CN201745428U - 一种横向磁通型轮式驱动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种横向磁通型轮式驱动系统，包括轮辋、轮毂电动机、转向机构、制动器和减振机构，所述轮毂电动机通过螺栓固定于轮辋内部，轮毂电动机与制动器连接；所述轮毂电动机为横向磁通型永磁电动机。所述轮毂电动机包括电动机外壳、永磁铁、定子绕组线圈、U型铁心、轴承和电动机定子轴；所述电动机外壳通过固定螺栓与轮辋相连，永磁铁粘结在电动机外壳内侧作为电动机的转子，U型铁心与电动机定子轴连成一体作为电动机的定子，定子绕组线圈嵌放于U型铁心的槽中，轴承对称分布在电动机定子轴与电动机外壳之间。本实用新型具有降低整车质量、提高效率、散热良好等优点。

Description

一种横向磁通型轮式驱动系统

技术领域

本实用新型涉及电动轮驱动系统领域，特别涉及一种带散热设计的横向磁通型轮式驱动系统。

背景技术

电动轮驱动系统是一种全新的电动汽车驱动型式。电动轮驱动系统在整车动力学控制、整车结构布置等方面具有非常明显的优势，使得电动轮驱动系统的开发成为电动汽车研发的一个重要方向。轻量化、集成化、高性能的一体化电动轮驱动系统是未来清洁、节能、安全型电动汽车的一种非常理想的驱动型式。现代电动汽车常用的轮式驱动系统主要采用传统径向磁通电动机和普通轴向磁通盘式电动机，由于其齿槽磁电效应无法解耦，限制了电动机转矩密度的提高。

实用新型内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本实用新型提出一种横向磁通型轮式驱动系统，该系统具有降低整车质量、提高效率、散热良好等优点。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：一种横向磁通型轮式驱动系统，包括轮辋、轮毂电动机、转向机构、制动器和减振机构，所述轮毂电动机通过螺栓固定于轮辋内部，轮毂电动机与制动器连接；所述轮毂电动机为横向磁通型永磁电动机。

为更好的实现本实用新型，所述轮毂电动机为横向磁通型永磁电动机，具体是指：

所述轮毂电动机包括电动机外壳、永磁铁、定子绕组线圈、U型铁心、轴承和电动机定子轴；所述电动机外壳通过固定螺栓与轮辋相连，永磁铁粘结在电动机外壳内侧作为电动机的转子，U型铁心与电动机定子轴连成一体作为电动机的定子，定子绕组线圈嵌放于U型铁心的槽中，轴承对称分布在电动机定子轴与电动机外壳之间。

优先的，所述横向磁通型轮式驱动系统为双前轮驱动系统，具体是指：

所述转向机构包括主销、转向横拉杆、转向节臂、转向节和转向节上的梯形臂；其中主销与电动机定子轴相连，转向节臂与转向节固定连接，转向横拉杆通过球铰链与固定于转向节上的梯形臂相连。

优选的，所述横向磁通型轮式驱动系统为双后轮驱动系统，具体是指：

所述减振机构包括上横臂、下横臂、螺旋弹簧和减振器，其中上横臂、下横臂分别与电动机定子轴相连，电动机定子轴与上横臂、下横臂连成一体，下横臂通过螺旋弹簧、减振器与车架相连，上横臂通过螺旋弹簧、减振器与车架相连。

优选的，所述轮毂电动机采用水冷散热结构，具体包括电动机后端盖、电动机定子轴内壳体、电动机定子轴外壳体、双螺旋肋片、进水口、出水口、水泵、散热器和水管；

电动机定子轴内壳体与电动机定子轴外壳体形成密封结构的电动机定子轴整体，电动机定子轴内壳体为带有双螺旋肋片的双螺旋结构，所述电动机定子轴内壳体与电动机的后端盖连接，电动机后端盖上设有进水口和出水口，分别与双螺旋结构的两组螺旋槽连接，两组螺旋槽在电动机定子轴内壳体的另一端相互连通形成循环水路，进水口、水泵、散热器、出水口通过水管相互连通形成循环水路。

优选的，所述制动器为浮动钳液压盘式制动器。

优选的，所述制动器包括制动钳壳体、制动缸、两个制动摩擦块、制动盘、螺栓和电动机外壳，

其中制动盘通过螺栓与电动机外壳固定连接，两制动摩擦块设置在制动盘的两侧，内侧制动摩擦块与制动缸相连，外侧制动摩擦块与制动钳壳体连成一体，制动钳壳体与车架相连。

优选的，所述制动器采用风冷及轮毂电动机的水冷辅助散热。

本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果：

第一、降低整车质量：整车改用蓄电池、轮毂电动机驱动车辆行驶，电动汽车采用电动机和轮毂一体化设计，电动机嵌装于轮毂之中，有利于降低整车质量；横向磁通结构，结构紧凑，可以大幅度降低电动机的体积和重量；可以既节约原材料的耗费又节约能源；

第二、提高效率：采用聚磁式横向磁通永磁电动机作为轮毂驱动电动机，该电动机实现了电路和磁路解耦，大大提高了设计自由度；永磁铁位于电动机外壳内侧，利于聚磁，提高了转矩密度和功率密度；电动机采用单边定子结构，结构简单、易于制造；定子绕组形式简单，不存在传统电动机的端部，绕组利用率高，且各相间相互独立，具有良好的控制特性；控制电路与永磁无刷电动机相同，可控性好；

第三、采用液压浮动钳盘式制动器结构：其结构较简单，质量小，使用中噪音低、振动小，改善了乘坐舒适性，且借助于制动盘的离心力作用易将泥水、污物等甩掉；热稳定性和水稳定性好，反应灵敏，在输出制动力矩相同的情况下，尺寸和质量较小；制动盘沿厚度方向的热膨胀量极小，不会象制动鼓的热膨胀那样使制动器间隙明显增加而导致制动踏板行程过大；易实现间隙自动调整，保养修理作业简便；

第四、散热良好：电动机采用液体直接冷却散热，允许电动机承受的电磁负荷高，提高了材料利用率，电动机损耗小，定子铁心温升大幅度降低；制动器采用风冷却散热与电动机水冷却的辅助散热，散热性能大大提升。

附图说明

图1是实施例一中横向磁通型轮式驱动系统的结构示意图；

图2是实施例一中横向磁通型轮式驱动系统中轮毂电动机水冷散热结构的示意图；

图3是实施例一中横向磁通型轮式驱动系统中制动器散热的工作原理图；

图4是实施例二中横向磁通型轮式驱动系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例一

本实施例中的横向磁通型轮式驱动系统为双前轮驱动系统，如图1所示，包括轮辋1、轮毂电动机、转向机构、制动器，所述轮毂电动机通过螺栓固定于轮辋1内部，轮毂电动机与制动器连接；

所述轮毂电动机为横向磁通型永磁电动机，包括电动机外壳3、永磁铁2、定子绕组线圈8、U型铁心7、轴承6和电动机定子轴4；所述电动机外壳3通过固定螺栓5与轮辋1相连，电动机主体安放在轮辋1内部，电动机外壳3与轮辋1一齐转，从而带动车轮转动，永磁铁2粘结在电动机外壳3内侧作为电动机的转子，U型铁心7与电动机定子轴4连成一体作为电动机的定子，定子绕组线圈8嵌放于U型铁心7的槽中，轴承6对称分布在电动机定子轴4与电动机外壳3之间，以支承转子的转动，同时确保转子转动时的平稳性和均匀性。电动机外壳3固定在电动机定子轴4上，用于保护电动机主体不容易进入杂物。

所述转向机构包括主销14、转向横拉杆16、转向节臂15、前梁17、转向节和转向节上的梯形臂；其中主销14与电动机定子轴4相连，转向节臂15与转向节固定连接，转向横拉杆16通过球铰链与固定于转向节上的梯形臂相连。

轮毂电动机通电后，转子的旋转运动带动车轮的旋转，同时传递转矩，使车轮克服地面对其的摩擦力矩，从而运动前进。汽车转弯时，转向力通过转向节臂15作用于转向节上，使得转向节臂15绕主销14转动，从而带动该侧电动轮偏转相应的角度。同时，转向力通过转向节、转向节上的梯形臂、转向横拉杆16带动另一侧电动轮也偏转相应的角度。

本实施例所采用的制动器为浮动钳液压盘式制动器。

所述制动器包括制动钳壳体9、制动缸10、两个制动摩擦块11、制动盘12、螺栓13和电动机外壳3。其中制动盘12通过螺栓13与电动机外壳3固定连接，两制动摩擦块11设置在制动盘12的两侧，内侧制动摩擦块11与制动缸10相连，外侧制动摩擦块11与制动钳壳体9连成一体，制动钳壳体9与车架相连。

工作时，制动缸10产生压力推动缸内活塞向前运动，产生制动力，使得内侧制动摩擦块11向制动盘12压紧，同时制动钳壳体9也带动外侧制动摩擦块11压紧制动盘12，制动力通过制动盘12作用到电动机转子上，使转子转速降低，以达到制动、减速目的。

本实例横向磁通型轮式驱动系统中轮毂电动机的水冷散热结构，如图2所示，包括电动机后端盖18、定子轴内壳体19、定子轴外壳体20、双螺旋肋片21、进水口22、出水口23、水泵24、散热器25和水管26。

其中电动机定子轴内壳体19与电动机定子轴外壳体20形成一个密封结构的电动机定子轴4整体，电动机定子轴内壳体19为带有双螺旋肋片21的双螺旋结构，所述电动机定子轴内壳体19与电动机的后端盖18连接，电动机后端盖18上设计有进水口22和出水口23，分别与双螺旋结构的两组螺旋槽连接，两组螺旋槽在电动机定子轴内壳体19的另一端相互连通形成循环水路，进水口22、水泵24、散热器25、出水口23通过水管26相互连通形成循环水路。

在进行散热时，水泵24转动使冷却水输出，经过水管26到达套在电动机定子轴4上的电动机后端盖18的进水口22，冷却水在电动机定子轴4的双螺旋结构里循环，将电动机定子轴4产生的热量带走，再经出水口23流出，再流经水管26进入散热器25中，冷却水在散热器25中降低温度后又经过水管26流回水泵24，从而实现电动机的散热。

如图3所示，制动器的散热采用普通风冷却方式，汽车行驶过程中产生的气流带走制动器上的热量，同时依靠轮毂电动机的水冷却通过电动机转子对制动器辅助散热。

本实施例所采用的聚磁式横向磁通永磁电动机具有以下特点：

1、聚磁式横向磁场永磁电动机的永磁铁2位于电动机外壳3内侧，这样的结构利于聚磁，由于聚磁的作用，这种电动机的气隙磁密得到有效增加，可以通过提高电流的方法大幅度提高转矩密度和功率密度，效率高；

2、该电动机采用单边定子结构，结构简单，易于制造；

3、该电动机有效解决了由于齿槽磁电效应无法解耦，限制了电动机转矩密度提高的问题，该电动机实现了电路和磁路解耦，设计自由度大大提高；高转矩密度，大约是标准工业用异步电动机的5～10倍，且特别适合应用于低速大转矩直接驱动场合；

4、定子绕组形式简单，不存在传统电动机的端部，绕组利用率高；绕组各相是相互独立的，各相之间没有耦合，便于设计为多相结构，具有良好的控制特性；

5、横向磁通永磁电动机中定子齿槽结构和电枢线圈在空间上相互垂直，电流和磁负荷在空间上不存在竞争，因而定子尺寸和通电线圈的大小相互独立，在一定范围内可以任意选取；

6、该电动机可以通过在轴向方向增加定转子模块组数即增加相数来加大输出功率和减少转矩脉动，另外也可增加电动机的极数来实现转矩脉动的减小；

7、采用横向磁通结构，结构紧凑，可以大幅度降低电动机的体积和重量。

本实实例所采用的制动器具有以下特点：

1、热稳定性好；

2、水稳定性好；

3、反应灵敏；

4、散热性好；

5、在输出制动力矩相同的情况下，尺寸和质量较小；

6、制动盘沿厚度方向的热膨胀量极小，不会象制动鼓的热膨胀那样使制动器间隙明显增加而导致制动踏板行程过大；

7、容易实现间隙自动调整，其他保养修理作业也较简便；

8、噪音低，振动小，改善了乘坐舒适性。

实施例二

本实施例中的横向磁通型轮式驱动系统为双后轮驱动系统，如图4所示，包括轮辋1、轮毂电动机、制动器和减振机构，所述轮毂电动机通过螺栓固定于轮辋1内部，轮毂电动机与制动器连接；

所述轮毂电动机为横向磁通型永磁电动机，包括电动机外壳3、永磁铁2、定子绕组线圈8、U型铁心7、轴承6和电动机定子轴4；所述电动机外壳3通过固定螺栓5与轮辋1相连，电动机主体安放在轮辋1内部，电动机外壳3与轮辋1一齐转，从而带动车轮转动，永磁铁2粘结在电动机外壳3内侧作为电动机的转子，U型铁心7与电动机定子轴4连成一体作为电动机的定子，定子绕组线圈8嵌放于U型铁心7的槽中，轴承6对称分布在电动机定子轴4与电动机外壳3之间，以支承转子的转动，同时确保转子转动时的平稳性和均匀性。电动机外壳3固定在电动机定子轴4上，用于保护电动机主体不容易进入杂物。

所述减振机构包括上横臂29、下横臂30、螺旋弹簧27和减振器28，其中上横臂29、下横臂30分别与电动机定子轴4相连，电动机定子轴4与上横臂29、下横臂30连成一体，下横臂30通过螺旋弹簧27、减振器28与车架相连，上横臂29通过螺旋弹簧27、减振器28与车架相连。

轮毂电动机通电后，转子的旋转运动带动车轮的旋转，同时传递转矩，使车轮克服地面对其的摩擦力矩，从而运动前进。汽车通过不平路面时，路面作用于车轮的冲击力通过上横臂29、下横臂30和螺旋弹簧27传递给车架，螺旋弹簧27起到缓和冲击的作用，减振器28可以迅速衰减弹簧27引起的振动，提高汽车的乘坐舒适感。

本实施例所采用的制动器为浮动钳液压盘式制动器。

所述制动器包括制动钳壳体9、制动缸10、两个制动摩擦块11、制动盘12、螺栓13和电动机外壳3。其中制动盘12一端通过螺栓13与电动机外壳3固定连接，两制动摩擦块11设置在制动盘12的两侧，内侧制动摩擦块11与制动缸10相连，外侧制动摩擦块11与制动钳壳体9连成一体，制动钳壳体9与车架相连。

工作时，制动缸10产生压力推动缸内活塞向前运动，产生制动力，使得内侧制动摩擦块11向制动盘12压紧，同时制动钳壳体9也带动外侧制动摩擦块11压紧制动盘12，制动力通过制动盘12作用到电动机转子上，使转子转速降低，以达到制动、减速目的。

本实施例中轮毂电动机及制动器的散热结构及原理与实施例一同，在此不再详述，同样的，本实施例中的电动机及制动器同样具有实施例一中的优点及效果，亦不详述。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型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，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种横向磁通型轮式驱动系统，包括轮辋、轮毂电动机、转向机构、制动器和减振机构，其特征在于，所述轮毂电动机通过螺栓固定于轮辋内部，轮毂电动机与制动器连接；所述轮毂电动机为横向磁通型永磁电动机。

2.根据权利要求1所述横向磁通型轮式驱动系统，其特征在于，所述轮毂电动机为横向磁通型永磁电动机，具体是指：

所述轮毂电动机包括电动机外壳、永磁铁、定子绕组线圈、U型铁心、轴承和电动机定子轴；所述电动机外壳通过固定螺栓与轮辋相连，永磁铁粘结在电动机外壳内侧作为电动机的转子，U型铁心与电动机定子轴连成一体作为电动机的定子，定子绕组线圈嵌放于U型铁心的槽中，轴承对称分布在电动机定子轴与电动机外壳之间。

3.根据权利要求2所述横向磁通型轮式驱动系统，其特征在于，所述轮式驱动系统为双前轮驱动系统，具体是指：

所述转向机构包括主销、转向横拉杆、转向节臂、转向节和转向节上的梯形臂；其中主销与电动机定子轴相连，转向节臂与转向节固定连接，转向横拉杆通过球铰链与固定于转向节上的梯形臂相连。

4.根据权利要求2所述横向磁通型轮式驱动系统，其特征在于，所述轮式驱动系统为双后轮驱动系统，具体是指：

所述减振机构包括上横臂、下横臂、螺旋弹簧和减振器，其中上横臂、下横臂分别与电动机定子轴相连，电动机定子轴与上横臂、下横臂连成一体，下横臂通过螺旋弹簧、减振器与车架相连，上横臂通过螺旋弹簧、减振器与车架相连。

5.根据权利要求2所述横向磁通型轮式驱动系统，其特征在于，所述轮毂电动机采用水冷散热结构，具体包括电动机后端盖、电动机定子轴内壳体、电动机定子轴外壳体、双螺旋肋片、进水口、出水口、水泵、散热器和水管；

电动机定子轴内壳体与电动机定子轴外壳体形成密封结构的电动机定子轴整体，电动机定子轴内壳体为带有双螺旋肋片的双螺旋结构，所述电动机定子轴内壳体与电动机的后端盖连接，电动机后端盖上设有进水口和出水口，分别与双螺旋结构的两组螺旋槽连接，两组螺旋槽在电动机定子轴内壳体的另一端相互连通形成循环水路，进水口、水泵、散热器、出水口通过水管相互连通形成循环水路。

6.根据权利要求1所述横向磁通型轮式驱动系统，其特征在于，所述制动器为浮动钳液压盘式制动器。

7.根据权利要求6所述横向磁通型轮式驱动系统，其特征在于，所述制动器包括制动钳壳体、制动缸、两个制动摩擦块、制动盘、螺栓和电动机外壳，

其中制动盘通过螺栓与电动机外壳固定连接，两制动摩擦块设置在制动盘的两侧，内侧制动摩擦块与制动缸相连，外侧制动摩擦块与制动钳壳体连成一体，制动钳壳体与车架相连。

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