CN113492669A - 一种电动轮及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明的名称为一种电动轮及车辆。属于电动汽车电驱动技术领域。它主要是解决目前电动轮存在减速器所占轴向尺寸大、轮毂制动器布置困难和重量大的问题。它的主要特征是：所述驻车制动器设置在电机转子内孔空间内；所述转向节固定在电机内端盖和电机定子机壳上，电机外端盖中部设有第一内凹腔体；所述轮毂轴承及位于轮毂轴承内孔空间内的行星减速器的一侧伸入第一内凹腔体；所述行车制动器位于轮毂轴承、电机外端盖、轮毂和轮辋围成的空间内；所述轮辋与行星减速器的行星齿轮支架连接；所述轮毂电机的转子支撑花键轴与行星减速器的输入太阳轮通过花键轴连接。本发明具有结构紧凑和重量轻的特点，主要适用于各类电驱动车辆。

Description

一种电动轮及车辆

技术领域

本发明属于电动汽车电驱动技术领域，具体涉及一种电动轮以及具有该电动轮的车辆。

背景技术

动轮技术是电机驱动车轮技术的简称，该电动轮采用的电机也称轮毂电机，最大特点就是将轮毂承载装置、动力装置、传动装置和制动装置都整合一起到轮毂内，得以将电动车辆的电机到轮毂之间的传动机械部分大为简化，相比其他驱动形式，具备传动链短、传动效率高、布置灵活等居多优势。采用电动轮技术的电动车辆在车辆总布置、节能、轻量化和通用化等方面具有明显优势。

电动汽车尤其是大吨位电驱动车辆采用轮毂电机方案具有明显优势，现有技术采用的多级行星减速技术方案其减速器所占轴向尺寸大、轮毂制动器布置困难，而从电机轴端布置制动器，要求制动器转速高导致寿命降低；采用单级行星减速技术方案其减速比相对双级行星减速器较小，对电机输出扭矩要求相对较大，体积也相对较大；另外，现有技术方案很少有效集成充放气装置，而该装置是车辆实现轮胎自动充放气的必须配置的执行元件之一，现有技术方案很少集成ABS齿圈和ABS传感器，而该装置也是车辆实现主动安全必须配置的数据采集元件之一。专利CN103328247A提出了一种轮毂电机驱动装置，但没有明确所用的减速机构且该装置轴向尺寸和体积都比较大。专利CN 108128143 A提出了一种电动轮及车辆，采用一种单级行星减速器，速比相对较小，电机体积相对较大，没有集成充放气装置、ABS齿圈和ABS传感器，轮毂轴承的集成化程度不高；专利 CN109823163A 和CN108340768A的双级减速方案占用轴向空间相对单级减速方案较大，也没有集成充放气装置、ABS齿圈和ABS传感器，轮毂轴承的集成化程度不高，功能相对较少。

发明内容

为了克服前述现有技术和方案的不足，本发明提供一种带充放气装置、双级行星减速器、轮毂轴承组件、行车制动器、驻车制动器、转向节、轮辋、ABS齿圈和ABS传感器的集成式内转子轮毂电机电动轮方案。

本发明电动轮的技术解决方案是：一种电动轮，包括轮毂电机、轮毂轴承、行车制动器、驻车制动器、转向节、轮毂、轮辋和行星减速器，其特征在于：所述的驻车制动器设置在轮毂电机的电机转子内孔空间内；所述轮毂电机的电机外侧端盖和电机内侧端盖固定在电机定子机壳上，转向节固定在电机内端盖和电机定子机壳上，电机外端盖中部设有伸入电机转子内孔空间内的第一内凹腔体；所述轮毂轴承及位于轮毂轴承（15）内孔空间内的行星减速器的一侧伸入电机外端盖的第一内凹腔体；所述行车制动器位于轮毂轴承、电机外端盖、轮毂和轮辋围成的空间内；所述轮辋与行星减速器的行星齿轮支架连接；所述轮毂电机的转子支撑花键轴与行星减速器的输入太阳轮通过花键轴连接。

本发明电动轮的技术解决方案中所述的行星减速器为双级行星减速器；所述双级行星减速器的第一级行星减速器位于轮毂轴承内孔空间内，第二级行星减速器位于轮毂轴承外侧；所述第一级行星减速器的一级齿圈和第二级行星减速器的二级齿圈通过台阶状半轴套管构成整体齿圈，齿圈连接在电机外端盖上；所述第一级行星减速器的一级行星齿轮支架为整体结构，内侧通过第二轴承的内孔支撑在电机内端盖上，外侧通过第一轴承的外圈支撑在齿圈孔内；所述第二级行星减速器的二级行星齿轮支架与轮辋连接。

本发明电动轮的技术解决方案中所述的电机内端盖中部设有伸入电机转子内孔空间内的第二内凹腔体，所述第二内凹腔体内设置有旋转变压器。

本发明电动轮的技术解决方案中还包括充放气装置；所述充放气装置包括油气密封件、充气管、气管和车轮阀；所述的转子支撑花键轴与花键轴为空心花键轴，充气管从空心花键轴穿过，一端与电机内端盖固定，另一端通过气管和与车轮阀相连；所述油气密封件设置在充气管与行星齿轮支架之间。

本发明电动轮的技术解决方案中还包括ABS齿圈和ABS传感器；所述ABS传感器安装在电机外端盖上，ABS齿圈安装在轮毂轴承上；ABS传感器与ABS齿圈位置对齐，信号线通过电机定子机壳上加工的通孔穿过。

本发明电动轮的技术解决方案中所述的轮毂上设有制动盘连接法兰、轮辋连接法兰和ABS齿圈，并与轮毂轴承集成为一个独立完整的部件；所述轮毂轴承内圈压紧齿圈，轮毂可转动地支撑在齿圈上；所述二级行星齿轮支架与轮辋连接法兰固定连接；所述轮毂轴承内含润滑脂，具有自密封结构。

本发明电动轮的技术解决方案中所述的驻车制动器为包含制动鼓、制动蹄、复位弹簧和液压缸的鼓式制动器；驻车制动器位于电机转子、电机转子支架、转子支撑花键轴和电机内端盖围成的空间内；制动鼓与电机转子支架连接固定，制动蹄固定在电机内端盖上。

本发明电动轮的技术解决方案中所述的轮毂轴承为由两个轴承组成，轮辋中心线位于两个轴承之间。

本发明电动轮的技术解决方案中所述的轮毂电机还包括电机转子支架、电机转子支撑花键轴和旋转变压器，旋转变压器包括旋转变压器转子和旋转变压器定子；所述行车制动器包括制动钳和制动盘，制动钳固定连接于电机外端盖，制动盘与轮毂连接。

本发明车辆的技术解决方案是：一种车辆，包括车辆，其特征在于：所述的车辆包括以上所述的任一种电动轮；所述电动轮的转向节上设有上转向销和下转向销；所述上转向销和下转向销与车辆的悬架相连；所述转向节设有连接车辆的转向系统的接口，车辆的转向系统与该接口连接。

本发明由于采用由轮毂电机、轮毂轴承、行车制动器、驻车制动器、转向节、轮毂、轮辋和行星减速器构成的电动轮，其中，驻车制动器设置在轮毂电机的电机转子内孔空间内，轮毂电机的电机外侧端盖和电机内侧端盖固定在电机定子的壳体上，转向节固定在电机内端盖和电机定子上，电机外端盖中部设有伸入电机转子内孔空间内的第一内凹腔体，轮毂轴承及位于轮毂轴承内孔空间内的行星减速器的一侧伸入电机外端盖的第一内凹腔体，行车制动器位于轮毂轴承、电机外端盖、轮毂和轮辋围成的空间内，轮辋与行星减速器的行星齿轮支架连接，轮毂电机的转子支撑花键轴与行星减速器的输入太阳轮通过花键轴连接，因而不仅将轮毂电机、轮毂轴承、行车制动器、驻车制动器、转向节、轮毂、轮辋和行星减速器形成整体的电动轮，而且将驻车制动器和部分轮毂轴承及行星减速器设置于电机转子的内孔空间内，行车制动器设置于轮毂轴承、电机外端盖、轮毂和轮辋围成的空间内，实现有限空间内的合理布置，缩小了轴向尺寸，结构紧凑，减小了电动轮重量，适合各类电驱动车辆。本发明由于还可集成设置充放气装置、ABS传感器与ABS齿圈，因而可为车辆实现轮胎自动充放气功能和ABS信号传感功能。

附图说明

图1为本发明电动轮示意图。

图中：1. 上转向销； 2. 转向节； 3. 电机内端盖； 4. 电机定子；5. 电机转子；6. 电机定子机壳；7. 电机外端盖； 8. 制动钳；9. 制动盘；10. ABS传感器；11. ABS齿圈；12. 车轮阀；13. 轮毂油封；14. 齿圈；15. 轮毂轴承；16. 二级行星齿轮支架；17. 二级行星齿轮；18. 气管；19. 油气密封件；20. 二级太阳轮；21. 一级行星齿轮支架；22. 一级太阳轮；23. 第一轴承；24. 一级行星齿轮；25. 制动盘连接法兰；26. 轮辋；27. 下转向销；28. 电机转子支架；29. 复位弹簧；30. 电机外侧油封；31. 电机内侧油封；32. 输入花键轴；33. 充气管；34. 油封；35. 电机转子支撑花键轴；36. 电机转子支撑轴承；37. 旋转变压器转子；38. 旋转变压器定子；39. 液压缸；40. 制动蹄；41. 制动鼓；42. 第二轴承。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例中内外侧方向相对于车辆整体来说，指沿轮轴方向靠近车辆中心一侧为内侧，远离车辆中心一侧为外侧。电动轮由充放气装置、轮毂电机、轮毂轴承15、行车制动器、驻车制动器、转向节2、轮毂、轮辋26、双级行星减速器、ABS传感器和ABS齿圈组成。

上转向销1和下转向销27连接在转向节2上，通过上转向销1和下转向销27可以与车辆悬架相连。转向节2预留连接车辆的转向系统的接口，车辆的转向系统与该接口连接。

转向节2通过螺栓连接在电机内端盖3上，电机内端盖3和电机外端盖7与电机定子机壳6通过螺栓相连，电机定子4与电机定子机壳6过盈配合连接，电机转子5通过电机转子支架28支撑，电机转子支架28与电机转子支撑花键轴35通过螺栓连接，电机转子支撑花键轴35两侧通过支撑在电机内端盖3和电机外端盖7上，外侧电机转子支撑轴承36的外侧采用电机外侧油封30密封，防止减速器里面的润滑油流入电机内部，内侧电机转子支撑轴承36的内侧采用电机外侧油封30密封。电机转子支撑花键轴35与二级太阳轮20通过花键轴连接。

双级行星减速器包括第一级行星减速器和第二级行星减速器。行车制动器包括制动钳8和制动盘9，位于轮毂轴承15、电机外端盖7、轮毂和轮辋26围成的空间内。第一级行星减速器的一级齿圈和第二级行星减速器的二级齿圈通过台阶状半轴套管构成整体齿圈14，齿圈14通过螺栓连接固定在电机外端盖7上，齿圈14的台阶将轮毂轴承15的内圈轴向压紧在电机外端盖7的端面上，轮毂轴承15的外侧法兰通过螺栓与二级行星齿轮支架16连接在一起，轮毂轴承15的制动盘连接法兰25与制动盘9通过螺栓连接在一起，制动钳8与电机外端盖7通过螺栓连接固定在一起，轮毂轴承15与ABS齿圈11集成在一起，位置与固定在电机外端盖7上的ABS传感器10的位置相对应，信号线通过电机定子机壳6上加工的通孔穿过。

齿圈14的第二级齿圈比第一级齿圈大，该零件连接在电机外端盖上，同时起到固定轮毂轴承组件的作用。双级行星减速器的第一级行星减速器和第二级行星减速器具有大变速比，实现了电机动力通过大速比减速增扭，其中第一级减速器与轮毂轴承在轴向同一空间上，实现了轴向空间的复用，使得双级减速器的实际轴向占用空间尺寸与单级减速器相同，减小了电动轮体积和重量。整体齿圈14进一步节省了空间，该零件同时兼有承载功能，由于径向尺寸的增大，承载能力得以大幅提高。

电机外端盖7中部设有伸入电机转子5内孔空间内的第一内凹腔体，轮毂轴承15及位于轮毂轴承15内孔空间内的第一行星减速器的一侧伸入电机外端盖7的第一内凹腔体。

一级行星齿轮支架21为整体结构，内侧通过第二轴承42的内孔支撑在电机内端盖3上，外侧通过第一轴承23的外圈支撑在齿圈14内孔，一级行星齿轮24通过销轴和轴承连接在一级行星齿轮支架21上，第一级行星减速器含一级太阳轮22、一级行星齿轮24、齿圈14的一级齿圈部分和一级行星齿轮支架21，位于轮毂轴承15的轴向空间内孔以内。第二级行星减速器位于轮毂轴承15外侧，二级行星齿轮17通过销轴和轴承连接在二级行星齿轮支架16上，二级行星齿轮支架16与轮辋26连接。

轮毂轴承为由两个轴承组成，轮辋中心线位于两个轴承之间。

轮毂油封13外圆过盈配合固定于二级行星齿轮支架16的内孔，轮毂油封13的唇口与齿圈14外圆表面贴合并可以相对旋转。

驻车制动器为包含制动鼓41、制动蹄40、复位弹簧29和液压缸39的鼓式制动器。驻车制动器位于电机转子5、电机转子支架28、转子支撑花键轴和电机内端盖3围成的空间内。制动蹄40由两个制动蹄组成，制动蹄40的一侧支撑在一个固定在电机内端盖3上的支点上，可以绕该支点旋转，制动蹄40的另外一侧被复位弹簧29拉紧，液压缸39固定的一端固定在电机内端盖3上，另一端固定在制动蹄40的复位弹簧29拉紧一侧。制动鼓41通过螺栓连接在电机转子支架28上。

充放气装置包括油气密封件19、充气管33、气管18和车轮阀12。转子支撑花键轴与花键轴为空心花键轴，充气管33从空心花键轴穿过，一端固定在电机内端盖3上，另一端通过气管18和与车轮阀12相连。油封34的唇口与充气管33配合，用于密封减速器中的润滑油不外漏。油气密封件19外圆过盈配合固定在二级行星齿轮支架16上，油气密封件19唇口与充气管33外圆配合，其外侧唇口用于密所述旋转变压器定子38固定在电机内端盖上，旋转变压器转子37通过键与电机转子支撑花键轴35连接。封充气气体，油气密封件19的内侧唇口用于密封减速器中的润滑油不外漏，气管18的一端固定在二级行星齿轮支架16上，另一端固定在车轮阀12上，车轮阀12的出气口与轮胎的气门嘴连通。

旋转变压器包括旋转变压器转子37和旋转变压器定子38。电机内端盖3中部设有伸入电机转子5内孔空间内的第二内凹腔体，旋转变压器设置在第二内凹腔体内。旋转变压器定子38固定在电机内端盖3上，旋转变压器转子37通过键与电机转子支撑花键轴35连接。

轮毂轴承15与二级行星齿轮支架16、轮辋26固定连接。

轮毂上设有制动盘连接法兰、轮辋连接法兰和ABS齿圈，并与轮毂轴承15集成为一个独立完整的部件。轮毂轴承15内圈压紧齿圈14，轮毂可转动地支撑在齿圈14上。二级行星齿轮支架16与轮辋连接法兰固定连接。采用该集成为的独立完整部件解决了半轴套管、轮毂轴承和轮毂在同一轴向尺寸空间内径向叠加导致行车制动器空间偏小的问题，增大了制动盘的径向接触面积，提高了行车制动器的寿命。

更优化的，转向节2和电机内端盖3可以集成为一个零件。

更优化的，电机转子支撑轴承36为自润滑自密封轴承，内含润滑脂，具有自密封结构，实施方案可去掉电机内侧油封31。

本发明解决了高速轮毂电机、低速轮辋及轮毂制动之间接口匹配和转矩转速特性匹配。

电动轮驱动力传递路径如下：

一级输入花键轴32通过外花键与电机转子支撑花键轴35的内花键相连，将电机转子的扭矩通过花键传递给一级太阳轮22，一级太阳轮22的动力通过一级行星减速器（由一级太阳轮22,一级行星齿轮24，齿圈14和一级行星齿轮支架21组成）减速后，由一级行星齿轮支架21通过内花键将动力传递给二级太阳轮20的外花键，二级太阳轮20的动力通过二级行星减速器（由二级太阳轮20,二级行星齿轮17，齿圈14和二级行星齿轮支架16组成）减速后，最后由二级行星齿轮支架16将动力传递给轮辋26，轮辋连接轮胎驱动车辆。

所述电动轮制动力传递路径如下：

对于电动车辆，行车制动力由行车制动器提供机械制动力，由电机提供电制动力，通过制动系统控制制动钳8压紧制动盘9，制动力通过制动盘安装法兰25传递给轮辋26；电制动力通过电机转子支架28传递给电机转子支撑花键轴35，电机转子支撑花键轴35传递给输入花键轴32，输入花键轴32将制动力通过双级行星减速器放大后传递给二级行星齿轮支架16和轮辋26。

驻车制动力是通过解除液压缸39的压力，复位弹簧29回弹将制动蹄40压紧在制动鼓41上，制动力传递到电机转子支架28上，电机转子支架28传递给电机转子支撑花键轴35，电机转子支撑花键轴35传递给输入花键轴32，输入花键轴32将制动力通过双级行星减速器放大后传递给二级行星齿轮支架16和轮辋26。

所述电动轮的承载力传递路径如下：

整车施加在悬架的力，经过与悬架摆臂连接的上转向销1和下转向销27传递给转向节2，转向节2与电机内端盖3、电机定子机壳6、电机外端盖7和齿圈14固定在一起，力最后通过齿圈传递给轮毂轴承15，轮毂轴承15与轮辋26固定连接在一起，最终传递给安装在轮辋26上的轮胎，以此实现电动轮的承载力传递。

Claims (10)

1.一种电动轮，包括轮毂电机、轮毂轴承（15）、行车制动器、驻车制动器、转向节（2）、轮毂、轮辋（26）和行星减速器，其特征在于：所述的驻车制动器设置在轮毂电机的电机转子（5）内孔空间内；所述轮毂电机的电机外侧端盖（7）和电机内侧端盖（3）固定在电机定子机壳（6）上，转向节（2）固定在电机内端盖（3）和电机定子机壳（6）上，电机外端盖（7）中部设有伸入电机转子（5）内孔空间内的第一内凹腔体；所述轮毂轴承（15）及位于轮毂轴承（15）内孔空间内的行星减速器的一侧伸入电机外端盖（7）的第一内凹腔体；所述行车制动器位于轮毂轴承（15）、电机外端盖（7）、轮毂和轮辋（26）围成的空间内；所述轮辋（26）与行星减速器的行星齿轮支架连接；所述轮毂电机的转子支撑花键轴与行星减速器的输入太阳轮通过花键轴连接。

2.根据权利要求1所述的一种电动轮，其特征在于：所述的行星减速器为双级行星减速器；所述双级行星减速器的第一级行星减速器位于轮毂轴承（15）内孔空间内，第二级行星减速器位于轮毂轴承（15）外侧；所述第一级行星减速器的一级齿圈和第二级行星减速器的二级齿圈通过台阶状半轴套管构成整体齿圈（14），齿圈（14）连接在电机外端盖（7）上；所述第一级行星减速器的一级行星齿轮支架（21）为整体结构，内侧通过第二轴承（42）的内孔支撑在电机内端盖（3）上，外侧通过第一轴承（23）的外圈支撑在齿圈（14）孔内；所述第二级行星减速器的二级行星齿轮支架（16）与轮辋（26）连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种电动轮，其特征在于：所述的电机内端盖（3）中部设有伸入电机转子（5）内孔空间内的第二内凹腔体，所述第二内凹腔体内设置有旋转变压器。

4.根据权利要求1或2所述的一种电动轮，其特征在于：还包括充放气装置；所述充放气装置包括油气密封件（19）、充气管（33）、气管（18）和车轮阀（12）；所述的转子支撑花键轴与花键轴为空心花键轴，充气管（33）从空心花键轴穿过，一端与电机内端盖（3）固定，另一端通过气管（18）和与车轮阀（12）相连；所述油气密封件（19）设置在充气管（33）与行星齿轮支架之间。

5.根据权利要求1或2所述的一种电动轮，其特征在于：还包括ABS齿圈（11）和ABS传感器（10）；所述ABS传感器（10）安装在电机外端盖（7）上，ABS齿圈（11）安装在轮毂轴承（15）上；ABS传感器（10）与ABS齿圈（11）位置对齐，信号线通过电机定子机壳（6）上加工的通孔穿过。

6.根据权利要求2所述的一种电动轮，其特征在于：所述的轮毂上设有制动盘连接法兰、轮辋连接法兰和ABS齿圈，并与轮毂轴承（15）集成为一个独立完整的部件；所述轮毂轴承（15）内圈压紧齿圈（14），轮毂可转动地支撑在齿圈（14）上；所述二级行星齿轮支架（16）与轮辋连接法兰固定连接；所述轮毂轴承（15）内含润滑脂，具有自密封结构。

7.根据权利要求1或2所述的一种电动轮，其特征在于：所述的驻车制动器为包含制动鼓（41）、制动蹄（40）、复位弹簧（29）和液压缸（39）的鼓式制动器；驻车制动器位于电机转子（5）、电机转子支架（28）、转子支撑花键轴和电机内端盖（3）围成的空间内；制动鼓（41）与电机转子支架（28）连接固定，制动蹄（40）固定在电机内端盖（3）上。

8.根据权利要求1或2所述的一种电动轮，其特征在于：所述的轮毂轴承为由两个轴承组成，轮辋中心线位于两个轴承之间。

9.根据权利要求1或2所述的一种电动轮，其特征在于：所述的轮毂电机还包括电机转子支架（28）、电机转子支撑花键轴和旋转变压器，旋转变压器包括旋转变压器转子（37）和旋转变压器定子（38）；所述行车制动器包括制动钳（8）和制动盘（9），制动钳（8）固定连接于电机外端盖（7），制动盘（9）与轮毂连接。

10.一种采用权利要求1-10中任一项所述电动轮的车辆，其特征在于：所述转向节（2）上设有上转向销（1）和下转向销（27）；所述上转向销（1）和下转向销（27）与车辆的悬架相连；所述转向节（2）设有连接车辆的转向系统的接口，车辆的转向系统与该接口连接。

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