CN103935231A - 电机直驱系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电机直驱系统，包括车体、车轮、电机、传动轴、车速传感器以及控制器。车轮的数量至少为两个。电机的数量与车轮的数量相等，一个电机驱动一个车轮。传动轴连接车轮和电机，传动轴的数量与车轮的数量相等，且每一个传动轴直接连接与其相对应的车轮和电机。车速传感器实时检测车轮的转速并将该转速信号转换为电信号。控制器电性连接车速传感器，控制器接收车速传感器输出的检测信号，并根据该检测信号来控制电机的转速。本发明提供的电机直驱系统去除不必要的变速、差速、驱动以及连接等机械装置，从而不仅大大减少能源浪费，提高了能源利用率；且进一步降低车辆制造成本和减少车辆运行中的维护修理成本。

Description

电机直驱系统

技术领域

本发明涉及汽车驱动领域，且特别涉及一种电机直驱系统。

背景技术

通常在用电机驱动四轮或四轮以上车辆时，都是由单个电机以高速旋转的动力形式输出后连接一个机械的变速装置进行减速处理，且一般都以一组或多组齿轮结合旋转进行变速。再通过连接装置连接到驱动装置上，然后通过驱动装置再次进行机械的变速或差速，最后通过传动轴驱动车辆的车轮，使得车辆可以根据驾驶的要求可快可慢转向自如地行使。这是目前在汽车领域里最为常见的用电机驱动车辆的方法。

然而，采用以上的传动和驱动方式，电机动力输出端必须连接传动齿轮等机械部件进行变速或减速。由于齿轮相互转动时产生了摩擦阻力不必要地消耗了宝贵的动力能源，且齿轮等部件间的相互转动和摩擦还会产生大量的热量。因此，为了减少摩擦阻力和热量，就必须对变速装置进行润滑以减小摩擦力。另外从电机到减速装置再到驱动装置的连接也在不同程度上消耗了能量。这些不必要的变速、驱动和连接装置，消耗了大量的能量，大大增加了制造和维护成本。

发明内容

本发明为了克服现有的用于汽车上的电机驱动系统能耗大的问题，提供一种电机直驱系统。

为了实现上述目的，本发明提供一种电机直驱系统，包括车体、车轮、电机、传动轴、车速传感器以及控制器。车轮的数量至少为两个。电机的数量与车轮的数量相等，一个电机驱动一个车轮。传动轴连接车轮和电机，传动轴的数量与车轮的数量相等，且每一个传动轴直接连接与其相对应的车轮和电机。车速传感器实时检测车轮的转速并将该转速信号转换为电信号。控制器电性连接车速传感器，控制器接收车速传感器输出的检测信号，并根据该检测信号来控制电机的转速。

上述电机直驱系统，其中，控制器包括主控单元、电子差速器以及电机控制器，电子差速器接收车速传感器输出的检测信号，经分析处理后将信号传送给主控单元，主控单元发出控制信号控制电机控制器，实现电机转速的控制。

上述电机直驱系统，其中，控制器还电性连接位于车体内的方向盘电位计，接收方向盘电位计的输出，并根据该输出信号来控制电机的转速。

上述电机直驱系统，其中，车速传感器设置于车轮或电机或传动轴。

上述电机直驱系统，其中，电机位于车轮的外部，且位于车体内。

上述电机直驱系统，其中，控制器的数量小于等于电机的数量。

上述电机直驱系统，其中，控制器的数量为一个，控制器电性连接各个电机，以一对多的总控制形式实现各个电机的控制。

上述电机直驱系统，其中，控制器的数量与电机的数量相等，一个控制器独立控制一个电机。

综上，本发明与现有技术相比具有以下优点：设置一个电机通过传动轴直接驱动车轮，使用时只需通过控制器来调节电机的转速就可实现车轮转速的直接调节。与传统的驱动装置相比，调速的过程中只经过传动轴，没有经过任何齿轮或机械差速器等摩擦大、损耗大的机械部件进行调速，不仅大大降低了汽车运行过程中的能量损耗，同时也减小了齿轮等部件的维护成本。

此外，通过设置主控单元、电子差速器和电机控制器来实现变速和差速。具体在使用时，当车辆转弯或车轮位于不同的路面时，车轮的转速不同。车速传感器检测到车轮的转速发生变化并将该检测信号传送至电子差速器，电子差速器接收该变化值，并对其进行分析，确定每个车轮的驱动目标，并将该目标信号传送至主控单元。主控单元根据该目标信号发出控制信号至电机控制器。电机控制器输出不同的功率至不同的电机，实现不同车轮间转速不同的要求。通过控制输出给每个电机的功率值来实现相应的速度的调节，与传统的机械差速器相比，能耗大大的得到降低。此外，为提高控制精度，控制器还电性连接位于车体内的方向盘电位计，通过检测方向盘电位计的输出来判断车辆是否转弯，从而达到车辆转弯时车辆转速的精确控制，实现车轮的平稳转弯。进一步的，结合不同的车型以及制造成本，用户可选择一个或多个控制器来控制各个电机。一个控制器控制所有的电机，制造成本较低；而采用一个控制器独立控制一个电机，控制精度高，但成本相对较高；此外，用户还可选择综合以上两种方案，来实现成本和控制精度间的平衡。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1所示为传统的用于汽车上的电机驱动系统的结构示意图。

图2所示为本发明一实施例提供的用于汽车上的电机直驱系统的结构示意图。

具体实施方式

图1所示为传统的用于汽车上的电机驱动系统的结构示意图。图2所示为本发明一实施例提供的用于汽车上的电机直驱系统的结构示意图。请一并参阅图1至图2。

如图1所示，传统的用于汽车上的电机驱动系统由电机100、变速装置101、驱动装置102、传动轴103、车轮104以及连接各装置的连接装置105组成。且所有的车轮104都采用一个电机100进行驱动。汽车在行驶时，由于受行驶公路的结构以及路面的状况的影响，为实现平稳行驶，车轮104间的转速是不同的。而传统的电机驱动系统由于采用一个电机100驱动所有的车轮104，因此，采用变速装置101来实现车轮104间转速的不同。即电机100高速旋转后连接一个机械的变速装置101进行减速处理，而机械变速装置101通常是通过一组或多组齿轮结合旋转进行变速。变速后经驱动装置102变速或差速后再经传动轴103驱动车辆的车轮104。采用这种方式进行驱动，在进行变速时，齿轮间的高速旋转产生很大的摩擦阻力，不必要的消耗了宝贵的动力能源。

因此，为减少驱动过程中的能源损耗，本发明提供一种电机直驱系统，包括车体、车轮1、电机2、传动轴3、车速传感器5以及控制器4。车轮1的数量至少为两个。电机2的数量与车轮1的数量相等，一个电机2驱动一个车轮1。传动轴3连接车轮1和电机2，且传动轴3的数量与车轮1的数量相等，且每一个传动轴3直接连接与其相对应的车轮1和电机3。车速传感器5实时检测车轮1的转速并将该转速信号转换为电信号。控制器4电性连接车速传感器5，控制器4接收车速传感器5输出的检测信号，并根据该检测信号来控制电机2的转速。于本实施例中，车轮1的数量为四个（图2中给出的是四轮车辆的两个后轮，两个前轮图中未示，但其驱动方式与后轮相同）。因此，相应的电机2和传动轴3的数量也为四个。然而，本发明对车轮1的数量不作任何限制。

其中，控制器4包括主控单元41、电子差速器42以及电机控制器43，电子差速器42接收车速传感器5输出的检测信号，经分析处理后将信号传送给主控单元41，主控单元41发出控制信号控制电机控制器43实现电机2转速的控制。使用时，当车辆转弯或车轮1位于不同的路面（如一个轮子位于泥地，一个轮子位于水泥地）时，车轮1的转速不同。车速传感器5检测到车轮1的转速发生变化并将该检测信号传送至电子差速器42。电子差速器42接收该变化值，并对其进行分析，确定每个车轮1的驱动目标。将该目标信号传送至主控单元41。主控单元41根据该目标信号发出控制信号至电机控制器43。电机控制器43输出不同的功率至不同的电机2，使得不同车轮1间转速不同的要求。此外，为进一步提高控制精度，于本实施例中，控制器4还电性连接位于车体内的方向盘电位计，通过检测方向盘电位计的输出来判断车辆是否转弯，从而达到车辆转弯时车辆转速的精确控制，实现车轮1的平稳转弯。

具体而言，当车辆行驶在弯道时，方向盘的转动使得方向盘电位计的输出电压发生变化，此时电子差速器42接收该变化值，并对其进行分析，确定每个车轮1的驱动目标。并将该目标信号转送给主控单元41。主控单元41根据该目标信号判断车辆的转弯方向，并判断相应的内侧车轮和外侧车轮。主控单元41判断完成后，发出控制信号给电机控制器43，使得电机控制器43输出给驱动内侧车轮的电机的功率值减小，而输出给驱动外侧车轮的电机的功率值增加，使得内侧车轮转速减小，而外侧车轮的转速增加，最终实现车辆的平稳转弯。本发明提供的电机直驱系统，电机1通过传动轴3与车轮1连接，电机1高速旋转速出的动力几乎可以全部传递到车轮1，而中间也仅有传动轴3产生少量的损耗。且采用电子控制的方式来实现车辆行驶过程中的变速或差速，不仅大大降低机械部件摩擦所产生的不必要损耗，提高能源利用率，同时也省去这些机械部件以及对这些机械部件的维护，大幅度降低制造成本和维护成本。

于本实施例中，车速传感器5设置于电机2，且由电机2内的转子和定子组成。转子不断的切割定子将车轮1的转速转换为电信号输出。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，车速传感器5可为外置于电机2且还可设置于传动轴3或车轮1。

于本实施例中，设置电机2位于车轮1的外部，两者通过传动轴3相连，且电机2还位于车体内。由于车轮1是车体的主要承重部件，在使用过程中车轮1容易损坏，需定期进行更换。因此，为更有利于车轮1的更换和维修，将电机2设置在车轮1的外部。进一步的，为提高电机2的使用寿命，将电机2设置在车体内，避免外部环境对电机2造成损害。

于本实施例中，为进一步提高控制精度，设置控制器4的数量与电机2的数量相等，一个控制器4独立控制一个电机2。然而，对于控制精度要求不高的车辆，在考虑成本时，可选择控制器4的数量为一个，控制器4电性连接各个电机2，以一对多的总控制形式实现各个电机2的控制。当然，用户还可综合以上两种方案，选择部分对控制精度要求不高的电机2共用一个控制器4，而对控制精度要求高的电机2采用单独的一个控制器4进行控制，实现控制精度和制造成本间的平衡。于本实施例中，设置控制器4的数量为四个，一个控制器4独立控制一个电机2，但控制器4间是电性连接的，从而实现不同车轮1间转速的比较与控制。然而，本发明对此不作任何限定。

综上，本发明与现有技术相比具有以下优点：设置一个电机2通过传动轴3直接驱动车轮1，使用时只需通过控制器4来调节电机2的转速就可实现车轮1转速的直接调节。与传统的驱动装置相比，调速的过程中只经过传动轴3，没有经过任何齿轮或机械差速器等摩擦大、损耗大的机械部件进行调速，不仅大大降低了汽车运行过程中的能量损耗，同时也减小了齿轮等部件的维护成本。

此外，通过设置主控单元41、电子差速器42和电机控制器43来实现变速和差速。具体在使用时，当车辆转弯或车轮1位于不同的路面时，车轮1的转速不同。车速传感器5检测到车轮1的转速发生变化并将该检测信号传送至电子差速器42，电子差速器42接收该变化值，并对其进行分析，确定每个车轮1的驱动目标，并将该目标信号传送至主控单元41。主控单元41根据该检测信号发出控制信号至电机控制器43。电机控制器43输出不同的功率至不同的电机2，实现不同车轮1间转速不同的要求。通过控制输出给每个电机1的功率值来实现相应的速度的调节，与传统的机械差速器相比，能耗大大的得到降低。此外，为提高控制精度，控制器4还电性连接位于车体内的方向盘电位计，通过检测方向盘电位计的输出来判断车辆是否转弯，从而达到车辆转弯时车辆转速的精确控制，实现车轮的平稳转弯。进一步的，结合不同的车型以及制造成本，用户可选择一个或多个控制器4来控制各个电机。一个控制器4控制所有的电机2，制造成本较低；而采用一个控制器4独立控制一个电机2，控制精度高，但成本相对较高；此外，用户还可选择综合以上两种方案，来实现成本和控制精度的平衡。

虽然本发明已由较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟知此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所要求保护的范围为准。

Claims (8)

1.一种电机直驱系统，其特征在于，包括：

车体；

车轮，所述车轮的数量至少为两个；

电机，所述电机的数量与所述车轮的数量相等，一个所述电机驱动一个所述车轮；

传动轴，连接所述车轮和电机，所述传动轴的数量与所述车轮的数量相等，且每一个所述传动轴直接连接与其相对应的所述车轮和电机；

车速传感器，所述车速传感器实时检测所述车轮的转速并将该转速信号转换为电信号；

控制器，电性连接所述车速传感器，所述控制器接收所述车速传感器输出的检测信号，并根据该检测信号来控制所述电机的转速。

2.根据权利要求1所述的电机直驱系统，其特征在于，所述控制器包括主控单元、电子差速器以及电机控制器，所述电子差速器接收所述车速传感器输出的检测信号，经分析处理后将信号传送给所述主控单元，所述主控单元发出控制信号控制所述电机控制器，实现电机转速的控制。

3.根据权利要求1所述的电机直驱系统，其特征在于，所述控制器还电性连接位于所述车体内的方向盘电位计，接收方向盘电位计的输出，并根据该输出信号来控制所述电机的转速。

4.根据权利要求1所述的电机直驱系统，其特征在于，所述车速传感器设置于所述车轮或电机或传动轴。

5.根据权利要求1所述的电机直驱系统，其特征在于，所述电机位于车轮的外部，且位于所述车体内。

6.根据权利要求1所述的电机直驱系统，其特征在于，所述控制器的数量小于等于所述电机的数量。

7.根据权利要求6所述的电机直驱系统，其特征在于，所述控制器的数量为一个，所述控制器电性连接各个所述电机，以一对多的总控制形式实现各个电机的控制。

8.根据权利要求6所述的电机直驱系统，其特征在于，所述控制器的数量与所述电机的数量相等，一个所述控制器独立控制一个所述电机。