CN110341465B - 一种车用两档变速一体化电动轮驱动单元及汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车用两档变速一体化电动轮驱动单元及汽车，其包括驱动电机和轮辋，轮辋上固接有轮辋连接法兰，轮辋连接法兰上套装有后壳体，后壳体内的一级行星减速机构的输入端与驱动电机的输出轴连接，一级行星减速机构的输出端与第一齿轮传动副的输入端连接，第一齿轮传动副的输出端与第二齿轮传动副的输出端连接，第二齿轮传动副的输出端套装于轮辋连接法兰上，电磁离合器设置于第一齿轮传动副和第二齿轮传动副之间且与轮辋连接法兰通过花键连接。本发明不仅具备驱动、离合、变速、制动、支撑功能，并且各部件均集成于车轮内、结构紧凑，从而有效地减小了轮毂驱动装置的轴向尺寸、降低了轮毂驱动装置的质量。

Description

一种车用两档变速一体化电动轮驱动单元及汽车

技术领域

本发明涉及一种电动轮驱动单元，属于混合电动车型汽车驱动单元零部件技术领域，具体涉及一种车用两档变速一体化电动轮驱动单元及含有该驱动单元的汽车。

背景技术

电能作为一种新型清洁能源，将成为未来能源发展的必然趋势，电动汽车也将必然取代传统的燃油汽车成为新时代的交通方式。与传统汽车相比，采用分布式驱动结构的电动轮汽车，可以省去复杂笨重的变速箱、传动轴以及差速器等传动系统，显著降低整车质量且分布更加均衡，高传动效率，节约能源，同时便于实现低底板汽车的设计，方便乘客乘坐，并且可以利用电机再生制动同时回收各车轮的制动能量，提高电动越野车的续驶里程。更显著的优点是电机控制比发动机控制更为准确，响应及时迅速，因此可以实现多个车轮单独控制，比传统车辆更容易实现ABS/TCS/ESP等复杂的车辆动力学控制。

电动越野汽车行驶的路面比较复杂，常常需要在泥泞与松软路面上行驶，特别是需要具备一定的越障能力。仅靠电动轮轮内电机输出的扭矩很难满足越野车所使用的各种工况。由于电机的工作范围较广(一般在0-15000rpm)，通常会将电机输出的扭矩经过单挡减速器减速增扭来满足越野车的各种工况。但单一传动比通常无法同时兼顾电动车的动力性和经济性，行驶过程中驱动电机多数情况下无法处于高效率工作点。在起步阶段，电机转速较低需要变速器提高电机转速到红色区域；而在高速行驶阶段，电机转速较高则需要变速器降低电机转速。

采用单档减速器时，电动越野车的动力性能完全取决于驱动电机，对驱动电机性能的要求较高，即要求驱动电机既能在恒转矩区提供较高的驱动转矩，又能在恒功率区提供较高的转速，以满足车辆加速、爬坡与高速行驶的要求。当电动汽车的速度到达极限之后没有提升空间，所以的速度受到制约，高速经济性不高。同时，采用单挡减速器不利于电动轮总成系统的效率，行驶过程中驱动电机多数情况下无法处于高效率工作点，尤其是在最高或最低车速以及低负荷条件下，驱动电机效率一般会降至60-70％以下，严重浪费了车载电能而减少续驶里程。而两档可变速比传动机构的作用就是使电机尽量工作在高效率的转速区间，从而达到降低损耗、提高续航里程等效果。

中国发明专利CN106246822A公开了一种带行星变速的轮毂驱动装置，其通过驱动电机的无级调速功能，经过两档变速机构，使车辆具备良好的动力性，但是该发明采用的三排行星机构，其轴向尺寸大、重量大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车用两档变速一体化电动轮驱动单元，其不仅具备驱动、离合、变速、制动、支撑功能，并且各部件均集成于车轮内、结构紧凑，从而有效地减小了轮毂驱动装置的轴向尺寸、降低了轮毂驱动装置的质量。

为解决上述技术问题，本发明采用了这样一种车用两档变速一体化电动轮驱动单元，其包括驱动电机和轮辋，所述轮辋上固接有轮辋连接法兰，所述轮辋连接法兰上套装有后壳体，所述后壳体与所述驱动电机的壳体固接，所述后壳体内设置有一级行星减速机构、第一齿轮传动副、第二齿轮传动副和电磁离合器，所述一级行星减速机构的输入端与所述驱动电机的输出轴连接，所述一级行星减速机构的输出端与所述第一齿轮传动副的输入端连接，所述第一齿轮传动副的输出端与所述第二齿轮传动副的输入端连接，所述第二齿轮传动副的输出端套装于所述轮辋连接法兰上，所述电磁离合器设置于所述第一齿轮传动副和所述第二齿轮传动副之间且与所述轮辋连接法兰通过花键连接。

在本发明的一种优选实施方案中，所述后壳体内设置有行星减速机构装配腔室和传动副装配腔室，所述行星减速机构装配腔室内设置有用于连接所述的一级行星减速机构的齿圈的花键副，所述传动副装配腔室内设置有用于连接所述第一齿轮传动副和第二齿轮传动副的齿轮副支撑轴。

在本发明的一种优选实施方案中，轮辋连接法兰伸入传动副装配腔室内，轮辋连接法兰与齿轮副支撑轴平行布置。

在本发明的一种优选实施方案中，轮辋连接法兰与驱动电机同轴布置。

在本发明的一种优选实施方案中，所述轮辋连接法兰包括轮辋连接部和支撑轴部。

在本发明的一种优选实施方案中，所述轮辋连接部为圆盘状且与轮辋固接，所述支撑轴部为圆轴状，所述支撑轴部的端部设置有花键副。

在本发明的一种优选实施方案中，所述一级行星减速机构包括太阳轮、行星轮、行星轮轴、齿圈和行星减速机构输出轴，所述太阳轮与所述驱动电机的输出轴连接，所述齿圈通过花键副与所述后壳体连接，所述行星减速机构输出轴上固接有所述行星轮轴，所述行星轮套装于所述行星轮轴上且一端与所述太阳轮啮合、另一端与所述齿圈啮合。

在本发明的一种优选实施方案中，所述第一齿轮传动副包括第一齿轮与第二齿轮，所述第一齿轮固接于所述一级行星减速机构的行星减速机构输出轴上，所述第二齿轮固接于所述后壳体内的齿轮副支撑轴上，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合传动。

在本发明的一种优选实施方案中，所述第二齿轮传动副包括第三齿轮与第四齿轮，所述第三齿轮固接于所述后壳体内的齿轮副支撑轴上，所述第四齿轮固接于所述后壳体内的轮辋连接法兰上，所述第三齿轮与所述第四齿轮啮合传动。

在本发明的一种优选实施方案中，所述电磁离合器包括第一电磁离合器中线圈、第二电磁离合器中线圈和衔铁，所述第一电磁离合器中线圈固接于所述第二齿轮传动副的第四齿轮上，所述第二电磁离合器中线圈固接于所述第一齿轮传动副的第一齿轮上，所述衔铁通过花键副连接于所述轮辋连接法兰上，所述第一电磁离合器中线圈和所述衔铁之间设置有第一复位弹簧，所述第二电磁离合器中线圈和所述衔铁之间设置有第二复位弹簧。

在本发明的一种优选实施方案中，所述后壳体内设置有用于导通所述电磁离合器的导电滑环。

本发明还公开了一种汽车，其使用了前述的车用两档变速一体化电动轮驱动单元。

本发明的有益效果是：本发明结构简单、使用方便，其具有以下优点：

1、本发明创造性的采用一排行星机构+两对圆柱齿轮，结构更加简、轴向尺寸相比于现有技术大大减小，从而有效地减轻了车用两档变速一体化电动轮驱动单元的重量，减轻的重量可用于大幅提高蓄电池容量；

2、布置于轮毂内的电机作为动力源提供动力输入至两档可变速比传动机构中行星减速机构的太阳轮，作为行星减速机构的输入，并且电机通过两档可变速比传动机构之后实现大扭矩输出，极大提高了整车动力性、经济性，续航能力；

3、特别地，在电机输入轴的另一端同轴布置有行驻一体式制动器，使用较小行驻一体式制动器，通过两档可变速比传动机构的增扭放大作用，可为车辆提供放大几倍的行车、驻车制动力，实现车辆的行车、驻车制动功能；

4、巧妙地利用电机空间，将行车、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；

5、特别地，将电机、两档可变速比传动机构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；

6、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；

7、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。

附图说明

图1是本发明实施例一种车用两档变速一体化电动轮驱动单元的示意图；

图2是本发明实施例一种车用两档变速一体化电动轮驱动单元中后壳体部分的示意图；

图3是本发明实施例一种车用两档变速一体化电动轮驱动单元中电磁离合器的示意图。

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。

由本发明的说明书附图可知，本发明公开了一种车用两档变速一体化电动轮驱动单元，其包括驱动电机4和轮辋5，驱动电机4为永磁同步盘式电机且设置于轮辋5内部，驱动电机4的输出轴4.1支撑在一体化电动轮的前壳体4.3和后壳体4.2上，轮辋5上固接有轮辋连接法兰9，轮辋连接法兰9上套装有后壳体1，后壳体1与驱动电机4的壳体4.2固接，电机轴与一体化电动轮壳体之间有电机油封密封，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，一体化电动轮前壳体4.2与车辆悬架系统连接，后壳体1内设置有一级行星减速机构2、第一齿轮传动副6、第二齿轮传动副7和电磁离合器10，一级行星减速机构2的输入端与驱动电机4的输出轴4.1连接，一级行星减速机构2的输出端与第一齿轮传动副6的输入端连接，第一齿轮传动副6的输出端与第二齿轮传动副7的输入端连接，第二齿轮传动副7的输出端套装于轮辋连接法兰9上，电磁离合器10设置于第一齿轮传动副6和第二齿轮传动副7且与轮辋连接法兰9通过花键连接。后壳体1内设置有行星减速机构装配腔室1.1和传动副装配腔室1.2，行星减速机构装配腔室1.1内设置有用于连接的一级行星减速机构2的齿圈的花键副，传动副装配腔室1.2内设置有用于连接第一齿轮传动副6和第二齿轮传动副7的齿轮副支撑轴6.3。轮辋连接法兰9伸入传动副装配腔室1.2内，轮辋连接法兰9与齿轮副支撑轴6.3平行布置。轮辋连接法兰9与驱动电机4同轴布置，轮辋连接法兰9包括轮辋连接部9.1和支撑轴部9.2，轮辋连接部9.1为圆盘状且与轮辋5固接，支撑轴部9.2为圆轴状，支撑轴部9.2的端部设置有花键副。

一级行星减速机构2包括太阳轮2.1、行星轮2.2、行星轮轴2.3、齿圈2.4和行星减速机构输出轴2.5，太阳轮2.1与驱动电机4的输出轴连接，齿圈2.4通过花键副与后壳体1连接，行星减速机构输出轴2.5上固接有行星轮轴2.3，行星轮2.2套装于行星轮轴2.3上且一端与太阳轮2.1啮合、另一端与齿圈2.4啮合。

第一齿轮传动副6包括第一齿轮6.1与第二齿轮6.2，第一齿轮6.1固接于一级行星减速机构2的行星减速机构输出轴2.5上，第二齿轮6.2固接于后壳体1内的齿轮副支撑轴6.3上，第一齿轮6.1与第二齿轮6.2啮合传动。

第二齿轮传动副7包括第三齿轮7.1与第四齿轮7.2，第三齿轮7.1固接于后壳体1内的齿轮副支撑轴6.3上，第四齿轮7.2套装于后壳体1内的轮辋连接法兰9上，第三齿轮7.1与第四齿轮7.2啮合传动。

电磁离合器10包括第一电磁离合器中线圈10.1、第二电磁离合器中线圈10.5和衔铁10.3，第一电磁离合器中线圈10.1固接于第二齿轮传动副7的第四齿轮7.2上，第二电磁离合器中线圈10.5固接于第一齿轮传动副6的第一齿轮6.1上，衔铁10.3通过花键副连接于轮辋连接法兰9上，第一电磁离合器中线圈10.1和衔铁10.3之间设置有第一复位弹簧10.2，第二电磁离合器中线圈10.5和衔铁10.3之间设置有第二复位弹簧10.4。

后壳体1内设置有用于导通电磁离合器10的导电滑环8。

本实施例实现驱动及两档变速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，定子线圈通过磁感应力驱动电机转子旋转，电机转子带动驱动电机4的输出轴4.1输出驱动扭矩；电机轴4.1将动力输出给行星减速机构2的太阳轮2.1，太阳轮2.1通过与行星轮2.2和齿圈2.4的结合，将动力减速增扭后输出给行星减速机构输出轴2.5，形成第一个档位；同时行星减速机构输出轴2.5带动第一齿轮传动副6转动，第一齿轮传动副6通过齿轮副支撑轴6.3带动第二齿轮传动副7转动，圆柱齿轮副中的第四齿轮7.2通过轴承支撑在轮辋连接法兰9上，形成第二个档位。轮辋连接法兰9一端通过车轮螺栓11连接轮辋，另一端通过花键副连接电磁离合器的衔铁10.3。当线圈10.1通电时，通过电磁力吸合衔铁10.3，将第二个档位的动力传递给轮辋。当线圈10.1断电时，通过弹簧10.2将衔铁10.3分离，从而断开第二个档位的动力传递；当线圈10.5通电时，通过电磁力吸合衔铁10.3，将第一个档位的动力传递给轮辋。当线圈10.5断电时，通过弹簧10.4将衔铁10.3分离，从而断开第一个档位的动力传递；当线圈10.1和10.4都断电时，两档可变速比传动机构处于空档状态，切断来自电机4的动力输入。

同时，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。

本实施例通过润滑油泵实现两档可变速比传动机构和电磁离合器的润滑。

本实施例实现行车制动功能的过程为：车轮轮辋5运转时，车轮与电机轴4.1之间通过两档可变速比传动机构减速增扭，两者间按速比关系进行同向旋转。驾驶员进行制动踏板操作后，制动系统制动液压管路建压，压力通过制动管路使得制动毂蹄片张开，蹄片与制动鼓之间通过摩擦力提供行车制动力，实现行车制动。

本实施例实现驻车制动功能的过程为：车轮轮辋5运转时，车轮与电机轴4.1之间通过两档可变速比传动机构减速增扭，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，蹄片与制动鼓之间通过摩擦力提供驻车制动力。制动力通过两档可变速比传动机构按速比关系放大后，将驻车制动力传递至车轮。

本发明还公开了一种汽车，其使用了前述的车用两档变速一体化电动轮驱动单元。

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。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种车用两档变速一体化电动轮驱动单元，包括驱动电机(4)和轮辋(5)，所述轮辋(5)上固接有轮辋连接法兰(9)，所述轮辋连接法兰(9)上套装有后壳体(1)，所述后壳体(1)与所述驱动电机(4)的壳体(4.3)固接，其特征在于：所述后壳体(1)内设置有一级行星减速机构(2)、第一齿轮传动副(6)、第二齿轮传动副(7)和电磁离合器(10)，所述一级行星减速机构(2)的输入端与所述驱动电机(4)的输出轴(4.1)连接，所述一级行星减速机构(2)的输出端与所述第一齿轮传动副(6)的输入端连接，所述第一齿轮传动副(6)的输出端与所述第二齿轮传动副(7)的输入端连接，所述第二齿轮传动副(7)的输出端套装于所述轮辋连接法兰(9)上，所述电磁离合器(10)的线圈和复位弹簧设置于所述第一齿轮传动副(6)和所述第二齿轮传动副(7)之间且所述电磁离合器(10)的衔铁与所述轮辋连接法兰(9)通过花键连接；

所述后壳体(1)内设置有行星减速机构装配腔室(1.1)和传动副装配腔室(1.2)，所述行星减速机构装配腔室(1.1)内设置有用于连接所述的一级行星减速机构(2)的齿圈的花键副，所述传动副装配腔室(1.2)内设置有用于连接所述第一齿轮传动副(6)和第二齿轮传动副(7)的齿轮副支撑轴(6.3)；

所述轮辋连接法兰(9)包括轮辋连接部(9.1)和支撑轴部(9.2)；所述轮辋连接部(9.1)为圆盘状且与轮辋(5)固接，所述支撑轴部(9.2)为圆轴状，所述支撑轴部(9.2)的端部设置有花键副；

所述一级行星减速机构(2)包括太阳轮(2.1)、行星轮(2.2)、行星轮轴(2.3)、齿圈(2.4)和行星减速机构输出轴(2.5)，所述太阳轮(2.1)与所述驱动电机(4)的输出轴连接，所述齿圈(2.4)通过花键副与所述后壳体(1)连接，所述行星减速机构输出轴(2.5)上固接有所述行星轮轴(2.3)，所述行星轮(2.2)套装于所述行星轮轴(2.3)上且一端与所述太阳轮(2.1)啮合、另一端与所述齿圈(2.4)啮合；

所述第一齿轮传动副(6)包括第一齿轮(6.1)与第二齿轮(6.2)，所述第一齿轮(6.1)固接于所述一级行星减速机构(2)的行星减速机构输出轴(2.5)上，所述第二齿轮(6.2)固接于所述后壳体(1)内的齿轮副支撑轴(6.3)上，所述第一齿轮(6.1)与所述第二齿轮(6.2)啮合传动；

所述第二齿轮传动副(7)包括第三齿轮(7.1)与第四齿轮(7.2)，所述第三齿轮(7.1)固接于所述后壳体(1)内的齿轮副支撑轴(6.3)上，所述第四齿轮(7.2)套装于所述后壳体(1)内的轮辋连接法兰(9)上，所述第三齿轮(7.1)与所述第四齿轮(7.2)啮合传动。

2.根据权利要求1所述的一种车用两档变速一体化电动轮驱动单元，其特征在于：轮辋连接法兰(9)伸入传动副装配腔室(1.2)内，轮辋连接法兰(9)与齿轮副支撑轴(6.3)平行布置。

3.根据权利要求1所述的一种车用两档变速一体化电动轮驱动单元，其特征在于：轮辋连接法兰(9)与驱动电机(4)同轴布置。

4.一种汽车，其特征在于：其使用了如权利要求1-3任意一项权利要求所述的车用两档变速一体化电动轮驱动单元。

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