CN113472111B - 一种带电磁驻车功能的外转子轮毂电机 - Google Patents

一种带电磁驻车功能的外转子轮毂电机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带电磁驻车功能的外转子轮毂电机。两端的端盖可旋转地套装在电机轴两端，端盖间通过转子铁芯固接成一体，转子铁芯内壁装永磁体；电机轴中部外套装电磁驻车器铁芯和定子轮辐，定子铁芯和永磁体之间不接触具有气隙；电磁驻车器铁芯内腔设有环形铁芯，环形铁芯将电磁驻车器铁芯内腔分为内环腔和外环腔；外环腔中装电磁驻车器线圈，内环腔中安装有弹性件和轴向滑轨件，电磁驻车器铁芯经弹性件、轴向滑轨件和制动盘弹性活动连接。本发明利用外转子电机内部空间，集成电磁驻车器，具有质量轻便、结构简单、节省空间、高效可靠的优点，且在不额外增加簧下质量和轮毂转动惯量的情况下，结合电控技术，可实现电动、刹车、驻车一体化功能。

Description

一种带电磁驻车功能的外转子轮毂电机
技术领域
本发明在轮毂电机技术领域提出一种带电磁驻车功能的外转子轮毂电机。本发明将电磁驻车器集成在电机定子内部，具有质量轻便、结构简单、节省空间、高效可靠的优点。随着电动汽车、自动驾驶领域技术的发展，该发明将拥有广阔的发展前景。
背景技术
轮毂电机的特点是将驱动、传动、制动装置都集成在轮毂内，从而省去大量机械结构，有利于简化车辆结构、降低车身质量、提高传动效率。同时这种分布式驱动结构可以实现复杂的驱动方式，便于采用各种新能源技术。轮毂电机可分为内转子式和外转子式两类。内转子式轮毂电机优点是功率密度高，调速范围宽，但需配套减速器，齿轮易磨损，不宜散热且噪音大。而外转子式轮毂电机结构简单，无需配套减速器，提高了电驱可靠性和效率，特别适用于平路、负载较轻的场合。
由于轮毂电机将驱动、传动、制动装置都集成在轮毂内，不可避免增加了簧下质量和轮毂的转动惯量，影响车辆的操控性。且电机位于轮毂内部，对整个电驱系统的密封、散热、减震提出了更高要求。国外研究轮毂电机起步较早，丰田、福特、通用汽车等公司已将轮毂电机商用化且掌握不少关键技术。国内相关研究起步较晚，且主要集中于轮毂电机驱动控制/制动转矩控制，电液复合制动控制以及电动轮对行驶平顺性的影响等方面。
发明内容
本发明针对现有制动机构应用于轮毂电机的缺点，提出一种带电磁驻车功能的外转子轮毂电机。
本发明主要针对外转子式轮毂电机，利用外转子电机定子的内部空间，将电磁驻车器集成在定子内部，无需额外空间。同时利用电控技术实现电机刹车制动，该发明能在不额外增加簧下质量和轮毂转动惯量的情况下，实现电动、刹车、驻车一体化。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
本发明包括端盖、滚动轴承、电机轴、转子铁芯、永磁体、定子铁芯、定子轮辐、电磁驻车器铁芯、电磁驻车器线圈、弹性件、轴向滑轨件和制动盘；两端的端盖均通过滚动轴承分别可旋转地套装在电机轴的两端，两端的端盖之间通过环形的转子铁芯固接成一体，转子铁芯的内壁固定安装环形的永磁体；两端的端盖和转子铁芯之间围成电机内腔，电机内腔内布置定子铁芯、定子轮辐、电磁驻车器铁芯、电磁驻车器线圈、弹性件、轴向滑轨件和制动盘；电机轴的中部外同轴固定套装电磁驻车器铁芯和定子轮辐，定子铁芯固定套装在定子轮辐外周，定子铁芯和永磁体之间不接触具有气隙；电磁驻车器铁芯呈环形且内部形成内腔，电磁驻车器铁芯一端固定在定子轮辐端面上，电磁驻车器铁芯另一端开口，电磁驻车器铁芯内腔设有环形铁芯，将环形铁芯将电磁驻车器铁芯内腔分为内环腔和外环腔；电磁驻车器铁芯外环腔中固定安装电磁驻车器线圈，电磁驻车器铁芯内环腔中安装有多个弹性件和至少一个轴向滑轨件，电磁驻车器铁芯开口的一端旁设有制动盘，制动盘位于电磁驻车器铁芯和端盖之间，电磁驻车器铁芯经弹性件、轴向滑轨件和制动盘弹性活动连接。轴向滑轨件至少一个就可以限制旋转，两个的话受力平衡更好。
所述的弹性件包括连杆和压缩弹簧，压缩弹簧套装在连杆外，连杆沿平行于电机轴方向固定在电磁驻车器铁芯端面上，压缩弹簧一端与电磁驻车器铁芯端面固定，另一端与制动盘固定；
所述的轴向滑轨件包括直线轴承和圆柱轴，圆柱轴沿平行于电机轴方向布置，圆柱轴一端固定在电磁驻车器铁芯端面上，圆柱轴另一端经直线轴承和制动盘上的通孔活动套接形成滚动摩擦副。
制动盘在远离电磁驻车器铁芯且靠近端盖的端面上设有多个凸起，多个凸起位于制动盘端面的同一圆周上且间隔布置，靠近制动盘的端盖端面设有多个弧形凹槽，多个弧形凹槽同心布置位于同一圆周上且间隔布置，多个凸起所在的圆周和多个弧形凹槽所在的圆周重合，且凸起和弧形凹槽数量相同，使得多个凸起能卡扣嵌装入各个弧形凹槽中，制动盘和端盖之间相对限位旋转。
在本发明中，电磁驻车器线圈处于断电状态时，制动盘的凸起作为卡扣卡进端盖的弧形凹槽内，实现驻车；电磁驻车器线圈处于通电状态时，制动盘吸合，制动盘的凸起作为卡扣退出端盖的弧形凹槽，电机正常旋转。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明利用外转子电机内部空间，集成电磁驻车器，具有质量轻便、结构简单、节省空间、高效可靠的优点，且在不额外增加簧下质量和轮毂转动惯量的情况下，结合电控技术，实现电动、刹车、驻车一体化功能。
附图说明
图1为本发明的实施例的结构原理示意图；
图2为本发明实施例的爆炸图；
图3为图2右侧局部放大图；
图4为图2左侧局部放大图。
其中：1、端盖，2、滚动轴承，3、电机轴，4、转子铁芯，5、永磁体，6、定子铁芯，7、定子轮辐，8、电磁驻车器铁芯，9、电磁驻车器线圈，10、连杆，11、压缩弹簧(两端闭合且磨平)，12、直线轴承，13、圆柱轴，14、制动盘。
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。
如图1和图2所示，包括端盖1、滚动轴承2、电机轴3、转子铁芯4、永磁体5、定子铁芯6、定子轮辐7、电磁驻车器铁芯8、电磁驻车器线圈9、弹性件、轴向滑轨件和制动盘14。
端盖1、滚动轴承2、电机轴3、转子铁芯4、永磁体5、定子铁芯6、定子轮辐7同轴心放置，组成外转子电机模块。电磁驻车器铁芯8、电磁驻车器线圈9、制动盘14同轴心放置，与连杆10、压缩弹簧11、直线轴承12、圆柱轴13组成电磁驻车器模块。
两端的端盖1均通过滚动轴承2分别可旋转地套装在电机轴3的两端，两端的端盖1之间通过环形的转子铁芯4固接成一体，转子铁芯4的内壁固定安装环形的永磁体5；两端的端盖1与转子铁芯4固定在一起旋转，带动贴在转子铁芯4内侧的永磁体5同步旋转，构成转子部分。
两端的端盖1和转子铁芯4之间围成电机内腔，电机内腔内布置定子铁芯6、定子轮辐7、电磁驻车器铁芯8、电磁驻车器线圈9、弹性件、轴向滑轨件和制动盘14，即电磁驻车器模块位于电机内腔，构成定子部分；电机轴3的中部外同轴固定套装电磁驻车器铁芯8和定子轮辐7，电磁驻车器铁芯8固定在定子轮辐7端面上，定子铁芯6固定套装在定子轮辐7外周，在电机轴3中间焊接布置定子轮辐7以支撑定子铁芯6。定子铁芯6和永磁体5之间不接触具有气隙；电磁驻车器铁芯8呈环形且内部形成内腔，电磁驻车器铁芯8一端固定在定子轮辐7端面上，电磁驻车器铁芯8另一端开口，电磁驻车器铁芯8内腔设有同轴的环形铁芯，将环形铁芯将电磁驻车器铁芯8内腔分为内环腔和外环腔；电磁驻车器铁芯8外环腔中固定安装电磁驻车器线圈9，电磁驻车器铁芯8内环腔中安装有多个弹性件和两个轴向滑轨件，电磁驻车器铁芯8开口的一端旁设有制动盘14，制动盘14设有用于电机轴3贯穿不连接的中心通孔，制动盘14位于电磁驻车器铁芯8和端盖1之间，电磁驻车器铁芯8经弹性件、轴向滑轨件和制动盘14弹性活动连接。
如图3所示，多个弹性件均匀布置在电磁驻车器铁芯8内环腔中。弹性件包括连杆10和压缩弹簧11，压缩弹簧11两端闭合且磨平，压缩弹簧11套装在连杆10外，连杆10沿平行于电机轴3方向固定在电磁驻车器铁芯8未开口的端面上，压缩弹簧11一端与电磁驻车器铁芯8未开口的端面焊接固定，另一端与制动盘14焊接固定；两个轴向滑轨件均匀对称布置在电机轴3周围的电磁驻车器铁芯8内环腔中。轴向滑轨件包括直线轴承12和圆柱轴13，圆柱轴13沿平行于电机轴3方向布置，圆柱轴13一端固定在电磁驻车器铁芯8未开口的端面上，圆柱轴13另一端经直线轴承12和制动盘14上的通孔活动套接形成滚动摩擦副。直线轴承12套在圆柱轴13上配合使用，直线轴承12内周面与圆柱轴13之间滚动摩擦接触，外周面与制动盘14固定在一起，确保制动盘14只能沿圆柱轴13做轴向运动。
制动盘14受弹性件中压缩弹簧11的带动沿着轴向滑轨件的圆柱轴13轴向导向移动，使得制动盘14只能沿圆柱轴13做轴向运动，且克服的摩擦力为滚动摩擦。
如图3和图4所示，制动盘14在远离电磁驻车器铁芯8且靠近端盖1的端面上设有多个凸起，多个凸起位于制动盘14端面的同一圆周上且间隔布置，靠近制动盘14的端盖1端面设有多个弧形凹槽，多个弧形凹槽同心布置位于同一圆周上且间隔布置，多个凸起所在的圆周和多个弧形凹槽所在的圆周重合，且凸起和弧形凹槽数量相同，使得多个凸起能卡扣嵌装入各个弧形凹槽中，制动盘14和端盖1之间相对限位旋转。
在本发明中，制动盘14上设置有六个凸起圆环形卡扣且靠外侧，端盖1上设有六个圆环形凹槽。电磁驻车器线圈9处于断电状态时，制动盘14的凸起均作为卡扣卡进端盖1的圆环形凹槽内，两者相配合实现驻车；电磁驻车器线圈9处于通电状态时，制动盘14卡扣退出端盖1凹槽，电机正常旋转。
本发明中，工作过程如下：
电机运行：电磁驻车器线圈9通电，通过磁性吸附制动盘14在圆柱轴13导向下克服压缩弹簧11的弹簧力向靠近电磁驻车器铁芯8轴向移动，使得制动盘14脱离远离端盖1。此时，外转子轮毂电机内的定子铁芯6绕制的线圈控制通电，定子铁芯6通正向电流，带动端盖1、转子铁芯4和永磁体5构成的转子部分绕电机轴3旋转，实现电机的输出。
驻车：当外转子轮毂电机停止旋转而需驻车时，控制外转子轮毂电机内的定子铁芯6绕制的线圈通反向电流产生制动力制动，并控制转子部分相对于定子部分的制动盘14停在固定位置；然后，将电磁驻车器线圈9断电，制动盘14在圆柱轴13导向和压缩弹簧11的弹簧力作用下向远离电磁驻车器铁芯8轴向移动，使得制动盘14上的凸起卡扣对准端盖1的弧形凹槽，制动盘14上的凸起能卡扣嵌装入各个弧形凹槽中，制动盘14和端盖1之间相对限位旋转，两者配合可实现对轮毂电机的驻车。
电磁驻车器线圈9与外部控制电路相连接，电磁驻车器通电吸合时只需要小电流。
在本发明的实施过程中，
当需要驻车时，现有电机产生制动力制动，并控制电机停在特定的位置，使得制动盘14卡扣对准端盖1的凹槽部分，电磁驻车器线圈9断电，压缩弹簧11克服制动盘14、直线轴承12与圆柱轴13的滚动摩擦，将制动盘14卡扣推进端盖1的凹槽内，卡住端盖1和与之相连的电机转子铁芯4旋转，实现驻车。
当电机正常运行时，电磁驻车器线圈9通电，产生电磁吸力，克服压缩弹簧11弹力和制动盘14、直线轴承12与圆柱轴13的滚动摩擦力，将制动盘14吸合至电磁驻车器铁芯8上，且此时磁路磁阻最小，电磁驻车器线圈9仅需通小电流即可保持制动盘14的吸合状态，制动盘14卡扣退出端盖1的凹槽，电机正常旋转。
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，本发明保护范围也包括本领域技术人员在权利要求范围内做出的各种变形或修改。

Claims (3)

1.一种带电磁驻车功能的外转子轮毂电机，其特征在于：
包括端盖(1)、滚动轴承(2)、电机轴(3)、转子铁芯(4)、永磁体(5)、定子铁芯(6)、定子轮辐(7)、电磁驻车器铁芯(8)、电磁驻车器线圈(9)、弹性件、轴向滑轨件和制动盘(14)；两端的端盖(1)均通过滚动轴承(2)分别可旋转地套装在电机轴(3)的两端，两端的端盖(1)之间通过环形的转子铁芯(4)固接成一体，转子铁芯(4)的内壁固定安装环形的永磁体(5)；两端的端盖(1)和转子铁芯(4)之间围成电机内腔，电机内腔内布置定子铁芯(6)、定子轮辐(7)、电磁驻车器铁芯(8)、电磁驻车器线圈(9)、弹性件、轴向滑轨件和制动盘(14)；电机轴(3)的中部外同轴固定套装电磁驻车器铁芯(8)和定子轮辐(7)，定子铁芯(6)固定套装在定子轮辐(7)外周，定子铁芯(6)和永磁体(5)之间不接触具有气隙；电磁驻车器铁芯(8)呈环形且内部形成内腔，电磁驻车器铁芯(8)一端固定在定子轮辐(7)端面上，电磁驻车器铁芯(8)另一端开口，电磁驻车器铁芯(8)内腔设有环形铁芯，环形铁芯将电磁驻车器铁芯(8)内腔分为内环腔和外环腔；电磁驻车器铁芯(8)外环腔中固定安装电磁驻车器线圈(9)，电磁驻车器铁芯(8)内环腔中安装有多个弹性件和至少一个轴向滑轨件，电磁驻车器铁芯(8)开口的一端旁设有制动盘(14)，制动盘(14)位于电磁驻车器铁芯(8)和端盖(1)之间，电磁驻车器铁芯(8)经弹性件、轴向滑轨件和制动盘(14)弹性活动连接。
2.根据权利要求1所述的一种带电磁驻车功能的外转子轮毂电机，其特征在于：所述的弹性件包括连杆(10)和压缩弹簧(11)，压缩弹簧(11)套装在连杆(10)外，连杆(10)沿平行于电机轴(3)方向固定在电磁驻车器铁芯(8)端面上，压缩弹簧(11)一端与电磁驻车器铁芯(8)端面固定，另一端与制动盘(14)固定；所述的轴向滑轨件包括直线轴承(12)和圆柱轴(13)，圆柱轴(13)沿平行于电机轴(3)方向布置，圆柱轴(13)一端固定在电磁驻车器铁芯(8)端面上，圆柱轴(13)另一端经直线轴承(12)和制动盘(14)上的通孔活动套接形成滚动摩擦副。
3.根据权利要求1所述的一种带电磁驻车功能的外转子轮毂电机，其特征在于：制动盘(14)在远离电磁驻车器铁芯(8)且靠近端盖(1)的端面上设有多个凸起，多个凸起位于制动盘(14)端面的同一圆周上且间隔布置，靠近制动盘(14)的端盖(1)端面设有多个弧形凹槽，多个弧形凹槽同心布置位于同一圆周上且间隔布置，多个凸起所在的圆周和多个弧形凹槽所在的圆周重合，且凸起和弧形凹槽数量相同，使得多个凸起能卡扣嵌装入各个弧形凹槽中，制动盘(14)和端盖(1)之间相对限位旋转。
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