CN105437950B - 车轮驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车轮驱动系统，包括：车轮(7)、轮毂单元(1)、转向节(2)、环形制动盘(31)、内制动卡钳(32)和轮内电机系统(400)；轮内电机系统(400)包括：轮内电机(40)和电机控制器(49)；轮内电机(40)包括：环形内转子(41)、环形转子轴(42)、环形外定子(43)、定子托盘(44)和电机轴承(45)；电机轴承(45)设置在定子托盘(44)和环形转子轴(42)之间；环形转子轴(42)与车轮(7)之间以只限制相对转动的方式连接，从而在维修轮毂单元(1)、环形制动盘(31)或内制动卡钳(32)时无须将轮内电机系统(400)从转向节(2)上拆下，提高了系统的可装配性和可维修性。

Description

车轮驱动系统

技术领域

本发明涉及电动汽车的底盘驱动技术领域，尤其涉及一种车轮驱动系统。

背景技术

目前，为了提高故障容错能力，特别克服某一侧前轮内的车轮驱动系统出现故障引起左右两侧车轮驱动转矩不等所带来的转矩转向的问题，车轮驱动系统一般将轮内电机控制器也集成在车轮内，将定子绕组分割成多个小绕组，将电机控制器对应分成多个小控制器与多个小绕组电连接，在一个小绕组或小控制器出现故障时，车轮驱动系统仍可以提供降级转矩输出，而不至于失去全部的转矩输出能力。

现有技术中，国际专利申请WO2011045698A2和英国专利申请GB2479898A公开了一种车轮驱动系统，其包括环形外转子、转子托架、环形内定子、定子托架、轮毂单元和电机控制器，电机控制器集成设置在环形内定子的外端面上，当转子托架和定子托架装配到轮毂单元上后就将上述部件包纳在其中形成了完整的轮内电机系统。此外，在转子托架的后侧外端面上还设置有环形制动盘和设置在环形制动盘径向内侧、固接在定子托架上的双制动卡钳。

然而，上述公开的车轮驱动系统存在着可装配性和可维修性较差的缺点。由于轮内电机系统的直径较大，遮挡了外侧视线，只能从后侧装配到悬架上，然而由于轮罩阻挡，安装也较困难；在维修或更换制动盘或制动卡钳时需要将其整个从悬架上拆下来；当轮内电机系统或轮毂单元出现故障需要维修时，也需要将其整个从悬架上拆下来，然后拆开轮内电机系统进行维修或更换，在这个过程中还需要拆开连接制动卡钳的制动软管，再装配时还要添加制动液，而且容易导致其它没有故障的部件在维修过程中可能的损坏，因此导致车轮驱动系统的可装配性和可维修性较差。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术中的缺点，提供一种可装配性和可维修性较高的车轮驱动系统。

本发明的第一个方面提供一种车轮驱动系统，包括：

车轮7、轮毂单元1、转向节2、环形制动盘31、内制动卡钳32和轮内电机系统400；

轮内电机系统400，包括：轮内电机40和电机控制器49；轮内电机40包括：环形内转子41、环形转子轴42、环形外定子43、定子托盘44和电机轴承45；

环形内转子41安装在环形转子轴42上，环形外定子43安装在定子托盘44上；电机轴承45设置在定子托盘44和环形转子轴42之间；

环形制动盘31安设在环形转子轴42的内腔里；

环形转子轴42与车轮7之间以只限制相对转动的方式连接；

定子托盘44、内制动卡钳32和轮毂单元1安设在转向节2上；

电机控制器49安设在定子托盘44的后侧。

基于第一个方面，在第一个方面的第一种实施方式中，车轮7的辐条71之间设有连接耳72，在连接耳72上设有销钉73；

环形转子轴42的前端面法兰421上设有销孔47，在销孔47中设有塑料或橡胶制成的销孔衬套471；

销钉73插入销孔衬套471中，以将轮内电机40的动力输出传递到车轮7上。

基于第一个方面，在第一个方面的第二种实施方式中，环形制动盘31通过从外侧拧入的螺栓固接在环形转子轴42的内腔法兰422上；

内制动卡钳32通过从外侧拧入的螺栓固接在转向节2上。

基于第一个方面，在第一个方面的第三种实施方式中，定子托盘44通过从外侧拧入的螺栓固接在转向节2上；以及

轮毂单元1的固定法兰通过从外侧拧入的螺栓固接在转向节2上，以将定子托盘44夹紧在所述固定法兰和转向节2之间。

基于第一个方面，在第一个方面的第四种实施方式中，定子托盘44的后侧设有环形开口槽，电机控制器49安设在所述环形开口槽内；

定子托盘44在对应环形外定子43的环形区域设有通线孔48，环形外定子43的线圈末端穿过通线孔48与电机控制器49电连接。

基于第一个方面，在第一个方面的第五种实施方式中，轮内电机40的气隙长度范围为0.4mm至0.5mm。

基于第一个方面，在第一个方面的第六种实施方式中，电机轴承45的内径不小于环形内转子41的内径，且电机轴承45的外径不大于环形外定子43的外径。

本发明提供的车轮驱动系统，包括：车轮7、轮毂单元1、转向节2、环形制动盘31、内制动卡钳32和轮内电机系统400；轮内电机系统400，包括：轮内电机40和电机控制器49；轮内电机40包括：环形内转子41、环形转子轴42、环形外定子43、定子托盘44和电机轴承45；环形内转子41安装在环形转子轴42上，环形外定子43安装在定子托盘44上；电机轴承45设置在定子托盘44和环形转子轴42之间；环形制动盘31安设在环形转子轴42的内腔里；环形转子轴42与车轮7之间以只限制相对转动的方式连接；定子托盘44、内制动卡钳32和轮毂单元1安设在转向节2上；电机控制器49安设在定子托盘44的后侧，从而使得在整车生产装配车轮驱动系统时可以依次将轮内电机40系统400、环形制动盘31、内制动卡钳32和轮毂单元1从外侧安装到转向节2上，在维修轮毂单元1、环形制动盘31或内制动卡钳32时无须将轮内电机系统400从转向节2上拆下，提高了车轮驱动系统的可装配性和可维修性。

附图说明

图1为本发明所提供的车轮驱动系统实施例的外侧立体示意图；

图2为本发明所提供的车轮驱动系统实施例的内侧立体示意图；

图3为转向节2、轮内电机系统400、制动盘31和内制动卡钳32的装配体的局部剖视示意图；

图4为悬架8、转向横拉杆9和转向节2的装配体外侧示意图；

图5为悬架8、转向横拉杆9、转向节2和轮内电机系统400的装配体的外侧示意图；

图6为悬架8、转向横拉杆9、转向节2、轮内电机系统400和环形制动盘31的装配体的外侧示意图；

图7为悬架8、转向横拉杆9、转向节2、轮内电机系统400、环形制动盘31和内制动卡钳32的装配体的外侧示意图；

图8为悬架8、转向横拉杆9、转向节2、轮内电机系统400、环形制动盘31、内制动卡钳32和轮毂单元1的装配体的外侧示意图；

图9为悬架8、转向横拉杆9、转向节2、轮内电机系统400、环形制动盘31、内制动卡钳32、轮毂单元1和车轮7的装配体的外侧示意图；

图中：1轮毂单元；2转向节；31制动盘；32制动卡钳；400轮内电机系统；40轮内电机；41环形内转子；42环形转子轴；43环形外定子；44定子托盘；45电机轴承；421前端面法兰；422内腔法兰；47销孔；471销孔衬套；48通线孔；49电机控制器；7车轮；71辐条；72连接耳；73销钉；8悬架；9转向横拉杆。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明所提供的车轮驱动系统实施例的外侧立体示意图；图2为本发明所提供的车轮驱动系统实施例的内侧立体示意图；图3为转向节2、轮内电机系统400、制动盘31和内制动卡钳32的装配体的局部剖视示意图；图4为悬架8、转向横拉杆9和转向节2的装配体外侧示意图；图5为悬架8、转向横拉杆9、转向节2和轮内电机系统400的装配体的外侧示意图；图6为悬架8、转向横拉杆9、转向节2、轮内电机系统400和环形制动盘31的装配体的外侧示意图；图7为悬架8、转向横拉杆9、转向节2、轮内电机系统400、环形制动盘31和内制动卡钳32的装配体的外侧示意图；图8为悬架8、转向横拉杆9、转向节2、轮内电机系统400、环形制动盘31、内制动卡钳32和轮毂单元1的装配体的外侧示意图；图9为悬架8、转向横拉杆9、转向节2、轮内电机系统400、环形制动盘31、内制动卡钳32、轮毂单元1和车轮7的装配体的外侧示意图。

参照图1、图2和图3所示，车轮驱动系统包括：车轮7、轮毂单元1、转向节2、环形制动盘31、内制动卡钳32和轮内电机系统400。其中，轮内电机系统400包括：轮内电机40和电机控制器49；轮内电机40包括：环形内转子41、环形转子轴42、环形外定子43、定子托盘44和电机轴承45；环形内转子41安装在环形转子轴42上，环形外定子43安装在定子托盘44上；电机轴承45设置在定子托盘44和环形转子轴42之间；环形制动盘31安设在环形转子轴42的内腔里；环形转子轴42与车轮7之间以只限制相对转动的方式连接；定子托盘44、内制动卡钳32和轮毂单元1安设在转向节2上；电机控制器49安设在定子托盘44的后侧。

其中，定子托盘44的后侧具体指的是定子托盘44近转向节2侧的直径较大的位置。

另外，环形转子轴42与车轮7之间以只限制相对转动的方式连接意指这种连接方式使得环形转子轴42的转速与车轮7的转速相等，一起转动没有转速差，但允许两者之间有轴向相对运动，因此保证了车轮7易于安装到轮毂单元1和环形转子轴42上，从轮毂单元1和环形转子轴42上拆下车轮7也简单。

进一步地，车轮7的辐条71之间设有连接耳72，在连接耳72上设有销钉73；环形转子轴42的前端面法兰421上设有销孔47，在销孔47中设有塑料或橡胶制成的销孔衬套471；销钉73插入销孔衬套471中，以将轮内电机40的动力输出传递到车轮7。

其中，塑料或橡胶制成的销孔衬套471具有一定的变形量，允许车轮7受力后局部变形时引起的销钉73在销孔47内的轻微移动，可避免车轮7上的地面作用力传递到环形转子轴42上，从而也避免电机轴承45承受该作用力。销孔衬套471还可以补偿销钉73和销孔47之间的装配误差，或可降低销钉73和销孔47之间相对位置的加工精度要求。

采用销钉73和销孔47的连接方式可以实现只限制环形转子轴42与车轮7之间的相对转动和动力传递的目的，但本发明并不局限于此，任何可实现该目的的其它连接方式也是可以的，而且销钉73和销孔47的横截面也并不局限于常规的圆形截面，可以采用任何其它形状的横截面来实现该目的。

另外，也不局限于在车轮7上设置销钉73和在环形转子轴42上设置销孔47，销钉73也可以设置在环形转子轴42的前端面法兰421上，销孔47也可以设置在车轮7的连接耳72上。

进一步地，环形制动盘31可以通过从外侧拧入的螺栓固接在环形转子轴42的内腔法兰422上；内制动卡钳32可以通过从外侧拧入的螺栓固接在转向节2上。定子托盘44可以通过从外侧拧入的螺栓固接在转向节2上；且轮毂单元1的固定法兰可以通过从外侧拧入的螺栓固接在转向节2上，以将定子托盘44夹紧在轮毂单元1的固定法兰和转向节2之间。

另外，可选的，定子托盘44可单独固接在转向节2上，这意味着在其它部件拆下时轮内电机系统400也能留在转向节2上。

例如，维修轮毂单元1时，可以直接将轮毂单元1拆下；维修环形制动盘31或内制动卡钳32时，可以先将轮毂单元1拆下，再将内制动卡钳32和环形制动盘31拆下。因此，本发明提供的车轮驱动系统，在维修轮毂单元1、环形制动盘31或内制动卡钳32时，均不需要拆下轮内电机系统400，减少了维修时所需要拆卸的部件，提高了车轮驱动系统的可维修性。

进一步地，定子托盘44的后侧可以设有环形开口槽，电机控制器49安设在该环形开口槽内；定子托盘44在对应环形外定子43的环形区域设有通线孔48；以及环形外定子43的线圈末端穿过通线孔48与电机控制器49电连接。

更进一步地，轮内电机40的气隙长度范围为0.4mm～0.5mm。只利用轮毂单元1支撑定子和转子的其它轮内电机，其气隙长度至少要大于0.6mm，方可克服加工误差和变形可能引起的转子外表面与定子内表面刮蹭，典型的气隙长度设计数值为0.75mm。而在环形内转子41和环形外定子43之间采用电机轴承45进行支撑和定位时，可避免环形内转子41的外表面和环形外定子43的内表面发生刮蹭，因此可将气隙长度减小到0.4mm～0.5mm之间，进而增大轮内电机40的输出转矩。

在本实施例中，轮内电机40要提供足够大直径的内腔，而其外径又受到车轮7内腔尺寸的限制，再加上环形转子轴42和定子托盘44也具有一定的径向厚度，因此电机轴承45要满足在如此狭小空间内安装的要求。具体地，电机轴承45的内径不小于环形内转子41的内径，且外径不大于环形外定子43的外径，可以根据轮内电机40的装配需求来选择合适的尺寸。电机轴承45的直径不仅远大于轮毂单元1的轴承直径，而且大于环形制动盘31的直径，从而保证环形的轮内电机40具有大直径的内腔，可以安设较大直径的环形制动盘31，并保证轮毂单元1和内制动卡钳32可以从外侧装入并固接到转向节2上。

电机轴承45并不承受车轮7上的复杂作用力，车轮7上的复杂作用力仍然主要由轮毂单元1承受，其主要用于环形转子轴42和定子托盘44之间的支撑和定位，承载能力要求远低于轮毂单元1。现有的用于航空、航天等其它行业的薄壁型轴承，在轴承内径相同的条件下其横截面尺寸比常规标准轴承的小得多，更适用于安装空间受到严格限制的场合，因此可以用作本实施例的电机轴承45。

现有薄壁型轴承已有标准化产品样本，可以参考合适的型号并在此基础上修改成适用于本实施例的电机轴承45，例如一种可选型号的数据为：滚珠数量为192个，内径/外径/宽度为355.600/371.475/7.938mm，质量为0.476kg，径向承载(静态/动态)为30.07/7.86kN，轴向承载(静态/动态)为86.740/21.53kN，最高转速为1400rpm，足以使得配用18寸车轮和轮胎的常规车辆的最高车速达到160km/h。如想进一步提高最高车速，则可适当减少滚珠数量、采用更轻的滚珠或保持架，在满足承载能力的前提下进一步提高电机轴承45的最高转速。

其中，采用薄壁型轴承作为电机轴承45可以满足安装和最高转速要求，但本发明并不局限于此，任何可以满足该要求的其它类型轴承也是可以的。

轮内电机系统400生产装配时，环形内转子41安装到环形转子轴42上，环形外定子43安装到定子托盘44上，将电机轴承45安装到环形转子轴42上后，将定子托盘44安装到电机轴承45上，将电机控制器49安装在定子托盘44上。在电机厂生产时，轮内电机系统400就作为一个独立的总成进行调整、测试和检验后提供给整车厂，而不是提供只提供定子和转子散件给整车厂并在整车装配时再进行调整和测试，给整车厂的生产和物流带来了便利。

参考图4至图9，整车生产装配时，转向节2先安装到悬架8上并与转向横拉杆9连接，将环形制动盘31安装到环形转子轴42内，将轮内电机系统400的定子托盘44通过螺栓固接到转向节2上，以将轮内电机系统400安装到转向节2上，将内制动卡钳32通过螺栓安装到转向节2上，将轮毂单元1通过螺栓安装到转向节2上，先将车轮7套入轮毂单元1的车轮螺栓，调整车轮7使得销钉73对准并插入销孔衬套471中，拧紧车轮螺母，以将车轮7固定在轮毂单元1上。

由于轮内电机系统400采用大直径的电机轴承45，使得轮内电机系统400的直径虽然较大，但内部具备大直径的空腔，并不会遮挡外侧视线，故可从外侧将轮内电机系统400装配到转向节2上，且操作并无特殊之处，无须对生产线工人进行特殊培训。该装配流程与其它车轮驱动系统显著不同，具有明显良好的可装配性，即使在维修时也如此。

维修轮毂单元1时，直接将轮毂单元1拆下，而国际专利申请WO2011045698A2则需要拆卸整个车轮驱动系统后再拆开轮内电机，然后才能更换轮毂单元1；维修环形制动盘31或内制动卡钳32时，先将轮毂单元1拆下，再将内制动卡钳32和环形制动盘31拆下，国际专利申请WO2011045698A2则需要拆卸整个车轮驱动系统后再更换制动盘31和维修制动卡钳32；维修轮内电机系统400时，依次拆下轮毂单元1、内制动卡钳32和环形制动盘31后，将轮内电机系统400从转向节2上拆下，如果是轮内电机40坏则需要拆开电机，如果是电机控制器49坏则不必拆开电机，只需要打开容纳有电机控制器49的开口槽的盖板即可对其进行维修，而国际专利申请WO2011045698A2需要拆卸整个车轮驱动系统后，无论轮内电机40还是电机控制器49损坏，都需要拆开电机后才能进行维修。特别地，本发明在维修轮毂单元1时，不需要将其它部件拆散，减小对其它部件的损坏，进一步提高可维修性。

需要进行补充说明的是，上述实施例提供的车轮驱动系统还可用于形成混合动力汽车，只要将变速器输出端的传动轴与轮毂单元1相连接即可形成。该混合动力汽车由于包括了车轮驱动系统，且在车轮7上实现驱动转矩的叠加，故可通过调节左右车轮内的车轮驱动系统的输出转矩来实现车辆横向动力学控制。

本发明提供的车轮驱动系统，包括：车轮7、轮毂单元1、转向节2、环形制动盘31、内制动卡钳32和轮内电机系统400；轮内电机系统400，包括：轮内电机40和电机控制器49；轮内电机40包括：环形内转子41、环形转子轴42、环形外定子43、定子托盘44和电机轴承45；环形内转子41安装在环形转子轴42上，环形外定子43安装在定子托盘44上；电机轴承45设置在定子托盘44和环形转子轴42之间；环形制动盘31安设在环形转子轴42的内腔里；环形转子轴42与车轮7之间以只限制相对转动的方式连接；定子托盘44、内制动卡钳32和轮毂单元1安设在转向节2上；电机控制器49安设在定子托盘44的后侧，从而使得在整车生产装配车轮驱动系统时可以依次将轮内电机系统400、内制动卡钳32和轮毂单元1从外侧安装到转向节2上，在维修轮毂单元1、环形制动盘31或内制动卡钳32时无须将轮内电机系统400从转向节2上拆下，提高了车轮驱动系统的可装配性和可维修性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种车轮驱动系统，其特征在于，包括：

车轮(7)、轮毂单元(1)、转向节(2)、环形制动盘(31)、内制动卡钳(32)和轮内电机系统(400)；

轮内电机系统(400)，包括：轮内电机(40)和电机控制器(49)；轮内电机(40)包括：环形内转子(41)、环形转子轴(42)、环形外定子(43)、定子托盘(44)和电机轴承(45)；

环形内转子(41)安装在环形转子轴(42)上，环形外定子(43)安装在定子托盘(44)上；电机轴承(45)设置在定子托盘(44)和环形转子轴(42)之间；

环形制动盘(31)安设在环形转子轴(42)的内腔里；

环形转子轴(42)与车轮(7)之间以只限制相对转动的方式连接；

定子托盘(44)、内制动卡钳(32)和轮毂单元(1)安设在转向节(2)上；

电机控制器(49)安设在定子托盘(44)的后侧；

车轮(7)的辐条(71)之间设有连接耳(72)，在连接耳(72)上设有销钉(73)；

所述环形转子轴(42)的前端面法兰(421)上设有销孔(47)，在销孔(47)中设有塑料或橡胶制成的销孔衬套(471)；

销钉(73)插入销孔衬套(471)中，以将轮内电机(40)的动力输出传递到车轮(7)上；

所述车轮(7)套入所述轮毂单元(1)的车轮螺栓，调整所述车轮(7)使得销钉(73)对准并插入所述销孔衬套(471)中，拧紧车轮螺母，以将所述车轮(7)固定在所述轮毂单元(1)上。

2.根据权利要求1所述的车轮驱动系统，其特征在于，

环形制动盘(31)通过从外侧拧入的螺栓固接在环形转子轴(42)的内腔法兰(422)上；

内制动卡钳(32)通过从外侧拧入的螺栓固接在转向节(2)上。

3.根据权利要求1所述的车轮驱动系统，其特征在于，

定子托盘(44)通过从外侧拧入的螺栓固接在转向节(2)上；以及

轮毂单元(1)的固定法兰通过从外侧拧入的螺栓固接在转向节(2)上，以将定子托盘(44)夹紧在所述固定法兰和转向节(2)之间。

4.根据权利要求1所述的车轮驱动系统，其特征在于，

定子托盘(44)的后侧设有环形开口槽，电机控制器(49)安设在所述环形开口槽内；

定子托盘(44)在对应环形外定子(43)的环形区域设有通线孔(48)，环形外定子(43)的线圈末端穿过通线孔(48)与电机控制器(49)电连接。

5.根据权利要求1所述的车轮驱动系统，其特征在于，

轮内电机(40)的气隙长度范围为0.4mm至0.5mm。

6.根据权利要求1所述的车轮驱动系统，其特征在于，

电机轴承(45)的内径不小于环形内转子(41)的内径，且电机轴承(45)的外径不大于环形外定子(43)的外径。