CN107284225A - 一种两档自动变速轮毂电机驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种两档自动变速轮毂电机驱动系统，包括轮毂电机、离合器、齿圈制动器、车轮制动器、行星机构、轮辋、电机支撑轴、转子支架等结构。所述轮辋通过螺栓连接在行星架上，后者通过轴承支撑在电机支撑轴上；轮毂电机转子与转子支架相连，太阳轮和主动盘均与转子支架相连，与轮毂电机转子同步旋转；离合器从动盘与齿圈相连接，齿圈处安装有齿圈制动器制动盘；车轮制动器的制动钳固定在电机支撑轴上，其制动盘通过行星架与轮辋相连，并随之转动。该系统通过离合器和齿圈制动器的配合使用来实现两档变速，提高动力性和经济性的同时，增加了轮毂驱动系统的适用范围；同时，此系统还可以实现动力换挡功能，大大提高了车辆的驾乘舒适性。

Description

一种两档自动变速轮毂电机驱动系统
技术领域
本发明涉及一种轮毂电机驱动系统,尤其涉及一种两档自动变速轮毂电机驱动系统。
背景技术
当前，日益严重的能源危机和环境污染，给传统汽车带来了巨大的压力，而汽车是人们不可或缺的代步工具。因此，汽车的环保和节能受到了人们越来越广泛的关注。电动汽车是解决当前问题的重要途径之一，而动力驱动系统是其研究的重点，其中以轮毂电机驱动系统的研究最为突出。它摆脱了传统机械传动的束缚，给整车布局带来很多优点，不过也带来了新的技术挑战。
轮毂电机驱动车辆将轮毂电机、减速机构、制动器等高度集成于狭小的车轮内，结构和空间上的限制要求轮毂电机驱动系统必须具有较高的功率密度、转矩密度和低速大扭矩的特性才能满足车辆的动力性需求，虽然目前的驱动电机技术水平已相当成熟，但如果没有减速机构的减速增扭作用，单纯靠轮毂电机驱动车辆仍很难满足车辆较宽的运行工况的动力性需求。而同样受限于结构和空间，现有的具有减速功能的轮毂电机驱动系统也只设置有一级减速机构，使得轮毂驱动系统的使用范围受到限制。如若能够在狭小的空间内能够合理布置各零部件并且能够实现多档位的设计，对于目前正处于研发阶段的轮毂电机驱动系统的性能提升和推广应用具有重要意义。
发明内容
基于上述现有轮毂电机驱动系统的技术缺陷，本发明提出一种具有两档变速功能的轮毂电机驱动系统，同时，此轮毂电机驱动系统还具有动力不间断的优点。
本发明是在改进现有具有一级行星减速机构的轮毂电机驱动系统的基础上，增设一个离合器和一个制动器，并通过两个新增零部件的配合使用，来实现档位变换的目的。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
该系统主要由离合器、行星机构、转子支架、电机外壳、定子、转子、磁钢、轮辋、轮胎、制动器等构成。
本发明的轮毂电机为内转子结构，由于电动客车后轮采用双轮胎，即后轴每一侧都有两个轮胎，也就是有每一侧都有两个轮毂。轮辋通过螺栓连接到行星轮支架上，行星轮支架通过轴承支撑在电机支撑轴上。对于轮毂电机，定子通过螺钉连接在电机外壳上，电机外壳固定在电机支撑轴上，转子与转子支架相连接。离合器中的主动盘通过螺钉与转子支架相连，从动盘与行星机构齿圈相连，同时齿圈通过轴承支撑在转子支架上，太阳轮固定在转子支架上。车轮制动器制动钳固定在电机支撑轴上，制动盘通过螺钉固定在行星架上。而齿圈制动器制动钳固定在电机外壳上，制动盘则固定在齿圈上。
对于本发明中提到的两档自动变速，是通过控制离合器和齿圈制动器的二者工作状态，使其相互配合，从而使得行星机构具有不同的传动比，实现两档自动变速。
相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)该系统通过增设一个离合器和一个制动器，并通过配合使用可以实现两档变速功能，不仅可以充分发挥轮毂电机的性能，满足车辆在不同行驶工况下对动力性能的需求，增加轮毂电机驱动系统的适用范围，还可以提高车轮的动力性和经济性。
(2)轮毂电机驱动系统在换挡过程中无动力中断，不论离合器断开与否，具有动力传递至车轮，实现了动力换挡性能，从而大大提高了车辆的动力性和驾乘舒适性。
(3)利用车轮的空间，对多个零部件进行合理的布置，结构简单紧凑、集成度高、传动效率高。
附图说明
图1是整体结构示意图
图中：1.电机外壳；2.定子；3.磁钢；4.转子；5.转子支架；6.主动盘； 7.分离轴承；8.从动盘；9.压盘；10.分离杠杆；11.离合器壳体；12.轮辋；13. 齿圈制动钳；14.齿圈；15.齿圈制动盘；16.行星轮；17.太阳轮；18.行星架； 19.电机支撑轴；20.制动盘；21.制动钳
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细描述。
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示的一种两档自动变速轮毂电机驱动系统，其结构主要包括电机外壳1、定子2、转子4、从动盘8、压盘9、分离杠杆10、离合器壳体11、太阳轮17、行星轮16、行星架18、齿圈14、齿圈制动钳13及车轮制动钳21等结构组成。轮辋12通过行星架18支撑在电机支撑轴19上。电机外壳1通过螺钉固定在电机支撑轴19上，定子2固定在电机外壳1上，转子4固定在转子支架5上，转子支架5通过轴承固定在电机支撑轴19上。主动盘6固定在转子支架5上，用于向齿圈14传递动力，离合器处有压盘9通过分离轴承7作用到分离杠杆10来分离从动盘8和主动盘6，离合器壳体11固定在主动盘6上。行星机构的太阳轮17固定在转子支架5上，行星轮16支撑在行星架18上，后者又通过轴承支撑在电机支撑轴19上。同时此结构上有两个制动器，一个是固定在电机外壳1上的齿圈制动器的制动钳13，其制动盘15固定在齿圈14上，并随之转动；另一个作为车轮制动器，其制动钳21固定在电机支撑轴19上，制动盘20固定在行星架18上，并随之转动。
本发明的工作原理如下：
行星机构运动关系如下：
ρωs＝(1+ρ)ωc-ωr
上式中，假设行星机构太阳轮17的转速为ωs，齿圈14的转速为ωr，行星轮16的转速为ωc，其中ρ＝Rs/Rr，Rs是太阳轮17的半径，Rr是齿圈14的半径。
两档自动变速通过以下方式实现：
(1)当离合器处于分离状态时，也就是从动盘8与主动盘6在分离轴承7、分离杠杆10以及压盘9的作用下处于分离状态，则此时转子支架5的动力不能传递到齿圈14上；并且此时齿圈制动器的制动钳13处于工作状态，即制动钳 13钳住制动盘15，使齿圈14不能转动，行星机构的齿圈14便处于静止状态。此时由行星机构运动关系公式可得，行星机构传动如下：
ωs/ωc＝1+1/ρ
(2)当离合器处于结合状态时，也就是从动盘8与主动盘6处于结合状态，此时转子支架5上的动力便能通过主动盘6传递到从动盘8，从而到达齿圈14 上；此时齿圈制动器的制动钳13不处于工作状态，即齿圈14可以随意转动。由于行星机构太阳轮17上的动力也是来自转子支架5，即太阳轮17与齿圈14 转速相同，则通过行星机构运动关系公式可得，行星机构传动比如下：
ωs/ωc＝1
结合上述分析可知，通过控制离合器和齿圈制动器13的工作状态，二者相互配合，来切断或结合传递到齿圈14上的动力，从而确定行星机构的工作状态，其中一种是太阳轮17和齿圈14作为主动件，二者转速相同，行星轮16作为从动件，此时传动比为1；另一种是太阳轮17为主动件，齿圈14固定，行星轮16作为从动件，此时传动比为1+1/ρ，继而实现了两档自动变速。

Claims (8)

1.本发明公开了一种两档自动变速轮毂电机驱动系统，主要包括：轮毂电机、转子支架、电机外壳、行星机构、轮辋、电机支撑轴以及齿圈制动器等，主要特征是：所述轮辋通过螺栓连接在行星架上，后者通过轴承支撑在电机支撑轴上；轮毂电机转子与转子支架相连，太阳轮与主动盘均与转子支架相连，与轮毂电机转子同步旋转；离合器从动盘与齿圈相连接，齿圈处安装有齿圈制动器制动盘；车轮制动器的制动钳固定在电机支撑轴上，其制动盘通过行星架与轮辋相连，并随之转动。
2.根据权利要求1所述的两档自动变速轮毂电机驱动系统，其特征在于：所述轮毂电机驱动系统可以应用于普通单轮胎轮毂驱动车辆，也可以应用于双轮胎轮毂电机驱动车辆。
3.根据权利要求1所述的两档自动变速轮毂电机驱动系统，其特征在于：所述轮毂电机的类型可以为永磁同步、开关磁阻、交流感应等励磁方式的电机；结构形式可以是内定子外转子结构，也可以是内转子外定子结构。
4.根据权利要求1所述的两档自动变速轮毂电机驱动系统，其特征在于：所述行星机构可以是单行星排结构、双行星排结构及其它的多行星排机构。
5.根据权利要求1所述的两档自动变速轮毂电机驱动系统，其特征在于：行星机构特性参数及结构尺寸可以根据目标车型性能需求及轮辋尺寸具体设计。
6.根据权利要求1所述的两档自动变速轮毂电机驱动系统，其特征在于：所述制动器和离合器可以是电磁式、液压式、气动式等。
7.根据权利要求1所述的两档自动变速轮毂电机驱动系统，其特征在于：所述行星机构的太阳轮、齿圈和行星架三个元件的其中两个作为动力输入端，一个动力输出端，输入端可以根据需要进行选择，可以使所述中三个元件的其中任意两个。
8.根据权利要求1所述的两档自动变速轮毂电机驱动系统，其特征在于：通过控制制动器和离合器的工作状态，实现行星机构的两档变速传动。
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