CN107933300A - 一种电动汽车同轴式轮毂电机驱动系统总成 - Google Patents

一种电动汽车同轴式轮毂电机驱动系统总成 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电动汽车同轴式轮毂电机驱动系统总成，包括设置在轮毂内的电机、减速器和盘式制动系统，电机为分段电磁阵列轴向磁通电动机；减速器为单排行星齿轮减速器；分段电磁阵列轴向磁通电动机的电机轴的输出端为内花键齿形，单排行星齿轮减速器的太阳轴的输入端为内花键齿形，电机轴与太阳轴在同一直线上，电机轴的输出端与太阳轴的输入端之间设有连接轴，连接轴的两端设有与内花键齿形啮合的外花键。本发明通过选取效率高的分段电磁阵列轴向磁通电动机作为轮毂电机、结构紧凑的单排行星齿轮减速器，并采用内内花键加连接轴的双齿联轴器来将电机轴与太阳轴在同一直线上进行连接，从而实现减小各级传动能量的损失和空间占用量的效果。

Description

一种电动汽车同轴式轮毂电机驱动系统总成
技术领域
本发明属于电动汽车领域，具体涉及一种电动汽车同轴式轮毂电机驱动系统总成。
背景技术
随着石油资源的日渐缺乏和空气污染越来越严重，社会与人民对新能源车的期盼越来越强烈，纯电动、混合动力、插电式燃料电池等形式的车在市场上逐渐浮出，新能源车型对缓解石油的紧张是有效的。
新能源汽车相对传统发动机的汽车来说，由于驱动方式的不同，整车结构布置的不同，这其中的驱动总成布置对整车来说至关重要，直接决定了整车的动力性、经济性、舒适性。在目前的传统内燃机的驱动系统中，发动机、离合器、变速器、传动轴、差速器、半轴、万向节等传动动力零部件是离不开的。而有些新能源的车型中，虽然电动机取代了传统发动机与离合器结构形式有了一定的简化，但这种集中式驱动或多或少较于分布式驱动总成更为复杂，造成各级传动能量的损失，导致传动效率下降，还导致动力系统占用空间较大，不利于整车空间的布置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种电动汽车同轴式轮毂电机驱动系统总成，减小各级传动能量的损失和空间占用量。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种电动汽车同轴式轮毂电机驱动系统总成，包括设置在轮毂内的电机、减速器和盘式制动系统，电机壳体通过电机连接座固定在轮毂内，其特征在于：所述的电机为分段电磁阵列轴向磁通电动机；所述的减速器为单排行星齿轮减速器；分段电磁阵列轴向磁通电动机的电机轴的输出端为内花键齿形，单排行星齿轮减速器的太阳轴的输入端为内花键齿形，电机轴与太阳轴在同一直线上，电机轴的输出端与太阳轴的输入端之间设有连接轴，连接轴的两端设有与所述的内花键齿形啮合的外花键。
按上述方案，所述的单排行星齿轮减速器的太阳轴为齿轮轴，单排行星齿轮减速器内还包括3个与太阳轴啮合的行星齿轮，3个行星齿轮分别与内齿圈啮合，行星齿轮轴通过行星架与轮毂通过螺栓固定连接；太阳轴的一侧设有与内齿圈啮合的大齿轮，大齿轮与电机连接座通过螺栓固定连接。
按上述方案，所述的太阳轴的输入端与电机连接座之间设有油封和弹性挡圈。
按上述方案，所述的电机连接座与轮毂之间设有油封。
按上述方案，所述的电机连接座与电机壳体螺栓连接，电机壳体留有与悬架下摆臂和上摆臂铰接的吊耳。
按上述方案，所述的轮毂设有两个支撑轴承，分别布置在分段电磁阵列轴向磁通电动机一侧和单排行星齿轮减速器一侧；其中，靠近单排行星齿轮减速器一侧的支撑轴承设有弹性止动挡圈。
按上述方案，所述的支撑轴承为圆锥滚子轴承。
按上述方案，所述的盘式制动系统包括制动钳和制动盘，其中制动钳通过电机壳体上的吊耳安装，制动盘与轮毂通过螺栓连接。
按上述方案，所述的内花键齿形与外花键的连接处设有油封。
按上述方案，所述的制动盘与分段电磁阵列轴向磁通电动机之间设有用于设置传感器的矩形齿圈。
本发明的有益效果为：通过选取效率高的分段电磁阵列轴向磁通电动机作为轮毂电机、结构紧凑的单排行星齿轮减速器，并采用内内花键加连接轴的双齿联轴器来将电机轴与太阳轴在同一直线上进行连接，从而实现减小各级传动能量的损失和空间占用量的效果。
附图说明
图1为本发明一实施例的整体结构示意图。
图2为本发明一实施例的电机外形图。
图3为本发明一实施例的减速器结构示意图。
图中：1-制动钳安装吊耳2-轮辋3、9、15-油封4-弹性止动挡圈5、7-支撑轴承6、16、18、26、30-螺栓8-制动盘10-制动钳11-电机壳体12-外花键13-上摆臂14-连接轴17-下摆臂19-电机20、34-内花健21-电机轴22-大齿轮23-行星架24-太阳轴25-行星齿轮27-行星齿轮轴28-内齿圈29-减速器31-轮毂32-矩形齿圈33-电机连接座
具体实施方式
下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。
本发明提供一种电动汽车同轴式轮毂电机驱动系统总成，如图1至图3所示，包括设置在轮辋2内的电机19、减速器29和盘式制动系统，电机壳体11通过电机连接座33固定在轮辋2内，所述的电机19为分段电磁阵列轴向磁通电动机；所述的减速器29为单排行星齿轮减速器；分段电磁阵列轴向磁通电动机的电机轴21的输出端为内花键20齿形，单排行星齿轮减速器的太阳轴24的输入端为内花键34齿形，电机轴21与太阳轴24在同一直线上，电机轴21的输出端与太阳轴24的输入端之间设有连接轴14，连接轴的两端设有与所述的内花键齿形啮合的外花键12。
进一步的，所述的单排行星齿轮减速器的太阳轴24为齿轮轴，单排行星齿轮减速器内还包括3个与太阳轴24啮合的行星齿轮25，3个行星齿轮25分别与内齿圈28啮合，行星齿轮轴27通过行星架23与轮毂31通过螺栓6固定连接；太阳轴24的一侧设有与内齿圈28啮合的大齿轮22，大齿轮22与电机连接座33通过螺栓26固定连接。
再进一步的，各个部位的连接如花键、齿轮啮合都做到了润滑，在部件连接部位都安装油封，较佳的密封，以防润滑油漏出。所述的太阳轴24的输入端与电机连接座33之间设有油封3。所述的电机连接座33与轮毂31之间设有油封9。
优选的，所述的电机连接座33与电机壳体11螺栓18连接，电机壳体11留有与悬架下摆臂17和上摆臂13铰接的吊耳。
优选的，所述的轮毂31设有两个支撑轴承5、7，分别布置在分段电磁阵列轴向磁通电动机一侧和单排行星齿轮减速器一侧；其中，靠近单排行星齿轮减速器一侧的轴承5设置弹性止动挡圈4。
优选的，所述的盘式制动系统包括制动钳10和制动盘8，其中制动钳10通过电机壳体11上的吊耳1安装，制动盘8与轮毂31通过螺栓30连接。
优选的，所述的内花键齿形与外花键的连接处设有电机输出端的油封15。
优选的，所述的制动盘与分段电磁阵列轴向磁通电动机之间设有用于设置传感器的矩形齿圈32，例如可以设置ABS传感器。
分段电磁阵列轴向磁通电机的电磁原理是洛伦兹电磁感应定律，使用右手螺旋定则判断电磁力的方向，磁场方向为轴向磁场。该电机的一般特性为高效率、高功率因数、高峰值扭力强、低电压时间常数、体积小、易控制、运作畅顺、简易构造。径向尺寸大于轴向尺寸的外形。本发明采用分段电磁阵列轴向磁通电动机的优点：
(1)效率高：分段电磁阵列轴向磁通电机采用无铁芯技术，较之传统电机消除了铁芯损耗，同时由于其空间利用率高，体积小、重量轻，因此机械损耗也低于传统电机，这两项本质上的巨大改变，使得轴向磁场电机成为了一种真正意义上的高效节能电机。
(2)功率密度高：在相同体积或重量下，分段电磁阵列轴向磁通电机的输出功率是传统电机数倍以上。对于需要控制体积和重量的应用而言，盘式电机无疑是最佳的选择。
(3)噪音低：由于采用了无铁芯绕组技术，分段电磁阵列轴向磁通电机较之传统电机消除了齿槽脉动，使其振动噪音及转矩脉动都得到了大幅较低，在要求低噪音、转矩脉动小的场合，分段电磁阵列轴向磁通电机也是及其理想的一种选择。
(4)可控性强：分段电磁阵列轴向磁通电机可以使用变频、伺服和直流无刷控制系统予以控制驱动，控制适应性广，且运行特别是低速运行时的平稳度极高。就设备智能化的发展而言，分段电磁阵列轴向磁通电机的应用将会是一种发展趋势。
(5)转矩恒定：分段电磁阵列轴向磁通电机可以在全工作段输出恒定的额定转矩。加之其平稳的低速运转特性，可以在许多应用中取消机械减速机构。
由于轮毂电机分布式驱动需要把电动机，减速器，制动器都装在轮毂内，所以动力传递的轴向尺寸应尽量与轮胎宽度相等，所以尽可能地较小轴向尺寸。因此，本发明采用单排行星齿轮减速器与电机连接。行星齿轮传动机构主要由太阳轮、行星轮、内齿圈组成。本发明用的行星齿轮减速器主动件为太阳轮，从动件为行星轮，固定件为内齿圈。优点如下：
(1)单排行星齿轮减速器的体积小、质量小、结构紧凑、占用空间小、质量轻、结构简单、抗压、承载能力强。
(2)由于单排行星齿轮减速器在传动结构上的对称性，使得作用于中心轮和轴承中的反作用力能互相平衡，从而有利于提高传动过程中的传动效率，其值能达到0.97。
(3)单排行星齿轮减速器的传动过程中平稳运行，抗冲击和振动的能力较为强大。
(4)由于运转平衡顺畅，在传动中噪音低，单排行星齿轮减速器内部齿轮加工工艺精度都较高，齿轮间的间隙都能保证在很小弧分以上，内部紧凑运耐冲击力强。
(5)传动比范围大，减速比范围广，可输出较大的扭矩，提高电动汽车的爬坡度、加速等动力性能。
(6)单排行星齿轮减速器只有单级传动，所以在轴向尺寸上可以减小，便于安装在轮毂内有限的空间里。
为解决轮毂电机动力连接，噪声问题，选择电机轴与行星齿轮减速器太阳轴连接方式为内内花键加连接轴的双齿联轴器结构。此类型的联轴器拥有的优点是：(1)承载能力大、工作可靠；(2)与其他类型的联轴器相比，尺寸相同时，传递的转矩大，而且允许两轴右较大的平行误差，使得驱动系统总成安装方便。
本发明把电机的驱动系统、制动系统、减速系统都安装在轮毂内的空间里，高度集成化、简化去掉了传统内燃机汽车所有的离合器，变速器、传动轴、差速器、半轴等传动部件，在很大程度上减轻了整车质量，大大提高了传动中的机械效率，节省出的空间可用来容纳蓄电池，在单级减速器中，行星架为输出机构，太阳轴齿轮为输入机构，内齿圈为固定件，实现了减速增距的作用，提高电动汽车的动力性。电机轴与太阳轴的同轴传动使得传动效率高，噪声大的问题得以解决，提高电动汽车舒适性。
本发明驱动方式过程：
整车控制器给予电机力矩输入，蓄电池给电机定子供电，电子线圈产生磁感应力，使之驱动电机的转子旋转，轮毂电机转子就驱动电机轴输出转矩。
电机轴输出端内花键与行星减速器太阳轴内花键，通过连接轴的外花键连接，这样动力从电机轴传递给太阳轴，太阳轴做成齿轮轴，太阳齿轮与行星齿轮啮合，动力传递给行星齿轮，行星齿轮齿数大于太阳轮齿数，这样动力就完成了减速增矩。行星齿轮与行星架固定，动力从行星架输出。
行星架输出的动力通过螺栓传递给轮毂，轮毂将动力传递给轮辋，这样的传递过程完成对车轮的驱动，可控制电机的转速实现车速的调节。
减速器的传动比
Z2为行星齿轮齿数，Z1为太阳轮齿数。
本发明制动方式过程
汽车在行驶过程中，制动盘、轮毂与车轮是同步转动的，制动钳与电机壳体固定、不随着制动盘转动。驾驶员踩下制动踏板后，制动系统液压油从制动管路输入制动油缸，油液压的增高推进活塞向前运动，制动钳体克服间隙推动制动块摩擦块与制动盘接触摩擦，完成制动。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动汽车同轴式轮毂电机驱动系统总成，包括设置在轮毂内的电机、减速器和盘式制动系统，电机壳体通过电机连接座固定在轮毂内，其特征在于：所述的电机为分段电磁阵列轴向磁通电动机；所述的减速器为单排行星齿轮减速器；分段电磁阵列轴向磁通电动机的电机轴的输出端为内花键齿形，单排行星齿轮减速器的太阳轴的输入端为内花键齿形，电机轴与太阳轴在同一直线上，电机轴的输出端与太阳轴的输入端之间设有连接轴，连接轴的两端设有与所述的内花键齿形啮合的外花键。
2.根据权利要求1所述的电动汽车同轴式轮毂电机驱动系统总成，其特征在于：所述的单排行星齿轮减速器的太阳轴为齿轮轴，单排行星齿轮减速器内还包括3个与太阳轴啮合的行星齿轮，3个行星齿轮分别与内齿圈啮合，行星齿轮轴通过行星架与轮毂通过螺栓固定连接；太阳轴的一侧设有与内齿圈啮合的大齿轮，大齿轮与电机连接座通过螺栓固定连接。
3.根据权利要求1所述的电动汽车同轴式轮毂电机驱动系统总成，其特征在于：所述的太阳轴的输入端与电机连接座之间设有油封和弹性挡圈。
4.根据权利要求1所述的电动汽车同轴式轮毂电机驱动系统总成，其特征在于：所述的电机连接座与轮毂之间设有油封。
5.根据权利要求1所述的电动汽车同轴式轮毂电机驱动系统总成，其特征在于：所述的电机连接座与电机壳体螺栓连接，电机壳体留有与悬架下摆臂和上摆臂铰接的吊耳。
6.根据权利要求1所述的电动汽车同轴式轮毂电机驱动系统总成，其特征在于：所述的轮毂设有两个支撑轴承，分别布置在分段电磁阵列轴向磁通电动机一侧和单排行星齿轮减速器一侧；其中，靠近单排行星齿轮减速器一侧的支撑轴承设有弹性止动挡圈。
7.根据权利要求6所述的电动汽车同轴式轮毂电机驱动系统总成，其特征在于：所述的支撑轴承为圆锥滚子轴承。
8.根据权利要求1所述的电动汽车同轴式轮毂电机驱动系统总成，其特征在于：所述的盘式制动系统包括制动钳和制动盘，其中制动钳通过电机壳体上的吊耳安装，制动盘与轮毂通过螺栓连接。
9.根据权利要求1所述的电动汽车同轴式轮毂电机驱动系统总成，其特征在于：所述的内花键齿形与外花键的连接处设有油封。
10.根据权利要求8所述的电动汽车同轴式轮毂电机驱动系统总成，其特征在于：所述的制动盘与分段电磁阵列轴向磁通电动机之间设有用于设置传感器的矩形齿圈。
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