CN116729103A - 一种轮毂电机驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮毂电机驱动系统，包括安装在轮毂内腔中的电机，电机包括转子和定子，转子的内部形成转子空腔，转子空腔中设有减速装置，减速装置包括以下部件：输入锥齿轮，固定在电机轴上；第一中间锥齿轮和第二中间锥齿轮，同轴固接在中间轴上；第一中间锥齿轮与输入锥齿轮相啮合，构成第一级减速机构；输出锥齿轮，固定在输出轴上，输出锥齿轮与第二中间锥齿轮相啮合，构成第二级减速机构；输出轴与轮毂同轴固接。减速装置中使用的均为外齿锥齿轮，不但容易加工制造、尺寸精度较高，而且布置架构简洁，结构强度较高，受力变形较小，提升了减速装置的承载能力，而且有利于减轻轮毂电机驱动系统的振动量并改善车辆的乘坐舒适性。

Description

一种轮毂电机驱动系统

技术领域

本发明涉及电动汽车分布式动力驱动技术领域，特别是涉及一种轮毂电机驱动系统。

背景技术

新能源汽车的销量占比日益扩大，其中纯电动汽车是各国鼓励的优先发展方向，装备分布式动力驱动系统的智能化电动汽车具有更加广阔的市场前景，安装于汽车轮毂内的轮毂电机系统是智能化电动汽车分布式动力驱动系统的优选方案。

轮毂电机系统所采用的电机主要有外转子电机及内转子电机两种构造。外转子电机通常为中低速电机，其优点是输出扭矩较大，可以不需要减速机构，缺点是高效率速度范围较小，磁钢用量较大、成本较高，在车辆起步、顶风、加速或爬坡等需要大扭矩情况时动力不足。内转子电机通常为高速电机，其优点是具有较高的比功率和比效率，磁钢用量较少、成本较低，通过减速机构增力后，可以输出大扭矩，爬坡性能较好，可使车辆在较宽速度范围内高效地获得较大的驱动力。但由于外部冲击力及内部离心力会影响内转子电机结构稳定性，高速内转子电机的输出动力存在不平顺现象，导致轮毂电机系统的振动量较大，车辆乘坐舒适性不理想。

目前，采用内转子电机的轮毂电机系统通常使用的是行星齿轮减速机构。行星齿轮减速机构具有体积小、重量轻等优点，但是由于内转子电机内腔安装空间以及本身布局结构的限制，行星齿轮减速机构不但结构较复杂、制造难度较大，而且强度较低，受力变形较大，承载能力较弱，以致轮毂电机系统的振动量较大，车辆乘坐舒适性不理想。

另外，现有轮毂电机系统的制动冲击力较大，驻车功能不足，影响轮毂电机系统及车辆的舒适性、耐久性及安全性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、容易加工制造、承载能力强的轮毂电机驱动系统，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种轮毂电机驱动系统，包括安装在轮毂内腔中的电机，所述电机包括转子和定子，所述转子位于定子内侧，构成内转子电机，所述转子的内部形成转子空腔，转子空腔中设有减速装置，所述减速装置包括以下部件：输入锥齿轮，固定在电机轴上，电机轴与所述转子相连接；第一中间锥齿轮和第二中间锥齿轮，同轴固接在中间轴上；所述第一中间锥齿轮与输入锥齿轮相啮合，构成第一级减速机构；输出锥齿轮，固定在输出轴上，输出锥齿轮与第二中间锥齿轮相啮合，构成第二级减速机构；所述输出轴与轮毂同轴固接。

优选地，所述电机轴与输出轴同轴布置。

优选地，所述电机还包括一壳体，所述壳体由一筒部和位于筒部两端的第一端盖和第二端盖构成。

更优地，所述电机轴通过腹板与转子相连接，电机轴的一端可转动地支承在第一端盖上。

更优地，所述输出轴可转动地支承在第二端盖上。

更优地，所述中间轴与输出轴相垂直，所述中间轴的一端可转动地支承在一支架上，所述支架固定连接在第二端盖上。

更优地，所述转子的一端可转动地支承在第二端盖上。

更优地，还包括制动机构，所述制动机构包括相互配合的制动盘和制动钳，所述制动盘连接在轮毂上，所述制动钳连接在电机的壳体上。

更优地，还包括驻车机构，所述驻车机构包括相连接的驻车执行器和锁止部件，所述驻车执行器安装在电机的壳体上，所述锁止部件在驻车执行器的驱动下可以锁止第二中间锥齿轮。

更优地，还包括驻车机构，所述驻车机构包括驻车执行器、锁止部件和驻车盘，所述驻车执行器安装在电机的壳体上，所述驻车盘固定安装在电机轴上，所述锁止部件在驻车执行器的驱动下可以锁止驻车盘。

优选地，所述中间轴设有多根，每根中间轴上均设有第一中间锥齿轮和第二中间锥齿轮。

更优地，所述中间轴设有两根，两根中间轴同轴布置。

更优地，还包括一个十字架，所述两根中间轴的一端分别可转动地支承在所述十字架上，所述电机轴与输出轴的一端也分别可转动地支承在所述十字架上。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明中的减速装置使用的均为外齿锥齿轮，不但容易加工制造、尺寸精度较高，而且布置架构简洁，结构强度较高，受力变形较小，从而提升了减速装置的承载能力，有利于减轻轮毂电机驱动系统的振动量并改善车辆的乘坐舒适性。

附图说明

图1是本发明轮毂电机驱动系统一种实施例的结构原理示意图。

图2是本发明中一种电机的结构原理示意图。

图3是本发明中一种减速装置的结构原理示意图。

图4是本发明轮毂电机驱动系统另一种实施例的结构原理示意图。

其中，附图标记：

10 轮胎

20 轮毂

21 轮毂内腔

30 电机

31 壳体

32 定子

33 转子

330 转子空腔

34 腹板

35 第一端盖

36 第二端盖

37 电机轴

38 筒部

39 支架

40 减速装置

41 输入锥齿轮

42 第一中间锥齿轮

43 第二中间锥齿轮

44 输出锥齿轮

45 中间轴

46 十字架

47 输出轴

51-54 轴承

61 制动盘

62 制动钳

71 驻车执行器

72 锁止部件

73 驻车盘

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以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。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1所示，本发明一种轮毂电机驱动系统用于安装在车轮上，车轮包括金属的轮毂20和橡胶的轮胎10。轮毂20具有一中空的轮毂内腔21，并具有回转轴线X-X。

本发明轮毂电机驱动系统包括一安装在轮毂内腔21中的电机。如图1、图2所示，电机30包括壳体31、定子32和转子33，其中定子32沿径向固定安装在壳体31的内侧，转子33沿径向位于定子32内侧，并与定子32之间形成沿X-X轴线的均匀间隙，构成内转子电机的磁场气隙。其中，壳体31由一筒部38和用于封闭筒部两端的第一端盖35和第二端盖36构成，定子32固定安装在筒部38的内表面上。壳体31与车辆悬架(图中未示出)相连接，在车辆运动过程中，壳体31相对于车辆悬架是静止不转的。

转子33的一端通过腹板34与电机轴37相连接，转子33的另一端通过一轴承54与第二端盖36转动连接，以便与腹板34共同承担转子33高速运转的离心力及路面和制动冲击力，保证转子33与定子32之间磁场气隙的均匀性与可靠性，从而确保内转子电机30输出扭矩的平顺性以及电机30工作过程的稳定性，有利于减轻轮毂电机系统的振动量并改善车辆的乘坐舒适性。

在转子33的内部形成转子空腔330，在转子空腔330中设有减速装置。如图1、图3所示，减速装置40包括一输入锥齿轮41，输入锥齿轮41固定在电机轴37上；输入锥齿轮41与第一中间锥齿轮42相啮合，第一中间锥齿轮42和第二中间锥齿轮43同轴固接在一根中间轴45上，第二中间锥齿轮43与一输出锥齿轮44相啮合，输出锥齿轮44固定在输出轴47上，输出轴47的一端与轮毂20同轴固接，即输出轴47沿轮毂20的轴线X-X布置。上述输入锥齿轮41、第一中间锥齿轮42、第二中间锥齿轮43和输出锥齿轮44均为外齿锥齿轮。

第一中间锥齿轮42的齿数大于输入锥齿轮41的齿数，因此输入锥齿轮41与第一中间锥齿轮42相啮合构成第一级减速机构；输出锥齿轮44的齿数大于第二中间锥齿轮43的齿数，因此输出锥齿轮44与第二中间锥齿轮43相啮合构成第二级减速机构；这使得减速装置40可以通过比较紧凑的结构获得较大的减速比，从而使轮毂20可以得到更大的驱动力扭矩，大大增强车辆的动力性。

如图1所示，在本实施例中，电机轴37也与输出轴47同轴布置，即电机轴37也沿轮毂20的轴线X-X布置。电机轴37的一端通过轴承51可转动地支承在电机的第一端盖35上，输出轴47的中部通过轴承52可转动地支承在电机的第二端盖36上。

在本发明中，与输入锥齿轮41相啮合的第一中间锥齿轮42可以有多个，与输出锥齿轮44相啮合的第二中间锥齿轮43也可以有多个，即中间轴45可以设有多根，每根中间轴45上均设有一个第一中间锥齿轮42和一个第二中间锥齿轮43。

在本优选实施例中，中间轴45设有两根，两根中间轴45同轴对称布置，即两根中间轴45都与电机轴37、输出轴47相垂直，且两根中间轴45及其上的第一中间锥齿轮42、第二中间锥齿轮43关于轴线X-X对称布置。在两根中间轴45与电机轴37、输出轴47垂直相交处设有一个十字架46，十字架46的四个侧面均设有轴承，电机轴37与输出轴47的另一端分别通过轴承可转动地支承在十字架46上。两根中间轴45的一端也分别通过轴承可转动地支承在十字架46上，中间轴的另一端通过轴承53可转动地支承在支架39上，支架39固定连接在电机的第二端盖36上。两根中间轴45都与电机轴37、输出轴47相垂直，而且两根中间轴45及其上的第一中间锥齿轮42、第二中间锥齿轮43关于轴线X-X对称布置，两根中间轴45、电机轴37及输出轴47的一端均与十字架46的四个侧面通过轴承转动连接，可以内部平衡甚至抵消减速装置工作时各个锥齿轮产生的轴向力、侧向力及周向力，这可以增强减速装置的承载能力。此外，减速装置使用的均为外齿锥齿轮，不但容易加工制造，尺寸精度较高，而且布置架构简洁，结构强度较高，受力变形较小，这不但进一步提升了减速装置的承载能力，而且有利于减轻轮毂电机系统的振动量并改善车辆的乘坐舒适性。

电机30的动力通过电机轴37输入减速装置，经输出轴47传递给轮毂20，并驱动车轮运动。

如图1所示，本优选实施例中还包括了制动机构，制动机构设置在轮毂20与第二端盖36之间。该制动机构包括相互配合的制动盘61和制动钳62，制动盘61固定连接在轮毂20上，制动钳62则固定连接在电机的壳体31上。当制动钳62动作时，可以夹紧制动盘61，这样就在转动的轮毂20与静止的电机壳体31之间产生摩擦力，使车辆减速制动。

如图1所示，本优选实施例中还包括了驻车机构，驻车机构位于电机内部、腹板34内侧。该驻车机构包括相连接的驻车执行器71和锁止部件72，驻车执行器71安装在支架39上，从而间接地安装在电机的壳体31上。当车辆停止时，驻车执行器71驱动锁止部件72运动，锁止部件72可以锁止第二中间锥齿轮43，从而实现驻车功能。锁止部件72比如可以采用现有技术中的驻车棘爪。本优选实施例装备驻车机构，可以在停车时自动驻车，防止车辆溜滑，方便车辆坡道上顺利起步，保障了车辆操控的平稳性与安全性。

本发明的另一种实施例如图4所示，本实施例与图1的区别在于制动机构及驻车机构的设置位置不同。图4中制动机构及驻车机构均设置在电机的第一端盖35外侧。本实施例中的制动机构仍包括相互配合的制动盘61和制动钳62，制动盘61固定连接在轮毂20上，制动钳62固定连接在电机的壳体31上，此处连接在第一端盖35上。本实施例中的驻车机构包括驻车执行器71、锁止部件72和驻车盘73，驻车执行器71安装在电机的壳体31上，此处安装在第一端盖35上。电机轴37的末端延伸到第一端盖35的外侧，驻车盘73固定安装在该电机轴37的末端上。当车辆停止时，锁止部件72在驻车执行器71的驱动下可以锁止驻车盘73，从而实现驻车功能。锁止部件72比如可以采用现有技术中的驻车棘爪。本实施例的优点是可以避免制动机构及驻车机构对轮毂20内部空间的占用，并有利于通风散热，并方便装配及维修。

本发明的上述两种实施例都采用了直接制动轮毂的方式，不但制动链路较短，制动效率较高，而且对轮毂电机系统零部件的损伤较小，轮毂电机系统的耐久寿命较长。需要制动时，采用对称布置的制动钳62同时向制动盘61施加周向制动力，不但可以分散制动冲击力、减小制动钳结构尺寸，而且可以内部平衡甚至抵消周向制动力，使制动机构乃至整个轮毂电机系统的受力及变形更加均衡平稳，其结果是有利于减轻轮毂电机系统的振动量并改善车辆的乘坐舒适性。

综上所述，本发明的一种轮毂电机驱动系统结构简洁稳固、动力强大耐用、功能安全可靠，装备后可以极大地改善车辆的动力性、操控性及舒适性。因此，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值，市场应用前景非常广阔。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种轮毂电机驱动系统，包括安装在轮毂内腔(21)中的电机(30)，所述电机(30)包括转子(33)和定子(32)，所述转子(33)位于定子(32)内侧，构成内转子电机，其特征是，所述转子(33)的内部形成转子空腔(330)，转子空腔(330)中设有减速装置(40)，所述减速装置(40)包括以下部件：

输入锥齿轮(41)，固定在电机轴(37)上，电机轴(37)与所述转子(33)相连接；

第一中间锥齿轮(42)和第二中间锥齿轮(43)，同轴固接在中间轴(45)上；所述第一中间锥齿轮(42)与输入锥齿轮(41)相啮合，构成第一级减速机构；

输出锥齿轮(44)，固定在输出轴(47)上，输出锥齿轮(44)与第二中间锥齿轮(43)相啮合，构成第二级减速机构；

所述输出轴(47)与轮毂(20)同轴固接。

2.根据权利要求1所述的一种轮毂电机驱动系统，其特征是，所述电机轴(37)与输出轴(47)同轴布置。

3.根据权利要求1所述的一种轮毂电机驱动系统，其特征是，所述电机(30)还包括一壳体(31)，所述壳体(31)由一筒部(38)和位于筒部两端的第一端盖(35)和第二端盖(36)构成。

4.根据权利要求3所述的一种轮毂电机驱动系统，其特征是，所述电机轴(37)通过腹板(34)与转子(33)相连接，电机轴(37)的一端可转动地支承在第一端盖(35)上。

5.根据权利要求3所述的一种轮毂电机驱动系统，其特征是，所述输出轴(47)可转动地支承在第二端盖(36)上。

6.根据权利要求3所述的一种轮毂电机驱动系统，其特征是，所述中间轴(45)与输出轴(47)相垂直，所述中间轴(45)的一端可转动地支承在一支架(39)上，所述支架(39)固定连接在第二端盖(36)上。

7.根据权利要求3所述的一种轮毂电机驱动系统，其特征是，所述转子(33)的一端可转动地支承在第二端盖(36)上。

8.根据权利要求3所述的一种轮毂电机驱动系统，其特征是，还包括制动机构，所述制动机构包括相互配合的制动盘(61)和制动钳(62)，所述制动盘(61)连接在轮毂(20)上，所述制动钳(62)连接在电机的壳体(31)上。

9.根据权利要求3所述的一种轮毂电机驱动系统，其特征是，还包括驻车机构，所述驻车机构包括相连接的驻车执行器(71)和锁止部件(72)，所述驻车执行器(71)安装在电机的壳体(31)上，所述锁止部件(72)在驻车执行器(71)的驱动下可以锁止第二中间锥齿轮(43)。

10.根据权利要求3所述的一种轮毂电机驱动系统，其特征是，还包括驻车机构，所述驻车机构包括驻车执行器(71)、锁止部件(72)和驻车盘(73)，所述驻车执行器(71)安装在电机的壳体(31)上，所述驻车盘(73)固定安装在电机轴(37)上，所述锁止部件(72)在驻车执行器(71)的驱动下可以锁止驻车盘(73)。

11.根据权利要求1所述的一种轮毂电机驱动系统，其特征是，所述中间轴(45)设有多根，每根中间轴(45)上均设有第一中间锥齿轮(42)和第二中间锥齿轮(43)。

12.根据权利要求11所述的一种轮毂电机驱动系统，其特征是，所述中间轴(45)设有两根，两根中间轴(45)同轴布置。

13.根据权利要求12所述的一种轮毂电机驱动系统，其特征是，还包括一个十字架(46)，所述两根中间轴(45)的一端分别可转动地支承在所述十字架(46)上，所述电机轴(37)与输出轴(47)的一端也分别可转动地支承在所述十字架(46)上。