CN110034632A - 防水型大功率密度高转矩高度集成轮毂电机 - Google Patents

Abstract

一种新能源汽车、特种车辆、分布式驱动控制技术领域的防水型大功率密度高转矩高度集成轮毂电机，包括轮毂、主轴、外壳体、内壳体、刹车片总成、减速器总成、电机定子总成、电机转子总成、解除刹车油腔、充油刹车油腔、冷却水道、车身快插组件，驻车制动总成布置在外壳体内，刹车片总成、减速器总成、电机定子总成、电机转子总成均布置在内壳体内。在本发明中，驱动电机、行星排减速器、制动器高度集成为一个整体，形成一个高效、高功率密度的驱动模块，整体重量仅为同级别产品的50％，有效降低了整车非簧载质量。本发明设计合理，与车身接口采用快接方式，便于快速拆装。

Description

防水型大功率密度高转矩高度集成轮毂电机

技术领域

本发明涉及的是一种新能源汽车、特种车辆、分布式驱动控制技术领域的轮毂电机，特别是一种驱动电机、行星排减速器、制动器集成在一起的防水型大功率密度高转矩高度集成轮毂电机。

背景技术

轮毂电机技术又称车轮内装电机技术，它的最大特点就是将动力、传动和制动装置都整合到轮毂内，因此将电动车辆的机械部分大大简化。在20世纪70年代，这一技术在矿山运输车等领域得到应用。而对于乘用车所用的轮毂电机，日系厂商对于此项技术研发开展较早，目前处于领先地位，包括通用、丰田在内的国际汽车巨头也都对该技术有所涉足。

我国国内对于轮毂电机的研究多集中于高校，产品均为电动汽车，但是对于轮毂电机驱动技术的研究尚不成熟，尤其是在高转矩轮毂电机开发方面，与国外先进产品仍有一定差距，因此我国仍需加强对轮毂电机技术的研发投入，提高核心竞争力，缩小差距，争取达到世界先进水平。目前轮毂电机大幅度地增大了簧下质量，同时也增加了轮毂的转动惯量，这对于车辆的操控性能是不利的。同时轮毂电机驱动的车辆，由于轮毂电机系统的电制动容量较小，不能满足整车制动性能的要求，都需要附加机械制动系统，靠电动真空泵来提供刹车助力，制动系统消耗的能量影响电动车续航里程。此外，轮毂电机工作的环境恶劣，面临水、灰尘等多方面影响，在密封方面也有较高要求，同时在设计上也需要为轮毂电机单独考虑散热问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种防水型大功率密度高转矩高度集成轮毂电机，驱动电机、行星排减速器、制动器高度集成为一个整体，形成一个高效、高功率密度的驱动模块，整体重量仅为同级别产品的50％，有效降低了整车非簧载质量。

本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明包括轮毂、主轴、外壳体、内壳体、右凸缘、活塞、嵌块、内齿圈、刹车片总成、二级减速器总成、一级减速器总成、电机定子总成、电机转子总成、旋转定子、旋转转子、滚针轴承、平面轴承、解除刹车油腔、充油刹车油腔、冷却水道、车身快插组件、解除刹车油路、充液刹车油路、碟簧，轮毂与主轴的左端连接在一起，外壳体的右端与内壳体的左端连接在一起，内壳体的右端与右凸缘的左端连接在一起，主轴贯穿外壳体、内壳体的轴线；活塞、嵌块、碟簧一起组成制动总成装置，制动总成装置布置在外壳体内，活塞与外壳体之间的腔体组成充油刹车油腔，活塞、嵌块之间的腔体组成解除刹车油腔，解除刹车油腔与解除刹车油路相连通，充油刹车油腔与充液刹车油路相连通；内齿圈、刹车片总成、二级减速器总成、一级减速器总成、电机定子总成、电机转子总成、旋转定子、旋转转子均布置在内壳体内，内齿圈、电机定子总成与内壳体的内壁面固定连接在一起，电机定子总成与电机转子总成相匹配，旋转定子与旋转转子相匹配，电机转子总成、旋转转子与一级减速器总成相连接，二级减速器总成、一级减速器总成连接在一起，二级减速器总成与轮毂连接在一起，主轴与右凸缘之间通过滚针轴承、平面轴承连接在一起；冷却水道布置在内壳体的外周，冷却水道的位置与电机定子总成的位置相匹配；车身快插组件与右凸缘的右端连接在一起。

进一步地，在本发明中，活塞、嵌块、碟簧的纵截面均为圆环结构，活塞的横截面为“土”字型。

更进一步地，在本发明中，刹车片总成包括离合器左端板、离合器摩擦片、离合器钢片、离合器右端板，离合器摩擦片、离合器钢片间隔布置。

更进一步地，在本发明中，一级减速器总成、二级减速器总成均为太阳行星结构，一级减速器总成包括一级太阳轮、一级行星齿轮和一级行星齿轮架；二级减速器总成包括二级太阳轮、二级行星齿轮和二级行星齿轮架。

更进一步地，在本发明中，内齿圈的内齿分别与刹车片总成、一级行星齿轮、二级行星齿轮的齿轮相匹配。

更进一步地，在本发明中，二级减速器总成与轮毂之间的连接，是轮毂通过传扭轴与二级减速器总成的二级行星齿轮架相连接。

更进一步地，在本发明中，车身快插组件的一侧布置弱电接线管、进水管、出水管、行车高压油管、驻车高压油管，另一侧布置三相线端子、快接绝缘挡块；在快接绝缘挡块中布置铜端子公头、铜端子母头，铜端子公头、铜端子母头之间通过软线相连接。

更进一步地，在本发明中，冷却水道为肋片型环道。

更进一步地，在本发明中，外壳体、内壳体之间通过螺栓连接在一起；外壳体与轮毂之间通过轴承连接，端部油封密封；轮毂与车轮轮辋之间通过螺栓连接，轮毂与主轴的左侧端部之间通过螺栓连接，主轴的右侧端部通过锁紧装置与右侧车身法兰连接。

更进一步地，在本发明中，轮毂电机内部三分之一直径范围内充满润滑油。

更进一步地，在本发明中，车辆行车制动及驻车制动均由全盘湿式制动器实现，行车制动采用碟簧加充液，驻车制动采用碟簧。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果为：第一，本发明将驱动电机、行星排减速器、制动器高度集成为一个整体，形成一个高效，高功率密度的驱动模块，整体重量仅为同级别产品的50％，有效降低了整车非簧载质量；第二，本发明与车身接口采用快接方式，便于快速拆装；第三，本发明冷却通道采用水套方式密封，成本低，效率高，有别于传统的焊接形式；第四，本发明对外密封可靠，可涉水工作,防水防尘等级IP6K9K；第五，本发明采用行星排减速器，质量轻，结构可靠，传功齿轮为非标产品，传动效率高，噪音低；第六，本发明采用液压全盘湿式制动器，结构巧妙，制动可靠，既节省空间又能满足行、驻车双路径一体化的高难度技术指标。

附图说明

图1为本发明的原理示意图；

图2为本发明实施例1的结构示意图；

图3为图2的局部放大图；

图4为图2的左视图；

图5为图2的右视图；

图6为图2的纵剖面图；

图7为本发明实施例2的局部结构示意图；

图8为本发明实施例3的局部结构示意图；

其中：1、轮毂，2、主轴，3、外壳体，4、内壳体，5、右凸缘，6、活塞，7、嵌块，8、内齿圈，9、刹车片总成，10、二级减速器总成，11、一级减速器总成，12、电机定子总成，13、电机转子总成，14、旋转定子，15、旋转转子，16、滚针轴承，17、平面轴承，18、解除刹车油腔，19、充油刹车油腔，20、冷却水道，21、车身快插组件，22、解除刹车油路，23、充液刹车油路，24、碟簧。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

具体实施例图1至图6所示，本发明包括轮毂1、主轴2、外壳体3、内壳体4、右凸缘5、活塞6、嵌块7、内齿圈8、刹车片总成9、二级减速器总成10、一级减速器总成11、电机定子总成12、电机转子总成13、旋转定子14、旋转转子15、滚针轴承16、平面轴承17、解除刹车油腔18、充油刹车油腔19、冷却水道20、车身快插组件21、解除刹车油路22、充液刹车油路23、碟簧24，轮毂1与主轴2的左端连接在一起，外壳体3的右端与内壳体4的左端连接在一起，内壳体4的右端与右凸缘5的左端连接在一起，主轴2贯穿外壳体3、内壳体4的轴线；活塞6、嵌块7、碟簧24一起组成制动总成装置，制动总成装置布置在外壳体3内，活塞6与外壳体3之间的腔体组成充油刹车油腔19，活塞6、嵌块7之间的腔体组成解除刹车油腔18，解除刹车油腔18与解除刹车油路22相连通，充油刹车油腔19与充液刹车油路23相连通；内齿圈8、刹车片总成9、二级减速器总成10、一级减速器总成11、电机定子总成12、电机转子总成13、旋转定子14、旋转转子15均布置在内壳体4内，内齿圈8、电机定子总成12与内壳体4的内壁面固定连接在一起，电机定子总成12与电机转子总成13相匹配，旋转定子14与旋转转子15相匹配，电机转子总成、旋转转子与一级减速器总成相连接，二级减速器总成10、一级减速器总成11连接在一起，二级减速器总成10与轮毂1连接在一起，主轴2与右凸缘5之间通过滚针轴承16、平面轴承17连接在一起；冷却水道20布置在内壳体4的外周，冷却水道20的位置与电机定子总成12的位置相匹配；车身快插组件21与右凸缘5的右端连接在一起。活塞6、嵌块7、碟簧24的纵截面均为圆环结构，活塞6的横截面为“土”字型。一级减速器总成11、二级减速器总成10均为太阳行星结构，一级减速器总成11包括一级太阳轮、一级行星齿轮和一级行星齿轮架；二级减速器总成10包括二级太阳轮、二级行星齿轮和二级行星齿轮架。车身快插组件21的一侧布置弱电接线管、进水管、出水管、行车高压油管、驻车高压油管，另一侧布置三相线端子、快接绝缘挡块；在快接绝缘挡块中布置铜端子公头、铜端子母头，铜端子公头、铜端子母头之间通过软线相连接。冷却水道20为肋片型环道。外壳体3、内壳体4之间通过螺栓连接在一起；外壳体3与轮毂1之间通过轴承连接，端部油封密封；轮毂1与车轮轮辋之间通过螺栓连接，轮毂1与主轴2的左侧端部之间通过螺栓连接，主轴2的右侧端部通过锁紧装置与右侧车身法兰连接。轮毂电机内部三分之一直径范围内充满润滑油。

在本实施例中，轮毂电机为内转子式，是电机嵌在车轮轱辘里。左端轮毂1与轮辋固定，向车轮传递一定的转速和扭矩；右端法兰与车身固定，为整车重量的承载件，将整车重量分布到各个车轮胎。定子通电后，定转子相对运动，电能转化为动能；通过转子支撑花键将动能传递给一级减速器总成11的一级太阳轮；而后经过固定传动比行星排减速器，速度下降，扭矩增大；再由二级减速器总成10的二级行星齿轮架四定位孔将相应的速度和扭矩传递给轮辋。外壳体肋片型环道为冷却水道，带走电机及传动件内部的热量。车辆行车制动及驻车制动由全盘湿式制动器实现，行车制动采用碟簧加充液刹，驻车制动采用碟簧。

在本实施例中，传动关系为：定子通电--转子定子相对运动(含转子支撑)--一级太阳轮--一级减速器组(含一级行星齿轮架)--二级太阳轮--二级减速器组(含二级行星齿轮架)--轮毂1--轮辋及轮胎。

本发明中的制动装置为内置式，整合到了轮毂电机内部：通过内置碟簧，及高压油室去实现制动或减速或解除制动。每个高压油室有特定的油道进口，油道分布内壳体4、外壳体3、右凸缘5上，各部件之间油道进出口采用特定的密封方式。通过电机内置的1/3润滑油冷却，上部2/3处通过转动件飞溅的润滑油冷却。

当驻车制动时，仅碟簧24驱动活塞6右移，实现对轮毂1的制动，充液刹车油腔19、解除刹车油腔18均不工作；在行车制动时，在充液刹车油腔19内充油，充液刹车油腔19与碟簧24一起驱动活塞6右移，实现对轮毂1的制动，解除刹车油腔18不工作；在行车时，在解除刹车油腔18内充油，充液刹车油腔19不工作，并使解除刹车油腔18向左推动活塞6的力大于碟簧24驱动活塞6向右的力，从而使轮毂1不受制动力约束。

在本发明中，永磁电机提供满足轮毂技术指标的功率参数；行星齿轮组提供技术指标所需要的扭矩及功率输出；制动部分满足技术指标所提出的技术需求；快速插接部分满足战场快速更换需求，拆卸两个螺钉即可；承载轴系满足技术指标所提出的承载和三轴加速度需求。

与已有技术对比，本发明同规格下(尺寸相当)：输出最大功率高于传统电机20％；输出最大扭矩高于传统电机30％，同步永磁电机最大转速高于传统电机10％，最大牵引力高于传统电机20％，输出最高转速高于传统电机10％，制动器规格大于传统电机40％，工艺难度及复杂程度高于传统电机。

实施例2

在实施例1中，活塞6、嵌块7、碟簧以及刹车片总成9组成的制动系统布置在二级减速器总成11与轮毂1之间，可以直接对轮毂1或是二级行星齿轮架实行制动，刹车片线速度比较低。

在本实施例中，活塞6、嵌块7、碟簧以及刹车片总成9组成的制动系统布置布置在一级减速器总成11与电机转子总成13之间，如图7所示，可对一级减速后的行星齿轮架或是二级太阳轮实行制动，制动力与刹车片线速度适中。

实施例3

在本实施例中，活塞6、嵌块7、碟簧以及刹车片总成9组成的制动系统布置布置在电机转子总成13与右凸缘5之间，如图8所示，可直接对转子支撑实行制动，制动力比较小。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种防水型大功率密度高转矩高度集成轮毂电机，包括轮毂(1)、主轴(2)，轮毂(1)与主轴(2)的左端连接在一起，其特征在于，还包括外壳体(3)、内壳体(4)、右凸缘(5)、活塞(6)、嵌块(7)、内齿圈(8)、刹车片总成(9)、二级减速器总成(10)、一级减速器总成(11)、电机定子总成(12)、电机转子总成(13)、旋转定子(14)、旋转转子(15)、滚针轴承(16)、平面轴承(17)、解除刹车油腔(18)、充油刹车油腔(19)、冷却水道(20)、车身快插组件(21)、解除刹车油路(22)、充液刹车油路(23)和碟簧(24)，外壳体(3)的右端与内壳体(4)的左端连接在一起，内壳体(4)的右端与右凸缘(5)的左端连接在一起，主轴(2)贯穿外壳体(3)、内壳体(4)的轴线；活塞(6)、嵌块(7)、碟簧(24)一起组成制动总成装置，制动总成装置布置在外壳体(3)内，活塞(6)与外壳体(3)之间的腔体组成充油刹车油腔(19)，活塞(6)、嵌块(7)之间的腔体组成解除刹车油腔(18)，解除刹车油腔(18)与解除刹车油路(22)相连通，充油刹车油腔(19)与充液刹车油路(23)相连通；内齿圈(8)、刹车片总成(9)、二级减速器总成(10)、一级减速器总成(11)、电机定子总成(12)、电机转子总成(13)、旋转定子(14)、旋转转子(15)均布置在内壳体(4)内，内齿圈(8)、电机定子总成(12)与内壳体(4)的内壁面固定连接在一起，电机定子总成(12)与电机转子总成(13)相匹配，旋转定子(14)与旋转转子(15)相匹配，电机转子总成(13)、旋转转子(15)与一级减速器总成(11)相连接，二级减速器总成(10)、一级减速器总成(11)连接在一起，二级减速器总成(10)与轮毂(1)连接在一起，主轴(2)与右凸缘(5)之间通过滚针轴承(16)、平面轴承(17)连接在一起；冷却水道(20)布置在内壳体(4)的外周，冷却水道(20)的位置与电机定子总成(12)的位置相匹配；车身快插组件(21)与右凸缘(5)的右端连接在一起。

2.根据权利要求1所述的防水型大功率密度高转矩高度集成轮毂电机，其特征在于所述活塞(6)、嵌块(7)、碟簧(24)的纵截面均为圆环结构，活塞(6)的横截面为“土”字型。

3.根据权利要求2所述的防水型大功率密度高转矩高度集成轮毂电机，其特征在于所述刹车片总成(9)包括离合器左端板、离合器摩擦片、离合器钢片、离合器右端板，离合器摩擦片、离合器钢片间隔布置。

4.根据权利要求3所述的防水型大功率密度高转矩高度集成轮毂电机，其特征在于所述一级减速器总成(11)、二级减速器总成(10)均为太阳行星结构，一级减速器总成(11)包括一级太阳轮、一级行星齿轮和一级行星齿轮架；二级减速器总成(10)包括二级太阳轮、二级行星齿轮和二级行星齿轮架。

5.根据权利要求4所述的防水型大功率密度高转矩高度集成轮毂电机，其特征在于所述内齿圈(8)的内齿分别与刹车片总成(9)、一级行星齿轮、二级行星齿轮的齿轮相匹配。

6.根据权利要求5所述的防水型大功率密度高转矩高度集成轮毂电机，其特征在于所述二级减速器总成(10)与轮毂(1)之间的连接，是轮毂(1)通过传扭轴与二级减速器总成(10)的二级行星齿轮架相连接。

7.根据权利要求6所述的防水型大功率密度高转矩高度集成轮毂电机，其特征在于所述车身快插组件(21)的一侧布置弱电接线管、进水管、出水管、行车高压油管、驻车高压油管，另一侧布置三相线端子、快接绝缘挡块；在快接绝缘挡块中布置铜端子公头、铜端子母头，铜端子公头、铜端子母头之间通过软线相连接。

8.根据权利要求7所述的防水型大功率密度高转矩高度集成轮毂电机，其特征在于所述冷却水道(20)为肋片型环道。

9.根据权利要求8所述的防水型大功率密度高转矩高度集成轮毂电机，其特征在于外壳体(3)、内壳体(4)之间通过螺栓连接在一起；外壳体(3)与轮毂(1)之间通过轴承连接，端部油封密封；轮毂(1)与车轮轮辋之间通过螺栓连接，轮毂(1)与主轴(2)的左侧端部之间通过螺栓连接，主轴(2)的右侧端部通过锁紧装置与右侧车身法兰连接。

10.根据权利要求9所述的防水型大功率密度高转矩高度集成轮毂电机，其特征在于轮毂电机内部三分之一直径范围内充满润滑油；车辆行车制动及驻车制动均由全盘湿式制动器实现，行车制动采用碟簧加充液，驻车制动采用碟簧。