同一轴线，一根半轴将动力直接传至中置电动桥 所在侧驱动轮，而另一根半轴则穿过中空电动机将动力传至另一侧驱动轮。这 种中置电动桥不仅结构紧凑、不需要重新设计悬架、成本低，而且因保留了传 统差速器，能够可靠地满足转弯差速需求。其缺点是电动机空心后体积、重量 和成本都有所增加，且支承和密封难度增大。采用双转子电动机的中置电动桥 虽然理论上可以省去差速器、结构简单了，但两个转子输出的动力仍然需要经 过复杂的减速和减速换向机构才能传至驱动轮。而且，为了保证两侧驱动轮转 矩相同且能实现转弯差速，电动机控制很困难。另外，双转子电动机还存在起 动转矩小、冷却和密封困难等缺点。因此，双转子电动机在纯电动汽车上几乎 没有应用实例。

包括中置电动桥在内的以上三种形式的新型电动桥一般都采用直驱减速， 即电动桥的传动装置只有一个挡位。直驱电动桥的缺点是难以兼顾整车最高车 速和最大爬坡度的要求。虽然增加电动机转速范围、加大电动机功率可以一定 程度上缓解最高车速和最大爬坡度在传动比选择上的矛盾，但电动机的体积、 重量和成本都增加较多。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种电动机、传动装置与差速器同轴排列布 置且电动机位于两侧驱动轮之间的中置电动机一体式两挡电动桥，可以兼顾整 车最高车速和最大爬坡度对传到装置速比的不同要求并自动换挡。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种中置电动机一体式两挡电动桥，包括电动机、传动装置和差速器，所 述差速器通过两侧的半轴分别与两侧的驱动轮连接，其特征在于：

所述电动机和所述传动装置均为中空结构，所述电动机、所述传动装置和 所述差速器同轴排列布置且所述电动机位于两侧的所述驱动轮之间，连接所述 差速器与靠近所述电动机一侧的驱动轮的半轴活动穿过所述电动机和所述传动 装置；

所述传动装置为多级行星齿轮传动机构，所述多级行星齿轮传动机构包括 与所述电动机的转子连接并随所述转子转动的太阳轮、一端与所述转子相转动 连接另一端与所述差速器连接的行星架、与所述太阳轮啮合并可绕自身轴线转 动地安装在所述行星架上的第一行星轮、与所述第一行星轮啮合并可绕自身轴 线转动的低挡齿圈、可绕自身轴线转动地安装在所述行星架上的第二行星轮、 与所述第二行星轮啮合并可绕自身轴线转动的高挡齿圈、用于对所述低挡齿圈 进行制动的低挡制动部件、用于对所述高挡齿圈进行制动的高挡制动部件以及 驱动所述低挡制动部件和所述高挡制动部件的操纵装置。

其中，所述第一行星轮的直径大于所述第二行星轮；所述低挡齿圈的直径 大于所述高挡齿圈。

优选地，所述低挡制动部件包括固定套设在所述低挡齿圈的外圆周面上的 低挡齿圈制动鼓、套设在所述低挡齿圈制动鼓的外圆周面上的低挡制动带；所 述高挡制动部件包括固定套设在所述高挡齿圈的外圆周面上的高挡齿圈制动 鼓、套设在所述高挡齿圈制动鼓的外圆周面上的高挡制动带。

进一步优选地，所述操纵装置包括用于采集电动机转速信号的电动机转速传感 器、用于采集加速踏板行程信号的加速踏板行程传感器、用于接收所述电动机 转速信号和所述加速踏板行程信号并发出换挡信号的电子控制单元、与所述电 子控制单元连接并驱动所述低挡制动带收紧或放松所述低挡齿圈制动鼓的低挡 换挡机构、与所述电子控制单元连接并驱动所述高挡制动带收紧或放松所述高 挡齿圈制动鼓的高挡换挡机构。

更进一步优选地，所述低挡换挡机构包括与所述电子控制单元连接的低挡换挡 电动机、连接在所述低挡换挡电动机的输出轴上的低挡丝杆、一端与所述低挡 丝杆相抵触另一端与所述低挡制动带相抵触的低挡杠杆；所述高挡换挡机构包 括与所述电子控制单元连接的高挡换挡电动机、连接在所述高挡换挡电动机的 输出轴上的高挡丝杆、一端与所述高挡丝杆的端部相抵触另一端与所述高挡制 动带相抵触的高挡杠杆。

具体地，所述低挡换挡机构还包括连接在所述低挡丝杆上一抵触所述低挡 杠杆的低挡螺母、固定在所述低挡换挡电动机上的回位弹簧支撑座、连接在所 述回位弹簧支撑座和所述低挡螺母之间使所述低挡螺母具有远离所述低挡杠杆 的趋势的回位弹簧；所述高挡换挡机构还包括连接在所述高挡丝杆上一抵触所 述高挡杠杆的高挡螺母、固定在所述高挡换挡电动机上的弹簧座、连接在所述 弹簧座和所述高挡螺母之间使所述高挡螺母具有抵紧所述低挡杠杆的趋势的压 紧弹簧。

为了便于手动调整低挡制动带和高挡制动带的松紧程度，所述低挡换挡机 构还包括与所述低挡制动带相抵触的低挡调整螺钉；所述高挡换挡机构还包括 与所述高挡制动带相抵触的高挡调整螺钉。

其中，在一具体实施方式中，所述半轴包括长半轴和短半轴，所述长半轴 的长度大于所述短半轴；所述驱动轮包括远离所述差速器的远侧驱动轮和靠近 所述差速器的近侧驱动轮，所述长半轴一端与所述差速器连接另一端活动穿过 所述传动装置和所述电动机后与所述远侧驱动轮连接，所述短半轴一端与所述 差速器连接另一端与所述近侧驱动轮连接；所述电动机包括电动机壳体及设置 在所述电动机壳体内的定子和转子，所述转子为中空，所述长半轴活动穿过所 述转子；所述电动机壳体上靠近所述远侧驱动轮的一端固定连接有远侧桥壳， 所述远侧驱动轮转动支撑在所述远侧桥壳上；所述电动机壳体上靠近所述近侧 驱动轮的一端固定连接有近侧桥壳，所述近侧驱动轮转动支撑在所述近侧桥壳 上。

所述电动机壳体内具有带内孔的隔板，所述隔板将所述电动机壳体的内腔 分隔成远离所述差速器的第一腔体和靠近所述差速器的第二腔体，所述定子和 所述转子位于所述第一腔体内，所述传动装置位于所述第二腔体内；所述差速 器转动设置在所述近侧桥壳内。

所述差速器包括可转动设置的差速器壳、固定在所述差速器壳内的圆锥行 星轮轴、安装在所述圆锥行星轮轴上的圆锥行星轮，所述差速器两侧的所述半 轴分别通过齿轮与所述圆锥行星轮啮合；所述行星架的一端通过行星架第一轴 承与所述转子转动连接，另一端通过行星架第二轴承转动支撑在所述隔板的内 孔中并且与所述差速器壳通过花键同轴连接，所述差速器壳通过差速器壳轴承 转动支撑在所述近侧桥壳上。

由于采用上述技术方案，本发明的传动装置采用多级行星齿轮传动机构， 构成了NGW-NW复合型行星齿轮传动机构，具有以下优点：

(1)本发明中置电动机一体式两挡电动桥的电动机、传动装置与差速器同 轴排列布置，结构紧凑、占用空间少，因而方便电池布置；

(2)本发明中置电动机一体式两挡电动桥的两挡设计使汽车能够兼顾整车 最高车速和最大爬坡度对传动比的不同要求，同时降低了对电动机转速范围和 功率的要求；

(3)本发明中置电动机一体式两挡电动桥采用带式制动器自动换挡，具有 操纵方便和驾驶舒适的优点。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为图1中A-A向剖面图。

图3为图1中B-B向剖面图。

附图中的标号及对应的部件如下表所列：

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

请参阅图1，本实施例提供本发明中置电动机一体式两挡电动桥，包括电动 机、传动装置、低挡换挡机构40、高挡换挡机构39、差速器、距差速器较近的 近侧桥壳21、距差速器较远的远侧桥壳2、桥壳螺栓12、轮毂36、轮毂轴承35、 短半轴19、近侧驱动轮17、长半轴31、远侧驱动轮1、加速踏板行程传感器37、 电动机转速传感器34和电子控制单元38。

所述电动机和所述传动装置均为中空结构，所述电动机、所述传动装置和 所述差速器依次同轴排列布置且所述电动机位于近侧驱动轮17和远侧驱动轮1 之间，连接所述差速器与远侧驱动轮1的长半轴31活动穿过所述电动机和所述传 动装置。

其中，用于采集电动机转速信号的电动机转速传感器34、用于采集加速踏 板行程信号的加速踏板行程传感器37、用于接收所述电动机转速信号和所述加 速踏板行程信号并发出换挡信号的电子控制单元38、与电子控制单元38连接的 低挡换挡机构40、与电子控制单元38连接的高挡换挡机构39组成了操纵装置。

电动机包括定子4、转子5、电动机壳体32、转子第一轴承33和转子第二轴 承6。定子4和转子5设置在电动机壳体32内，转子5为中空，长半轴31活动穿过 转子5。电动机壳体32上靠近远侧驱动轮1的一端固定连接有远侧桥壳2，远侧驱 动轮1通过轮毂36和轮毂轴承35转动支撑在远侧桥壳2上。电动机壳体32上靠近 近侧驱动轮17的一端固定连接有近侧桥壳21，近侧驱动轮17通过轮毂和轮毂轴 承转动支撑在近侧桥壳21上。

电动机壳体32内具有带内孔的隔板，隔板将电动机壳体32的内腔分隔成远 离所述差速器的第一腔体和靠近所述差速器的第二腔体，定子4和转子5位于所 述第一腔体内，所述传动装置位于所述第二腔体内；所述差速器转动设置在近 侧桥壳21内。转子5通过转子第一轴承33和转子第二轴承6分别支承于远侧轴承 座3和电动机壳体32的轴承孔内。电动机壳体32两端的近侧桥壳21和远侧桥壳2 通过桥壳螺栓12与电动机壳体32固定联接。近端轴承座13安装在电动机壳体32 和近侧桥壳21的孔中，并通过挡圈11轴向限位。

传动装置为多级行星齿轮传动机构，在本实施例中为NGW-NW复合型行星 齿轮传动机构，它包括太阳轮29、第一行星轮9、低挡齿圈10、低挡齿圈轴承7、 第二行星轮27、高挡齿圈25、高挡齿圈轴承14、行星架28、行星架第一轴承30、 行星架第二轴承24、近端轴承座13和挡圈11。

太阳轮29与所述电动机的转子5连接并随转子5转动。行星架28的一端与转 子5相转动连接另一端与所述差速器连接。第一行星轮9与太阳轮29啮合并可沿 自身轴向转动地安装在行星架28上，低挡齿圈10与第一行星轮9啮合并可绕自身 轴线转动。第二行星轮27可绕自身轴线转动地安装在行星架28上，高挡齿圈25 与第二行星轮27啮合并可绕自身轴线转动。该传动装置还包括用于对低挡齿圈 10进行制动的低挡制动部件、用于对高挡齿圈25进行制动的高挡制动部件。上 述操纵装置可以驱动所述低挡制动部件和所述高挡制动部件实现对抵挡齿圈10 和高挡齿圈25的制动或松开。所述低挡制动部件包括固定套设在低挡齿圈10的 外圆周面上的低挡齿圈制动鼓10a、套设在低挡齿圈制动鼓10a的外圆周面上的低 挡制动带8；所述高挡制动部件包括固定套设在高挡齿圈25的外圆周面上的高挡 齿圈制动鼓25、套设在高挡齿圈制动鼓25a的外圆周面上的高挡制动带26。

高挡齿圈25通过高挡齿圈轴承14支承在近端轴承座13的中心孔内，该轴承 为双列短圆柱滚子轴承。行星架28分别通过行星架第一轴承30和行星架第二轴 承24支承在电动机转子5的轴颈和高挡齿圈25的内孔中。低挡齿圈10通过低挡齿 圈轴承7支承在行星架28一端的轴颈上。高挡齿圈25和低挡齿圈10的外圆柱表面 设制动鼓，它们的锁止或自由转动运动状态分别取决于低挡制动带8和高挡制动 带26的收紧或松开状态。

其中，第一行星轮9的直径大于第二行星轮37；低挡齿圈10的直径大于高挡 齿圈25。

所述差速器包括差速器壳15、差速器壳轴承18、圆锥行星轮16、圆锥行星 轮轴22、近侧半轴齿轮20和远侧半轴齿轮23。差速器壳15可转动设置，差速器 壳15位于近侧桥壳21的大端孔内，其一端通过花键联接支承于行星架28的内花 键内，另一端通过差速器壳轴承18支承在近侧桥壳21的孔内。圆锥行星轮轴22 固定在差速器壳15内的，圆锥行星轮16安装在圆锥行星轮轴22上。近侧驱动轮 17和远侧驱动轮1的轮毂36通过各自的轮毂轴承35分别支承在近侧桥壳21和远 侧桥壳2的外端。短半轴19和长半轴31分别通过各自的法兰与相应轮毂36用螺栓 联接。短半轴19上的近侧半轴齿轮20和长半轴31上的远侧半轴齿轮23分别与圆 锥行星轮16啮合。

低挡换挡机构40如图2所示，包括低挡换挡电动机40a、低挡丝杆40c、低挡 螺母40e、回位弹簧40d、回位弹簧支承座40b、低挡杠杆40f、低挡枢轴40g、低 挡推杆40h、低挡调整螺钉40i、低挡锁紧螺母40j和低挡制动带8。低挡换挡电动 机40a固定安装在电动机机壳32上并与电子控制单元38连接，低挡丝杆40c连接在 低挡换挡电动机40a的输出轴上，低挡螺母40e连接在低挡丝杆40c上。低挡杠杆 40f通过低挡枢轴40g转动连接在电动机机壳32上，低挡杠杆40f的一端与低挡丝 杆40c相抵触另一端与低挡制动带8相抵触。低挡推杆40h固定在低挡杠杆40f上用 于与低挡制动带8抵触，在低挡杠杆40f转动时，对低挡制动带8收紧和放松。回 位弹簧支撑座40b固定在低挡换挡电动机40a上，回位弹簧40d连接在回位弹簧支 撑座40b和低挡螺母40e之间使低挡螺母40e具有远离低挡杠杆40f的趋势。为了便 于手动调整低挡制动带8的松紧程度，低挡换挡机构40还包括与低挡制动带8相 抵触的低挡调整螺钉40i，低挡调整螺钉40i螺纹连接在电动机机壳32上，低挡调 整螺钉40i上还螺纹连接有低挡锁紧螺母40j。

所述高挡换挡机构39如图3所示，包括高挡换挡电动机39a、高挡丝杆39c、 高挡螺母39e、压紧弹簧39d、弹簧座39b、高挡杠杆39f、高挡枢轴39g、高挡推 杆39h、高挡调整螺钉39i、高挡锁紧螺母39j和高挡制动带26。高挡换挡电动机 39a与电子控制单元38连接，高挡丝杆39c连接在高挡换挡电动机39a的输出轴上 的，高挡丝杆39c连接在高挡换挡电动机39a的输出轴上，高挡螺母39e连接在高 挡丝杆39c上。高挡杠杆39f通过高挡枢轴39g转动连接在电动机机壳32上，高挡 杠杆39f的一端与高挡丝杆39c相抵触另一端与高挡制动带26相抵触。高挡推杆 39h固定在高挡杠杆39f上用于与高挡制动带26抵触，在高挡杠杆39f转动时，对 高挡制动带26收紧和放松。弹簧座39b固定在高挡换挡电动机39a上，压紧弹簧 39d连接在弹簧座39b和高挡螺母39e之间使高挡螺母39e具有抵紧高挡杠杆39f的 趋势。为了便于手动调整高挡制动带26的松紧程度，高挡换挡机构39还包括与 高挡制动带26相抵触的高挡调整螺钉39i，高挡调整螺钉39i螺纹连接在电动机机 壳32上，高挡调整螺钉39i上还螺纹连接有高挡锁紧螺母39j。

本实施例的中置电动机一体式两挡电动桥的动力传递路线为：通过低挡换 挡机构40和高挡换挡机构39收紧低挡制动带8和高挡制动带26中的一个并松开 另一个，电动机的转子5将动力输出至NGW-NW复合型行星齿轮传动机构的太阳 轮29，经公用的行星架28将动力传给差速器壳15，再由差速器的远侧半轴齿轮 23和近侧半轴齿轮20分别将动力传至长半轴31和短半轴19；进一步地，短半轴 19穿过近侧桥壳21将动力经联接螺栓传到近侧驱动轮17的轮毂36上，而长半轴 31则依次穿过中空的NGW-NW复合型行星齿轮传动机构、中空的电动机及远侧 桥壳2将动力经联接螺栓传到远侧驱动轮1的轮毂36上。

本实施例的中置电动机一体式两挡电动桥的高、低挡传动是这样实现的： 当低挡换挡机构40收紧低挡制动带8使低挡齿圈10锁止、高挡换挡机构39松开高 挡制动带26使高挡齿圈25自由转动时，电动桥工作于低挡；当高挡换挡机构39 收紧高挡制动带26使高挡齿圈25锁止、低挡换挡机构40松开低挡制动带8使低挡 齿圈10自由转动时，电动桥工作于高挡。

所述中置电动机一体式两挡电动桥的高、低挡切换是这样实现的：电子控 制单元38依据加速踏板行程传感器37采集的加速踏板行程信号和电动机转速传 感器34采集的电动机转速信号，并按照事先设定的换挡策略决定何时换挡；当 需要切换为低挡时，电子控制单元38首先向高挡换挡电动机39a发出扭矩输出命 令，带动高挡丝杆39c转动并推动高挡螺母39e向接近高挡换挡电动机39a的方向 平移，进一步压缩压紧弹簧39d以解除作用在高挡杠杆39f上的压紧力，从而使高 挡制动带26松开；经过短暂的时间间隔(通常在0.5秒以内，但具体的时间间隔 应在设计换挡策略时确定)之后电子控制单元38向低挡换挡电动机40a发出扭矩 输出命令，带动低挡丝杆40c转动并推动低挡螺母40e向远离低挡换挡电动机40a 的方向平移，克服回位弹簧40d的弹力并推动低挡杠杆40f绕低挡枢轴40g转动， 从而收紧低挡制动带8并锁止低挡齿圈10。当需要切换为高挡时，电子控制单元 38首先令低挡换挡电动机40a断电，低挡螺母40e在回位弹簧40d的作用下向接近 低挡换挡电动机40a的方向平移，解除低挡杠杆40f作用于低挡推杆40h的推力， 从而松开低挡制动带8并使得低挡齿圈10可自由转动；经过短暂的时间间隔(通 常在0.5秒以内，但具体的时间间隔应在设计换挡策略时确定)之后电子控制单 元38令高挡换挡电动机39a断电，高挡螺母39e在压紧弹簧39d的作用下向远离高 挡换挡电动机39a的方向平移，施加作用力于高挡杠杆39f并推动高挡推杆39h将 高挡制动带26收紧，从而高挡齿圈25被锁止。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技 术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范 围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护 范围之内。