CN112498088A - 一种新型轮毂电机驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种新型轮毂电机驱动系统，涉及驱动系统技术领域，可以包括：轮毂电机、减速器、车轮和桥壳；所述轮毂电机以及所述减速器均安装于所述车轮内，所述桥壳位于所述车轮的中部；所述轮毂电机安装于所述桥壳上，所述轮毂电机与所述减速器连接，所述桥壳的外侧设置有凹槽，用于使电线通过为所述轮毂电机供电；所述车轮转动安装于所述桥壳上，所述减速器与所述车轮连接，用于带动所述车轮转动；所述桥壳内还转动安装有半轴，所述半轴的一端用于与发动机连接，另一端穿过所述桥壳与所述减速器连接。本发明可形成三种工作模式，发动机驱动模式、纯电减速驱动模式、混合驱动模式，能够通过控制电机进行能量回收利用，可降低燃油消耗。

Description

一种新型轮毂电机驱动系统

技术领域

本发明涉及驱动系统技术领域，特别是涉及一种新型轮毂电机驱动系统。

背景技术

随着电动汽车技术的发展及轮毂电机的应用，采用轮毂电机作为动力源来驱动卡车已经成为卡车一种可观的发展方向，目前采用纯电动的卡车都是电机通过传动轴将动力传递给驱动桥，动力机械传递过程中存在大量的能量损失，从而影响续航里程。而采用轮毂电机驱动力结合传统发动机驱动力，经过行星齿轮减速器进行减速增扭后驱动车轮，可以在现有燃油卡车基础上形成混合动力系统，也可以将集中驱动的纯电动卡车的动力系统进一步提升电驱动力。

目前纯电动卡车仅仅是用电机替代原有的内燃机，其内部的传动结构和车身结构布置与传统的内燃机相差无几，而采用轮毂电机不仅可以使电能的利用效率提高而且能量的回收利用得到提高，而且在起步、加速等工况时，由于有电机的辅助，可以提高车辆的动力性；在制动工况时可以实现制动能量回收以降低油耗。

对于新能源重载汽车来讲，采用分布式电驱动的技术可以有效的降低传动效率低的限制，尤其是采用轮毂电机驱动的电动轮，可以大大的减少底盘的有效空间，增大车轮的灵活性，但是电动轮本身的设计难度会加大，在车轮内部有限空间内合理布置轮毂电机、减速机构等成为各个汽车公司和科研单位的研究重点。

目前已经存在多种轮毂电机驱动的电动轮设计方案，比较典型的专利为“一种适用于双胎并装车轮的电动轮总成、车桥及车辆”(专利号：CN109130839A)。然而，上述专利方案采用的是将轮毂电机和制动器集成于内侧轮毂内部，一方面是在有限的空间内同时安装驱动装置、制动装置和减速机构，不仅会导致电机所占用空间的减小影响电机的输出功率，还会直接导致发热严重并且散热效果差，极易降低轮毂电机和制动器的使用寿命；另一方面其专利方案中，因轮毂电机安装在内侧车轮中，未能安装在外侧车轮的外端部，以至于行星齿轮减速器机构为了配合轮毂电机也安装在内侧车轮内，不仅占用了内侧车轮的有限空间，还对所应用的车桥和底盘结构有非常大的改变，极大地增大研发难度。

专利“一种轮毂电机集成系统”(专利号：108749556A)，其专利技术将轮毂电机、制动装置、减速机构分布在内外两侧轮毂中，但是其技术方案将减速器和制动器设置在外侧车轮内，极大地改变了原有卡车车桥和底盘结构。

因此，亟待开发一种新的新型轮毂电机驱动系统，以解决现有技术所存在的上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型轮毂电机驱动系统，以解决现有技术所存在的上述问题，可形成三种工作模式，发动机驱动模式、纯电减速驱动模式、混合驱动模式，能够通过控制电机进行能量回收利用，可降低燃油消耗。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种新型轮毂电机驱动系统，包括轮毂电机、减速器、车轮和桥壳；所述轮毂电机以及所述减速器均安装于所述车轮内，所述桥壳位于所述车轮的中部；所述轮毂电机安装于所述桥壳上，所述轮毂电机与所述减速器连接，所述桥壳的外侧设置有凹槽，用于使电线通过为所述轮毂电机供电；所述车轮转动安装于所述桥壳上，所述减速器与所述车轮连接，用于带动所述车轮转动；所述桥壳内还转动安装有半轴，所述半轴的一端用于与发动机连接，另一端穿过所述桥壳与所述减速器连接。

优选的，所述轮毂电机包括套筒、定子铁心、磁铁、转子磁轭和电机外壳；所述套筒的外侧套有所述定子铁心，所述套筒的内侧通过法兰与所述桥壳固定连接；所述磁铁套设于所述定子铁心的外侧，所述磁铁通过所述转子磁轭固定于所述电机外壳的内侧。

优选的，所述法兰设置有两个，包括背向设置的第一法兰和第二法兰，所述第一法兰和所述第二法兰之间设置有间隙，用于使所述电线通过；所述套筒的内侧以及所述第一法兰和所述第二法兰的外侧均对应车有键槽，所述套筒与所述第一法兰以及所述第二法兰通过平键连接；所述第一法兰以及所述第二法兰通过螺栓固定于所述桥壳上。

优选的，所述磁铁通过纤维材料和树脂固结在所述转子磁轭的内部，所述转子磁轭通过螺栓固定于所述电机外壳的内部。

优选的，所述减速器为行星齿轮减速器，包括太阳轮、行星轮、齿圈和行星盘架；所述行星盘架的外缘通过螺栓与所述电机外壳连接；所述行星盘架远离所述电机外壳的一侧设置有安装部，所述行星轮套设于所述安装部上；所述行星轮的内侧与所述太阳轮啮合，外侧与所述齿圈啮合，所述太阳轮安装于所述半轴上，所述齿圈与所述车轮固定连接。

优选的，所述行星齿轮减速器采用两级行星齿轮减速器，进行两级减速。

优选的，所述车轮包括由外至内依次设置的第一轮毂和第二轮毂，所述轮毂电机以及所述减速器均安装于外侧的所述第一轮毂内；所述第一轮毂和所述第二轮毂之间连接有轴承连接件，所述轴承连接件通过轴承转动安装于所述桥壳上；所述第一轮毂和所述第二轮毂上分别设置有第一轮胎和第二轮胎。

优选的，所述轴承设置有两个，包括并列设置的第一轴承和第二轴承，所述第一轴承和第二轴承套设于所述桥壳上。

优选的，所述第一轮毂内还设置有轮边壳，所述轮边壳包括相互连接的左轮边壳和右轮边壳，所述右轮边壳的左端与所述左轮边壳连接，右端与所述第一轮毂连接；所述右轮边壳和所述左轮边壳内形成有腔体，所述轮毂电机以及所述减速器均安装于所述腔体内，所述减速器的齿圈固定于所述左轮边壳上。

优选的，所述半轴通过第三轴承转动安装于所述桥壳内。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

1、本发明提高了传动效率，从而提高卡车续航里程；优化了轮毂电机散热结构和增大了散热面积，使轮毂电机使用寿命增长；

2、本发明不需要改变既有卡车的底盘结构；

3、本发明将内燃机发动机提供的驱动力与轮毂电机提供的驱动力经过行星齿轮减速器减速后直接驱动车轮转动，形成新型混合动力系统。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的剖视图；

图2为本发明的爆炸视图；

图3为本发明的桥壳主视图；

图4为本发明的桥壳俯视图；

图5为第二法兰的结构示意图；

图6为第二法兰的剖视图；

图7为右轮边壳的结构示意图；

图8为右轮边壳的剖视图；

图9为左轮边壳的结构示意图；

图10为左轮边壳的剖视图；

图11为行星盘架的结构示意图；

图12为行星盘架的剖视图；

图13为套筒的结构示意图；

图14为套筒的剖视图；

图中，桥壳01，半轴02，第一法兰03，第二法兰04，第一轴承05，第二轴承06，第三轴承07，轴承连接件08，太阳轮11，行星轮12，齿圈13，行星盘架14，套筒21，定子铁心22，磁铁23，转子磁轭24，电机外壳25，右轮边壳31，左轮边壳32，第一轮毂41，第二轮毂42，第一轮胎43，第二轮胎44。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1-14所示，本实施例提供一种新型轮毂电机驱动系统，可以用于混合动力或纯电动卡车、大巴、工程车等，包括轮毂电机、减速器、车轮和桥壳01；轮毂电机以及减速器均安装于车轮内，桥壳01位于车轮的中部；轮毂电机安装于桥壳上，轮毂电机与减速器连接，桥壳01的外侧设置有凹槽，用于使电线通过为轮毂电机供电；车轮转动安装于桥壳01上，减速器与车轮连接，用于带动车轮转动；桥壳内还转动安装有半轴，半轴的一端用于与发动机连接，另一端穿过桥壳与减速器连接。

在本实施例中，轮毂电机包括套筒21、定子铁心22、磁铁23、转子磁轭24和电机外壳25；套筒21的外侧套有定子铁心22，套筒21的内侧通过法兰与桥壳01固定连接；磁铁23套设于定子铁心22的外侧，磁铁23通过转子磁轭24固定于电机外壳25的内侧。

在本实施例中，法兰设置有两个，包括背向设置的第一法兰03和第二法兰04，第一法兰和第二法兰之间设置有间隙，用于使电线通过，实现电线沿桥壳01的凹槽，通过第一法兰03、第二法兰04之间的间隙进入轮毂电机内通电；套筒21的内侧以及第一法兰03和第二法兰04的外侧均对应车有键槽，套筒21与第一法兰03以及第二法兰04通过在键槽内设置平键进行连接；第一法兰03、第二法兰04和桥壳01上对应设有螺纹孔，第一法兰03以及第二法兰04通过螺栓固定安装于桥壳01上。

在本实施例中，磁铁23通过纤维材料和树脂固结在转子磁轭24的凹槽内部，转子磁轭24通过定位槽和螺栓固定在电机外壳25内部。

在本实施例中，减速器为行星齿轮减速器，包括太阳轮11、行星轮12、齿圈13和行星盘架14，其是利用太阳轮11、行星轮12和齿圈13组成的转速和扭矩变换装置，通过齿比的不同实现减速；行星盘架14的外缘以及电机外壳25的外侧对应设置有螺纹孔，电机外壳25通过螺栓与行星盘架14连接，实现将动力传递到行星齿轮减速器；行星盘架14远离电机外壳25的一侧设置有圆柱形的安装部，行星轮12套设于安装部上；行星轮12的内侧与太阳轮11啮合，外侧与齿圈13啮合，太阳轮11安装于半轴上，齿圈13与车轮的左轮边壳32固定连接，以带动车轮旋转；其中太阳轮通过平键与半轴固定连接，半轴02通过第三轴承07套在桥壳01内转动，实现将发动机动力传入行星齿轮减速器。

在本实施例中，车轮包括第一轮毂41和第二轮毂42，第一轮毂41和第二轮毂42之间连接有轴承连接件08，轴承连接件通过轴承转动安装于桥壳上，其中，轴承设置有两个，包括并列设置的第一轴承05和第二轴承06，第一轴承05和第二轴承06套设于桥壳01上；第一轮毂41和第二轮毂42上分别设置有第一轮胎43和第二轮胎44。

在本实施例中，第一轮毂41内还设置有轮边壳，轮边壳包括相互连接的右轮边壳31和左轮边壳32；右轮边壳31和左轮边壳32内形成有腔体，轮毂电机以及减速器均安装于腔体内，减速器的齿圈13固定于左轮边壳32上。其中，左轮边壳32设有两组螺纹孔，内侧螺纹孔与齿圈13以螺栓形式相连，外侧螺纹孔与右轮边壳31以螺栓形式相连；右轮边壳31设有两组螺纹孔，左端部螺纹孔与左轮边壳32以螺栓形式相连，右端部螺纹孔与第一轮毂41以螺栓形式相连；实现将经过行星齿轮减速器减速后的动力传递给车轮。

本发明的工作模式分为三种：

1、发动机驱动：来自发动机的动力通过半轴传递进入行星齿轮减速器进行减速增扭，减速增扭后的动力通过行星齿轮减速器带动轮胎旋转；此工作模式中，在制动时，通过控制定子磁场的旋转速度低于车轮对应转速，以使转子磁场切割定子磁场，实现电磁制动，以达到制动能量回收。

2、纯电驱动：在此工作模式下，轮毂电机通过放置在定子铁心的铜线产生磁场，带动电机外转子(磁铁、转子磁轭和电机外壳)旋转，并且将动力经过减速器传递到轮毂带动轮胎旋转；此工作模式中，在制动时，通过控制定子磁场的旋转速度低于车轮对应转速，以使转子磁场切割定子磁场，实现电磁制动，以达到制动能量回收。

3、混合动力驱动：当处于此工作模式下，来自发动机的动力经过减速增扭后，通过轮毂电机进一步增大扭矩传递到轮毂带动轮胎旋转。

实施例二

本实施例是在实施例一的基础上进行的改进，其改进之处在于：行星齿轮减速器采用两级行星齿轮减速器，进行两级减速；具体地，太阳轮、行星轮、齿圈和行星盘架设置有两组，第二级行星齿轮的太阳轮安装于第一级行星齿轮的行星盘架14上，由电机外壳25带动第一级行星齿轮的行星盘架14后，再继续带动第二级行星齿轮的太阳轮，实现两级减速；第二级行星齿轮的行星盘架通过螺栓与电机外壳25固定连接。

进一步地，行星齿轮减速器还可以根据需要设置有多级。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种新型轮毂电机驱动系统，其特征在于：包括轮毂电机、减速器、车轮和桥壳；所述轮毂电机以及所述减速器均安装于所述车轮内，所述桥壳位于所述车轮的中部；所述轮毂电机安装于所述桥壳上，所述轮毂电机与所述减速器连接，所述桥壳的外侧设置有凹槽，用于使电线通过为所述轮毂电机供电；所述车轮转动安装于所述桥壳上，所述减速器与所述车轮连接，用于带动所述车轮转动；所述桥壳内还转动安装有半轴，所述半轴的一端用于与发动机连接，另一端穿过所述桥壳与所述减速器连接。

2.根据权利要求1所述的新型轮毂电机驱动系统，其特征在于：所述轮毂电机包括套筒、定子铁心、磁铁、转子磁轭和电机外壳；所述套筒的外侧套有所述定子铁心，所述套筒的内侧通过法兰与所述桥壳固定连接；所述磁铁套设于所述定子铁心的外侧，所述磁铁通过所述转子磁轭固定于所述电机外壳的内侧。

3.根据权利要求2所述的新型轮毂电机驱动系统，其特征在于：所述法兰设置有两个，包括背向设置的第一法兰和第二法兰，所述第一法兰和所述第二法兰之间设置有间隙，用于使所述电线通过；所述套筒的内侧以及所述第一法兰和所述第二法兰的外侧均对应车有键槽，所述套筒与所述第一法兰以及所述第二法兰通过平键连接；所述第一法兰以及所述第二法兰通过螺栓固定于所述桥壳上。

4.根据权利要求2所述的新型轮毂电机驱动系统，其特征在于：所述磁铁通过纤维材料和树脂固结在所述转子磁轭的内部，所述转子磁轭通过螺栓固定于所述电机外壳的内部。

5.根据权利要求2所述的新型轮毂电机驱动系统，其特征在于：所述减速器为行星齿轮减速器，包括太阳轮、行星轮、齿圈和行星盘架；所述行星盘架的外缘通过螺栓与所述电机外壳连接；所述行星盘架远离所述电机外壳的一侧设置有安装部，所述行星轮套设于所述安装部上；所述行星轮的内侧与所述太阳轮啮合，外侧与所述齿圈啮合，所述太阳轮安装于所述半轴上，所述齿圈与所述车轮固定连接。

6.根据权利要求5所述的新型轮毂电机驱动系统，其特征在于：所述行星齿轮减速器采用两级行星齿轮减速器，进行两级减速。

7.根据权利要求5或6所述的新型轮毂电机驱动系统，其特征在于：所述车轮包括由外至内依次设置的第一轮毂和第二轮毂，所述轮毂电机以及所述减速器均安装于外侧的所述第一轮毂内；所述第一轮毂和所述第二轮毂之间连接有轴承连接件，所述轴承连接件通过轴承转动安装于所述桥壳上；所述第一轮毂和所述第二轮毂上分别设置有第一轮胎和第二轮胎。

8.根据权利要求7所述的新型轮毂电机驱动系统，其特征在于：所述轴承设置有两个，包括并列设置的第一轴承和第二轴承，所述第一轴承和第二轴承套设于所述桥壳上。

9.根据权利要求7所述的新型轮毂电机驱动系统，其特征在于：所述第一轮毂内还设置有轮边壳，所述轮边壳包括相互连接的左轮边壳和右轮边壳，所述右轮边壳的左端与所述左轮边壳连接，右端与所述第一轮毂连接；所述右轮边壳和所述左轮边壳内形成有腔体，所述轮毂电机以及所述减速器均安装于所述腔体内，所述减速器的齿圈固定于所述左轮边壳上。

10.根据权利要求1所述的新型轮毂电机驱动系统，其特征在于：所述半轴通过第三轴承转动安装于所述桥壳内。

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