CN107487175B - 一种一体化集成式轮毂电机驱动单元 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种一体化集成式轮毂电机驱动单元，其包括设置在轮辋内部的驱动电机，所述驱动电机的电机轴由电机轴承支撑在电机壳体上，所述电机轴的一侧连接有驻车制动器，另一侧通过行星减速机构连接有行车制动器；所述行星减速机构为一级行星轮机构；所述行星减速机构的输入端与所述电机轴连接；所述行星减速机构的输出端与所述轮辋和所述制动器的制动盘连接。本发明结构简单、使用更换方便，其不仅同时具备驱动、制动、支撑功能，并且各部件均集成于车轮内、结构紧凑，使用容量较小的驻车制动器实现了短制动距离、高驻车坡度的优良性能。

Description

一种一体化集成式轮毂电机驱动单元
技术领域
本发明涉及一种轮毂电机驱动单元，属于混合电动车型汽车驱动单元零部件技术领域，尤其涉及一种集驱动、减速、制动、支撑功能于一体的轮毂电机驱动单元。
背景技术
随着新能源汽车技术的发展，混合、电动汽车的驱动方案越来越多。市场常见的混合、纯电动汽车主要将发动机更换成电机或增加电机、电池，而变速箱、传动轴等动力传动装置形式仍然保留，相对传统车型，整车重量并未减少，且技术复杂程度提升。提高电动汽车的行驶里程是电动汽车一直追求的目标，减少汽车整备质量、简化传动结构是此目标的重要实施方式，本发明旨在该目标下，提出一种新型采用轮毂电机驱动的电动轮毂单元。
在中国发明专利CN104590001A中公开了一种一体化轮毂电机驱动单元，其将驱动电机、两级行星轮减速机构、制动盘、制动器等应用于车轮内，通过高度集成化的结构设计省去了变速器、传动轴等汽车传统零部件，极大的减轻了整车质量、提高了传动效率；并且通过两级行星轮减速机构之后实现大扭矩输出；但是，该技术方案由于使用了两级行星轮减速机构，故需要较长的宽度大、直径小的驱动电机才可以方便两级行星轮减速机构的安装以及实现稳定的动力输出，由于驱动电机宽度大、直径小，故相应的汽车车轮的轮辋亦会变大，从而造成电动轮总成质量变大，增加了车轮的能耗，同时，由于两级行星轮减速机构直径小，相应的扭矩减小，使用过程中可能出现扭矩不够造成车轮动力不足的情况；同时由于存在两级行星轮减速机构的传动副结构，造成了电动轮总成噪声偏大、密封方案不佳、拆装困难等缺点。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种一体化集成式轮毂电机驱动单元，其不仅具备驱动、减速、制动、支撑功能，并且各部件均集成于车轮内、结构紧凑。
为解决上述技术问题，本发明采用了这样一种一体化集成式轮毂电机驱动单元，其包括设置在轮辋内部的驱动电机，所述驱动电机的电机轴由电机轴承支撑在电机壳体上，所述电机轴的一侧连接有驻车制动器，另一侧通过行星减速机构连接有行车制动器；所述行星减速机构为一级行星轮机构；所述行星减速机构的输入端与所述电机轴连接；所述行星减速机构的输出端与所述轮辋和所述行车制动器的制动盘连接。
在本发明的一种优选实施方案中，所述一级行星轮机构包括行星减速器输入轴端盖、太阳轮、行星轮、行星架、行星减速器壳体和行星减速器输出轴端盖；所述行星减速器输入轴端盖的一侧与所述电机壳体固接，所述行星减速器输入轴端盖的另一侧端部设置有行星架；所述行星减速器壳体同轴套装在所述行星减速器输入轴端盖的外部；所述太阳轮与所述电机轴连接；所述行星轮可自转的连接在所述行星减速器壳体上且其一端与所述太阳轮啮合，另一端与所述行星架的内齿圈啮合；所述行星减速器壳体上固接有所述行星减速器输出轴端盖和所述制动盘；所述行星减速器输出轴端盖与所述轮辋固接。
在本发明的一种优选实施方案中，所述行星减速器输入轴端盖包括同轴布置的盘状连接部和柱状支撑部；所述盘状连接部通过螺栓与所述电机壳体固接；所述柱状支撑部上套装有轴承；所述轴承与所述行星减速器壳体连接；所述柱状支撑部的端部通过螺栓固接有所述行星架。
在本发明的一种优选实施方案中，所述行星减速器壳体包括用于连接制动盘的第一壳体和作为行星减速器行星架的第二壳体；所述第一壳体通过轴承可自转的同轴套装在所述行星减速器输入轴端盖上，所述第一壳体上套装固接有所述制动盘；所述第二壳体通过螺栓固接于所述第一壳体的端部；所述第二壳体通过行星轮轴铰接有所述行星轮。
在本发明的一种优选实施方案中，所述第一壳体包括同轴布置的轴承连接部、制动盘连接部和第二壳体连接部；所述制动盘连接部上设置有沿其轴向延伸的用于连接制动盘的螺纹孔。
在本发明的一种优选实施方案中，所述轴承连接部的内圈与所述轴承过盈配合连接，所述轴承连接部的外圈套装有所述制动盘；所述制动盘与所述制动盘连接部通过螺栓固接；所述第二壳体连接部套装于行星架外侧且于所述第二壳体螺栓连接。
在本发明的一种优选实施方案中，所述驻车制动器包括同轴布置的输出叉、制动鼓、制动蹄片总成和制动底板；所述输出叉与所述电机轴通过花键连接；所述制动鼓与所述输出叉固接；所述制动底板与所述电机壳体固接；所述制动蹄片总成固接于所述制动底板内侧；所述制动蹄片总成的外侧与所述制动鼓的内侧间隙配合。
在本发明的一种优选实施方案中，所述电机壳体一侧设置有上节臂、下节臂和转向节臂，另一侧设置可与制动盘配合制动的制动卡钳。
在本发明的一种优选实施方案中，所述电机壳体上通过螺栓可拆卸连接有卡钳安装座；所述卡钳安装座上设置有用于安装所述制动卡钳的螺栓孔。
在本发明的一种优选实施方案中，所述制动器为三缸活塞式制动器。
在本发明的一种优选实施方案中，所述电机壳体一侧设置有用于安装所述驻车制动器的第一凹槽；所述电机壳体的另一侧设置有用于安装所述行星减速机构的第二凹槽。
在本发明的一种优选实施方案中，电机壳体上设置有上节臂、下节臂和转向节臂。
在本发明的一种优选实施方案中，电机轴与太阳轮通过花键套实现连接。
在本发明的一种优选实施方案中，制动器为三缸活塞式制动器。
在本发明的一种优选实施方案中，电机壳体一侧设置有用于安装驻车制动器的第一凹槽；电机壳体的另一侧设置有用于安装行星减速机构的第二凹槽。
本发明的有益效果是：本发明结构简单、使用更换方便，其不仅同时具备驱动、制动、支撑功能，并且各部件均集成于车轮内、结构紧凑，使用容量较小的驻车制动器实现了短制动距离、高驻车坡度的优良性能。本发明通过将行车制动器、驻车制动器创造性的布置在电机两侧，通过高度集成化的结构设计省去了变速器、传动轴等汽车传统部件，极大的减轻整车质量、提高传动效率，减轻的重量可用于大幅提高蓄电池容量；同时本发明通过一级行星轮机构就实现大扭矩输出，极大提高了整车动力性、经济性，由于一级行星轮机构的存在，使得驱动电机设计时可以使用较短的电机轴和直径较大地电机壳，从而有效地减小电机壳的宽度减轻电动轮总成质量、增大了电机壳的直径增大电动轮总成输出扭矩，使得电机总成在保证足够的动力输出的前提下具有较轻的质量(即将行星减速器输入轴端盖与行星减速器壳体的第一壳体通过套筒式结构设计，缩短了行星轮机构距离电机的轴距)；本发明还在电机输入轴的另一端同轴布置有驻车制动器，使用较小的驻车制动器，通过行星减速的增扭放大作用，可为车辆提供放大几倍的驻车制动力，实现车辆的驻车制动功能。同时，巧妙地利用电机空间，将驻车制动器布置于转子的内凹空间中，极大的节省了布置空间；本发明还将电机、行星减速器设置为单独独立密封，有效地降低了密封件的设计难度，保证了电动轮毂在各种恶劣路况使用时的防尘密封性能；本发明还将电动轮毂轮胎中心线置于两轮毂轴承的中间，提高了系统的可靠性；本发明的行星减速器壳体制成分体式结构方便了电动轮总成的维护和更换。
附图说明
图1是本发明实施例一种一体化集成式轮毂电机驱动单元的结构示意图；
图2是本发明实施例一种一体化集成式轮毂电机驱动单元的剖视图；
图3是本发明实施例一种一体化集成式轮毂电机驱动单元的驱动电机剖视图；
图4是本发明实施例一种一体化集成式轮毂电机驱动单元的行星减速机构剖视图；
图5是本发明实施例一种一体化集成式轮毂电机驱动单元的驻车制动器安装剖视图；
图6是本发明实施例一种一体化集成式轮毂电机驱动单元的驻车制动器爆炸视图；
图7是本发明实施例一种一体化集成式轮毂电机驱动单元的制动器的安装示意图；
图中：1-驱动电机；2-行星减速机构；3-行车制动器；4-驻车制动器；5-轮辋，6-轮胎，7-上节臂，8-下节臂，9-转向节臂，1.1-定子，1.2-电机壳体，1.3-内转子，1.4-电机轴，1.5-电机油封，2.1-行星减速器输入轴端盖，2.2-太阳轮，2.3-行星轮，2.4-行星轮轴，2.5-花键套，2.6-行星架(带有内齿圈)，2.7-行星减速器壳体，2.8-轴承，2.9-行星减速器输出轴端盖，1.2-1-第一凹槽，1.2-2-第二凹槽，2.1-1-盘状连接部，2.1-2-柱状支撑部，2.7-1-第一壳体，2.7-2-第一壳体，3.1-制动盘，3.2-制动卡钳；2.7-1-1-轴承连接部；2.7-1-2-制动盘连接部；2.7-1-3-第二壳体连接部；2.7-1-4-螺纹孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
由说明书所示的一种一体化集成式轮毂电机驱动单元的结构示意图可知，本发明一种一体化集成式轮毂电机驱动单元包括主要包括驱动电机1、行星减速机构2、行车制动器3包括行车制动盘3.1、制动卡钳3.2和卡钳安装座3.3、驻车制动器4、轮辋5、轮胎6、上节臂7、下节臂8、转向节臂9等。其中电机1为永磁同步盘式电机、设置在轮辋5内部，定子1.1与电机壳体1.2固定，内转子1.3与电机轴1.4固定，电机轴由轴承支撑在驱动电机壳体1.2上，电机轴与电机壳体之间有电机油封1.5密封，电机轴提供动力输出，电机线束与整车动力及控制线束连接。
电机壳体1.2的一侧与车辆悬架系统连接，另一侧通过行星减速机构2连接有行车制动器3；行星减速机构2为一级行星轮机构；行星减速机构2的输入端与电机轴1.4连接；行星减速机构2的输出端与轮辋5和制动器3的制动盘3.1连接。行星减速器输出轴端盖2.9与行星减速器壳体2.7相连接，承担了传统意义上的轮毂轴的功能。行星减速器壳体2.7通过轴承2.8支撑在减速器输入端盖2.1上。
一级行星轮机构包括行星减速器输入轴端盖2.1、太阳轮2.2、行星轮2.3、行星架2.6、行星减速器壳体2.7和行星减速器输出轴端盖2.9；行星减速器输入轴端盖2.1的一侧与电机壳体1.2固接，行星减速器输入轴端盖2.1的另一侧端部设置有行星架2.6；行星减速器壳体2.7同轴套装在行星减速器输入轴端盖2.1的外部；太阳轮2.2与电机轴1.4连接；行星轮2.3铰接在行星减速器壳体2.7上且其一端与太阳轮2.2啮合，另一端与行星架2.6的内齿圈啮合；行星减速器壳体2.7上固接有行星减速器输出轴端盖2.9和制动盘3.1；行星减速器输出轴端盖2.9与轮辋5固接。行星减速器输入轴端盖2.1包括同轴布置的盘状连接部2.1-1和柱状支撑部2.1-2；盘状连接部2.1-1通过螺栓与电机壳体1.2固接；柱状支撑部2.1-2上套装有轴承2.8；轴承2.8与行星减速器壳体2.7连接；柱状支撑部2.1-2的端部通过螺栓固接有行星架2.6。行星减速器壳体2.7包括用于连接制动盘3.1的第一壳体2.7-1和作为行星减速器行星架的第二壳体2.7-2；第一壳体2.7-1通过轴承2.8可自转的同轴套装在行星减速器输入轴端盖2.1上，第一壳体2.7-1的外部固接有制动盘3.1(具体结构为：第一壳体2.7-1包括同轴布置的轴承连接部2.7-1-1、制动盘连接部2.7-1-2和第二壳体连接部2.7-1-3；制动盘连接部2.7-1-2上设置有沿其轴向延伸的用于连接制动盘3.1的螺纹孔2.7-1-4；轴承连接部2.7-1-1的内圈与轴承2.8过盈配合连接，轴承连接部2.7-1-1的外圈套装有制动盘3.1；制动盘3.1与制动盘连接部2.7-1-2通过螺栓固接；第二壳体连接部2.7-1-3套装于行星架2.6外侧且于第二壳体2.7-2螺栓连接)；第二壳体2.7-2通过螺栓固接于第一壳体2.7-1的端部；第二壳体2.7-2通过行星轮轴2.4铰接有行星轮2.3；第一壳体2.7-1上设置有沿其轴向延伸的用于连接制动盘3.1的螺纹孔2.7-1-4；电机壳体1.2上通过螺栓可拆卸连接有卡钳安装座3.3；卡钳安装座3.3上设置有用于安装制动卡钳3.2的螺栓孔。
电机壳体1.2与车辆悬架系统连接的一侧的端面上设置有驻车制动器4；驻车制动器4包括同轴布置的输出叉4.1、制动鼓4.2、制动蹄片总成4.3和制动底板4.4；输出叉4.1与电机轴1.4通过花键连接；制动鼓4.2与输出叉4.1固接；制动底板4.4与电机壳体1.2固接；制动蹄片总成4.3固接于制动底板4.4内侧；制动蹄片总成4.3的外侧与制动鼓4.2的内侧间隙配合；轮毂电机输出轴1.4的一端从电机壳体1.2中伸出，输出轴1.4通过花键与输出叉4.1连接，制动鼓4.2与输出叉4.1通过螺栓连接，输出轴、输出叉、制动鼓三者一起转动。制动蹄片总成4.3与制动底板4.4相互固定，制动蹄片总成4.3的外侧与制动鼓4.2的内侧间隙配合，形成一对摩擦副，实现驻车功能。制动底板4.4将整个输出轴、制动鼓全部反扣住，底板内侧与电机壳体采用止口定心，保证了制动底板与制动鼓的同心度要求，同时制动底板与电机通过螺栓固定，并在接触面设计密封圈4.5进行端面密封，保证了电机的防水防尘要求。电机壳体1.2上固接有可与制动盘3.1配合制动的制动卡钳3.2。电机壳体1.2上设置有上节臂7、下节臂8和转向节臂9；上节臂7与下节臂8与驱动电机壳体1.2通过螺栓紧固，上节臂、下节臂与车辆悬架系统三角臂通过球头连接，转向节臂与转向拉杆通过球头连接。电机轴1.4与太阳轮2.2通过花键套2.5实现连接。制动器3为三缸活塞式制动器。电机壳体1.2一侧设置有用于安装驻车制动器4的第一凹槽1.2-1；电机壳体1.2的另一侧设置有用于安装行星减速机构2的第二凹槽1.2-2。
本实施例实现驱动功能的方式如下所述：整车电能及控制信号通过电机线束输入给轮毂驱动电机定子1.1，定子线圈通过磁感应力驱动电机转子1.3旋转，电机转子1.3带动电机输出轴1.4输出驱动扭矩；电机轴1.4将动力输出给行星减速机构2的太阳轮2.2，太阳轮2.2通过与行星轮2.3和行星架2.6的结合，将动力减速增扭后输出给行星减速器壳体2.7，行星减速器壳体2.7带动行星减速器输出轴端盖2.9转动，将动力输出给与行星减速器输出轴端盖2.9固联的轮辋5，继而带动轮胎6转动。在此过程中，通过调节电机转速的大小，可实现对车轮转速的控制，通过调节电机扭矩的大小，可实现对车轮输出扭矩的控制。
本实施例实现行车制动功能的过程为：车轮轮胎6运转时，车轮轮胎与制动盘3.1同速旋转，驾驶员进行制动踏板操作后，制动系统制动液压管路建压，压力通过制动管路输入给制动卡钳体，卡钳体推动摩擦块压紧制动盘，实现行车制动。
本实施例实现驻车制动功能的过程为：车轮轮胎6运转时，车轮轮胎6与电机轴1.4之间通过行星减速器减速增扭，两者间按速比关系进行同向旋转。当驾驶员拉动驻车制动拉索，随即驻车制动毂蹄片张开，蹄片与轮毂之间通过摩擦力提供驻车制动力。制动力通过行星减速器按速比关系放大后，将驻车制动力传递至车轮。
本发明的有益效果在于：本发明创造性的提出了一种充分利用外转子电机内部的内凹空间，将行星加速器、电机、行车制动器、驻车制动器等集成在一体的紧凑型高性能电动轮毂单元，通过高度集成化的结构设计省去了变速器、传动轴等汽车传统部件，极大的减轻整车质量、提高传动效率，减轻的重量可用于大幅提高蓄电池容量；布置于轮毂内的电机作为动力源提供动力输入至行星减速机构的太阳轮，行星减速机构的行星架与行星减速器的壳体连接在一起，作为行星减速机构的输出，并且电机通过行星减速机构之后实现大扭矩输出，极大提高了整车动力性、经济性；同时，特别地，在电机输入轴的另一端同轴布置有驻车制动器，使用较小的驻车制动器，通过行星减速的增扭放大作用，可为车辆提供放大几倍的驻车制动力，实现车辆的驻车制动功能。同时，巧妙地利用电机空间，将驻车制动器布置于转子的内凹空间中，极大的节省了布置空间；同时，特别地，将电机、行星减速器设置为单独独立密封，有效地降低了密封件的设计难度，保证了电动轮毂在各种恶劣路况使用时的防尘密封性能；同时，将电动轮毂轮胎中心线置于两轮毂轴承的中间，提高了系统的可靠性；同时，特别地，将行星轮系设计为一侧浮动式，可自动调整、补偿系统间隙，提高扭矩传递的平稳性，降低减速器的齿轮噪声；同时可根据不同的需求，匹配各种混合电动车型或者纯电动车型，应用范围十分广泛。
应当理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，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。

Claims (9)

1.一种一体化集成式轮毂电机驱动单元，包括设置在轮辋(5)内部的驱动电机(1)，所述驱动电机(1)的电机轴(1.4)由电机轴承支撑在电机壳体(1.2)上，所述电机轴(1.4)的一侧连接有驻车制动器(4)，另一侧通过行星减速机构(2)连接有行车制动器(3)；所述行星减速机构(2)为一级行星轮机构；所述行星减速机构(2)的输入端与所述电机轴(1.4)连接；所述行星减速机构(2)的输出端与所述轮辋(5)和所述行车制动器(3)的制动盘(3.1)连接；其特征在于：所述一级行星轮机构包括行星减速器输入轴端盖(2.1)、太阳轮(2.2)、行星轮(2.3)、行星架(2.6)、行星减速器壳体(2.7)和行星减速器输出轴端盖(2.9)；所述行星减速器输入轴端盖(2.1)的一侧与所述电机壳体(1.2)固接，所述行星减速器输入轴端盖(2.1)的另一侧端部设置有行星架(2.6)；所述行星减速器壳体(2.7)同轴套装在所述行星减速器输入轴端盖(2.1)的外部；所述太阳轮(2.2)与所述电机轴(1.4)连接；所述行星轮(2.3)铰接在所述行星减速器壳体(2.7)上且其一端与所述太阳轮(2.2)啮合，另一端与所述行星架(2.6)的内齿圈啮合；所述行星减速器壳体(2.7)上固接有所述行星减速器输出轴端盖(2.9)和所述制动盘(3.1)；所述行星减速器输出轴端盖(2.9)与所述轮辋(5)固接。
2.根据权利要求1所述的一种一体化集成式轮毂电机驱动单元，其特征在于：所述行星减速器输入轴端盖(2.1)包括同轴布置的盘状连接部(2.1-1)和柱状支撑部(2.1-2)；所述盘状连接部(2.1-1)通过螺栓与所述电机壳体(1.2)固接；所述柱状支撑部(2.1-2)上套装有轴承(2.8)；所述轴承(2.8)与所述行星减速器壳体(2.7)连接；所述柱状支撑部(2.1-2)的端部通过螺栓固接有所述行星架(2.6)。
3.根据权利要求1所述的一种一体化集成式轮毂电机驱动单元，其特征在于：所述行星减速器壳体(2.7)包括用于连接制动盘(3.1)的第一壳体(2.7-1)和作为行星减速器行星架的第二壳体(2.7-2)；所述第一壳体(2.7-1)通过轴承(2.8)可自转的同轴套装在所述行星减速器输入轴端盖(2.1)上，所述第一壳体(2.7-1)上套装固接有所述制动盘(3.1)；所述第二壳体(2.7-2)通过螺栓固接于所述第一壳体(2.7-1)的端部；所述第二壳体(2.7-2)通过行星轮轴(2.4)铰接有所述行星轮(2.3)。
4.根据权利要求3所述的一种一体化集成式轮毂电机驱动单元，其特征在于：所述第一壳体(2.7-1)包括同轴布置的轴承连接部(2.7-1-1)、制动盘连接部(2.7-1-2)和第二壳体连接部(2.7-1-3)；所述制动盘连接部(2.7-1-2)上设置有沿其轴向延伸的用于连接制动盘(3.1)的螺纹孔(2.7-1-4)。
5.根据权利要求4所述的一种一体化集成式轮毂电机驱动单元，其特征在于：所述轴承连接部(2.7-1-1)的内圈与所述轴承(2.8)过盈配合连接，所述轴承连接部(2.7-1-1)的外圈套装有所述制动盘(3.1)；所述制动盘(3.1)与所述制动盘连接部(2.7-1-2)通过螺栓固接；所述第二壳体连接部(2.7-1-3)套装于行星架(2.6)外侧且于所述第二壳体(2.7-2)螺栓连接。
6.根据权利要求1所述的一种一体化集成式轮毂电机驱动单元，其特征在于：所述驻车制动器(4)包括同轴布置的输出叉(4.1)、制动鼓(4.2)、制动蹄片总成(4.3)和制动底板(4.4)；所述输出叉(4.1)与所述电机轴(1.4)通过花键连接；所述制动鼓(4.2)与所述输出叉(4.1)固接；所述制动底板(4.4)与所述电机壳体(1.2)固接；所述制动蹄片总成(4.3)固接于所述制动底板(4.4)内侧；所述制动蹄片总成(4.3)的外侧与所述制动鼓(4.2)的内侧间隙配合。
7.根据权利要求1所述的一种一体化集成式轮毂电机驱动单元，其特征在于：所述电机壳体(1.2)一侧设置有上节臂(7)、下节臂(8)和转向节臂(9)，另一侧设置有所述行车制动器(3)的制动卡钳(3.2)。
8.根据权利要求7所述的一种一体化集成式轮毂电机驱动单元，其特征在于：所述电机壳体(1.2)上通过螺栓可拆卸连接有卡钳安装座(3.3)；所述卡钳安装座(3.3)上设置有用于安装所述制动卡钳(3.2)的螺栓孔。
9.根据权利要求4所述的一种一体化集成式轮毂电机驱动单元，其特征在于：所述电机壳体(1.2)一侧设置有用于安装所述驻车制动器(4)的第一凹槽(1.2-1)；所述电机壳体(1.2)的另一侧设置有用于安装所述行星减速机构(2)的第二凹槽(1.2-2)。
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