CN215513209U - 一种双电机并联运行的电动轮及交通工具 - Google Patents

Abstract

本发明创造公开了一种双电机并联运行的电动轮及交通工具，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，然后传递到第二级行星减速机构，第二级行星减速机构的动力经过一个外传动盖耦合到外转子壳体上，实现双电机的并联运行。低扭矩电机传动链里不带离合器，不工作时跟随直驱电机随动；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

一种双电机并联运行的电动轮及交通工具

技术领域

本发明创造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，我们提出一种双电机并联运行的电动轮及交通工具。

发明内容

本发明创造的目的在于提供一种双电机并联运行的电动轮及交通工具，以解决上述背景技术中提出的问题，以电动轮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，低扭矩电机传动系统中不带离合器，在其不工作时，就跟随直驱电机随动。

为了实现上述目的，本发明创造采用了如下技术方案：

第一方面，本发明创造提供了一种双电机并联运行的电动轮，包括轮毂电机总成和车轮，所述轮毂电机总成包括直驱电机和低扭矩电机，其中，所述直驱电机为外转子电机，所述低扭矩电机为内转子电机，所述直驱电机的外转子壳体与车轮配合固装，用于直接驱动车轮；

直驱电机的内定子包括定子支架和带绕组定子铁芯，所述低扭矩电机和直驱电机的带绕组定子铁芯分别安装于定子支架的内侧及外侧；

低扭矩电机的动力输出轴连接减速组件，减速组件的输出轴通过外传动盖与所述外转子壳体耦合，实现双电机的并联运行。

进一步的，所述直驱电机的内定子还包括分别固设于定子支架两端的输出轴一和输出轴二，输出轴一的外侧压装第二轴承，所述第二轴承的外侧设有端盖一，所述端盖一与外转子壳体固定连接，所述第二轴承的外端面还设有用于对其固定的轴承盖一，所述轴承盖一与端盖一固定连接；

所述输出轴二的外侧压装第五轴承，外转子壳体对应第五轴承的一端向内侧翻折形成连接部，所述连接部与第五轴承的外环配合安装。

进一步的，所述减速组件的输出轴通过第四轴承安装与输出轴二的内孔中；

外传动盖与减速组件的输出轴端部通过花键相连接；

外传动盖与所述外转子壳体固定连接。

进一步的，所述减速组件为一级或二级以上的多级行星减速机构，所述减速组件布置在直驱电机的内定子内部。

进一步的，所述减速组件包括一级行星减速机构和二级行星减速机构，低扭矩电机的转子轴与一级行星减速机构的第一级输入轴通过花键配合连接，第一级输入轴上装配有第一级太阳轮并与第一压盖配合轴向固定，第一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定子支架上，一级行星减速机构的第一级齿圈也固定在定子支架上；

一级行星减速机构的行星轮通过连接件连接二级行星减速机构的第二级输入轴，第二级输入轴通过第二压盖安装有第二级太阳轮，二级行星减速机构的第二级齿圈固定在定子支架上，二级减速机构的行星轮连接第二级输出轴总成。

进一步的，所述低扭矩电机的转子轴通过后端盖安装于定子支架内侧，所述后端盖内侧设有与转子轴配合的第三轴承；

所述后端盖设置于转子轴远离减速组件的一端。

进一步的，所述定子支架为水冷定子支架，直驱电机和低扭矩电机共用一个水冷定子支架以及冷却系统；

直驱电机的外转子壳体上贴有直驱电机磁钢，直驱电机为永磁电机。

进一步的，所述车轮包括轮辋总成和设置于轮辋总成外侧的轮胎；

所述轮辋总成通过车轮螺栓与外转子外壳固定连接；

所述轮胎的数量为一个以上。

第二方面，本发明创造提供了一种交通工具，该交通工具的车轮为电动轮，所述电动轮为上述第一方面所述的双电机并联运行的电动轮。

相比于现有技术，本发明创造的有益效果在于：

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.低扭矩电机也可以仅针对中低速短时运行，在高速时不工作，跟随直驱电机随动，由此规避了行星减速机构连续、高速、大扭矩运行带来的故障以及损坏，提高了系统的可靠性。

5.低扭矩电机传动系统中没有设计离合器，系统的控制相对简单。

附图说明

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

图1是本发明创造的安装了轮胎及轮辋总成的一种双电机并联运行的电动轮及交通工具剖视图；

图2是本发明创造的一种双电机并联运行的电动轮及交通工具正视和侧视图；

图3是本发明创造的安装了轮胎及轮辋总成的一种双电机并联运行的电动轮及交通工具正视和侧视图；

图4是本发明创造的电动轮中直驱电机的输出转矩和转速曲线示意图；

图5是本发明创造的电动轮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是本发明创造的电动轮并联运行时的输出转矩和转速曲线示意图；

图中：1、车轮螺栓；2、轮辋总成；3、外转子壳体；4、直驱电机磁钢； 5、水冷定子支架；6、第一级齿圈；7、直驱电机带绕组定子铁芯；8、轴承支架；9、第一轴承；10、第一级输入轴；11、输出轴一；12、端盖一；13、轴承盖一；14、第二轴承；15、低扭矩电机带绕组定子铁芯；16、低扭矩电机转子总成；17、第三轴承；18、后端盖；19、转子轴；20、油封；21、轮胎；22、第二级齿圈；23、第一级太阳轮；24、第一压盖；25、第二级输入轴；26、第二级太阳轮；27、第二压盖；28、第二级输出轴总成；29、第四轴承；30、输出轴二；31、第五轴承；32、外传动盖。

具体实施方式

下面将结合本发明创造实施例中的附图，对本发明创造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创造一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明创造的描述中，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创造和简化描述，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创造的限制。

实施例一：

参照图1-图6，本发明创造提出的一种技术方案：一种双电机并联运行的电动轮及交通工具，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，然后从第一级行星减速机构传递到第二级行星减速机构，第二级行星减速机构的动力经过一个外传动盖32耦合到外转子壳体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，低扭矩电机传动系统中没有设置离合器，当不工作时，低扭矩电机跟随直驱电机随动。

本实施例中，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支架5、直驱电机带绕组定子铁芯7、输出轴一11以及输出轴二30组成，输出轴二30和输出轴一11通过螺栓固定到水冷定子支架5上，低扭矩电机设置于定子支架5的内侧，直驱电机带绕组定子铁芯7安装在水冷定子支架5外侧，组成了直驱电机的内定子；第二轴承14和第五轴承31压装到直驱电机的内定子的输出轴一11和输出轴二30上，和直驱电机的外转子、端盖一12装配到一起，轴承盖一13的内侧与端盖一12的外侧之间形成用于固定第二轴承14的固定位，轴承盖一13与端盖一12通过螺栓固定连接，上述部件组成了外转子直驱电机；低扭矩电机带绕组定子铁芯15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16安装到低扭矩电机转子轴19上，再通过第三轴承17 安装到后端盖18上，后端盖18通过螺栓固定到水冷定子支架5上；低扭矩电机转子轴19的轴端带有外花键，与第一级输入轴10的内花键配合传递动力；第一级输入轴10上装配有第一级太阳轮23并与第一压盖24配合固定，第一级输入轴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，在第一级输入轴10和轴承支架8之间安装有油封20；第一级齿圈6固定在水冷定子支架5上，与第二级输入轴25右侧的行星架一起组成第一级行星减速机构；第一级输入轴10的左侧是第二级输入轴25，一级行星减速机构的行星轮通过连接件连接第二级输入轴25，驱动第二级输入轴旋转，第二级输入轴25上安装有第二级太阳轮26，通过第二压盖27固定，第二级齿圈22固定在水冷定子支架5上，第二级输出轴总成28通过第四轴承29安装在输出轴二30的内孔中，组成第二级行星减速机构；外传动盖32内孔有内花键，内花键与第二级输出轴总成28的输出轴外花键相连，外传动盖32通过螺栓与外转子壳体3相连，低扭矩电机传动系统的扭矩通过外传动盖32输出到外转子壳体3上，以上组成了如图2 所示的一种双电机并联运行的电动轮及交通工具，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均集成在车轮内，同时低扭矩电机传动系统集成在直驱电机内定子里面。

本实施例中，第二级输入轴25是由第一级行星减速机构的行星架与第二级行星减速机构的输入轴装配在一起的总成。

本实施例中，车轮螺栓1由车轮螺栓和车轮螺母组成，车轮螺栓被固定在外转子壳体3上，轮辋总成2通过车轮螺母固定到外转子壳体3上，轮胎 21安装到轮辋总成2上，安装了轮胎和轮辋总成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1、2级或者多级。

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通过胶粘合在外转子壳体3的内侧。

本发明创造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，最后传递到轮胎21，图1中采用的是双胎，本申请所要保护的电动轮，不局限于轮胎的数量。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。

低扭矩电机的动力通过第一级输入轴传递到第一级行星减速机构，然后传递到第二级行星减速机构，第二级行星减速机构的行星架通过一个外传动盖32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、第二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，低扭矩电机介入运行，提供辅助动力。当车速超过设定值时，低扭矩电机也可以不工作，跟随直驱电机随动；

图4所示是一种双电机并联运行的电动轮及交通工具中直驱电机的输出转矩和转速曲线，图5所示是电动轮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，一种双电机并联运行的电动轮及交通工具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。

实施例二：本实施例提供了一种交通工具，该交通工具的车轮为电动轮，所述电动轮为上述实施例所述的双电机并联运行的电动轮。

以上，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造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创造揭露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明创造构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种双电机并联运行的电动轮，包括轮毂电机总成和车轮，其特征在于：所述轮毂电机总成包括直驱电机和低扭矩电机，其中，所述直驱电机为外转子电机，所述低扭矩电机为内转子电机，所述直驱电机的外转子壳体与车轮配合固装，用于直接驱动车轮；

直驱电机的内定子包括定子支架和带绕组定子铁芯，所述低扭矩电机和直驱电机的带绕组定子铁芯分别安装于定子支架的内侧及外侧；

低扭矩电机的动力输出轴连接减速组件，减速组件的输出轴通过外传动盖与所述外转子壳体耦合，实现双电机的并联运行。

2.根据权利要求1所述的一种双电机并联运行的电动轮，其特征在于：所述直驱电机的内定子还包括分别固设于定子支架两端的输出轴一和输出轴二，输出轴一的外侧压装第二轴承，所述第二轴承的外侧设有端盖一，所述端盖一与外转子壳体固定连接，所述第二轴承的外端面还设有用于对其固定的轴承盖一，所述轴承盖一与端盖一固定连接；

所述输出轴二的外侧压装第五轴承，外转子壳体对应第五轴承的一端向内侧翻折形成连接部，所述连接部与第五轴承的外环配合安装。

3.根据权利要求2所述的一种双电机并联运行的电动轮，其特征在于：所述减速组件的输出轴通过第四轴承安装与输出轴二的内孔中；

外传动盖与减速组件的输出轴端部通过花键相连接；

外传动盖与所述外转子壳体固定连接。

4.根据权利要求1或3所述的一种双电机并联运行的电动轮，其特征在于：所述减速组件为一级或二级以上的多级行星减速机构，所述减速组件布置在直驱电机的内定子内部。

5.根据权利要求4所述的一种双电机并联运行的电动轮，其特征在于：所述减速组件包括一级行星减速机构和二级行星减速机构，低扭矩电机的转子轴与一级行星减速机构的第一级输入轴通过花键配合连接，第一级输入轴上装配有第一级太阳轮并与第一压盖配合轴向固定，第一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定子支架上，一级行星减速机构的第一级齿圈也固定在定子支架上；

一级行星减速机构的行星轮通过连接件连接二级行星减速机构的第二级输入轴，第二级输入轴通过第二压盖安装有第二级太阳轮，二级行星减速机构的第二级齿圈固定在定子支架上，二级减速机构的行星轮连接第二级输出轴总成。

6.根据权利要求1所述的一种双电机并联运行的电动轮，其特征在于：所述低扭矩电机的转子轴通过后端盖安装于定子支架内侧，所述后端盖内侧设有与转子轴配合的第三轴承；

所述后端盖设置于转子轴远离减速组件的一端。

7.根据权利要求1所述的一种双电机并联运行的电动轮，其特征在于：所述定子支架为水冷定子支架，直驱电机和低扭矩电机共用一个水冷定子支架以及冷却系统；

直驱电机的外转子壳体上贴有直驱电机磁钢，直驱电机为永磁电机。

8.根据权利要求1所述的一种双电机并联运行的电动轮，其特征在于：所述车轮包括轮辋总成和设置于轮辋总成外侧的轮胎；

所述轮辋总成通过车轮螺栓与外转子外壳固定连接；

所述轮胎的数量为一个以上。

9.一种交通工具，该交通工具的车轮为电动轮，其特征在于：所述电动轮采用权利要求1至8任一所述的双电机并联运行的电动轮。

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