本发明涉及电动汽车的驱动技术领域，特别是涉及一种轮毂电机驱动装置、电动汽车及电动汽车工作方法。
背景技术：
近年来电动汽车的发展取得了长足的进步，作为电动汽车核心部件的轮毂电机驱动装置的应用也越来越多。目前常用的电动汽车轮毂电机驱动装置中，有的为横截面非周向对称结构，从而影响了汽车车轮转动时的平稳性；有的为横截面非左右对称结构，从而影响了汽车转向操控时的灵活性；有的结构过于复杂，从而影响了汽车轮毂轮胎拆卸维护时的方便性和经济性；有的为直接电机驱动或仅有一级变速机构，从而既影响了电动汽车的动力性又影响了电动汽车的经济性。
中国专利201610100566.0公开一种新能源汽车轮毂电机动力总成驱动系统，包括轴向和盘式电动机一体机，由定子和转子构成，内置定子外置转子，轮胎直接安装在外置转子上；还包括刹车卡钳、减震及连接支架、浮动刹车碟盘，刹车卡钳安装在定子的轴向内表面靠近车内的边缘的位置，卡钳开口向外与浮动刹车碟盘匹配；浮动刹车碟盘用多个螺栓固定在外转子轴向向车内的端面上；减震及连接支架分为上下两部分，安装在定子的轴向内壁上；轮毂电机中心轴采用推力滚子轴承紧固，由轴向和盘式电动机一体机驱动。新能源汽车轮毂电机动力总成将轮毂、外转子轮毂电动机、刹车卡钳及刹车片、减震及连杆支架集成为一个系统，采用电机直接驱动轮毂的驱动模式，而且使用了特殊的外转子轮毂，影响了电动汽车的动力性和经济性。
因此，需要一种驱动性能和经济性能好、转动平稳及操控灵活且易安装使用的电动汽车轮毂电机驱动装置。
技术实现要素：
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种轮毂电机驱动装置、电动汽车及电动汽车工作方法，用于解决现有技术中轮毂电机驱动装置难于直接安装在现有的汽车轮毂上的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于电动汽车的轮毂电机驱动装置，其包括外壳，以及置于外壳内的输出轴，输出轴具有圆柱形容置腔，所述圆柱形容置腔内设有电机、左行星轮系、右行星轮系以及固定在电机内且控制电机动作的控制器，左行星轮系和右行星轮系对称分布在电机的左右两侧；其中，电机包括用于与轮毂轴承转动相连的电机轴，电机轴的左端设有左离合器，电机轴的右端设有右离合器，左离合器、右离合器均与控制器电连接；左行星轮系和右行星轮系，均包括太阳轮、至少三个转动定位的行星轮以及固定在圆柱形容置腔的腔内壁上的内齿圈，所有行星轮围绕太阳轮周向均匀分布且均与太阳轮啮合，所有行星轮均位于内齿圈内且与内齿圈相啮合；两个太阳轮对称安装在电机的左右两侧且均与电机轴相对转动，左离合器在控制器的控制下与左行星轮系中的太阳轮处于结合或断开状态，右离合器在控制器的控制下与右行星轮系中的太阳轮处于结合或断开状态。
优选的，所述电机还包括电机转子、电机定子和左端盖、右端盖以及电机壳，电机转子和电机定子均置于由左端盖、右端盖和电机壳围成的空腔内，所述电机轴与电机转子固定相连，电机轴的左右两端分别穿过左端盖和右端盖，所述控制器固定在左端盖或右端盖的内壁上。
优选的，所述电机转子为中空辐板结构。
优选的，所述行星轮转动安装在行星轮轴上，所述左行星轮系中的所有行星轮轴的一端固定在所述外壳的左侧内壁上，另一端固定在所述电机的电机壳上，所述右行星轮系中的所有行星轮轴均固定在所述电机的电机壳上。
优选的，所述外壳左侧壁的外表面上固定设有减震器接头、转向机接头和摆臂接头。
优选的，所述左行星轮系中的内齿圈的齿顶直径大于所述右行星轮系的内齿圈的齿顶直径。
优选的，所述外壳内填充有润滑所述左行星轮系和所述右行星轮系的润滑油。
本发明还提供一种电动汽车，所述电动汽车采用如上所述用于电动汽车的轮毂电机驱动装置，电动汽车的轮毂与所述轮毂轴承固定相连，电机轴的右端与轮毂轴承转动相连，所述外壳与所述轮毂轴承转动相连，所述输出轴与所述轮毂轴承固定相连。
优选的，所述电动汽车还包括刹车机构，刹车机构包括相互配合使用的刹车盘和刹车钳，刹车盘固定在所述轮毂轴承上，刹车钳固定在外壳的右外侧面上。
本发明还提供一种电动汽车的工作方法，所述电动汽车采用如上所述电动汽车的轮毂电机驱动装置，具体包括以下几种工作模式：
空挡启动模式，电动汽车启动，所述电机正转，所述控制器控制左离合器、右离合器分别与左行星轮系、右行星轮系处于断开状态；
低速行驶模式，所述控制器控制右离合器与右行星轮系处于断开状态，左离合器与左行星轮系处于结合状态，左行星轮系工作，电机正转，电动汽车处于低速行驶模式；
中高速行驶模式，所述控制器控制左离合器与左行星轮系处于断开状态，右离合器与右行星轮系处于结合状态，右行星轮系工作，电机正转，电动汽车处于中高速行驶模式；
滑行制动发电模式，所述控制器控制左离合器与左行星轮系处于断开状态，右离合器与右行星轮系处于结合状态，电机被反拖发电制动；
倒车行驶模式，所述控制器控制右离合器与右行星轮系处于断开状态，左离合器与左行星轮系处于结合状态，电机反转倒车。
如上所述，本发明的轮毂电机驱动装置、电动汽车及电动汽车的工作方法，具有以下有益效果：上述输出轴与轮毂轴承固定连接，外壳与轮毂轴承转动相连，轮毂通过螺栓与轮毂轴承的法兰固定连接，因而易于将轮毂电机驱动装置直接安装在轮毂上，也就是说不需要做任何重新设计工作就可以直接把现有的轮胎轮毂用于电动汽车的底盘动力驱动系统，从而保证了汽车轮毂轮胎的继承性和经济性；轮毂电机驱动装置利用模块化设计原理，其包括几大模块：电机、左行星轮系、右行星轮系以及固定在电机内且控制电机动作的控制器，左行星轮系和右行星轮系对称分布在电机的左右两侧，因此，简洁的模块化结构以及双行星轮系的合理调配，既提升了汽车运行时的安全性和使用时的便捷性又使得电机可以根据电动汽车行驶工况的需要而工作在高效率的转速区间，从而既提高了电动汽车的动力性又改善了电动汽车的经济性。
附图说明
图1显示为本发明的电动汽车的轮毂电机驱动装置的横截面示意图。
元件标号说明
1 轮胎
2 轮毂
3 左行星轮系
31 左内齿圈
32 左行星轮
33 左行星轮轴
34 左太阳轮
4 右行星轮系
41 右内齿圈
42 右行星轮
43 右行星轮轴
44 右太阳轮
51 右离合器
52 左离合器
6 电机
61 电机轴
62 右端盖
63 左端盖
64 电机转子
65 电机定子
66 电机壳
7 刹车钳
8 刹车盘
9 减震器接头
10 控制器
11 转向机接头
12 摆臂接头
13 外壳
14 输出轴
101 轮毂轴承
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1。须知，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1所示，本发明提供一种电动汽车的轮毂电机驱动装置，其包括外壳13，以及置于外壳13内的输出轴14，输出轴14具有圆柱形容置腔，圆柱形容置腔内设有电机6、左行星轮系3、右行星轮系4以及固定在电机6内且控制电机6动作的控制器10，左行星轮系3和右行星轮系4对称分布在电机6的左右两侧；其中，电机6包括与轮毂轴承101转动相连的电机轴61，电机轴61的左端设有左离合器52，电机轴61的右端设有右离合器51，左离合器52、右离合器51均与控制器10电连接；左行星轮系3和右行星轮系4，均包括太阳轮(图1中左太阳轮34、右太阳轮44)、至少三个转动定位的行星轮(图1中左行星轮32、右行星轮42)以及固定在圆柱形容置腔的腔内壁上的内齿圈(图1中左内齿圈31、右内齿圈41)，所有行星轮围绕太阳轮周向均匀分布且均与太阳轮相啮合，所有行星轮均位于内齿圈内且与内齿圈相啮合；两个太阳轮(图1中左太阳轮34、右太阳轮44)对称安装在电机6的左右两侧且与电机轴61相对转动，左离合器52在控制器10的控制下与左行星轮系3中的太阳轮(即左太阳轮34)处于结合或断开状态，右离合器51在控制器10的控制下与右行星轮系4中的太阳轮(即右太阳轮44)处于结合或断开状态。
本发明轮毂电机驱动装置其具有外壳13，可以整体安装使用，安装时，使输出轴14与轮毂轴承101固定连接，外壳13与轮毂轴承101转动相连，轮毂2通过螺栓与轮毂轴承101的法兰固定连接，因而易于将轮毂电机驱动装置直接安装在轮毂2上，也就是说不需要做任何重新设计工作就可以直接把现有的轮胎轮毂用于电动汽车的底盘动力驱动系统，从而保证了汽车轮毂轮胎的继承性和经济性；而轮毂电机驱动装置主要分成几大模块：电机6、左行星轮系3、右行星轮系4和控制器10，将各模块以准对称形式分布，使轮毂电机驱动装置的横截面既具有360°周向对称的结构特点又具有近似左右对称的结构特点，周向对称是指各模块以电机轴61为中心绕电机轴周向均匀分布，左右对称是指左行星轮系和右行星轮系关于电机左右对称；准对称的结构分布极大地提升了电动汽车车轮转动时的平稳性以及汽车转向操控时的灵活性；简洁的模块化结构以及双行星轮系的合理调配，既提升了汽车运行时的安全性和使用时的便捷性又使得电机可以根据电动汽车行驶工况的需要而工作在高效率的转速区间，从而既提高了电动汽车的动力性又改善了电动汽车的经济性。
上述电机6具体还包括电机转子64、电机定子65和左端盖63、右端盖62以及电机壳66，电机转子64和电机定子65均置于由左端盖63、右端盖62和电机壳66围成的空腔内，所述电机轴61与电机转子64固定相连，电机轴61的左右两端分别穿过左端盖63和右端盖62，且通过轴承与左端盖、右端盖转动相连，所述控制器10固定在左端盖63或右端盖62的内壁上。本发明中的电机6位于整个轮毂电机驱动装置的中心；电机轴61为长轴，是整个电动汽车轮毂电机驱动装置各个模块单元的轴向定位支撑元件，可以设计成空心结构以便减轻重量；电机壳66是整个电动汽车轮毂电机驱动装置的核心骨架元件，负责构建与保持整个电动汽车轮毂电机驱动装置各个模块单元的空间关系；电子转子64可以设计成中空辐板结构，既可以减轻重量，又可以腾出空间以便布置控制器10。
上述控制器10是协调指挥整个电动汽车的轮毂电机驱动装置正常工作的电子软件及电子电器硬件的集成体。控制器10既可以设计成整体式结构，也可以设计成分列式结构。整体式的控制器可以根据需要固定设置在左端盖63(图1中将控制器10固定在左端盖63上)或右端盖62的内侧面；分列式控制器可以根据需要分别固定设置在左端盖、右端盖的内侧面。控制器10可以根据需要向电机发出启动、加速、匀速、减速、停止、反转、发电等指令；控制器10也可以根据需要分别向左离合器52、右离合器51发出结合、断开等指令(不能向左离合器和右离合器同时发出结合指令)；控制器10同时也负责与外界其它控制器之间的信息交流工作。
左行星轮系3位于电机左边，见图1所示，左行星轮系3主要由左太阳轮34、至少三个左行星轮32、左内齿圈31、左行星轮轴33、左离合器52构成。电机轴61穿过左太阳轮34的中心，左太阳轮34与电机轴61通过轴承转动连接。所有左行星轮32围绕左太阳轮34的周向均匀分布。各个左行星轮轴33一端固定在外壳13的左侧内壁上(本实施例中外壳由盘状的左行星轮架与壳体件密封拼接构成，即左行星轮轴固定在左行星轮架上)，另一端固定在电机6的电机壳66上。左内齿圈31与输出轴14的圆柱形腔的内壁固定连接。左太阳轮34的轮齿与左行星轮32的轮齿啮合，左行星轮32的轮齿与左内齿圈31的轮齿啮合。当电机6通电而且左离合器52处于结合状态而右离合器51处于断开状态时，电机转子64带动电机轴61转动，电机轴61就可以带动左太阳轮34转动。由于左行星轮系3中的左行星轮轴33是被固定不动的，因而左太阳轮34转动时就可以带动左行星轮32转动，左行星轮32进而带动左内齿圈31即输出轴14转动，由于输出轴14通过轮毂轴承101与轮毂2固定相连，最终实现驱动轮毂轮胎转动的目的。
右行星轮系4位于电机右边，见图1所示，右行星轮系4主要由右太阳轮44、至少三个右行星轮42、右内齿圈41、右行星轮轴43、右离合器51构成。电机轴61穿过右太阳轮44的中心，右太阳轮44与电机轴61通过轴承转动连接。所有右行星轮42围绕右太阳轮44的周向均匀分布。各个右行星轮轴43与电机壳66固定连接。右内齿圈41与输出轴14的圆柱形腔的内壁固定连接。右太阳轮44的轮齿与右行星轮42的轮齿啮合，右行星轮42的轮齿与右内齿圈41的轮齿啮合。当电机6通电而且右离合器51处于结合状态而左离合器52处于断开状态时，电机转子64带动电机轴61转动，电机轴61就可以带动右太阳轮44转动。由于右行星轮系4中的右行星轮轴43是被固定不动的，因而右太阳轮44转动时就可以带动右行星轮42转动，右行星轮42进而带动右内齿圈41即输出轴14转动，输出轴14通过轮毂轴承101与轮毂2固定，最终实现驱动轮毂轮胎转动的目的。
本实施例中，左行星轮系3的变速比大于右行星轮系4的变速比，即左行星轮系3为低速减速器，右行星轮系4为中高速减速器。左行星轮系中的内齿圈(即左内齿圈31)的齿顶直径大于所述右行星轮系的内齿圈(即右内齿圈41)的齿顶直径(见图1所示)，可以很方便地装配和拆卸上述外壳13。
外壳13的左侧外表面上固定设有减震器接头9、转向机接头11和摆臂接头12。
上述外壳13内可填充有润滑左行星轮系和右行星轮系的润滑油，增强齿轮间的润滑性，降低齿轮的运动噪音，延长齿轮的使用寿命，同时也具有冷却作用。
本发明还提供一种电动汽车，即将上述轮毂电机驱动装置装设在汽车轮毂上，电动汽车的轮毂2上固定有轮毂轴承101，电机轴61的右端与轮毂轴承101转动相连，外壳13与轮毂轴承101转动相连，输出轴14与轮毂轴承101固定相连即与轮毂2固定相连，安装轮胎1，完成轮毂电机驱动装置的安装。
电动汽车还包括刹车机构，刹车机构包括相互配合使用的刹车盘8和刹车钳7，刹车盘8固定在轮毂轴承101的法兰上，刹车钳7固定在外壳13的右侧面上。如此以来，刹车钳7是被固定不动的，当刹车钳7接到刹车指令后即可以对刹车盘8施加制动力，进而使轮毂轮胎制动减速或制动停车。
采用上述本发明的电动汽车轮毂电机驱动装置，电动汽车共有以下五种工作模式：空档启动模式、低速行驶模式、中高速行驶模式、滑行制动发电模式和倒车行驶模式。
空挡启动模式，当电动汽车启动时，控制器10指令左离合器52与右离合器51均处于断开状态，左行星轮系3(低速减速器)和右行星轮系4(中高速减速器)均不运转，电机6通电正转启动电动汽车，电动汽车轮毂电机驱动装置工作在空档启动模式。此时，电动汽车是空载启动，整个启动过程既安全可靠又经济快捷。
低速行驶模式，当电动汽车起步、低速行驶时，控制器10指令右离合器51与右行星轮系4处于断开状态、左离合器52与左行星轮系3处于结合状态，左行星轮系3(低速减速器)工作，电机6通电正转，电动汽车轮毂电机驱动装置工作在低速行驶模式。此时，电机6可以工作在效率较高的中低速转速区间，而且轮毂轮胎得到的转动扭矩较大，电动汽车的动力性和经济性较好。
中高速行驶模式，当电动汽车中高速行驶时，控制器10指令左离合器52与左行星轮系3处于断开状态、右离合器51与右行星轮系4处于结合状态，右行星轮系4(中高速减速器)工作，电机6通电正转，电动汽车轮毂电机驱动装置工作在中高速行驶模式。此时，电机6可以工作在效率较高的中高速转速区间，而且轮毂轮胎得到的转动扭矩适中，电动汽车的综合性能较好。
滑行制动发电模式，当电动汽车滑行制动时，控制器10指令左离合器52与左行星轮系3处于断开状态，右离合器51与右行星轮系4处于结合状态，右行星轮系4(中高速减速器)工作，电机6被反拖发电制动，电动汽车轮毂电机驱动装置工作在滑行制动发电模式。此时，电动汽车的部分滑行制动能量被电机转化为电能回馈给蓄电池，电动汽车的经济性较好。
倒车行驶模式，当电动汽车倒车时，控制器10指令右离合器51与右行星轮系4处于断开状态，左离合器52与左行星轮系3处于结合状态，左行星轮系3(低速减速器)工作，电机6通电反转，电动汽车轮毂电机驱动装置工作在倒车行驶模式。此时，电机6可以工作在效率较高的中低速转速区间，而且轮毂轮胎得到的转动扭矩较大，电动汽车的动力性和经济性较好。
另外，当电动汽车处于上述任意一种工作模式过程中，控制器10可以根据需要随时控制制动钳7对刹车盘8施加制动力，进而使轮毂轮胎制动减速或制动停车。此时，控制器10可以控制电动汽车轮毂电机驱动装置快速切换到滑行制动发电模式，这既保证了电动汽车的操控性和安全性，又提升了电动汽车的经济性。
综上所述，本发明的轮毂电机驱动装置、电动汽车及电动汽车工作方法，本发明的上述输出轴与轮毂轴承固定连接，也就是与轮毂固定相连，外壳与轮毂转动相连，易于将轮毂电机驱动装置安装在轮毂上，也就是说不需要做任何重新设计工作就可以直接把现有的轮胎轮毂用于电动汽车的底盘动力驱动系统，从而保证了汽车轮毂轮胎的继承性和经济性；简洁的模块化结构以及双行星轮系(即双速变速器)的合理调配，既提升了汽车运行时的安全性和使用时的便捷性又使得电机可以根据电动汽车行驶工况的需要而工作在高效率的转速区间，从而既提高了电动汽车的动力性又改善了电动汽车的经济性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。