CN102673380A - 一种内置悬置集成式轮毂电机驱动电动轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内置悬置集成式轮毂电机驱动电动轮，包括轮毂电机、制动器、车轮、减振机构和减速机构，所述减速机构包括太阳轮、行星轮、行星架、齿圈，所述减振机构包括第一弹性元件、第二弹性元件；轮毂电机通过第一弹性元件与车辆连接，通过第二弹性元件与车轮的支撑轴连接；所述减速机构包括太阳轮、行星轮、行星架、齿圈。与现有技术相比，本发明具有结构紧凑、质量轻、功率密度大，易于在车轮上布置的优点，且车辆动力性和安全性有显著的提高，同时有效改善了电动轮驱动系统的动力学特性，提高了车轮接地性能及零部件的使用寿命。

Description

一种内置悬置集成式轮毂电机驱动电动轮

技术领域

本发明涉及电动汽车中的动力传动系统，特别涉及一种内置悬置集成式轮毂电机驱动电动轮。

背景技术

对环境污染与能源消耗问题的日益关注，加速了电动汽车的发展。其中，轮毂电机驱动的电动汽车在车辆总布置结构、底盘主动控制以及操控方便性方面的明显技术优势使其受到工业界和学术界的普遍关注，许多著名的汽车企业及研究机构相继推出轮毂电机驱动的概念车。

轮毂电机的驱动方式是根据纯电动汽车本身的特点研制的分布式驱动形式，将两个、四个或者多个电机直接安装在车轮的内部，直接驱动车轮转动。这种驱动结构可以去掉复杂的变速箱、离合器、机械差速机构、半轴等传动系部件，提高了传动的效率，简化了底盘的机械结构，同时，也减少了整车质量且布置更合理，为实现底盘的智能化和电气化提供了可能。

目前，轮毂电机驱动的电动汽车研发尚处于起步阶段，虽然国内外还尚无成熟的量产产品，但采用电动轮的电动汽车却获得了前所未有的重视和发展，像三菱汽车公司、通用汽车公司及日产汽车公司等都提出了电动轮方案。除了整车企业外，一些汽车零件供应商也对一体化的电动轮进行了研发，像米其林公司、普利司通轮胎公司，法国TM4公司，美国Solectria公司等都有自己的电动轮方案。与国外相比，我国的电动轮的研发相对落后，如同济大学、比亚迪公司等都提出了电动轮的方案，成熟的轮毂电机产品主要集中在电动自行车上。

由于车轮的内部空间有限，如何在有限的空间中将驱动元件、制动元件、减速机构等集成在一起，并进行合理的布置已成为各大汽车公司和科研单位攻关的热点。当前国内外所研发一体化的电动轮中，减速方面，有减速机构和无减速机构两种结构形式均存在；制动方面，大部分选择使用钳盘式制动器；而关于电动轮驱动系统的隔振方面，据目前检索到的资料显示，只有专利WO02/083446A1考虑通过在电机定、转子安装弹性元件来隔离由轮辋和支撑元件传递到电机的振动激励，其制动器仍采用钳盘式，无减速机构，且其电机的外转子外环面与轮辋连接。该系统在轮辋与电机转子之间增加弹性元件，会增大电机磁隙的变化量，影响电机的力矩性能；并且其结构特点决定了电机的定子和转子之间需要很大直径的轴承支撑，增大了电动轮的重量；同时只能采用外转子的结构形式，无法实现内转子的结构方案；因此需要对传统的车轮结构进行改造。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明的目的在于提供一种集成度高、减振效果好、动力学特性好的内置悬置集成式轮毂电机驱动电动轮。

本发明的技术目的通过以下技术方案实现：

一种内置悬置集成式轮毂电机驱动电动轮，包括轮毂电机、制动器和车轮，还包括减振机构，所述减振机构包括第一弹性元件、第二弹性元件；轮毂电机通过第一弹性元件与车辆连接，通过第二弹性元件与车轮的支撑轴连接。

所述轮毂电机包括外定子、由永磁体和转子磁轭组成的内转子、壳体、转子支撑架，外定子固定于壳体上，永磁体通过胶贴在转子磁轭的表面，转子磁轭通过螺纹与转子支撑架连接；壳体通过第一弹性元件与节臂连接，通过第二弹性元件与车轮的支撑轴连接。

所述轮毂电机包括内定子、由永磁体和转子磁轭组成的外转子、壳体、定子支撑架；内定子支撑在定子支撑架上；壳体通过螺钉与外转子固定连接，通过轴承支撑在定子支撑架上；定子支撑架通过第一弹性元件与节臂连接，通过第二弹性元件与车轮的支撑轴连接；壳体还通过第三弹性元件与车轮的轮毂连接。

所述的内置悬置集成式轮毂电机驱动电动轮，还包括减速机构，所述减速机构包括太阳轮、行星轮、行星架、齿圈，所述太阳轮作为动力输入端，与转子支撑架相连接；行星轮分别与太阳轮、行星架相连接；齿圈与壳体相连接并保持静止；行星架作为动力输出端，通过螺柱、第四弹性元件与车轮的轮毂相连接。

所述制动器为多片式湿式制动器，包括摩擦片、压盘、活塞、回位弹簧，所述摩擦片安装在行星架上，并随着行星架转动；压盘安装在壳体上，活塞和回位弹簧装在由壳体和齿圈形成的活塞腔内；所述壳体上设有与活塞腔相连通的进油道、回油道；所述活塞腔与回油道之间设有单向阀；所述进油道、出油道与外部液压系统连接；

制动时，单向阀关闭，进油道的压力升高，推动活塞压紧压盘和摩擦片，实现制动；

解除制动时，单向阀开启，活塞腔内的油液迅速从腔内流入回油道，减小活塞腔内的压力，在回位弹簧的作用下，活塞离开压盘和摩擦片，制动解除。

所述制动器为多片式电磁式制动器，包括摩擦片、压盘、磁轭、衔铁，摩擦片和衔铁装在行星架上，并随行星架转动；压盘安装在壳体上；磁轭内腔中绕有线圈，磁轭装在由壳体和齿圈形成的环形腔内；

制动时，线圈中通入电流，磁轭中的磁场吸引衔铁向压盘端靠近，并压紧压盘和摩擦片，实现制动；

解除制动时，切断线圈中的电流，磁轭中的磁场消失，衔铁离开压盘和摩擦片，制动解除。

所述制动器为钳盘式制动器，包括制动盘、制动卡钳、制动油管；所述制动卡钳通过螺钉固定在壳体上；所述制动油管埋在壳体表面上，一端连接外界液压系统，另一端与制动卡钳中的活塞连接；所述制动盘与转子支撑架花键连接，制动盘通过螺柱、第五弹性元件与车轮的轮毂弹性连接；

制动时，外界液压系统提供给制动油管制动油压，推动制动卡钳中的活塞运动，使制动卡钳压紧制动盘，实现制动；

解除制动，减少油道内的压力，使制动卡钳与制动盘分离，制动解除。

所述制动器为内卡式钳盘制动器，包括制动盘、制动卡钳和制动油管，所述制动盘通过铆钉固定在壳体的外壁，随着壳体一起旋转；制动卡钳内卡于制动盘，并且通过螺栓固定于节臂表面的凸台处；所述制动油管的一端连接外界液压系统，另一端与与制动卡钳内的活塞连接；

制动时，外界液压系统提供给制动油管内腔制动油压，推动活塞，使制动卡钳上的摩擦片压紧制动盘，实现制动；

解除制动时，减少制动油管内的压力，使制动卡钳与制动盘分离，制动解除。

本发明的工作原理如下：车辆运行过程中，路面激励会通过轮胎、轮辋经减速机构作用到轮毂电机的转子上，同时簧载质量对节臂的反作用力也会通过支撑轴作用到轮毂电机的定子上，这将对轮毂电机的结构产生一定影响，进而影响电机的驱动性能，甚至车辆的动力学特性，基于此，在轮毂电机与车辆悬架下底盘、支撑轴的连接处添加弹性元件，在减小非簧载质量的同时，通过弹性元件的内摩擦阻尼吸收传递过来的振动能量来对振动进行消减，减小其对电机结构的影响，达到改善系统动力学特性的目的。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

(1)本发明通过减振机构的设置，将电动轮新增加的非簧载质量——轮毂电机、减速机构、制动器等转化为与传统意义上的簧载质量相并联的质量系统，有效改善了车辆的动力学特性，提高了车辆的平顺性和舒适性；有效避免了路面激励对轮毂电机结构的影响，改善了系统的振动特性，提高了零件的使用寿命；

(2)将制动系统活塞腔和电机壳体作为一体考虑，轮毂电机上开设与活塞腔相通的进油道和回油道，系统进行制动的同时对轮毂电机进行了有效冷却；

(3)采用行星减速机构，以太阳轮作为动力输入，行星架作为动力输出，可最大限度的实现减速增扭的功能。

(4)选用多片式制动器，由于多片式制动器的尺寸和质量较小，这使得使整个系统的结构更加紧凑。

附图说明

图1为本发明第一个实施例的示意图。

图2为本发明第二个实施例的示意图。

图3为本发明第三个实施例的示意图。

图4为本发明第四个实施例的示意图。

图5为本发明第五个实施例的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示，本实施例内置悬置集成式轮毂电机驱动电动轮包括轮毂电机、制动器、减振机构、不等长双横臂式独立悬架和车轮，所述车轮包括轮辋14、轮毂12、轮胎15等。

所述减振机构包括弹性元件2-1、弹性元件2-2。所述轮毂电机包括外定子(包括铁芯和绕组)1-3、由永磁体1-4和转子磁轭1-5组成的内转子、壳体1-1、转子支撑架1-6，外定子固定于壳体1-6上，永磁体1-4通过胶贴在转子磁轭1-5的表面，转子磁轭1-5通过螺纹与转子支撑架1-6连接。壳体1-1通过第一弹性元件2-1与节臂3连接，通过弹性元件2-2与车轮的支撑轴连接，保证了壳体及外定子部分的静止。

所述减速机构包括太阳轮13-1、行星轮13-2、行星架13-3、齿圈13-4，所述太阳轮13-1作为动力输入端，与转子支撑架1-6相连接；行星轮13-2分别与太阳轮13-1、行星架13-2相连接；齿圈13-4与壳体1-1相连接并保持静止；行星架13-2作为动力输出端，通过螺柱10、弹性元件2-3与车轮的轮毂12相连接。太阳轮输入来自电机的动力，经过行星轮、齿圈、行星架将动力输出给车轮，实现减速增扭的作用以及驱动车辆运行。

所述制动器为多片式湿式制动器，包括摩擦片9-6、压盘9-5、活塞9-3、回位弹簧9-4，所述摩擦片9-6安装在行星架13-2上，并随着行星架13-2转动；压盘9-5安装在壳体1-1上，活塞9-3和回位弹簧9-4装在由壳体1-1和齿圈13-4形成的活塞腔内；所述壳体1-1上设有与活塞腔相连通的进油道1-2、回油道1-7；所述活塞腔与回油道1-7之间设有单向阀9-1；所述进油道1-2、出油道1-2与外部液压系统连接；制动时，单向阀关闭，进油道的压力升高，推动活塞压紧压盘和摩擦片，实现制动；解除制动时，单向阀开启，活塞腔内的油液迅速从腔内流入回油道，减小活塞腔内的压力，在回位弹簧的作用下，活塞离开压盘和摩擦片，制动解除。由于进油道和回油道中的液体不断的流进、流出，带走了大量的热量，起到了冷却的作用；因为这些液体还流过了行星机构以及部分轴承，所以，也使得零件得以很好的润滑，提高它们的使用寿命，真正实现了制动、冷却和润滑的三用功能。

所述不等长双横臂式独立悬架包括上横臂18、下横臂21、节臂3和减震器19，所述节臂3通过第一弹性元件2-1与轮毂电机连接；与所述上横臂18的一端通过上球销17与节臂3的上部联接，另一端通过铰链与车架连接；所述下横臂21的一端通过下球销20与节臂3下部联接，另一端通过铰链与车架连接；减震器19的上部设有减震螺旋弹簧16，减震器19的上端与与车身联接，下端通过螺栓与下横臂21联接。

在车辆的运行过程中，必然会遇到各种工况，同样也会受到各种冲击载荷：当电动轮受到轻微的冲击载荷时，轮胎和和弹性元件2-3将是主要的减振元件，通过各自的变形吸收轻微的冲击载荷，防止对轮毂电机及减速机构产生影响；当电动轮受到中等冲击载荷时，悬挂系统的节臂和车轮不会发生剧烈的相对运动，主要依靠弹性元件2-1～2-3的径向变形来缓冲冲击载荷带来的影响，保证轮毂电机和减速机构正常运行；当电动轮受到较大的冲击载荷时，悬挂系统的节臂和车轮会发生较大位移及剧烈的相对运动，此时除了弹性元件2-1～2-3的径向变形外，还会有各弹性元件与相应结构的摩擦以及弹性元件2-1与弹性元件2-2的轴向变形，来吸收冲击载荷，缓和较大冲击引起的剧烈的相对运动，保证轮毂电机和减速机构的平稳运行，减少电动轮因冲击载荷产生的噪声和震动。

本实施例采用不等长双横臂式独立悬架可以将上横臂布置的高一些，使得车轮传递给上横臂的力将会小些，可以改善汽车的操纵稳定性和乘坐的舒适性；当然，此悬挂系统的结构简单，对于转向系统的布置会相对比较容易，所以，可用于车辆的前轮。

实施例2

本实施例除制动器为电磁式制动盘，其余特征均与实施例1同。

如图2所示，所述制动器为多片式电磁式制动器，包括摩擦片9-16、压盘9-15、磁轭9-11、衔铁9-17，摩擦片9-16和衔铁9-17装在行星架上13-3，并随行星架13-2转动；压盘安装在壳体1-1上；磁轭9-11内腔中绕有线圈9-12，磁轭9-11装在由壳体1-1和齿圈13-4形成的环形腔内；电磁制动器的引出线9-14埋于电机外壳1-1的表面。制动时，线圈中通入电流，磁轭中的磁场吸引衔铁向压盘端靠近，并压紧压盘和摩擦片，实现制动；解除制动时，切断线圈中的电流，磁轭中的磁场消失，衔铁离开压盘和摩擦片，制动解除。

本实施例壳体上设有进油道1-12、回油道1-17，油液从进油道流入，流经电机外壳、电磁制动器的磁轭和齿圈形成的腔，以及行星减速机构形成的腔，最后从回油道离开电机，将电机的大量热量带走，实现了对电机冷却的同时，也对行星减速机构和部分轴承进行了润滑。

实施例3

本实施例除将不等长双横臂式独立悬架替换为多连杆结构外，其余特征均与实施例1同。

如图3所示，所述多连杆结构，包括纵摆臂、横摆臂31、横拉杆38、节臂33和减震器，所述纵摆臂、横摆臂31与节臂33一体形成；所述纵摆臂、横摆臂31分别通过销间接与车架连接；横拉杆38的一端通过球头销37与节臂连接，另一端通过螺栓间接与车架的后横梁连接；减震器39的上部设有减震螺旋弹簧36，减震器39的上端与车身联接，下端通过螺栓30与节臂33联接，将路面作用于电动轮上得力及力矩传递到车身或者车架上，减缓冲击，保证汽车正常行驶。

本实施例的悬挂方式结构简单，占用空间少，使左右两轮的空间较大，而且不会让车轮在运动中发生外倾角变化，而且这种结构的使用的减震器不会发生应力弯曲加剧轮胎磨损，乘坐性佳，当其刹车时除了车头较重会往下沉外，也会往下沉平衡车身，可用于汽车后轮。

实施例4

本实施例除采用钳盘式制动器以及省去了行星减速机构，其余特征均与实施例1同。

如图4所示，所述钳盘式制动器，包括制动盘9-41、制动卡钳9-42、制动油管9-43；所述制动卡钳9-42通过螺钉固定在壳体1-1上；所述制动油管9-43埋在壳体表面上，一端连接外界液压系统，另一端与制动卡钳9-42中的活塞连接；所述制动盘与转子支撑架1-6花键连接，制动盘通过螺柱40、弹性元件2-4与车轮的轮毂12弹性连接；制动时，外界液压系统提供给制动油管制动油压，推动制动卡钳中的活塞运动，使制动卡钳压紧制动盘，实现制动；解除制动，减少油道内的压力，使制动卡钳与制动盘分离。

本实施例壳体上设有进油道1-12、回油道1-17，油液从进油道进入，接着直接从回油道流出，带走电机产生的大量热量。

实施例5

本实施例除轮毂电机的采用内定子外转子的结构、采用内卡式钳盘制动器及省去星减速机构外，其余特征均与实施例1同。

如图5所示，所述轮毂电机包括内定子5-3、由永磁体5-4和转子磁轭5-5组成的外转子、壳体、定子支撑架5-6；内定子支撑在定子支撑架5-6上；壳体通过螺钉与外转子固定连接，通过轴承6支撑在定子支撑架5-6上；定子支撑架5-6通过弹性元件2-5与节臂3连接，通过弹性元件2-6与车轮的支撑轴4连接；并通过定子支撑架5-6上的五个爪和卡环6-3分别将定子支撑架5-6周向定位和轴向定位，从而保证了定子支撑架与定子铁芯与绕组不发生旋转运动。壳体还通过螺栓50、弹性元件2-7与车轮的轮毂12连接。定子支撑架内设有冷却管道5-2，冷却液从节臂上部分进入定子支撑架，分为两股流过转子支撑架，然后从埋于定子支撑架表面的冷却管道回流至转子支撑架中的冷却管道，最后从节臂的下部分流出。

所述内卡式钳盘制动器，包括制动盘9-51、制动卡钳9-52和制动油管，所述制动盘9-51通过铆钉固定在壳体1-1的外壁，随着壳体一起旋转；制动卡钳9-52内卡于制动盘9-51，并且通过螺栓固定于节臂3表面的凸台处，其安装方式可以采用定钳盘式制动器，也可以采用滑动钳盘式制动器，还可以是摆动钳盘式制动器；所述制动油管的一端连接外界液压系统，另一端与与制动卡钳内的活塞连接。

当轮毂电机工作时，转子通过螺栓50带动车轮及制动盘9-51转动，实现车辆驱动。需要制动时，外界液压系统根据车辆行驶的状态信号，提供给制动油管内腔相应的压力，推动制动卡钳内的活塞，使制动卡钳上的摩擦片压紧制动盘，实现制动。解除制动时，减少制动油管内的压力，使制动卡钳与制动盘分离。此种结构的电动轮结构简单，使得车轮内部空间布置容易，加工和安装方便；同时，此结构的动力传递线路短，传递效率高，响应迅速，更容易实现实时控制。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种内置悬置集成式轮毂电机驱动电动轮，包括轮毂电机、制动器和车轮，其特征在于，还包括减振机构，所述减振机构包括第一弹性元件、第二弹性元件；轮毂电机通过第一弹性元件与车辆连接，通过第二弹性元件与车轮的支撑轴连接。

2.根据权利要求1所述的内置悬置集成式轮毂电机驱动电动轮，其特征在于，所述轮毂电机包括外定子、由永磁体和转子磁轭组成的内转子、壳体、转子支撑架，外定子固定于壳体上，永磁体通过胶贴在转子磁轭的表面，转子磁轭通过螺纹与转子支撑架连接；壳体通过第一弹性元件与节臂连接，通过第二弹性元件与车轮的支撑轴连接。

3.根据权利要求1所述的内置悬置集成式轮毂电机驱动电动轮，其特征在于，所述轮毂电机包括内定子、由永磁体和转子磁轭组成的外转子、壳体、定子支撑架；内定子支撑在定子支撑架上；壳体通过螺钉与外转子固定连接，通过轴承支撑在定子支撑架上；定子支撑架通过第一弹性元件与节臂连接，通过第二弹性元件与车轮的支撑轴连接；壳体还通过第三弹性元件与车轮的轮毂连接。

4.根据权利要求2所述的内置悬置集成式轮毂电机驱动电动轮，其特征在于，还包括减速机构，所述减速机构包括太阳轮、行星轮、行星架、齿圈，所述太阳轮作为动力输入端，与转子支撑架相连接；行星轮分别与太阳轮、行星架相连接；齿圈与壳体相连接并保持静止；行星架作为动力输出端，通过螺柱、第四弹性元件与车轮的轮毂相连接。

5.根据权利要求4所述的内置悬置集成式轮毂电机驱动电动轮，其特征在于，所述制动器为多片式湿式制动器，包括摩擦片、压盘、活塞、回位弹簧，所述摩擦片安装在行星架上，并随着行星架转动；压盘安装在壳体上，活塞和回位弹簧装在由壳体和齿圈形成的活塞腔内；所述壳体上设有与活塞腔相连通的进油道、回油道；所述活塞腔与回油道之间设有单向阀；所述进油道、出油道与外部液压系统连接；

制动时，单向阀关闭，进油道的压力升高，推动活塞压紧压盘和摩擦片，实现制动；

解除制动时，单向阀开启，活塞腔内的油液迅速从腔内流入回油道，减小活塞腔内的压力，在回位弹簧的作用下，活塞离开压盘和摩擦片，制动解除。

6.根据权利要求4所述的内置悬置集成式轮毂电机驱动电动轮，其特征在于，所述制动器为多片式电磁式制动器，包括摩擦片、压盘、磁轭、衔铁，摩擦片和衔铁装在行星架上，并随行星架转动；压盘安装在壳体上；磁轭内腔中绕有线圈，磁轭装在由壳体和齿圈形成的环形腔内；

制动时，线圈中通入电流，磁轭中的磁场吸引衔铁向压盘端靠近，并压紧压盘和摩擦片，实现制动；

解除制动时，切断线圈中的电流，磁轭中的磁场消失，衔铁离开压盘和摩擦片，制动解除。

7.根据权利要求2所述的内置悬置集成式轮毂电机驱动电动轮，其特征在于，所述制动器为钳盘式制动器，包括制动盘、制动卡钳、制动油管；所述制动卡钳通过螺钉固定在壳体上；所述制动油管埋在壳体表面上，一端连接外界液压系统，另一端与制动卡钳中的活塞连接；所述制动盘与转子支撑架花键连接，制动盘通过螺柱、第五弹性元件与车轮的轮毂弹性连接；

制动时，外界液压系统提供给制动油管制动油压，推动制动卡钳中的活塞运动，使制动卡钳压紧制动盘，实现制动；

解除制动，减少制动油管内的压力，使制动卡钳与制动盘分离，制动解除。

8.根据权利要求3所述的内置悬置集成式轮毂电机驱动电动轮，其特征在于，所述制动器为内卡式钳盘制动器，包括制动盘、制动卡钳和制动油管，所述制动盘通过铆钉固定在壳体的外壁，随着壳体一起旋转；制动卡钳内卡于制动盘，并且通过螺栓固定于节臂表面的凸台处；所述制动油管的一端连接外界液压系统，另一端与与制动卡钳内的活塞连接；

制动时，外界液压系统提供给制动油管制动油压，推动活塞，使制动卡钳上的摩擦片压紧制动盘，实现制动；

解除制动时，减少制动油管内的压力，使制动卡钳与制动盘分离，制动解除。

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