CN101372205A - 轮毂电机驱动超微型电动轿车 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轮毂电机驱动超微型电动轿车。在电动轿车的车轮上安装有专门设计配套的轮毂电机，无变速箱和传动装置，直接驱动电动轿车行驶，其能效比高，噪声小、无废气污染。采用轮毂电机变极结合变频器变频的方式，进行电动轿车的变速调节，使电动轿车的调速范围更宽，爬坡、重载起步和低速性能更好。采用将车轮与制动盘或制动鼓安装在轮毂电机的内侧端盖的外沿上，或安装在电机外壳内侧部位的法兰盘上的方式，使车轮轴外端受力较小，受力分配更为合理，使车轮和制动装置之间整体性更好，耐冲击力的能力更强。采用单侧单开门和双排三座或双排双座的超小车体设计，使整车的结构更简洁，制造成本降低，可取代摩托车成为新型大众交通工具。

Description

轮毂电机驱动超微型电动轿车

所属技术领域

本发明涉及一种电动汽车，具体的说是一种轮毂电机驱动超微型电动轿车。

背景技术

全国城乡家庭摩托车的拥有量非常巨大，由于摩托车能耗高，噪声和废气污染严重，而且频发交通事故，许多城市已经开始禁止摩托车行驶。消费者期待一种能替代摩托车的大众交通工具。市场上有一种轻型电动汽车，采用单排双座双门设置，车体较大，且造价较高，同时采用的主动力电机加传动装置的驱动方式，能效比低，实用性较差。轮毂电机驱动电动轿车，减少了发动机和传动装置，能提高能效比，并且有利于电动轿车的小型化，但由于轮毂电机驱动电动轿车的变速方式和上坡、重载时的起步和低速行驶性能有待改进，轮毂电机的驱动方式及其与车轮、悬架的安装连接方式在技术上不够成熟，所以轮毂电机驱动、性能优良的小型电动轿车没有能真正的走向市场。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种轮毂电机驱动超微型电动轿车，其能效比较高，变速方式使电动轿车的上坡、重载起步和低速性能更好，安装驱动方式牢固可靠，且较为先进；采用的、单侧门和双排三座或双座的超小车体设计，使制造成本更低、更实用，是一种可替代摩托车的大众交通工具。

本发明包括蓄电池、变频器、车轮、轮辋，所采用的技术方案是：电动轿车的车轮上安装有专门设计配套的轮毂电机，蓄电池为电动轿车总电源，通过变频器为轮毂电机提供三相交流电源，并控制轮毂电机驱动电动轿车行驶；电动轿车采用内定子型轮毂电机作动力，通过电机轴内侧端，将轮毂电机安装在悬架上，用电机轴的内侧端支撑、固定轮毂电机；制动方式采用制动盘式制动器或制动鼓式制动器制动，选择采用制动盘式制动器时，轮辋安装在内侧端盖的外沿上，或是安装在轮毂电机外壳内侧部位设置的法兰盘上，制动盘安装在内侧端盖的外侧端，制动钳支架安装在悬架上；选择采用制动鼓式制动器时，轮辋和制动鼓一起安装在内侧端盖的外沿上，或是一起安装在轮毂电机外壳上设置的法兰盘上，制动底板安装在悬架下端的开口轴套上。

所述内定子型轮毂电机安装固定时，电机轴的内端插进悬架上所设置的开口轴套内，用具有定位功能的销钉螺栓紧固。

所述电动轿车也可采用外定子型轮毂电机作动力，通过电机座将轮毂电机安装在悬架上，轮辋和制动盘或制动鼓一起安装在电机轴外端所装设的车轮连接器上，制动钳支架或制动底板安装在外侧端盖上。根据制动方式的不同，选择轮辋与制动盘配合安装或与制动鼓配合安装。

轮毂电机驱动超微型电动轿车的箱体所采用的技术方案是；箱体只在一侧设一个单开门，另一侧只设相对应的车窗；车内座位为前后双排设置，前车座为单座，后车座为双座或单座，后车座的靠背上段可后折平放。

所述箱体的尾端上部设有从车内、外均可打开的、向上开启的应急门，下部设有向下开启并可平放固定的蓄电池箱门，蓄电池置放在箱体的后箱内。

所述箱体的另一侧还设有从车外取、放备胎的备胎箱。

轮毂电机驱动超微型电动轿车的电控变速箱所采用的技术方案是：轮毂电机为三相异步交流电机，采用改变轮毂电机的极数，或交替使用不同极数的轮毂电机的方式，结合用变频器变频的方式，实现电动轿车的变速调节；以轮毂电机变极调速为初级调速，分高速和低速两个档位，在此基础上，变频器调整轮毂电机的电源频率，控制其转速，实现电动轿车进一步的均匀调速。

轮毂电机驱动超微型电动轿车的电子差速器所采用的技术方案是：在电动轿车方向机转向臂的相对应部位，安装左转信号元件和右转信号元件，电动轿车向左转弯时，转向臂移向左转信号元件使其产生电信号，通过左轮控制器，降低左电驱动轮的转速，或通过右轮控制器提高右电驱动轮的转速；电动轿车右转弯时，转向臂移向右转信号元件，使其产生电信号，通过右轮控制器降低右电驱动轮的转速，或通过左轮控制器提高左电驱动轮的转速。

所述左转信号元件和右转信号元件是电阻型元件、电容型元件或电感型元件。

所述电子差速器也可采用安装与方向机连动的机械装置，并在相对应部位安装左转、右转两个信号元件，用机械装置使左转或右转信号元件产生电信号，通过左轮或右轮控制器降低或提高左或右电驱动轮的转速。

本发明的有益效果体现在：采用轮毂电机直接驱动，减少了变速箱、差速器等传动部分，从而减少了动力传递过程中的损耗，提高了能效比，同时减少了噪声和废气污染，有利于环境保护。轮毂电机所采用的安装方式，使之拆卸安装方便，更加牢固可靠。车轮和制动盘或制动鼓安装在轮毂电机内侧的方式，使车轮轴外端受力较小，受力更加合理，使车轮和制动装置之间整体性更好，耐冲击能力更强。轮毂电机变极结合变频器变频的变速方式，使电动轿车调速范围更宽，低速、重载起步和爬坡性能更好。电动轿车的单侧单开门、双排三座或双座的超小车体，使之行驶灵活，停放方便。蓄电池置放在后箱，可安装较多的蓄电池，增加电动轿车的行驶里程，并可以防止冲撞引起蓄电池的爆炸。轮毂电机直接驱动方式和超小车体设计，简化了结构，可大幅降低制造成本，本发明以其优良的动力性能和低价位优势，可以取代摩托车成为新一代大众交通工具。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。

图1为本发明结构示意图。

图2为主要部件布置平面示意图。

图3、4为内定子型轮毂电机安装示意图。

图5、6为外定子型轮毂电机安装示意图。

图7为轮毂电机外壳设置法兰盘示意图。

图8为电子差速器控制原理示意图。

图中：1、轮毂电机，2、蓄电池，3、变频器，4、车轮，5、轮辋，6、箱体，7、单开门，8、前车座，9、后车座，10、应急门，11、蓄电池箱门，12、备胎箱，13、制动钳支架，14、电机轴，15、开口轴套，16、销钉螺栓，17、内侧端盖，18、制动盘，19、悬架，20、制动底板，21、制动鼓，22、车轮连接器，23、电机座，24、外侧端盖，25、法兰盘，26、转向臂，27、左转信号元件，28、右转信号元件，29、左轮控制器，30、右轮控制器，31、左电驱动轮，32、右电驱动轮。

具体实施方式

图1、2中，电动轿车的前车轮4上安装有专门设计配套的轮毂电机1作为驱动动力，蓄电池2为电动轿车的总电源，安装在电动轿车尾部的蓄电池箱内，变频器3安装在电动轿车的前箱，前箱还用于安装制动泵，空调机、方向机等其他设备。电动轿车箱体6只在一侧设一个单开门7，另一侧设有带箱门的备胎箱12，备胎箱12宽于备胎，留有一个较大的空间，便于降下车窗玻璃，取、放备胎前须充分升起车窗玻璃。箱体6尾端的上部设有应急门10，应急门10向上开启，从车内、外均可打开，箱体6尾端的下部设有蓄电池箱门11，蓄电池箱门11向下开启，平放固定后，可用于临时装载较大体积的轻抛物品蓄电池2置放在箱体6的后箱内，车内座位采用双排设置，前车座8为驾驶单座，后车座9为乘员双座或单座，后车座9的靠背上段可后折平放，与打开后的应急门10形成通向车外的应急通道，以备轿车侧翻时应急使用。

图3中，轮毂电机1为内定子型，采用减震器—减震弹簧组合悬架，制动盘制动，轮辋5安装在内侧端盖17的外沿上，制动盘18安装在内侧端盖17的外侧端，制动钳支架13安装在悬架19上，电机轴14的内端插进悬架19下端所设置的开口轴套15内，用具有定位功能的销钉螺栓16紧固。

图4中，轮毂电机1为内定子型，采用弹簧钢板—后桥组合悬架，制动鼓制动，轮辋5和制动鼓21一起安装在内侧端盖17的外沿上，制动底板20安装在开口轴套15上，电机轴14的内端插进悬架19所设置的开口轴套15内，用具有定位动能的销钉螺栓16紧固。

图5、6中，轮毂电机1为外定子型，通过电机座23将轮毂电机1安装在悬架19上，采用制动盘或制动鼓制动，轮辋5和制动盘18或制动鼓21安装在电机轴14外端所设置的车轮连接器22上，制动钳支架13或制动底板20安装在轮毂电机1的外侧端盖24上。

图7中，轮毂电机1外壳设有法兰盘25，采用制动盘制动时，轮辋5安装在法兰盘25上，制动盘18安装在内侧端盖17的外侧端；采用制动鼓制动时，轮辋5和制动鼓21一同安装在法兰盘25上，法兰盘25靠近轮毂电机1内侧部位设置，以减轻电机轴14外端的受力。

图8中，电动轿车转弯时方向机带动转向臂26移动，使左转信号元件27或右转信号元件28产生电信号。采用降低转弯时的内侧电驱动轮转速的方法实施差速调节，其控制程序是，左转弯时，左转信号元件27产生电信号，通过左轮控制器29降低左电驱动轮31的转速，右转弯时，右转信号元件28产生电信号，通过右轮控制器30，降低右电驱动轮32的转速；采用提高转弯时的外侧电驱动轮转速的方法实施差速调节，其控制程序是，左转弯时，左转信号元件27产生电信号，通过右轮控制器30，提高右电驱动轮32的转速，右转弯时，右转信号元件28产生电信号，通过左轮控制器29，提高左电驱动轮31的转速，图中的虚线连接，表示采用提高转弯时的外侧电驱动轮转速的方法时的控制程序。

电子差速器的控制原理简述

电动轿车转弯时，左、右侧电驱动轮处于不同半径的行驶弧线上，其内侧电驱动轮的轮毂电机负荷增加，外侧电驱动轮的轮毂电机负荷减轻，根据电机的轮距特性，负载增加时转矩加大，转速下降，负荷减轻时转矩减小，转速上升，以此原理，电驱动轮便可以在电动轿车转弯时自动调节转速，即自动适应差速调节。而这种自适应调节，无法满足频繁转弯、且转弯幅度大的复杂道路，因此需要进行有控差速调节。本发明采用的电子差速器，以转向角度信号控制实现电驱动轮的差速调节，须以两侧电驱动轮间的差速比为依据，这种差速比因车型、轮距不同而不同，因转向角度变化而变化，差速比的变化与转向角度的变化成正比，转向角度大，差速比就大，转向角度小，差速比就小。电器元件所产生的电信号也因转向角的变化而变化，两者之间可成正比，也可成反比，根据需要而设定，根据差速比的变化曲线，设定与之基本相同的电信号的变化曲线，用转向角度信号通过控制器调整转向轮转速，实现电取得轮的差速调节。实施时，转向轮前束的调节，必须在转向横拉杆的两端进行等值的调节，以使电动轿车直线行驶时，转向臂处于两电器元件之间正中的位置。

电控变速器原理简述

三相异步电机多磁极低转速时要比少磁极高转速时转矩大，利用这一特性，电动轿车低速行驶时，轮毂电机采用多磁极低转速运行，配合使用的变频器不必调至过低的频率，可以减少功率的衰减，使电动轿车的重载起步和低速行驶性能更好；轮毂电机采用少磁极高转速运行时，可以使电动轿车获得更高的行驶速度。因此，采用变极结合变频的方式，可以使电动轿车获得更宽的调速范围。轮毂电机变极时引出线较多，接线有一定的难度，因此也可选择采用在电动轿车前、后轮安装两种不同极数的轮毂电机，根据变速需要，两种不同极数的轮毂电机交替使用，配合变频器调频，实施电动轿车的变速调节。两种选择的控制原理是相同的。

本发明在实际使用中，轮毂电机的电机轴，即为超微型电动轿车的车轮轴，车轮轴与车轮间的间隙和普通轿车一样，可以通过调隙螺母进行调节。

Claims (10)

1.一种轮毂电机驱动超微型电动轿车，包括车载蓄电池(2)、变频器(3)，车轮(4)、轮辋(5)，其特征是：电动轿车的车轮(4)上安装有专门设计配套的轮毂电机(1)，蓄电池(2)为电动轿车的总电源，通过变频器(3)为轮毂电机(1)提供三相交流电源，并控制轮毂电机(1)驱动电动轿车行驶；电动轿车采用内定子型轮毂电机(1)作动力，通过电机轴(14)内侧端将轮毂电机(1)安装在悬架(19)上；制动方式采用制动盘式制动器或鼓制动式制动器制动，选择采用制动盘式制动器时，轮辋(5)安装在内侧端盖(17)的外沿上，或者安装在轮毂电机(1)外壳上设置的法兰盘(25)上，制动盘(18)安装在内侧端盖(17)的外侧端，制动钳支架(13)安装在悬架(19)上；选择采用制动鼓式制动器时，轮辋(5)和制动鼓(21)一起安装在内侧端盖(17)的外沿上，或者是一起安装在轮毂电机(1)外壳内侧部位设置的法兰盘(25)上，制动底板(20)安装在悬架(19)下端的开口轴套(15)上。

2.根据权利要求1所述的轮毂电机驱动超微型电动轿车，其特征是：内定子型轮毂电机(1)在安装固定时，电机轴(14)的内侧端插进悬架(19)上所设置的开口轴套(15)内，用具有定位功能的销钉螺栓(16)紧固。

3.根据权利要求1所述的轮毂电机驱动超微型电动轿车，其特征是：电动轿车也可采用外定子型轮毂电机(1)做动力，通过电机座(23)将轮毂电机(1)安装在悬架(19)上，轮辋(5)和制动盘(18)或制动鼓(21)一起安装在电机轴(14)外端所装设的车轮连接器(22)上，制动钳支架13或制动底板(20)安装在外侧端盖(24)上。

4.一种轮毂电机驱动超微型电动轿车箱体，其特征是：箱体(6)只在一侧设一个单开门(7)，另一侧只设相对应的车窗；车内座位为前后双排设置，前车座(8)为单座，后车座(9)为双座或单座，后车座(9)的靠背上段可后折平放。

5.根据权利要求4所述的轮毂电机驱动超微型电动轿车箱体，其特征是：箱体(6)的尾端上部设有从车内、外均可打开的向上开启的应急门(10)，下部设有向下开启并可平放固定的蓄电池箱门(11)，蓄电池(2)置放在箱体(6)的后箱内。

6.根据权利要求4所述的轮毂电机驱动超微型电动轿车箱体，其特征是：箱体(6)的另一侧还设有从车外取、放备胎的备胎箱(12)。

7.一种轮毂电机驱动超微型电动轿车的电控变速器，其特征是：轮毂电机(1)为三相异步交流电机，采用改变轮毂电机(1)的极数，或交替使用不同极数的轮毂电机(1)的方式，结合用变频器(3)变频的方式，实现电动轿车的变速调节；以轮毂电机(1)变极调速为初级调速，分高速和低速两个档位，在此基础上，变频器(3)调整轮毂电机(1)的电源频率，实现电动轿车进一步的均匀调速。

8.一种轮毂电机驱动超微型电动轿车的电子差速器，其特征是：在电动轿车方向机转向臂(26)的相对应部位，安装左转信号元件(27)和右转信号元件(28)，电动轿车向左转弯时，转向臂(26)移向左转信号元件(27)，使其产生电信号，通过左轮控制器(29)降低左电驱动轮(31)的转速，或通过右轮控制器(30)提高右电驱动轮(32)的转速；电动轿车右转弯时，转向臂(26)移向右转信号元件(28)，使其产生电信号，通过右轮控制器(30)降低右电驱动轮(32)的转速，或通过左轮控制器(29)提高左电驱动轮(31)的转速。

9.根据权利要求8所述的轮毂电机驱动超微型电动轿车的电子差速器，其特征是：左转信号元件(27)和右转信号元件(28)是电阻型元件、电容型元件或电感型元件。

10.根据权利要求8所述的轮毂电机驱动超微型电动轿车的电子差速器，其特征是：也可采用安装与方向机连动的机械装置，并在相对应部位安装左转、右转两个信号元件，用机械装置使左转或右转信号元件产生电信号，通过左轮或右轮控制器，降低或提高左或右电驱动轮的转速。

Images