CN210733819U - 一种一体化电动轮系统及电动车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动轮系统及电动车，电动轮系统包括驱动电机、制动器和减速器；还包括机壳、轴套、中心轴和输出法兰；机壳提供一个容纳驱动电机、制动器、减速器、轴套和中心轴的安装空间，制动器的输出端通过轴套与驱动电机的输出端抗扭相连；轴套、驱动电机的输出端、减速器的输入端及其输出端均能够相对中心轴转动的设置；驱动电机的输出端与减速器的输入端一体相连，减速器的输出端与输出法兰抗扭相连。本实用新型具有集成度高、结构紧凑、充分利用轮内空间、机械强度高、耐冲击的特点，能够适应各种恶劣工况，保证系统的稳定运行。

Description

一种一体化电动轮系统及电动车

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体涉及一种一体化电动轮系统及电动车。

背景技术

电动汽车的发展出现了多种底盘布置和驱动形式，轮毂电机驱动技术是将电机安装在车轮内部，实现了车辆的分布式独立驱动，是目前最具研究潜力的电动汽车底盘驱动技术。但是，将电机、减速器、制动器、悬架和转向装置等集成到车轮内部有限的空间内，如何对各部件进行合理地设计和布置，提升系统的集成度，是一项丞待解决的难题。由于加入了电机等部件，相对于集中式驱动车辆，分布式车辆的簧下质量大大增加，导致车辆的平顺性和稳定性恶化，车辆行驶过程中整个电动轮系统可能遭遇振动和浸水状态，对系统的轻量化、机械强度和密封性也提出很高的要求。电机和制动器工作时会产生大量的热量，如何在高度集成的环境中合理地进行散热，也是需要解决的难题。

现有技术中对电动轮的功能集成化进行设计时，普遍对轮毂电机、减速器、制动器、悬架和转向装置中的部分部件进行集成一体化设计，缺乏对集成所有底盘功能的电动轮系统的研究；而且当几种不同部件连接在一起时，由于径向尺寸不同，导致系统壳体整体存在阶梯状、拐角等异形件，整体强度受到影响；因此系统功能集成化程度和机械强度仍有提升的空间，同时还可以进一步提升系统的轮内空间利用率和轻量化设计。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种一体化电动轮系统及电动车，具有集成度高、结构紧凑、充分利用轮内空间、机械强度高、耐冲击的特点，能够适应各种恶劣工况，保证系统的稳定运行。

为解决现有技术问题，本发明公开了一种一体化电动轮系统，用于连接悬架和轮毂，包括用于输出驱动转矩的驱动电机、用于输出制动转矩的制动器和用于增大并输出所述驱动转矩和输出转矩的减速器；还包括机壳、轴套、中心轴和输出法兰；

所述机壳提供一个容纳所述驱动电机、所述制动器、所述减速器、所述轴套和所述中心轴的安装空间，所述制动器的输出端通过所述轴套与所述驱动电机的输出端抗扭相连；所述轴套、所述驱动电机的输出端、所述减速器的输入端及其输出端均能够相对所述中心轴转动的设置；所述驱动电机的输出端与所述减速器的输入端一体相连，所述减速器的输出端与所述输出法兰抗扭相连。

进一步地，所述轴套、所述减速器的输出端及其输入端均与所述中心轴空套连接，所述驱动电机的输出端与所述中心轴转动接触连接；所述中心轴转动设置，所述输出法兰与所述中心轴抗扭相连。

进一步地，所述驱动电机为高速电机，所述减速器为两级行星齿轮减速器，所述减速器包括一级行星架、一级行星轮、二级行星架、二级行星轮和内齿圈；

所述驱动电机的输出端设有作为所述减速器的一级输入端的一级太阳轮，所述一级行星架设有作为所述减速器的二级输入端的二级太阳轮，所述内齿圈固定设置，其具有沿轴向依次设置的一级轮齿和二级轮齿，所述一、二级行星架沿轴向依次转动设于所述中心轴的外周，所述一级行星轮转动设于所述一级行星架上，所述二级行星轮转动设于所述二级行星架上；所述一级行星轮的外侧部分与所述内齿圈的一级轮齿啮合，其内侧部分与所述一级太阳轮啮合；所述二级行星轮的外侧部分与所述内齿圈的二级轮齿啮合，其内侧部分与所述二级太阳轮啮合；所述二级行星架作为所述减速器的二级输出端与所述输出法兰抗扭相连。

进一步地，所述内齿圈的一级轮齿、所述一级行星轮的轮齿和所述一级太阳轮的轮齿均为斜齿；所述内齿圈的二级轮齿、所述二级行星轮的轮齿和所述二级太阳轮的轮齿均为直齿。

进一步地，所述制动器为多盘式制动器，其包括动摩擦盘、静摩擦盘、压盘、驱动件和复位件；所述压盘固定设置，所述动摩擦盘与所述轴套形成花键连接，所述静摩擦盘与所述驱动件形成花键连接，所述驱动件轴向活动设置，用以在驱动力作用下推动所述动摩擦盘、所述静摩擦盘和所述压盘结合形成所述制动转矩，并在所述复位件的作用下复位使所述动摩擦盘、所述静摩擦盘和所述压盘分离。

进一步地，所述驱动电机包括同轴套设的设有绕组的定子、转子以及作为所述驱动电机的输出端的转子支架；所述转子支架的外侧固设所述转子，所述定子固定设置。

进一步地，所述驱动电机还包括导热环氧树脂，所述导热环氧树脂填充于所述定子及其绕组与所述机壳内圆面之间；所述机壳的外圆面设有首尾相连的S型槽，所述机壳的外圆面设有用于密封所述S型槽以形成供冷却水循环的冷却水道的环形围板，所述S型槽的轴向长度不小于所述导热环氧树脂的轴向填充距离。

进一步地，还包括连接盘，所述连接盘固设于所述机壳的悬架侧，所述连接盘设有用于连接悬架的悬架连接部和用于连接转向拉杆的转向连接部。

进一步地，所述机壳包括悬架侧端盖、轮毂侧端盖和筒状壳体，所述悬架侧端盖和所述轮毂侧端盖分别固设于所述筒状壳体的相应端部以形成所述安装空间，所述制动器、所述驱动电机和所述减速器在所述安装空间中由悬架侧向轮毂侧方向依次轴向设置。

本发明还公开了一种电动车，包括悬架、车轮和连接所述悬架和所述车轮的电动轮系统，所述电动轮系统为上述一体化电动轮系统。

本发明具有的有益效果：

1.本发明通过共用机壳的形式实现了内部部件的紧凑装配，相比于各自独立的外壳设计，共用机壳大大简化了机壳的结构复杂度及轮内部件之间的连接结构；同时确保了机壳整体呈现规则的圆柱状结构，减少了螺栓等连接部件的使用数量，降低了机壳的设计难度和加工成本，为整体的集成化设计和制造提供了便利基础。

2.本发明通过中心轴对相关部件提供支撑，保证旋转部件在高速运行时的稳定性，同时提高整体的抗弯性能，提高了系统刚度和耐冲击性。

3.本发明通过浮动式的太阳轮和行星架，实现了行星齿轮减速器在运行时的均载，降低了安装难度，提高了稳定性，延长了减速器寿命。

4.本发明通过对减速器在主机壳内进行适应性布置的形式，实现了电机总成的轴向尺寸或径向尺寸的减小，满足不同类型车辆的装配需求。

5.本发明采用多种冷却方式配合，不同部件分别根据各特点设计冷却方式：制动器采用油液强制循环冷却；机壳上设有水道，可对机壳进行水冷；油液采用喷射或飞溅的方式在腔体内循环，对电机内部进行冷却。多种冷却方式配合能够最大化发挥冷却系统的冷却效率，保证电动轮长时间在大负荷工况下工作时系统的稳定性。

附图说明

图1为本发明第一个优选实施例的整体布局示意图；

图2为图1所示实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“外侧”、“内侧”、“左侧”、“右侧”、“左端”、“右端”、“上方”、“下方”、“轴向”、“径向”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介相连。对于本领域的技术人员，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1和2所示，一种一体化电动轮系统，用于连接悬架和轮毂，包括机壳、中心轴7、驱动电机1、轴套6、制动器3、减速器2和输出法兰8。驱动电机1用于产生并输出驱动转矩，制动器3用于产生并输出制动转矩，减速器2用于增大驱动转矩和输出转矩并将其并输出至轮毂，机壳用于提供收容并安装上述部件的安装空间，中心轴7用于将驱动电机1输出的驱动转矩和制动器3输出的制动转矩传递到减速器2。

中心轴7设有减重孔，其一端通过一对滚子轴承301转动安装在机壳的悬架侧的轴承座内，同时通过螺母10定位，另一端向轮毂侧延伸并通过螺钉与输出法兰8抗扭相连对其轴向固定，避免输出法兰8在高速转动时发生轴向窜动。输出法兰8通过一对圆锥滚子轴承转动安装在机壳的轮毂侧。

制动器3的输出端通过轴套6与驱动电机1的输出端抗扭相连；轴套6、驱动电机1的输出端、减速器2的输入端及其输出端均能够相对中心轴7转动的设置。优选地，轴套6、减速器2的输出端及其输入端均与中心轴7空套连接，驱动电机1的输出端通过深沟球轴承106与中心轴7转动接触连接。

驱动电机1的输出端与减速器2的输入端一体相连，减速器2的输出端与输出法兰8抗扭相连。

驱动电机1为高速电机，为了保证大减速比，进一步提高电机转速，实现电动轮系统的高转矩、高功率密度输出，减速器2为两级行星齿轮减速器2，减速器2包括一级行星架203、一级行星轮202、二级行星架204、二级行星轮205和内齿圈201。

驱动电机1的输出端设有作为减速器2的一级输入端的一级太阳轮1041，一级行星架203设有作为减速器2的二级输入端的二级太阳轮2031，内齿圈201固定设置在机壳内，其具有沿轴向依次设置的一级轮齿2011和二级轮齿2012。一、二级行星架203、204沿轴向依次转动设于中心轴7的外周，一级行星轮202转动设于一级行星架203上，二级行星轮205转动设于二级行星架204上；一级行星轮202的外侧部分与内齿圈201的一级轮齿2011啮合，其内侧部分与一级太阳轮1041啮合；二级行星轮205的外侧部分与内齿圈201的二级轮齿2012啮合，其内侧部分与二级太阳轮2031啮合；二级行星架204作为减速器2的二级输出端通过周向均布的圆柱销与输出法兰8抗扭相连。一、二级太阳轮1041、2031和一、二级行星架203、204均没有支撑结构，因此保证其处于浮动状态，实现减速器2的均载。

内齿圈201的一级轮齿2011、一级行星轮202的轮齿和一级太阳轮1041的轮齿均为斜齿；通过斜齿齿轮啮合可以提高减速器运转的平稳性从而降低噪声。由于经过一级减速后，输入转速已经大幅降低，因此内齿圈201的二级轮齿2012、二级行星轮205的轮齿和二级太阳轮2031的轮齿均为直齿。

驱动电机1包括定子、转子、转子支架104和旋变105。驱动电机1的定子包括定子铁芯101、定子绕组102和导热环氧树脂107，定子绕组102通过绕线固定在定子铁芯101上，定子铁芯101的外圆与机壳固定，导热环氧树脂107填充在定子铁芯101及其定子绕组102与机壳内圆面之间，提升定子的散热性能。转子包括转子磁钢，转子磁钢103固定在转子支架104上，转子支架104通过深沟球轴承106与中心轴7转动连接并受到中心轴7的支撑。

旋变105具有测量电机转速的作用，旋变105设于轴套6的外周，其外圈与机壳抗扭相连，内圈与轴套6抗扭相连。转子支架104的左侧部分与轴套6抗扭相连，右侧部分沿轴向形成一级太阳轮1041作为一级减速的输入端。

制动器3采用湿式制动器，布置于轮毂电机总成的驱动力输入端一侧，即相对于驱动电机1更靠近悬架，与驱动电机1共用中心轴7来传递驱/制动力，与现有的制动器布置于轮毂电机输出端且轮毂电机、减速器、制动器相互独立的结构形式相比，这种布置形式的优势在于制动器3在减速器2前端，制动转矩经减速器增扭输出给车轮，满足同等轮上制动强度要求所需的制动器制动力要小，因此制动器体积质量都会减小，有利于轮毂电机总成的轻量化和提高轮毂电机总成的空间利用率。

制动器3包括动摩擦盘302、静摩擦盘304、驱动件303、复位弹簧305、压盘306和密封元件。机壳的悬架侧内部加工有驱动件环槽，驱动件303装配于驱动件环槽内并通过机壳上的导向螺栓307实现径向固定，轴向移动。导向螺栓307与驱动件303之间设置复位弹簧305。压盘306固定设置，当驱动件303达到最大行程时，压盘306另一端面仍与驱动件303端面存在间隙，保证摩擦盘可以被活塞摩擦面和压盘306端面压紧。动摩擦盘302通过内花键与中心轴7配合，静摩擦盘304通过外花键与驱动件303内花键配合，动、静摩擦盘302、304可沿内外花键轴向滑动，动、静摩擦盘302、304相间装配，动摩擦盘302的片数总比静摩擦盘304多一片，动摩擦盘302数量根据实际制动力要求匹配。最外端两片动摩擦盘302外侧摩擦面分别能够与驱动件303摩擦面、压盘306摩擦面配合。

机壳包括悬架侧端盖5、轮毂侧端盖6和筒状壳体4，悬架侧端盖5和轮毂侧端盖6分别通过螺钉及密封元件固设于筒状壳体4的相应端部以形成一个密封的安装空间，制动器3、驱动电机1和减速器2在安装空间中由悬架侧向轮毂侧方向依次轴向设置。

悬架侧端盖5的中心设有具有中心孔的轴承座503，轴承座503内部安装滚子轴承301，外部安装定位端盖502，定位端盖502内部设有由其定位在轴承座503端部的密封端盖501。密封端盖501可加工有冷却油口，从而对机壳内的部件进行冷却。

筒状壳体4的外圆面设有若干首尾相连的S型槽401和用于密封S型槽401以形成供冷却水循环的冷却水道的环形围板402， S型槽401的轴向长度不小于导热环氧树脂107的轴向填充距离。驱动电机1工作时，冷却水在冷却水道内不断循环，与驱动电机1进行热交换，防止驱动电机1过热，保护驱动电机1的正常运行，冷却水道中凸起的肋条和凹陷的水槽结构在轴向具有加强筋的作用，保证冷却效率的同时，也保证了机壳的轴向承受弯矩的能力，相较于环形水道有更高的轴向刚度。

由于制动器3与驱动电机1共用一轴，所以制动器3动结构与转子转速相同，制动器3动结构转速较高，因此，采用多片摩擦盘组合和强制油冷设计，可以有效解决制动器高速、高强度制动的过热衰减问题；同时多片制动片采用复合材料，保证制动强度的同时，较钢制制动盘轻量化效果好；同时制动器位于电动轮系统靠近车身一侧，制动液管路和冷却液管路都较短，且方便布置固定，可远离旋转件和狭窄空间，被划破风险较低。

电动轮系统还包括连接盘9，连接盘9固设于悬架侧端盖5的外侧，连接盘9设有用于连接悬架的悬架连接部和用于连接转向拉杆的转向连接部。悬架连接部位于连接盘9的上下两侧，用于匹配双横臂式悬架，转向连接部位于连接盘9的前侧或后侧。

电动轮系统驱动时，电动轮系统受电机控制器控制，接通三相高压电，定子绕组102通电使定子励磁而产生磁场，具有转子磁钢103的转子在磁场中受电磁力而产生转矩，转子受转矩驱动而发生转动并将转矩输出。

电动轮系统的驱动力（扭矩）传递路线为：电机定子、转子→转子支架104→一级太阳轮1041→一级行星轮202、内齿圈201→一级行星架203→二级太阳轮2031→二级行星轮205、内齿圈201→二级行星架204→输出法兰801→车轮。

电动轮系统制动时，根据工况不同，往往采取不同的制动策略。作为本发明的优选实施例，采用轮毂电机的电驱动汽车在高速制动时，为了保证制动强度和制动强度的连续性，从而保证制动性能和行驶安全，制动力主要由机械制动力提供；电驱动汽车中、低速行驶时制动力由电制动力和机械制动力共同提供，但优先使用电制动。

电制动制动力由驱动电机产生，其传递路径与驱动力相同。电动轮系统受电机控制器控制，接通三相高压电，定子绕组102通电使定子励磁而产生磁场，与驱动励磁磁场方向相反，具有转子磁钢103的转子在磁场中受电磁力而产生阻碍转子转动的制动转矩，转子受转矩驱动而减速并将转矩输出。

电动轮系统的电制动力（扭矩）传递路线为：电机定子、转子→转子支架104→一级太阳轮1041→一级行星轮202、内齿圈201→一级行星架203→二级太阳轮2031→二级行星轮205、内齿圈201→二级行星架204→输出法兰801→车轮。

机械制动过程如下，由驾驶员踩下踏板的人力和制动助力泵驱动制动液通过制动器机壳上的制动液口进入制动轮缸，高压制动液推动驱动件303轴向移动，驱动件303将动摩擦盘302、静摩擦盘304压紧在压盘306上，制动力（扭矩）随作用在动静摩擦盘上的正压力增大而线性增大；制动力（扭矩）作用于动摩擦盘302上，阻碍动摩擦盘的转动，并将制动力（扭矩）传递至输出端零部件。

电动轮系统的机械制动力（扭矩）传递路线为：驱动件303、静摩擦盘304、压盘306→动摩擦盘302→轴套6→转子支架104→一级太阳轮1041→一级行星轮202、内齿圈201→一级行星架203→二级太阳轮2031→二级行星轮205、内齿圈201→二级行星架204→输出法兰801→车轮。

基于同样的发明构思，本发明还提供一种电动车，包括悬架、车轮和连接悬架和车轮的轮毂的电动轮系统。

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变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种一体化电动轮系统，用于连接悬架和轮毂，包括用于输出驱动转矩的驱动电机、用于输出制动转矩的制动器和用于增大并输出所述驱动转矩和输出转矩的减速器；其特征在于：还包括机壳、轴套、中心轴和输出法兰；

所述机壳提供一个容纳所述驱动电机、所述制动器、所述减速器、所述轴套和所述中心轴的安装空间，所述制动器的输出端通过所述轴套与所述驱动电机的输出端抗扭相连；所述轴套、所述驱动电机的输出端、所述减速器的输入端及其输出端均能够相对所述中心轴转动的设置；所述驱动电机的输出端与所述减速器的输入端一体相连，所述减速器的输出端与所述输出法兰抗扭相连。

2.根据权利要求1所述的一种一体化电动轮系统，其特征在于：所述轴套、所述减速器的输出端及其输入端均与所述中心轴空套连接，所述驱动电机的输出端与所述中心轴转动接触连接；所述中心轴转动设置，所述输出法兰与所述中心轴抗扭相连。

3.根据权利要求1所述的一种一体化电动轮系统，其特征在于：所述驱动电机为高速电机，所述减速器为两级行星齿轮减速器，所述减速器包括一级行星架、一级行星轮、二级行星架、二级行星轮和内齿圈；

所述驱动电机的输出端设有作为所述减速器的一级输入端的一级太阳轮，所述一级行星架设有作为所述减速器的二级输入端的二级太阳轮，所述内齿圈固定设置，其具有沿轴向依次设置的一级轮齿和二级轮齿，所述一、二级行星架沿轴向依次转动设于所述中心轴的外周，所述一级行星轮转动设于所述一级行星架上，所述二级行星轮转动设于所述二级行星架上；所述一级行星轮的外侧部分与所述内齿圈的一级轮齿啮合，其内侧部分与所述一级太阳轮啮合；所述二级行星轮的外侧部分与所述内齿圈的二级轮齿啮合，其内侧部分与所述二级太阳轮啮合；所述二级行星架作为所述减速器的二级输出端与所述输出法兰抗扭相连。

4.根据权利要求3所述的一种一体化电动轮系统，其特征在于：所述内齿圈的一级轮齿、所述一级行星轮的轮齿和所述一级太阳轮的轮齿均为斜齿；所述内齿圈的二级轮齿、所述二级行星轮的轮齿和所述二级太阳轮的轮齿均为直齿。

5.根据权利要求1所述的一种一体化电动轮系统，其特征在于：所述制动器为多盘式制动器，其包括动摩擦盘、静摩擦盘、压盘、驱动件和复位件；所述压盘固定设置，所述动摩擦盘与所述轴套形成花键连接，所述静摩擦盘与所述驱动件形成花键连接，所述驱动件轴向活动设置，用以在驱动力作用下推动所述动摩擦盘、所述静摩擦盘和所述压盘结合形成所述制动转矩，并在所述复位件的作用下复位使所述动摩擦盘、所述静摩擦盘和所述压盘分离。

6.根据权利要求1所述的一种一体化电动轮系统，其特征在于：所述驱动电机包括同轴套设的设有绕组的定子、转子以及作为所述驱动电机的输出端的转子支架；所述转子支架的外侧固设所述转子，所述定子固定设置。

7.根据权利要求6所述的一种一体化电动轮系统，其特征在于：所述驱动电机还包括导热环氧树脂，所述导热环氧树脂填充于所述定子及其绕组与所述机壳内圆面之间；所述机壳的外圆面设有首尾相连的S型槽，所述机壳的外圆面设有用于密封所述S型槽以形成供冷却水循环的冷却水道的环形围板，所述S型槽的轴向长度不小于所述导热环氧树脂的轴向填充距离。

8.根据权利要求1所述的一种一体化电动轮系统，其特征在于：还包括连接盘，所述连接盘固设于所述机壳的悬架侧，所述连接盘设有用于连接悬架的悬架连接部和用于连接转向拉杆的转向连接部。

9.根据权利要求1所述的一种一体化电动轮系统，其特征在于：所述机壳包括悬架侧端盖、轮毂侧端盖和筒状壳体，所述悬架侧端盖和所述轮毂侧端盖分别固设于所述筒状壳体的相应端部以形成所述安装空间，所述制动器、所述驱动电机和所述减速器在所述安装空间中由悬架侧向轮毂侧方向依次轴向设置。

10.一种电动车，包括悬架、车轮和连接所述悬架和所述车轮的电动轮系统，其特征在于：所述电动轮系统为权利要求1所述的一种一体化电动轮系统。

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