CN113513563A - 一种含三电机两制动器的多档轮毂变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含三电机两制动器的多档轮毂变速器，其特征主要由电动机、行星齿轮系、定子、第一制动器、第二制动器组成，第一制动器、第二制动器呈现串联式结构，通过交替制动实现档位的转换；另外本发明采用多电机输入，电机固联于行星架上，电机通过转轴直接将动力传递给行星轮，具有动力大、响应速度快等特点。本发明可实现2个前进挡，1个驻车档和1个空挡，同时具有涉及零件少、重量轻，结构紧凑、换挡方式简单，传动效率高和装配精度要求低等特点，对现有的电动车轮毂电机的传动结构提供了一种新的方案参考，具有较好的使用价值和应用前景。

Description

一种含三电机两制动器的多档轮毂变速器

技术领域

本发明属于电动车轮毂电机领域，具体涉及一种含三电机两制动器的多档轮毂变速器。

背景技术

如今电动车在日常生活中随处可见，近几年来老年电动车也变得越来越受欢迎。在电动车辆中，普遍使用轮毂电机技术，轮毂电机将动力装置、传动装置集成到车轮内部，使电动车的动力部分大大简化。但随着日常生活的出行需求增多，电动车轮毂电机发展速度缓慢且电动车的行驶路况逐渐复杂，同时日常生活中车辆的承载和行驶速度、阻力变化大。当车辆在城市水平道路匀速行驶、车辆承载较轻时，行驶阻力较小。而在爬坡或过载时，车辆行驶阻力变大，这时所需的驱动力有几倍甚至十几倍的差距。另外，电动车既要满足特殊路况行驶动力要求又要能以时速五十千米每小时甚至更快的速度行驶时，随着驾驶时间推移，电池能量的消耗。仅靠电动车的蓄电池是达不到电动车特殊路况骑行要求。需要轮毂电机中的行星轮系结构起到增大扭矩和调整转速范围来满足电动车特殊行驶要求。同时，在日常生活中电动车需要频繁的启动/停车，调节速度，而缺少相应的档位设置，仅仅靠单一速度控制手柄，既浪费了电能也存在驾驶安全问题。但轮毂电机尺寸受限，不能通过改变齿轮参数、增加齿轮等方式轻易实现。由于行星轮系方案多，传动比容易调节，换挡方便，可以设计适合的行星轮系以及相应的制动器配合的方案来解决上述问题。

专利CN108242866A给出了一种采用两级行星齿轮的轮毂电机，该轮毂电机具有第一级行星齿轮减速机构和第二级行星齿轮减速机构，增大了减速比，并增大了电机的输出扭矩，从而增大了电机的效率平台，能适应不同的路况且驱动力更强。该发明通过增加行星齿轮系从而达到增大减速比、增加电机的输出扭矩，但未考虑到实际车辆轮毂电机尺寸等问题，实用性欠佳。

专利CN111224527B公开了一种轴向磁场轮毂电机，包括主轴、轮毂和端盖，以及电机和行星减速机构。该发明轮毂电机成本低、效率高、高效率区间宽，能大幅提高电动自行车的续航里程。该发明对电动车的减速比未考虑，还是在单档位轮毂电机的基础上进行了改善，并且在电量缺少时，轮毂电机中还是在做切割磁感线运动，骑行或者推车时还是很困难，缺少空挡等相应的档位。

专利CN104786824A公开了一种电动汽车轮边驱动装置，其特征是包括电机、轮边减速装置。该发明能将电机与轮边减速器集成置于车轮内部，缩短轴向尺寸，充分利用车轮内的空间，从而减小转向时电机对悬架和转向机构的干涉，并提高轮毂轴承的使用寿命，从而优化车辆驾驶性能。发明针对轮毂电机的轴向尺寸进行了研究，但对于缩小轴向尺寸后，轮毂电机的动力输入方面、轮毂电机行星轮系结构的设计缺少研究，同时该发明仅为单档位轮毂电机，缺乏档位，驾驶不便。

目前的电动车轮毂电机变速器多采用只有一个变速比的单级减速齿轮传动，这难以满足电动车复杂多变的动力需求，要么爬坡能力差、提速慢，要么即使驱动电机转速非常高，也不能很好地兼顾驱动力和速度，同时也浪费了电能。现有的轮毂电机相关发明对结构尺寸方面已存在许多优化方案，但针对优化后的轮毂电机输入都缺乏考虑。如果电动车采用具有多档位、三动力的轮毂电机变速器，不但能显著提升电动车的动力性能，还能降低对驱动电机、动力电池组的要求，从而降低电动车动力系统成本、节约资源。为此，研制含有多档变速三电机的电动车轮毂电机变速器是电动车推广的重要前提。

发明内容

针对现有电动车轮毂电机变速器的能耗高、仅存在单档位或换挡困难等问题，本发明基于行星轮系特点，从实际工况考虑，设计出高低档配合、双制动器、三电机驱动的一种新型多档轮毂变速器，为现有的电动车轮毂电机变速器的有益补充。

本发明为实现上述目的采用如下技术方案：

本发明一种含三电机两制动器的多档轮毂变速器，其特点在于两档变速器由齿轮传动模块、换挡控制模块、动力模块构成；所述一种含三电机两制动器的多档轮毂变速器包括零件主要有电滑环，转子，行星轮，中心轮，活塞杆，活塞缸限程块，制动器外圈，制动器内圈，油路，复位弹簧，钢片，摩擦片，线孔，密封圈，行星架，电动机，第一制动器，第二制动器，定子。

所述齿轮传动模块包括中心轮、行星轮、转子、行星架；所述中心轮与所述行星轮外啮合，所述行星轮与转子内啮合；所述电动机的转轴与所述行星轮通过键连接；所述定子轴设有两个轴肩，油路、线孔；所述中心轮与定子之间装有轴承；所述行星架与所述定子之间装有轴承；所述转子与定子在两端装有轴承。

所述换挡控制模块包括第一制动器、第二制动器；所述第一制动器、第二制动器为左右串联式。所述第一制动器、第二制动器包括由制动器外圈、制动器内圈组成的活塞缸、活塞杆、活塞缸限程块、复位弹簧、钢片、摩擦片、密封圈组成；所述钢片与制动器外圈通过花键连接；所述摩擦片与中心轮或行星架通过花键连接；所述第一制动器的制动器外圈与定子的左端轴肩接触，第一制动器的内圈与轴承接触，完成轴向定位；所述第二制动器的外圈与轴承接触，第二制动器的内圈与轴承接触，该轴承与定子的右轴肩接触，完成轴向定位。轴上零件安装顺序按照先左后右安装。

所述动力模块包括电机、电滑环；所述电机数量为3～5个，呈现对称分布；所述电机的外壳与所述行星架固联；电滑环固定于电机的外壳；所述电机的转轴与所述行星轮通过键连接，进行动力传递；所述电机的电线通过电滑环后进入定子的线孔中穿出轮毂电机。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明采用三个电机进行动力输入，并将电机安装在行星架上，具有结构紧凑、载荷大、占用空间少特点。通过三个电机的同步控制对行星轮直接驱动，可以达到节约传动零件，能够保证传动过程的高效率、操作响应迅速等有益效果。

2、本发明采用双制动器横向串联结构实现换挡操作，解决市面上电动车缺少档位和换挡困难问题，同时具有结构紧凑、换挡效率高的特点。通过两个制动器的相互配合实现换挡，本发明具有两个前进挡，考虑到电动车的频繁启动/停车实际情况，设置了空挡与驻车档，该发明通过制动器代替繁琐的换挡机构，能够保证换挡过程齿轮始终处于啮合状态，换挡冲击小、散热条件好，采用两个制动器横向串联形式，方便了油路的布置。

3、本发明采用行星齿轮布局，当不同的制动器结合时，不同的齿轮传动路线开始工作，控制结构简单，具有横向占用空间较小，承载能力大和稳定性好等优点，能够满足不同的行驶路况的设计要求，适应性较强。

附图说明

图1为轮毂电机结构示意图。

图2为一档的动力传递路线图。

图3为二档的动力传递路线图。

图4为驻车档的制动器工作图。

其中：1电滑环，2转子，3行星轮，4中心轮，5活塞杆，6活塞缸限程块，7制动器外圈，8制动器内圈，9油路，10复位弹簧，11钢片，12摩擦片，13线孔，14密封圈，H行星架，M电动机，B1第一制动器，B2第二制动器，Ⅰ定子。箭头线a代表动力传递路线，b代表油的输送路线。

具体实施方式

如图1所示，本发明涉及一种三动力两档变速轮毂电机装置，其特征主要由电动机M、第一制动器B1、第二制动器B2、行星齿轮系、转子2、定子Ⅰ组成。

电动机M外壳与行星架H相连，电动机M的转轴通过键与行星轮3相连，电机M的电线通过电滑环1后进入定子Ⅰ的线孔13中穿出轮毂电机，电动机M内部安装。行星齿轮系中，中心轮4与行星轮3外啮合，行星轮3与转子2内啮合，同时定子Ⅰ轴设有两个轴肩，油路9、线孔13；中心轮4与定子Ⅰ之间装有轴承；行星架H与定子Ⅰ之间装有轴承；转子2与定子Ⅰ在两端装有轴承。第一制动器B1、第二制动器B2包括由制动器外圈7、制动器内圈8组成的活塞缸、活塞杆5、活塞缸限程块6、复位弹簧10、钢片11、摩擦片12、密封圈14组成；钢片11与制动器外圈7通过花键连接；摩擦片12与中心轮4或行星架H通过花键连接；第一制动器B1的制动器外圈7与定子Ⅰ的左端轴肩接触，第一制动器B1的内圈8与轴承接触，完成轴向定位；第二制动器B2的外圈7与轴承接触，第二制动器B2的内圈8与轴承接触，该轴承与定子Ⅰ的右轴肩接触，完成轴向定位。

本发明的工作原理说明如下：

根据现有的电动车的时速要求，并结合特殊路况对电动车实现换挡要求，设计齿轮齿数如表1所示。

表1齿轮齿数表

齿数名称	中心轮	行星轮	转子	模数
					齿数	77	31	139	1

各个档位的执行元件如表2所示。

表2换档执行元件工作表

注：表中“●”表示结合，“○”表示分离；

结合图1、2、3、4及表2，各档传递路线说明如下：

1.前进一档

如图2所示，电动机M启动，液压油通过油路9输送到第一制动器B1的液压缸，推动活塞杆5使钢片11与摩擦片12结合，第一制动器B1制动，油的输送路线如图2中箭头线b所示。此时行星架H转速为零。中心轮4、行星轮3、转子2、组成定轴轮系。电动机M输出动力通过键传递给行星轮3，此时行星架H制动，行星轮3的转速为绝对转速，行星轮3将动力传递给转子2，进行输出动力。动力的传递路线如图2中箭头线a所示。

2.前进二档

如图3所示，电动机M启动，液压油通过油路9输送到第二制动器B2的液压缸，推动活塞杆5使钢片11与摩擦片12结合，第二制动器B2制动，油的输送路线如图3中箭头线b所示。此时中心轮4转速为零。中心轮4、行星轮3、转子2、行星架H组成行星轮系。电动机M输出动力一方面通过键传递给行星轮3，另一方面传递给行星架H，此时行星架H未制动，行星轮3的输出转速为相对转速，行星轮3将动力传递给转子2，进行输出动力。动力的传递路线如图3中箭头线a所示。

3.空挡

当第一制动器B1、第二制动器B2同时分离，电动机M停止工作，此时车辆依靠惯性行驶或静止不动。

4.驻车档

如图4所示，当车辆停止需要驻车，液压油通过油路9输送到第一制动器B1、第二制动器B2的液压缸，推动活塞杆5使钢片11与摩擦片12结合，第一制动器B1、第二制动器B2制动，油的输送路线如图4中箭头线b所示。第一制动器B1、第二制动器B1保持接合，电动机M停止工作，行星轮3不能旋转，不能把动力传给转子2，从而以保证车轮无法转动。

换档过程

一档换二档，通过换档控制单元将第一制动器B1分离，第二制动器B2接合，形成一个新的行星轮系的运动，且电动机M仍然作为输入动力，实现新的行星轮系的运动转换。

二档换一档，通过换档控制单元将第二制动器B2分离，第一制动器B1接合，形成一个新的轮系运动，且电动机M仍然作为输入动力，实现新的轮系运动转换。

Claims (4)

1.一种含三电机两制动器的多档轮毂变速器，其特征在于两档变速器由齿轮传动模块、换挡控制模块、动力模块构成；所述一种含三电机两制动器的多档轮毂变速器包括零件主要有电滑环(1)，转子(2)，行星轮(3)，中心轮(4)，活塞杆(5)，活塞缸限程块(6)，制动器外圈(7)，制动器内圈(8)，油路(9)，复位弹簧(10)，钢片(11)，摩擦片(12)，线孔(13)，密封圈(14)，行星架(H)，电动机(M)，第一制动器(B1)，第二制动器(B2)，定子(Ⅰ)。

2.根据权利要求1所述一种含三电机两制动器的多档轮毂变速器，其特征在于所述齿轮传动模块包括中心轮(4)、行星轮(3)、转子(2)、行星架(H)；所述中心轮(4)与所述行星轮(3)外啮合，所述行星轮(3)与转子(2)内啮合；所述电动机(M)的转轴与所述行星轮(3)通过键连接；所述定子(Ⅰ)轴设有两个轴肩，油路(9)、线孔(13)；所述中心轮(4)与定子(Ⅰ)之间装有轴承；所述行星架(H)与所述定子(Ⅰ)之间装有轴承；所述转子(2)与定子(Ⅰ)在两端装有轴承。

3.根据权利要求1所述一种含三电机两制动器的多档轮毂变速器，其特征在于所述换挡控制模块包括第一制动器(B1)、第二制动器(B2)；所述第一制动器(B1)、第二制动器(B2)为左右串联式，所述第一制动器(B1)、第二制动器(B2)包括由制动器外圈(7)、制动器内圈(8)组成的活塞缸、活塞杆(5)、活塞缸限程块(6)、复位弹簧(10)、钢片(11)、摩擦片(12)、密封圈(14)组成；所述钢片(11)与制动器外圈(7)通过花键连接；所述摩擦片(12)与中心轮(4)或行星架(H)通过花键连接；所述第一制动器(B1)的制动器外圈(7)与定子(Ⅰ)的左端轴肩接触，第一制动器(B1)的内圈(8)与轴承接触，完成轴向定位；所述第二制动器(B2)的外圈(7)与轴承接触，第二制动器(B2)的内圈(8)与轴承接触，该轴承与定子(Ⅰ)的右轴肩接触，完成轴向定位，轴上零件安装顺序按照先左后右安装。

4.根据权利要求1所述一种含三电机两制动器的多档轮毂变速器，其特征在于所述动力模块包括电机(M)、电滑环(1)；所述电机(M)数量为3～5个，呈现对称分布；所述电机(M)的外壳与所述行星架(H)固联；电滑环(1)固定于电机(M)的外壳；所述电机(M)的转轴与所述行星轮(3)通过键连接，进行动力传递；所述电机(M)的电线通过电滑环(1)后进入定子(Ⅰ)的线孔(13)中穿出轮毂电机。

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