CN214755901U - 双电机并联运行的轮毂电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了双电机并联运行的轮毂电机，属于轮毂电机技术领域，包括直驱电机和低扭矩电机，直驱电机用于直接驱动车轮，直驱电机和低扭矩电机共用一个冷却系统，低扭矩电机的动力输入到第一级行星减速机构，离合器的吸合和脱离决定动力是否从第一级行星减速机构传递到第二级行星减速机构，第三级行星减速机构的动力经过一个外传动盖耦合到直驱电机外转子壳体上，实现双电机的并联运行；采用本设计的直驱电机长期运行，让轮毂电机具有直驱所带来的一系列优势，比如效率高、可靠性高、系统响应快，而低扭矩电机传动链以较大的速比提供短时扭矩，能够解决车辆爬坡和中低速加速的扭矩需求，解决直驱电机的局限性。

Description

双电机并联运行的轮毂电机

技术领域

本发明属于轮毂电机技术领域，具体涉及双电机并联运行的轮毂电机。

背景技术

在车辆驱动领域，电动化已经成为趋势，传统的电动车都是使用中央驱动，使用一个中央电机，加上变速箱、传动轴、减速器，最后动力输出到车轮上，由于传动链很长，这样容易造成较多的能量损失，同时故障的可能性也增加，在这种情况下，越来越多的人开始研究轮毂电机技术。顾名思义，轮毂电机就是指把车辆的动力系统集成在车轮内；

轮毂电机的应用带来了很多好处，尤其是直接驱动的轮毂电机，更有以下优势：

1.系统效率高，电池供电到电机后，就直接驱动车轮，去掉了中间环节，使系统效率很高；

2.非接触传动，没有齿轮减速机构，减少了故障发生的可能性，系统可靠性大幅提升；

3.整车布置自由度高。传动系统都集成在了车轮内，为整车布置提高了很大的自由度；

4.适合于自动驾驶。电机直接驱动车轮，响应速度大幅提升，非常适合于自动驾驶，同时，也提供了良好快捷的电制动能力；

但直接驱动的轮毂电机也有一些局限，由于轮内空间非常有限，电机很难提供非常大的扭矩，从而无法满足重载车辆在中低速时爬坡或者加速等工况的动力需求，或者当车辆扭矩需求很大时，轮毂电机就需要做的很大，成本就很高。

所以有些应用就在研究带行星减速的轮毂电机，这种轮毂电机能够输出比直驱轮毂电机更大的扭矩，但是也带来了问题，为了达到降低电机成本的目的，电机的速度一般都设计的比较高，行星齿轮连续运行的故障率很高，系统效率也损失较多，单一电机也很难兼顾高速和低速的运行。为解决上述问题，我们提出了双电机并联运行的轮毂电机。

发明内容

本发明的目的在于提供双电机并联运行的轮毂电机，以解决上述背景技术中提出的问题，以轮毂电机既能够利用一个直驱电机连续运行，从而具有较高的效率和可靠性，又能够在中低速爬坡或者加速等工况时，利用另一个低扭矩电机传动系统提供较大的峰值转矩，从而满足车辆的动力需求，在车速较高时，又能够把低扭矩电机从传动中脱离，避免电机被拖动从而产生较高的反电势损坏电机的效果。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：双电机并联运行的轮毂电机，包括直驱电机和低扭矩电机，直驱电机用于直接驱动车轮，直驱电机和低扭矩电机共用一个冷却系统，低扭矩电机的动力输入到第一级行星减速机构，离合器的吸合和脱离决定动力是否从第一级行星减速机构传递到第二级行星减速机构，第三级行星减速机构的动力经过一个外传动盖耦合到直驱电机外转子壳体上，实现双电机的并联运行。

进一步地，直驱电机外转子壳体位于轮毂电机的最外侧，直驱电机磁钢固定在直驱电机外转子壳体的内侧，组成了直驱电机的外转子；

直驱电机的内定子由水冷定子支架、直驱电机带绕组定子铁芯、右输出轴以及左输出轴组成，右输出轴和左输出轴通过螺栓固定到水冷定子支架上，直驱电机带绕组定子铁芯安装在水冷定子支架上，组成了直驱电机的内定子；

第二轴承和第六轴承压装到直驱电机的内定子的右输出轴和左输出轴上，和直驱电机的外转子、右端盖装配到一起，右轴承盖为轴承提供固定并组成了外转子的直驱电机；

低扭矩电机带绕组定子铁芯安装在水冷定子支架的内侧，冷却液从支架的水道里流过给两个电机提供冷却，低扭矩电机转子总成通过第四轴承安装到水冷定子支架上；

低扭矩电机的转子总成输出轴上带有太阳轮，第一级齿圈固定在水冷定子支架上，第一级行星架通过第三轴承安装在水冷定子支架上，组成第一级行星减速机构；

第二级输入轴上装配有第二级太阳轮并与第一压盖配合固定，第二级输入轴通过第一轴承安装在轴承支架上，轴承支架通过螺栓固定到水冷定子支架上，第二级齿圈固定在水冷定子支架上，与第二级行星架一起组成第二级行星减速机构；

在第一级行星减速机构和第二级行星减速机构之间安装有离合器，离合器两侧分别和第一级行星架、第二级输入轴相连；

第二级行星架及第三级输入轴总成的左侧是输入轴，安装有第三级太阳轮，通过第二压盖固定，第三级齿圈固定在水冷定子支架上，第三级行星架及输出轴总成通过轴承安装在左输出轴的内孔中，组成第三级行星减速机构；

外传动盖内孔有内花键，内花键与第三级行星架及输出轴总成的外花键相连，外传动盖通过螺栓与直驱电机外转子壳体相连，低扭矩电机传动系统的扭矩通过外传动盖输出到直驱电机外转子壳体上。

进一步地，第二级行星架及第三级输入轴总成是由第二级行星减速机构的行星架与第三级行星减速机构的输入轴装配在一起的总成，第三级行星架及输出轴总成是由第三级行星减速机构的行星架与输出轴装配在一起的总成。

进一步地，离合器可为湿式离合器或者能够自动在设定高速时脱离的离合器中的任一一种。

进一步地，车轮螺母螺栓总成由车轮螺栓和车轮螺母组成，车轮螺栓被固定在直驱电机外转子壳体上，轮辋总成通过车轮螺母固定到直驱电机外转子壳体上，双胎安装到轮辋总成上。

进一步地，所述直驱电机为外转子电机，低扭矩电机为内转子电机。

进一步地，低扭矩电机传动系统行星减速机构的级数可以是2级或者多级。

进一步地，离合器的动作可以是由整车上的控制器控制，或者自动在设定速度脱离。

进一步地，所述直驱电机带绕组定子铁芯通过热套或者压装到水冷定子支架上。

进一步地，所述直驱电机磁钢通过乐泰胶粘合在直驱电机外转子壳体的内侧。

相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

1.直驱电机长期运行，让轮毂电机总成具有直驱所带来的一系列优势，比如效率高、可靠性高、系统响应快；

2.低扭矩电机传动链以较大的速比提供短时扭矩，能够解决车辆爬坡和中低速加速的扭矩需求，解决直驱电机的局限性；

3.多级行星减速的大速比设计使整套低扭矩电机+行星减速+离合器的成本较低，从而用较小的成本提供了较大的短时扭矩；

4.低扭矩电机仅针对中低速短时运行，电机的速度也较低，由此规避了行星减速机构连续、高速、运行带来的故障以及损坏，提高了系统的可靠性。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1是本发明的安装了双胎及轮辋总成的双电机并联运行的轮毂电机剖视图；

图2是本发明的双电机并联运行的轮毂电机正视和侧视图；

图3是本发明的安装了双胎及轮辋总成的双电机并联运行的轮毂电机正视和侧视图；

图4是本发明的轮毂电机中直驱电机的输出转矩和转速曲线示意图；

图5是本发明的轮毂电机中的低扭矩电机传动系统的输出转矩和转速曲线示意图；

图6是本发明的轮毂电机并联运行时的输出转矩和转速曲线示意图；

图中：1、车轮螺母螺栓总成；2、轮辋总成；3、直驱电机外转子壳体；4、直驱电机磁钢；5、水冷定子支架；6、第二级齿圈；7、直驱电机带绕组定子铁芯；8、轴承支架；9、第一轴承；10、第二级输入轴；11、离合器；12、第一级齿圈；13、右输出轴；14、右端盖； 15、右轴承盖；16、第二轴承；17、低扭矩电机带绕组定子铁芯；18、低扭矩电机转子总成；19、第三轴承；20、第四轴承；21、第一级行星架；22、双胎；23、第三级齿圈；24、第二级太阳轮；25、第一压盖；26、第二级行星架及第三级输入轴总成；27、第三级太阳轮；28、第二压盖；29、第三级行星架及输出轴总成；30、第五轴承；31、左输出轴；32、第六轴承；33、外传动盖。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参照图1-图6，本发明提出的一种技术方案：双电机并联运行的轮毂电机，包括直驱电机和低扭矩电机，直驱电机用于直接驱动车轮，直驱电机和低扭矩电机共用一个冷却系统，低扭矩电机的动力输入到第一级行星减速机构，离合器11的吸合和脱离决定动力是否从第一级行星减速机构传递到第二级行星减速机构，第三级行星减速机构的动力经过一个外传动盖33耦合到直驱电机外转子壳体3上，实现双电机的并联运行，当车辆需要动力的时候，直驱电机一直在连续运行，在爬坡或者中低速加速时，低扭矩电机传动系统介入运行，提供较高的峰值扭矩，当车速较高时，低扭矩电机脱离，避免被拖动产生较高的反电动势。

本实施例中，直驱电机外转子壳体3位于轮毂电机的最外侧，直驱电机磁钢4固定在直驱电机外转子壳体3的内侧，组成了直驱电机的外转子；直驱电机的内定子由水冷定子支架5、直驱电机带绕组定子铁芯7、右输出轴13以及左输出轴31组成，左输出轴31和右输出轴13通过螺栓固定到水冷定子支架5上，直驱电机带绕组定子铁芯7安装在水冷定子支架5上，组成了直驱电机的内定子；第二轴承16和第六轴承32压装到直驱电机的内定子的右输出轴13和左输出轴31上，和直驱电机的外转子、右端盖14装配到一起，右轴承盖 15为轴承提供固定并组成了外转子的直驱电机；低扭矩电机带绕组定子铁芯17安装在水冷定子支架5的内侧，冷却液从支架的水道里流过给两个电机提供冷却，低扭矩电机转子总成18通过第四轴承20 安装到水冷定子支架5上；低扭矩电机的转子总成输出轴上带有太阳轮，第一级齿圈12固定在水冷定子支架5上，第一级行星架21通过第三轴承19安装在水冷定子支架5上，组成第一级行星减速机构；第二级输入轴10上装配有第二级太阳轮24并与第一压盖25配合固定，第二级输入轴10通过第一轴承9安装在轴承支架8上，轴承支架8通过螺栓固定到水冷定子支架5上，第二级齿圈6固定在水冷定子支架5上，与第二级行星架及第三级输入轴总成26右侧的行星架一起组成第二级行星减速机构；在第一级行星减速机构和第二级行星减速机构之间安装有离合器11，离合器11两侧分别和第一级行星架 21、第二级输入轴10相连；第二级行星架及第三级输入轴总成26的左侧是第三级输入轴，安装有第三级太阳轮27，通过第二压盖28固定，第三级齿圈23固定在水冷定子支架5上，第三级行星架及输出轴总成29通过第五轴承30安装在左输出轴31的内孔中，组成第三级行星减速机构；外传动盖33内孔有内花键，内花键与第三级行星架及输出轴总成29的输出轴外花键相连，外传动盖33通过螺栓与直驱电机外转子壳体3相连，低扭矩电机传动系统的扭矩通过外传动盖 33输出到直驱电机外转子壳体3上，以上组成了如图2所示的双电机并联运行的轮毂电机，实现了低扭矩电机传动系统与直驱电机两个传动系统的并联运行；

直驱电机以及低扭矩电机传动系统、离合器11均集成在车轮内，同时低扭矩电机传动系统、离合器11均集成在直驱电机内定子里面。

本实施例中，第二级行星架及第三级输入轴总成26是由第二级行星减速机构的行星架与第三级行星减速机构的输入轴装配在一起的总成。

本实施例中，离合器11可为湿式离合器或者能够自动在设定高速时脱离的离合器中的任一一种。

本实施例中，车轮螺母螺栓总成1由车轮螺栓和车轮螺母组成，车轮螺栓被固定在直驱电机外转子壳体3上，轮辋总成2通过车轮螺母固定到直驱电机外转子壳体3上，双胎22安装到轮辋总成2上，安装了双胎和轮辋总成2的轮毂电机总成的外形图如图3所示。

本实施例中，直驱电机为外转子电机，低扭矩电机为内转子电机。

本实施例中，低扭矩电机传动系统行星减速机构的级数可以是2 级或者多级。

本实施例中，离合器11的动作可以是由整车上的控制器控制，或者自动在设定速度脱离。

本实施例中，直驱电机带绕组定子铁芯7通过热套或者压装到水冷定子支架5上。

本实施例中，直驱电机磁钢4通过乐泰胶粘合在直驱电机外转子壳体3的内侧。

本发明的工作原理及使用流程：在轮毂电机的最外面是一个低速直驱永磁同步外转子电机，电机是多极设计，能够在低速时输出大扭矩，电机的扭矩输出到外转子壳体上，然后传递到轮辋总成2，最后传递到双胎22。在直驱电机的水冷定子支架5的内部，设计了一个低扭矩电机，低扭矩电机和直驱电机共用一个水冷定子支架5，冷却液从支架的水道里流过给两个电机冷却。

低扭矩电机动力输出到太阳轮，输入到第一级行星减速机构，然后第一级行星减速机构的行星架21输出动力，传递到一个离合器11，离合器11另一端连接第二级行星减速机构的输入轴10。

离合器11的吸合和脱离决定动力是否从第一级行星减速架构传递到第二级；

第二级行星减速机构的行星架传递扭矩到第三级行星减速机构的太阳轮，第三级行星减速机构的行星架通过一个外传动盖33传递扭矩到外转子壳体上，从而实现两个传动系统的并联运行；

低扭矩电机传动链上的电机、第一级行星减速机构、离合器11、第二级行星减速机构、第三级行星减速机构均集成在直驱电机的水冷定子支架5的内部；

车辆需要动力的时候，直驱电机一直在运行，当车辆在爬坡或者中低速加速时，或者大功率电制动馈电时，离合器11吸合，低扭矩电机介入运行，提供辅助动力。当车速超过设定值时，离合器11脱离，低扭矩电机不再运行，避免速度过高时反电势太大，损坏电机控制器；

图4所示是轮毂电机中直驱电机的输出转矩和转速曲线，图5所示是轮毂电机中的低扭矩电机传动系统的输出转矩和转速曲线，当两者并联运行时，在各转速点扭矩相互叠加，最后，双电机并联运行的轮毂电机输出的转矩和转速曲线如图6所示，可以看见，在中低速时系统扭矩大幅增加，以满足车辆在爬坡和中低速加速时的需求。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.双电机并联运行的轮毂电机，其特征在于，包括直驱电机和低扭矩电机，直驱电机用于直接驱动车轮，直驱电机和低扭矩电机的带绕组定子铁芯都安装在水冷定子支架(5)上，共用同一个冷却系统，低扭矩电机的动力输入到第一级行星减速机构，离合器(11)的吸合和脱离决定动力是否从第一级行星减速机构传递到第二级行星减速机构，第三级行星减速机构的动力经过一个外传动盖(33)耦合到直驱电机外转子壳体(3)上，实现双电机的并联运行。

2.根据权利要求1所述的双电机并联运行的轮毂电机，其特征在于：直驱电机外转子壳体(3)位于轮毂电机总成的最外侧，直驱电机磁钢(4)固定在直驱电机外转子壳体(3)的内侧，组成了直驱电机的外转子；

直驱电机的内定子由水冷定子支架(5)、直驱电机带绕组定子铁芯(7)、右输出轴(13)以及左输出轴(31)组成，左输出轴(31)和右输出轴(13)通过螺栓固定到水冷定子支架(5)上，直驱电机带绕组定子铁芯(7)安装在水冷定子支架(5)上，组成了直驱电机的内定子；

第二轴承(16)和第六轴承(32)压装到直驱电机的内定子的右输出轴(13)和左输出轴(31)上，和直驱电机的外转子、右端盖(14)装配到一起，右轴承盖(15)为轴承提供固定并组成了外转子的直驱电机；

低扭矩电机带绕组定子铁芯(17)安装在水冷定子支架(5)的内侧，冷却液从支架的水道里流过给两个电机提供冷却，低扭矩电机转子总成(18)通过第四轴承(20)安装到水冷定子支架(5)上；

低扭矩电机的转子总成输出轴上带有太阳轮，第一级齿圈(12)固定在水冷定子支架(5)上，第一级行星架(21)通过第三轴承(19)安装在水冷定子支架(5)上，组成第一级行星减速机构；

第二级输入轴(10)上装配有第二级太阳轮(24)并与第一压盖(25)配合固定，第二级输入轴(10)通过第一轴承(9)安装在轴承支架(8)上，轴承支架(8)通过螺栓固定到水冷定子支架(5)上，第二级齿圈(6)固定在水冷定子支架(5)上，与第二级行星架及第三级输入轴总成(26)右侧的行星架一起组成第二级行星减速机构；

在第一级行星减速机构和第二级行星减速机构之间安装有离合器(11)，离合器(11)两侧分别和第一级行星架(21)、第二级输入轴(10)相连；

第二级行星架及第三级输入轴总成(26)的左侧是第三级输入轴，安装有第三级太阳轮(27)，通过第二压盖(28)固定，第三级齿圈(23)固定在水冷定子支架(5)上，第三级行星架及输出轴总成(29)通过第五轴承(30)安装在左输出轴(31)的内孔中，组成第三级行星减速机构；

外传动盖(33)内孔有内花键，内花键与第三级行星架及输出轴总成(29)的输出轴外花键相连，外传动盖(33)通过螺栓与直驱电机外转子壳体(3)相连，低扭矩电机传动系统的扭矩通过外传动盖(33)输出到直驱电机外转子壳体(3)上。

3.根据权利要求2所述的双电机并联运行的轮毂电机，其特征在于：车轮螺母螺栓总成(1)由车轮螺栓和车轮螺母组成，车轮螺栓被固定在直驱电机外转子壳体(3)上，轮辋总成(2)通过车轮螺母固定到直驱电机外转子壳体(3)上，双胎(22)安装到轮辋总成(2)上。

4.根据权利要求1所述的双电机并联运行的轮毂电机，其特征在于：轮毂电机是由双电机驱动，其中一个电机是直驱电机，另外一个电机是带多级行星减速的低扭矩电机。

5.根据权利要求1所述的双电机并联运行的轮毂电机，其特征在于：直驱电机为外转子电机，低扭矩电机为内转子电机，两个电机的带绕组定子铁芯是共用一个水冷定子支架(5)以及冷却系统。

6.根据权利要求2所述的双电机并联运行的轮毂电机，其特征在于：直驱电机的外转子壳体(3)上贴有直驱电机磁钢(4)，直驱电机为永磁电机。

7.根据权利要求1所述的双电机并联运行的轮毂电机，其特征在于：在低扭矩电机传动系统中带有一个离合器(11)，离合器(11)可以根据需要设置在低扭矩电机传动链的相应的位置上；离合器(11)可为湿式离合器或者能够自动在设定高速时脱离的离合器中的任一一种。

8.根据权利要求1所述的双电机并联运行的轮毂电机，其特征在于：离合器(11)的动作可以是由整车上的控制器控制，或者自动在设定速度脱离。

9.根据权利要求1所述的双电机并联运行的轮毂电机，其特征在于：低扭矩电机整套传动系统及离合器均设计在直驱电机的内定子内部；低扭矩电机传动系统行星减速机构的级数可以是2级或者多级。

10.根据权利要求2所述的双电机并联运行的轮毂电机，其特征在于：在低扭矩电机传动系统最后一级输出轴与直驱电机外转子壳体之间，有一个外传动盖(33)将两者相连实现并联驱动。

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