CN108512381A - 新型高性能集成化轮毂电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型高性能集成化轮毂电机，包括中心轴、转动外壳；转动外壳通过轴承安装在中心轴上；转动外壳内固定设有电机定子；电机定子内的中心轴上空套有电机转子；电机转子包括并列分布且能够独立转动的第一转子和第二转子；中心轴上安装有两级行星减速器；第一转子通过两级行星减速器和第一离合器与转动外壳连接；第二转子通过第二离合器与转动外壳连接，第一离合器和第二离合器择一结合。本发明设置两个能够独立工作的电机转子，通过控制第一转子和第二转子的转速和转向，经两级行星减速器动力耦合后实现转动外壳的无极变速；使新型高性能集成化轮毂电机具备大传动比、大调速范围、高速巡航和无级变速能力。
Description
技术领域
本发明涉及轮毂电机领域，具体涉及一种新型高性能集成化轮毂电机。
背景技术
面对全球能源供应日益紧张，生态环境恶化的情况；世界上越来越多的国家开始提倡节能减排。纯电动汽车因为其零排放、零污染和高效率的特性已成为未来汽车行业发展的方向。
目前，市场上生产的电动车利用轮毂电机来驱动车辆行驶。轮毂电机的种类繁多，目前广泛应用的主要有两种：一种是减速驱动的内转子的轮毂电机，将减速机构放置于电机与车轮之间，其需要很大的安装空间，且传动效率较低；另一种是直接驱动外转子的轮毂电机，此种设计无法满足车辆爬坡时需要很大的扭矩的情况。
为解决上述问题专利号为CN102801245A的中国发明专利公开了一种电动车轮毂电机双离合器行星变挡机构，包括轮毂，电机外壳，定子，电机内壳的两端分别由第一内端盖和第二内端盖封口，第一内端盖的旁边设有第一行星齿轮，第一恒星齿轮活套在电机轴上，且第一恒星齿轮与第一内端盖相固定；第一行星齿轮对应第二行星齿轮，第一行星齿轮通过行星轴与对应的第二行星齿轮连接，行星轴穿设在行星架上，行星架通过标准轴承单向超越离合器与电机轴连接；第二恒星齿轮与轮毂内部的轮毂连接件相固定，并且第二恒星齿轮通过可控双向离合器与电机轴连接。
上述专利方案中，当车辆在平路上行驶时通过离合器将行星一级减速结构和行星二级减速结构锁死，使行星一级减速结构和行星二级减速结构能够整体一起转动，电机转子通过第二恒星齿轮将动力通过轮毂连接件传递给轮毂。当车辆爬坡时，通过离合器将行星一级减速结构和行星二级减速结构开启，通过行星齿轮机构进行变速。从而使电动车轮毂电机同时具备高转速-小扭矩状态下的高续航能力和低转速-大扭矩状态下的爬坡能力。
但是上述专利方案中的轮毂电机在高转速-小扭矩状态时，轮毂电机转动过程中需要带动两个锁死的行星减速结构和行星架转动，造成能源的浪费。
发明内容
本发明通过设置两个能够独立工作的电机转子，能够通过第一转子直接带动转动外壳转动和使第二转子通过二级行星减速机构进行动力耦合后带动外壳转动。大传动比、大调速范围、高速巡航能力和无级变速能力的同时，更加节能。
本发明的方案如下：
一种新型高性能集成化轮毂电机，包括中心轴、转动外壳；转动外壳通过轴承安装在中心轴上；转动外壳内固定设有电机定子；电机定子内的中心轴上空套有电机转子；电机转子包括并列分布且能够独立转动的第一转子和第二转子；中心轴上安装有两级行星减速器；第一转子通过两级行星减速器和第一离合器与转动外壳连接；第二转子通过第二离合器与转动外壳连接，第一离合器和第二离合器择一结合。
利用第二离合器控制第二转子与转动外壳连接；使新型高性能集成化轮毂电机处于高转速-小扭矩状态。通过第二转子直接带动转动外壳转动；能耗低，效率高。
当车辆需要爬坡时，第二离合器断开；使第一转子通过两级行星减速器和第一离合器与转动外壳连接；新型高性能集成化轮毂电机处于低转速-大扭矩的状态，满足爬坡需求。
进一步，所述两级行星轮系包括第一行星轮系和第二行星轮系；第一行星轮系包括第一齿圈、第一太阳轮、第一行星轮和第一行星架；第二行星轮系包括第二齿圈、第二太阳轮、第二行星轮和第二行星架；所述第一齿圈的中部一体成型或固定连接有套筒，套筒可转动的安装在中心轴上；所述第一太阳轮可转动的设在套筒一端，套筒另一端固定安装有所述第二太阳轮；所述第一行星架固定连接在所述电机定子上。
通过第一齿圈上的套筒将第一行星轮系与第二行星轮系连接，使第一转子当其中一个行星轮系转动的过程中能够通过套筒带动另一个行星轮转动，使其构成两级行星减速器。减速比大、减速效果好。
进一步，所述第一转子和第二转子套装在所述套筒上；所述第一离合器设置在第二齿圈与转动外壳之间；所述第一转子与第一太阳轮连接。
保证了两个转子能够相互独立转动；使第一转子能够通过两级行星减速器带动转动外壳转动；第一离合器的设置，能够利用两个行星轮系之间所有的齿轮传动来实现减速；减速效果良好。
进一步，所述第二行星架由所述第二转子和第三离合器构成，第二转子通过第一离合器和第三离合器控制两级行星减速器进行动力耦合后与转动外壳连接。使第二行星架形成具有由第二转子驱动的结构，区别于行星架固定的传统行星减速器，并通过行星架的转动改变传动比，拓宽调速范围。在新型高性能集成化轮毂电机处于低转速-大扭矩状态时，通过第三离合器连接第二转子与第二行星架；第一离合器和第三离合器接通，控制第一转子和第二转子通过两级行星减速器进行动力耦合后与转动外壳连接，可通过控制第一转子和第二转子的转速和转向来实现转动外壳的无极变速；使新型高性能集成化轮毂电机具备第一转子制动和第二转子制动两种制动形式，根据不同坡度的变速需求选择合适的制动方式，拓展了电机输出的转速及扭矩范围，更加节能。
进一步，第一离合器和第三离合器串联设置。方便控制。
进一步，所述第一行星轮系与第二行星轮系分别设置在第一转子与第二转子的外端。
将两个行星轮设置在两个电机转子外端，在传动过程中，分散分布的行星轮系比安装在单侧的行星齿轮系产生的震动小，并且有利于行星轮系的散热，使用寿命更长。
进一步，所述第二太阳轮通过花键安装在套筒上。方便新型高性能集成化轮毂电机的安装。
进一步，所述第一转子和第二转子设在法兰支架上，法兰支架设有隔离所述第一转子和第二转子的隔板。
将第二转子与第一转子隔离，保证第二转子与第一转子之间互独立转动，不产生干扰。
进一步，所有离合器上均设有惯性同步器。保证每个离合器换挡平顺，使新型高性能集成化轮毂电机的运行更平稳。
进一步，所述电机定子上安装有冷却系统。降低电机定子的温度，便于散热。
本发明的有益效果为，轮毂电机具备高转速-小扭矩状态的高速巡航能力和低转速-大扭矩状态的爬坡能力；在爬坡时能够根据需求选择不同档位来实现变速的效果；能耗低；散热性好；运动平稳。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的第一齿圈的结构示意图。
图3为本发明图1中A—A剖视图。
图中：中心轴1、转动外壳2、电机定子3、第一转子4.1、第二转子4.2、第一行星轮系5、第一太阳轮5.1、第一行星轮5.2、第一齿圈5.3、套筒5.31、第二行星轮系6、第二太阳轮6.1、第二行星轮6.2、第二齿圈6.3、第一离合器7.1、第三离合器7.2、第四离合器7.3、第二离合器8、盘形支架9、电机端盖10、法兰支架11。
具体实施方式
如图1至图3所示，一种新型高性能集成化轮毂电机，包括中心轴1、转动外壳2；转动外壳2通过轴承安装在中心轴1上；转动外壳2内固定设有电机定子3；中心轴1上固定设有盘形支架9；电机定子3通过盘形支架9固定在中心轴1上；电机定子3内的中心轴1上空套有电机转子；电机转子包括并列分布且能够独立转动的第一转子4.1和第二转子4.2；两个电机转子均由硅钢片和绕组线圈组成；中心轴1上安装有两级行星减速器；第一转子4.1通过两级行星减速器和第一离合器7.1与转动外壳2连接；第二转子4.2通过第二离合器8与转动外壳2连接，第一离合器7.1和第二离合器8择一结合。
所述两级行星轮减速器包括第一行星轮系5和第二行星轮系6；第一行星轮系5包括第一齿圈5.3以及第一齿圈5.3内侧的第一太阳轮5.1和第一行星轮5.2和第一行星架；第二行星轮系6包括第二齿圈6.3以及第二齿圈6.3内侧的第二太阳轮6.1和第二行星轮6.2和第二行星架；第一齿圈5.3的中部设有套筒5.31；套筒5.31与第一齿圈5.3一体成型；也可以通过焊接或螺纹或者过盈配合的方式使套筒5.31与第一齿圈5.3固定连接；第一齿圈5.3的套筒5.31通过轴承安装在中心轴1上；第一太阳轮5.1通过轴承安装在套筒5.3的一端；第二太阳轮6.1通过花键安装在套筒5.31的另一端；第一行星架由盘形支架9和固定支架构成；第一行星轮5.2的转轴通过固定支架固定在盘形支架9上。
所述中心轴1上通过轴承连接有用于封闭转动外壳2的电机端盖10；电机端盖10通过螺栓与转动外壳2固定连接。还可以采用螺钉、销钉等连接方式。盘形支架9与中心轴1之间为过盈配合，实现盘形支架9与中心轴1的固定；也可以采用键连接的形式将盘形支架9固定在中心轴1上。
所述第一行星轮系5与第二行星轮系6分别设置在第一转子4.1与第二转子4.2的外端。第一转子4.1和第二转子4.2分别通过轴承安装在中心轴1外侧的套筒5.31上；第一离合器7.1设置在第二齿圈6.3与电机端盖10之间；第二齿圈6.3通过第一离合器7.1和电机端盖10与转动外壳2连接；第一转子4.1与第一太阳轮5.1之间还设有第四离合器7.3，通过第四离合器7.3实现第一转子4.1与两级行星减速机构的连接；使新型高性能集成化轮毂电机的结构对称。同时也可以使第一转子4.1通过双头螺柱或者焊接等方式与第一太阳轮5.1固定连接；在第二行星轮6.2与第二转子4.2之间设有第三离合器7.2；第二行星架由第二转子4.2和第三离合器7.2构成；第三离合器7.2与第二行星轮6.2的转轴连接。第二离合器8设置在电机端盖10与第二转子4.2之间；第二转子4.2通过电机端盖10与转动外壳2连接。第一离合器7.1、第三离合器7.2和第四离合器7.3串联，方便控制。
所述套筒5.31外侧通过轴承连接有用于隔离第一转子4.1和第二转子4.2的法兰支架11；法兰支架11上设有盘形的隔离板，第一转子4.1和第二转子4.2设置在隔离板的两侧；所述第一转子4.1和第二转子4.2通过轴承连接在法兰支架11上。
上述离合器上均设有惯性同步器。电机定子3上安装有冷却系统，冷却系统采用内装风扇产生循环风进对电机定子3进行冷却；还可以设置常见水冷器对电机定子3进行冷却。所有轴承的两端均设有密封圈，密封轴承中的润滑油或润滑脂。
上述行星轮系与电机转子的分布还可以采用如下形式：
两个行星轮系设置在第一转子4.1和第二转子4.2之间；便于两个行星轮系的连接。
行星轮系与电机转子相间分布；第二行星轮系6设置在第二转子4.2的左侧，第一行星轮系5设置在第二转子4.2与第一转子4.1之间。分布均匀，震动较小。
本实施例的工作原理为，当第一离合器7.1、第三离合器7.2和第四离合器7.3断开时，第二离合器8处于连通状态；第二转子4.2通过第二离合器8和电机端盖10与转动外壳2连接。对第二转子4.2通电；第二转子4.2转动过程中，通过电机端盖10带动与电机端盖10固定连接的转动外壳2转动，新型高性能集成化轮毂电机处于高转速-小扭矩状态，以满足高速巡航的要求。
当第一离合器7.1、第三离合器7.2和第四离合器7.3处于连通状态时，第二离合器8断开；第一转子4.1通过第四离合器7.3与第一太阳轮5.1连接、第二齿圈6.3通过第一离合器7.1连接与转动外壳2固定的电机端盖10、第二转子4.2通过第三离合器7.2与第二行星轮6.2的转轴连接。新型高性能集成化轮毂电机处于高转速-小扭矩状态；此种情况下，包括第一转子4.1制动、第二转子4.2制动。
对第一转子4.1通电，通电的第一转子4.1能够在电机定子3内转动；当第一转子4.1正向转动时，第一转子4.1带动第一太阳轮5.1正向转动，第一太阳轮5.1带动与其外啮合的第一行星轮5.2反向转动；第一行星轮5.2带动与其内啮合第一齿圈5.3反向转动；第一齿圈5.3通过套筒5.31带动第二太阳轮6.1反向转动；第二太阳轮6.1带动与其外啮合的第二行星轮6.2正向转动；第二行星轮6.2带动与其内啮合的第二齿圈6.3正向转动；第二齿圈6.3通过电机端盖10带动转动外壳2正向转动。
对第二转子4.2通电，通电的第二转子能够在电机定子内转动；当第二转子4.2正向转动时，第二转子4.2带动第二行星轮6.2正向转动；第二行星轮6.2带动与其内啮合的第二齿圈6.3正向转动；第二齿圈6.3通过电机端盖10带动转动外壳2正向转动。
对第一转子4.1和第二转子4.2同时通电；当第一转子4.1和第二转子4.2同时转动时，能够相互在第二行星轮6.2处实现变速效果的叠加；新型高性能集成化轮毂电机的变速效果更好。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种新型高性能集成化轮毂电机，包括中心轴(1)、转动外壳(2)；转动外壳(2)通过轴承安装在中心轴(1)上；转动外壳(2)内固定设有电机定子(3)；其特征在于，电机定子(3)内的中心轴(1)上空套有电机转子；电机转子包括并列分布且能够独立转动的第一转子(4.1)和第二转子(4.2)；中心轴(1)上安装有两级行星减速器；第一转子(4.1)通过两级行星减速器和第一离合器(7.1)与转动外壳(2)连接；第二转子(4.2)通过第二离合器(8)与转动外壳(2)连接，第一离合器(7.1)和第二离合器(8)择一结合。
2.根据权利要求1所述的新型高性能集成化轮毂电机，其特征在于，所述两级行星轮系包括第一行星轮系(5)和第二行星轮系(6)；第一行星轮系(5)包括第一齿圈(5.3)、第一太阳轮(5.1)、第一行星轮(5.2)和第一行星架；第二行星轮系(6)包括第二齿圈(6.3)、第二太阳轮(6.1)、第二行星轮(6.2)和第二行星架；所述第一齿圈(5.3)的中部一体成型或固定连接有套筒(5.31)，套筒(5.31)可转动的安装在中心轴(1)上；所述第一太阳轮(5.1)可转动的设在套筒(5.31)一端，套筒(5.31)另一端固定安装有所述第二太阳轮(6.1)；所述第一行星架固定连接在所述电机定子(3)上。
3.根据权利要求2所述的新型高性能集成化轮毂电机，其特征在于，所述第一转子(4.1)和第二转子(4.2)套装在所述套筒(5.31)上；所述第一离合器(7.1)设置在第二齿圈(6.3)与转动外壳(2)之间；所述第一转子(4.1)与第一太阳轮(5.1)连接。
4.根据权利要求3所述的新型高性能集成化轮毂电机，其特征在于，所述第二行星架由所述第二转子(4.2)和第三离合器(7.2)构成，第二转子(4.2)通过第一离合器(7.1)和第三离合器(7.2)控制两级行星减速器进行动力耦合后与转动外壳(2)连接。
5.根据权利要求4所述的新型高性能集成化轮毂电机，其特征在于，第一离合器(7.1)和第三离合器(7.2)串联设置。
6.根据权利要求4所述的新型高性能集成化轮毂电机，其特征在于，所述第一行星轮系(5)与第二行星轮系(6)分别设置在第一转子(4.1)与第二转子(4.2)的外端。
7.根据权利要求4所述的新型高性能集成化轮毂电机，其特征在于，所述第二太阳轮(6.1)通过花键安装在套筒(5.31)上。
8.根据权利要求6所述的新型高性能集成化轮毂电机，其特征在于，所述第一转子(4.1)和第二转子(4.2)设在法兰支架上，法兰支架设有隔离所述第一转子(4.1)和第二转子(4.2)的支架。
9.根据权利要求8所述的新型高性能集成化轮毂电机，其特征在于，所有离合器上均设有惯性同步器。
10.根据权利要求8所述的新型高性能集成化轮毂电机，其特征在于，所述电机定子(3)上安装有冷却系统。
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