CN115654085A - 一种湿式换挡的轮毂驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轮毂电驱动技术领域，公开了一种湿式换挡的轮毂驱动装置，包括轮毂电机、湿式片式制动换挡机构、行星变速机构、行星减速机构和轮辋，所述轮毂电机提供驱动力，所述湿式片式制动换挡机构确定档位，所述行星变速机构连接行星减速机构连接，所述行星减速机构驱动车轮的轮辋转动；所述湿式片式制动换挡机构包括高档制动器和低档制动器，所述高档制动器的内毂连接轮毂电机输出轴，所述高档制动器的外毂和所述低档制动器的内毂连接所述行星变速机构，所述低档制动器的外毂连接机壳；控制高档制动器和低档制动器实现不同档位的切换。本发明可实现低速档、高速档、空挡、制动四个档位切换，结构简单、集成度高、换挡平稳。

Description

一种湿式换挡的轮毂驱动装置

技术领域

本发明涉及轮毂电驱动技术领域，更具体的说，特别涉及一种湿式换挡的轮毂驱动装置。

背景技术

由于电传动比传统机械传动具有响应速度快、无极调速、任意半径转向、加速性高、部件布置方便和易于实现模块化等优点，轮履装甲车辆的电传动技术已经历近百年时间，时至今日，电传动车辆的很多性能已远远超过传统的机械传动车辆。基于轮毂驱动系统的中重型车辆，如轮式特种车辆、工程车、重卡、矿卡等，已获得广泛应用，在机动性、灵活性等方面较传统车辆有较大优势。较减速式轮毂驱动方案，变速式轮毂驱动在功率密度、效率、空间尺寸均有明显的优势，通过换挡设计，最高轮速和最大输出扭矩得到很好的兼顾，但变速式轮毂驱动换挡时会造成的动力中断。为实现平稳的动力换挡，如何设计换挡机构成为变速式轮毂驱动发展的重要方向，带有湿式摩擦片的制动机构可以降低换挡时导致的换挡冲击，具有显著的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种湿式换挡的轮毂驱动装置，可实现低速档、高速档、空挡、制动四个档位切换，结构简单、集成度高、换挡平稳。

为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种湿式换挡的轮毂驱动装置，包括轮毂电机、湿式片式制动换挡机构、行星变速机构、行星减速机构和轮辋，所述轮毂电机提供驱动力，所述湿式片式制动换挡机构确定档位，所述行星变速机构连接行星减速机构连接，所述行星减速机构驱动车轮的轮辋转动；

所述湿式片式制动换挡机构包括高档制动器和低档制动器，所述高档制动器的内毂连接轮毂电机输出轴，所述高档制动器的外毂和所述低档制动器的内毂连接所述行星变速机构，所述低档制动器的外毂连接机壳；控制高档制动器和低档制动器实现不同档位的切换。

进一步的，所述行星变速机构包括第一行星排，所述第一行星排包括第一行星排太阳轮、第一行星排行星轮、第一行星排齿圈和第一行星排行星架，所述第一行星排太阳轮的内圈套装在所述轮毂电机输出轴上，外圈与所述第一行星排行星轮的内圈啮合传动，所述第一行星排行星轮的外圈设置第一行星排齿圈，所述第一行星排齿圈连接所述高档制动器外毂和低档制动器内毂；所述第一行星排行星轮上设置连接所述行星减速机构的第一行星排行星架。

进一步的，所述行星减速机构包括并列设置的第二行星排和第三行星排，所述第二行星排包括第二行星排太阳轮、第二行星排行星轮、第二行星排齿圈和第二行星排行星架；

所述第二行星排太阳轮与所述轮毂电机输出轴同轴设置，外圈分别与所述第一行星排行星架和第二行星排行星轮的内圈连接；所述第二行星排行星轮的外圈连接所述第二行星排齿圈；所述第二行星排行星架同轴设置在所述第二行星排太阳轮一侧，并连接第三行星排。

进一步的，所述第三行星排包括第三行星排太阳轮、第三行星排行星轮、第三行星排齿圈和第三行星排行星架，所述第三行星排太阳轮的外圈分别连接第二行星排行星架和第三行星排行星轮的内圈；所述第三行星排齿圈设置在第三行星排行星轮的外圈，连接第二行星排齿圈，还连接轮毂电机的机壳；所述第三行星排行星架通过销轴连接第三行星排行星轮，并连接轮辋。

进一步的，所述高档制动器和低档制动器均包括摩擦片组、对偶片组、油缸、弹簧和活塞，所述油缸连接活塞，所述活塞作用在对偶片组上；所述摩擦片组和对偶片组两者采用至少两片，并为间隔设置；所述弹簧的一端连接所述活塞，另一端连接所述壳体。

进一步的，所述控制高档制动器和低档制动器实现不同档位的切换，具体包括：

所述高档制动器闭合，低档制动器松开，第一行星排进行整体回转，第二行星排和第三行星排工作，实现高速档。

进一步的，所述控制高档制动器和低档制动器实现不同档位的切换，具体包括：

所述高档制动器松开，低档制动器闭合，第一行星排、第二行星排和第三行星排工作，实现低速档。

进一步的，所述控制高档制动器和低档制动器实现不同档位的切换，具体包括：

所述高档制动器松开，低档制动器松开，第一行星排、第二行星排和第三行星排均不工作，实现空档。

进一步的，所述控制高档制动器和低档制动器实现不同档位的切换，具体包括：

所述高档制动器和低档制动器都闭合，行星减速机构将轮辋固定，实现车辆制动。

进一步的，所述行星变速机构和行星减速机构两者的行星排特性参数k值范围为1.5～4。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明将采用高速的轮毂电机、行星变速机构、行星减速机构、湿式片式制动换挡机构集成于一体，轮毂电机功率经过行星变速机构、行星减速机构输出功率至轮辋，进而驱动车轮转动，集成化程度高，体积功率密度很高；湿式片式制动换挡机构中通过高档制动器和低档制动器实现不同档位的切换，换挡过程可靠且平稳，并使最高轮速和最大输出扭矩得到很好的兼顾，使车辆具备良好的动力性。

(2)本发明的行星变速机构设置第一行星排，并采用第一行星排太阳轮、第一行星排行星轮、第一行星排齿圈和第一行星排行星架，分别与湿式片式制动换挡机构和行星减速机构连接，结构简单、功能可靠，也保证了驱动装置整体工作的稳定性。

(3)本发明的行星减速机构并列设置第二行星排和第三行星排与行星变速机构连接，还连接第三行星排，并分别采用太阳轮、行星轮和行星架实现连接和传动，结构简单、功能可靠，也保证了驱动装置整体工作的稳定性。

(4)本发明的湿式片式制动换挡机构通过湿式摩擦片进行换挡，档位包含低档、高档、空挡及制动，换挡时，通过外部液压阀控制油路对油缸施加油压，带动活塞推动摩擦片组与对偶片组进行结合或分离，释放油压时，通过弹簧推动摩擦片组与对偶片组分离或结合，整体结构简单、功能可靠，并能实现有效地换挡。

(5)本发明通过高档制动器和低档制动器进行闭合或松开，分别控制第一行星排、第二行星排和第三行星排实现不同的工作状态，从而实现驱动装置整体实现高速挡、低速档、空档和制动状态，功能可靠也保证了驱动装置换挡过程的稳定性。

(6)本发明行星变速机构和行星减速机构两者的行星排特性参数k值范围为1.5～4，功能可靠并能满足要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明中的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1为本发明湿式换挡的轮毂驱动装置的结构示意图。

图2为本发明湿式换挡的轮毂驱动装置的结构简图。

图3为本发明高档制动器和低档制动器两者的结构示意图。

图4为本发明轮毂驱动装置实现高速挡的示意图。

图5为本发明轮毂驱动装置实现低速挡的示意图。

图6为本发明轮毂驱动装置实现制动的示意图。

附图标记说明如下：1-轮毂电机、2-湿式片式制动换挡机构、3-行星变速机构、4-行星减速机构、5-轮辋、6-高档制动器、7-低档制动器、8-轮毂电机输出轴、9-第一行星排太阳轮、10-第一行星排行星轮、11-第一行星排齿圈、12-第一行星排行星架、13-第二行星排太阳轮、14-第二行星排行星轮、15-第二行星排齿圈、16-第二行星排行星架、17-第三行星排太阳轮、18-第三行星排行星轮、19-第三行星排齿圈、20-第三行星排行星架、60-壳体、61-摩擦片组、62-对偶片组、63-油缸、64-弹簧。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，例如，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中，当元件被称为“固定于”或“安装于”或“设置于”或“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接位于该另一个元件上。例如，当一个元件被称为“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接连接到该另一个元件上。

此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

参阅图1所示，本发明提供一种湿式换挡的轮毂驱动装置，包括轮毂电机1、湿式片式制动换挡机构2、行星变速机构3、行星减速机构4、轮辋5；所述轮毂电机1提供驱动力，所述湿式片式制动换挡机构2确定档位，所述行星变速机构3和行星减速机构4驱动车轮的轮辋5转动。

所述湿式片式制动换挡机构2包括2副片式制动器，即包含1副高档制动器6和1副低档制动器7，所述低档制动器7套装在所述高档制动器6外表面。所述高档制动器6的外毂与行星变速机构3的齿圈相连，内毂与轮毂电机输出轴8相连；所述低档制动器7的内毂与行星变速机构3的齿圈相连，外毂与机壳固定。

本实施例中，将湿式片式制动换挡机构2、行星变速机构3和行星减速机构4进行集成一体化设计，即通过轮毂电机1的无级调速功能，经过湿式片式制动换挡机构2、行星变速机构3和行星减速机构4，最高轮速和最大输出扭矩得到很好的兼顾，使车辆具备良好的动力性，便于实现紧凑结构，减少轮毂驱动装置的体积和重量，集成化程度高，体积功率密度很高。

进一步的，所述高档制动器6和低档制动器7两者都包括壳体60、设置在所述壳体60内的多片摩擦片组61、多片对偶片组62、油缸63、弹簧64和活塞65，所述油缸63连接活塞65，所述活塞65作用在对偶片组62上。所述摩擦片组61和对偶片组62两者采用至少两片，并为间隔设置。所述弹簧64的一端连接所述活塞65，另一端连接所述壳体60。

具体的，当制动器工作时，液压油或弹簧通过油缸63推动活塞65，压紧摩擦片组61和对偶片组62，完成摩擦副的结合实现制动，结构简单、功能可靠也易于实现。

进一步的，所述行星变速机构3用于二档变速，包括1个第一行星排，所述第一行星排包括第一行星排太阳轮9、第一行星排行星轮10、第一行星排齿圈11、第一行星排行星架12，所述第一行星排太阳轮9的内圈套装在所述轮毂电机输出轴8上，外圈与所述第一行星排行星轮10的内圈啮合传动，所述第一行星排行星轮10的外圈设置第一行星排齿圈11，所述第一行星排齿圈11连接所述高档制动器6外毂和低档制动器7内毂。所述第一行星排行星轮10上设置连接所述行星减速机构4的第一行星排行星架12。

本实施例中，所述行星变速机构3实现二档变速，具体为：当低档制动器7工作时，行星变速机构3具有减速比，实现降速增扭；当高档制动器6工作时，行星变速机构3整体回转，保持输出扭矩和转速不变；当高档制动器6和低档制动器7同时工作时，行星变速机构3输出转速为0，实现制动功能。

进一步的，所述行星减速机构4用于减速增扭，包括2个行星排即并列设置的第二行星排和第三行星排，所述第二行星排包括第二行星排太阳轮13、第二行星排行星轮14、第二行星排齿圈15、第二行星排行星架16；所述第三行星排包括第三行星排太阳轮17、第三行星排行星轮18、第三行星排齿圈19、第三行星排行星架20；

所述第二行星排太阳轮13与所述轮毂电机输出轴8同轴设置，外圈分别与所述第一行星排行星架12和第二行星排行星轮14的内圈连接。所述第二行星排行星轮14的外圈连接所述第二行星排齿圈15。所述第二行星排行星架16同轴设置在所述第二行星排太阳轮13一侧，并连接第三行星排中第三行星排太阳轮17的外圈。

所述第三行星排太阳轮17的外圈还连接第三行星排行星轮18的内圈。所述第三行星排齿圈19设置在第三行星排行星轮18的外圈，连接第二行星排齿圈15，并连接轮毂电机1的机壳。所述第三行星排行星架20通过销轴连接第三行星排行星轮18，并连接轮辋5，功率输出。

本实施例中，所述行星减速机构实现减速增扭，具体过程为：行星变速机构3输出至行星减速机构4，经两级固定齿圈的第二行星排和第三行星排进行减速，达到扭矩增大的效果。

进一步的，所述轮毂电机1为内转子电机，定子1a与机壳相连，转子1b与定子1a啮合，并设置在轮毂电机输出轴8，所述轮毂电机输出轴8与第一行星排太阳轮9和高档制动器6外毂连接。

具体的，所述行星变速机构3和行星减速机构4的行星排均为异向机构，行星排特性参数k值范围为1.5～4，功能可靠并能满足要求。

本发明提供的湿式换挡的轮毂驱动装置，具体控制过程如下：

轮毂电机1提供驱动力，湿式片式制动换挡机构2确定档位，行星变速机构3和行星减速机构4驱动轮辋5转动，进而驱动车轮转动。

湿式片式制动换挡机构2中，分别控制高档制动器6和低档制动器7闭合或松开，控制第一行星排、第二行星排和第三行星排的不同工作状态，实现车轮进行不同档位的切换，具体包括：

a、当湿式片式制动换挡机构2的高档制动器6闭合即摩擦副结合，低档制动器7松开即摩擦副分离，第一行星排进行整体回转，第二行星排和第三行星排工作，为高速档(图4中所示)；

具体为：高档制动器6工作时，将第一行星排齿圈11和第一行星排太阳轮9连接，从而实现第一行星排齿圈11、第一行星排太阳轮9和第一行星排行星架12整体回转。此时，行星变速机构3的减速比为1，并通过第一行星排行星架12带动第二行星排的第二行星排太阳轮13工作。第二行星排太阳轮13带动第二行星排行星轮14转动，进而带动第二行星排行星架16转动，即带动第三行星排工作。所述第三行星排太阳轮17带动第三行星排行星轮18转动，进而带动第三行星排行星架20转动，即带动轮辋5转动。

b、当湿式片式制动换挡机构2的高档制动器6松开，低档制动器7闭合，第一行星排、第二行星排和第三行星排工作，为低速档(图5中所示)；

具体为：低档制动器7工作时，将第一行星排齿圈11固定，轮毂电机输出轴8带动第一行星排太阳轮9转动。第一行星排太阳轮9带动第一行星排行星轮10转动，进而带动第一行星排行星架12转动，即带动第二行星排工作，此时，行星变速机构3减速增扭，并通过第一行星排行星架12带动第二行星排的第二行星排太阳轮13工作。第二行星排太阳轮13带动第二行星排行星轮14转动，进而带动第二行星排行星架16转动，即带动第三行星排工作。所述第三行星排太阳轮17带动第三行星排行星轮18转动，进而带动第三行星排行星架20转动，即带动轮辋5转动。

c、当湿式片式制动换挡机构2的高档制动器6松开，低档制动器7松开，3个行星排均不工作，为空档；

d、当湿式片式制动换挡机构2的高档制动器6闭合，低档制动器7闭合，为车辆制动状态(图6中所示)。

具体为：高档制动器6和低档制动器7同时工作时，高档制动器6和低档制动器7将第一行星排齿圈11、第一行星排太阳轮9和第一行星排行星架12全部固定，并通过行星减速机构4的机械连接关系，实现轮辋5的固定。

下面结合具体实施例来描述本发明提供的轮毂驱动装置，设第一行星排的k值为2.6，第二行星排的k值为3.8，第三行星排的k值为4.2，通过操作高档制动器6和低档制动器7，即可获得不同的传动比，如表1所示。

表1

表中“O”表示制动器闭合，“X”表示制动器松开。

由表1中可知，本发明提供的轮毂驱动装置通过制动器6和制动器7的闭合和松开，可实现高速档、低速档、空挡、制动四个挡位，结构简单、集成度高、换挡平稳。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种湿式换挡的轮毂驱动装置，其特征在于：包括轮毂电机、湿式片式制动换挡机构、行星变速机构、行星减速机构和轮辋，所述轮毂电机提供驱动力，所述湿式片式制动换挡机构确定档位，所述行星变速机构连接行星减速机构连接，所述行星减速机构驱动车轮的轮辋转动；

所述湿式片式制动换挡机构包括高档制动器和低档制动器，所述高档制动器的内毂连接轮毂电机输出轴，所述高档制动器的外毂和所述低档制动器的内毂连接所述行星变速机构，所述低档制动器的外毂连接机壳；控制高档制动器和低档制动器实现不同档位的切换。

2.根据权利要求1所述的湿式换挡的轮毂驱动装置，其特征在于：所述行星变速机构包括第一行星排，所述第一行星排包括第一行星排太阳轮、第一行星排行星轮、第一行星排齿圈和第一行星排行星架，所述第一行星排太阳轮的内圈套装在所述轮毂电机输出轴上，外圈与所述第一行星排行星轮的内圈啮合传动，所述第一行星排行星轮的外圈设置第一行星排齿圈，所述第一行星排齿圈连接所述高档制动器外毂和低档制动器内毂；所述第一行星排行星轮上设置连接所述行星减速机构的第一行星排行星架。

3.根据权利要求2所述的湿式换挡的轮毂驱动装置，其特征在于：所述行星减速机构包括并列设置的第二行星排和第三行星排，所述第二行星排包括第二行星排太阳轮、第二行星排行星轮、第二行星排齿圈和第二行星排行星架；

所述第二行星排太阳轮与所述轮毂电机输出轴同轴设置，外圈分别与所述第一行星排行星架和第二行星排行星轮的内圈连接；所述第二行星排行星轮的外圈连接所述第二行星排齿圈；所述第二行星排行星架同轴设置在所述第二行星排太阳轮一侧，并连接第三行星排。

4.根据权利要求3所述的湿式换挡的轮毂驱动装置，其特征在于：所述第三行星排包括第三行星排太阳轮、第三行星排行星轮、第三行星排齿圈和第三行星排行星架，所述第三行星排太阳轮的外圈分别连接第二行星排行星架和第三行星排行星轮的内圈；所述第三行星排齿圈设置在第三行星排行星轮的外圈，连接第二行星排齿圈，还连接轮毂电机的机壳；所述第三行星排行星架通过销轴连接第三行星排行星轮，并连接轮辋。

5.根据权利要求1至4任一项所述的湿式换挡的轮毂驱动装置，其特征在于：所述高档制动器和低档制动器均包括摩擦片组、对偶片组、油缸、弹簧和活塞，所述油缸连接活塞，所述活塞作用在对偶片组上；所述摩擦片组和对偶片组两者采用至少两片，并为间隔设置；所述弹簧的一端连接所述活塞，另一端连接所述壳体。

6.根据权利要求5所述的湿式换挡的轮毂驱动装置，其特征在于：所述控制高档制动器和低档制动器实现不同档位的切换，具体包括：

所述高档制动器闭合，低档制动器松开，第一行星排进行整体回转，第二行星排和第三行星排工作，实现高速档。

7.根据权利要求6所述的湿式换挡的轮毂驱动装置，其特征在于：所述控制高档制动器和低档制动器实现不同档位的切换，具体包括：

所述高档制动器松开，低档制动器闭合，第一行星排、第二行星排和第三行星排工作，实现低速档。

8.根据权利要求6或7所述的湿式换挡的轮毂驱动装置，其特征在于：所述控制高档制动器和低档制动器实现不同档位的切换，具体包括：

所述高档制动器松开，低档制动器松开，第一行星排、第二行星排和第三行星排均不工作，实现空档。

9.根据权利要求8所述的湿式换挡的轮毂驱动装置，其特征在于：所述控制高档制动器和低档制动器实现不同档位的切换，具体包括：

所述高档制动器和低档制动器都闭合，行星减速机构将轮辋固定，实现车辆制动。

10.根据权利要求1所述的湿式换挡的轮毂驱动装置，其特征在于：所述行星变速机构和行星减速机构两者的行星排特性参数k值范围为1.5～4。

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