CN104325877A - 马达直接驱动的电动车轮结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种马达直接驱动的电动车轮结构，结构紧凑，包含有车轮单元和动力单元。车轮单元包括车轮支撑架、轴承、车轮及端盖；动力单元包括马达、直交减速机和同轴减速机、制动装置，直交减速机具有相互联动的垂直输出轴机构，其中第一输出轴一端与马达连接，另一端与制动装置连接；第二输出轴穿过车轮支撑架与同轴减速机的输入端相连；同轴减速机的输出端与端盖相连，端盖与车轮端部固定；马达、直交减速机、车轮支撑架、同轴减速机、端盖、车轮通过连接件联结成一个整体。本发明采用分体式减速机构与车轮嵌套安装的方式，减速机和控制马达一体化设计，达到体积小、传动效率高、便于安装的目的。

Description

马达直接驱动的电动车轮结构

技术领域

本发明属于汽车领域，具体而言涉及一种马达动力直接驱动的电动车轮结构。

背景技术

传统电动车辆的动力传递结构、输出动力的马达、承载车体载重的车轮结构三者是分离的，该类机构的马达、车轮之间是经由外加的动力传递结构予以连结传递动力，传递结构为外露的形态(如美国专利US5934401,US5937964)，动力传递结构通常是由无接口的皮带、链条作为动力传递，该动力传递结构松散，需要安装空间较大。并且，由于马达和车轮各自固定装置的对位精确度不易控制，以及皮带、链条的传递结构都将影响动力传递的效率值以及传递噪音值。同时电动车辆是一活动工具，其运动空间环境的差异非常大，动力传递结构如遇雨水、灰尘、泥沙的污染，都将导致动力系统维修、保养、使用寿命的困扰。

在电动自行车等领域应用广泛的轮毂电机，由于电机与车轮的一体化设计，结构简单。但对于需要大扭矩输出的场合，轮毂电机一般与行星减速机配合较为方便，而常规电机可以灵活选用各种减速机形式，因此轮毂电机的使用受到一定的限制。

发明内容

针对电动车辆的动力传递结构以及轮毂电机驱动方式的缺陷，本发明提供一种结构紧凑的一体化式小型马达直接驱动的电动车轮结构，车轮、减速机和控制马达一体化设计，提升输出力矩，延长使用寿命。

为了解决该问题，本发明提供了一种马达直接驱动的电动车轮结构，包含有车轮单元和动力单元。所述车轮单元，包括车轮支撑架、轴承、车轮及端盖，其中车轮支撑架具有通孔，车轮支撑架与轴承内缘固定套接，轴承外缘与车轮固定套接；所述动力单元，包括马达、分体式减速机、制动装置，其中分体式减速机包括直交减速机和同轴减速机两部分，所述直交减速机内部具有相互联动的垂直输出轴机构，其中第一输出轴一端与所述马达连接，另一端与所述制动装置连接；第二输出轴穿过所述车轮支撑架通孔，与所述同轴减速机的输入端相连；所述同轴减速机的输出端与所述端盖相连，所述端盖同时与所述车轮端部固定连接；所述马达、直交减速机、车轮支撑架、同轴减速机、端盖、车轮，通过连接件联结成一个整体。

进一步讲，所述马达包括马达斜齿轮和马达输出轴，马达斜齿轮通过键套设在马达输出轴上；所述直交减速机包括外壳、直交减速机斜齿轮、第一输出轴、第二输出轴，所述第一输出轴与马达输出轴通过联轴器相连，所述第一输出轴末端与所述制动装置相连；所述第二输出轴上固定套设所述直交减速机斜齿轮，所述直交减速机斜齿轮与马达斜齿轮啮合；所述第一输出轴与第二输出轴呈相互垂直的方式布置。

所述直角减速机外壳采用具有多面体的封闭结构，所述外壳具有第一面和第二面，所述第一面上开设有轴孔和第一组连接孔，所述马达输出轴通过所述轴孔穿进到外壳内部与减速机第一输出轴连接，同时所述第一面与所述马达紧密贴合，两者通过螺钉或螺栓连接所述第一组连接孔和马达安装孔而固定在一起；所述直交减速机第一输出轴在直交减速机内部延伸并穿过所述第二面而伸出，在所述第二面上安装有控制所述直交减速机第一输出轴转动与否的所述制动装置。

所述直角减速机外壳采用具有多面体的封闭结构，所述直交减速机外壳包括有第三面，所述第三面上开设有轴孔和第二组连接孔，所述直交减速机第二输出轴穿过所述第三面上的轴孔伸出所述外壳后，进入车轮支撑架的通孔，所述第三面与所述车轮支撑架紧密贴合，两者通过螺钉或螺栓连接所述第二组连接孔和车轮支撑架安装孔而固定在一起。

所述直角减速机外壳为六面体结构，所述第三面连接于第一面和第二面之间，第三面和第一面、第二面垂直。

所述车轮支撑架包括：阶梯筒部和支撑臂部，所述阶梯筒部呈连续的至少2级阶梯圆筒状，阶梯筒部有中心通孔，其中最大直径级阶梯筒在侧面与直交减速机连接固定，在顶部与支撑臂部连接固定；所述轴承内缘固定套接在最小直径级阶梯筒的外缘上；所述车轮固定套接在轴承外缘上，但不与所述支撑臂部相碰。

所述支撑臂部有两个一样的平行设置的支撑臂，支撑臂沿着所述阶梯圆筒部轴向延伸出去，顶面与车架固定，侧面与直交减速机固定；两所述支撑臂的下表面形状与所述车轮的外周面的形状相配但不与车轮外周面接触。

所述最小直径级阶梯筒的轴端面上设置有若干个安装孔，用于通过螺栓与所述同轴减速机连接。

所述同轴减速机包括输入轴、减速机构、输出轴、转盘，所述输入轴一端通过联轴器与直交减速机的第二输出轴连接，另一端通过减速机构连接输出轴，进行变速输出，所述输出轴与转盘连接，所述转盘通过转盘上的安装孔用螺栓与端盖连接。

所述制动装置为电磁式失电制动器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明采用分体式减速机构与车轮嵌套安装的方式，车轮、减速机和控制马达一体化设计，达到体积小、传动效率高、便于安装的目的。一体化设计后结构紧凑，马达与直交减速机直接面与面接触固定，直交减速机直接与车轮支撑架也是面与面接触固定，而传动轴在机体里部穿梭，直接是轴轴连接，车轮的转矩是由马达转轴输入给直交减速机，加大转矩后由直交轴输入同轴减速机，进行转矩二次增大，同轴减速机的输出轴通过转盘与车轮端盖固连，车轮端盖带动车轮转动。车具有载荷大、重心低、控制灵活等优点。上述结构下，省去了马达与减速机之间通过中间带传动等传动机构连接。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1是本发明车轮单元、马达动力单元组合完成后的外观立体示意图；

图2-1是本发明实施例结构的主视图；

图2-2是本发明实施例结构的俯视图；

图2-3是本发明实施例结构的右视图；

图3是本发明实施例结构的分解示意图；

图4是本发明实施例的结构的内部传动原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步说明，需要指出的是，该具体实施方式仅仅是对本发明优选技术方案的举例，并不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明实施例提供了一种马达动力直接驱动的电动车轮结构，所述结构包括车轮单元和动力单元，整体结构布局在图1的外观立体图、图2-1、2-2、2-3的主视图、俯视图和侧视图，所述车轮单元包括有车轮支撑架5、轴承4、车轮3及端盖1；所述动力单元包括有马达7、分体式减速机包括直交减速机6和同轴减速机2、制动装置8。马达7与直交减速机6相连，直交减速机6有两根联动的垂直的轴，输出垂直的两路动力，直交减速机6侧面设置制动装置8；直交减速机6的一个输出轴穿过车轮支撑架5、轴承4、车轮3的组合体中心，然后与同轴减速机2相连；同轴减速机2穿在车轮里面，输出端连接端盖1，带动端盖旋转，端盖1又与车轮3固定连接，带动车轮3旋转。

具体来讲，车轮支撑架5、轴承4、车轮3的组合关系为：如图3所示，车轮支撑架5包括阶梯筒部、支撑臂部。优选地，阶梯筒部呈连续的至少2级阶梯圆筒状，更优选地，为3级阶梯筒，3级阶梯筒为一体化成形。支撑臂部可以与阶梯筒部一体制作，也可以焊接到阶梯筒上；3级阶梯筒按直径递减(反向说也称为递增)的方式排布，且同轴设置，最大直径级阶梯筒与直交减速机相连，在侧面提供车轮支撑架安装孔以便与直交减速机的外壳固定，并且最大直径阶梯筒与所述支撑臂部在顶部连接固定。优选地，支撑臂部有两个一样的平行设置的支撑臂，固定在阶梯筒的顶部，沿着所述阶梯筒的圆筒部轴向延伸出去，顶面与车架固定，侧面与直交减速机固定。两个所述支撑臂的下表面形状与所述车轮3的外周面的形状相配但不与车轮3外周面接触，而仅仅是形状与车轮外周面相配，这样支撑臂的厚度可以更厚，机械强度更强。轴承4套接在最小直径级阶梯筒的外缘上，轴承4内缘与阶梯筒的外缘固定连接，轴承4的外缘则与车轮3的内缘固定连接。第二直径级阶梯筒则用作安装车轮的过渡间隙，其外径小于车轮的内径，可以不为等直径的筒也可以。

车轮3与轴承4外缘固定套接，车轮外圈包有防滑材料，如聚氨醋材料。车轮3和轴承4一起装到车轮支撑架5上之后，支撑臂与车轮3外周面不接触，而仅仅是形状与车轮外周面相配，这样支撑臂的厚度可以更厚，机械强度更强。

最小直径级阶梯筒的轴端面上还设置有若干个安装孔，用于与同轴减速机2连接。阶梯筒部中间具有通孔，动力轴可以从中穿过，动力轴包括来自于直交减速机的输出轴和来自于同轴减速机的输入轴(实际上这两根轴是相连接的)。

所述动力单元包括马达7、分体式减速机、制动装置8，分体式减速机包括直交减速机6和同轴减速机2。其中，马达7可采用各种常用的马达，甚至，本发明实施例的马达可以不采用轮毂马达。所述马达7用于提供动力，与直交减速机6配合，可以为直交减速机6输出两个垂直方向的动力。一种优选的方式如图3、4所示，马达7包括马达斜齿轮7-1和马达输出轴7-2；一种优选的方式是，直交减速机6包括外壳、直交减速机斜齿轮6-1、联轴器6-2、第一输出轴6-3、第二输出轴6-4，第一输出轴6-3、第二输出轴6-4相互垂直布置，直交减速机斜齿轮6-1通过键套设在第二输出轴6-4上。马达斜齿轮7-1通过键套设在马达输出轴7-2上，马达输出轴7-2通过联轴器6-2与直交减速机6的第一输出轴6-3相连，用于输出一个方向上的力；马达斜齿轮7-1与直交减速机6的第二输出轴6-4上套设的直交减速机斜齿轮6-1相连，两个斜齿轮啮合，用于输出另一个方向上的力，由于第一输出轴6-3与第二输出轴6-4垂直，所以两个方向上的力垂直。所述直交减速机6从所述马达7获取动力。

如图1、3所示，所述直角减速机6的外壳优选采用具有六面体的封闭结构，采用这种结构能够有效地防止外部粉尘砂石以及其他物质进入到齿轮中，从而影响动力结构的传动。更近一步地，所述六面体的封闭外壳能够提供多个部件的安装，从而节省了整个装置的空间。

优选地，根据本发明实施例的一个方面，所述六面体包括正方体或长方体，如图1或3所示，所述外壳的第一面6-5上开设有轴孔，所述马达的输出轴通过所述轴孔穿过所述外壳壁而深入到外壳内部与减速机轴相连。所述壳体的第一面上还开设有第一组连接孔，所述第一组连接孔与马达上开设的马达安装孔相对，螺钉或螺栓穿过所述马达安装孔和壳体第一面上开设的第一组连接孔，并容置于所述第一组连接孔内，从而将所述马达固定在所述第一面上。更加优选地，所述马达外形也为正方体或长方体的结构，尤其与减速机相接触的面，是与减速机外壳紧密贴合的一面，在该面上四周设置多个马达安装孔，所述第一组连接孔与所述多个马达安装孔相对应，通过多个螺钉或螺栓安装，从而保证了马达与所述外壳的稳固连接。此外，采用马达与减速机外壳直接固定安装的方式能够有效地节省空间，减小了动力机构的占用体积。

所述马达输出轴伸入到所述外壳内部的端部通过联轴器6-2与所述直交减速机的输出轴6-3固定连接，所述直交减速机的输出轴6-3从直交减速机外壳内部延伸并穿过直交减速机外壳的第二面6-6而伸出。所述第二面6-6与所述第一面6-5平行相对，在所述第二面上安装有制动装置8，所述制动装置为马达斜齿轮7-1提供制动力。一种优选的方案包括，车轮停转的情况下，制动装置8处于失电制动状态，限制直交减速机6的第一输出轴6-3转动。由于直交减速机的第一输出轴6-3与马达输出轴7-2通过连轴器6-2连接，因此在制动装置8在制动状态下，马达输出轴无法转动。开始转动前，制动装置8上电，解除制动，随后，马达7在其驱动器的输入下，输出轴开始转动。

所述马达对侧安装的制动装置8为电磁式失电制动器。

所述马达输出轴上还连接有马达斜齿轮7-1，马达输出轴转动时带动所述马达斜齿轮7-1一起转动。所述马达斜齿轮7-1与直交减速机内部斜齿轮6-1啮合，所述直交减速机斜齿轮6-1与直交减速机6的第二输出轴6-4固定连接。当所述马达斜齿轮7-1转动时，带动直交减速机斜齿轮6-1绕着所述直交减速机的第二输出轴6-4转动，实现一级减速及改变动力轴方向的功能。由于所述直交减速机的第二输出轴6-4与所述直交减速机斜齿轮6-1固定连接，因此当直交减速机斜齿轮6-1转动时带动直交减速机的第二输出轴6-4转动，从而实现动力的输出。

所述直交减速机的第二输出轴6-4穿过所述直交减速机外壳的第三面6-7伸出所述外壳。所述直交减速机外壳的第三面6-7位于所述第一面和所述第二面之间，与第一面和第二面垂直。优选地，所述第三面与所述第一面和第二面相连。通过这种设置方式能够合理地利用空间利用三个不同的面实现直交减速机的动力输出和动力变向。制动和动力输出在利用了空间的同时保证各个功能部件不互相干扰，提高了可靠性和维修的便利性。

如图1、4所示，接近所述第三面位置设置所述车轮支撑架5，车轮支撑架5用于支撑车轮上的其它结构。前面介绍过，所述车轮支撑架5包括：阶梯筒部和支撑臂部，阶梯筒部有中心通孔。优选地，车轮支撑架5上设置有车轮支撑架安装孔，与所述车轮支撑架上的安装孔对应地，在所述直交减速机6第三面上的对应设置第二组连接孔，通过螺钉或螺栓将第三面上的连接孔和所述车轮支撑架上的安装孔固定连接起来，从而实现了车轮支撑架与所述直交减速机之间的固定。

所述直交减速机的第二输出轴6-4穿过所述直交减速机外壳伸入到车轮支撑架5的阶梯筒部中心通孔中，通过联轴器6-8与同轴减速机2的输入轴2-1相连。同轴减速机2包括输入轴2-1、减速机构2-2(行星减速或其他方式)、输出轴2-3、转盘2-4，输入轴2-1通过减速机构2-2连接输出轴2-3，进行变速输出，输出轴2-3与转盘2-4连接，转盘2-4通过转盘2-4上的安装孔与端盖1连接，端盖1与车轮3连接，带动车轮转动。

以车轮转动说明传动过程如下：如图4所示，车轮停转的情况下，制动装置8处于失电制动状态，限制直交减速机6的第一输出轴6-3转动，第一输出轴6-3与马达输出轴7-2通过联轴器6-2连接，制动装置8在制动状态下，马达输出轴7-2无法转动。开始转动前，制动装置8上电，解除制动，随后，马达7在其驱动器的输入下，输出轴开始转动，马达输出轴7-2伸入直交减速机6内部，输出轴上固定有斜齿轮7-1与直交减速机斜齿轮6-1啮合成直角，斜齿轮6-1与直交减速机6的第二输出轴6-4固定连接，斜齿轮7-1带动斜齿轮6-1转动，实现一级减速同时改变动力传输方向的功能，通过第二输出轴6-4输出至车轮支撑架5内部。第二输出轴6-4通过联轴器6-8与同轴减速机2的输入轴2-1相连接。同轴减速机输入轴2-1进入同轴减速机2后，通过减速机构2-2进行二级减速，随后通过输出轴2-3进行输出，输出轴2-3与转盘2-4固定连接，通过转盘2-4上的安装孔与车轮端盖1连接，车轮端盖1与车轮3连接，带动车轮转动，车轮通过轴承4安装到车轮支撑架5上，为车轮作支撑。

以上的马达输出轴7-2、直交减速机第一输出轴6-3、直交减速机第二输出轴6-4、同轴减速机输入轴2-1、同轴减速机输出轴2-3，在其受支撑的部位均有轴承支撑，从图4的几个支撑轴承可以看出。

综上所述，本发明实施例提供了一种马达直接驱动的电动车轮结构，该结构脱离了皮带、链条等中间力传递机构，完全是由轴轴相接，实现力的传递，同时通过斜齿轮的传动比和减速机构改变力的传递大小，通过垂直的斜齿轮机构改变力的传递方向。机构紧凑，在有限的空间内实现了多级减速，实现了大扭矩输出。

上面的实施例，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种马达直接驱动的电动车轮结构，其特征在于，包含有车轮单元和动力单元，

所述车轮单元，包括车轮支撑架、轴承、车轮及端盖，其中车轮支撑架具有通孔，车轮支撑架与轴承内缘固定套接，轴承外缘与车轮固定套接；

所述动力单元，包括马达、分体式减速机、制动装置，其中分体式减速机包括直交减速机和同轴减速机两部分，所述直交减速机内部具有相互联动的垂直输出轴机构，其中第一输出轴一端与所述马达连接，另一端与所述制动装置连接；第二输出轴穿过所述车轮支撑架通孔，与所述同轴减速机的输入端相连；

所述同轴减速机的输出端与所述端盖相连，所述端盖同时与所述车轮端部固定连接；

所述马达、直交减速机、车轮支撑架、同轴减速机、端盖、车轮，通过连接件联结成一个整体。

2.根据权利要求1所述的马达直接驱动的电动车轮结构，其特征在于，所述马达包括马达斜齿轮和马达输出轴，马达斜齿轮通过键套设在马达输出轴上；

所述直交减速机包括外壳、直交减速机斜齿轮、第一输出轴、第二输出轴，所述第一输出轴与马达输出轴通过联轴器相连，所述第一输出轴末端与所述制动装置相连；

所述第二输出轴上固定套设所述直交减速机斜齿轮，所述直交减速机斜齿轮与马达斜齿轮啮合；

所述第一输出轴与第二输出轴呈相互垂直的方式布置。

3.根据权利要求2所述的马达直接驱动的电动车轮结构，其特征在于，所述直角减速机外壳采用具有多面体的封闭结构，所述外壳具有第一面和第二面，

所述第一面上开设有轴孔和第一组连接孔，所述马达输出轴通过所述轴孔穿进到外壳内部与减速机第一输出轴连接，同时所述第一面与所述马达紧密贴合，两者通过螺钉或螺栓连接所述第一组连接孔和马达安装孔而固定在一起；

所述直交减速机第一输出轴在直交减速机内部延伸并穿过所述第二面而伸出，在所述第二面上安装有控制所述直交减速机第一输出轴转动与否的所述制动装置。

4.根据权利要求2或3所述的马达直接驱动的电动车轮结构，其特征在于，所述直角减速机外壳采用具有多面体的封闭结构，所述直交减速机外壳包括有第三面，所述第三面上开设有轴孔和第二组连接孔，所述直交减速机第二输出轴穿过所述第三面上的轴孔伸出所述外壳后，进入车轮支撑架的通孔，所述第三面与所述车轮支撑架紧密贴合，两者通过螺钉或螺栓连接所述第二组连接孔和车轮支撑架安装孔而固定在一起。

5.根据权利要求4所述的马达直接驱动的电动车轮结构，其特征在于，所述直角减速机外壳为六面体结构，所述第三面连接于第一面和第二面之间，第三面和第一面、第二面垂直。

6.根据权利要求1所述的马达直接驱动的电动车轮结构，其特征在于，所述车轮支撑架包括：阶梯筒部和支撑臂部，所述阶梯筒部呈连续的至少2级阶梯圆筒状，阶梯筒部有中心通孔，其中最大直径级阶梯筒在侧面与直交减速机连接固定，在顶部与支撑臂部连接固定；

所述轴承内缘固定套接在最小直径级阶梯筒的外缘上；

所述车轮固定套接在轴承外缘上，但不与所述支撑臂部相碰。

7.根据权利要求6所述的马达直接驱动的电动车轮结构，其特征在于，所述支撑臂部有两个一样的平行设置的支撑臂，支撑臂沿着所述阶梯圆筒部轴向延伸出去，顶面与车架固定，侧面与直交减速机固定；两所述支撑臂的下表面形状与所述车轮的外周面的形状相配但不与车轮外周面接触。

8.根据权利要求6所述的马达直接驱动的电动车轮结构，其特征在于，所述最小直径级阶梯筒的轴端面上设置有若干个安装孔，用于通过螺栓与所述同轴减速机连接。

9.根据权利要求1所述的马达直接驱动的电动车轮结构，其特征在于，所述同轴减速机包括输入轴、减速机构、输出轴、转盘，所述输入轴一端通过联轴器与直交减速机的第二输出轴连接，另一端通过减速机构连接输出轴，进行变速输出，所述输出轴与转盘连接，所述转盘通过转盘上的安装孔用螺栓与端盖连接。

10.根据权利要求1所述的马达直接驱动的电动车轮结构，其特征在于，所述制动装置为电磁式失电制动器。