CN103754261A - 电动轮及安装有该电动轮的车辆 - Google Patents

Abstract

一种全向电动轮及安装有该电动轮的车辆，该电动轮包括：轮毂组件，所述轮毂组件包括在垂直方向延伸的转向轴、与转向轴固定在一起并在转向轴的侧向延伸的轮毂外传动轴、设置在轮毂外传动轴的一端面上的轮毂内传动轴；电磁离合器，所述电磁离合器安装在所述转向轴外周面周围；电动机，所述电动机至少部分地位于所述轮毂外传动轴的内侧；转动轮，所述转动轮固定在所述轮毂外传动轴的端面的外侧，并通过所述轮毂内传动轴与与所述电动机输出端连接，使得电动机能够驱动转动轮转动；其中，当电磁离合器通电吸合时，电磁离合器使得转向轴不能够转动，当电磁离合器断电时，该转向轴能够转动，从而转动轮、轮毂外传动轴能够和该转向轴一起转动。

Description

电动轮及安装有该电动轮的车辆

技术领域

本发明涉及一种车轮及车辆，具体地，涉及一种用于全向电动轮及安装有该电动轮的车辆。

背景技术

当今环保和能源利用率备受关注，尽管目前车辆尾气排放和燃油消耗降低到了很低的水平，但不能从根本上解决环境污染和能源问题。机动车中唯有电动车能实现零排放，并且不依赖石油。电动车辆是指将随车电源作为动力源，用电机驱动的行驶在道路的车辆。是汽车，电子，智能控制，计算机，新材料，工程和技术等集成产品的最新成果。清洁无污染、能量效率高、结构简单、维修方便，是未来重要的新型绿色运输工具。已经被来自世界各地的政府大力支持。

电动车的制动系统是车辆行驶、驻车的重要安全保障。常见的主要有机械式、气动式、液压式、气液混合式这几种类型，尽管种类样式很多，但它们具有相似的工作原理，即利用制动装置在制动状态下出现的摩擦热量来对车辆的行驶动能进行大量的消耗，以实现减速和停车的目的。传统的制动方法存在以下几方面问题：1）造成轮系结构复杂，在可靠性和安全性上得不到保证；2）制动力与转动轮附着力协调性不好；3）制动部分的零件结构会随着运动距离的增多受到磨损和消耗，造成其配合关系改变。

发明内容

本发明就是为解决上述技术问题而做出的，其目的在于提供一种全向交流驱动电动轮。该电动轮结构简单，在使用时可以节省机械部件，同时在进行转向时控制灵活，并且减少了转动轮的损耗。

根据上述目的，本发明提供一种全向交流驱动电动轮，包括：轮毂组件，所述轮毂组件包括在垂直方向延伸的转向轴、与转向轴固定在一起并在转向轴的侧向延伸的轮毂外传动轴、设置在轮毂外传动轴的一端面上的轮毂内传动轴；电磁离合器，所述电磁离合器安装在所述转向轴外周面周围；电动机，所述电动机至少部分地位于所述轮毂外传动轴的内侧；转动轮，所述转动轮固定在所述轮毂外传动轴的端面的外侧，并通过所述轮毂内传动轴与与所述电动机输出端连接，使得电动机能够驱动转动轮转动；其中，当电磁离合器通电吸合时，电磁离合器使得转向轴不能够转动，当电磁离合器断电时，该转向轴能够转动，从而转动轮、轮毂外传动轴能够和该转向轴一起转动。

所述轮毂外传动轴优选为空心结构，所述电动机安装在毂外传动轴内部，对空间进行了充分的利用。

在一个实施例中，所述转向轴中的竖直轴均为花键轴，轮毂外传动轴上设有与之配合的花键结构。

本发明还涉及一种车辆，其安装有多个本发明的电动轮。

在一个事实例中，通过调整每个电动轮的电磁离合器的通断及转动轮转速，可以将每个电动轮调整在相对于车辆的特定的走向上。

在一个优选实施例中，多个所述电动轮相当于车辆的走向能够被同步地控制。

另外，所述采用电磁离合器配合驱动电动轮形成无转向电机的转向——驱动一体化电动轮模块。当电磁离合器断电后，与电磁离合器共轴的转向系统呈自由状态，这时转动轮前后转动即形成了绕转向轴的左右转向运动，当达到既定转向角后，电磁离合器通电，电动轮转向被电磁离合器锁定，从而实现了转向——驱动一体化，实现了无转向电机的转向控制。

另外，安装有多个所述电动轮的电动车行进时，通过调整电磁离合器的通断及转动轮转速，配合转向系统绝对编码器的位置控制，可实现交流电动轮——运载平台系统的任意轨迹行驶控制。

另外，安装有多个所述电动轮的电动车，其特征在于，依据驻车姿态，调整多个电动轮的相对位置，锁定电磁离合器，则可实现无刹车、无动力驻车。释放了电动轮毂刹车片空间，达到了电动轮毂轻量化及高可靠驻车系统设计的目的。

如上所述，本发明所述的电动轮具有电磁离合器，可以容易地对转动轮的转向进行控制，并且在车辆直线行驶时，电磁离合器处于通电吸合状态，只有在转动轮进行转向时，电磁离合器才处于断电分离状态，这样可以使用电磁离合器可以轻易地对转动轮的转向进行控制，而不需要传统电动车通过转向电机进行转向，这样可以简化电动车的结构。

附图说明

图1是示出本发明的电动轮的立体示意图；

图2是示出的是隐去电动机后的电动轮剖视图；

图3是示出本发明的电动轮的轮毂组件的结构示意图；

图4是示出图3轮毂组件的轮毂外传动轴结构示意图；

图5是示出图3轮毂组件的轮毂内传动轴结构示意图；

图6是示出本发明的电动轮的电动机的结构示意图；

图7是示出本发明的电动轮的电磁离合器的剖视图；

图8是示出安装有多个本发明所述的电动轮的电动车底盘的示意图；

图9是示出图8所述的电动车底盘的几种运动状态的示意图

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明所述的体运动轨迹测量系统的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，相同的附图标记表示相同或相似的部分。

图1是示出本发明的电动轮的立体示意图。图2是示出的是隐去电动机后的电动轮剖视图。图3是示出本发明的电动轮的轮毂组件的结构示意图。图4是示出图3轮毂组件的轮毂外传动轴结构示意图。图5是示出图3轮毂组件的轮毂内传动轴结构示意图。图6是示出安装有多个本发明所述的电动轮的电动车底盘的示意图。图7是示出图6所述的电动车底盘的几种运动状态的示意图。

如图1所示，本发明的全向交流驱动电动轮包括：电动机100、轮毂组件200、电磁离合器300以及转动轮400。

如图2、图4所示，轮毂组件200包括支架（230和240）、转向轴（220和250）、轮毂外传动轴210、轮毂内传动轴270、离合器盖260以及法兰280。在一个实施例中，转向轴包括上转向轴250和下转向轴220两部分，上转向轴250和下转向轴220沿竖直方向同轴布置。支架分为下支架230和上支架240，下支架230与上支架240之间用螺栓连接。下支架230用于安装固定轮毂外传动轴210的下端213、下转向轴220，上支架240用于安装固定轮毂外传动轴210的上端212、上转向轴250以及电磁离合器盖260。所述电磁离合器盖260一方面与上支架240固定，另一方面也与电磁离合器300的定子350固定。

转向轴包括沿垂直方向延伸的共轴的下转向轴220和上转向轴250，下转向轴220和上转向轴250均分别穿过轮毂外传动轴210上下端部（212、213）的轴孔。上转向轴250与电磁离合器300的转子360之间采用键连接，该电磁离合器300，例如，称环形设置在上转向轴250的圆周面周围。上转向轴250能够传递电磁离合器300与轮毂外传动轴210之间的制动力矩。如图3、4所示，所述轮毂外传动轴210呈空心圆筒状，其上设有镂空结构211，用于减轻重量，轮毂外传动轴210上端设有轴孔212，所述轴孔212内部为花键结构，用于与上转向轴250装配在一起。如后面要详细描述的，转动轮400固定到轮毂外传动轴210的一侧，从而当电磁离合器300断电时，转动轮400和轮毂外传动轴210一起能够绕着转向轴（250、220）转动，并使得转向轴（250、220）随着转动轮400和轮毂外传动轴210一起转动。当电磁离合器300通电时，使得上转动轴250不能转动，从而使得转动轮400和轮毂外传动轴210停止转动。

如图5所示，所述轮毂内传动轴270设有内法兰271和外法兰272。内法兰271用于连接电动机100的输出轴，外法兰272用于连接转动轮400的轮辋420，所述轮毂内传动轴270用于将动力由电动机100传递至转动轮400。所述离合器盖260与上支架240配合安装固定电磁离合器300。

如图7所示，所述电磁离合器300包括连接盘310、定位齿轮320、动齿轮330、线圈340、定子350、转子360、键槽361、轴承370、衔铁380以及套筒390。法兰280与上支架240用螺钉固定，连接盘310通过螺钉与法兰280固定，连接盘310外围设有外齿轮，与定位齿轮320的内齿轮配合，定位齿轮320可以沿着轴向相对于连接盘310上下移动，衔铁390与定位齿轮320固定在一起，定位齿轮320上方设有齿轮，动齿轮330下方设有齿轮，动齿轮330与转子360固定在一起，无相对运动；转子360内侧设有线圈340，定子350与转子360之间设有轴承370。电磁离合器300断电时，线圈340无磁性，在重力作用下，衔铁390与下表面与连接盘310上表面贴合，与衔铁390固定在一起的定位齿轮320沿着连接盘310的外齿轮下落，定位齿轮310上方的齿轮与动齿轮330下方的齿轮分离，与转子360通过键连接的上转向轴250，可以带动转子360及动齿轮330旋转；电磁离合器300通电时，线圈340有磁性，衔铁390在线圈340向上的吸引力作用下，带动定位齿轮320向上运动，定位齿轮320上方齿轮与动齿轮330下方的齿轮啮合，动齿轮330不能相对定位齿轮320转动，转子360以及与转子360通过键连接的上转向轴250均不能转动。

所述电磁离合器300位于所述轮毂组件200的上支架240上方，布置为环绕上转向轴250，例如，通过键固定到上转向轴250上，通电时电磁离合器300吸合在上转向轴250上，使得上转向轴250不能旋转，断电时电磁离合器300与上转向轴250分离，上转向轴250可以自由旋转。即电磁离合器300通电时电动轮不能绕着转向轴（220和250）旋转，断电时电动轮可以绕着转向轴（220和250）自由旋转。

如图1所示，所述电动机100部分地位于轮毂外传动轴210内部，且与轮毂外传动轴210共轴。参见图6，电动机100设有弧面110、平面120以及法兰130等结构。所述弧面110、平面120交替的外轮廓与图4所示轮毂外传动轴210内表面配合，能够实现电动机100的稳定安装。所述电动机100的法兰130设有均匀分布的螺纹通孔，通过螺钉与图5所示的轮毂内传动轴270连接，实现电动机100的安装和定位。所述电动机100为所述转动轮400的旋转提供动力。

所述转动轮400包括轮胎410和轮辋420。所述车轮与电动机100输出轴、轮毂外传动轴210均共轴，且位于轮毂外传动轴210的外侧。所述轮辋420上设有法兰结构，通过螺钉与轮毂内传动轴270固定在一起。因此，电动机提供的动力经输出轴传递至轮毂内传动轴270，再经轮毂内传动轴270传递至轮辋420进而带动轮胎420旋转。

如图1所示，本发明的全向交流电动轮，可以根据需要实现几种运动状态。当电动机100的输出轴旋转时，转动轮400随之绕着电动机100的输出轴的轴线旋转，即，自转，此时如果电磁离合器300通电，上转向轴250不能转动，则与上转向轴250固定联接的电动轮不能绕着转向轴（220和250）旋转，依靠与地面的摩擦力电动轮保持直行；当电磁离合器300断电分离，并且转动轮400随着电动机的输出轴旋转时，依靠转动轮400与地面间的摩擦力，转动轮400能够绕着转向轴（220和250）旋转，此时电动轮转向前行。

图8是安装有多个本发明所述的电动轮的电动车底盘的示意图。本发明的一个实施例的电动车底盘，安装有四个本发明的全向电动轮1000，车架为2000。安装有本发明所述的电动轮1000的车辆具有改进的性能。图9是示出图8所述的电动车底盘的电动轮1000的几种运动状态的示意图。当四个电动轮转过的角度（即，转动轮相对于与车辆的走向）如图9a所示的角度时，电动车底盘能够实现原地旋转，旋转中心为图9a矩形的中心。当四个电动轮转过的角度如图9b所示的角度时，电动车底盘能够实现横向行进。当四个电动轮转过的角度如图9c所示的角度时，转弯半径减小，车辆灵活性变强。当四个电动轮转过的角度如图9d所示的角度时，能够根据路况和及车速改变车轮角度实现车体快速转向，使产生的横摆角速度以及侧向加速度很快达到稳定状态，改善了车辆的运行稳定性。当四个电动轮转过的角度如图9e所示的角度时，电动车底盘能够实现无刹车驻车。

综上所述，本发明所述的全向交流电动轮，能够独立驱动、独立控制。安装有多个本发明所述的电动轮的电动车底盘可以依据行车姿态，独立调整电动轮相对位置、转速、驱动力矩等行车参数，实现电动轮模块对底盘驱动力及驱动力矩的协同与优化控制。依据驻车姿态，调整四轮相对位置，锁定电磁离合器，则可实现无刹车、无动力驻车。释放了电动轮毂刹车片空间，达到了电动轮毂轻量化及高可靠驻车系统设计的目的。

本领域技术人员应当理解，对于上述发明涉及的电动轮，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进和组合。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (6)

1.一种电动轮，包括：

轮毂组件，所述轮毂组件包括在垂直方向延伸的转向轴、与转向轴固定在一起并在转向轴的侧向延伸的轮毂外传动轴、设置在轮毂外传动轴的一端面上的轮毂内传动轴；

电磁离合器，所述电磁离合器安装在所述转向轴外周面周围；

电动机，所述电动机至少部分地位于所述轮毂外传动轴的内侧；

转动轮，所述转动轮固定在所述轮毂外传动轴的端面的外侧，并通过所述轮毂内传动轴与与所述电动机输出端连接，使得电动机能够驱动转动轮转动；

其中，当电磁离合器通电吸合时，电磁离合器使得转向轴不能够转动，当电磁离合器断电时，该转向轴能够转动，从而转动轮、轮毂外传动轴能够和该转向轴一起转动。

2.根据权利要求1所述的电动轮，其特征在于，所述轮毂外传动轴为空心柱状结构，所述电动机安装在毂外传动轴内部。

3.根据权利要求1所述的电动轮，其特征在于，在垂直向延伸的所述转向轴为花键轴，轮毂外传动轴上设有与之配合的花键结构。

4.一种车辆，其安装有多个如权利要求1至3中的一项所述的电动轮。

5.根据权利要求4所述的车辆，通过调整每个电动轮的电磁离合器的通断及转动轮转速，可以将每个电动轮调整在相对于车辆的特定的走向上。

6.根据权利要求4所述的安装有多个所述电动轮的电动车，其特征在于，多个所述电动轮相当于车辆的走向能够被同步地控制。

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