CN104986030A - 电动车轮边驱动系统及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电动车轮边驱动系统及其驱动方法，所述电动车轮边驱动系统包括设于车轮轮毂内的减速驱动系统及与车轮轮毂固联的直接驱动车轮的直接驱动系统；电动车轮边驱动方法，利用上述的电动车轮边驱动系统来实现电动车轮边驱动方法；本发明可以保证各系统电动机在额定功率附近工作，能够保证电动机输出效率；不仅能够满足正常动力性需求，降低整车质量，且设计传动比大，机械传递效率高，结构紧凑，利于空间布置，满足电动车轻量化要求。

Description

电动车轮边驱动系统及其驱动方法

技术领域

本发明涉及电动汽车的设计与制造领域，具体的说，涉及电动车轮边驱动系统及其驱动方法。

背景技术

轮毂式电动汽车是新兴的一种电动汽车驱动形式。它直接将电动机安装在车轮轮毂中，省略了传统的离合器、变速器、主减速器及差速器等部件，大大简化了整车结构，提高了传动效率，并且能通过控制技术实现对电动轮的电子差速控制。因而电动轮成为未来电动汽车的发展方向。

电动轮式电驱动系统有直接驱动电动轮和轮边减速器电动轮两种基本形式。直接驱动式电动汽车的电动轮与车轮组成一个完整部件总成，采用电子差速方式，电动机布置在车轮内部，直接驱动车轮带动汽车行驶。

轮边减速器电动轮驱动系统能适应现代高性能电动汽车的运行要求。属于减速驱动类型，这种电动轮允许电动机在高速下运行。

现有电动车轮边驱动系统驱动形式单一，驱动系统结构复杂，整车质量较高，也很难满足正常动力性需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供不仅能够满足正常动力性需求，且能降低整车质量，设计传动比大，机械传递效率高，结构紧凑的电动车轮边驱动系统及其驱动方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

电动车轮边驱动系统，包括设于车轮轮毂内的减速驱动系统及与车轮轮毂固联的直接驱动车轮的直接驱动系统。

所述减速驱动系统包括减速驱动电机和减速器，所述减速器通过减速传动系统和所述减速驱动电机的电机轴连接，所述减速器的输出轴和所述轮毂外壳连接。

所述直接驱动系统为直接驱动电机，所述直接驱动电机包括设于所述车轮轮毂内的转子铁芯和所述减速器的减速器壳体构成的定子铁芯，所述定子铁芯设于所述转子铁芯内。

所述减速器壳体上设有和减速驱动电机的电机法兰连接的减速器壳体前端盖；所述减速传动系统设于减速器壳体内，所述减速传动系统包括和所述减速驱动电机的电机轴连接的驱动齿轮及设有所述减速器壳体前端盖上和所述驱动齿轮啮合的传动齿轮；所述传动齿轮连接有行星架，所述行星架上设有和减速器壳体内所设齿圈啮合的行星齿轮及和所述行星齿轮啮合的太阳轮；和所述轮毂连接的输出轴和所述太阳轮连接。

所述太阳轮包括安装在所述行星架上的安装柱及和所述安装柱转动连接的太阳轮轮圈；所述安装柱外壁设有和所述太阳轮轮圈内壁所设棘轮齿相配合的棘爪。

所述定子铁芯外壁上设有缠绕能够通电线圈的线圈安装凹槽，所述转子铁芯内壁设有缠绕有能够通电线圈的线圈绕组槽；所述转子铁芯外壁设有定位凹槽和所述轮毂上所设的定位凸台相配合，或者所述转子铁芯和所述轮毂为一体式结构。

所述直接驱动电机包括和所述减速器壳体前端盖卡接、固定安装在转子铁芯上的驱动电机前端盖及和减速器壳体后端所设减速器壳体凸台卡接的驱动电机后端盖。

所述减速器壳体后端端部上安装有制动钳，所述轮毂上固定有制动盘，所述轮毂上设有轮毂凸台和制动盘上所设制动盘凸台通过螺栓连接。

所述减速器壳体前端盖上安装有悬架系统；所述减速驱动系统及所述直接驱动系统在全车速工况下工作；电动车倒车功能由所述直接驱动系统完成。

电动车轮边驱动方法，利用上述的电动车轮边驱动系统来实现，具体为：

减速驱动电机及直接驱动电机均和电动车的车身控制器连接；

电动车在起步、爬坡等低速工况、中等以下负荷情况时，车身控制器发出指令控制直接驱动电机工作，控制减速驱动电机停止工作；

电动车在中速巡航工况下，车身控制器发出指令控制减速驱动电机工作，控制直接驱动电机停止工作；

电动车实现倒车功能时，车身控制器发出指令控制直接驱动电机工作，控制减速驱动电机停止工作；

电动车在高速巡航工况下，车身控制器发出指令控制直接驱动电机工作，控制减速驱动电机停止工作；

电动车在急加速、爬陡坡、全速前进等重负荷工况时，车身控制器发出指令控制直接驱动电机和减速驱动电机同时工作。

本发明电动车轮边驱动系统及其方法的优点在于：首先，采用减速驱动系统和直接驱动系统结合的驱动方式，避免了使用单电机所造成车辆适应各种路况能力不强的问题，保证了传动系统可以稳定工作。

其次，将直接驱动系统的直接驱动电机与车轮进行一体化设计，以车轮轮毂作为外转子电机的外壳体，以减速器壳体作为外转子电机的定子铁芯，是对传统减速装置的一种在有效利用，能够有效减轻传动装置的质量，轮边驱动系统结构紧凑，同时也为安装外转子电机提供了基本条件。

再其次，减速传动系统采用圆柱齿轮减速传动及行星轮减速传动，设计传动比大，机械传递效率高。同时传统太阳轮主要是通过花键或普通键与轴进行连接从而进行传递转矩，通过将太阳轮与棘轮进行结合设计，利用棘轮的单向传递性，将太阳轮设计成可以单向传递动力的装置，有效避免了双电机使用时带来的相互干涉，对实际传动有很大的帮助。

最后，将减速驱动电机与直接驱动电机设计在不同工况下工作，可以保证电动机在额定功率附近工作，能够保证电动机输出效率；也可以将减速驱动系统与直接驱动系统在某些重负荷工况(如加速、爬坡、负重)下同时工作，以保证电动车具有强劲的驱动力和加速性能；不仅能够满足正常动力性需求，降低整车质量，且设计结构紧凑，有利于空间布置，满足电动车轻量化要求。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明电动车轮边驱动系统的结构简图。

图2为本发明电动车轮边驱动系统的轮毂结构图

图3为本发明电动车轮边驱动系统的减速驱动系统部分结构图。

图4为本发明电动车轮边驱动系统的减速器壳体结构图。

图5为本发明电动车轮边驱动系统的减速驱动系统各齿轮啮合结构图。

图6为本发明电动车轮边驱动系统的直接驱动系统的转子铁芯结构图。

图7为本发明电动车轮边驱动系统的直接驱动电机前端盖布置图。

图8为本发明电动车轮边驱动系统的悬架系统和制动系统布置图。

图9为本发明电动车轮边驱动系统的悬架系统结构图。

图10为本发明电动车轮边驱动系统的直接驱动电机前端盖结构图。

图11为本发明电动车轮边驱动系统的直接驱动电机后端盖结构图。

图12为本发明电动车轮边驱动系统的制动系统结构图。

图13为本发明电动车轮边驱动系统的下摆臂结构图。

图14为本发明电动车轮边驱动系统的减震系统的减震器结构图。

图15为本发明电动车轮边驱动系统的减速驱动系统的太阳轮结构图。

图16为本发明电动车轮边驱动系统的减速驱动电机结构图。

图17为本发明电动车轮边驱动系统的装配拆解图。

图18为本发明电动车轮边驱动系统的装配结构图。

上述图中的标记均为：

上述图中的标记为：1、轮毂；2、下摆臂；3、减速驱动电机；4、减震器；5、定位凸台；6、轮毂凸台；7、减速器壳体前端盖；8、驱动齿轮；9、行星齿轮；10、太阳轮；11、减速器壳体轴承；12、输出轴；13、传动齿轮；14、行星架；15、减速器壳体；16、减速器壳体凸台；17、输出轴轴套；18、转子铁芯；19、定位凹槽；20、线圈绕组槽；21、螺纹孔；22、连接板；23、驱动电机前端盖；24、连接板固定件；25、通孔；26、下摆臂固定件；27、连接头；28、上支撑座；29、减震弹簧；30、减震系统固定件；31、空心圆柱形凸台；32、驱动电机后端盖；33、滚珠保持架；34、棘轮端盖；35、滚珠；36、棘爪；37、棘轮齿；38、齿圈；39、行星心轴；40、空心圆柱形凹槽；41、电机法兰；42、电机轴；43、制动盘；44、制动钳；45、制动盘凸台，46、线圈安装凹槽。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1、图17及图18所示，电动车轮边驱动系统，包括设于车轮轮毂1内的减速驱动系统及与车轮轮毂1固联的直接驱动车轮的直接驱动系统；可以将减速驱动系统与直接驱动系统设计在不同工况下工作，以保证各系统电动机在额定功率附近工作，进而保证电动机输出效率；也可以将减速驱动系统与直接驱动系统在某些重负荷工况(如加速、爬坡、负重)下同时工作，以保证电动车具有强劲的驱动力和加速性能；不仅能够满足正常动力性需求，降低整车质量，且设计结构紧凑，有利于空间布置，满足电动车轻量化要求。

如图2、图3、图4、图5所示，减速驱动系统包括减速驱动电机3和减速器，减速器通过减速器的减速传动系统和减速驱动电机3的电机轴42连接，减速器的输出轴12和轮毂1连接，作为轮毂1的驱动轴。

减速器包括减速器壳体15，减速器壳体15上设有和减速驱动电机3的电机法兰41连接的减速器壳体前端盖7；减速传动系统设于减速器壳体15内，减速传动系统包括和减速驱动电机3的电机轴42连接的驱动齿轮8及设于减速器壳体前端盖7上和驱动齿轮8啮合的传动齿轮13；传动齿轮13连接有行星架14，行星架14上设有和减速器壳体15内侧齿圈38啮合的行星齿轮9及和行星齿轮9啮合的太阳轮10；和轮毂1连接的减速器的输出轴12和太阳轮10固接。

减速传动系统包括圆柱齿轮减速机构及行星轮减速机构，该圆柱齿轮减速机构包括驱动齿轮8、作为传动轴的行星架14和传动齿轮13，传动轴与行星架14一体化设计，结构紧凑。该行星轮减速机构包括齿圈38、行星齿轮9、行星架14和太阳轮10；行星架14一侧固定传动齿轮13，行星架14另一侧固定行星齿轮9和太阳轮10。

驱动齿轮8与传动齿轮13相啮合；该行星架14上设有固定行星齿轮9的行星心轴39，行星齿轮9与齿圈38相啮合；该太阳轮10位于齿圈38的中心上，太阳轮10与输出轴12固定连接，输出轴12通过减速器壳体轴承11可转动地安装在减速器壳体15上，太阳轮10啮合有三个行星齿轮9，驱动齿轮8带动传动齿轮13旋转，传动齿轮13带动行星架14旋转，行星架14带动行星齿轮9旋转，行星齿轮9带动太阳轮10旋转，太阳轮10带动输出轴12旋转，最后把动力传到轮毂1上，实现减速增矩。由于采用多级传动可以显著增大减速驱动系统的传动比，从而减小减速驱动电机3尺寸，不仅加工、装配和维护性能好，而且提高了电动车轮边驱动系统的整体使用寿命。

减速器壳体前端盖7上设有端盖凸台，端盖凸台外壁设有凹槽和减速器壳体15前端内壁限位凸起相配合，减速器壳体前端盖7和减速器壳体15安装形成封闭式壳体，减速传动系统设于封闭式壳体内部。

减速驱动电机3的电机轴42穿入减速器壳体前端盖7上所设通孔25伸入减速器壳体15内部。输出轴12通过减速器壳体轴承11和减速器壳体15可转动连接，输出轴12从减速器壳体15后端穿出后再从制动盘43中心孔穿出和轮毂1通过螺栓固定连接，输出轴12从减速器壳体15后端上伸出的一端设有输出轴轴套17。

如图15所示，太阳轮10包括安装在行星架14上的安装柱及和安装柱转动连接的太阳轮轮圈；安装柱两端设有和太阳轮轮圈内壁所设凹槽配合的滚珠35，安装柱中部设有和太阳轮轮圈内壁所设棘轮齿37相配合的棘爪36。安装柱两端端面设有棘轮端盖34。太阳轮轮圈内壁中部设有棘轮齿37，太阳轮轮圈内壁棘轮齿37两侧设有安装滚珠35的凹槽，太阳轮轮圈外壁设有和行星齿轮9啮合的轮齿。

滚珠35为球形结构，滚珠35通过滚珠保持架33固定在安装柱上，棘轮齿37位于太阳轮10内壁中央；该太阳轮10内壁棘轮齿37两侧开设有凹槽，以便可以布置滚珠35；滚珠35安装好后位于棘轮齿37两侧；该滚珠保持架33与滚珠35相配合；该棘轮端盖34位于太阳轮10两端端面上，棘爪36和棘轮齿37配合，太阳轮10只能单向回转，避免减速驱动系统及直接驱动系统的两电机在工作时造成干涉，消耗能量。

如图4、图6、图7、图9、图18所示，直接驱动系统为直接驱动电机，直接驱动电机包括设于车轮轮毂1内的转子铁芯18和减速器的减速器壳体15构成的定子铁芯，定子铁芯设于转子铁芯18内。直接驱动系统的直接驱动电机以减速器壳体15作为电机的定子部分，以汽车轮毂1内的转子铁芯18作为转子部分；汽车轮毂1内的直接驱动电机通电时，驱动车轮转动，简化了传动机构，同时降低了汽车整体质量，节约制造及使用成本。

直接驱动电机包括和减速器壳体前端盖7卡接、固定安装在转子铁芯18上的驱动电机前端盖23及和减速器壳体15后端所设减速器壳体凸台16卡接的驱动电机后端盖32。驱动电机前端盖23上开设有空心圆柱形凸台31与减速器壳体前端盖7上开设的前端盖凹槽相配合；驱动电机后端盖32上开设有空心圆柱形凹槽40与减速器壳体15上开设的减速器壳体凸台16相配合。驱动电机前端盖23固定安装在转子铁芯18上，转子铁芯18上具有对应的螺纹孔21。

定子铁芯外壁上缠绕有通电线圈，并设有线圈安装凹槽46，转子铁芯18内壁缠绕有通电线圈，并设有线圈绕组槽20，转子铁芯18内壁设有缠绕有能够通电线圈的线圈绕组槽20，转子铁芯18外壁设有定位凹槽19和轮毂1上所设的定位凸台5相配合。优选定位凹槽19为梯形凹槽，定位凸台5为和梯形凹槽适配的梯形凸台。或者转子铁芯18和轮毂1为一体式结构，轮毂1自身转化成直接驱动电机的转子铁芯18，结构更为简单。

定子铁芯的线圈安装凹槽46中缠绕可通电的线圈，将减速器壳体15构成直接驱动电动机的定子铁芯。

转子铁芯18的线圈绕组槽20缠绕有通电线圈，与定子铁芯配合形成直接驱动电动机。

转子铁芯18通过定位凹槽19及螺栓和轮毂1进行固定连接，从而实现对轮毂1的动力传递。

如图12所示，制动系统包括制动盘43和制动钳44；制动钳44与减速器壳体15固定连接；该制动盘43上开设有制动盘凸台45；轮毂1上开设有轮毂凸台6，制动盘凸台45与轮毂凸台6通过螺栓进行固定连接。即减速器壳体15后端端部上安装有制动钳44，轮毂1上固定有制动盘43，轮毂1上设有轮毂凸台6和制动盘43上所设制动盘凸台45通过螺栓连接。

减速器壳体前端盖7上安装有悬架系统，如图8、图9、图13、图14、图18所示，悬架系统包括减震系统、连接板22、连接板固定件24、下摆臂固定件26和下摆臂2；连接板固定件24通过螺栓固定连接在减速器壳体前端盖7的上端一角上；连接板22与连接板固定件24通过螺栓固定连接；减震系统包括中间的减震器4、减震弹簧29、上支撑座28、连接头27和最底部的减震系统固定件30，减震系统固定件30与连接板21相连从而将减震系统和电动车轮边驱动系统连接在一起；下摆臂2与下摆臂固定件26相连，下摆臂固定件26通过螺栓固定连接在减速器壳体前端盖7的中下部从而将下摆臂2与电动车轮边驱动系统连接在一起。

如图1、图2、图3、图4、图9、图15、图17、图18所示，减速驱动系统在全车速工况下都能够工作，但只能向前行驶；直接驱动系统也能够在全车速工况下工作，倒车功能由直接驱动系统完成；将减速驱动电机3与直接驱动电机设计成不同的功率、扭矩，具体是直接驱动电机功率大扭矩大，减速驱动电机功率小扭矩小，可以保证电动机在额定功率附近工作，能够保证电动机输出效率。

电动车轮边驱动方法，利用上述的电动车轮边驱动系统来实现，具体为：

减速驱动电机3及直接驱动电机均和电动车的车身控制器连接；

电动车在起步、爬坡等低速工况、中等以下负荷情况时，车身控制器发出指令控制直接驱动电机工作，控制减速驱动电机3停止工作；

电动车在中速巡航工况下，车身控制器发出指令控制减速驱动电机3工作，控制直接驱动电机停止工作；

电动车实现倒车功能时，车身控制器发出指令控制直接驱动电机工作，控制减速驱动电机3停止工作；

电动车在高速巡航工况下，车身控制器发出指令控制直接驱动电机工作，控制减速驱动电机3停止工作；

电动车在急加速、爬陡坡、全速前进等重负荷工况时，车身控制器发出指令控制直接驱动电机、减速驱动电机3同时工作。

实际装车时，电动车轮边驱动系统能够选装在电动车前两轮、后两轮或四轮上；前两轮或后两轮驱动型电动车，若直接驱动电机损坏，则利用减速驱动电机3将车及时开到维修站维修，若减速驱动电机3损坏，则利用直接驱动电机将车及时开到维修站维修；四轮驱动型电动车，若前两轮中减速驱动电机3或直接驱动电机损坏，除上述方法，还可利用后两轮驱动，车辆依然可以继续行驶，再找到维修站维修；若后两轮中减速驱动电机3或直接驱动电机损坏，除上述方法，还可利用前两轮驱动，车辆依然可以继续行驶，再找到维修站维修。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.电动车轮边驱动系统，其特征在于：包括设于车轮轮毂内的减速驱动系统及与车轮轮毂固联的直接驱动车轮的直接驱动系统。

2.如权利要求1所述的电动车轮边驱动系统，其特征在于：所述减速驱动系统包括减速驱动电机和减速器，所述减速器通过减速传动系统和所述减速驱动电机的电机轴连接，所述减速器的输出轴和所述轮毂外壳连接。

3.如权利要求2所述的电动车轮边驱动系统，其特征在于：所述直接驱动系统为直接驱动电机，所述直接驱动电机包括设于所述车轮轮毂内的转子铁芯和所述减速器的减速器壳体构成的定子铁芯，所述定子铁芯设于所述转子铁芯内。

4.如权利要求3所述的电动车轮边驱动系统，其特征在于：所述减速器壳体上设有和减速驱动电机的电机法兰连接的减速器壳体前端盖；所述减速传动系统设于减速器壳体内，所述减速传动系统包括和所述减速驱动电机的电机轴连接的驱动齿轮及设有所述减速器壳体前端盖上和所述驱动齿轮啮合的传动齿轮；所述传动齿轮连接有行星架，所述行星架上设有和减速器壳体内所设齿圈啮合的行星齿轮及和所述行星齿轮啮合的太阳轮；和所述轮毂连接的输出轴和所述太阳轮连接。

5.如权利要求4所述的电动车轮边驱动系统，其特征在于：所述太阳轮包括安装在所述行星架上的安装柱及和所述安装柱转动连接的太阳轮轮圈；所述安装柱外壁设有和所述太阳轮轮圈内壁所设棘轮齿相配合的棘爪。

6.如权利要求3所述的电动车轮边驱动系统，其特征在于：所述定子铁芯外壁上缠绕有通电线圈，并设有线圈安装凹槽，转子铁芯内壁缠绕有通电线圈，并设有线圈绕组槽；转子铁芯外壁设有定位凹槽和轮毂上所设的定位凸台相配合；或者转子铁芯和轮毂为一体式结构。

7.如权利要求4所述的电动车轮边驱动系统，其特征在于：所述直接驱动电机包括和所述减速器壳体前端盖卡接、固定安装在转子铁芯上的驱动电机前端盖及和减速器壳体后端所设减速器壳体凸台卡接的驱动电机后端盖。

8.如权利要求7所述的电动车轮边驱动系统，其特征在于：所述减速器壳体后端端部上安装有制动钳，所述轮毂上固定有制动盘，所述轮毂上设有轮毂凸台和制动盘上所设制动盘凸台通过螺栓连接。

9.如权利要求4或5或7或8所述的电动车轮边驱动系统，其特征在于：所述减速器壳体前端盖上安装有悬架系统；所述减速驱动系统及所述直接驱动系统在全车速工况下工作；电动车倒车功能由所述直接驱动系统完成。

10.电动车轮边驱动方法，利用权利要求1-9任一项所述的电动车轮边驱动系统来实现，其特征在于：具体为：

减速驱动电机及直接驱动电机均和电动车的车身控制器连接；

电动车在起步、爬坡等低速工况、中等以下负荷情况时，车身控制器发出指令控制直接驱动电机工作，控制减速驱动电机停止工作；

电动车在中速巡航工况下，车身控制器发出指令控制减速驱动电机工作，控制直接驱动电机停止工作；

电动车实现倒车功能时，车身控制器发出指令控制直接驱动电机工作，控制减速驱动电机停止工作；

电动车在高速巡航工况下，车身控制器发出指令控制直接驱动电机工作，控制减速驱动电机停止工作；

电动车在急加速、爬陡坡、全速前进等重负荷工况时，车身控制器发出指令控制直接驱动电机和减速驱动电机同时工作。