帶兩檔減速器的輪轂電機驅動裝置以及電動汽車的製作方法

2023-05-26 00:52:51 2

本發明涉及電動汽車的驅動技術領域，特別是涉及一種帶兩檔減速器的輪轂電機驅動裝置以及電動汽車。

背景技術：

近年來電動汽車的發展取得了長足的進步，作為電動汽車核心部件的輪轂電機驅動裝置的應用也越來越多。目前常用的電動汽車輪轂電機驅動裝置中，有的為橫截面非周向對稱結構，從而影響了汽車車輪轉動時的平穩性；有的為橫截面非左右對稱結構，從而影響了汽車轉向操控時的靈活性；有的結構過於複雜，從而影響了汽車輪轂輪胎拆卸維護時的方便性和經濟性；有的為直接電機驅動或僅有一級變速機構，從而既影響了電動汽車的動力性又影響了電動汽車的經濟性。

中國專利201610100566.0公開一種新能源汽車輪轂電機動力總成驅動系統，包括軸向和盤式電動機一體機，由定子和轉子構成，內置定子外置轉子，輪胎直接安裝在外置轉子上；還包括剎車卡鉗、減震及連接支架、浮動剎車碟盤，剎車卡鉗安裝在定子的軸向內表面靠近車內的邊緣的位置，卡鉗開口向外與浮動剎車碟盤匹配；浮動剎車碟盤用多個螺栓固定在外轉子軸向向車內的端面上；減震及連接支架分為上下兩部分，安裝在定子的軸向內壁上；輪轂電機中心軸採用推力滾子軸承緊固，由軸向和盤式電動機一體機驅動。新能源汽車輪轂電機動力總成將輪轂、外轉子輪轂電動機、剎車卡鉗及剎車片、減震及連杆支架集成為一個系統，採用電機直接驅動輪轂的驅動模式，而且使用了特殊的外轉子輪轂，影響了電動汽車的動力性和經濟性。

因此，需要一種驅動性能和經濟性能好、轉動平穩及操控靈活且易安裝使用的電動汽車輪轂電機驅動裝置。

技術實現要素：

鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種帶兩檔減速器的輪轂電機驅動裝置以及電動汽車，用於解決現有技術中輪轂電機驅動裝置難於直接安裝在現有的汽車輪轂上的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種帶兩檔減速器的輪轂電機驅動裝置，其包括電機、與輪轂軸軸向固定相連的輸出軸，左行星輪系、右行星輪系、左離合器、右離合器以及控制電機和左、右離合器動作的控制器，電機兩側均具有端蓋，兩側端蓋與電機的兩側面間分別固定設置左行星輪系和右行星輪系；電機包括具有軸孔的電機軸，左離合器和右離合器分別設在電機軸的左、右兩端，輸出軸穿設在所述電機軸內與電機軸轉動相連；左行星輪系和右行星輪系，均包括太陽輪、至少三個轉動定位的行星輪以及固定在端蓋和電機間的內齒圈，所有行星輪圍繞太陽輪周向均勻分布且均與太陽輪嚙合，所有行星輪均位於內齒圈內且與內齒圈相嚙合，且所有行星輪的行星輪軸均通過行星輪架與所述輸出軸固定相連；兩個太陽輪分別與電機軸的左、右兩端轉動相連，左離合器在控制器的控制下控制左行星輪系中的太陽輪與電機軸之間處於結合或斷開狀態，右離合器在控制器的控制下控制右行星輪系中的太陽輪與電機軸之間處於結合或斷開狀態。

優選的，所述電機還包括電機轉子、電機定子以及電機殼，電機轉子和電機定子均置於由電機殼圍成的空腔內，所述電機軸與電機轉子固定相連，電機軸的左右兩端分別穿過電機殼且與電機殼轉動相連，所述控制器固定在電機殼上。

優選的，所述電機轉子為中空輻板結構。

優選的，位於左側的所述端蓋上固定設有減震器接頭、轉向機接頭和擺臂接頭。

優選的，所述輪轂軸上具有與輪轂相連的連接法蘭。

優選的，所述左行星輪系和所述右行星輪系分別置於由所述端蓋、所述內齒圈以及所述電機的側面圍成的密封腔內，密封腔內具有潤滑油。

本發明還提供一種帶兩檔減速器的輪轂電機驅動裝置，其包括電機、與輪轂軸軸向固定相連的輸出軸，左行星輪系、右行星輪系、離合器以及控制電機和離合器動作的控制器；電機兩側均具有端蓋，兩側端蓋與電機的兩側面間分別固定設置左行星輪系和右行星輪系；電機包括具有軸孔的電機軸，輸出軸穿設在所述電機軸內與電機軸轉動相連；左行星輪系和右行星輪系，均包括：太陽輪、至少三個轉動定位的行星輪以及固定在端蓋和電機間的內齒圈，所有行星輪圍繞太陽輪周向均勻分布且均與太陽輪嚙合，所有行星輪均位於內齒圈內且與內齒圈相嚙合，且太陽輪與電機軸固定相連，所有行星輪的行星輪軸通過行星輪架與所述輸出軸轉動相連，行星輪架一側的輸出軸上設有所述離合器，離合器在控制器的控制下控制行星輪架與輸出軸處於結合或斷開狀態。

本發明還提供一種電動汽車，所述電動汽車採用如上所述帶兩檔減速器的輪轂電機驅動裝置，電動汽車的輪轂與所述輪轂軸固定相連。

優選的，所述電動汽車還包括剎車機構，剎車機構包括相互配合使用的剎車鉗和剎車盤，剎車鉗固定在所述帶兩檔減速器的輪轂電機驅動裝置上，剎車盤固定在所述輪轂軸上。

如上所述，本發明的帶兩檔減速器的輪轂電機驅動裝置以及電動汽車，具有以下有益效果：輸出軸穿設在中空的電機軸內且一端與輪轂軸軸向固定連接，輪轂與輪轂軸直接固定連接，因而非常易於將帶兩檔減速器的輪轂電機驅動裝置直接安裝在輪胎輪轂上，也就是說不需要做任何重新設計工作就可以直接把現有的輪胎輪轂用於電動汽車的底盤動力驅動系統，從而保證電動汽車輪轂輪胎的繼承性和經濟性；本發明的帶兩檔減速器的輪轂電機驅動裝置利用模塊化設計原理，其包括幾大模塊：輸出軸以及輪轂軸、電機、左行星輪系、右行星輪系、電機兩側的端蓋、左離合器、右離合器以及控制器，如此簡潔緊湊的模塊化、一體化、準對稱結構，使得本發明的輪轂電機驅動裝置不但易於安裝和維護、而且製造和使用成本低。

附圖說明

圖1顯示為本發明帶兩檔減速器的輪轂電機驅動裝置的橫截面示意圖。

元件標號說明

1 輪胎

2 輪轂

3 左行星輪系

31 左內齒圈

32 左行星輪

33 左行星輪軸

34 左太陽輪

35 左行星輪架

4 右行星輪系

41 右內齒圈

42 右行星輪

43 右行星輪軸

44 右太陽輪

45 右行星輪架

51 左離合器

52 右離合器

6 電機

61 電機軸

62 右蓋板

63 左蓋板

64 電機轉子

65 電機定子

66 殼體

7 剎車鉗

8 剎車盤

9 減震器接頭

10 控制器

11 轉向機接頭

12 擺臂接頭

13 左端蓋

14 右端蓋

15 輸出軸

16 輪轂軸

具體實施方式

以下由特定的具體實施例說明本發明的實施方式，熟悉此技術的人士可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點及功效。

請參閱圖1。須知，本說明書所附圖中所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，並非用以限定本發明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關係的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容所能涵蓋的範圍內。同時，本說明書中所引用的如「上」、「下」、「左」、「右」、「中間」及「一」等的用語，亦僅為便於敘述的明了，而非用以限定本發明可實施的範圍，其相對關係的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施的範疇。

如圖1所示，本發明帶兩檔減速器的輪轂電機驅動裝置的一實施例，其包括電機6、與輪轂軸16軸向固定相連的輸出軸15，左行星輪系3、右行星輪系4、左離合器51、右離合器52以及控制電機6、左離合器51和右離合器52動作的控制器10，電機6的兩側均具有端蓋，即圖1中的左端蓋13和右端蓋14，兩側端蓋與電機的兩側面間分別固定設置左行星輪系3和右行星輪系4；電機6包括具有軸孔的電機軸61，電機軸61的左端設有左離合器51，電機軸61的右端設有右離合器52，輸出軸15穿設在電機軸61內與電機軸61轉動相連；左行星輪系3和右行星輪系4，均包括太陽輪(即圖1中的左太陽輪34和右太陽輪44)、至少三個轉動定位的行星輪(即圖1中的左行星輪32以及右行星輪42)以及固定在端蓋和電機間的內齒圈(即圖1中固定在左端蓋13和電機左側面的左內齒圈31，固定在右端蓋14和電機右側面間的右內齒圈41)，所有行星輪圍繞太陽輪周向均勻分布且均與太陽輪嚙合，所有行星輪均位於內齒圈內且與內齒圈相嚙合，且所有行星輪的行星輪軸均通過行星輪架與所述輸出軸15固定相連；兩個太陽輪(即圖1中的左太陽輪34和右太陽輪44)分別與電機軸61的左、右兩端轉動相連，左離合器51在控制器10的控制下控制左行星輪系中的太陽輪(即圖1中的左太陽輪34)與電機軸61之間處於結合或斷開狀態，右離合器52在控制器10的控制下控制右行星輪系中的太陽輪(即圖1中的右太陽輪44)與電機軸61之間處於結合或斷開狀態。

本發明的輸出軸15穿設在中空的電機軸61內且一端與輪轂軸16軸向固定連接，以此可整體通過輪轂軸16與汽車的輪轂2直接固定相連，因而非常易於將帶兩檔減速器的輪轂電機驅動裝置直接安裝在輪胎輪轂上，也就是說不需要做任何重新設計工作就可以直接把現有的輪胎輪轂用於電動汽車的底盤動力驅動系統，從而保證電動汽車輪轂輪胎的繼承性和經濟性；另外，本發明採用模塊化設計，其包括幾大模塊：輸出軸15以及輪轂軸16、電機6、左行星輪系3、右行星輪系4、電機兩側的端蓋、左離合器51、右離合器52以及控制器10，將各模塊以準對稱形式布置，使輪轂電機驅動裝置的橫截面既具有360°周向對稱的結構特點又具有近似左右對稱的結構特點，周向對稱是指各模塊以輸出軸15為中心繞輸出軸周向均勻分布，左右對稱是指左行星輪系和右行星輪系關於電機左右對稱；準對稱的結構分布極大地提升了電動汽車車輪轉動時的平穩性以及汽車轉向操控時的靈活性；如此簡潔緊湊的模塊化、一體化、準對稱結構，使得本發明的帶兩檔減速器的輪轂電機驅動裝置不但易於安裝和維護、而且製造和使用成本低。

上述電機6具體還包括電機轉子64、電機定子65和電機殼，本實施例中的電機殼由電機自身的殼體66以及左蓋板63以及右蓋板62構成，電機轉子64和電機定子65均置於由左蓋板63、右蓋板62和殼體66(即電機殼)圍成的空腔內，所述電機軸61與電機轉子64固定相連，電機軸61的左右兩端分別穿過左蓋板63和右蓋板62，且通過軸承與左蓋板、右蓋板轉動相連，控制器10固定電機殼上(見圖1中將控制器10固定在左蓋板63上)。電機轉子64可以設計成中空輻板結構，既可以減輕重量，又可以騰出空間以便布置控制器10。電機6位於整個帶兩檔減速器的輪轂電機驅動裝置的中心，電機殼負責構建與保持整個帶兩檔減速器的輪轂電機驅動裝置各個模塊單元的空間關係。

上述控制器10是協調指揮本發明的輪轂電機驅動裝置正常工作的電子軟體及電子電器硬體的集成體。控制器10可以根據需要向電機發出啟動、加速、勻速、減速、停止、反轉、發電等指令；控制器10也可以根據需要分別向左離合器51、右離合器52發出結合、斷開等指令(不能向左離合器和右離合器同時發出結合指令)；控制器10同時也負責與外界其它控制器之間的信息交流工作。

左行星輪系3位於電機左邊，見圖1所示，左行星輪系3主要由左太陽輪34、至少三個左行星輪32、左內齒圈31、左行星輪軸33、左離合器51和左行星輪架35構成。電機軸61穿過左太陽輪34的中心，左太陽輪34與電機軸61通過軸承轉動連接。所有左行星輪32圍繞左太陽輪34的周向均勻分布，所有左行星輪32通過軸承與各自對應的左行星輪軸33轉動相連。各個左行星輪軸33與左行星輪架35固定相連，左行星輪架35與輸出軸15同軸且與輸出軸15的左端固定相連。左內齒圈31的一側與左端蓋13固定，另一側與電機殼的左蓋板63固定。左太陽輪34的輪齒與左行星輪32的輪齒嚙合，左行星輪32的輪齒與左內齒圈31的輪齒嚙合。當電機6通電而且左離合器51處於結合狀態而右離合器52處於斷開狀態時，電機轉子64帶動電機軸61轉動，電機軸61就可以帶動左太陽輪34轉動，由於左內齒圈31是被固定不動的，因而左太陽輪34轉動時就可以帶動左行星輪32圍繞左行星輪軸33自轉的同時帶動左行星輪軸33公轉，左行星輪軸33進而帶動左行星輪架35轉動，左行星輪架35帶動輸出軸15轉動，由於輸出軸15通過輪轂軸16與輪轂2固定相連，最終實現驅動輪轂輪胎轉動的目的。

更進一步地，本實施例中左端蓋13、左內齒圈31與電機左側面圍成放置左行星輪系的密封腔，該密封腔內可填充有潤滑左行星輪系的潤滑油，以便增強齒輪間的潤滑性、降低齒輪的運動噪音、延長齒輪的使用壽命，同時也具有冷卻作用。

右行星輪系4位於電機右邊，見圖1所示，右行星輪系4主要由右太陽輪44、至少三個右行星輪42、右內齒圈41、右行星輪軸43、右離合器52和右行星輪架45構成。電機軸61穿過右太陽輪44的中心，右太陽輪44與電機軸61通過軸承轉動連接。所有右行星輪42圍繞右太陽輪44的周向均勻分布，所有右行星輪42通過軸承與各自對應的右行星輪軸43轉動相連。各個右行星輪軸43與右行星輪架45固定相連，右行星輪架45與輸出軸15同軸且與輸出軸15的右端固定相連。右內齒圈41的一側與右端蓋14固定，另一側與電機殼的右蓋板62固定。右太陽輪44的輪齒與右行星輪42的輪齒嚙合，右行星輪42的輪齒與右內齒圈41的輪齒嚙合。當電機6通電而且右離合器52處於結合狀態而左離合器51處於斷開狀態時，電機轉子64帶動電機軸61轉動，電機軸61就可以帶動右太陽輪44轉動。由於右內齒圈41是被固定不動的，因而右太陽輪44轉動時就可以帶動右行星輪42圍繞右行星輪軸43自轉的同時帶動右行星輪軸43公轉，右行星輪軸43進而帶動右行星輪架45轉動，右行星輪架45帶動輸出軸15轉動，輸出軸15通過輪轂軸16與輪轂2固定，最終實現驅動輪轂輪胎轉動的目的。

更進一步地，本實施例中右端蓋14、右內齒圈41與電機右側面圍成放置右行星輪系的密封腔，該密封腔內可填充有潤滑右行星輪系的潤滑油，以便增強齒輪間的潤滑性、降低齒輪的運動噪音、延長齒輪的使用壽命，同時也具有冷卻作用。

本實施例中更進一步地，上述左行星輪系3的變速比與右行星輪系4的變速比不同，其中變速比大者為一檔變速比，變速比小者為二檔變速比，即左行星輪系3和右行星輪系4共同構成了本發明所述的帶二檔減速器的輪轂電機驅動裝置中的二檔減速器；根據電動汽車的行駛工況，控制器10分別指令左離合器51或右離合器52處於結合或斷開狀態，使左行星輪系3或右行星輪系4進入變速和動力傳遞環節，就可以使上述電機6工作在高效率的轉速區間，以便既提高電動汽車的動力性又改善電動汽車的經濟性。

在整個帶兩檔減速器的輪轂電機驅動裝置的左側面，即上述左端蓋13的外表面上固定設有減震器接頭9、轉向機接頭11和擺臂接頭12。

為更好地將本發明的帶兩檔減速器的輪轂電機驅動裝置與汽車的輪轂進行固定，上述輪轂軸16上具有與輪轂2相連的連接法蘭，連接法蘭上具有螺栓孔，可通過螺栓將輪轂與連接法蘭固定。

作為本發明的帶兩檔減速器的輪轂電機驅動裝置的另一實施例，未予圖示，與上述實施例相近，其也包括電機、與輪轂軸軸向固定相連的輸出軸，左行星輪系、右行星輪系、左離合器、右離合器以及控制電機和左、右離合器動作的控制器，左行星輪系、右行星輪系置於電機的左右兩側，且在左行星輪系的左側面和右行星輪系的右側面均設有端蓋；不同之處在於，左行星輪系和右行星輪系中：太陽輪與電機軸固定相連，所有行星輪的行星輪軸通過行星輪架與所述輸出軸轉動相連，在行星輪架的側面具有設置在輸出軸上的離合器，離合器在控制器的控制下控制行星輪架與輸出軸處於結合或斷開狀態。具體地，即左太陽輪和右太陽輪分別與電機軸的左、右兩端固定相連，左行星輪架和右行星輪架分別與輸出軸的左、右兩端轉動相連，左離合器置於左行星輪架的側面且在控制器的控制下使左行星輪架與輸出軸結合或斷開，右離合器置於右行星輪架的側面且在控制器的控制下使右行星輪架與輸出軸結合或斷開。

綜上所述，上述左離合器既可以設置在左太陽輪的側面也可以設置在左行星輪架的側面；右離合器既可以設置在右太陽輪的側面也可以設置在右行星輪架的側面。如果離合器設置在太陽輪的側面，則太陽輪與電機軸同軸且通過軸承轉動連接，行星輪架與輸出軸同軸且固定連接，離合器在控制器的作用下控制太陽輪與電機軸之間處於結合或斷開狀態，此時離合器位於動力輸入端，所需要的離合器的規格和容量較小；如果離合器設置在行星輪架的側面，則太陽輪與電機軸同軸且固定連接，行星輪架與輸出軸同軸且通過軸承轉動連接，離合器在控制器的作用下控制行星輪架與輸出軸之間處於結合或斷開狀態，此時離合器位於動力輸出端，所需要的離合器的規格和容量較大。

本發明還提供一種電動汽車，即將上述帶兩檔減速器的輪轂電機驅動裝置裝設在汽車輪轂上，見圖1所示，電動汽車包括輪胎1和輪轂2，輪轂軸16通過連接法蘭與輪轂2固定相連。本實施例的電動汽車還包括剎車機構，剎車機構包括相互配合使用的剎車盤8和剎車鉗7，剎車盤8固定在輪轂軸16的法蘭上，剎車鉗7固定在右端蓋14的外面上。如此以來，剎車鉗7固定在上述帶兩檔減速器的輪轂電機驅動裝置上，剎車盤8固定在輪轂2或者輪轂軸的連接法蘭上，當剎車鉗7接到剎車指令後即可以對剎車盤8施加制動力，進而使輪轂輪胎制動減速或制動停車。

綜上所述，本發明的帶兩檔減速器的輪轂電機驅動裝置以及電動汽車，本發明的輸出軸穿設在中空的電機軸內且一端與輪轂軸軸向固定連接，輪轂與輪轂軸直接固定連接，因而非常易於將帶兩檔減速器的輪轂電機驅動裝置直接安裝在輪胎輪轂上，也就是說不需要做任何重新設計工作就可以直接把現有的輪胎輪轂用於電動汽車的底盤動力驅動系統，從而保證電動汽車輪轂輪胎的繼承性和經濟性；本發明的帶兩檔減速器的輪轂電機驅動裝置利用模塊化設計原理，其包括幾大模塊：輸出軸以及輪轂軸、電機、左行星輪系、右行星輪系、電機兩側的端蓋、左離合器、右離合器以及控制器，如此簡潔緊湊的模塊化、一體化、準對稱結構，使得本發明的輪轂電機驅動裝置不但易於安裝和維護、而且製造和使用成本低。所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。

上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。