CN104228549A - 带有电磁减振装置的轮毂电机驱动电动轮 - Google Patents

Abstract

一种带有电磁减振装置的轮毂电机驱动电动轮，包括：电机定子、电机转子、车轮组件、制动器、减速传动系统、电磁减振装置以及控制系统，制动器分别与电机定子和电机转子相连，减速传动系统的动力输入端与电机转子相连，动力输出端与车轮组件相连，电磁减振装置分别与电机定子和车轮组件相连。本发明通过线圈电流调节电磁阻尼力实现减振的主动控制，以解决轮毂电机驱动电动汽车的平顺性、舒适性较差及轮毂电机工作环境恶劣的问题。

Description

带有电磁减振装置的轮毂电机驱动电动轮

技术领域

本发明涉及的是一种动力布置领域的装置，具体是一种带有电磁减振装置的轮毂电机驱动电动轮。

背景技术

轮毂电机技术又称车轮内装电机技术，它的最大特点就是将动力、传动和制动装置都整合到轮毂内，因此将电动汽车的机械部分大大简化。既可节省车厢内空间，又可提高传递效率。它广泛用于电动车及其他转动机构，适用于电动汽车、电动观光车及其它电动交通工具。

轮毂电机虽然实现可以电机与车轮之间动力的高效转化，但车轮的振动直接传递到电机，一方面会降低电机的耐久性；另一方面轮毂电机增加的非簧载质量严重影响了车辆的安全性、稳定性和舒适性，因此，电动轮毂的电动汽车较多的应用于小功率低转矩场合；就现有的技术，电动轮毂如要获得较大的转矩，必须增加电机体积和质量，也就进一步增加了非簧载质量。

而目前车轮轮毂电机上所采用多数为被动式减振器，比如传统的被动式液压减振器通过油液流过单向阀的阻尼实现减振作用，阻尼力变化有限，也难适用于高频振动，驾驶员与乘客在行车过程中的舒适度得不到最大满足。且阻尼器减振过程中的滑动摩擦易产生磨损，影响其减振能力和使用寿命。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN102673380，公开日2012-9-19，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，所述的减速机构包括太阳轮、行星轮、行星架、齿圈，所述的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。但该技术中弹性元件变形空间较小，吸收冲击载荷能力较弱，利用摩擦吸收能量易引起弹性元件的失效问题，随着时间推移，减振效果将减弱且无其他装置进行补偿；此外，该技术采用被动式减振，不能根据实时路况及载荷做出及时的减振调整。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种带有电磁减振装置的轮毂电机驱动电动轮，通过线圈电流调节电磁阻尼力实现减振的主动控制，以解决轮毂电机驱动电动汽车的平顺性、舒适性较差及轮毂电机工作环境恶劣的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：电机定子、电机转子、车轮组件、制动器、减速传动系统、电磁减振装置以及控制系统，其中：制动器分别与电机定子和电机转子相连，减速传动系统的动力输入端与电机转子相连，动力输出端与车轮组件相连，电磁减振装置分别与电机定子和车轮组件相连，电机定子受来自车轮组件振动而发生跳动，并进一步将能量传递至电磁减振装置并生成阻尼力，与电磁减振装置相连的控制系统依据电磁减振装置的运动信号控制阻尼力的大小，从而实现振动抑制。

所述的电磁减振装置包括：上壳体、阻尼器下壳体、弹簧、套筒座、上减振杆、下减振杆、第一永磁体、第一线圈、第二永磁体和第二线圈，其中：上壳体和下壳体的边缘部分别固定于车轮组件上，套筒座与电机定子的上端相固定，上减振杆的上端与套筒座相固定且保持垂直方向运动，下端分别设有第一永磁体和第一线圈，下减振杆的上端分别设有第二永磁体和第二线圈，下端与上壳体相固定，第一永磁体和第二永磁体的S极同极相对设置，弹簧套设于上减振杆和下减振杆上，弹簧的顶端与套筒座相接触，底端与上壳体的底部相接触，上减振杆和下减振杆均与控制系统相连以传输运动信号，第一线圈和第二线圈的线圈电流由控制系统控制。

所述的上壳体的底部外侧连接有导向座，该导向座与电机定子的下端相固定，导向座的内侧设有橡胶垫。

所述的电机定子为内部中空结构。

所述的控制系统包括：分别设置于上减振杆和下减振杆上的加速度传感器和位移传感器以及MCU(微处理单元)，其中：位移传感器测量上减振杆和下减振杆距离，加速度传感器测量加速度，距离和加速度信号传输至MCU进行磁力计算，从而对第一线圈和第二线圈的线圈电流进行调节。

所述的车轮组件包括：轮轴、车轮和轮毂，其中：轮轴与电磁减振装置相连，车轮由轮毂与轮轴转动相连，轮毂与减速传动系统相连以接收动力传递，轮轴与减速传动系统相连并保持静止。

所述的减速传动系统包括：依次相连的主动件、中间件、从动件和行星齿轮减速器，其中：主动件与电机转子传动配合，中间件为滑块结构使得主动件和从动件之间具有上下相对运动的自由度，以保证振动时实现等速传递，行星齿轮减速器与车轮组件相连。

所述的行星齿轮减速器包括：依次相连的齿圈、行星轮、太阳轮和行星架，其中：齿圈作为动力输入端与从动件相连，传递的动力经过行星轮和太阳轮，由与车轮组件相连的行星架输出，太阳轮与车轮组件相连并保持静止。

所述的制动器包括相连的制动盘与制动钳，其中：制动盘与电机转子相固定，制动钳与电机定子相固定。

技术效果

1、本发明将轮毂电机和制动器都通过电磁减振装置悬挂于车轮组件，减少了车辆的非簧载质量，能有效的提高车辆的平顺性、舒适性和稳定性。同时采用电磁阻尼器，利用电磁线圈控制阻尼器的阻尼力，配合加速度传感器和位移传感器，能根据实时的车辆载荷和路面情况，调节电磁阻尼力的大小，使得轮毂电机的减振效果达到最佳；当永磁体磁性减弱时，可以通过调节电流弥补，不仅进一步提高了车辆的行驶性能，还能有效地减少因振动而造成的机械磨损，提高了轮毂电机的使用寿命。

2、本发明的上下减振杆既起到阻尼器的阻尼作用，又起到了减振弹簧的导向作用，将电磁阻尼器和弹簧集成为一体，使得减振装置结构更为紧凑，体积更小，有利于车轮内有限空间的分布。

3、本发明的减速传动系统采用间接传动和行星齿轮减速器相配合。主动件和传动件之间设置了中间件传动，使得固定在轮轴上行星齿轮减速器和电机转子之间能实现等速传动，同时能消除车轮垂向振动而带来的减速器和电机转子的垂向相对位置变化的影响。

4、本发明整体结构紧凑、体积小且重量轻。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明的左视图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1-3所示，本实施例包括：电机定子11、电机转子12、车轮组件、制动器、减速传动系统、电磁减振装置以及控制系统，其中：制动器分别与电机定子11和电机转子12相连，减速传动系统的动力输入端与电机转子12相连，动力输出端与车轮组件相连，电磁减振装置分别与电机定子11和车轮组件相连，当车轮组件位于不平整路面上行驶时，电机定子11受到车轮组件传递的振动而发生跳动，电机定子11的跳动传递给电磁减振装置，电磁减振装置产生阻尼力，与电磁减振装置相连的控制系统依据电磁减振装置的运动信号控制阻尼力的大小，从而减小振动。

车轮组件包括轮轴14和车轮21，配合方式是车轮21转动配合于轮轴14而轮轴14固定，车轮21通过轮毂20外套于固定轮轴14，并通过滚动轴承与其转动配合。

所述的传动系统包括：与电机转子12传动配合的主动件23、与齿圈19配合的从动件22、在主动件与从动件间传递动力的中间件24和行星齿轮减速器。主动件23、从动件22与中间件24间采用十字滑块联轴器结构配合，中间件24为滑块结构，使主动件23与从动件22具有上下相对运动的自由度，以保证电机定子11与车轮21振动时依然可以实现等速传递。

所述的行星齿轮减速器包括：太阳轮15、行星轮16、行星架18、齿圈19，所述的齿圈19作为动力输入端，与从动件22相连接；行星轮16分别与太阳轮15、行星架18相连接；太阳轮15与轮轴14相连接并保持静止；行星架18作为动力输出端，通过螺栓与轮毂20相连接。齿圈19输入来自电机的动力，经过行星轮16、太阳轮15、行星架18将动力输出给车轮21，实现减速增矩的作用以及驱动车辆运行。

所述的制动器采用盘式制动器，制动盘13与电机转子12固定连接，制动钳30与电机定子11固定连接；制动驱动组件28为液压制动缸，并设有保证制动钳动作方向的制动销29，属于现有的制动结构。

本实施例中，所述的电磁减振装置包括：上壳体1、下壳体27、弹簧9、套筒座10、橡胶垫17、上减振杆8和下减振杆7；上壳体1和阻尼器下壳体27通过螺栓固定在轮轴14上；上减振杆8上端与套筒座10固定，套筒座10与电机定子11固定，并使减振杆保持垂向运动；下端设置有第一永磁体6，中间设置有第一线圈4；所述的下减振杆7下端与上壳体1固定，上端设置有第二永磁体5，中间设置有第二线圈3，所述的第一永磁体6和第二永磁体5的S极同极相对设置；上减振杆8上设置有位移传感器26，下减振杆7上设置有加速度传感器25。所述的弹簧9套在上、下减振杆8、7上，且弹簧9的一端顶在套筒座10上，另一端顶在上壳体1的底部。

本实施例中，控制系统包括：加速度传感器25和位移传感器26；通过位移传感器26测量两个减振杆件距离，进行磁力计算；通过加速度传感器25测量加速度，进而改变电流保证加速度在某一范围内，实现不同路况下的有效减振。

轮毂20通过轮轴14与电机之间的作用力与反作用力。当电动车轮在不平路面上行驶时，轮毂电机受到车轮21传来的振动发生跳动，电机的跳动传递给上、下壳体1、27和上、下减振杆7、8，同时弹簧9压缩起到缓冲作用，上、下减振杆7、8的第一、第二永磁体5、6相互靠近，排斥作用增强，阻尼力增大。同时加速度传感器25和位移传感器26将运动信号传递电源系统，电源系统设有MCU，MCU根据收到的信号控制电源传输给线圈的电流强度大小，从而加强或减弱第一、第二线圈3、4对第一、第二永磁体5、6磁性的作用，实现对阻尼力的调节，从而保证加速度值在一定范围内变化，防止剧烈振动。

同时，由于导向座2和套筒座10的导向作用，保证轮毂电机只能做垂直于轮轴14的垂向跳动；并且弹簧9在无电流时，起到支撑作用；由于本实施例采用中空内定子11结构，使减振和减速机构更加紧凑，改善轮毂电机工作环境。

Claims (8)

1.一种带有电磁减振装置的轮毂电机驱动电动轮，其特征在于，包括：电机定子、电机转子、车轮组件、制动器、减速传动系统、电磁减振装置以及控制系统，其中：制动器分别与电机定子和电机转子相连，减速传动系统的动力输入端与电机转子相连，动力输出端与车轮组件相连，电磁减振装置分别与电机定子和车轮组件相连；

所述的电磁减振装置包括：上壳体、阻尼器下壳体、弹簧、套筒座、上减振杆、下减振杆、第一永磁体、第一线圈、第二永磁体和第二线圈，其中：上壳体和下壳体的边缘部分别固定于车轮组件上，套筒座与电机定子的上端相固定，上减振杆的上端与套筒座相固定且保持垂直方向运动，下端分别设有第一永磁体和第一线圈，下减振杆的上端分别设有第二永磁体和第二线圈，下端与上壳体相固定，第一永磁体和第二永磁体的S极同极相对设置，弹簧套设于上减振杆和下减振杆上，弹簧的顶端与套筒座相接触，底端与上壳体的底部相接触，上减振杆和下减振杆均与控制系统相连以传输运动信号，第一线圈和第二线圈的线圈电流由控制系统控制；

电机定子受来自车轮组件振动而发生跳动，并进一步将能量传递至电磁减振装置并生成阻尼力，与电磁减振装置相连的控制系统依据电磁减振装置的运动信号控制阻尼力的大小，从而实现振动抑制。

2.根据权利要求1所述的电动轮，其特征是，所述的上壳体的底部外侧连接有导向座，该导向座与电机定子的下端相固定，导向座的内侧设有橡胶垫。

3.根据权利要求1或2所述的电动轮，其特征是，所述的电机定子为内部中空结构。

4.根据权利要求3所述的电动轮，其特征是，所述的控制系统包括：分别设置于上减振杆和下减振杆上的加速度传感器和位移传感器以及MCU，其中：位移传感器测量上减振杆和下减振杆距离，加速度传感器测量加速度，距离和加速度信号传输至MCU进行磁力计算，从而对第一线圈和第二线圈的线圈电流进行调节。

5.根据权利要求3所述的电动轮，其特征是，所述的车轮组件包括：轮轴、车轮和轮毂，其中：轮轴与电磁减振装置相连，车轮由轮毂与轮轴转动相连，轮毂与减速传动系统相连以接收动力传递，轮轴与减速传动系统相连并保持静止。

6.根据权利要求3所述的电动轮，其特征是，所述的减速传动系统包括：依次相连的主动件、中间件、从动件和行星齿轮减速器，其中：主动件与电机转子传动配合，中间件为滑块结构使得主动件和从动件之间具有上下相对运动的自由度，以保证振动时实现等速传递，行星齿轮减速器与车轮组价相连。

7.根据权利要求3所述的电动轮，其特征是，所述的行星齿轮减速器包括：依次相连的齿圈、行星轮、太阳轮和行星架，其中：齿圈作为动力输入端与从动件相连，传递的动力经过行星轮和太阳轮，由与车轮组件相连的行星架输出，太阳轮与车轮组件相连并保持静止。

8.根据权利要求3所述的电动轮，其特征是，所述的制动器包括相连的制动盘与制动钳，其中：制动盘与电机转子相固定，制动钳与电机定子相固定。