專利名稱：一種全電動車輪總成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種汽車車輪總成，更具體地說，涉及一種采用行星狀布置的多臺三相永磁電機驅(qū)動的、帶主動懸掛系統(tǒng)的全電動車輪總成。
背景技術(shù)：
目前輪轂電機在電動自行車和電動助力車中已經(jīng)大量被采用，但在電動汽車中的使用仍不多見。主要原因是，電動汽車的每一個輪轂通常需要20-200Nm的連續(xù)力矩、 2-200KW的連續(xù)功率，且輪轂轉(zhuǎn)速又不高，通常只有1000-1500rpm，因此，做成直接由電機驅(qū)動的話直徑必然會很大，且電機所用的材料和成本會非常高。解決的方法是采用減速齒輪，這種方法通常會增加一個5 1的減速器，可以將電機的轉(zhuǎn)速提高到5000-7500rpm，電機的體積可以成倍地減小，這種方案通常被稱之為輪邊電機方案。但是這種傳統(tǒng)的輪邊電機方案也存在電機軸向尺寸太大的缺點，且破壞了輪轂電機扁平的基本外形特點，不利于輪轂在整車上的布局。申請?zhí)?00410037252. 8，名為“一種以復(fù)數(shù)電動機構(gòu)成輪轂電機的結(jié)構(gòu)”的中國發(fā)明專利，提出以復(fù)數(shù)電動機構(gòu)成電動自行車輪轂電機的結(jié)構(gòu)來分散功率，達到降低成本和通過改變電機數(shù)量來配置不同功率產(chǎn)品的目的。這種方案僅適用于小功率的電動自行車輪轂，且復(fù)數(shù)電動機的復(fù)數(shù)驅(qū)動會增加控制難度和控制成本。此外，主動懸掛系統(tǒng)是未來高性能全電動車必備的功能，傳動輪轂的結(jié)構(gòu)不利于集成復(fù)雜的主動懸掛系統(tǒng)，或根本沒有空間集成復(fù)雜的主動懸掛系統(tǒng)。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述輪邊電機的電機軸向尺寸大，不利于輪轂的整車布局，采用復(fù)數(shù)電動機的輪轂僅適用于小功率電動自行車且控制難度和成本高、傳統(tǒng)輪轂結(jié)構(gòu)不利于集成主動懸掛系統(tǒng)的缺陷，提供一種全電動車輪總成。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種全電動車輪總成，包括輪轂和設(shè)于所述輪轂周緣的輪胎，其特征在于，所述輪轂的中央設(shè)有一密閉的容置空間， 所述容置空間的側(cè)壁中央設(shè)有穿孔，所述穿孔內(nèi)通過軸承裝配有中空的輪軸；在所述容置空間內(nèi)固設(shè)有穿過所述輪軸的太陽輪，沿所述太陽輪的圓周方向均布有N個行星輪，每一所述行星輪由固定于車架上的永磁電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)進而帶動所述太陽輪旋轉(zhuǎn)，且所述太陽輪與所述行星輪的減速比為4 :1-6:1;所述永磁電機的定子零位和轉(zhuǎn)子零位均與所述行星輪的零位對齊，從而使得所述行星輪的零位與所述太陽輪的齒槽咬合；所述太陽輪的齒數(shù)為Z，則Z滿足以下公式Z = KN，其中N和K均為大于2的整數(shù)；該全電動車輪總成還包括主動懸掛系統(tǒng)，所述主動懸掛系統(tǒng)包括與車架固定連接的懸掛驅(qū)動電機、與所述懸掛驅(qū)動電機輸出軸連接的蝸桿、與所述蝸桿配合的蝸輪、可隨所
3述蝸輪轉(zhuǎn)動的絲母、和固定在懸架上的且可將所述絲母的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為懸架上下移動的絲杠。本實用新型所述的全電動車輪總成，其中，所述主動懸掛系統(tǒng)還包括與所述懸架固定且設(shè)于所述蝸輪外圍的處于半壓縮狀態(tài)的儲能彈簧。本實用新型所述的全電動車輪總成，其中，所述容置空間由與所述輪轂形狀相匹配的、且用于固定所述永磁電機的基板與所述輪轂的側(cè)壁圍成，在所述基板上，沿所述輪轂的周向方向均布有與所述行星輪數(shù)量相等的通孔，所述永磁電機的輸出軸通過軸承裝配于所述通孔內(nèi)；在所述基板上的適當(dāng)位置還設(shè)有用于安裝所述懸掛驅(qū)動電機的輸出軸的安裝孔，所述懸掛驅(qū)動電機的輸出軸通過軸承安裝于所述安裝孔內(nèi)。本實用新型所述的全電動車輪總成，其中，所述基板與所述輪轂相接的周緣處還設(shè)有動密封結(jié)構(gòu)。本實用新型所述的全電動車輪總成，其中，其中一臺所述永磁電機上還裝有位置傳感器。本實用新型所述的全電動車輪總成，其中，所述位置傳感器包括霍爾開關(guān)、磁編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器或光電編碼器。本實用新型所述的全電動車輪總成，其中，所有所述永磁電機的繞組和位置傳感器的弓丨線形成線束密封于所述輪軸內(nèi)且從所述輪軸穿出。本實用新型所述的全電動車輪總成，其中，所述永磁電機均為Y型繞組的三相永磁電機，且所有所述永磁電機采用并聯(lián)或串聯(lián)的方式電性連接。本實用新型所述的全電動車輪總成，其中，該全電動車輪總成還包括驅(qū)動控制器， 所述驅(qū)動控制器對所述永磁電機采用三相方波電流或三相正弦波電流驅(qū)動。本實用新型所述的全電動車輪總成，其中，該全電動車輪總成還包括與所述太陽輪同軸安裝的制動器，所述制動器包括盤式制動器或鼓式制動器。實施本實用新型的全電動車輪總成，具有以下有益效果本實用新型采用多臺永磁電機，通過驅(qū)動永磁電機輸出軸上的行星齒輪向太陽輪傳遞力矩和轉(zhuǎn)速并最終由太陽輪驅(qū)動輪轂轉(zhuǎn)動。多臺永磁電機呈行星狀布置，共同驅(qū)動太陽輪，同時達到力矩和功率擴展的目的，且電機的軸向尺寸不必擴大，充分利用輪轂的空間，保持了輪轂的基本外形特點。此外，由懸掛驅(qū)動電機、絲杠和絲母加蝸輪組成的主動懸掛系統(tǒng)可以根據(jù)電動車主控制器驅(qū)動懸掛電機旋轉(zhuǎn)，使絲桿和絲母加蝸輪組成的蝸輪蝸桿垂直運動，從而使得輪轂相對于懸架可以垂直運動，達到主動懸掛的作用。

下面將結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中圖1是本實用新型一種全電動車輪總成優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型一種全電動車輪總成優(yōu)選實施例的立體結(jié)構(gòu)圖；圖3是本實用新型一種全電動車輪總成優(yōu)選實施例的主視圖；圖4是本實用新型一種全電動車輪總成優(yōu)選實施例中三臺永磁電機三相繞組并聯(lián)的電路圖；圖5是本實用新型一種全電動車輪總成優(yōu)選實施例中三臺永磁電機三相繞組串聯(lián)的電路圖。
具體實施方式
如圖1所示，同時參見圖2和圖3。在本實用新型的優(yōu)選實施例中，該全電動車輪總成包括輪轂1和輪胎2，輪轂1的中央設(shè)有一個密閉的容置空間，在該容置空間的側(cè)壁中央設(shè)有穿孔，穿孔內(nèi)通過軸承裝配有中空的輪軸3。其次，在容置空間內(nèi)還固設(shè)有穿過輪軸3 的太陽輪4，也是在上述的容置空間內(nèi)，沿太陽輪4的圓周方向均布有N個行星輪5，每一個行星輪5均由固定在車架上的永磁電機6驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的，進而帶動太陽輪4旋轉(zhuǎn)，且為了控制車輪的轉(zhuǎn)速，盡量減小電機的軸向尺寸，規(guī)定太陽輪4與行星輪5的減速比為4 1-6 1。因為在本實用新型的優(yōu)選實施例中，輪轂1的轉(zhuǎn)速約為IOOOrpm，減速比被規(guī)定在 4 1 6 1左右，就是把電動機的轉(zhuǎn)速規(guī)定在4000 6000rpm左右。一般可以認為電機轉(zhuǎn)速提高4 6倍，電機功率可以提高4 6倍，因為電機功率P = Τω, T是力矩，ω =2 Ji η/60是角速度，T力矩不變，電機尺寸不變，ω提高，電機輸出功率P也就提高了。本實用新型通過齒輪的減速，提高電機的轉(zhuǎn)速，使電動車輪轂的功率密度提高了。且電機轉(zhuǎn)速也不能超過6000 lOOOOrpm，因為此時電機的鐵損和噪聲會猛增，電機的壽命也成問題。 所以，減速比被規(guī)定在4 1 6 1左右比較合理。值得注意的是，如圖2所示，在裝配時，應(yīng)當(dāng)使永磁電機6的定子零位601和轉(zhuǎn)子零位均與行星輪5的零位501對齊，從而使得行星輪5的零位501與太陽輪4的齒槽咬合， 這樣就保證了太陽輪4在旋轉(zhuǎn)時，多臺永磁電機6的三相繞組的反電動勢的相位均相同，且假如太陽輪4的齒數(shù)為Z，則太陽輪的齒數(shù)Z與行星輪5的個數(shù)之間應(yīng)當(dāng)滿足以下公式Z = KN，其中N和K均為大于2的整數(shù)。這是因為，假如N = 3，則三臺永磁電機的反電動勢分別為Eal，Ea2，Ea3，相位相同， 串聯(lián)后總的電動勢Ea = Eal+Ea2+Ea3 = 3Eal，如果相位不相同，串聯(lián)后Ea合成的反電動勢的幅值會減小，相位也會變化，合成的電機效率必然下降。所以，保證零位對齊很重要，同時， 用三臺永磁電動機6，相應(yīng)太陽輪4的齒數(shù)Z應(yīng)當(dāng)是3的倍數(shù)，這一點同樣非常重要，因為如果太陽輪4的齒數(shù)Z是4的倍數(shù)，三個行星輪5與太陽輪4的齒槽咬合，無論如何都是不對稱的，因此也不可能保證三臺永磁電動機6三相繞組的反電動勢相位均相同。此外，該全電動車輪總成還包括主動懸掛系統(tǒng)，該主動懸掛系統(tǒng)包括與車架固定連接的懸掛驅(qū)動電機7、與懸掛驅(qū)動電機7輸出軸連接的蝸桿(圖中未示出)、與該蝸桿配合的蝸輪9、可隨蝸輪9轉(zhuǎn)動的絲母10、和固定在懸架8上的且可將絲母10的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為懸架8上下移動的絲杠11。主動懸掛系統(tǒng)的作用是通過1臺懸掛驅(qū)動用的三相永磁電動機，即懸掛驅(qū)動電機7，驅(qū)動蝸輪9相對絲杠11轉(zhuǎn)動，絲杠11固定在懸架8上，懸掛驅(qū)動電機7的轉(zhuǎn)動使懸架8垂直運動，達到主動懸掛的目的。且為了利用重力和車體慣量，上述主動懸掛系統(tǒng)還包括與懸架8固定且設(shè)于蝸輪 9外圍的處于半壓縮狀態(tài)的儲能彈簧12。主動懸掛系統(tǒng)的儲能彈簧12的零位處于半壓縮狀態(tài)，當(dāng)主動懸掛系統(tǒng)上推車體時，儲能彈簧12助力上推，當(dāng)主動懸掛系統(tǒng)下拉車體時，儲能彈簧12壓縮儲能并阻尼車體的垂直運動。進一步地，上述容置空間由與輪轂1形狀相匹配的、且用于固定永磁電機6的基板16與輪轂1的側(cè)壁圍成。在基板16上，沿輪轂1的周向方向均布有與行星輪5數(shù)量相等的通孔，永磁電機6的輸出軸通過軸承15裝配于該通孔內(nèi)。太陽輪4與輪轂1是剛性連接的，于是輪轂1相對于固定永磁電機6的基板16可以轉(zhuǎn)動。此外，在基板16上的適當(dāng)位置還設(shè)有用于安裝懸掛驅(qū)動電機7的輸出軸的安裝孔，懸掛驅(qū)動電機7的輸出軸通過軸承安裝于該安裝孔內(nèi)。優(yōu)選地，在上述基板16與輪轂1相接的周緣處還設(shè)有動密封結(jié)構(gòu)17。動密封結(jié)構(gòu)17可以是定子金屬圈或帶迷宮的定子金屬圈，與轉(zhuǎn)子上一個或幾個橡膠圈，或復(fù)合材料的密封圈構(gòu)成動密封結(jié)構(gòu)17 ；也可以是轉(zhuǎn)子上金屬圈或帶迷宮的定子金屬圈，定子上一個或幾個橡膠圈，或復(fù)合材料的密封圈構(gòu)成動密封結(jié)構(gòu)17。由于輪轂1旋轉(zhuǎn)時，太陽輪4旋轉(zhuǎn)并在密閉的容置空間內(nèi)產(chǎn)生正壓力，從而保證了密閉容置空間內(nèi)的正壓運動密封。優(yōu)選地，其中一臺永磁電機6上還裝有位置傳感器，且位置傳感器可以是霍爾開關(guān)、磁編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器或光電編碼器。在本實用新型的優(yōu)選實施例中，所有永磁電機6的繞組以及位置傳感器的引線被制成線束密封于上述中空的輪軸3內(nèi)且從輪軸3穿出。進一步地，上述永磁電機6均采用Y型繞組的三相永磁電機，且所有永磁電機6采用并聯(lián)或串聯(lián)的方式電性連接。如圖4所示，多臺Y型繞組的三相永磁電機可以按照U相、 V相、W相并聯(lián)，形成一組UVW三相繞組，或者也可以按照如圖5所示的方式將U相、V相、W 相串聯(lián)，形成一組UVW三相繞組。由于多臺三相永磁電機6通過各自的行星輪5與太陽輪4咬合，相當(dāng)于各自的輸出軸被串聯(lián)的、機械上同軸的一臺等效的三相永磁電機。當(dāng)太陽輪4旋轉(zhuǎn)時，多臺三相永磁電機6的反電動勢相位均相同；反之，多臺三相永磁電機6被驅(qū)動時，由于各自的行星輪5 均與一個太陽輪4咬合，所以多臺三相永磁電機6的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向必然一致，于是多臺三相永磁電機6相當(dāng)于輸出軸被串聯(lián)的、機械上同軸的一臺等效的三相永磁電機。因此可以使用一臺驅(qū)動控制器對一臺等效的三相永磁電機，即多臺永磁電機6采用三相方波電流或三相正弦波電流驅(qū)動。進一步地，太陽輪4可以采用金屬齒輪，行星齒輪5則可以采用金屬齒輪或非金屬齒輪中的任一種。且太陽輪4可以采用內(nèi)齒輪或外齒輪中的任一種，在本實用新型的優(yōu)選實施例中，太陽輪4采用的是外齒輪?？梢岳斫獾?，該全電動車輪總成還應(yīng)當(dāng)包括與太陽輪4同軸安裝的制動器，制動器通常包括制動件13和剎車盤14。制動器屬于現(xiàn)有公知技術(shù)，可以采用盤式制動器或鼓式制動器的任意一種。本實用新型采用多臺永磁電機，通過驅(qū)動永磁電機輸出軸上的行星齒輪向太陽輪傳遞力矩和轉(zhuǎn)速并最終由太陽輪驅(qū)動輪轂轉(zhuǎn)動。多臺永磁電機呈行星狀布置，共同驅(qū)動太陽輪，同時達到力矩和功率擴展的目的，且電機的軸向尺寸不必擴大，充分利用輪轂的空間，保持了輪轂的基本外形特點。此外，多電機、多行星齒輪驅(qū)動方式的優(yōu)點還在于，輸出軸沿圓周多點、對稱、均勻受力和驅(qū)動，具有受力和質(zhì)量分布對稱、均勻，電機齒輪間隙的影響也因為多點驅(qū)動的平均效應(yīng)被大大抑制，于是輪轂高速旋轉(zhuǎn)時的噪聲也大大降低。因此本實用新型具有功率密度高、力矩大、力矩波動小、噪聲低、過載能力強、質(zhì)量分布均勻、材料利用率高、成本低和軸向尺寸小等一系列優(yōu)點。[0046]此外，由懸掛驅(qū)動電機、絲杠和絲母加蝸輪組成的主動懸掛系統(tǒng)可以根據(jù)電動車主控制器驅(qū)動懸掛電機旋轉(zhuǎn)，使絲桿和絲母加蝸輪組成的蝸輪蝸桿垂直運動，從而使得輪轂相對于懸架可以垂直運動，達到主動懸掛的作用，能夠滿足未來高性能全電動車必備的功能需求。以上實施例只為說明本實用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本實用新型的內(nèi)容并據(jù)此實施，并不能限制本實用新型的保護范圍。凡跟本實用新型權(quán)利要求范圍所做的均等變化與修飾，均應(yīng)屬于本實用新型權(quán)利要求的涵蓋范圍。
權(quán)利要求1.一種全電動車輪總成，包括輪轂(1)和設(shè)于所述輪轂(1)周緣的輪胎O)，其特征在于，所述輪轂(1)的中央設(shè)有一密閉的容置空間，所述容置空間的側(cè)壁中央設(shè)有穿孔，所述穿孔內(nèi)通過軸承裝配有中空的輪軸(3)；在所述容置空間內(nèi)固設(shè)有穿過所述輪軸C3)的太陽輪G)，沿所述太陽輪(4)的圓周方向均布有N個行星輪(5)，每一所述行星輪( 由固定于車架上的永磁電機(6)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)進而帶動所述太陽輪⑷旋轉(zhuǎn)，且所述太陽輪⑷與所述行星輪(5)的減速比為4 :1-6:1;所述永磁電機(6)的定子零位(601)和轉(zhuǎn)子零位均與所述行星輪( 的零位(501)對齊，從而使得所述行星輪(5)的零位(501)與所述太陽輪(4)的齒槽咬合；所述太陽輪(4) 的齒數(shù)為Z，則Z滿足以下公式Z = KN，其中N和K均為大于2的整數(shù)；該全電動車輪總成還包括主動懸掛系統(tǒng)，所述主動懸掛系統(tǒng)包括與車架固定連接的懸掛驅(qū)動電機(7)、與所述懸掛驅(qū)動電機(7)輸出軸連接的蝸桿、與所述蝸桿配合的蝸輪(9)、 可隨所述蝸輪(9)轉(zhuǎn)動的絲母(10)、和固定在懸架(8)上的且可將所述絲母(10)的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為懸架(8)上下移動的絲杠(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全電動車輪總成，其特征在于，所述主動懸掛系統(tǒng)還包括與所述懸架(8)固定且設(shè)于所述蝸輪(9)外圍的處于半壓縮狀態(tài)的儲能彈簧(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全電動車輪總成，其特征在于，所述容置空間由與所述輪轂 ⑴形狀相匹配的、且用于固定所述永磁電機(6)的基板(16)與所述輪轂⑴的側(cè)壁圍成， 在所述基板(16)上，沿所述輪轂(1)的周向方向均布有與所述行星輪( 數(shù)量相等的通孔，所述永磁電機(6)的輸出軸通過軸承(1 裝配于所述通孔內(nèi)；在所述基板(16)上的適當(dāng)位置還設(shè)有用于安裝所述懸掛驅(qū)動電機(7)的輸出軸的安裝孔，所述懸掛驅(qū)動電機(7) 的輸出軸通過軸承安裝于所述安裝孔內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的全電動車輪總成，其特征在于，所述基板(16)與所述輪轂 (1)相接的周緣處還設(shè)有動密封結(jié)構(gòu)(17)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全電動車輪總成，其特征在于，其中一臺所述永磁電機(6)上還裝有位置傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的全電動車輪總成，其特征在于，所述位置傳感器包括霍爾開關(guān)、磁編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器或光電編碼器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的全電動車輪總成，其特征在于，所有所述永磁電機(6)的繞組和位置傳感器的引線形成線束密封于所述輪軸(3)內(nèi)且從所述輪軸(3)穿出。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的全電動車輪總成，其特征在于，所述永磁電機(6)均為Y型繞組的三相永磁電機，且所有所述永磁電機(6)采用并聯(lián)或串聯(lián)的方式電性連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的全電動車輪總成，其特征在于，該全電動車輪總成還包括驅(qū)動控制器，所述驅(qū)動控制器對所述永磁電機(6)采用三相方波電流或三相正弦波電流驅(qū)動。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全電動車輪總成，其特征在于，該全電動車輪總成還包括與所述太陽輪同軸安裝的制動器，所述制動器包括盤式制動器或鼓式制動器。
專利摘要本實用新型涉及一種全電動車輪總成，包括輪轂和輪胎，輪轂內(nèi)設(shè)有一密閉的容置空間，該空間內(nèi)設(shè)有太陽輪，沿太陽輪的軸向方向設(shè)置有由永磁電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的行星齒輪，且太陽輪的齒數(shù)Z和行星齒輪N之間滿足公式，Z＝KN，其中K和N均為大于2的整數(shù)。其次，還包括一套由蝸輪蝸桿組成的主動懸掛系統(tǒng)。本實用新型采用多臺永磁電機，通過驅(qū)動永磁電機輸出軸上的行星齒輪向太陽輪傳遞力矩和轉(zhuǎn)速并最終由太陽輪驅(qū)動輪轂轉(zhuǎn)動。多臺永磁電機呈行星狀布置，共同驅(qū)動太陽輪，同時達到力矩和功率擴展的目的，且電機的軸向尺寸不必擴大，充分利用輪轂的空間，保持了輪轂的基本外形特點。而主動懸掛系統(tǒng)能夠滿足未來高性能全電動車必備的功能需求。
文檔編號H02K7/116GK202200826SQ201120200530
公開日2012年4月25日 申請日期2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月10日
發(fā)明者杜坤梅, 樓建偉 申請人:浙江達世元電動科技有限公司