CN202130301U - 一种全电动车轮总成 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种全电动车轮总成，包括轮毂和轮胎，轮毂内设有一密闭的容置空间，该空间内设有太阳轮，沿太阳轮的轴向方向设置有由永磁电机驱动旋转的行星齿轮，且太阳轮的齿数Z和行星齿轮N之间满足公式，Z＝KN，其中K和N均为大于2的整数。本实用新型采用多台永磁电机，通过驱动永磁电机输出轴上的行星齿轮向太阳轮传递力矩和转速并最终由太阳轮驱动轮毂转动。多台永磁电机呈行星状布置，共同驱动太阳轮，同时达到力矩和功率扩展的目的，且电机的轴向尺寸不必扩大，充分利用轮毂的空间，保持了轮毂的基本外形特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种汽车车轮总成，更具体地说，涉及一种采用行星状布置的多台三相永磁电机驱动的全电动车轮总成。
背景技术
目前轮毂电机在电动自行车和电动助力车中已经大量被采用，但在电动汽车中的使用仍不多见。主要原因是，电动汽车的每一个轮毂通常需要20-200Nm的连续力矩、2-200KW的连续功率，且轮毂转速又不高，通常只有1000-1500rpm，因此，做成直接由电机驱动的话直径必然会很大，且电机所用的材料和成本会非常高。解决的方法是采用减速齿轮，这种方法通常会增加一个5∶1的减速器，可以将电机的转速提高到5000-7500rpm，电机的体积可以成倍地减小，这种方案通常被称之为轮边电机方案。但是这种传统的轮边电机方案也存在电机轴向尺寸太大的缺点，且破坏了轮毂电机扁平的基本外形特点，不利于轮毂在整车上的布局。传统采用轮边电机和直接驱动电机轮毂的结构示意图如图1所示。
申请号200410037252.8，名为“一种以复数电动机构成轮毂电机的结构”的中国发明专利，提出以复数电动机构成电动自行车轮毂电机的结构来分散功率，达到降低成本和通过改变电机数量来配置不同功率产品的目的。这种方案仅适用于小功率的电动自行车轮毂，且复数电动机的复数驱动会增加控制难度和控制成本。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述轮边电机的电机轴向尺寸大，不利于轮毂的整车布局，采用复数电动机的轮毂仅适用于小功率电动自行车且控制难度和成本高的缺陷，提供一种全电动车轮总成。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种全电动车轮总成，包括轮毂、和设于所述轮毂外围的轮胎，其特征在于，所述轮毂的中央设有一密闭的容置空间，所述容置空间的侧壁中央设有穿孔，所述穿孔内通过轴承装配有中空的轮轴；
在所述容置空间内固设有穿过所述轮轴的太阳轮，沿所述太阳轮的圆周方向均布有N个行星轮，每一所述行星轮由固定于车架上的永磁电机驱动旋转进而带动所述太阳轮旋转，且所述太阳轮与所述行星轮的减速比为4∶1-10∶1；
所述永磁电机的定子零位和转子零位均与所述行星轮的零位对齐，从而使得所述行星轮的零位与所述太阳轮的齿槽咬合；所述太阳轮的齿数为Z，则Z满足以下公式：
Z＝KN，其中N和K均为大于2的整数。
本实用新型所述的全电动车轮总成，其中，所述容置空间由与所述轮毂形状相匹配的、且用于固定所述永磁电机的基板与所述轮毂的侧壁围成，在所述基板上，沿所述轮毂的周向方向均布有与所述行星轮数量相等的通孔，所述永磁电机的输出轴通过轴承装配于所述通孔内。
本实用新型所述的全电动车轮总成，其中，所述基板与所述轮毂相接的周缘处还设有动密封结构。
本实用新型所述的全电动车轮总成，其中，其中一台所述永磁电机上还装有位置传感器。
本实用新型所述的全电动车轮总成，其中，所述位置传感器包括霍尔开关、磁编码器、旋转变压器或光电编码器。
本实用新型所述的全电动车轮总成，其中，所有所述永磁电机的绕组和位置传感器的引线形成线束密封于所述轮轴内且从所述轮轴穿出。
本实用新型所述的全电动车轮总成，其中，所述永磁电机均为Y型绕组的三相永磁电机，且所有所述永磁电机采用并联或串联的方式电性连接。
本实用新型所述的全电动车轮总成，其中，该全电动车轮总成还包括驱动控制器，所述驱动控制器对所述永磁电机采用三相方波电流或三相正弦波电流驱动。
本实用新型所述的全电动车轮总成，其中，所述太阳轮包括金属齿轮，所述行星齿轮包括金属齿轮或非金属齿轮。
本实用新型所述的全电动车轮总成，其中，所述太阳轮包括内齿轮或外齿轮。
本实用新型所述的全电动车轮总成，其中，该全电动车轮总成还包括与所述太阳轮同轴安装的制动器，所述制动器包括盘式制动器或鼓式制动器。
实施本实用新型的全电动车轮总成，具有以下有益效果：本实用新型采用多台永磁电机，通过驱动永磁电机输出轴上的行星齿轮向太阳轮传递力矩和转速并最终由太阳轮驱动轮毂转动。多台永磁电机呈行星状布置，共同驱动太阳轮，同时达到力矩和功率扩展的目的，且电机的轴向尺寸不必扩大，充分利用轮毂的空间，保持了轮毂的基本外形特点。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是现有技术采用轮边电机和直接驱动电机轮毂的结构示意图；
图2是本实用新型一种全电动车轮总成优选实施例的结构示意图；
图3是本实用新型一种全电动车轮总成优选实施例中太阳轮与行星轮啮合图；
图4是本实用新型一种全电动车轮总成优选实施例中三台永磁电机三相绕组并联的电路图；
图5是本实用新型一种全电动车轮总成优选实施例中三台永磁电机三相绕组串联的电路图。
具体实施方式
如图2所示，在本实用新型的优选实施例中，该全电动车轮总成包括轮毂1和设于所述轮毂1外围的轮胎2，轮毂1的中央设有一个密闭的容置空间，在该容置空间的侧壁中央设有穿孔，穿孔内通过轴承装配有中空的轮轴3。其次，在容置空间内还固设有穿过轮轴3的太阳轮4，也是在上述的容置空间内，沿太阳轮4的圆周方向均布有N个行星轮5，每一个行星轮5均由固定在车架上的永磁电机6驱动旋转的，进而带动太阳轮4旋转，且为了控制车轮的转速，尽量减小电机的轴向尺寸，规定太阳轮4与行星轮5的减速比为4∶1-10∶1。
因为在本实用新型的优选实施例中，轮毂1的转速约为1000rpm，减速比被规定在4∶1～10∶1左右，就是把电动机的转速规定在4000～10000rpm左右。一般可以认为：电机转速提高4～10倍，电机功率可以提高4～10倍，因为：电机功率P＝Tω，T是力矩，ω＝2Лn/60是角速度，T力矩不变，电机尺寸不变，ω提高，电机输出功率P也就提高了。本实用新型通过齿轮的减速，提高电机的转速，使电动车轮毂的功率密度提高了。且电机转速也不能超过6000～10000rpm，因为此时电机的铁损和噪声会猛增，电机的寿命也成问题。所以，减速比被规定在4∶1～10∶1左右比较合理。
值得注意的是，如图3所示，在装配时，应当使永磁电机6的定子零位601和转子零位均与行星轮5的零位501对齐，从而使得行星轮5的零位501与太阳轮4的齿槽咬合，这样就保证了太阳轮4在旋转时，多台永磁电机6的三相绕组的反电动势的相位均相同，且假如太阳轮4的齿数为Z，则太阳轮的齿数Z与行星轮5的个数之间应当满足以下公式：
Z＝KN，其中N和K均为大于2的整数。
这是因为，假如N＝3，则三台永磁电机的反电动势分别为Ea1，Ea2，Ea3，相位相同，串联后：
总的电动势Ea＝Ea1+Ea2+Ea3＝3Ea1，如果相位不相同，串联后Ea合成的反电动势的幅值会减小，相位也会变化，合成的电机效率必然下降。所以，保证零位对齐很重要，同时，用三台永磁电动机6，相应太阳轮4的齿数Z应当是3的倍数，这一点同样非常重要，因为如果太阳轮4的齿数Z是4的倍数，三个行星轮5与太阳轮4的齿槽咬合，无论如何都是不对称的，因此也不可能保证三台永磁电动机6三相绕组的反电动势相位均相同。
进一步地，上述容置空间由与轮毂1形状相匹配的、且用于固定永磁电机6的基板12与轮毂1的侧壁围成。在基板12上，沿轮毂1的周向方向均布有与行星轮5数量相等的通孔，永磁电机6的输出轴通过轴承7装配于该通孔内。太阳轮4与轮毂1是刚性连接的，于是轮毂1相对于固定永磁电机6的基板12可以转动。
优选地，在上述基板12与轮毂1相接的周缘(即轮辐10)处还设有动密封结构11。动密封结构11可以是定子金属圈或带迷宫的定子金属圈，与转子上一个或几个橡胶圈，或复合材料的密封圈构成动密封结构11；也可以是转子上金属圈或带迷宫的定子金属圈，定子上一个或几个橡胶圈，或复合材料的密封圈构成动密封结构11。由于轮毂1旋转时，太阳轮4旋转并在密闭的容置空间内产生正压力，从而保证了密闭容置空间内的正压运动密封。
优选地，其中一台永磁电机6上还装有位置传感器，且所置传感器可以是霍尔开关、磁编码器、旋转变压器或光电编码器。
在本实用新型的优选实施例中，所有永磁电机6的绕组以及位置传感器的引线被制成线束密封于上述中空的轮轴3内且从轮轴3穿出。
进一步地，上述永磁电机6均采用Y型绕组的三相永磁电机，且所有永磁电机6采用并联或串联的方式电性连接。如图4所示，多台Y型绕组的三相永磁电机可以按照U相、V相、W相并联，形成一组UVW三相绕组，或者也可以按照如图5所示的方式将U相、V相、W相串联，形成一组UVW三相绕组。
由于多台三相永磁电机6通过各自的行星轮5与太阳轮4咬合，相当于各自的输出轴被串联的、机械上同轴的一台等效的三相永磁电机。当太阳轮4旋转时，多台三相永磁电机6的反电动势相位均相同；反之，多台三相永磁电机6被驱动时，由于各自的行星轮5均与一个太阳轮4咬合，所以多台三相永磁电机6的转速与转向必然一致，于是多台三相永磁电机6相当于输出轴被串联的、机械上同轴的一台等效的三相永磁电机。
因此可以使用一台驱动控制器对一台等效的三相永磁电机，即多台永磁电机6采用三相方波电流或三相正弦波电流驱动。
进一步地，太阳轮4可以采用金属齿轮，行星齿轮5则可以采用金属齿轮或非金属齿轮中的任一种。且太阳轮4可以采用内齿轮或外齿轮中的任一种，在本实用新型的优选实施例中，太阳轮4采用的是外齿轮。
可以理解的，该全电动车轮总成还应当包括与太阳轮4同轴安装的制动器，制动器通常包括制动件9和刹车盘8，制动器属于现有公知技术，可以采用盘式制动器或鼓式制动器的任意一种。
本实用新型采用多台永磁电机，通过驱动永磁电机输出轴上的行星齿轮向太阳轮传递力矩和转速并最终由太阳轮驱动轮毂转动。多台永磁电机呈行星状布置，共同驱动太阳轮，同时达到力矩和功率扩展的目的，且电机的轴向尺寸不必扩大，充分利用轮毂的空间，保持了轮毂的基本外形特点。此外，多电机、多行星齿轮驱动方式的优点还在于，输出轴沿圆周多点、对称、均匀受力和驱动，具有受力和质量分布对称、均匀，电机齿轮间隙的影响也因为多点驱动的平均效应被大大抑制，于是轮毂高速旋转时的噪声也大大降低。
因此本实用新型具有功率密度高、力矩大、力矩波动小、噪声低、过载能力强、质量分布均匀、材料利用率高、成本低和轴向尺寸小等一系列优点。
以上实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据此实施，并不能限制本实用新型的保护范围。凡跟本实用新型权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种全电动车轮总成，包括轮毂(1)、和设于所述轮毂(1)外围的轮胎(2)，其特征在于，所述轮毂(1)的中央设有一密闭的容置空间，所述容置空间的侧壁中央设有穿孔，所述穿孔内通过轴承装配有中空的轮轴(3)；
在所述容置空间内固设有穿过所述轮轴(3)的太阳轮(4)，沿所述太阳轮(4)的圆周方向均布有N个行星轮(5)，每一所述行星轮(5)由固定于车架上的永磁电机(6)驱动旋转进而带动所述太阳轮(4)旋转，且所述太阳轮(4)与所述行星轮(5)的减速比为4∶1-10∶1；
所述永磁电机(6)的定子零位(601)和转子零位均与所述行星轮(5)的零位(501)对齐，从而使得所述行星轮(5)的零位(501)与所述太阳轮的齿槽咬合；所述太阳轮(4)的齿数为Z，则Z满足以下公式：
Z＝KN，其中N和K均为大于2的整数。
2.根据权利要求1所述的全电动车轮总成，其特征在于，所述容置空间由与所述轮毂(1)形状相匹配的、且用于固定所述永磁电机(6)的基板(12)与所述轮毂(1)的侧壁围成，在所述基板(12)上，沿所述轮毂(1)的周向方向均布有与所述行星轮(5)数量相等的通孔，所述永磁电机(6)的输出轴通过轴承(7)装配于所述通孔内。
3.根据权利要求2所述的全电动车轮总成，其特征在于，所述基板(12)与所述轮毂(1)相接的周缘处还设有动密封结构(11)。
4.根据权利要求1所述的全电动车轮总成，其特征在于，其中一台所述永磁电机(6)上还装有位置传感器。
5.根据权利要求4所述的全电动车轮总成，其特征在于，所述位置传感器包括霍尔开关、磁编码器、旋转变压器或光电编码器。
6.根据权利要求5所述的全电动车轮总成，其特征在于，所有所述永磁电机(6)的绕组和位置传感器的引线形成线束密封于所述轮轴(3)内且从所述轮轴(3)穿出。
7.根据权利要求1-6任一项所述的全电动车轮总成，其特征在于，所述永磁电机(6)均为Y型绕组的三相永磁电机，且所有所述永磁电机(6)采用并联或串联的方式电性连接。
8.根据权利要求7所述的全电动车轮总成，其特征在于，该全电动车轮总成还包括驱动控制器，所述驱动控制器对所述永磁电机(6)采用三相方波电流或三相正弦波电流驱动。
9.根据权利要求1所述的全电动车轮总成，其特征在于，所述太阳轮(4)包括内齿轮或外齿轮。
10.根据权利要求1所述的全电动车轮总成，其特征在于，该全电动车轮总成还包括与所述太阳轮(4)同轴安装的制动器，所述制动器包括盘式制动器或鼓式制动器。
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|---|---|---|---|---|
| CN104882997A (zh) * | 2015-05-29 | 2015-09-02 | 徐少波 | 一种集束电机驱动装置 |
| CN104999898A (zh) * | 2015-08-04 | 2015-10-28 | 汪景营 | 组合式驱动电机及其应用方法 |
| CN106972670A (zh) * | 2017-04-17 | 2017-07-21 | 安徽旋利达电机有限公司 | 一种电机输出调节专用机架 |
| CN111470052A (zh) * | 2020-05-31 | 2020-07-31 | 陈泽进 | 行星齿轮桨扇组合发动机装置 |
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