CN107171489A - 电动车轮毂电机和电动车轮毂电机控制方法 - Google Patents

电动车轮毂电机和电动车轮毂电机控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电动车轮毂电机和电动车轮毂电机控制方法，属于车辆技术领域。它解决了现有的电动车轮毂电机结构种类不足的问题。本电动车轮毂电机包括轮毂和穿设在轮毂中心处的固定轴，轮毂与固定轴转动连接；外转子电机套设在内转子电机的外侧，外转子电机的定子和内转子电机的定子均与固定轴固定连接；行星齿轮组件的太阳轮的轴部与内转子电机的转子固定连接；固定轴上转动连接有外转子支架，外转子电机的转子和行星齿轮组件的外齿圈均与外转子支架固定连接；行星齿轮组件的行星架与轮毂固定连接。本电动车轮毂电机中具有两个电机，作为优选，两个电机的功率和最大输出转速不同；因而根据电动车不同的行驶速度可启用不同的电机进行驱动。

Description

电动车轮毂电机和电动车轮毂电机控制方法
技术领域
本发明属于车辆技术领域，涉及一种电动车，特别是一种电动车轮毂电机。
本发明属于车辆技术领域，涉及一种电动车轮毂电机，特别是一种电动车轮毂电机控制方法。
背景技术
电动车，即电力驱动车辆。电动车是以电池作为能量来源，通过控制器、电机等部件，将电能转化为机械能运动。按车的性质，电动车可分为二轮电动车，三轮电动车和电动汽车。轮毂电机主要应用在二轮电动车和三轮电动车中。
轮毂电机的变速装置主要有两种，一种是电子式无级控制器变速，即以控制电流大小改变速度的车辆；另一种是机械式变速，机械式变速能获得不同大小的输出转矩，减速能使转矩增大，增速时使转矩减小。如中国专利文献记载的变速驱动轮毂(申请公告号CN104482075A)。
本领域技术人员希望能提出不同结构的电动车轮毂电机，以满足不同消费者的需求。
发明内容
本发明提出了一种电动车轮毂电机，本发明要解决的技术问题是如何提出另一种结构的电动车轮毂电机。
本发明提出了一种电动车轮毂电机控制方法，本发明要解决的技术问题是如何提出一种适合实际电动车行驶的电动车轮毂电机控制方法。
本发明的要解决的技术问题可通过下列技术方案来实现：本电动车轮毂电机，包括轮毂和穿设在轮毂中心处的固定轴，轮毂与固定轴转动连接，固定轴上套设有一台内转子电机、一台外转子电机和一组行星齿轮组件；外转子电机套设在内转子电机的外侧，外转子电机的定子和内转子电机的定子均与固定轴固定连接；行星齿轮组件的太阳轮的轴部与内转子电机的转子固定连接；固定轴上转动连接有外转子支架，外转子电机的转子和行星齿轮组件的外齿圈均与外转子支架固定连接；行星齿轮组件的行星架与轮毂固定连接。
与现有技术相比，本电动车轮毂电机中具有两个电机，作为优选，两个电机的功率和最大输出转速不同；因而根据电动车不同的行驶速度可启用不同的电机进行驱动。本电动车轮毂电机既利用电机的电子式无级控制器变速，又利用行星齿轮组件进行机械式变速。综上所述，本发明不仅提供了另一种结构的电动车轮毂电机，而且本电动车轮毂电机还具有电能与机械能之间转换效率高的优点。
本电动车轮毂电机控制方法包括低速前行控制方法、前行速度大于低速前行速度的二档前行控制方法、前行速度大于二档前行速度的三档前行控制方法和前行速度大于三档前行速度的高速前行控制方法中的一种或多种；
单独内转子电机输出时轮毂的最大转速与单独外转子电机输出时轮毂的最大转速不相等；
低速前行控制方法为启动内转子电机和外转子电机且使行星齿轮组件中外齿圈与太阳轮的旋转方向相反；
二档前行控制方法为单独启动与轮毂的最大转速较低相对应的那个电机；且另一个电机处于锁止状态；
三档前行控制方法为单独启动与轮毂的最大转速较高相对应的那个电机；且另一个电机处于锁止状态；
高速前行控制方法为启动内转子电机和外转子电机且使行星齿轮组件中外齿圈与太阳轮的旋转方向相相同。
具有本轮毂电机和本轮毂电机控制方法的电动车向前行驶时，除具有轮毂电机能量转换效率高优点之外，还由于进行多档机械变速以及电子无级变速，因而直线加速过程中速度接近线性变化，具有加速平顺，保证行车舒适性。由于电动车处于低速行驶时两个电机均处于输出状态，因而具有输出作用力大的优点，换言之电动车具有起步稳，爬坡能力强的特点。
由于电动车处于高速行驶时两个电机均处于输出状态，且两个电机驱动轮毂的转速相加，因而电动车的最高行车速度值大的特点。
附图说明
图1是本电动车轮毂电机的立体结构示意图。
图2是本电动车轮毂电机的左视结构示意图。
图3是图2中A-A的剖视结构示意图。
图4是本电动车轮毂电机中隐去轮毂及部分部件后的立体结构示意图。
图中，1、轮毂；1a、轮辋；1b、中心管；1c、轮辐；2、固定轴；3、内转子电机；3a、定子；3b、转子；4、外转子电机；4a、定子；4b、转子；5、行星齿轮组件；5a、太阳轮；5b、外齿圈；5c、行星架；5d、行星轮；6、输出轴；7、第一轴承；8、第一密封圈；9、锁紧螺母；10、定子支架；11、第二轴承；12、外转子支架；13、第三轴承；14、第四轴承；15、第二密封圈；16、第五轴承；17、防尘罩；18、第三密封圈。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1至图4所述，本电动车轮毂电机包括一个轮毂1、一根固定轴2、一台内转子电机3、一台外转子电机4和一组行星齿轮组件5。
轮毂1包括轮辋1a、中心管1b和轮辐1c，轮辐1c偏离轮辋1a中心面。固定轴2为本电动车轮毂电机与电动车车架相连的部件。
固定轴2穿设在轮毂1的中心管1b内，固定轴2的一端部套设有输出轴6，输出轴6与固定轴2之间采用第一轴承7相连接且输出轴6与固定轴2之间设有第一密封圈8。中心管1b套设在输出轴6上且中心管1b与输出轴6之间采用键连接，输出轴6上螺纹连接有锁紧螺母9，因而轮毂1相对于固定轴2能稳定且灵活地转动。该结构还具有便于轮毂1拆卸的优点。
行星齿轮组件5、内转子电机3和外转子电机4均套设在固定轴2上且行星齿轮组件5、内转子电机3和外转子电机4均位于轮辋1a的内侧；外转子电机4套设在内转子电机3的外侧；行星齿轮组件5位于中心管1b与内转子电机3之间。该布置结构显然充分利用轮辋1a内侧的空间，使本电动车轮毂电机具有布置合理且结构紧凑性的优点。
固定轴2的另一端部通过螺栓固定有定子支架10，定子支架10中具有位于内转子电机3和外转子电机4之间的安装管部；外转子电机4的定子4a固定在安装管部的外侧面上，内转子电机3的定子3a固定在安装管部的内侧面上；该结构既实现外转子电机4的定子4a和内转子电机3的定子3a均与固定轴2固定连接，安装管部又能起隔磁作用，有效降低外转子电机4的定子4a和内转子电机3的定子3a之间相互影响。通过拆卸定子支架10，便将外转子电机4的定子4a和内转子电机3的定子3a一起卸下，进而便于维护。
行星齿轮组件5的太阳轮5a具有呈管状的轴部，太阳轮5a与固定轴2之间采用第二轴承11相连接，因而太阳轮5a能稳定且灵活地旋转。内转子电机3的转子3b套设在太阳轮5a的轴部上且内转子电机3的转子3b与太阳轮5a的轴部固定连接，进而内转子电机3的转子3b也能稳定且灵活地旋转，同时内转子电机3的转子3b带动太阳轮5a同步旋转且具有传动效率高的优点。
外转子电机4的转子4b两侧均设有外转子支架12，位于外转子电机4的转子4b一侧的外转子支架12和太阳轮5a的轴部之间通过第三轴承13相连接；位于外转子电机4的转子4b另一侧的外转子支架12和固定轴2之间通过第四轴承14相连接且该外转子支架12和固定轴2之间设有第二密封圈15。外转子电机4的转子4b和行星齿轮组件5的外齿圈5b均与外转子支架12固定连接；该结构使外转子电机4的转子4b和外齿圈5b均能稳定且灵活地转动。该结构还具有外转子电机4与行星齿轮组件5的外齿圈5b之间传动效率高的优点。
行星齿轮组件5的行星架5c一侧部与太阳轮5a的轴部之间通过第五轴承16相连接；行星架5c的另一侧部与输出轴6之间固定连接。行星齿轮组件5的行星轮5d与行星架5c转动连接。该结构既保证行星轮5d和行星架5c稳定且灵活地转动，保证行星齿轮组件5运行稳定且高效，同时保证动力高效地被传输出去。
轮辐1c和外转子支架12之间设有防尘罩17，行星齿轮组件5位于防尘罩17和外转子支架12之间，防尘罩17与外转子支架12固定连接，防尘罩17与中心管1b的外侧面之间设有第三密封圈18。本电动车轮毂电机通过设置第一密封圈8、第二密封圈15和第三密封圈18，有效避免雨水和灰尘进入内腔，进而保证零部件转动灵活以及使用寿命。
本电动车轮毂电机控制方法包括前行控制方法和倒车控制方法，前行控制方法又包括低速前行控制方法、前行速度大于低速前行速度的二档前行控制方法、前行速度大于二档前行速度的三档前行控制方法和前行速度大于三档前行速度的高速前行控制方法；电动车根据实际情况在低速前行控制方法、二档前行控制方法、三档前行控制方法和高速前行控制方法中选择一种或多种方法执行前行控制。
通过所需的电动车行车速度以及确定的行星齿轮组件5传动比计算出内转子电机3和外转子电机4的最高输出转速。根据实际情况，内转子电机3和外转子电机4的可以相同，也可以不相同，总之保证单独内转子电机3输出时轮毂1的最大转速与单独外转子电机4输出时轮毂1的最大转速不相等即可。
假设内转子电机3与输出轴6之间传动比为3.8，外转子电机4与输出轴6之间传动比为1.4，轮毂1上安装的轮胎外径为420mm；内转子电机3的最高转速为1000转/分钟，外转子电机4的最高转速为600转/分钟。那么单独内转子电机3输出时轮毂1的最大转速为263转/分钟，单独外转子电机4输出时轮毂1的最大转速为428.6转/分钟。
电动车的行车方向包括前行和倒车，根据电动车的行车方向可确定内转子电机3中转子和外转子电机4中转子的旋转方向。
安装有本电动车轮毂电机的电动车还包括控制电路和用于监测轮毂1转速的传感器，传感器、内转子电机3和外转子电机4均与控制电路电连接；控制电路中还电连接有行车方向控制按钮和行车速度控制转把。通过操控行车方向控制按钮进而实现前行控制方法和倒车控制方法之间切换；行车速度控制转把用于控制电机转速。
本实施例给出的前行控制方法同时选择低速前行控制方法、二档前行控制方法、三档前行控制方法和高速前行控制方法执行，通过阐述安装有本电动车轮毂电机的二轮电动车且进行直线加速前行方式进一步说明本电动车轮毂电机和电动车轮毂电机控制方法的作用与优点：
具体来说，操控行车方向控制按钮保证控制电路控制内转子电机3和外转子电机4使车辆处于前行状态。停车状态时传感器监测的轮毂1转速为0。转动行车速度控制转把至极限值且一直保证该状态直至电动车到底最高速，此过程可认为上述的电动车直线加速前行方式。
转动行车速度控制转把后，首先进入低速前行控制方法，即控制电路根据行车速度控制转把的动作控制内转子电机3的转子和外转子电机4的转子旋转方向相反。在此过程中轮毂1转速的转速不断上升；在低速前行控制方法中轮毂1的最高转速为165.6转/分钟，相当于13km/h。
控制电路中设定有低速阈值，低速阈值略低于低速前行控制方法中轮毂1的最高转速，毕竟机械传动存在能量消耗，如低速阈值为158转/分钟；那么该电动车的变档速度为12.5km/h。
当传感器监测到轮毂1的转速达到低速阈值时，进入二档前行控制方法，即控制电路控制内转子电机3单独向行星齿轮组件5的外齿圈5b输入动力，且控制外转子电机4处于锁止状态。在此过程中轮毂1转速的转速不断上升；在二档前行控制方法中，轮毂1的最高转速为263转/分钟，相当于20.8km/h。控制电路中设定有中速阈值，中速阈值略低于二档前行控制方法中轮毂1的最高转速，如中速阈值为252.8转/分钟；那么该电动车的变档速度为20km/h。
当传感器监测到轮毂1的转速达到中速阈值时，进入三档前行控制方法，即控制电路控制外转子电机4单独向行星齿轮组件5的太阳轮5a输入动力，且控制内转子电机3处于锁止状态。
在此过程中轮毂1转速的转速不断上升；在三档前行控制方法中，轮毂1的最高转速为428.6转/分钟，相当于34km/h。控制电路中设定有高速阈值，高速阈值略低于三档前行控制方法中轮毂1的最高转速，如高速阈值为417转/分钟；那么该电动车的变档速度为33km/h。
当传感器监测轮毂1的转速达到高速阈值时，进入高速前行控制方法，即控制电路控制内转子电机3的转子和外转子电机4的转子旋转方向相同。在此过程中轮毂1转速的转速不断上升；在高速前行控制方法中，轮毂1的理论最高转速为691.6转/分钟，相当于54.7km/h。

Claims (10)

1.一种电动车轮毂电机，包括轮毂(1)和穿设在轮毂(1)中心处的固定轴(2)，轮毂(1)与固定轴(2)转动连接，其特征在于，所述固定轴(2)上套设有一台内转子电机(3)、一台外转子电机(4)和一组行星齿轮组件(5)；外转子电机(4)套设在内转子电机(3)的外侧，外转子电机(4)的定子(4a)和内转子电机(3)的定子(3a)均与固定轴(2)固定连接；行星齿轮组件(5)的太阳轮(5a)的轴部与内转子电机(3)的转子固定连接；固定轴(2)上转动连接有外转子支架(12)，外转子电机(4)的转子和行星齿轮组件(5)的外齿圈(5b)均与外转子支架(12)固定连接；行星齿轮组件(5)的行星架(5c)与轮毂(1)固定连接。
2.根据权利要求1所述的电动车轮毂电机，其特征在于，所述轮毂(1)包括轮辋(1a)、中心管(1b)和轮辐(1c)，轮辐(1c)偏离轮辋(1a)中心面；行星齿轮组件(5)、内转子电机(3)和外转子电机(4)均位于轮辋(1a)的内侧；行星齿轮组件(5)位于中心管(1b)与内转子电机(3)之间。
3.根据权利要求2所述的电动车轮毂电机，其特征在于，所述轮辐(1c)和外转子支架(12)之间设有防尘罩(17)，行星齿轮组件(5)位于防尘罩(17)和外转子支架(12)之间，防尘罩(17)与外转子支架(12)固定连接，防尘罩(17)与中心管(1b)的外侧面之间设有第三密封圈(18)。
4.根据权利要求2所述的电动车轮毂电机，其特征在于，所述固定轴(2)上套设有输出轴(6)，输出轴(6)与固定轴(2)之间采用第一轴承(7)相连接；中心管(1b)套设在输出轴(6)上且中心管(1b)与输出轴(6)之间采用键连接，输出轴(6)上螺纹连接有锁紧螺母(9)；行星齿轮组件(5)的行星架(5c)与输出轴(6)固定连接。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的电动车轮毂电机，其特征在于，所述固定轴(2)上固定有定子支架(10)，定子支架(10)中具有位于内转子电机(3)和外转子电机(4)之间的安装管部；外转子电机(4)的定子(4a)固定在安装管部的外侧面上，内转子电机(3)的定子(3a)固定在安装管部的内侧面上。
6.根据权利要求5所述的电动车轮毂电机，其特征在于，所述定子支架(10)通过螺栓与固定轴(2)固定连接。
7.根据权利要求1或2或3或4所述的电动车轮毂电机，其特征在于，所述太阳轮(5a)的轴部呈管状，太阳轮(5a)与固定轴(2)之间采用第二轴承(11)相连接；内转子电机(3)的转子(3b)套设在太阳轮(5a)的轴部上。
8.根据权利要求1或2或3或4所述的电动车轮毂电机，其特征在于，所述外转子电机(4)的转子(4b)两侧均设有外转子支架(12)，位于外转子电机(4)的转子(4b)一侧的外转子支架(12)和太阳轮(5a)的轴部之间通过第三轴承(13)相连接；位于外转子电机(4)的转子(4b)另一侧的外转子支架(12)和固定轴(2)之间通过第四轴承(14)相连接。
9.根据权利要求1或2或3或4所述的电动车轮毂电机，其特征在于，所述行星齿轮组件(5)的行星架(5c)一侧部与太阳轮(5a)的轴部之间通过第五轴承(16)相连接；行星架(5c)的另一侧部与输出轴(6)之间固定连接。
10.一种权利要求1至9中任意一项所述电动车轮毂电机控制方法，其特征在于，本电动车轮毂电机控制方法包括低速前行控制方法、前行速度大于低速前行速度的二档前行控制方法、前行速度大于二档前行速度的三档前行控制方法和前行速度大于三档前行速度的高速前行控制方法；
单独内转子电机(3)输出时轮毂(1)的最大转速与单独外转子电机(4)输出时轮毂(1)的最大转速不相等；
低速前行控制方法为启动内转子电机(3)和外转子电机(4)且使行星齿轮组件(5)中外齿圈(5b)与太阳轮(5a)的旋转方向相反；
二档前行控制方法为单独启动与轮毂(1)的最大转速较低相对应的那个电机；且另一个电机处于锁止状态；
三档前行控制方法为单独启动与轮毂(1)的最大转速较高相对应的那个电机；且另一个电机处于锁止状态；
高速前行控制方法为启动内转子电机(3)和外转子电机(4)且使行星齿轮组件(5)中外齿圈(5b)与太阳轮(5a)的旋转方向相相同；
执行本电动车轮毂电机控制方法时在低速前行控制方法、二档前行控制方法、三档前行控制方法和高速前行控制方法中任意选择一种或同时选择多种。
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