專利名稱：一種電動汽車用集成式電動輪驅(qū)動裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電動汽車用集成式電動輪驅(qū)動裝置，具體是指一種集驅(qū)動制動 于一體的盤式電機驅(qū)動裝置。
背景技術：
電動輪式驅(qū)動電動車具有集中電機驅(qū)動電動車和傳統(tǒng)電動車無法比擬的 優(yōu)點，被認為是未來燃料電池汽車高端車輛的理想選擇，世界上多家汽車公司和 研究機構(gòu)在進行電動輪式驅(qū)動電動車的研究。
電動輪式驅(qū)動電動車不需要變速器、差速器、球型萬向節(jié)、半軸等部件， 其電機(電機+減速機構(gòu))直接放在輪輞里面，從而結(jié)構(gòu)緊湊且車身內(nèi)部空間利
用率高，整車重心降低，車輛行駛穩(wěn)定性提高；且由于動力傳動鏈短(或者直 接驅(qū)動車輪)，而且能夠通過能源管理和動力系統(tǒng)控制策略優(yōu)化驅(qū)動、制動力 分配，因而驅(qū)動系統(tǒng)效率高，降低能源消耗，提高了車輛燃油經(jīng)濟性；與內(nèi)燃 機、集中電機驅(qū)動車輛相比，每個車輪通過輪轂電機快速進行驅(qū)動力和制動力 的控制，大大改善車輛的行駛動力學性能，容易通過電機控制技術實現(xiàn)ABS、 TCS及ESP功能；在4輪輪邊驅(qū)動電動車上導入線控4輪轉(zhuǎn)向技術，可提高車輛 轉(zhuǎn)向行駛性能，并有效減小轉(zhuǎn)向半徑，甚至零轉(zhuǎn)向半徑，大大增加轉(zhuǎn)向靈便性; 可以省略機械制動系統(tǒng)，實現(xiàn)電機制動；容易實現(xiàn)各電動輪的電氣制動、機電 復合制動和制動能量回饋，節(jié)約能源。
但是，輪轂電機的引入，整車的非簧載質(zhì)量顯著增加，影響汽車的行駛平 順性和操縱穩(wěn)定性，由于輪轂電機轉(zhuǎn)子構(gòu)成了車輪轉(zhuǎn)動慣量，影響車輛的加速性能，而且輪轂電機占用了車輪輪轂內(nèi)部空間，使車輪軸向空間大大減少，限
制的車輪的轉(zhuǎn)向范圍。公開號為CN1607711A的發(fā)明專利公開了可安裝多種制 動盤的外轉(zhuǎn)子輪轂電機，由輪轂電機和電機軸組成。在外轉(zhuǎn)子輪轂電機內(nèi)側(cè)端 蓋上設有圓柱定位凸臺，凸臺上設有開有四個凹槽的微型汽車制動盤的定位 盤，定位盤上和定位盤凹槽內(nèi)設有摩托車制動盤固定螺孔，圓柱定位凸臺上設 有微型汽車制動盤安裝螺孔。該外轉(zhuǎn)子輪轂電機可安裝多種制動盤的外轉(zhuǎn)子輪 轂電機，并通過在外轉(zhuǎn)子輪轂電機設置一個定位凸臺，安裝多種不同類型的制 動盤，實現(xiàn)驅(qū)動與制動的集成，但是在輪轂電機端面上安裝制動盤，增加了輪 轂電機的軸向尺寸，因而更加減少了車輪的軸向空間，限制了車輪的運動空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對輪邊驅(qū)動系統(tǒng)的特點，結(jié)合盤式電機和盤式制動器 的優(yōu)點，提供一種減小了輪邊驅(qū)動系統(tǒng)的質(zhì)量，且對車輪轉(zhuǎn)動慣量影響小，易 于控制、集成度高、軸向空間小的電動汽車用集成式電動輪驅(qū)動裝置。
本發(fā)明的目的通過如下技術方案實現(xiàn)
一種電動汽車用集成式電動輪驅(qū)動裝置，包括盤式電機、電機控制器、電 池組、整車控制單元ECU和車橋；所述盤式電機包括定子、轉(zhuǎn)子、電機轉(zhuǎn)子 軸和電機外殼；盤式電機通過車橋安裝在輪胎中；所述電動汽車用集成式電動 輪驅(qū)動裝置還包括制動鉗，制動鉗固定在電機外殼上，與轉(zhuǎn)子配合，制動轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)動；轉(zhuǎn)子固定在電機轉(zhuǎn)子軸的一端，電機轉(zhuǎn)子軸的另一端通過軸承固定在輪 胎的車輪輪轂上；定子固定在電機外殼上，電機外殼與車橋固定；所述整車控 制單元ECU、電池組、電機控制器和定子通過高壓線束依次連接，整車控制 單元ECU還與電機控制器信號連接，電機控制器與制動鉗信號連接。為進一步實現(xiàn)本發(fā)明目的，所述盤式電機的繞組繞在定子上，永磁體貼在 轉(zhuǎn)子上，位于定子相對側(cè)。
所述盤式電機為直流電機。 所述盤式電機為交流電機。
所述車橋分別通過懸架彈簧和減振器與車架連接。
所述制動鉗為定鉗式或浮鉗式制動鉗。
本發(fā)明的工作原理
盤式電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，動力由電機轉(zhuǎn)子軸輸出到車輪，使車輛運動；制動 時，制動鉗對制動區(qū)的制動作用直接控制電機轉(zhuǎn)子的運動,進而控制車輪運動。 電機控制器控制盤式電機的轉(zhuǎn)子的正、反轉(zhuǎn)，分別實現(xiàn)車輪的正反轉(zhuǎn)，進而控 制車輛前進和倒車。需要制動時，整車控制單元ECU向電機控制器發(fā)送制動 命令，然后由電機控制器控制制動鉗的動作；同時，整車控制單元ECU根據(jù) 電池組的荷電狀態(tài)確定是否需要制動能量回收，需要回收時盤式電機回收的能 量儲存于電池組中。
相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果
1、 本發(fā)明省略了傳統(tǒng)的離合器、變速箱、主減速器及差速器等部件,簡化 了整車結(jié)構(gòu)，提高了傳動效率，并且能通過控制技術實現(xiàn)對電動輪的電子差速控制。
2、 制動盤和電機轉(zhuǎn)子一體化，不會增加盤式電機的軸向尺寸，因而更易 于安裝在車輪輪轂內(nèi)，也不會限制車輪的運動范圍，使結(jié)構(gòu)更緊湊。
3、 電機定子和制動鉗與電機外殼固定，電機外殼固定在車橋上，因而不 會過多增加非簧載質(zhì)量和車輪轉(zhuǎn)動慣量。


圖1為本發(fā)明電動汽車用集成式電動輪驅(qū)動裝置的原理圖。
圖2為本發(fā)明用于實現(xiàn)四驅(qū)純電動汽車的實施例1的原理示意圖。 圖3為本發(fā)明用于實現(xiàn)前驅(qū)純電動汽車的實施例2的原理示意圖。 圖4為本發(fā)明用于實現(xiàn)后驅(qū)純電動汽車的實施例3的原理示意圖。 圖5為本發(fā)明用于實現(xiàn)四驅(qū)混合動力電動汽車的實施例4的原理示意圖。 圖6為使用直流盤式電機時的電動汽車用集成式電動輪驅(qū)動裝置原理圖。 圖7為使用交流盤式電機時的電動汽車用集成式電動輪驅(qū)動裝置原理圖。 圖中示出l-盤式電機；2-電機控制器；3-電池組；4-整車控制單元ECU; 5-車橋；6-懸架彈簧；7-減振器；8-車架；9-定子；lO-定子繞組；ll-永磁體； 12-電機外殼；13-輪胎；14-制動鉗；15-轉(zhuǎn)子；16-電機轉(zhuǎn)子軸；17-軸承；18-車輪輪轂；19-車載DC/DC; 20-差速器；21-半軸；22-變速器；23-啟動電機； 24-發(fā)動機；25-啟動電機控制器；26-換向器；27-電刷；28-轉(zhuǎn)子繞組；29-定子 永磁體；30-導條。
具體實施例方式
為更清楚闡述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。 實施例l
如圖1所示，本發(fā)明電動汽車用集成式電動輪驅(qū)動裝置包括盤式電機1、 電機控制器2、電池組3、整車控制單元ECU4和車橋5。盤式電機1通過車 橋5安裝在輪胎13中；盤式電機1包括定子9、轉(zhuǎn)子15、制動鉗14、永磁體 11、定子繞組IO、電機轉(zhuǎn)子軸16和電機外殼12;定子繞組10繞在定子9上， 永磁體11貼在轉(zhuǎn)子15上，位于定子9相對側(cè)；制動鉗14固定在電機外殼12 上，與轉(zhuǎn)子15配合，以便制動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動；轉(zhuǎn)子15固定在電機轉(zhuǎn)子軸16的一端，電機轉(zhuǎn)子軸16的另一端通過軸承17固定在輪胎13的車輪輪轂18上；定 子19固定在電機外殼12上，電機外殼12與車橋5固定，車橋5分別通過懸 架彈簧6和減振器7與車架8連接。整車控制單元ECU4、電池組3、電機控 制器2和定子9通過高壓線束依次連接，整車控制單元ECU4還與電機控制器 2信號連接，電機控制器2與制動鉗14信號連接。制動鉗14為定鉗式制動鉗， 也可為浮鉗式制動鉗。
一般盤式制動器的制動盤的工作區(qū)域只有外圈一部分，本發(fā)明將盤式電機 的轉(zhuǎn)子與制動盤構(gòu)成一種新型轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子的內(nèi)圈部分為導磁區(qū)，外圈部分則 為制動區(qū)，相對于原來的電機轉(zhuǎn)子或是制動盤，本發(fā)明新轉(zhuǎn)盤的質(zhì)量增加較少。 制動鉗對制動區(qū)的制動亦即對電機轉(zhuǎn)子制動，進而直接控制車輪的運動。制動 鉗和電機外殼制成一體，電機外殼固定在車橋上，因而不會過多增加非簧載質(zhì) 量和車輪轉(zhuǎn)動慣量。
整車控制單元ECU4向電機控制器2發(fā)送控制信號，電機控制器2包含兩 部分功能制動控制和電機控制，電機控制功能用于控制電機轉(zhuǎn)子15的正轉(zhuǎn)、 反轉(zhuǎn)以及電機的電動/發(fā)電模式，制動控制功能用于控制制動鉗14的制動動作。 驅(qū)動時，轉(zhuǎn)子15轉(zhuǎn)動時，動力由電機轉(zhuǎn)子軸16輸出到車輪，使車輛運動；制 動時，制動鉗14對制動區(qū)的制動作用直接控制電機轉(zhuǎn)子15的運動，進而控制 車輪運動。電機控制器2控制盤式電機1的轉(zhuǎn)子15的正、反轉(zhuǎn)，分別實現(xiàn)車 輪的正反轉(zhuǎn)，進而控制車輛前進和倒車。需要制動時，控制單元ECU4向電機 控制器2發(fā)送制動命令，然后由電機控制器2控制制動鉗14的動作；同時， 控制單元ECU4根據(jù)電池組3的荷電狀態(tài)確定是否需要制動能量回收，需要回 收時盤式電機1回收的能量儲存于電池組3中。
實施例2圖2為用于實現(xiàn)四驅(qū)純電動汽車的驅(qū)動裝置原理示意圖，該四輪驅(qū)動電動 汽車不需要使用傳統(tǒng)發(fā)動機，因而排放為零，是一種無污染的新型汽車。如圖 2所示每一個車輪均設有圖l所示的電驅(qū)動裝置，電機控制器2對每一個車 輪電驅(qū)動裝置進行單獨控制。電池組3選用蓄電池，車載DC/DC19為功率電 子裝置，與電機控制器2高壓連接，用于控制盤式電機電壓。整車控制單元 ECU4與電池組3、電機控制器2和定子9通過高壓線束依次連接，整車控制 單元ECU4還與電機控制器2信號連接，電機控制器2分別與4個車輪電驅(qū)動 裝置的制動鉗14信號連接。四個車輪工作獨立，互不影響，各個車輪的工作 由多功能控制電機控制器2控制。整車控制單元ECU4根據(jù)行駛需求，通過電 機控制器2單獨控制每一個車輪電驅(qū)動裝置的工作模式包括電機輸出轉(zhuǎn)速和 轉(zhuǎn)矩、制動鉗的動作、制動能量回收等。通過控制，可以實現(xiàn)前橋驅(qū)動、后橋 驅(qū)動、軸間差速、輪間差速等功能。
1、 前橋/后橋驅(qū)動功率需求不高或是路面條件較好時，電機控制器2可 以停止對前橋或是后橋的電機供電，使其自由運動，但是需要制動時，電機控 制器2需要控制制動鉗14的動作或者使電機工作于發(fā)電模式，實現(xiàn)最大的能 量回收。
2、 軸間差速四輪驅(qū)動時，當前后橋的路面條件不同時；電機控制器2 需要控制前后車輪的驅(qū)動力和制動器分配，以保證汽車運行穩(wěn)定安全。
3、 輪間差速左右車輪的路面條件不同，或者是轉(zhuǎn)向時，左右兩側(cè)車輪
的工作情況不同，電機控制器2則要控制左右兩側(cè)車輪的驅(qū)動力和制動力分 配，以保證汽車運行穩(wěn)定安全。
4、 制動能量回收車輛減速或制動，且不是緊急制動時，如果電池組3
的電能不足，則多功能電機控制2使電機工作于發(fā)點模式，將汽車的動能轉(zhuǎn)化為電能儲存起來，如果是緊急制動，則不進行能量回收，且電機控制器2控制 制動鉗14快速高效的工作。 實施例3
圖3為用于實現(xiàn)前驅(qū)純電動汽車驅(qū)動裝置的原理示意圖，同實施例1 一樣， 不需要使用傳統(tǒng)發(fā)動機，排放為零，是一種無污染的新型汽車。如圖3所示， 前橋每一個車輪均設有圖1所示的電驅(qū)動裝置，電機控制器2對這兩個車輪電 驅(qū)動裝置進行單獨控制。后橋為非驅(qū)動橋，使用差速器20和傳動軸21連接兩 個車輪，以實現(xiàn)該橋的差速功能。其他結(jié)構(gòu)形式和控制功能則與實施例1相似。
實施例4
圖4為用于實現(xiàn)后驅(qū)純電動汽車驅(qū)動裝置的原理示意圖。同實施例1 一樣， 不需要使用傳統(tǒng)發(fā)動機，排放為零，是一種無污染的新型汽車。如圖4所示， 后橋每一個車輪均設有圖1所示的電驅(qū)動裝置，電機控制器2對這兩個車輪電 驅(qū)動裝置進行單獨控制。前橋為非驅(qū)動橋，使用差速器20和傳動軸21連接兩 個車輪，以實現(xiàn)該橋的差速功能。其他結(jié)構(gòu)形式和控制功能則與實施例2相同。
實施例5
圖5為四輪驅(qū)動橋間混合動力電動汽車驅(qū)動裝置的原理示意圖，該新型汽 車具備電機和傳統(tǒng)的發(fā)動機兩種動力源，可以實現(xiàn)傳統(tǒng)的發(fā)動機驅(qū)動，也可以 實現(xiàn)純電動，還可以實現(xiàn)兩種動力的混合驅(qū)動，排放相對于傳統(tǒng)汽車更低，而 相對于純電動汽車，則具備更長的行駛里程。如圖5所示，該四輪驅(qū)動橋間混 合動力電動汽車驅(qū)動裝置除后橋每一個車輪均設有圖1所示的電驅(qū)動裝置，還 包括變速器22、啟動電機23、發(fā)動機24、差速器20、半軸21和啟動電機控 制器25。啟動電機控制器25控制啟動電機23工作，帶動發(fā)動機24運轉(zhuǎn)，動 力由發(fā)動機24輸出，經(jīng)變速器22變速后輸入差速器20，然后通過半軸21輸出至前橋車輪。電機控制器2只控制后橋的兩個電動輪驅(qū)動裝置。前后橋工作 獨立，互不影響。與實施例l類似的是，整車控制單元ECU4根據(jù)行駛需求， 控制發(fā)動機24和車輪電驅(qū)動裝置之間的動力分配，實現(xiàn)純發(fā)動機驅(qū)動，純電 機驅(qū)動，混合驅(qū)動等模式，另外通過電機控制器2的控制實現(xiàn)電驅(qū)動橋兩端車 輪的差速以及制動能量回收等功能。制動鉗14為浮鉗式制動鉗，也可為定鉗 式制動鉗。
根據(jù)路面需求、電池組3的荷電狀態(tài)以及電機控制器2對電驅(qū)動裝置的控 制，可以實現(xiàn)混合動力汽車各種工作模式-
(1) 發(fā)動機怠速停機/快速啟動模式
在車輛減速過程中、或者是遇到紅燈和堵車以及其他情況停車時，通過使 發(fā)動機24斷油、停機，避免了現(xiàn)有內(nèi)燃機汽車此時減速、怠速運行的油耗和 尾氣排放，可提高整車燃油經(jīng)濟性和降低尾氣排放。根據(jù)整車控制策略，在需 要啟動發(fā)動機24時，通過啟動電機23帶動發(fā)動機24到某一較高轉(zhuǎn)速后，發(fā) 動機24開始供油，避免發(fā)動機24啟動過程中燃油消耗和尾氣排放。
(2) 純電驅(qū)動模式
在車輛起步階段或低負荷運行時，發(fā)動機24處于低負荷工況，熱效率低 且尾氣排放不佳。此時，可通過關閉發(fā)動機24，電機控制器2控制后橋電驅(qū) 動裝置，使其單獨提供整車驅(qū)動的全部扭矩，實現(xiàn)零排放，該模式對于城市道 路運行具有重要作用。
(3) 純發(fā)動機驅(qū)動模式
在電池組3電能不足，無法驅(qū)動電機或是電機提供的扭矩不足以驅(qū)動汽車 時，需要發(fā)動機24單獨驅(qū)動，此時后橋電驅(qū)動裝置中的盤式電機自由運動， 電機控制器2控制制動鉗14進而控制后橋兩側(cè)車輪的運動，實現(xiàn)后橋差速。(4) 并聯(lián)混合驅(qū)動模式
在車輛急加速或爬坡等需要較大驅(qū)動扭矩或車輛所需扭矩快速增大時，若
蓄電池3還能提供電能驅(qū)動后橋電驅(qū)動裝置，則可在發(fā)動機24輸出動力的同 時，電驅(qū)動裝置也提供動力，實現(xiàn)橋間混合驅(qū)動。
(5) 再生制動能量回饋模式
在車輛制動或減速過程中，發(fā)動機24斷油、停機，以及盤式電機運行于 發(fā)電模式，實現(xiàn)再生制動能量回饋模式。 實施例6
圖6所示為使用的直流盤式電機時的電動汽車用集成式電動輪驅(qū)動裝置 結(jié)構(gòu)示意圖，電機與汽車連接方式與圖1相同，區(qū)別在于直流電機的結(jié)構(gòu)，由 于直流電機輸入直流電流，不能產(chǎn)生交變磁場，因而需要使用電流換向裝置。
如圖6所示電動汽車用集成式電動輪驅(qū)動裝置不需永磁體11，但設有換向
器26，電刷27，轉(zhuǎn)子繞組28，轉(zhuǎn)子繞組28繞在轉(zhuǎn)子15上，換向器26與轉(zhuǎn) 子繞組28連接，電刷27與換向器26相連，并與外界電連接。電機的其他組 成部分與圖l相同。直流盤式電機為有刷型，且定子繞組10輸入直流電流產(chǎn) 生磁場；若使用無刷型直流電機，則不需要電流換向裝置，而通過電子控制， 通過電流換向；若使用永磁型盤式電機，則電機定子不需要繞組，而通過永磁 體產(chǎn)生磁場。制動鉗14為浮鉗式制動鉗，也可為定鉗式制動鉗。 實施例7
圖7所示為使用的交流盤式電機時的電動汽車用集成式電動輪驅(qū)動裝置 結(jié)構(gòu)示意圖，電機與汽車連接方式與圖l相同，區(qū)別在于交流電機的結(jié)構(gòu)，如 圖7所示電動汽車用集成式電動輪驅(qū)動裝置不需永磁體11，而是設有定子 永磁體29,還包括轉(zhuǎn)子繞組28 (交流繞組)和導條30，定子永磁體29與設置在定子9上，定子9上沒有繞組；轉(zhuǎn)子繞組28繞在轉(zhuǎn)子15上，并與導條 30配合，輸入交流電；電機的其他組成部分與圖1相同。由于圖7所示交流 盤式電機定子為永磁極，轉(zhuǎn)子有繞組，由于繞組不固定，則交流電輸入時需要 使用導條30，電流輸入轉(zhuǎn)子繞組；若交流盤式電機轉(zhuǎn)子為永磁極，定子為繞 組，則不需要使用導流裝置，即如圖1所示。制動鉗14為浮鉗式制動鉗，也 可為定鉗式制動鉗。
權(quán)利要求
1、一種電動汽車用集成式電動輪驅(qū)動裝置，包括盤式電機、電機控制器、電池組、整車控制單元ECU和車橋；所述盤式電機包括定子、轉(zhuǎn)子、電機轉(zhuǎn)子軸和電機外殼；盤式電機通過車橋安裝在輪胎中；其特征在于所述電動汽車用集成式電動輪驅(qū)動裝置還包括制動鉗，制動鉗固定在電機外殼上，與轉(zhuǎn)子配合，制動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動；轉(zhuǎn)子固定在電機轉(zhuǎn)子軸的一端，電機轉(zhuǎn)子軸的另一端通過軸承固定在輪胎的車輪輪轂上；定子固定在電機外殼上，電機外殼與車橋固定；所述整車控制單元ECU、電池組、電機控制器和定子通過高壓線束依次連接，整車控制單元ECU還與電機控制器信號連接，電機控制器與制動鉗信號連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車用集成式電動輪驅(qū)動裝置，其特征在 于所述盤式電機的繞組繞在定子上，永磁體貼在轉(zhuǎn)子上，位于定子相對側(cè)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車用集成式電動輪驅(qū)動裝置，其特征在 于所述盤式電機為直流電機。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車用集成式電動輪驅(qū)動裝置，其特征在 于所述盤式電機為交流電機。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l一4任一項所述的電動汽車用集成式電動輪驅(qū)動裝置， 其特征在于所述車橋分別通過懸架彈簧和減振器與車架連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l一4任一項所述的電動汽車用集成式電動輪驅(qū)動裝置， 其特征在于所述制動鉗為定鉗式或浮鉗式制動鉗。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電動汽車用集成式電動輪驅(qū)動裝置，該裝置包括盤式電機、電機控制器、電池組、整車控制單元ECU、車橋和制動鉗，制動鉗固定在電機外殼上，與轉(zhuǎn)子配合，制動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動；轉(zhuǎn)子固定在電機轉(zhuǎn)子軸的一端，電機轉(zhuǎn)子軸的另一端通過軸承固定在輪胎的車輪輪轂上；定子固定在電機外殼上，電機外殼與車橋固定；整車控制單元ECU、電池組、電機控制器和定子通過高壓線束依次連接，整車控制單元ECU還與電機控制器信號連接，電機控制器與制動鉗信號連接。本發(fā)明省略了傳統(tǒng)的離合器、變速箱、主減速器及差速器等部件，簡化了整車結(jié)構(gòu)，提高了傳動效率，并且能通過控制技術實現(xiàn)對電動輪的電子差速控制。
文檔編號B60L7/00GK101564986SQ20091003925
公開日2009年10月28日 申請日期2009年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月6日
發(fā)明者鵬 曠, 羅玉濤, 迪 譚 申請人:華南理工大學