一種內置懸置集成式輪轂電機驅動電動輪的製作方法

2023-11-09 23:00:02 2

專利名稱：一種內置懸置集成式輪轂電機驅動電動輪的製作方法
技術領域：
本發明涉及電動汽車中的動力傳動系統，特別涉及一種內置懸置集成式輪轂電機驅動電動輪。
背景技術：
對環境汙染與能源消耗問題的日益關注，加速了電動汽車的發展。其中，輪轂電機驅動的電動汽車在車輛總布置結構、底盤主動控制以及操控方便性方面的明顯技術優勢使其受到工業界和學術界的普遍關注，許多著名的汽車企業及研究機構相繼推出輪轂電機驅動的概念車。
輪轂電機的驅動方式是根據純電動汽車本身的特點研製的分布式驅動形式，將兩個、四個或者多個電機直接安裝在車輪的內部，直接驅動車輪轉動。這種驅動結構可以去掉複雜的變速箱、離合器、機械差速機構、半軸等傳動系部件，提高了傳動的效率，簡化了底盤的機械結構，同時，也減少了整車質量且布置更合理，為實現底盤的智能化和電氣化提供了可能。目前，輪轂電機驅動的電動汽車研發尚處於起步階段，雖然國內外還尚無成熟的量產產品，但採用電動輪的電動汽車卻獲得了前所未有的重視和發展，像三菱汽車公司、通用汽車公司及日產汽車公司等都提出了電動輪方案。除了整車企業外，一些汽車零件供應商也對一體化的電動輪進行了研發，像米其林公司、普利司通輪胎公司，法國TM4公司，美國Solectria公司等都有自己的電動輪方案。與國外相比,我國的電動輪的研發相對落後，如同濟大學、比亞迪公司等都提出了電動輪的方案，成熟的輪轂電機產品主要集中在電動自行車上。由於車輪的內部空間有限，如何在有限的空間中將驅動元件、制動元件、減速機構等集成在一起，並進行合理的布置已成為各大汽車公司和科研單位攻關的熱點。當前國內外所研發一體化的電動輪中，減速方面，有減速機構和無減速機構兩種結構形式均存在；制動方面，大部分選擇使用鉗盤式制動器；而關於電動輪驅動系統的隔振方面，據目前檢索到的資料顯示，只有專利W002/083446A1考慮通過在電機定、轉子安裝彈性元件來隔離由輪輞和支撐元件傳遞到電機的振動激勵，其制動器仍採用鉗盤式，無減速機構，且其電機的外轉子外環面與輪輞連接。該系統在輪輞與電機轉子之間增加彈性元件，會增大電機磁隙的變化量，影響電機的力矩性能；並且其結構特點決定了電機的定子和轉子之間需要很大直徑的軸承支撐，增大了電動輪的重量；同時只能採用外轉子的結構形式，無法實現內轉子的結構方案；因此需要對傳統的車輪結構進行改造。

發明內容
為了克服現有技術的上述不足，本發明的目的在於提供一種集成度高、減振效果好、動力學特性好的內置懸置集成式輪轂電機驅動電動輪。本發明的技術目的通過以下技術方案實現
一種內置懸置集成式輪轂電機驅動電動輪,包括輪轂電機、制動器和車輪,還包括減振機構，所述減振機構包括第一彈性元件、第二彈性元件；輪轂電機通過第一彈性元件與車輛連接，通過第二彈性元件與車輪的支撐軸連接。所述輪轂電機包括外定子、由永磁體和轉子磁軛組成的內轉子、殼體、轉子支撐架，外定子固定於殼體上，永磁體通過膠貼在轉子磁軛的表面，轉子磁軛通過螺紋與轉子支撐架連接；殼體通過第一彈性元件與節臂連接，通過第二彈性元件與車輪的支撐軸連接。所述輪轂電機包括內定子、由永磁體和轉子磁軛組成的外轉子、殼體、定子支撐架；內定子支撐在定子支撐架上；殼體通過螺釘與外轉子固定連接，通過軸承支撐在定子支撐架上；定子支撐架通過第一彈性元件與節臂連接，通過第二彈性元件與車輪的支撐軸連接；殼體還通過第三彈性元件與車輪的輪轂連接。所述的內置懸置集成式輪轂電機驅動電動輪，還包括減速機構，所述減速機構包括太陽輪、行星輪、行星架、齒圈，所述太陽輪作為動力輸入端，與轉子支撐架相連接；行星 輪分別與太陽輪、行星架相連接；齒圈與殼體相連接並保持靜止；行星架作為動力輸出端，通過螺柱、第四彈性元件與車輪的輪轂相連接。所述制動器為多片式溼式制動器，包括摩擦片、壓盤、活塞、回位彈簧，所述摩擦片安裝在行星架上，並隨著行星架轉動；壓盤安裝在殼體上，活塞和回位彈簧裝在由殼體和齒圈形成的活塞腔內；所述殼體上設有與活塞腔相連通的進油道、回油道；所述活塞腔與回油道之間設有單向閥；所述進油道、出油道與外部液壓系統連接；制動時，單向閥關閉，進油道的壓力升高，推動活塞壓緊壓盤和摩擦片，實現制動；解除制動時，單向閥開啟，活塞腔內的油液迅速從腔內流入回油道，減小活塞腔內的壓力，在回位彈簧的作用下，活塞離開壓盤和摩擦片，制動解除。所述制動器為多片式電磁式制動器，包括摩擦片、壓盤、磁軛、銜鐵，摩擦片和銜鐵裝在行星架上，並隨行星架轉動；壓盤安裝在殼體上；磁軛內腔中繞有線圈，磁軛裝在由殼體和齒圈形成的環形腔內；制動時，線圈中通入電流，磁軛中的磁場吸引銜鐵向壓盤端靠近，並壓緊壓盤和摩擦片，實現制動；解除制動時，切斷線圈中的電流，磁軛中的磁場消失，銜鐵離開壓盤和摩擦片，制動解除。所述制動器為甜盤式制動器，包括制動盤、制動卡甜、制動油管；所述制動卡甜通過螺釘固定在殼體上；所述制動油管埋在殼體表面上，一端連接外界液壓系統，另一端與制動卡鉗中的活塞連接；所述制動盤與轉子支撐架花鍵連接，制動盤通過螺柱、第五彈性元件與車輪的輪轂彈性連接；制動時，外界液壓系統提供給制動油管制動油壓，推動制動卡鉗中的活塞運動，使制動卡甜壓緊制動盤，實現制動；解除制動，減少油道內的壓力，使制動卡鉗與制動盤分離，制動解除。所述制動器為內卡式鉗盤制動器，包括制動盤、制動卡鉗和制動油管，所述制動盤通過鉚釘固定在殼體的外壁，隨著殼體一起旋轉；制動卡鉗內卡於制動盤，並且通過螺栓固定於節臂表面的凸臺處；所述制動油管的一端連接外界液壓系統，另一端與與制動卡鉗內的活塞連接；制動時，外界液壓系統提供給制動油管內腔制動油壓，推動活塞，使制動卡鉗上的摩擦片壓緊制動盤，實現制動；解除制動時，減少制動油管內的壓力，使制動卡鉗與制動盤分離，制動解除。本發明的工作原理如下車輛運行過程中，路面激勵會通過輪胎、輪輞經減速機構作用到輪轂電機的轉子上，同時簧載質量對節臂的反作用力也會通過支撐軸作用到輪轂電機的定子上，這將對輪轂電機的結構產生一定影響，進而影響電機的驅動性能，甚至車輛的動力學特性，基於此，在輪轂電機與車輛懸架下底盤、支撐軸的連接處添加彈性元件，在減小非簧載質量的同時，通過彈性元件的內摩擦阻尼吸收傳遞過來的振動能量來對振動進行消減，減小其對電機結構的影響，達到改善系統動力學特性的 目的。與現有技術相比，本發明具有以下優點和有益效果(I)本發明通過減振機構的設置，將電動輪新增加的非簧載質量——輪轂電機、減速機構、制動器等轉化為與傳統意義上的簧載質量相併聯的質量系統，有效改善了車輛的動力學特性，提高了車輛的平順性和舒適性；有效避免了路面激勵對輪轂電機結構的影響，改善了系統的振動特性，提高了零件的使用壽命；(2)將制動系統活塞腔和電機殼體作為一體考慮，輪轂電機上開設與活塞腔相通的進油道和回油道，系統進行制動的同時對輪轂電機進行了有效冷卻；(3)採用行星減速機構，以太陽輪作為動力輸入，行星架作為動力輸出，可最大限度的實現減速增扭的功能。(4)選用多片式制動器，由於多片式制動器的尺寸和質量較小，這使得使整個系統的結構更加緊湊。


圖I為本發明第一個實施例的示意圖。圖2為本發明第二個實施例的示意圖。圖3為本發明第三個實施例的示意圖。圖4為本發明第四個實施例的示意圖。圖5為本發明第五個實施例的示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限於此。實施例I如圖I所示，本實施例內置懸置集成式輪轂電機驅動電動輪包括輪轂電機、制動器、減振機構、不等長雙橫臂式獨立懸架和車輪，所述車輪包括輪輞14、輪轂12、輪胎15等。所述減振機構包括彈性元件2-1、彈性元件2-2。所述輪轂電機包括外定子(包括鐵芯和繞組)1-3、由永磁體1-4和轉子磁軛1-5組成的內轉子、殼體1-1、轉子支撐架1-6，外定子固定於殼體1-6上,永磁體1-4通過膠貼在轉子磁軛1-5的表面,轉子磁軛1-5通過螺紋與轉子支撐架1-6連接。殼體1-1通過第一彈性元件2-1與節臂3連接，通過彈性元件2-2與車輪的支撐軸連接，保證了殼體及外定子部分的靜止。所述減速機構包括太陽輪13-1、行星輪13-2、行星架13_3、齒圈13_4，所述太陽輪13-1作為動力輸入端，與轉子支撐架1-6相連接；行星輪13-2分別與太陽輪13-1、行星架13-2相連接；齒圈13-4與殼體1-1相連接並保持靜止；行星架13-2作為動力輸出端，通過螺柱10、彈性元件2-3與車輪的輪轂12相連接。太陽輪輸入來自電機的動力，經過行星輪、齒圈、行星架將動力輸出給車輪，實現減速增扭的作用以及驅動車輛運行。所述制動器為多片式溼式制動器，包括摩擦片9-6、壓盤9-5、活塞9-3、回位彈簧9-4，所述摩擦片9-6安裝在行星架13-2上，並隨著行星架13-2轉動；壓盤9_5安裝在殼體1-1上，活塞9-3和回位彈簧9-4裝在由殼體1-1和齒圈13-4形成的活塞腔內；所述殼體1-1上設有與活塞腔相連通的進油道1-2、回油道1-7 ;所述活塞腔與回油道1-7之間設有單向閥9-1 ;所述進油道1-2、出油道1-2與外部液壓系統連接；制動時，單向閥關閉，進油道的壓力升高，推動活塞壓緊壓盤和摩擦片，實現制動；解除制動時，單向閥開啟，活塞腔內的油液迅速從腔內流入回油道，減小活塞腔內的壓力，在回位彈簧的作用下，活塞離開壓盤 和摩擦片，制動解除。由於進油道和回油道中的液體不斷的流進、流出，帶走了大量的熱量，起到了冷卻的作用；因為這些液體還流過了行星機構以及部分軸承，所以，也使得零件得以很好的潤滑，提高它們的使用壽命，真正實現了制動、冷卻和潤滑的三用功能。所述不等長雙橫臂式獨立懸架包括上橫臂18、下橫臂21、節臂3和減震器19，所述節臂3通過第一彈性元件2-1與輪轂電機連接；與所述上橫臂18的一端通過上球銷17與節臂3的上部聯接，另一端通過鉸鏈與車架連接；所述下橫臂21的一端通過下球銷20與節臂3下部聯接，另一端通過鉸鏈與車架連接；減震器19的上部設有減震螺旋彈簧16，減震器19的上端與與車身聯接，下端通過螺栓與下橫臂21聯接。在車輛的運行過程中，必然會遇到各種工況，同樣也會受到各種衝擊載荷當電動輪受到輕微的衝擊載荷時，輪胎和和彈性元件2-3將是主要的減振元件，通過各自的變形吸收輕微的衝擊載荷，防止對輪轂電機及減速機構產生影響；當電動輪受到中等衝擊載荷時，懸掛系統的節臂和車輪不會發生劇烈的相對運動，主要依靠彈性元件2-1 2-3的徑向變形來緩衝衝擊載荷帶來的影響，保證輪轂電機和減速機構正常運行；當電動輪受到較大的衝擊載荷時，懸掛系統的節臂和車輪會發生較大位移及劇烈的相對運動，此時除了彈性元件2-1 2-3的徑向變形外，還會有各彈性元件與相應結構的摩擦以及彈性元件2-1與彈性元件2-2的軸向變形，來吸收衝擊載荷，緩和較大衝擊引起的劇烈的相對運動，保證輪轂電機和減速機構的平穩運行，減少電動輪因衝擊載荷產生的噪聲和震動。本實施例採用不等長雙橫臂式獨立懸架可以將上橫臂布置的高一些，使得車輪傳遞給上橫臂的力將會小些，可以改善汽車的操縱穩定性和乘坐的舒適性；當然，此懸掛系統的結構簡單，對於轉向系統的布置會相對比較容易，所以，可用於車輛的前輪。實施例2本實施例除制動器為電磁式制動盤，其餘特徵均與實施例I同。如圖2所示，所述制動器為多片式電磁式制動器，包括摩擦片9-16、壓盤9-15、磁軛9-11、銜鐵9-17，摩擦片9-16和銜鐵9_17裝在行星架上13_3，並隨行星架13_2轉動；壓盤安裝在殼體1-1上；磁軛9-11內腔中繞有線圈9-12，磁軛9-11裝在由殼體1_1和齒圈13-4形成的環形腔內；電磁製動器的引出線9-14埋於電機外殼1-1的表面。制動時，線圈中通入電流，磁軛中的磁場吸引銜鐵向壓盤端靠近，並壓緊壓盤和摩擦片，實現制動；解除制動時，切斷線圈中的電流，磁軛中的磁場消失，銜鐵離開壓盤和摩擦片，制動解除。本實施例殼體上設有進油道1-12、回油道1-17，油液從進油道流入，流經電機外殼、電磁製動器的磁軛和齒圈形成的腔，以及行星減速機構形成的腔，最後從回油道離開電機，將電機的大量熱量帶走，實現了對電機冷卻的同時，也對行星減速機構和部分軸承進行了潤滑。實施例3本實施例除將不等長雙橫臂式獨立懸架替換為多連杆結構外，其餘特徵均與實施例I同。如圖3所示，所述多連杆結構，包括縱擺臂、橫擺臂31、橫拉杆38、節臂33和減震器，所述縱擺臂、橫擺臂31與節臂33 —體形成；所述縱擺臂、橫擺臂31分別通過銷間接與 車架連接；橫拉杆38的一端通過球頭銷37與節臂連接，另一端通過螺栓間接與車架的後橫梁連接；減震器39的上部設有減震螺旋彈簧36，減震器39的上端與車身聯接，下端通過螺栓30與節臂33聯接，將路面作用於電動輪上得力及力矩傳遞到車身或者車架上，減緩衝擊，保證汽車正常行駛。本實施例的懸掛方式結構簡單，佔用空間少，使左右兩輪的空間較大，而且不會讓車輪在運動中發生外傾角變化，而且這種結構的使用的減震器不會發生應力彎曲加劇輪胎磨損，乘坐性佳，當其剎車時除了車頭較重會往下沉外，也會往下沉平衡車身，可用於汽車後輪。實施例4本實施例除採用鉗盤式制動器以及省去了行星減速機構，其餘特徵均與實施例I同。如圖4所不，所述甜盤式制動器，包括制動盤9_41、制動卡甜9_42、制動油管9_43 ；所述制動卡鉗9-42通過螺釘固定在殼體1-1上；所述制動油管9-43埋在殼體表面上，一端連接外界液壓系統，另一端與制動卡鉗9-42中的活塞連接；所述制動盤與轉子支撐架1-6花鍵連接，制動盤通過螺柱40、彈性元件2-4與車輪的輪轂12彈性連接；制動時，外界液壓系統提供給制動油管制動油壓，推動制動卡鉗中的活塞運動，使制動卡鉗壓緊制動盤，實現制動；解除制動，減少油道內的壓力，使制動卡甜與制動盤分尚。本實施例殼體上設有進油道1-12、回油道1-17，油液從進油道進入，接著直接從回油道流出，帶走電機產生的大量熱量。實施例5本實施例除輪轂電機的採用內定子外轉子的結構、採用內卡式鉗盤制動器及省去星減速機構外，其餘特徵均與實施例I同。如圖5所示，所述輪轂電機包括內定子5-3、由永磁體5-4和轉子磁軛5_5組成的外轉子、殼體、定子支撐架5-6 ;內定子支撐在定子支撐架5-6上；殼體通過螺釘與外轉子固定連接，通過軸承6支撐在定子支撐架5-6上；定子支撐架5-6通過彈性元件2-5與節臂3連接，通過彈性元件2-6與車輪的支撐軸4連接；並通過定子支撐架5-6上的五個爪和卡環6-3分別將定子支撐架5-6周向定位和軸向定位,從而保證了定子支撐架與定子鐵芯與繞組不發生旋轉運動。殼體還通過螺栓50、彈性元件2-7與車輪的輪轂12連接。定子支撐架內設有冷卻管道5-2，冷卻液從節臂上部分進入定子支撐架，分為兩股流過轉子支撐架，然後從埋於定子支撐架表面的冷卻管道回流至轉子支撐架中的冷卻管道，最後從節臂的下部分流出。所述內卡式鉗盤制動器，包括制動盤9-51、制動卡鉗9-52和制動油管，所述制動盤9-51通過鉚釘固定在殼體1-1的外壁，隨著殼體一起旋轉；制動卡鉗9-52內卡於制動盤9-51，並且通過螺栓固定於節臂3表面的凸臺處，其安裝方式可以採用定鉗盤式制動器，也可以採用滑動鉗盤式制動器，還可以是擺動鉗盤式制動器；所述制動油管的一端連接外界液壓系統，另一端與與制動卡鉗內的活塞連接。當輪轂電機工作時，轉子通過螺栓50帶動車輪及制動盤9-51轉動，實現車輛驅動。需要制動時，外界液壓系統根據車輛行駛的狀態信號，提供給制動油管內腔相應的壓力，推動制動卡鉗內的活塞，使制動卡鉗上的摩擦片壓緊制動盤，實現制動。解除制動時，減少制動油管內的壓力，使制動卡鉗與制動盤分離。此種結構的電動輪結構簡單，使得車輪內部空間布置容易，加工和安裝方便；同時，此結構的動力傳遞線路短，傳遞效率高，響應迅速，更容易實現實時控制。
上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.ー種內置懸置集成式輪轂電機驅動電動輪，包括輪轂電機、制動器和車輪，其特徵在於，還包括減振機構，所述減振機構包括第一弾性元件、第二弾性元件；輪轂電機通過第一弾性元件與車輛連接，通過第二弾性元件與車輪的支撐軸連接。
2.根據權利要求I所述的內置懸置集成式輪轂電機驅動電動輪，其特徵在於，所述輪轂電機包括外定子、由永磁體和轉子磁軛組成的內轉子、殼體、轉子支撐架，外定子固定於殼體上，永磁體通過膠貼在轉子磁軛的表面，轉子磁軛通過螺紋與轉子支撐架連接；殼體通過第一弾性元件與節臂連接，通過第二弾性元件與車輪的支撐軸連接。
3.根據權利要求I所述的內置懸置集成式輪轂電機驅動電動輪，其特徵在於，所述輪轂電機包括內定子、由永磁體和轉子磁軛組成的外轉子、殼體、定子支撐架；內定子支撐在定子支撐架上；殼體通過螺釘與外轉子固定連接，通過軸承支撐在定子支撐架上；定子支撐架通過第一弾性元件與節臂連接，通過第二弾性元件與車輪的支撐軸連接；殼體還通過第三弾性元件與車輪的輪轂連接。
4.根據權利要求2所述的內置懸置集成式輪轂電機驅動電動輪，其特徵在於，還包括減速機構，所述減速機構包括太陽輪、行星輪、行星架、齒圈，所述太陽輪作為動カ輸入端，與轉子支撐架相連接；行星輪分別與太陽輪、行星架相連接；齒圈與殼體相連接並保持靜止；行星架作為動カ輸出端，通過螺柱、第四弾性元件與車輪的輪轂相連接。
5.根據權利要求4所述的內置懸置集成式輪轂電機驅動電動輪，其特徵在於，所述制動器為多片式溼式制動器，包括摩擦片、壓盤、活塞、回位彈簧，所述摩擦片安裝在行星架上，井隨著行星架轉動；壓盤安裝在殼體上，活塞和回位彈簧裝在由殼體和齒圈形成的活塞腔內；所述殼體上設有與活塞腔相連通的進油道、回油道；所述活塞腔與回油道之間設有單向閥；所述進油道、出油道與外部液壓系統連接； 制動時，單向閥關閉，進油道的壓カ升高，推動活塞壓緊壓盤和摩擦片，實現制動； 解除制動時，單向閥開啟，活塞腔內的油液迅速從腔內流入回油道，減小活塞腔內的壓力，在回位彈簧的作用下，活塞離開壓盤和摩擦片，制動解除。
6.根據權利要求4所述的內置懸置集成式輪轂電機驅動電動輪，其特徵在幹，所述制動器為多片式電磁式制動器，包括摩擦片、壓盤、磁軛、銜鐵，摩擦片和銜鐵裝在行星架上，並隨行星架轉動；壓盤安裝在殼體上；磁軛內腔中繞有線圈，磁軛裝在由殼體和齒圈形成的環形腔內； 制動時，線圈中通入電流，磁軛中的磁場吸引銜鐵向壓盤端靠近，並壓緊壓盤和摩擦片，實現制動； 解除制動時，切斷線圈中的電流，磁軛中的磁場消失，銜鐵離開壓盤和摩擦片，制動解除。
7.根據權利要求2所述的內置懸置集成式輪轂電機驅動電動輪，其特徵在於，所述制動器為甜盤式制動器，包括制動盤、制動卡甜、制動油管；所述制動卡甜通過螺釘固定在殼體上；所述制動油管埋在殼體表面上，一端連接外界液壓系統，另一端與制動卡鉗中的活塞連接；所述制動盤與轉子支撐架花鍵連接，制動盤通過螺柱、第五弾性元件與車輪的輪轂彈性連接； 制動時，外界液壓系統提供給制動油管制動油壓，推動制動卡鉗中的活塞運動，使制動卡鉗壓緊制動盤，實現制動；解除制動，減少制動油管內的壓力，使制動卡甜與制動盤分尚，制動解除。
8.根據權利要求3所述的內置懸置集成式輪轂電機驅動電動輪，其特徵在於，所述制動器為內卡式甜盤制動器，包括制動盤、制動卡甜和制動油管，所述制動盤通過柳釘固定在殼體的外壁，隨著殼體一起旋轉；制動卡鉗內卡於制動盤，並且通過螺栓固定於節臂表面的凸臺處；所述制動油管的一端連接外界液壓系統，另一端與與制動卡鉗內的活塞連接；制動時，外界液壓系統提供給制動油管制動油壓，推動活塞，使制動卡鉗上的摩擦片壓緊制動盤，實現制動； 解除制動時，減少制動油管內的壓カ，使制動卡甜與制動盤分尚，制動解除。
全文摘要
本發明公開了一種內置懸置集成式輪轂電機驅動電動輪，包括輪轂電機、制動器、車輪、減振機構和減速機構，所述減速機構包括太陽輪、行星輪、行星架、齒圈，所述減振機構包括第一彈性元件、第二彈性元件；輪轂電機通過第一彈性元件與車輛連接，通過第二彈性元件與車輪的支撐軸連接；所述減速機構包括太陽輪、行星輪、行星架、齒圈。與現有技術相比，本發明具有結構緊湊、質量輕、功率密度大，易於在車輪上布置的優點，且車輛動力性和安全性有顯著的提高，同時有效改善了電動輪驅動系統的動力學特性，提高了車輪接地性能及零部件的使用壽命。
文檔編號H02K21/24GK102673380SQ20121001841
公開日2012年9月19日 申請日期2012年1月18日 優先權日2012年1月18日
發明者羅玉濤 申請人:華南理工大學