CN102745062A

CN102745062A - 具有双电机的轮毂驱动系统

Info

Publication number: CN102745062A
Application number: CN2012102601761A
Authority: CN
Inventors: 夏承钢; 孙江明
Original assignee: Shanghai Zhongke Shenjiang Electric Vehicle Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Zhongke Shenjiang Motor Industry Co ltd
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2032-07-20
Also published as: CN102745062B

Abstract

本发明提供了一种具有双电机的轮毂驱动系统，其包括：第一电机和第二电机，用于分别提供驱动车轮的动力；轮内减速器，用于分别匹配所述第一电机和所述第二电机与车轮的转速，包括减速器壳体、第一主动齿轮、第二主动齿轮和被动齿轮；制动装置，用于制动车轮，包括第一制动卡钳、第二制动卡钳和制动盘；轮毂，用于支撑和连接所述被动齿轮、所述制动盘和车轮；轮毂轴承，用于支撑所述轮毂旋转，包括外轴承和内轴承；横轴，用于连接所述轮毂与所述内轴承；以及转向节，用于支撑所述第一电机、所述第二电机、所述第一制动卡钳、所述第二制动卡钳和所述轮毂轴承，并与悬架装置和转向装置相连接，包括前壳体和后端盖。

Description

具有双电机的轮毂驱动系统

技术领域

本发明涉及车辆驱动技术领域，特别涉及一种轮毂驱动系统，尤其涉及一种具有双电机的轮毂驱动系统。

背景技术

轮毂驱动系统是一种古老而先进的驱动方式，具有显著的优点。其一，车轮的驱动力和制动力可以独立调节并根据整车的需求协调控制，车辆具有优异的动力学特性。其二，车辆的总体布置极为简化和灵活，车内的空间最大化。其缺点主要是增大了非悬挂质量，低速时车辆的接地安全性和平顺性有恶化的趋势，但高速时车辆的平顺性反而得到了改善。研究表明，只要对现有悬架进行相应的调校，即可克服这些不利的影响。此外，轮毂电机系统的集成问题非常复杂，需要与车轮、转向装置、制动装置和悬架装置综合考虑。近年来，伴随着电机和控制技术的进一步发展，轮毂驱动系统又得到了重视。

现有的轮毂驱动系统主要有两类，一种是带减速器的高速电机驱动系统，一种是不带减速器的低速电机驱动系统。前者多采用转速高达12000～15000rpm的高速、永磁、风冷或水冷电机来实现，搭配的减速器传动比为10～12左右。后者通常采用磁极对数高达20～24、集中绕组、永磁、风冷或水冷的环形电机来实现，其最高转速为1500～2000rpm。

美国专利申请US2007/0078035A1和US2007/0209853A1公开了两种轮毂驱动系统，其包括直径较大而轴向长度较短或直径较小而长度较长的轮内电机、半嵌入电机内的行星减速器、制动器、轮毂单元和车轮。美国专利申请US2008/0070736A1公开了另外一种轮毂驱动系统，其包括直径较大而轴向长度较短的轮内电机，行星减速器内嵌在轮内电机里、制动器、轮毂单元和车轮。

美国专利US8002060B2公开了另外一种轮毂驱动系统，其包括在车轮内偏置布置的轮内电机、内齿轮减速器、制动器、轮毂单元和车轮。美国专利申请US2008/308330A1公开了另一种轮毂驱动系统，其包括在车轮内偏置布置的轮内电机、一级外齿轮传动和一级行星减速器、制动器、轮毂单元和车轮。美国专利申请US2009/0236158A1公开了另外一种轮毂驱动系统，其包括转向节、布置在转向节后部的轮内电机、减速器和用于连接减速器输出端与车轮的传动轴。

上述公开的技术方案存在着以下问题：难与多种悬架装置进行集成，因为轮内电机或带减速器的轮内电机占据了悬架摆臂与轮毂单元连接的空间；故障安全性低，如果轮内电机出现故障，则该轮将失去可控的驱动力，由此可能带来安全性隐患；轮内电机的控制要求高，扩速比（即恒功率区最高转速/恒转矩区最高转速）要接近4，实现较困难，且将导致轮内电机的效率降低。

因此，还存在着提供一种易于和悬架装置集成、故障安全性高和扩速比要求低的轮毂驱动系统的需求。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术中的缺点，提供一种易于和悬架装置集成、故障安全性高和扩速比要求低的轮毂驱动系统。

本发明提供了一种具有双电机的轮毂驱动系统，其包括：第一电机和第二电机，用于分别提供驱动车轮的动力；轮内减速器，用于分别匹配所述第一电机和所述第二电机与车轮的转速，包括减速器壳体、第一主动齿轮、第二主动齿轮和被动齿轮；制动装置，用于制动车轮，包括所述第一制动卡钳、所述第二制动卡钳和制动盘；轮毂，用于支撑和连接所述被动齿轮、所述制动盘和车轮；轮毂轴承，用于支撑所述轮毂旋转，包括外轴承和内轴承；横轴，用于连接所述轮毂与所述内轴承；以及转向节，用于支撑所述第一电机、所述第二电机、所述第一制动卡钳、所述第二制动卡钳和所述轮毂轴承，并与悬架装置和转向装置相连接，包括前壳体和后端盖。

根据本发明的具有双电机的轮毂驱动系统，所述第一电机和所述第二电机的外壳由所述转向节形成。

根据本发明的具有双电机的轮毂驱动系统，所述第一主动齿轮与所述第一电机的转子轴相固接；以及所述第二主动齿轮与所述第二电机的转子轴相固接。

根据本发明的具有双电机的轮毂驱动系统，所述第一主动齿轮和所述第二主动齿轮分别与所述被动齿轮啮合。

根据本发明的具有双电机的轮毂驱动系统，所述被动齿轮和所述轮毂相固接。

根据本发明的具有双电机的轮毂驱动系统，所述减速器壳体与所述转向节的前壳体相固接。

根据本发明的具有双电机的轮毂驱动系统，所述外轴承安装在所述转向节的前壳体前端面的轴承座内；以及所述内轴承安装在所述转向节的后端盖后端面的轴承座内。

根据本发明的具有双电机的轮毂驱动系统，所述横轴贯穿所述转向节中间的通孔，将所述轮毂和所述内轴承相连接。

根据本发明的具有双电机的轮毂驱动系统，所述第一制动卡钳和所述第二制动卡钳固接在所述转向节的前壳体前端面上。

本发明的具有双电机的轮毂驱动系统，在轮内留出了和悬架装置集成所需的空间，双电机具有较高的故障安全性，也降低了对电机扩速比的要求。因此，根据本发明，可以得到一种易于和各种悬架装置集成、故障安全性高和扩速比要求低的轮毂驱动系统。

附图说明

图1是本发明的一具体实施例的轴测局部示意图；

图1a是图1的局部放大示意图；

图2是图1所示的具体实施例的双电机配置原理示意图；

图3是图1所示的具体实施例的转向节的轴测局部示意图；以及

图4是图1所示的具体实施例的转向节与悬架装置的接口示意图。

图中：1第一电机；1r第一电机转子轴；1b第一电机转子轴承座；2第二电机；2r第二电机转子轴；2b第二电机转子轴承座；3车轮；4轮内减速器；40减速器壳体；41第一主动齿轮；42第二主动齿轮；43被动齿轮；5制动装置；51第一制动卡钳；52第二制动卡钳；53制动盘；6轮毂；7轮毂轴承；71外轴承；71b外轴承座；72内轴承；72b内轴承座；8横轴；9转向节；91前壳体；92后端盖；9h通孔；9c空腔；V1和V4分别是转向节上下侧的球铰和悬架可用空间；V2和V3分别是转向节上下部的球铰座安装空间；以及A1和A2分别是转向节上下部的球铰安装面。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。应理解，实施例仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制。

图1和图1a是本发明的一具体实施例的轴测局部示意图及其局部放大示意图。参考图1和图1a，具有双电机的轮毂驱动系统包括：第一电机1和第二电机2，用于分别提供驱动车轮3的动力；轮内减速器4，用于分别匹配第一电机1和第二电机2与车轮3的转速，包括减速器壳体40、第一主动齿轮41、第二主动齿轮42和被动齿轮43；制动装置5，用于制动车轮3，包括第一制动卡钳51、第二制动卡钳52和制动盘53；轮毂6，用于支撑和连接被动齿轮43、制动盘53和车轮3；轮毂轴承7，用于支撑轮毂6旋转，包括外轴承71和内轴承72；横轴8，用于连接轮毂6与内轴承72；以及转向节9，用于支撑第一电机1、第二电机2、第一制动卡钳51、第二制动卡钳52和轮毂轴承7，并与悬架装置和转向装置相连接，包括前壳体91和后端盖92。

由于第一电机1和第二电机2安装在车轮3内，因此，车轮3的内部可用空间是至关重要的。此外，轮胎直径取决于轮罩大小，而后者是根据整车设计确定的，因此，大直径车轮和扁平率小的轮胎是轮毂驱动系统的自然选择。此外，车轮3的偏距ET也应选择较大的数值，以便于布置轮内的零部件。

图2是图1所示的具体实施例的双电机配置原理示意图。参考图2，不考虑减速装置，图2中（a）示出了理想的扩速比为4的单电机外特性，其中，n1是恒转矩区最高转速，n2是恒功率区最高转速，n3是中速点，其数值为n1/2，Tm是电机的最大输出转矩。扩速比CPSR定义为恒功率区最高转速与恒转矩区最高转速的比值，即CPSR=n2/n1。

目前，对于绝大多数乘用车和商用车的驱动电机，其扩速比CPSR的要求为4，因为这可以在满足动力性要求的前提下显著减小对于蓄电装置的高功率需求。现有的电机控制技术虽然可以实现扩速比4的要求，但会降低电机系统的效率。

图2中（b）示出了采用双电机时的外特性分解。图中可见，在0~n1低速段，I区和II区共同提供所需的转矩，且所提供的最大转矩均为Tm/2。在n1~n3中速段，I区提供的转矩逐渐减小，所需的转矩主要由II区提供，II区提供的最大转矩可达到Tm/2。在n3~n2高速段，I区不提供动力，所需的转矩或功率只由II区提供。因此，第一电机1配置成主要用于提供低速时所需的转矩，第二电机2配置成主要用于提供中高速时所需的功率。第一电机1的扩速比要求很低，其可没有恒功率区。第二电机2的扩速比CPSR只需要达到2即可，而这是目前技术所能轻松达到的，而且电机系统的效率也较高。

图2中（c）示出了第一电机1和第二电机2的外特性需求，其叠加可以实现所需的扩速比为4的外特性。由于对单个电机的扩速比要求低，因此，对于控制系统的要求也低，同时电机系统的效率反而较高。此外，由于最大转矩由双电机共同提供，因此，单个电机的输出转矩要求也减小了，其直径可相应减小，为布置悬架装置等提供了所需的空间。

采用双电机的另一个好处是明显的。如果其中一个电机失效，则另外一个电机还可以正常工作，在行驶时能够确保车辆安全性，不至于一个车轮突然完全失去动力。此外，显然地，车辆具有跛足回家功能。

为了获得较小的直径，第一电机1和第二电机2采用了高速电机，因此，需要采用轮内减速器4。如果第一电机1和第二电机2的最高转速达到12000～15000rpm的，轮内减速器4的传动比为10～12左右。为了获得如此大的传动比，如果采用行星排，则还要配置一级齿轮传动，传动效率将降低。由于第一电机1和第二电机2偏置在车轮轴线的两侧，如果中心距足够，则可采用一级外齿轮来实现大传动比，提高传动效率。

构成轮内减速器4的第一主动齿轮41与第一电机转子轴1r相固接，第二主动齿轮42与第二电机转子轴2r相固接。由于第一主动齿轮41和第二主动齿轮42直径较小，因此，可与第一电机转子轴1r和第二电机转子轴2r制成一体。

构成轮内减速器4的被动齿轮43和轮毂6相固接，并分别与第一主动齿轮41和第二主动齿轮42相啮合。被动齿轮43的直径较大，也可与轮毂6制成一体。两零件可先粗加工，焊接后再精加工，或者采用单件毛胚加工而成，以提高精度，特别是同轴度精度。

构成轮内减速器4的减速器壳体40与转向节前壳体91相固接。减速器壳体40和转向节前壳体91的前端面构成了一个密封空间，用于容纳润滑油。因此，减速器壳体40与转向节前壳体91如果通过焊接连接，则焊缝的气密性应进行检验，以保证不漏油。

轮毂6由轮毂轴承7支撑在转向节9上，其中，外轴承71安装在转向节前壳体91的前端面轴承座71b内，内轴承72安装在转向节后端盖92的后端面轴承座72b内。由于外轴承71与第一电机1和第二电机2的尺寸关系，其基本布置在车轮3的接地垂线外侧，为了轮毂支撑结构的稳定性，还设置了内轴承72和横轴8。

横轴8贯穿转向节9中间的通孔9h，将轮毂6和内轴承72相连接。横轴8在其外侧设置了用于安装车轮锁止螺母的螺纹段，内侧可根据需要设置轴承定位结构。此外，如果希望将发动机的动力传递到车轮3，则可在横轴8的内侧加工出传动轴球窝，构成混合动力系统。

制动装置5布置在车轮3的安装面附近的空间内，第一制动卡钳51和第二制动卡钳52固接在转向节前壳体91的前端面上，制动盘53安装在轮毂6上并布置在第一制动卡钳51和第二制动卡钳52中。由于制动装置5受到可用轴向空间的限制，因此，其特点为制动盘53的直径较大，厚度较薄，可采用实心盘。

设置第一制动卡钳51和第二制动卡钳52，也是由于轴向空间的限制，并为了提供足够的机械制动力。在正常情况下，或许只需要一个制动卡钳配合电机再生制动即可提供所需的制动力，但在电机出现故障的情况下，两个制动卡钳可以提供足够的制动力。

图3是图1所示的具体实施例的转向节的轴测局部示意图。参考图3，前壳体91和后端盖92构成了转向节9，并通过螺栓形成可拆卸连接，以便于电机安装和维修。

在前壳体91的前端面上，设置了外轴承71的轴承座71b。此外，还示出了与其固接的减速器壳体40。第一主动齿轮41、第二被动齿轮42、被动齿轮43和轮毂6布置在前壳体91的前端面和减速器壳体40所形成的空腔内。在前壳体91的中间，开有通孔9h，用于容纳横轴8。

第一电机1和第二电机2安装在转向节9内，在前壳体91的两侧形成的空腔9c内，容纳着第一电机1和第二电机2的定转子。第一电机1和第二电机2的前端盖和定子机壳是一体压铸成形，不可拆卸的。如果两电机为风冷电机，则可在此段壳体外侧制出散热筋。如果两电机是水冷电机，则可在空腔9c内侧制出冷却水道。

后端盖92提供了第一电机1和第二电机2的后端盖。图3中也清晰可见用于支撑两电机转子轴1r和2r的轴承座1b和2b。因此，第一电机1和第二电机2的外壳由转向节9形成。

图4是图1所示的具体实施例的转向节与悬架装置的接口示意图。参考图4，V1是转向节9上侧可用空间，上球铰可布置在此空间内，其座安装在转向节9上部的A1面内，安装螺栓可深入转向节9上部的V2空间内。

V4是转向节9下侧可用空间，下球铰可布置在此空间内，其座安装在转向节9下部的A2面内，安装螺栓可深入转向节9下部的V3空间内。

此外，悬架摆臂也延伸到V1和V4空间内，当车轮3上下跳动或者转动时，悬架摆臂也在V1和V4空间内运动。合理的悬架摆臂形状和布置，可避免其和转向节9产生干涉。

因此，根据本发明，可以得到一种易于和悬架装置集成、故障安全性高和扩速比要求低的轮毂驱动系统。

本发明并不局限于上述实施例，而是覆盖在不脱离本发明的精神和范围的情况下所进行的所有改变和修改。这些改变和修改不应被认为是脱离了本发明的精神和范围，并且所有诸如对于本领域技术人员来说显而易见的修改均应被包括在所附权利要求的范围内。

Claims

1.一种具有双电机的轮毂驱动系统，其特征在于，包括：

第一电机和第二电机，用于分别提供驱动车轮的动力；

轮内减速器，用于分别匹配所述第一电机和所述第二电机与车轮的转速，包括减速器壳体、第一主动齿轮、第二主动齿轮和被动齿轮；

制动装置，用于制动车轮，包括第一制动卡钳、第二制动卡钳和制动盘；

轮毂，用于支撑和连接所述被动齿轮、所述制动盘和车轮；

轮毂轴承，用于支撑所述轮毂旋转，包括外轴承和内轴承；

横轴，用于连接所述轮毂与所述内轴承；以及

转向节，用于支撑所述第一电机、所述第二电机、所述第一制动卡钳、所述第二制动卡钳和所述轮毂轴承，并与悬架装置和转向装置相连接，包括前壳体和后端盖。

2.根据权利要求1所述的具有双电机的轮毂驱动系统，其特征在于，

所述第一电机和所述第二电机的外壳由所述转向节形成。

3.根据权利要求1所述的具有双电机的轮毂驱动系统，其特征在于，

所述第一主动齿轮与所述第一电机的转子轴相固接；以及

所述第二主动齿轮与所述第二电机的转子轴相固接。

4.根据权利要求1所述的具有双电机的轮毂驱动系统，其特征在于，

所述第一主动齿轮和所述第二主动齿轮分别与所述被动齿轮啮合。

5.根据权利要求1所述的具有双电机的轮毂驱动系统，其特征在于，

所述被动齿轮和所述轮毂相固接。

6.根据权利要求1所述的具有双电机的轮毂驱动系统，其特征在于，

所述减速器壳体与所述转向节的前壳体相固接。

7.根据权利要求1所述的具有双电机的轮毂驱动系统，其特征在于，

所述外轴承安装在所述转向节的前壳体前端面的轴承座内；以及

所述内轴承安装在所述转向节的后端盖后端面的轴承座内。

8.根据权利要求1所述的具有双电机的轮毂驱动系统，其特征在于，

所述横轴贯穿所述转向节中间的通孔，将所述轮毂和所述内轴承相连接。

9.根据权利要求1所述的具有双电机的轮毂驱动系统，其特征在于，

所述第一制动卡钳和所述第二制动卡钳固接在所述转向节的前壳体前端面上。