CN113561762A - 一种集成一体化轮毂电机驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集成一体化轮毂电机驱动装置，包括永磁驱动电机、制动系统和行星减速器，永磁驱动电机输出端与连接轴输入端连接，连接轴输出端与行星减速器连接，永磁驱动电机与减速器之间设有轮毂轴承。制动系统设置在永磁驱动电机与行星减速器之间，制动系统包括制动卡钳和制动盘，制动卡钳与永磁驱动电机的前端盖固定连接，制动盘与行星减速器壳固定连接，制动系统通过制动行星减速器壳来制动与行星减速器壳连接的轮毂。根据本方案所集成的一体化轮毂电机驱动装置结构更加紧凑，轴向尺寸更短，制动系统直接制动轮毂输出侧，安全可靠，大幅度降低了装置总体重量，并且能有效提升驱动装置的转矩密度。

Description

一种集成一体化轮毂电机驱动装置

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种新能源电动汽车集成一体化的轮毂电机驱动装置。

背景技术

电动汽车分布式驱动系统采用轮毂电机直接驱动车轮，动力控制由硬连接改为软连接形式，通过线控技术实现各电动轮从零到最大速度的无级变速和各电动轮间的差速要求，从而可以省略传统汽车所需的的离合器、变速器、传动轴和机械差速器等，使驱动系统和整车结构简化，增大了有效可利用空间，降低了整车重量，缩短了传动链，提高了传动效率。每个车轮可以单独控制，便于实现性能更佳的、成本更低的牵引力控制系统（TCS )、防抱死制动系统（ABS）及动力学控制系统(VDC)，容易实现汽车底盘系统的电子化、主动化，能极大地改善车辆的驱动性能和行驶性能。

轮毂电机本质上是将驱动电机在轮毂内集成，是实现电动车辆从电能到机械能转换的核心部件。从驱动构型上分类，轮毂电机可以分为直接驱动和间接（减速）驱动两种类型。直接驱动型轮毂电机的典型代表是径向磁场外转子电机，其具有转矩密度高、噪声低等优点，但同时也存在体积较大、有效材料消耗较多、功率密度较低等缺点。

目前，针对1000N·m以上的轮毂电机，从技术方案上来看，间接驱动型轮毂电机是较为合适的一个方案，然而目前的间接驱动型轮毂电机普遍注重驱动电机本体而忽略了驱动电机和减速器以及制动系统的高度集成。专利CN 108512381 A 公开的一种新型高性能集成化轮毂电机，带有减速器和离合器，但为集成制动系统，且该构型结构集成度低。专利CN 108443422 A公开了一种轮毂电机驱动装置，该装置的电机、行星减速机同轴布置，行星减速机采用内外啮合双联排行星的大减速比行星减速机；该结构减速器轴向空间占比达，结构紧凑度不高，没有充分发挥电机转子内部空间，没有考虑驻车制动器的集成。专利CN108749556 A公开了一种轮毂电机集成系统，其设置在双式车轮中，包括轮毂电机、减速器和制动器，制动器为鼓式制动器，该结构仍然存在轴向空间大，难以满足单轮轮毂电机驱动装置的空间要求，且鼓式制动器体积重量大，散热不好。专利CN 108340768 A公开了一种集成轮毂电机的电动轮总成，其总体布置为制动器+电机+减速器的结构，只是简单的串联关系，没有着重考虑部件和空间的集成化设计，轴向空间较大，且制动电机侧转矩难以满足电动汽车分布式驱动系统制动安全性要求。

综上所述，目前的轮毂电机方案存在占用空间较大，轴向尺寸大，结构集成度不高，驱动、制动等功能不全面，驱动电机内部空间利用率低等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集成一体化轮毂电机驱动装置，具有轴向尺寸短，各部件承载合理，制动系统直接制动轮毂输出侧，安全可靠，大幅度降低了系统总体重量，并且能有效提升驱动装置的转矩密度，以解决上述背景技术中遇到的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种集成一体化轮毂电机驱动装置，包括永磁驱动电机、制动系统和行星减速器，制动系统通过制动所述行星减速器来制动轮毂转动，所述制动系统包括制动盘和制动卡钳，所述制动盘与制动卡钳传动连接，所述永磁驱动电机的外部与制动卡钳固定连接，所述制动盘与行星减速器固定连接，所述永磁驱动电机的轴心处与行星减速器的轴心处之间设有连接轴，所述连接轴的一端与永磁驱动电机的驱动轴固定连接，所述连接轴的另一端与行星减速器传动连接。

上述方案中，所述永磁驱动电机与行星减速器之间设有轮毂轴承，所述轮毂轴承的内圈通过圆形螺母与永磁驱动电机的外壁固定连接，所述轮毂轴承内圈由圆形螺母轴向固定；所述轮毂轴承的外圈通过轮毂轴承压板与行星减速器的外壳内壁固定连接，所述轮毂轴承外圈由轮毂轴承压板进行轴向固定。

进一步的，所述永磁驱动电机的外壳与轮毂轴承压板之前设有油封。

上述方案中，所述永磁驱动电机的靠近所述行星减速器的一侧端部设有外花键空心轴，所述永磁驱动电机通过外花键空心轴与行星减速器的内花键啮合。

上述方案中，所述永磁驱动电机包括电机壳体、定子、转子和电机轴，所述电机轴通过旋转编码器安装在电机壳体的轴心处，所述转子外套且固定在所述电机轴上，所述定子内套且固定在所述电机壳体上，且所述定子套装于所述转子的外侧。

进一步的，还包括前端盖和后端盖，所述前端盖布置于所述电机壳体一侧，且与所述电机壳体同轴心固定连接；所述后端盖布置于所述电机壳体另一侧，且与所述电机壳体同轴心固定连接；所述旋转编码器安装在所述后端盖上，且与所述电机轴同轴心布置；所述电机轴的两端外周分别通过电机轴承与前端盖和后端盖转动连接。

再进一步的，所述前端盖的前端设置外螺纹，所述前端盖的外螺纹通过外花键空心轴与行星减速器连接，所述后端盖的后端面固定有转向节。

上述方案中，所述行星减速器包括行星减速器壳、齿圈和行星架，所述行星减速器壳通过螺丝与行星架固定连接，所述齿圈的内部安装有至少一个行星齿轮，每个所述行星齿轮的内部均安装有行星轴承，所述行星齿轮固定连接在所述行星架上，所述齿圈套装在行星减速器壳的内部且其内圈与所述行星齿轮啮合，所述行星齿轮与连接轴一端的太阳轮啮合。

进一步的，所述行星轴承外圈内套且固定在所述行星齿轮上，并通过挡圈对所述行星轴承进行轴向限位；每个所述行星齿轮通过销轴连接在所述行星架上，并通过空心限位轴对所述行星齿轮进行轴向限位；所述齿圈的一端面设置有内花键，所述齿圈的内花键通过外花键空心轴与永磁驱动电机连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该集成一体化轮毂电机驱动装置的结构更加紧凑，轴向尺寸更短，制动系统直接制动轮毂输出侧，实现了制动系统的高度集成，安全可靠，大幅度降低了轮毂驱动系统总体尺寸和重量，并且提升了驱动装置的转矩密度。

附图说明

参照附图来说明本发明的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。在附图中，相同的附图标记用于指代相同的部件。其中：

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的爆炸示意图；

图3为本发明的半剖结构示意图；

图4为本发明中行星减速器的爆炸示意图。

图中标号：1-永磁驱动电机、2-制动系统、3-行星减速器、4-油封、5-连接轴、6-轮毂轴承压板、7-轮毂轴承、8-圆形螺母、9-外花键空心轴、10-转向节、11-定子、12-后端盖、13-转子、14-旋转编码器、15-电机轴承、16-电机轴、17-前端盖、18-制动盘、19-制动卡钳、20-电机壳体、21-行星减速器壳、22-齿圈、23-销轴、24-行星齿轮、25-挡圈、26-行星轴承、27-空心限位轴、28-行星架。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示本发明有关的构成。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图1所示，一种集成一体化轮毂电机驱动装置，包括永磁驱动电机1、制动系统2和行星减速器3，制动系统2设置在永磁驱动电机1与行星减速器3之间，制动系统2通过制动行星减速器3来制动新能源电动汽车的轮毂转动。制动系统2包括制动盘18和制动卡钳19，制动卡钳19安装在制动盘18的外圆周，制动盘18与制动卡钳19传动连接。永磁驱动电机1的一侧外部与制动卡钳19通过螺丝固定连接，制动盘18套装在行星减速器3上且其与行星减速器3固定连接。具体的，制动卡钳19与永磁驱动电机1的前端盖17固定连接，制动盘18与行星减速器壳21固定连接，制动系统2通过制动行星减速器壳21来制动与行星减速器壳21连接的轮毂。

永磁驱动电机1的轴心处与行星减速器3的轴心处之间设有连接轴5，连接轴5的一端与永磁驱动电机1的驱动轴固定连接，连接轴5的另一端与行星减速器3传动连接。具体的，连接轴5一端设置有太阳轮，所述太阳轮与行星齿轮24啮合。连接轴5另一端与永磁驱动电机1的电机轴16固定连接，并且连接轴5与电机轴16同轴布置。

这样永磁驱动电机1输出端与连接轴5输入端连接，连接轴5输出端与行星减速器3连接，通过永磁驱动电机1从而驱动行星减速器3运动，进而驱动轮毂转动，并通过制动系统2对轮毂的转动进行制动。

在永磁驱动电机1与行星减速器3之间设有轮毂轴承7，轮毂轴承7的内圈通过圆形螺母8与永磁驱动电机1的前端盖17固定连接，轮毂轴承7内圈由圆形螺母8轴向固定。轮毂轴承7的外圈通过轮毂轴承压板6与行星减速器3的行星减速器壳21固定连接，轮毂轴承7外圈由轮毂轴承压板6进行轴向固定。

为了提高连接的密封性，在永磁驱动电机1的外壳与轮毂轴承压板6之前设有油封4，避免灰尘杂质进入永磁驱动电机1的内部。

在永磁驱动电机1的靠近行星减速器3的一侧端部安装了外花键空心轴9，永磁驱动电机1通过外花键空心轴9与行星减速器3的内花键啮合。具体的，永磁驱动电机1的前端盖17前端设置外花键空心轴9，外花键空心轴9与前端盖17固定连接，外花键空心轴9内套在行星减速器的齿圈22的内花键上并啮合，从而传动力矩。

上述方案中，永磁驱动电机1包括电机壳体20、定子11、转子13和电机轴16，电机轴16通过旋转编码器14安装在电机壳体20的轴心处，转子13外套且固定在电机轴16上，定子11内套且固定在电机壳体20上，且定子11套装于转子13的外侧。

进一步的，永磁驱动电机1中还包括前端盖17和后端盖12，前端盖17布置于电机壳体20一侧，且与电机壳体20同轴心固定连接；后端盖12布置于电机壳体20另一侧，且与电机壳体20同轴心固定连接。旋转编码器14安装在后端盖12上，且与电机轴16同轴心布置。电机轴16的两端外周分别通过电机轴承15与前端盖17和后端盖12转动连接，即前端盖17与所述电机轴16之间设有所述电机轴承15，后端盖12与所述电机轴16之间设有所述电机轴承15。

再进一步的，前端盖17的前端设置外螺纹，前端盖17的外螺纹通过外花键空心轴9与行星减速器3中的齿圈22啮合连接，后端盖12的后端面固定有转向节10，用于驱动电动汽车的轮毂转向。

另外，上述方案中，行星减速器3包括行星减速器壳21、齿圈22和行星架28，行星减速器壳21通过螺丝与行星架28固定连接，齿圈22的内部安装有至少一个行星齿轮24。在实施时，行星齿轮24为多个，比如图中设有3个，行星轴承26数量与行星齿轮24数量相同。每个行星齿轮24的内部均安装有行星轴承26，行星轴承26外圈内套且固定在行星齿轮24上，并通过挡圈25对行星轴承26进行轴向限位。每个行星齿轮24通过销轴23连接在行星架28上，并通过空心限位轴27对行星齿轮24进行轴向限位，空心限位轴27的数量与行星齿轮24数量相同。

齿圈22套装在行星减速器壳21的内部且其内圈与行星齿轮24啮合，行星齿轮24与连接轴5一端的太阳轮啮合。具体的，齿圈22的一端面设置有内花键，齿圈22的内花键通过外花键空心轴9与永磁驱动电机1连接。

本方案中，在驱动方面，永磁驱动电机1中的转子13具有固定磁极，当定子11的绕组中通过交流产生旋转磁场后，旋转磁场带动转子13的磁极旋转，由转子13带动电机轴16旋转。因连接轴5一端通过太阳轮与行星齿轮24啮合，连接轴5另一端与永磁驱动电机1的电机轴16固定连接，从而在永磁驱动电机1的驱动下，带动行星齿轮24转动。齿圈22套装在行星减速器壳21的内部且其内圈与行星齿轮24啮合，再由多个行星齿轮24带动齿圈22旋转，齿圈22带动行星减速器壳21一起旋转，行星减速器壳21的外侧连接的轮毂也同步旋转。在制动方面，制动卡钳19与永磁驱动电机1的前端盖17固定连接，制动盘18与行星减速器壳21固定连接，制动系统2通过制动行星减速器壳21来制动与行星减速器壳21连接的轮毂。

通过采用上述技术方案，该集成一体化轮毂电机驱动装置的结构更加紧凑，轴向尺寸更短，制动系统2直接制动轮毂输出侧，实现了制动系统2的高度集成，安全可靠，大幅度降低了轮毂驱动系统总体尺寸和重量，并且提升了驱动装置的转矩密度。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式，并不用于限定本发明保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种集成一体化轮毂电机驱动装置，包括永磁驱动电机（1）、制动系统（2）和行星减速器（3），制动系统（2）通过制动所述行星减速器（3）来制动轮毂转动，其特征在于：所述制动系统（2）包括制动盘（18）和制动卡钳（19），所述制动盘（18）与制动卡钳（19）传动连接，所述永磁驱动电机（1）的外部与制动卡钳（19）固定连接，所述制动盘（18）与行星减速器（3）固定连接，所述永磁驱动电机（1）的轴心处与行星减速器（3）的轴心处之间设有连接轴（5），所述连接轴（5）的一端与永磁驱动电机（1）的驱动轴固定连接，所述连接轴（5）的另一端与行星减速器（3）传动连接。

2.根据权利要求1所述的一种集成一体化轮毂电机驱动装置，其特征在于：所述永磁驱动电机（1）与行星减速器（3）之间设有轮毂轴承（7），所述轮毂轴承（7）的内圈通过圆形螺母（8）与永磁驱动电机（1）的外壁固定连接，所述轮毂轴承（7）内圈由圆形螺母（8）轴向固定；所述轮毂轴承（7）的外圈通过轮毂轴承压板（6）与行星减速器（3）的外壳内壁固定连接，所述轮毂轴承（7）外圈由轮毂轴承压板（6）进行轴向固定。

3.根据权利要求2所述的一种集成一体化轮毂电机驱动装置，其特征在于：所述永磁驱动电机（1）的外壳与轮毂轴承压板（6）之前设有油封（4）。

4.根据权利要求1所述的一种集成一体化轮毂电机驱动装置，其特征在于：所述永磁驱动电机（1）的靠近所述行星减速器（3）的一侧端部设有外花键空心轴（9），所述永磁驱动电机（1）通过外花键空心轴（9）与行星减速器（3）的内花键啮合。

5.根据权利要求1所述的一种集成一体化轮毂电机驱动装置，其特征在于：所述永磁驱动电机（1）包括电机壳体（20）、定子（11）、转子（13）和电机轴（16），所述电机轴（16）通过旋转编码器（14）安装在电机壳体（20）的轴心处，所述转子（13）外套且固定在所述电机轴（16）上，所述定子（11）内套且固定在所述电机壳体（20）上，且所述定子（11）套装于所述转子（13）的外侧。

6.根据权利要求5所述的一种集成一体化轮毂电机驱动装置，其特征在于：还包括前端盖（17）和后端盖（12），所述前端盖（17）布置于所述电机壳体（20）一侧，且与所述电机壳体（20）同轴心固定连接；所述后端盖（12）布置于所述电机壳体（20）另一侧，且与所述电机壳体（20）同轴心固定连接；所述旋转编码器（14）安装在所述后端盖（12）上，且与所述电机轴（16）同轴心布置；所述电机轴（16）的两端外周分别通过电机轴承（15）与前端盖（17）和后端盖（12）转动连接。

7.根据权利要求6所述的一种集成一体化轮毂电机驱动装置，其特征在于：所述前端盖（17）的前端设置外螺纹，所述前端盖（17）的外螺纹通过外花键空心轴（9）与行星减速器（3）连接，所述后端盖（12）的后端面固定有转向节（10）。

8.根据权利要求1所述的一种集成一体化轮毂电机驱动装置，其特征在于：所述行星减速器（3）包括行星减速器壳（21）、齿圈（22）和行星架（28），所述行星减速器壳（21）通过螺丝与行星架（28）固定连接，所述齿圈（22）的内部安装有至少一个行星齿轮（24），每个所述行星齿轮（24）的内部均安装有行星轴承（26），所述行星齿轮（24）固定连接在所述行星架（28）上，所述齿圈（22）套装在行星减速器壳（21）的内部且其内圈与所述行星齿轮（24）啮合，所述行星齿轮（24）与连接轴（5）一端的太阳轮啮合。

9.根据权利要求8所述的一种集成一体化轮毂电机驱动装置，其特征在于：所述行星轴承（26）外圈内套且固定在所述行星齿轮（24）上，并通过挡圈（25）对所述行星轴承（26）进行轴向限位；每个所述行星齿轮（24）通过销轴（23）连接在所述行星架（28）上，并通过空心限位轴（27）对所述行星齿轮（24）进行轴向限位；所述齿圈（22）的一端面设置有内花键，所述齿圈（22）的内花键通过外花键空心轴（9）与永磁驱动电机（1）连接。

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