具有行星電機的輪轂驅(qū)動裝置及采用該輪轂驅(qū)動裝置的車輪動力系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】具有行星電機的輪轂驅(qū)動裝置及采用該輪轂驅(qū)動裝置的車 輪動力系統(tǒng) 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉一種輪轂驅(qū)動裝置，尤其涉及一種具有行星電機的輪轂驅(qū)動裝置及采用 該輪轂驅(qū)動裝置的車輪動力系統(tǒng)。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 輪轂獨立驅(qū)動是一種古老而先進的驅(qū)動方式，具有以下顯著的優(yōu)點：其一，車輪的 驅(qū)動力和制動力可以獨立調(diào)節(jié)并根據(jù)整車的需求協(xié)調(diào)控制，車輛具有優(yōu)異的動力學(xué)特性； 其二，車輛總布置極為簡化和靈活，車內(nèi)空間最大化。其缺點主要是增大了非懸掛質(zhì)量，降 低了低速時的車輛接地安全性和平順性，但改善了高速時的車輛平順性。研究表明，只要增 加的非懸掛質(zhì)量較小，并對現(xiàn)有懸架進行相應(yīng)的調(diào)校，即可克服這些不利的影響。近年來， 伴隨著電機和控制技術(shù)的進一步發(fā)展，輪轂驅(qū)動裝置又得到了重視。
[0003] 現(xiàn)有的輪轂驅(qū)動裝置主要有兩類，一種是帶減速器的高速電機驅(qū)動裝置，一種是 不帶減速器的低速電機驅(qū)動裝置。前者多采用轉(zhuǎn)速高達12000~15000rpm的高速、永磁、風(fēng) 冷或水冷電機來實現(xiàn)，搭配的減速器傳動比為10~12左右。后者通常采用磁極對數(shù)高達 20~24、集中繞組、永磁、風(fēng)冷或水冷的環(huán)形電機來實現(xiàn)，其最高轉(zhuǎn)速為1500~2000rpm。 就現(xiàn)有的電機技術(shù)水平而言，帶減速器的高速電機驅(qū)動裝置的功率密度更高，也更易于和 懸架集成，因此得到了優(yōu)先的關(guān)注。
[0004] 美國專利申請US2007/0078035A1和US2007/0209853A1公開了兩種輪轂驅(qū)動裝 置，其包括直徑較大而軸向長度較短或直徑較小而長度較長的輪內(nèi)電機、半嵌入電機內(nèi)的 行星減速器、制動器、輪轂單元和車輪。美國專利申請US2008/0070736A1公開了另外一種 輪轂驅(qū)動裝置，其包括直徑較大而軸向長度較短的輪內(nèi)電機，行星減速器內(nèi)嵌在輪內(nèi)電機 里、制動器、輪轂單元和車輪。美國專利US8002060B2公開了另外一種輪轂驅(qū)動裝置，其包 括在車輪內(nèi)偏置布置的輪內(nèi)電機、內(nèi)齒輪減速器、制動器、輪轂單元和車輪。美國專利申請 US2008/308330A1公開了另一種輪轂驅(qū)動裝置，其包括在車輪內(nèi)偏置布置的輪內(nèi)電機、一級 外齒輪傳動和一級行星減速器、制動器、輪轂單元和車輪。美國專利申請US2009/0236158A1 公開了另外一種輪轂驅(qū)動裝置，其包括轉(zhuǎn)向節(jié)、布置在轉(zhuǎn)向節(jié)后部的輪內(nèi)電機、減速器和用 于連接減速器輸出端與車輪的傳動軸。
[0005] 上述公開的技術(shù)方案存在著以下問題：功率密度低，難與懸架進行集成，因為體積 較大的帶減速器的輪內(nèi)電機占據(jù)了懸架擺臂與輪轂單元連接的空間；故障安全性低，如果 輪內(nèi)電機出現(xiàn)故障，則該輪將失去可控的驅(qū)動力，由此可能帶來安全性隱患。
[0006] 因此，還存在著提供一種具有高功率密度和高故障安全性的輪轂驅(qū)動裝置的需 求。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0007] 鑒于上述狀況，有必要提供一種具有功率密度較高和故障安全性較高的具有行星 電機的輪轂驅(qū)動裝置。
[0008] -種具有行星電機的輪轂驅(qū)動裝置，其包括：
[0009] 行星電機，用于提供驅(qū)動輪轂轉(zhuǎn)動的第一動力，所述行星電機包括齒圈定子及設(shè) 于所述齒圈定子的徑向內(nèi)側(cè)的多個行星轉(zhuǎn)子；及
[0010] 行星機構(gòu)，用于匹配所述行星電機與所述輪轂的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，所述行星機構(gòu)包括 行星架、齒圈及多個行星齒輪；所述多個行星齒輪設(shè)于所述齒圈徑向內(nèi)側(cè)，并且呈環(huán)形分 布；所述多個行星齒輪均與所述齒圈相嚙合，使所述多個行星齒輪沿所述齒圈的內(nèi)周緣可 滾動；所述多個行星齒輪分別與所述多個行星轉(zhuǎn)子一一對應(yīng)設(shè)置，并且所述多個行星齒輪 分別與所述多個行星轉(zhuǎn)子共軸連接，以使每個所述行星齒輪與對應(yīng)的所述行星轉(zhuǎn)子共軸同 步轉(zhuǎn)動；所述多個行星齒輪分別通過轉(zhuǎn)軸與所述行星架可轉(zhuǎn)動連接，使所述行星架隨著所 述多個行星齒輪相對于所述齒圈滾動而轉(zhuǎn)動；
[0011] 其中，當(dāng)所述行星電機給所述車輪提供動力時，所述行星架為動力的輸出端，并且 所述行星架用于帶動所述輪轂轉(zhuǎn)動，所述行星轉(zhuǎn)子驅(qū)動所述行星齒輪轉(zhuǎn)動，所述行星齒輪 與所述齒圈相嚙合而沿所述齒圈滾動，從而帶動所述行星架轉(zhuǎn)動。
[0012] 相較于傳統(tǒng)的輪轂驅(qū)動裝置，上述具有行星電機的輪轂驅(qū)動裝置至少具有以下優(yōu) 占·
[0013] (1)由行星電機的原理可知，行星電機與常規(guī)的以徑向力工作的電機有明顯的區(qū) 另IJ，其特征是行星電機的轉(zhuǎn)子為行星輪，磁路短，節(jié)能空間，轉(zhuǎn)子運動的磁力主要為徑向力， 出力大，在功率密度上比一般電機有更大的優(yōu)勢。因此，上述具有行星電機的輪轂驅(qū)動裝置 具有較高的功率密度。
[0014] (2)上述具有行星電機的輪轂驅(qū)動裝置可采用兩個動力來驅(qū)動輪轂，其中一個動 力可由行星電機提供，另外一個可由動力裝置提供，并且，行星電機具有多個行星轉(zhuǎn)子，由 多套線圈供電工作，大大提高了工作可靠性和故障安全性。因此，上述具有行星電機的輪轂 驅(qū)動裝置可靠性和故障安全性較高。
[0015] 在其中一個實施例中，所述齒圈定子與所述齒圈連接，并且所述齒圈定子沿著圓 周方向布置成多個極區(qū)域，每個所述極區(qū)域內(nèi)的線圈整距布置。
[0016] 在其中一個實施例中，所述齒圈定子由定子鐵芯及線圈組成，所述定子鐵芯的內(nèi) 圈設(shè)有多個間隔設(shè)置的凸齒，每相鄰兩個所述凸齒之間形成齒槽，所述線圈纏繞在所述凸 齒上，并且嵌入所述齒槽內(nèi)，并且每個所述線圈對應(yīng)一個所述凸齒，以構(gòu)成一相，每個所述 極區(qū)域內(nèi)的所述線圈的數(shù)量與所述凸齒的數(shù)量相同。
[0017] 在其中一個實施例中，所述齒圈定子的各相繞組由各個所述極區(qū)域的各相對應(yīng)的 線圈串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成，并且每兩相相鄰繞組同時通電，并流過相同大小的電流。
[0018] 在其中一個實施例中，所述各相繞組與電力電子裝置電連接，并且由所述電力電 子裝置給各相繞組按次序供電，當(dāng)兩相線圈通電時，所述行星轉(zhuǎn)子上會產(chǎn)生磁拉力，并且所 述磁拉力總是使得所述行星轉(zhuǎn)子向著總磁路磁阻最小的位置運動。
[0019] 在其中一個實施例中，所述行星轉(zhuǎn)子為無磁趨向性的導(dǎo)磁圓柱體，并且所述多個 行星轉(zhuǎn)子沿所述齒圈定子的內(nèi)周緣布置，其中，所述行星轉(zhuǎn)子的數(shù)量與所述齒圈定子的極 區(qū)域數(shù)量及所述行星齒輪的數(shù)量均相同。
[0020] 在其中一個實施例中，所述行星轉(zhuǎn)子內(nèi)嵌入有磁鋼。
[0021] 在其中一個實施例中，所述齒圈定子及所述行星轉(zhuǎn)子分別與所述齒圈及所述行星 齒輪可拆卸地固定連接，或者，所述齒圈定子及所述行星轉(zhuǎn)子分別與所述齒圈及所述行星 齒輪一體成型。
[0022] 在其中一個實施例中，還包括位置傳感器，所述位置傳感器設(shè)于所述行星架上，用 于感測所述行星轉(zhuǎn)子的位置。
[0023] 同時，本發(fā)明還提供一種采用上述輪轂驅(qū)動裝置的車輪動力系統(tǒng)。
[0024] 一種車輪動力系統(tǒng),包括：
[0025] 上述的輪轂驅(qū)動裝置；
[0026] 所述輪轂，與所述行星架固定連接；
[0027] 車輪，與所述輪轂固定連接，并且隨著所述輪轂一起轉(zhuǎn)動；
[0028] 動力裝置，用于提供驅(qū)動所述輪轂轉(zhuǎn)動的第二動力；及
[0029] 轉(zhuǎn)向節(jié)，用于支撐所述行星電機、所述動力裝置、所述行星機構(gòu)及所述輪轂，并用 于與懸架裝置和轉(zhuǎn)向裝置相連接。
[0030] 在其中一個實施例中，還包括輪轂軸承，所述輪轂軸承固定在所述轉(zhuǎn)向節(jié)上，并且 套設(shè)在所述輪轂的轉(zhuǎn)軸上，用于支撐所述輪轂。
[0031] 在其中一個實施例中，所述行星機構(gòu)還包括太陽輪，所述太陽輪位于所述多個行 星齒輪的中間位置，并且與所述多個行星齒輪相嚙合；所述動力裝置為電機，所述電機安裝 在所述多個行星轉(zhuǎn)子的中間，并且所述電機的轉(zhuǎn)子與所述太陽輪共軸連接，使所述太陽輪 隨著所述電機的轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動；
[0032] 其中，當(dāng)所述動力裝置給所述車輪提供動力時，所述動力裝置驅(qū)動所述太陽輪轉(zhuǎn) 動，所述太陽輪與所述行星齒輪相嚙合而帶動所述行星齒輪轉(zhuǎn)動，所述行星齒輪與所述齒 圈相嚙合而沿所述齒圈滾動，從而帶動所述行星架轉(zhuǎn)動。
[0033] 在其中一個實施例中，所述電機的轉(zhuǎn)子與所述太陽輪可拆卸地固定連接，或者，所 述電機的轉(zhuǎn)子與所述太陽輪一體成型。
[0034] 在其中一個實施例中，所述動力裝置為發(fā)動機，所述發(fā)動機通過傳動軸驅(qū)動所述 輪轂轉(zhuǎn)動。
[0035] 在其中一個實施例中，所述齒圈及所述齒圈定子均固定連接在所述轉(zhuǎn)向節(jié)內(nèi)。 【【附圖說明】】
[0036] 圖1為本發(fā)明的實施例一的具有行星電機的車輪動力系統(tǒng)的剖視圖；
[0037] 圖2為圖1所示的內(nèi)側(cè)軸局部示意圖；
[0038] 圖3為圖1所示的外側(cè)軸局部示意圖；
[0039] 圖4為圖1所示的行星電機和行星機構(gòu)的轉(zhuǎn)動狀態(tài)示意圖；
[0040] 圖5為圖1所示的行星電機的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041] 圖6為圖1所示的行星電機的行星轉(zhuǎn)子在不同位置情況下，齒圈定子的一個極區(qū) 域下的兩相繞組對應(yīng)線圈（線圈BUCl)通電時產(chǎn)生的磁通示意圖；
[0042] 圖7為圖1所示的行星電機的齒圈定子兩相繞組通電時，行星轉(zhuǎn)子在不同位置情 況下齒圈定子的繞組磁連/位置/電流關(guān)系圖；
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