电动车变速驱动电机、电动车轮毂电机和电机控制方法与流程

本发明属于车辆技术领域，涉及一种电动车，特别是一种电动车变速驱动电机。

本发明属于车辆技术领域，涉及一种轮毂电机，特别是一种电动车轮毂电机。

本发明属于车辆技术领域，涉及一种电机，特别是一种电动车电机控制方法。

背景技术：

电动车，即电力驱动车辆。电动车是以电池作为能量来源，通过控制器、电机等部件，将电能转化为机械能运动。按车的性质，电动车可分为二轮电动车，三轮电动车和电动汽车。轮毂电机主要应用在二轮电动车和三轮电动车中，也可应用在电动汽车中，该电动汽车必然由轮毂电机驱动。

变速驱动轮毂电机的变速装置主要有两种，一种是电子式无级控制器变速，即以控制电流大小改变速度的车辆；另一种是机械式变速，机械式变速能获得不同大小的输出转矩，减速能使转矩增大，增速时使转矩减小。如中国专利文献记载的变速驱动轮毂(申请公告号cn104482075a)。

在电动车中提高电能转化为机械能的转化率是本领域技术人员一直要解决的技术问题，如在相同电量情况下能提高电动车的行驶里程。

技术实现要素：

本发明提出了一种电动车变速驱动电机，本发明要解决的技术问题是如何提高变速驱动电机的电能转化为机械能的转化率。

本发明提出了一种电动车轮毂电机，本发明要解决的技术问题是如何提高变速驱动轮毂电机的电能转化为机械能的转化率。

本发明提出了一种电动车电机控制方法，本发明要解决的技术问题是如何提出一种适合实用使用的电动车中的变速驱动电机控制方法。

本发明的要解决的技术问题可通过下列技术方案来实现：本电动车变速驱动电机，包括机壳和安装在机壳上的行星齿轮组件，机壳内还安装有具有第一输出轴的第一电磁装置和具有第二输出轴的第二电磁装置；第一输出轴和第二输出轴并联设置，第一输出轴与行星齿轮组件的外齿圈通过齿轮传动连接，第二输出轴与行星齿轮组件的太阳轮通过齿轮传动连接，行星齿轮组件的行星架上连接有动力输出轴。

本电动车轮毂电机包括固定轴、轮毂和上述电动车变速驱动电机，轮毂与固定轴转动连接，固定轴穿过机壳且机壳与固定轴固定连接，行星齿轮组件和动力输出轴均套设在固定轴上；第一输出轴上固定连接有与外齿圈相啮合的第一输出齿轮；固定轴上还套设有第一惰轮，第一惰轮与太阳轮直接传动连接，第二输出轴上固定有与第一惰轮相啮合的第二输出齿轮；动力输出轴与轮毂直接传动连接。

本电动车变速驱动电机，包括机壳和安装在机壳上的行星齿轮组件，机壳内还安装有具有第一输出轴的第一电磁装置和具有第二输出轴的第二电磁装置；第一输出轴和第二输出轴并联设置，第一输出轴与行星齿轮组件的外齿圈通过齿轮传动连接，第二输出轴与行星齿轮组件的太阳轮直接传动连接，行星齿轮组件的行星架上连接有动力输出轴。

本电动车轮毂电机包括轮叉、轮毂和上述电动车变速驱动电机，电动车变速驱动电机的机壳与轮叉固定连接；行星齿轮组件的太阳轮套设在第二输出轴上且太阳轮与第二输出轴固定连接；第一输出轴上固定连接有与外齿圈相啮合的第三输出齿轮，或机壳上转动连接有与外齿圈相啮合的第二惰轮，第一输出轴上固定连接有与第二惰轮相啮合的第三输出齿轮；轮毂与动力输出轴固定连接，动力输出轴的一端部与机壳转动连接，动力输出轴的另一端部与轮叉转动连接。

电动车变速驱动电机控制方法和电动车轮毂电机控制方法相同，在此仅描述电动车变速驱动电机控制方法。第一电磁装置向外齿圈输入扭矩且第二电磁装置处于锁止状态时动力输出轴的转速与第二电磁装置向太阳轮输入扭矩且第一电磁装置处于锁止状态时动力输出轴的转速不相等。电动车变速驱动电机控制方法包括低速前行控制方法、前行速度大于低速前行速度的二档前行控制方法、前行速度大于二档前行速度的三档前行控制方法、前行速度大于三档前行速度的高速前行控制方法和低速倒车控制方法；电动车能选择上述任意多种前行控制方法组合执行。

低速前行控制方法为控制电路控制第一电磁装置和第二电磁装置使外齿圈与太阳轮的旋转方向相反；二档前行控制方法为控制电路控制与动力输出轴输出较低转速相对应的电磁装置单独向行星齿轮组件输入动力，且另一个电磁装置处于锁止状态；三档前行控制方法为控制电路控制与动力输出轴输出较高转速相对应的电磁装置单独向行星齿轮组件输入动力，且另一个电磁装置处于锁止状态；高速前行控制方法为控制电路第一电磁装置和第二电磁装置使外齿圈与太阳轮的旋转方向相同；低速倒车控制方法为控制电路控制第一电磁装置和第二电磁装置使外齿圈与太阳轮的旋转方向相反。

电机控制方法包括控制电路和用于监测动力输出轴转速的传感器，传感器、第一电磁装置和第二电磁装置均与控制电路电连接。

本电动车变速驱动电机包括两组电磁装置和一组行星齿轮组件，通过传动比保证两组电磁装置单独向行星齿轮组件输入动力时，行星齿轮组件输出转速不相同。通过控制两组电磁装置是否旋转以及旋转方向得到多组不同的输出转速，进而得到不同的行车速度；适合电动车行车的速度为低速前行、二档前行、三档前行、高速前行以及低速倒车。即与现有变速驱动轮毂相比，档数更多。

本电动车变速驱动电机采用齿轮减速传动以及部分直接传动连接，因而具有增加输出扭矩以及保证传动效率的优点；换言之在相同的输出扭矩情况下，电磁装置所需输出的扭矩较小。

本电动车变速驱动电机在低速前行、二档前行、三档前行、高速前行状态与现有电机在相同前行速度情况下相比，本电动车变速驱动电机在各个状态所需的电流更小，即消耗更少的电能，尤其是高速前行状态。换言之，本电动车变速驱动电机显著地提高变速驱动电机的电能转化为机械能的转化率。

在城市道路上，本电动车变速驱动电机与现有电子变速电机相比行车里程能增加15％以上。在郊区道路上，本电动车变速驱动电机与现有电子变速电机相比行车里程能增加22％以上。

本电动车变速驱动电机可形成两种不同结构的电动车轮毂电机，进而满足不同型号的二轮电动车使用。

附图说明

图1是实施例一中电动车变速驱动电机的传动结构示意图。

图2是实施例一中电动车轮毂电机的立体结构示意图。

图3是实施例一中电动车轮毂电机的主视结构示意图。

图4是图3中a-a的剖视结构示意图。

图5是图3中b-b的剖视结构示意图。

图6是实施例二中电动车变速驱动电机的传动结构示意图。

图7是实施例二中电动车轮毂电机的立体结构示意图。

图8是实施例二中电动车轮毂电机的剖视结构示意图。

图中，1、机壳；2、行星齿轮组件；2a、外齿圈；2b、行星架；2c、太阳轮；2d、行星轮；2e、齿圈架；3、第一电磁装置；3a、第一输出轴；3b、第一定子；3c、第一转子；4、第二电磁装置；4a、第二输出轴；4b、第二定子；4c、第二转子；5、动力输出轴；6、固定轴；7、轮毂；8、第一输出齿轮；9、第一惰轮；9a、输出轴部；10、第二输出齿轮；11、密封件；12、叉杆；13、轮叉；14、第二惰轮；15、第三输出齿轮。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一

如图1至图5所示，本电动车变速驱动电机包括机壳1、行星齿轮组件2、第一电磁装置3和第二电磁装置4。

行星齿轮组件2包括外齿圈2a、行星架2b、位于外齿圈2a中心处的太阳轮2c、位于外齿圈2a和太阳轮2c之间的行星轮2d，行星轮2d与外齿圈2a和太阳轮2c均啮合；多个行星轮2d与行星架2b均通过轴承转动连接。

第一电磁装置3包括第一输出轴3a、第一定子3b和第一转子3c，第一定子3b与机壳1固定连接，第一转子3c与第一输出轴3a固定连接，第一输出轴3a与机壳1之间通过轴承转动连接。

第二电磁装置4包括第二输出轴4a、第二定子4b和第二转子4c，第二定子4b与机壳1固定连接，第二转子4c与第二输出轴4a固定连接，第二输出轴4a与机壳1之间通过轴承转动连接。

第一输出轴3a和第二输出轴4a并联设置，并联设置为第一输出轴3a和第二输出轴4a平行且轴心线不重合。

第一输出轴3a与行星齿轮组件2的外齿圈2a通过齿轮传动连接，第二输出轴4a与行星齿轮组件2的太阳轮2c通过齿轮传动连接，行星齿轮组件2的行星架2b上连接有动力输出轴5。第一输出轴3a至动力输出轴5之间总传动比与第二输出轴4a至动力输出轴5之间总传动比不相同。

本实施例以二轮电动车为例，电动车轮毂电机能整体从叉杆12上卸下。如图1至图5所示，本电动车轮毂电机包括固定轴6、轮毂7和上述电动车变速驱动电机。

如图3和图4所示，固定轴6穿过机壳1且机壳1与固定轴6固定连接，说明书附图给出上述电动车变速驱动电机部分位于轮毂7的轮辋内侧。若轮毂7为偏距轮毂，则上述电动车变速驱动电机更多部位位于轮毂7的轮辋内侧。

行星齿轮组件2和动力输出轴5均套设在固定轴6上；第一输出轴3a上固定连接有与外齿圈2a相啮合的第一输出齿轮8。

固定轴6上套设有第一惰轮9，第一惰轮9与固定轴6之间通过轴承转动连接。第一惰轮9位于第二电磁装置4和行星齿轮组件2之间，第一惰轮9具有穿入行星齿轮组件2的输出轴部9a，太阳轮2c与输出轴部9a通过键、焊接等直接传动结构相连接。第二输出轴4a上固定有与第一惰轮9相啮合的第二输出齿轮10。

行星架2b中位于太阳轮2c的一侧部与输出轴部9a之间通过轴承转动连接。动力输出轴5与行星架2b中位于太阳轮2c的另一侧部通过花键相连接，动力输出轴5与固定轴6之间通过轴承转动连接。动力输出轴5与机壳1之间通过轴承转动连接。

外齿圈2a上固定连接有齿圈架2e，齿圈架2e中位于太阳轮2c的一侧部与输出轴部9a之间通过轴承转动连接；齿圈架2e中位于太阳轮2c的另一侧部与动力输出轴5之间通过轴承转动连接。

机壳1内具有安装腔，行星齿轮组件2、第一电磁装置3、第二电磁装置4、第一惰轮9、第一输出齿轮8和第二输出齿轮10均位于安装腔内。固定轴6的一端部与机壳1之间、动力输出轴5与固定轴6之间以及动力输出轴5与机壳1之间均设有密封件11；进而保证安装腔的密封性，在密封腔内填充适量的油脂，进而保证传动稳定性以及提高传动部件使用寿命。

轮毂7固定在动力输出轴5上，因而轮毂7相对于固定轴6能稳定地转动。本电动车轮毂电机的固定轴6两端与两根叉杆12一一对应地固定连接，进而实现本电动车轮毂电机安装在电动车的车架上。

电动车变速驱动电机控制方法和电动车轮毂电机控制方法相同，在此仅描述电动车轮毂电机控制方法。

通过所需的电动车行车速度以及确定的传动比计算出第一电磁装置3和第二电磁装置4的最高输出转速。假设电动车轮毂电机中第一输出轴3a至动力输出轴5之间总传动比为7，第二输出轴4a至动力输出轴5之间总传动比为11.2。第一电磁装置3和第二电磁装置4为相同参数，如输出最高转速为3000转/分钟；那么第一电磁装置3向外齿圈2a输入扭矩且第二电磁装置4处于锁止状态时动力输出轴5的转速为428.57转/分钟；第二电磁装置4向太阳轮2c输入扭矩且第一电磁装置3处于锁止状态时动力输出轴5的转速为267.86转/分钟；显然第一电磁装置3向外齿圈2a输入扭矩且第二电磁装置4处于锁止状态时动力输出轴5的转速与第二电磁装置4向太阳轮2c输入扭矩且第一电磁装置3处于锁止状态时动力输出轴5的转速不相等。假设轮毂7上安装的轮胎外径为420mm。

根据实际情况，第一电磁装置3和第二电磁装置4的参数可以不相同，如输出最高转速，仅需保证第一电磁装置3向外齿圈2a输入扭矩且第二电磁装置4处于锁止状态时动力输出轴5的转速与第二电磁装置4向太阳轮2c输入扭矩且第一电磁装置3处于锁止状态时动力输出轴5的转速不相等即可。

电动车的行车方向包括前行和倒车，根据电动车的行车方向可确定第一电磁装置3中第一输出轴3a和第二电磁装置4中第二输出轴4a的旋转方向。

电动车轮毂电机控制方法包括控制电路和用于监测动力输出轴5转速的传感器，传感器、第一电磁装置3和第二电磁装置4均与控制电路电连接；控制电路中还电连接有行车方向控制按钮和行车速度控制转把。

本电动车轮毂电机控制方法分为低速前行控制方法、前行速度大于低速前行速度的二档前行控制方法、前行速度大于二档前行速度的三档前行控制方法、前行速度大于三档前行速度的高速前行控制方法和低速倒车控制方法。

电动车根据实际需要可灵活地从上述控制方法中选择上述任意多种前行控制方法组合执行，如同时选择低速前行控制方法、二档前行控制方法、三档前行控制方法和高速前行控制方法；又如仅选择低速前行控制方法、二档前行控制方法和三档前行控制方法，又如二档前行控制方法、三档前行控制方法和高速前行控制方法。

本实施例通过阐述同时选择低速前行控制方法、二档前行控制方法、三档前行控制方法和高速前行控制方法以及低速倒车控制方法；并通过操控电动车直线加速前行方式进一步说明电动车变速驱动电机、电动车轮毂电机和电动车轮毂电机控制方法的作用和优点：

操控行车方向控制按钮保证控制电路控制第一电磁装置3和第二电磁装置4使车辆处于前行状态。停车状态时传感器监测的动力输出轴5转速为0；转动行车速度控制转把至极限值，此状态即为上述电动车直线加速前行方式。

转动行车速度控制转把后，首先进入低速前行控制方法，即控制电路根据行车速度控制转把的动作控制第一电磁装置3和第二电磁装置4使外齿圈2a与太阳轮2c的旋转方向相反；第一电磁装置3和第二电磁装置4的电流呈曲线上升；此状态下动力输出轴5的最高转速为160.71转/分钟。

控制电路中设定有低速阈值，低速阈值略低于低速前行控制方法中动力输出轴5的最高转速，毕竟电动车在实际使用中动力输出轴5的最高转速可能达不到理论的160.71转/分钟，如低速阈值为158转/分钟；那么该电动车的变档速度为12.5km/h。

当监测的动力输出轴5转速达到低速阈值时，进入二档前行控制方法，即控制电路控制第二电磁装置4单独向行星齿轮组件2的太阳轮2c输入动力，且控制第一电磁装置3处于锁止状态。第二电磁装置4的电流呈曲线上升；此状态下动力输出轴5的最高转速为267.86转/分钟。

控制电路中设定有中速阈值，中速阈值略低于二档前行控制方法中动力输出轴5的最高转速，如中速阈值为265转/分钟；那么该电动车的变档速度为21km/h。

当监测的动力输出轴5转速达到中速阈值时，进入三档前行控制方法，即控制电路控制第一电磁装置3单独向行星齿轮组件2的外齿圈2a输入动力，且控制第二电磁装置4处于锁止状态。第一电磁装置3的电流呈曲线上升；此状态下动力输出轴5的最高转速为428.57转/分钟。

控制电路中设定有高速阈值，高速阈值略低于三档前行控制方法中动力输出轴5的最高转速，如高速阈值为436转/分钟；那么该电动车的变档速度为34.5km/h。

当监测的动力输出轴5转速达到高速阈值时，进入高速前行控制方法，即控制电路控制第一电磁装置3和第二电磁装置4使外齿圈2a与太阳轮2c的旋转方向相同，第一电磁装置3和第二电磁装置4的电流呈曲线上升；此状态下动力输出轴5的最高转速为696.43转/分钟；那么该电动车的理论最高速度为55km/h。

低速倒车控制方法为操控行车方向控制按钮保证控制电路控制第一电磁装置3和第二电磁装置4使车辆处于倒车状态。转动行车速度控制转把后，控制电路控制第一电磁装置3和第二电磁装置4使外齿圈2a与太阳轮2c的旋转方向相反；本控制方法中第一输出轴3a的旋转方向和低速前行控制方法中第一输出轴3a的旋转方向相反。该电动车的倒车最高速度为12.7km/h，因而具有倒车安全的优点。

综上所述，本二轮电动车具有爬坡能力强、变档均匀、加速时间短且最高速合理的优点，以及本二轮电动车具有行程里程长的优点。

实施例二

本实施例同实施例一的结构及原理基本相同，基本相同之处不再累赘描述，仅描述不一样的地方，不一样的地方在于：电动车变速驱动电机中第二输出轴4a与行星齿轮组件2的太阳轮2c直接传动连接。

本电动车轮毂电机包括轮叉13、轮毂7和上述电动车变速驱动电机，电动车变速驱动电机的机壳1与轮叉13的一个叉臂固定连接；行星齿轮组件2的太阳轮2c套设在第二输出轴4a上且太阳轮2c与第二输出轴4a固定连接；机壳1上通过轴承转动连接有与外齿圈2a相啮合的第二惰轮14，第一输出轴3a上固定连接有与第二惰轮14相啮合的第三输出齿轮15；轮毂7与动力输出轴5固定连接，动力输出轴5的一端部与机壳1转动连接，动力输出轴5的另一端部与轮叉13的另一个叉臂通过轴承转动连接。齿圈架2e与机壳1通过轴承转动连接；行星架2b与机壳1通过轴承转动连接。设置第二惰轮14可增大第一输出轴3a与第二输出轴4a之间间距，进而有利于结构布置。

动力输出轴5的一端部套设在第二输出轴4a的端部上且动力输出轴5与第二输出轴4a之间通过轴承转动连接，该结构可显著提高动力输出轴5的受力稳定性以及提高动力输出轴5的转动稳定性。

电动车轮毂电机中第一输出轴3a至动力输出轴5之间总传动比为7，第二输出轴4a至动力输出轴5之间总传动比为3.5；第一电磁装置3输出最高转速为3000转/分钟；第二电磁装置4输出最高转速为940转/分钟。