WO2020181519A1 - 轮内驱动系统及机动车 - Google Patents

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舍弗勒技术股份两合公司
蔡向阳
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Definitions

  • the in-wheel drive system further includes an axle, a housing, and a housing cover.
  • the hub is supported on the radially outer side of the axle of the axle, and the housing is located at the On the radially outer side of the hub, the housing cover is located on the axial side of the hub, and the housing, the housing cover, the hub, and the flange portion of the axle shaft surround an installation space To install the drive motor and the planetary gear reducer.
  • the in-wheel drive system further includes a wheel bearing that supports the wheel hub on a radially inner side of the wheel hub, the drive motor, the planetary gear reducer, and the wheel The bearings are arranged coaxially.
  • the in-wheel drive system includes a first-stage planetary gear reducer and a second-stage planetary gear reducer.
  • the sun gear shaft of the first-stage planetary gear reducer is fixed to the rotor support, so
  • the planetary gear carrier of the second-stage planetary gear reducer is fixed to the hub, and the sun gear shaft of the second-stage planetary gear reducer is fixed to the planetary gear carrier of the first-stage planetary gear reducer.
  • the in-wheel drive system directly and variable speed drive the wheel hub and then drive the wheel, which eliminates the traditional transmission half shaft, differential and other transmission parts, shortens the transmission chain, is beneficial to the layout design of the vehicle, and can be easily realized Torque vector control.
  • axial refers to the axial, radial, and circumferential directions of the wheel, respectively.
  • One side of the axial direction refers to the right side in FIG.
  • Side refers to the left side in Figure 1.
  • the first hub portion 22 is fixed to the rim 8, the second hub portion 23 and the shaft portion 12 of the axle 1 are provided with a wheel bearing 11, the outer ring of the wheel bearing 11 is supported by the second hub portion 23, and the inner ring of the wheel bearing 11 is supported
  • the second hub portion 23 is supported on the shaft portion 12 of the axle 1 on the radially outer side of the shaft portion 12 of the axle 1 within the wheel.
  • the housing 91 has a first housing part 911 and a second housing part 912.
  • the second housing part 912 is substantially cylindrical and extends in the wheel from one end in the axial direction A to the other end in the axial direction A,
  • the first housing part 911 is folded at the other end in the axial direction A of the second housing part 912 to form a flange extending inward in the radial direction R.
  • the first housing part 911 is located on one axial side of the first hub part 22, and there is a first radial gap between the first housing part 911 and the end on the other axial side of the second hub part 23.
  • a first sealing device 71 is installed in a radial gap.
  • the sun gear shaft 61 of the second-stage planetary gear reducer 6 is a hollow shaft, which is located on the axial side of the planetary gear carrier 53 of the first-stage planetary gear reducer 5 and is connected to the planetary gear carrier 53 of the first-stage planetary gear reducer 5 Formed in one body.
  • the sun gear shaft 61 of the second-stage planetary gear reducer 6 and the sun gear shaft 51 of the first-stage planetary gear reducer 5 are coaxially arranged, and both have substantially the same radius.
  • the planetary gear 62 of the second-stage planetary gear reducer 6 meshes with the sun gear shaft 61 on the radially outer side of the sun gear shaft 61.
  • the planetary gear carrier 63 of the second-stage planetary gear reducer 6 can support (install) the planetary gear 62 by fixing to the shaft of the planetary gear 62, for example.
  • the driving force/torque inputted by the sun gear 61 of the second-stage planetary gear reducer 6 is output from the planetary carrier 63 of the second-stage planetary gear reducer 6 and input to the hub 2 at the same time, and the hub 2 drives the rim 8.
  • the use of a two-stage planetary gear reducer can obtain a larger transmission ratio in a limited installation space.
  • the sun gear shaft 51 of the first-stage planetary gear reducer 5 is integrated with the rotor bracket 4, and the sun gear shaft 61 of the second-stage planetary gear reducer 6 is integrated with the planetary gear carrier 53 of the first-stage planetary gear reducer 5
  • the resulting scheme is conducive to reducing parts, optimizing space utilization, and conducive to the overall layout of the in-wheel drive system.
  • the planetary gear carrier 63 of the second-stage planetary gear reducer 6 can be installed with the hub 2 by interference fit or other common mechanical assembly methods, such as spline fit, as long as the two can be stably assembled together. Just transmit the driving force/torque.

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Abstract

一种轮内驱动系统和机动车，轮内驱动系统包括轮毂（2）、驱动电机（3）、在驱动电机（3）的转子（32）的径向内侧与转子（32）固定的转子支架（4）和行星齿轮减速器（5、6）；行星齿轮减速器（5、6）包括在轮毂（2）的径向外侧固定于转子支架（4）的太阳轮轴（51、61）、在太阳轮轴（51、61）的径向外侧与太阳轮轴（51、61）啮合的行星齿轮（52、62）、在行星齿轮（52、62）的径向外侧与行星齿轮（52、62）啮合的齿圈（50）和支撑行星齿轮（52、62）并固定于轮毂（2）的行星齿轮架（53、63）。

Description

轮内驱动系统及机动车 技术领域
本发明涉及机动车技术领域，具体地涉及用于机动车的轮内驱动系统及包括该轮内驱动系统的机动车。
背景技术
现有的机动车，例如新能源公共汽车使用由中心驱动电机、离合器、具有2挡或3挡的变速器、变速器轴和传统的车轴组成的驱动桥系统来驱动车轮。现有的驱动桥系统包含了许多零件，传动链较长，动力损失较多，系统效率较低，这严重影响了新能源车辆的行驶距离，而行驶距离对于新能源车辆来说是十分重要的。
此外，传统的车轴还具有差速器，上述众多的零件和该差速器对车辆的布局设计都具有较大的影响，对于公共汽车来说，在上述众多的零件之上存在台阶，这影响了公共汽车所装载的乘客数量和乘客在公共汽车内的活动。
发明内容
本发明的目的在于克服或至少减轻上述现有技术存在的不足，提供一种可以缩短用于驱动车轮的传动链的轮内驱动系统和包括上述轮内驱动系统的机动车。
为实现上述发明目的，本发明提供一种轮内驱动系统，该轮内驱动系统包括：
轮毂；
驱动电机，所述驱动电机包括定子和在所述定子的径向内侧相对于所述定子转动的转子；
转子支架，所述转子支架能转动地支撑于所述轮毂的径向外侧并在所述转子的径向内侧与所述转子固定；以及
行星齿轮减速器，所述行星齿轮减速器包括：
太阳轮轴，所述太阳轮轴在所述轮毂的径向外侧固定于所述转子支架；
行星齿轮，所述行星齿轮在所述太阳轮轴的径向外侧与所述太阳轮轴啮合；
齿圈，所述齿圈在所述行星齿轮的径向外侧与所述行星齿轮啮合；以及
行星齿轮架，所述行星齿轮架支撑所述行星齿轮，
所述行星齿轮架固定于所述轮毂，驱动力/扭矩经由所述转子、所述转子支架、所述太阳轮轴、所述行星齿轮和所述行星齿轮架传递到所述轮毂。
在至少一个实施方式中，所述轮内驱动系统具有安装空间，所述安装空间位于所述轮毂的径向外侧，所述行星齿轮减速器和所述驱动电机安装于所述安装空间，所述安装空间在沿径向延伸的过程中具有基本一致的轴向尺寸。
在至少一个实施方式中，所述轮内驱动系统还包括车桥车轴、壳体和壳体盖，所述轮毂支撑于所述车桥车轴的轴部的径向外侧，所述壳体位于所述轮毂的径向外侧，所述壳体盖位于所述轮毂的轴向一侧，所述壳体、所述壳体盖、所述轮毂和所述车桥车轴的法兰部包围形成安装空间以安装所述驱动电机和所述行星齿轮减速器。
在至少一个实施方式中，所述行星齿轮减速器基本上位于所述驱动电机的轴向一侧。
在至少一个实施方式中，所述轮内驱动系统还包括车轮轴承，所述车轮 轴承在所述轮毂的径向内侧支撑所述轮毂，所述驱动电机、所述行星齿轮减速器和所述车轮轴承同轴地配置。
在至少一个实施方式中，所述轮内驱动系统包括第一级行星齿轮减速器和第二级行星齿轮减速器，所述第一级行星齿轮减速器的太阳轮轴固定于所述转子支架，所述第二级行星齿轮减速器的行星齿轮架固定于所述轮毂，所述第二级行星齿轮减速器的太阳轮轴固定于所述第一级行星齿轮减速器的行星齿轮架。
在至少一个实施方式中，所述第一级行星齿轮减速器的太阳轮轴与所述转子支架一体形成。
在至少一个实施方式中，所述第二级行星齿轮减速器的太阳轮轴与所述第一级行星齿轮减速器的行星齿轮架一体形成。
在至少一个实施方式中，所述第一级行星齿轮减速器的行星齿轮和所述第二级行星齿轮减速器的行星齿轮与同一齿圈啮合。
本发明还提供一种机动车，所述机动车包括根据本发明的轮内驱动系统。
采用本发明的技术方案能够至少实现以下技术效果：
该轮内驱动系统直接且可变速地驱动轮毂进而驱动车轮，这省去了传统的传动半轴、差速器等传动零件，缩短了传动链，有利于车辆的布局设计，并且能够简单地实现扭矩矢量控制。
附图说明
图1示出了本发明提供的轮内驱动系统的一个具体实施方式的沿轴向的剖面图。
附图标记说明：
1 车轴；11 车轮轴承；12 轴部；13 法兰部；15 螺母；2 轮毂；21 支 撑轴承；22 第一轮毂部分；23 第二轮毂部分；3 驱动电机；31 定子；32 转子；4 转子支架；5 第一级行星齿轮减速器；6 第二级行星齿轮减速器；51、61 太阳轮轴；52、62 行星齿轮；53；63 行星齿轮架；50 齿圈；71 第一密封装置；72 第二密封装置；8 轮辋；91 壳体；911 第一壳体部分；912 第二壳体部分；913 隔板；92 壳体盖
A 轴向；R 径向。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。
在本说明书中，“轴向”、“径向”和“周向”分别是指车轮的轴向、径向和周向，轴向一侧是指图1中的右侧，轴向另一侧是指图1中的左侧。
如图1所示，根据本发明的一个具体实施方式的轮内驱动系统包括组装在一起的轮毂2、驱动电机3、转子支架4、行星齿轮减速器、壳体91和壳体盖92。驱动电机3通过行星齿轮减速器而向轮毂2输出转动驱动，轮毂2安装于轮辋8从而将转动驱动传递至轮辋8而驱动车轮，同时，轮毂2支撑于车轴1。
车轴1位于车轮内部，并与车辆的悬架连接而将车辆重量传递至轮辋8。车轴1包括轴部12和法兰部13，法兰部13固定于车轮的轴向一侧，轴部12从法兰部13的中央朝车轮的轴向另一侧伸出而位于车轮内。在本实施例中，轴部12和法兰部13一体形成而构成法兰轴。
轮毂2包括第一轮毂部分22和第二轮毂部分23，第二轮毂部分23大致呈筒形并基本从车轮的轴向A上的一端延伸至轴向A上的另一端，第一轮毂部分22在第二轮毂部分23的轴向A上的另一端翻折而形成沿径向R向外伸出的翻边。第一轮毂部分22固定于轮辋8，第二轮毂部分23与车轴1的轴部12之间具有车轮轴承11，车轮轴承11的外圈支撑于第二轮毂部分23，车轮轴承11的内圈支撑于车轴1的轴部12，从而第二轮毂部分23在车轮内支撑于车轴1的轴部12的径向外侧。
螺母15在车轮内组装至车轴1的轴部12以将车轮轴承11安装至轴部12，螺母15在车轮轴承11的轴向另一侧安装于轴部12。
壳体91具有朝轴向一侧敞开的开口，壳体盖92与壳体91在轴向A上对接从而盖住上述开口，这样壳体91和壳体盖92在车轴1和轮辋8之间包围形成安装空间，轮内驱动系统安装于该安装空间。安装空间可以位于轮毂2(第二轮毂部分23)的径向外侧，并通过壳体91、壳体盖92、轮毂2(第二轮毂部分23)和车轴1的连接而形成为封闭空间。这能够避免轮内驱动系统出现漏油现象，还能防止泥水进入轮内驱动系统，具体是进入到驱动电机3和行星齿轮减速器内部。
壳体91具有第一壳体部分911和第二壳体部分912，第二壳体部分912大致呈筒形并在车轮内基本从轴向A上的一端延伸至轴向A上的另一端，第一壳体部分911在第二壳体部分912的轴向A上的另一端翻折而形成沿径向R向内伸出的翻边。第一壳体部分911位于第一轮毂部分22的轴向一侧，第一壳体部分911与第二轮毂部分23的轴向另一侧的端部之间具有第一径向间隙，该第一径向间隙内安装有第一密封装置71。
第二壳体部分912具有沿径向R向内伸出的隔板913，该隔板913在轴向A上将安装空间划分为上述第一安装空间和第二安装空间。
壳体盖92在壳体91的轴向A上的一端与壳体91组装，车轴1的轴部12从壳体盖92的中央穿过。壳体盖92与车轴1的轴向另一侧的端部(即，法兰部13)之间具有第二径向间隙，该第二径向间隙内安装有第二密封装置72。
当车轮在轮内驱动系统的驱动下绕车轴1转动时，壳体91和壳体盖92相对于车轴1保持固定。
安装空间在沿径向R延伸的过程中具有基本一致的轴向尺寸。安装空间包括沿轴向A布置的第一安装空间和第二安装空间，第一安装空间主要用于安装驱动电机3，第二安装空间主要用于安装行星齿轮减速器，从而行星齿轮减速器的整体与驱动电机3的整体基本沿轴向A布置，比如，行星齿轮减速 器位于驱动电机3的轴向一侧。
驱动电机3包括定子31和转子32，定子31在第一安装空间内固定于壳体91的径向内侧，转子32在定子31的径向内侧相对于定子31转动，转子32和定子31均大致呈环形。
转子支架4大致呈筒形，转子支架4在转子32的径向内侧固定于转子32，转子支架4与第二轮毂部分23之间具有支撑轴承21，支撑轴承21在第二轮毂部分23的径向外侧支撑转子支架4。
行星齿轮减速器可以包括两级行星齿轮减速器，第一级行星齿轮减速器5包括太阳轮轴51、行星齿轮52、齿圈50和行星齿轮架53，第二级行星齿轮减速器6包括太阳轮轴61、行星齿轮62、齿圈50和行星齿轮架63。
第一级行星齿轮减速器5的太阳轮轴51为空心轴，位于转子支架4的轴向一侧并与转子支架4一体形成。太阳轮轴51比转子支架4靠近径向内侧地定位。第一级行星齿轮减速器5的行星齿轮52在太阳轮轴51的径向外侧与太阳轮轴51啮合，第一级行星齿轮减速器5的行星齿轮架53与行星齿轮52的轴固定从而支撑行星齿轮52。
第一级行星齿轮减速器5基本布置于转子支架4的轴向一侧。
第二级行星齿轮减速器6的太阳轮轴61为空心轴，位于第一级行星齿轮减速器5的行星齿轮架53的轴向一侧并与第一级行星齿轮减速器5的行星齿轮架53一体形成。第二级行星齿轮减速器6的太阳轮轴61与第一级行星齿轮减速器5的太阳轮轴51同轴布置，并且二者具有大致相同的半径。第二级行星齿轮减速器6的行星齿轮62在太阳轮轴61的径向外侧与太阳轮轴61啮合。第二级行星齿轮减速器6的行星齿轮架63可以例如通过与行星齿轮62的轴固定的方式支撑(安装)行星齿轮62。
第二级行星齿轮减速器6基本布置于第一级行星齿轮减速器5的轴向一侧。
第一级行星齿轮减速器5的行星齿轮52和第二级行星齿轮减速器6的行 星齿轮62与同一齿圈50啮合，该齿圈50位于行星齿轮52、62的径向外侧并固定于第二壳体部分912的径向内侧。两级行星齿轮减速器利用同一齿圈50，减少了零件数目。
第二级行星齿轮减速器6的行星齿轮架63可以在轮毂2的轴向一侧的端部固定连接于轮毂2。特别地，第二级行星齿轮减速器6的行星齿轮架63在轮毂2的径向内侧固定连接于轮毂2，这充分利用了支撑轴承21的轴向一侧的轴部12和轮毂2之间的空间，使得结构紧凑。
采用沿轴向A布置转子支架4、第一级行星齿轮减速器5、第二级行星齿轮减速器6的方案，和沿轴向A布置驱动电机3、第一级行星齿轮减速器5、第二级行星齿轮减速器6的方案，以及使第二级行星齿轮减速器6固定于轮毂2的轴向一侧的端部的方案，都有利于缩小轮内驱动系统的径向尺寸，使得轮内驱动系统结构紧凑，从而缩短传动链。
驱动力/扭矩依次经过转子32和转子支架4到达第一级行星齿轮减速器5的太阳轮轴51，通过第一级行星齿轮减速器5的太阳轮轴51输入的驱动力/扭矩从第一级行星齿轮减速器5的行星齿轮架53输出，同时输入与第一级行星齿轮减速器5的行星齿轮架53固定连接、特别是一体形成的第二级行星齿轮减速器6的太阳轮轴61，通过第二级行星齿轮减速器6的太阳轮61输入的驱动力/扭矩从第二级行星齿轮减速器6的行星齿轮架63输出，同时输入到轮毂2，进而由轮毂2驱动轮辋8。
采用两级行星齿轮减速器能够在有限的安装空间内获得更大的传动比。
采用第一级行星齿轮减速器5的太阳轮轴51与转子支架4一体形成的方案，以及第二级行星齿轮减速器6的太阳轮轴61与第一级行星齿轮减速器5的行星齿轮架53一体形成的方案，这都有利于减少零部件，优化空间利用率，有利于轮内驱动系统的整体布局。
车轴1、轮毂2、驱动电机3、行星齿轮减速器和车轮轴承中的两者或者两者以上同轴配置，这样有利于缩小轮内驱动系统的径向尺寸，使得轮内驱 动系统结构紧凑，从而缩短传动链。
在上述实施例中，在车轴1的径向外侧和轮辋8的径向内侧之间的轮内空间布置轮内驱动系统，轮内驱动系统直接且可变速地驱动轮毂2进而驱动车轮，这省去了传统的传动半轴、差速器等传动零件，有利于车辆的布局设计，并且能够简单地实现扭矩矢量控制。
本发明还提供一种具有上述轮内驱动系统的机动车，该机动车可以是新能源车辆，具体可以是新能源公共汽车、物流车。对于空间要求大的机动车来说，能够实现更好的布局设计，比如，具有更宽敞的乘客空间。
当然，本发明不限于上述实施方式，本领域技术人员在本发明的教导下可以对本发明的上述实施方式做出各种变型，而不脱离本发明的范围。
除以上详细介绍，还需说明的是：
(i)第一级行星齿轮减速器5的太阳轮轴51可以与转子支架4分体形成，第二级行星齿轮减速器6的太阳轮轴61可以与第一级行星齿轮减速器5的行星齿轮架53分体形成。
(ii)第二级行星齿轮减速器6的行星齿轮架63可以以过盈配合或者其他常见的机械组装方式，例如花键配合等，与轮毂2安装，只要两者能够稳定地组装在一起以传递驱动力/扭矩即可。
(iii)行星齿轮减速器可以仅具有一级行星齿轮减速器，或者三级及以上的行星齿轮减速器。
(iv)还可以在上述轮内驱动系统的轴向一侧安装制动系统。

Claims (10)

  1. 一种轮内驱动系统，其包括：
    轮毂(2)；
    驱动电机(3)，所述驱动电机(3)包括定子(31)和在所述定子(31)的径向内侧相对于所述定子(31)转动的转子(32)；
    转子支架(4)，所述转子支架(4)能转动地支撑于所述轮毂(2)的径向外侧并在所述转子(32)的径向内侧与所述转子(32)固定；以及
    行星齿轮减速器(5、6)，所述行星齿轮减速器(5、6)包括：
    太阳轮轴(51、61)，所述太阳轮轴(51)在所述轮毂(2)的径向外侧固定于所述转子支架(4)；
    行星齿轮(52、62)，所述行星齿轮(52、62)在所述太阳轮轴(51、61)的径向外侧与所述太阳轮轴(51、61)啮合；
    齿圈(50)，所述齿圈(50)在所述行星齿轮(52、62)的径向外侧与所述行星齿轮(52、62)啮合；以及
    行星齿轮架(53、63)，所述行星齿轮架(53、63)支撑所述行星齿轮(52、62)，
    所述行星齿轮架(63)固定于所述轮毂(2)，驱动力/扭矩经由所述转子(32)、所述转子支架(4)、所述太阳轮轴(51、61)、所述行星齿轮(52、62)和所述行星齿轮架(53、63)传递到所述轮毂(2)。
  2. 根据权利要求1所述的轮内驱动系统，其特征在于，所述轮内驱动系统具有安装空间，所述安装空间位于所述轮毂(2)的径向外侧，所述行星齿轮减速器(5、6)和所述驱动电机(3)安装于所述安装空间，所述安装空间在沿径向延伸的过程中具有基本一致的轴向尺寸。
  3. 根据权利要求1所述的轮内驱动系统，其特征在于，所述轮内驱动系统还包括车轴(1)、壳体(91)和壳体盖(92)，所述轮毂(2)支撑于所述 车轴(1)的轴部(12)的径向外侧，所述壳体(91)位于所述轮毂(2)的径向外侧，所述壳体盖(92)位于所述轮毂(2)的轴向一侧，所述壳体(91)、所述壳体盖(92)、所述轮毂(2)和所述车轴(1)的法兰部(13)包围形成安装空间以安装所述驱动电机(3)和所述行星齿轮减速器(5、6)。
  4. 根据权利要求1所述的轮内驱动系统，其特征在于，所述行星齿轮减速器(5、6)基本上位于所述驱动电机(3)的轴向一侧。
  5. 根据权利要求1所述的轮内驱动系统，其特征在于，所述轮内驱动系统还包括车轮轴承(11)，所述车轮轴承(11)在所述轮毂(2)的径向内侧支撑所述轮毂(2)，所述驱动电机(3)、所述行星齿轮减速器(5、6)和所述车轮轴承(11)同轴地配置。
  6. 根据权利要求1所述的轮内驱动系统，其特征在于，所述轮内驱动系统包括第一级行星齿轮减速器(5)和第二级行星齿轮减速器(6)，所述第一级行星齿轮减速器(5)的太阳轮轴(51)固定于所述转子支架(4)，所述第二级行星齿轮减速器(6)的行星齿轮架(63)固定于所述轮毂(2)，所述第二级行星齿轮减速器(6)的太阳轮轴(61)固定于所述第一级行星齿轮减速器(5)的行星齿轮架(63)。
  7. 根据权利要求6所述的轮内驱动系统，其特征在于，所述第一级行星齿轮减速器(5)的太阳轮轴(51)与所述转子支架(4)一体形成。
  8. 根据权利要求6所述的轮内驱动系统，其特征在于，所述第二级行星齿轮减速器(6)的太阳轮轴(61)与所述第一级行星齿轮减速器(5)的行星齿轮架(53)一体形成。
  9. 根据权利要求6所述的轮内驱动系统，其特征在于，所述第一级行星齿轮减速器(5)的行星齿轮(52)和所述第二级行星齿轮减速器(6)的行星齿轮(62)与同一齿圈(50)啮合。
  10. 一种机动车，其特征在于，所述机动车包括根据权利要求1至9中任一项所述的轮内驱动系统。
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