具有行星电机的轮毂驱动装置及采用该轮毂驱动装置的车轮动力系统的制作方法
【专利说明】具有行星电机的轮毂驱动装置及采用该轮毂驱动装置的车 轮动力系统 【技术领域】
[0001] 本发明涉一种轮毂驱动装置，尤其涉及一种具有行星电机的轮毂驱动装置及采用 该轮毂驱动装置的车轮动力系统。 【【背景技术】】
[0002] 轮毂独立驱动是一种古老而先进的驱动方式，具有以下显著的优点：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，车辆总布置极为简化和灵活，车内空间最大化。其缺点主要是增大了非悬挂质量，降 低了低速时的车辆接地安全性和平顺性，但改善了高速时的车辆平顺性。研究表明，只要增 加的非悬挂质量较小，并对现有悬架进行相应的调校，即可克服这些不利的影响。近年来， 伴随着电机和控制技术的进一步发展，轮毂驱动装置又得到了重视。
[0003] 现有的轮毂驱动装置主要有两类，一种是带减速器的高速电机驱动装置，一种是 不带减速器的低速电机驱动装置。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。 就现有的电机技术水平而言，带减速器的高速电机驱动装置的功率密度更高，也更易于和 悬架集成，因此得到了优先的关注。
[0004] 美国专利申请US2007/0078035A1和US2007/0209853A1公开了两种轮毂驱动装 置，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 轮毂驱动装置，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装置，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装置，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装置，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。
[0005] 上述公开的技术方案存在着以下问题：功率密度低，难与悬架进行集成，因为体积 较大的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。
[0006] 因此，还存在着提供一种具有高功率密度和高故障安全性的轮毂驱动装置的需 求。 【
【发明内容】
】
[0007] 鉴于上述状况，有必要提供一种具有功率密度较高和故障安全性较高的具有行星 电机的轮毂驱动装置。
[0008] -种具有行星电机的轮毂驱动装置，其包括：
[0009] 行星电机，用于提供驱动轮毂转动的第一动力，所述行星电机包括齿圈定子及设 于所述齿圈定子的径向内侧的多个行星转子；及
[0010] 行星机构，用于匹配所述行星电机与所述轮毂的转速和转矩，所述行星机构包括 行星架、齿圈及多个行星齿轮；所述多个行星齿轮设于所述齿圈径向内侧，并且呈环形分 布；所述多个行星齿轮均与所述齿圈相啮合，使所述多个行星齿轮沿所述齿圈的内周缘可 滚动；所述多个行星齿轮分别与所述多个行星转子一一对应设置，并且所述多个行星齿轮 分别与所述多个行星转子共轴连接，以使每个所述行星齿轮与对应的所述行星转子共轴同 步转动；所述多个行星齿轮分别通过转轴与所述行星架可转动连接，使所述行星架随着所 述多个行星齿轮相对于所述齿圈滚动而转动；
[0011] 其中，当所述行星电机给所述车轮提供动力时，所述行星架为动力的输出端，并且 所述行星架用于带动所述轮毂转动，所述行星转子驱动所述行星齿轮转动，所述行星齿轮 与所述齿圈相啮合而沿所述齿圈滚动，从而带动所述行星架转动。
[0012] 相较于传统的轮毂驱动装置，上述具有行星电机的轮毂驱动装置至少具有以下优 占·
[0013] (1)由行星电机的原理可知，行星电机与常规的以径向力工作的电机有明显的区 另IJ，其特征是行星电机的转子为行星轮，磁路短，节能空间，转子运动的磁力主要为径向力， 出力大，在功率密度上比一般电机有更大的优势。因此，上述具有行星电机的轮毂驱动装置 具有较高的功率密度。
[0014] (2)上述具有行星电机的轮毂驱动装置可采用两个动力来驱动轮毂，其中一个动 力可由行星电机提供，另外一个可由动力装置提供，并且，行星电机具有多个行星转子，由 多套线圈供电工作，大大提高了工作可靠性和故障安全性。因此，上述具有行星电机的轮毂 驱动装置可靠性和故障安全性较高。
[0015] 在其中一个实施例中，所述齿圈定子与所述齿圈连接，并且所述齿圈定子沿着圆 周方向布置成多个极区域，每个所述极区域内的线圈整距布置。
[0016] 在其中一个实施例中，所述齿圈定子由定子铁芯及线圈组成，所述定子铁芯的内 圈设有多个间隔设置的凸齿，每相邻两个所述凸齿之间形成齿槽，所述线圈缠绕在所述凸 齿上，并且嵌入所述齿槽内，并且每个所述线圈对应一个所述凸齿，以构成一相，每个所述 极区域内的所述线圈的数量与所述凸齿的数量相同。
[0017] 在其中一个实施例中，所述齿圈定子的各相绕组由各个所述极区域的各相对应的 线圈串联或并联构成，并且每两相相邻绕组同时通电，并流过相同大小的电流。
[0018] 在其中一个实施例中，所述各相绕组与电力电子装置电连接，并且由所述电力电 子装置给各相绕组按次序供电，当两相线圈通电时，所述行星转子上会产生磁拉力，并且所 述磁拉力总是使得所述行星转子向着总磁路磁阻最小的位置运动。
[0019] 在其中一个实施例中，所述行星转子为无磁趋向性的导磁圆柱体，并且所述多个 行星转子沿所述齿圈定子的内周缘布置，其中，所述行星转子的数量与所述齿圈定子的极 区域数量及所述行星齿轮的数量均相同。
[0020] 在其中一个实施例中，所述行星转子内嵌入有磁钢。
[0021] 在其中一个实施例中，所述齿圈定子及所述行星转子分别与所述齿圈及所述行星 齿轮可拆卸地固定连接，或者，所述齿圈定子及所述行星转子分别与所述齿圈及所述行星 齿轮一体成型。
[0022] 在其中一个实施例中，还包括位置传感器，所述位置传感器设于所述行星架上，用 于感测所述行星转子的位置。
[0023] 同时，本发明还提供一种采用上述轮毂驱动装置的车轮动力系统。
[0024] 一种车轮动力系统,包括：
[0025] 上述的轮毂驱动装置；
[0026] 所述轮毂，与所述行星架固定连接；
[0027] 车轮，与所述轮毂固定连接，并且随着所述轮毂一起转动；
[0028] 动力装置，用于提供驱动所述轮毂转动的第二动力；及
[0029] 转向节，用于支撑所述行星电机、所述动力装置、所述行星机构及所述轮毂，并用 于与悬架装置和转向装置相连接。
[0030] 在其中一个实施例中，还包括轮毂轴承，所述轮毂轴承固定在所述转向节上，并且 套设在所述轮毂的转轴上，用于支撑所述轮毂。
[0031] 在其中一个实施例中，所述行星机构还包括太阳轮，所述太阳轮位于所述多个行 星齿轮的中间位置，并且与所述多个行星齿轮相啮合；所述动力装置为电机，所述电机安装 在所述多个行星转子的中间，并且所述电机的转子与所述太阳轮共轴连接，使所述太阳轮 随着所述电机的转子一起转动；
[0032] 其中，当所述动力装置给所述车轮提供动力时，所述动力装置驱动所述太阳轮转 动，所述太阳轮与所述行星齿轮相啮合而带动所述行星齿轮转动，所述行星齿轮与所述齿 圈相啮合而沿所述齿圈滚动，从而带动所述行星架转动。
[0033] 在其中一个实施例中，所述电机的转子与所述太阳轮可拆卸地固定连接，或者，所 述电机的转子与所述太阳轮一体成型。
[0034] 在其中一个实施例中，所述动力装置为发动机，所述发动机通过传动轴驱动所述 轮毂转动。
[0035] 在其中一个实施例中，所述齿圈及所述齿圈定子均固定连接在所述转向节内。 【【附图说明】】
[0036] 图1为本发明的实施例一的具有行星电机的车轮动力系统的剖视图；
[0037] 图2为图1所示的内侧轴局部示意图；
[0038] 图3为图1所示的外侧轴局部示意图；
[0039] 图4为图1所示的行星电机和行星机构的转动状态示意图；
[0040] 图5为图1所示的行星电机的结构示意图；
[0041] 图6为图1所示的行星电机的行星转子在不同位置情况下，齿圈定子的一个极区 域下的两相绕组对应线圈（线圈BUCl)通电时产生的磁通示意图；
[0042] 图7为图1所示的行星电机的齿圈定子两相绕组通电时，行星转子在不同位置情 况下齿圈定子的绕组磁连/位置/电流关系图；
[0