CN114567136A - 一种驱动电机、驱动系统及电动摩托车 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种驱动电机、驱动系统及电动摩托车；驱动电机，包括：第一绕组、第二绕组、行星轮系以及超越离合器，第一绕组的功率小于第二绕组的功率。第一绕组包括内定子绕组以及转动设于内定子绕组外周侧的外转子，外转子同轴设有输出轴，输出轴的前段同轴穿过内定子绕组。第二绕组包括内转子以及转动设于内转子外周侧的外定子绕组，内转子与输出轴同轴。内转子与行星轮系的太阳轮同轴相连，行星轮系与第一绕组之间通过超越离合器相连，超越离合器的主动端与行星轮系的行星架相连，超越离合器的从动端与外转子相连。驱动电机结构更加紧凑，便于布置，具有较大的调速区间，可延长电动摩托车的续航。

Description

一种驱动电机、驱动系统及电动摩托车

技术领域

本发明属于小型永磁无刷电机结构领域，尤其涉及一种驱动电机、驱动系统及电动摩托车。

背景技术

现有的电动摩托车（相较于摩托车250cc级别以上）很难在输出功率与续航之间达到平衡。其装载的电池容量有限，高功率电动摩托车为了使输出功率增加采用的高功率电机，其效率区间窄，巡航电耗高，体积过大，受限于续航，无法进一步提升功率，导致电动摩托车动力始终无法与燃油摩托车相媲美。且续航提升由于电池成本高，容量有限，大功率电动摩托车发展受阻。

现有电动摩托车多采用轮毂电机或单绕组中置电机方案，其中轮毂电机簧下质量过高，车身动态性能差，大功率化困难。单转子中置电机无法很好的平衡效率与动力，单转子中置电机与机械多挡变速系统结合的结构虽然保证了电机的高效区间，但较为复杂，且效率区间仍较窄，这不仅大幅增加了成本，且降低了其稳定性与寿命。

发明内容

为解决现有技术不足，本发明提供一种驱动电机、驱动系统及电动摩托车，以解决上述技术问题，其中驱动电机采用同轴双绕组结构，具有较大的调速区间，减少配备机械多挡变速系统，使驱动系统更加简单，降低电动摩托车的成产成本，提高稳定性；驱动电机可根据不同工况选择适应的绕组以不同的方式进行耦合驱动，以减小驱动电机在非高功率输出区间的功率损耗，从而延长续航；驱动电机结构更加紧凑，便于布置。

为了实现本发明的目的，拟采用以下方案：

一种驱动电机，包括：第一绕组、第二绕组、行星轮系以及超越离合器，第一绕组的功率小于第二绕组的功率。

第一绕组包括内定子绕组以及转动设于内定子绕组外周侧的外转子，外转子同轴设有输出轴，输出轴的前段同轴穿过内定子绕组。

第二绕组包括内转子以及转动设于内转子外周侧的外定子绕组，内转子与输出轴同轴。

内转子与行星轮系的太阳轮同轴相连，行星轮系与第一绕组之间通过超越离合器相连，超越离合器的主动端与行星轮系的行星架相连，超越离合器的从动端与外转子相连。

此发明通过单电机轴向双绕组的方式，即同轴向设置第一绕组及第二绕组，第一绕组为外转子设计的低功率绕组，第二绕组为内转子设计的高功率绕组。将电动摩托车不同工况所需的动力由两组绕组切换分工输出，大幅提升了驱动电机调速时的综合效率区间的同时简化了控制。同轴行星轮系的加入，使高功率绕组可以内转低极对数设计，较已有的中置单绕组无刷电机体积更小，功率更高。

进一步的，外转子呈圆柱壳体结构，其内壁沿圆周阵列设有多块磁钢。

进一步的，第一绕组与第二绕组连接于同一控制器，控制器具有绕组切换装置。

进一步的，还包括外罩，外罩包括后壳以及前壳，前壳的前端设有前端盖，内定子绕组设于前端盖的内壁。

进一步的，超越离合器包括外圈以及内圈，外圈和内圈均与太阳轮同轴，外圈为主动端，内圈为从动端，外圈连接于行星架，内圈内设有连接法兰，连接法兰与外转子相连。

进一步的，第二绕组对应的转子极对数小于等于2对。

进一步的，第一绕组的极对数为15至25对。

一种驱动系统，包括上述驱动电机，输出轴的前端设有主动轮，主动轮为链轮、同步带轮、齿轮中的一种。

一种电动摩托车，包括上述的驱动系统，主动轮与电动摩托车后轮的主轴相连，驱动系统位于电动摩托车的前轮与后轮之间。

本发明的有益效果在于：

本申请的驱动电机紧凑的双绕组设计使内转子绕组与外转子绕组设计在电动摩托车上结合，具有较简单的控制难度与较宽的效率区间，满足了电动摩托车不同速度下行驶的功率需求，可提高行驶里程，且其高功率绕组转速高，功率密度大，动力冗余度高，比现有单定子技术的动力更强，扭矩更大，进一步提高电动摩托车性能。可同时解决电动摩托车续航，动力及制造成本等问题。同时本申请采用的双绕组转子同轴布置，使其体积与外形与普通电机无异，也可适用于有其他需要较高动力储备与工作效率的电动设备，具有良好的适应性。

附图说明

本文描述的附图只是为了说明所选实施例，而不是所有可能的实施方案，更不是意图限制本发明的范围。

图1示出了驱动电机的外部构造图。

图2示出了驱动电机剖视图。

图3示出了第一绕组的内部构造图。

图4示出了内转子、行星轮系及外转子之间的连接结构示意图。

图5示出了外转子与行星轮系及超越离合器的位置关系图。

图6示出了第一绕组的结构爆炸图。

图7示出了行星轮系与超越离合器的连接结构示意图。

图8示出了驱动系统连接于电动摩托车后轮的结构示意图。

图中标记：第一绕组-10、内定子绕组-11、外转子-12、输出轴-13、磁钢-14、主动轮-15、第二绕组-20、内转子-21、外定子绕组-22、行星轮系-30、太阳轮-31、行星架-32、行星齿圈-33、超越离合器-40、外圈-41、内圈-42、连接法兰-43、外罩-50、后壳-51、前壳-52、前端盖-53。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明，但本发明所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述。术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1至图7所示，一种驱动电机，包括：第一绕组10、第二绕组20、行星轮系30以及超越离合器40。

具体的，第一绕组10的功率小于第二绕组20的功率；第一绕组10为效率绕组，其用于低扭矩、高转速工况，具有较低的耗电量，可有效增加电池的续航。第二绕组KV值高，额定转速高与第一绕组。第二绕组20为高功率绕组，适用于大扭矩工况，例如加速或攀升时使用；高功率绕组在一定转速范围内，输出同等扭矩的情况下，效率比低功率绕组的效率高。

具体的，如图2、图3以及图5、图6所示，第一绕组10包括内定子绕组11以及转动设于内定子绕组11外周侧的外转子12，将外转子12布置于内定子绕组11外周侧的结构设计可使电机气隙降低，带来的低漏磁。于是第一绕组10从降低气隙，降低设计功率带来的铜损，铁损来达到较高的运转效率，外转子12同轴设有输出轴13，输出轴13的前段同轴穿过内定子绕组11，输出轴13用于动力输出。

具体的，如图2至图5所示，第二绕组20包括内转子21以及转动设于内转子21外周侧的外定子绕组22，内转子21与输出轴13同轴，第一绕组10与第二绕组20同轴设置，可使驱动电机的结构更加紧凑，以便于布置安装。

具体的，如图4、图5所示，内转子21与行星轮系30的太阳轮31同轴相连，第二绕组20的内转子21通过行星轮系30减速，使太阳轮承受扭矩减小，使行星轮系30的可靠性增加，同时还可大幅度增加驱动电机输出扭矩，行星轮系30的行星齿圈33为固定安装结构。

具体的，如图4、图5所示，行星轮系30与第一绕组10之间通过超越离合器40相连，超越离合器40的主动端与行星轮系30的行星架32相连，超越离合器40的从动端与外转子12相连。

第一绕组10与第二绕组20连接于同一控制器，控制器具有绕组切换装置。当行星架32的转速大于外转子12的转速时，行星架32通过超越离合器40向外转子12传递扭矩；当外转子12的转速大于行星架32的转速时，超越离合器40实现超越。

优选的，如图3、图6所示，外转子12呈圆柱壳体结构，其内壁沿圆周阵列设有多块磁钢14，利用磁钢14的重量提高外转子12旋转时的转动惯量，从而增加外转子12的转动力矩，以增加输出轴13的输出力矩；在输出相同扭矩的条件下可减小内定子绕组11的厚度，缩小第一绕组10及驱动电机的体积。

优选的，如图1至图3所示，还包括外罩50，外罩50包括后壳51以及前壳52，前壳52的前端设有前端盖53，前端盖53、前壳52以及后壳51通过螺栓连接，以便于拆装及维修，内定子绕组11设于前端盖53的内壁。

优选的，如图5、图7所示，超越离合器40包括外圈41以及内圈42，外圈41和内圈42均与太阳轮31同轴。外圈41为主动端，内圈42为从动端，外圈41连接于行星架32，外圈41与行星架32同时旋转。内圈42内设有连接法兰43，连接法兰43通过螺栓与外转子12相连。

优选的，第二绕组20的极对数小于等于2对，由于高速比的行星轮系30加入，第二绕组20的内转子21的转速可较大幅度的提高，故其绕组极对数得以减少，由此单个绕组空间增加，其绕组满槽率得到大幅提升，从而提高第二绕组20的功率密度，电机功率提高，且导磁磁钢数量减少，重量大幅减轻。

优选的，因为第一绕组10为低功率的效率绕组，所以第一绕组10的极对数为15至25对，较低的运转电流及较多的极对数，同时可带来的低铜损。

实施例2

如图1所示，一种驱动系统，包括上述驱动电机，输出轴13的前端设有主动轮15，主动轮15为链轮、同步带轮、齿轮中的一种。

实施例3

如图8所示，一种电动摩托车，包括上述的驱动系统，主动轮15通过传动链、同步带、齿轮中的一种与电动摩托车后轮的主轴相连，驱动系统位于电动摩托车的前轮与后轮之间。

本申请的驱动电机具有以下两种工况模式。

工况一：用于电摩摩托车巡航状态，此种状态时电动摩托车仅需要较低的功率驱动。在此状态下，第二绕组20通过控制器使绕组处于再生制动状态，不提供转矩，此时内转子21转动阻力大，转速大于或等于零。第一绕组10控制驱动，以较小的功率输入维持车辆行驶。由于内转子21通过行星轮系30控制行星架32及超越离合器40的外圈41旋转；第一绕组10的外转子12带动超越离合器40的内圈42旋转。此时，外转子12与内圈42的转速大于行星架32及外圈41的转速，超越离合器40处于超越状态，内圈42与外圈41不接合，因此此种工况仅有第一绕组10以低功率模式驱动电动摩托车行驶，从而降低电量损耗，延长续航里程。

由于大部分时间车辆巡航时仅由低功率绕组直驱轮胎，不经过减速组系统效率损耗，减少了大部分磨损。且低功率绕组耗电较高功率绕组显著减少，续航得以大幅增加。

输出低功率的第一绕组10始终与驱动电机的输出轴13相连，动力不间断，减少了绕组切换时的顿挫。

工况二：用于电动摩托车加速或爬坡攀升，此状态需要驱动电机提供高扭矩输出，在此状态下控制器驱动第二绕组20工作，使内转子21加速，带动行星架32旋转，使行星架32与外圈41的转速大于外转子12与内圈42的转速，同时A绕组限流降低停止工作，由于外圈41的转速大于内圈42的转速，因此超越离合器40接合，开始传递扭矩。内转子21通过行星轮系30与外转子12及输出轴13相连接，以实现扭矩输出。控制器继续以最大输出功率驱动第二绕组20，使车辆达到设置的加速度。此种工况时，外转子12跟随旋转，控制器切断第一绕组10的连接，第一绕组10停止功率输出，以节约能耗。

在达到设定的速度值后，内转子21减速，并进入再生制动状态，行星轮系30及内转子21的惯量由再生制动消耗，第二绕组20及行星轮系30减速至大于或等于零的状态，超越离合器40的内圈42与外圈41连接断开，进入超越工作状态；同时第一绕组10恢复工作，驱动系统恢复工况一，整车动力由第一绕组10提供。

输出高功率的第二绕组20由于不持续工作，其高铜损\高铁损,耗电高的固有特性在巡航时避免，仅在加速时工作，故在停止时有充足时间风冷散热，避免了复杂冷却系统在第二绕组20上的使用，从而避免在驱动电机上使用复杂冷却系统。

再生制动，是一种使用在电动机上的制动技术。再生制动在制动工况将电动机切换成发电机运转，电动机转子旋转的电能被消耗而产生很大的运转阻力，将一部分的动能或势能转化为电能并加以储存或利用，在电动摩托车类似的永磁无刷电机中，这一工况普遍的由控制器的H桥进行PWM整流，再将整流后的电能反冲到电池中实现。多用于电机刹车，此处通过再生制动给转子“刹车”，而且此种制动方式是无机械损耗的。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不表示是唯一的或是限制本发明。本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的范围情况下，对本发明进行的各种改变或同等替换，均属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种驱动电机，其特征在于，包括：第一绕组（10）、第二绕组（20）、行星轮系（30）以及超越离合器（40），第一绕组（10）的功率小于第二绕组（20）的功率；

第一绕组（10）包括内定子绕组（11）以及转动设于内定子绕组（11）外周侧的外转子（12），外转子（12）同轴设有输出轴（13），输出轴（13）的前段同轴穿过内定子绕组（11）；

第二绕组（20）包括内转子（21）以及转动设于内转子（21）外周侧的外定子绕组（22），内转子（21）与输出轴（13）同轴；

内转子（21）与行星轮系（30）的太阳轮（31）同轴相连，行星轮系（30）与第一绕组（10）之间通过超越离合器（40）相连，超越离合器（40）的主动端与行星轮系（30）的行星架（32）相连，超越离合器（40）的从动端与外转子（12）相连。

2.根据权利要求1所述的一种驱动电机，其特征在于，外转子（12）呈圆柱壳体结构，其内壁沿圆周阵列设有多块磁钢（14）。

3.根据权利要求1所述的一种驱动电机，其特征在于，第一绕组（10）与第二绕组（20）连接于同一控制器，控制器具有绕组切换装置。

4.根据权利要求1所述的一种驱动电机，其特征在于，还包括外罩（50），外罩（50）包括后壳（51）以及前壳（52），前壳（52）的前端设有前端盖（53），内定子绕组（11）设于前端盖（53）的内壁。

5.根据权利要求1所述的一种驱动电机，其特征在于，超越离合器（40）包括外圈（41）以及内圈（42），外圈（41）和内圈（42）均与太阳轮（31）同轴，外圈（41）为主动端，内圈（42）为从动端，外圈（41）连接于行星架（32），内圈（42）内设有连接法兰（43），连接法兰（43）与外转子（12）相连。

6.根据权利要求1所述的一种驱动电机，其特征在于，第二绕组（20）的极对数小于等于2对。

7.根据权利要求1所述的一种驱动电机，其特征在于，第一绕组（10）的极对数为15至25对。

8.一种驱动系统，其特征在于，包括权利要求1至权利要求7中任一项所述驱动电机，输出轴（13）的前端设有主动轮（15），主动轮（15）为链轮、同步带轮、齿轮中的一种。

9.一种电动摩托车，其特征在于，包括权利要求8所述的驱动系统，主动轮（15）与电动摩托车后轮的主轴相连，驱动系统位于电动摩托车的前轮与后轮之间。

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