專利名稱：一種全電動(dòng)車輪總成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種汽車車輪總成，更具體地說(shuō)，涉及一種采用行星狀布置的多臺(tái)三相永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)的全電動(dòng)車輪總成。
背景技術(shù)：
目前輪轂電機(jī)在電動(dòng)自行車和電動(dòng)助力車中已經(jīng)大量被采用，但在電動(dòng)汽車中的使用仍不多見。主要原因是，電動(dòng)汽車的每一個(gè)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(jī)驅(qū)動(dòng)的話直徑必然會(huì)很大，且電機(jī)所用的材料和成本會(huì)非常高。解決的方法是采用減速齒輪，這種方法通常會(huì)增加一個(gè)5 1的減速器，可以將電機(jī)的轉(zhuǎn)速提高到5000-7500rpm，電機(jī)的體積可以成倍地減小，這種方案通常被稱之為輪邊電機(jī)方案。但是這種傳統(tǒng)的輪邊電機(jī)方案也存在電機(jī)軸向尺寸太大的缺點(diǎn)，且破壞了輪轂電機(jī)扁平的基本外形特點(diǎn)，不利于輪轂在整車上的布局。傳統(tǒng)采用輪邊電機(jī)和直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)輪轂的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。申請(qǐng)?zhí)?00410037252. 8，名為“一種以復(fù)數(shù)電動(dòng)機(jī)構(gòu)成輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)”的中國(guó)發(fā)明專利，提出以復(fù)數(shù)電動(dòng)機(jī)構(gòu)成電動(dòng)自行車輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)來(lái)分散功率，達(dá)到降低成本和通過(guò)改變電機(jī)數(shù)量來(lái)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(dòng)自行車輪轂，且復(fù)數(shù)電動(dòng)機(jī)的復(fù)數(shù)驅(qū)動(dòng)會(huì)增加控制難度和控制成本。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述輪邊電機(jī)的電機(jī)軸向尺寸大，不利于輪轂的整車布局，采用復(fù)數(shù)電動(dòng)機(jī)的輪轂僅適用于小功率電動(dòng)自行車且控制難度和成本高的缺陷，提供一種全電動(dòng)車輪總成。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種全電動(dòng)車輪總成，包括輪轂、和設(shè)于所述輪轂外圍的輪胎，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(guò)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(guò)所述輪軸的太陽(yáng)輪，沿所述太陽(yáng)輪的圓周方向均布有N個(gè)行星輪，每一所述行星輪由固定于車架上的永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)進(jìn)而帶動(dòng)所述太陽(yáng)輪旋轉(zhuǎn)，且所述太陽(yáng)輪與所述行星輪的減速比為4 1-10 1 ；所述永磁電機(jī)的定子零位和轉(zhuǎn)子零位均與所述行星輪的零位對(duì)齊，從而使得所述行星輪的零位與所述太陽(yáng)輪的齒槽咬合；所述太陽(yáng)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)。本實(shí)用新型所述的全電動(dòng)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(jī)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(jī)的輸出軸通過(guò)軸承裝配于所述通孔內(nèi)。本實(shí)用新型所述的全電動(dòng)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(dòng)密封結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型所述的全電動(dòng)車輪總成，其中，其中一臺(tái)所述永磁電機(jī)上還裝有位置傳感器。本實(shí)用新型所述的全電動(dòng)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(shí)用新型所述的全電動(dòng)車輪總成，其中，所有所述永磁電機(jī)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(shí)用新型所述的全電動(dòng)車輪總成，其中，所述永磁電機(jī)均為Y型繞組的三相永磁電機(jī)，且所有所述永磁電機(jī)采用并聯(lián)或串聯(lián)的方式電性連接。本實(shí)用新型所述的全電動(dòng)車輪總成，其中，該全電動(dòng)車輪總成還包括驅(qū)動(dòng)控制器， 所述驅(qū)動(dòng)控制器對(duì)所述永磁電機(jī)采用三相方波電流或三相正弦波電流驅(qū)動(dòng)。本實(shí)用新型所述的全電動(dòng)車輪總成，其中，所述太陽(yáng)輪包括金屬齒輪，所述行星齒輪包括金屬齒輪或非金屬齒輪。本實(shí)用新型所述的全電動(dòng)車輪總成，其中，所述太陽(yáng)輪包括內(nèi)齒輪或外齒輪。本實(shí)用新型所述的全電動(dòng)車輪總成，其中，該全電動(dòng)車輪總成還包括與所述太陽(yáng)輪同軸安裝的制動(dòng)器，所述制動(dòng)器包括盤式制動(dòng)器或鼓式制動(dòng)器。實(shí)施本實(shí)用新型的全電動(dòng)車輪總成，具有以下有益效果本實(shí)用新型采用多臺(tái)永磁電機(jī)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)永磁電機(jī)輸出軸上的行星齒輪向太陽(yáng)輪傳遞力矩和轉(zhuǎn)速并最終由太陽(yáng)輪驅(qū)動(dòng)輪轂轉(zhuǎn)動(dòng)。多臺(tái)永磁電機(jī)呈行星狀布置，共同驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)輪，同時(shí)達(dá)到力矩和功率擴(kuò)展的目的，且電機(jī)的軸向尺寸不必?cái)U(kuò)大，充分利用輪轂的空間，保持了輪轂的基本外形特點(diǎn)。

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中圖1是現(xiàn)有技術(shù)采用輪邊電機(jī)和直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)輪轂的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型一種全電動(dòng)車輪總成優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型一種全電動(dòng)車輪總成優(yōu)選實(shí)施例中太陽(yáng)輪與行星輪嚙合圖；圖4是本實(shí)用新型一種全電動(dòng)車輪總成優(yōu)選實(shí)施例中三臺(tái)永磁電機(jī)三相繞組并聯(lián)的電路圖；圖5是本實(shí)用新型一種全電動(dòng)車輪總成優(yōu)選實(shí)施例中三臺(tái)永磁電機(jī)三相繞組串聯(lián)的電路圖。
具體實(shí)施方式
如圖2所示，在本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例中，該全電動(dòng)車輪總成包括輪轂1和設(shè)于所述輪轂1外圍的輪胎2，輪轂1的中央設(shè)有一個(gè)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(guò)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(guò)輪軸3的太陽(yáng)輪4，也是在上述的容置空間內(nèi)，沿太陽(yáng)輪4的圓周方向均布有N個(gè)行星輪 5，每一個(gè)行星輪5均由固定在車架上的永磁電機(jī)6驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的，進(jìn)而帶動(dòng)太陽(yáng)輪4旋轉(zhuǎn)， 且為了控制車輪的轉(zhuǎn)速，盡量減小電機(jī)的軸向尺寸，規(guī)定太陽(yáng)輪4與行星輪5的減速比為 4 1-10 1。[0027]因?yàn)樵诒緦?shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例中，輪轂1的轉(zhuǎn)速約為IOOOrpm，減速比被規(guī)定在 4 1 10 1左右，就是把電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速規(guī)定在4000 IOOOOrpm左右。一般可以認(rèn)為 電機(jī)轉(zhuǎn)速提高4 10倍，電機(jī)功率可以提高4 10倍，因?yàn)殡姍C(jī)功率P = T ω，T是力矩， ω = 2JIη/60是角速度，T力矩不變，電機(jī)尺寸不變，ω提高，電機(jī)輸出功率P也就提高了。 本實(shí)用新型通過(guò)齒輪的減速，提高電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使電動(dòng)車輪轂的功率密度提高了。且電機(jī)轉(zhuǎn)速也不能超過(guò)6000 lOOOOrpm，因?yàn)榇藭r(shí)電機(jī)的鐵損和噪聲會(huì)猛增，電機(jī)的壽命也成問(wèn)題。所以，減速比被規(guī)定在4 1 10 1左右比較合理。值得注意的是，如圖3所示，在裝配時(shí)，應(yīng)當(dāng)使永磁電機(jī)6的定子零位601和轉(zhuǎn)子零位均與行星輪5的零位501對(duì)齊，從而使得行星輪5的零位501與太陽(yáng)輪4的齒槽咬合， 這樣就保證了太陽(yáng)輪4在旋轉(zhuǎn)時(shí)，多臺(tái)永磁電機(jī)6的三相繞組的反電 動(dòng)勢(shì)的相位均相同，且假如太陽(yáng)輪4的齒數(shù)為Z，則太陽(yáng)輪的齒數(shù)Z與行星輪5的個(gè)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?yàn)?，假如N = 3，則三臺(tái)永磁電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)分別為Eal，Ea2，Ea3，相位相同， 串聯(lián)后總的電動(dòng)勢(shì)Ea = Eal+Ea2+Ea3 = 3Eal，如果相位不相同，串聯(lián)后Ea合成的反電動(dòng)勢(shì)的幅值會(huì)減小，相位也會(huì)變化，合成的電機(jī)效率必然下降。所以，保證零位對(duì)齊很重要，同時(shí)， 用三臺(tái)永磁電動(dòng)機(jī)6，相應(yīng)太陽(yáng)輪4的齒數(shù)Z應(yīng)當(dāng)是3的倍數(shù)，這一點(diǎn)同樣非常重要，因?yàn)槿绻?yáng)輪4的齒數(shù)Z是4的倍數(shù)，三個(gè)行星輪5與太陽(yáng)輪4的齒槽咬合，無(wú)論如何都是不對(duì)稱的，因此也不可能保證三臺(tái)永磁電動(dòng)機(jī)6三相繞組的反電動(dòng)勢(shì)相位均相同。進(jìn)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(jī)6的基板 12與輪轂1的側(cè)壁圍成。在基板12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(jī)6的輸出軸通過(guò)軸承7裝配于該通孔內(nèi)。太陽(yáng)輪4與輪轂1是剛性連接的， 于是輪轂1相對(duì)于固定永磁電機(jī)6的基板12可以轉(zhuǎn)動(dòng)。優(yōu)選地，在上述基板12與輪轂1相接的周緣(即輪輻10)處還設(shè)有動(dòng)密封結(jié)構(gòu)11。 動(dòng)密封結(jié)構(gòu)11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(gè)或幾個(gè)橡膠圈，或復(fù)合材料的密封圈構(gòu)成動(dòng)密封結(jié)構(gòu)11 ；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(gè)或幾個(gè)橡膠圈，或復(fù)合材料的密封圈構(gòu)成動(dòng)密封結(jié)構(gòu)11。由于輪轂1旋轉(zhuǎn)時(shí)，太陽(yáng)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(yùn)動(dòng)密封。優(yōu)選地，其中一臺(tái)永磁電機(jī)6上還裝有位置傳感器，且所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(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例中，所有永磁電機(jī)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(jìn)一步地，上述永磁電機(jī)6均采用Y型繞組的三相永磁電機(jī)，且所有永磁電機(jī)6采用并聯(lián)或串聯(lián)的方式電性連接。如圖4所示，多臺(tái)Y型繞組的三相永磁電機(jī)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(tái)三相永磁電機(jī)6通過(guò)各自的行星輪5與太陽(yáng)輪4咬合，相當(dāng)于各自的輸出軸被串聯(lián)的、機(jī)械上同軸的一臺(tái)等效的三相永磁電機(jī)。當(dāng)太陽(yáng)輪4旋轉(zhuǎn)時(shí)，多臺(tái)三相永磁電機(jī)6的反電動(dòng)勢(shì)相位均相同；反之，多臺(tái)三相永磁電機(jī)6被驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于各自的行星輪5 均與一個(gè)太陽(yáng)輪4咬合，所以多臺(tái)三相永磁電機(jī)6的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向必然一致，于是多臺(tái)三相永磁電機(jī)6相當(dāng)于輸出軸被串聯(lián)的、機(jī)械上同軸的一臺(tái)等效的三相永磁電機(jī)。因此可以使用一臺(tái)驅(qū)動(dòng)控制器對(duì)一臺(tái)等效的三相永磁電機(jī)，即多臺(tái)永磁電機(jī)6采用三相方波電流或三相正弦波電流驅(qū)動(dòng)。進(jìn)一步地，太陽(yáng)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(yáng)輪4可以采用內(nèi)齒輪或外齒輪中的任一種，在本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例中，太陽(yáng)輪4采用的是外齒輪?？梢岳斫獾?，該全電動(dòng)車輪總成還應(yīng)當(dāng)包括與太陽(yáng)輪4同軸安裝的制動(dòng)器，制動(dòng)器通常包括制動(dòng)件9和剎車盤8，制動(dòng)器屬于現(xiàn)有公知技術(shù)，可以采用盤式制動(dòng)器或鼓式制動(dòng)器的任意一種。本實(shí)用新型采用多臺(tái)永磁電機(jī)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)永磁電機(jī)輸出軸上的行星齒輪向太陽(yáng)輪傳遞力矩和轉(zhuǎn)速并最終由太陽(yáng)輪驅(qū)動(dòng)輪轂轉(zhuǎn)動(dòng)。多臺(tái)永磁電機(jī)呈行星狀布置，共同驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)輪，同時(shí)達(dá)到力矩和功率擴(kuò)展的目的，且電機(jī)的軸向尺寸不必?cái)U(kuò)大，充分利用輪轂的空間，保持了輪轂的基本外形特點(diǎn)。此外，多電機(jī)、多行星齒輪驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)還在于，輸出軸沿圓周多點(diǎn)、對(duì)稱、均勻受力和驅(qū)動(dòng)，具有受力和質(zhì)量分布對(duì)稱、均勻，電機(jī)齒輪間隙的影響也因?yàn)槎帱c(diǎn)驅(qū)動(dòng)的平均效應(yīng)被大大抑制，于是輪轂高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的噪聲也大大降低。因此本實(shí)用新型具有功率密度高、力矩大、力矩波動(dòng)小、噪聲低、過(guò)載能力強(qiáng)、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(diǎn)。以上實(shí)施例只為說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本實(shí)用新型的內(nèi)容并據(jù)此實(shí)施，并不能限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。凡跟本實(shí)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(shí)用新型權(quán)利要求的涵蓋范圍。
權(quán)利要求1.一種全電動(dòng)車輪總成，包括輪轂(1)、和設(shè)于所述輪轂(1)外圍的輪胎(2)，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(guò)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(guò)所述輪軸(3)的太陽(yáng)輪(4)，沿所述太陽(yáng)輪(4)的圓周方向均布有N個(gè)行星輪(5)，每一所述行星輪(5)由固定于車架上的永磁電機(jī)(6)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)進(jìn)而帶動(dòng)所述太陽(yáng)輪(4)旋轉(zhuǎn)，且所述太陽(yáng)輪(4)與所述行星輪(5)的減速比為 4 1-10 1 ；所述永磁電機(jī)(6)的定子零位(601)和轉(zhuǎn)子零位均與所述行星輪(5)的零位(501)對(duì)齊，從而使得所述行星輪(5)的零位(501)與所述太陽(yáng)輪的齒槽咬合；所述太陽(yáng)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)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全電動(dòng)車輪總成，其特征在于，所述容置空間由與所述輪轂 (1)形狀相匹配的、且用于固定所述永磁電機(jī)(6)的基板(12)與所述輪轂⑴的側(cè)壁圍成， 在所述基板(12)上，沿所述輪轂(1)的周向方向均布有與所述行星輪(5)數(shù)量相等的通孔，所述永磁電機(jī)(6)的輸出軸通過(guò)軸承(7)裝配于所述通孔內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全電動(dòng)車輪總成，其特征在于，所述基板(12)與所述輪轂 (1)相接的周緣處還設(shè)有動(dòng)密封結(jié)構(gòu)(11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全電動(dòng)車輪總成，其特征在于，其中一臺(tái)所述永磁電機(jī)(6)上還裝有位置傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的全電動(dòng)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。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的全電動(dòng)車輪總成，其特征在于，所有所述永磁電機(jī)(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。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的全電動(dòng)車輪總成，其特征在于，所述永磁電機(jī)(6)均為Y型繞組的三相永磁電機(jī)，且所有所述永磁電機(jī)(6)采用并聯(lián)或串聯(lián)的方式電性連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的全電動(dòng)車輪總成，其特征在于，該全電動(dòng)車輪總成還包括驅(qū)動(dòng)控制器，所述驅(qū)動(dòng)控制器對(duì)所述永磁電機(jī)(6)采用三相方波電流或三相正弦波電流驅(qū)動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全電動(dòng)車輪總成，其特征在于，所述太陽(yáng)輪(4)包括內(nèi)齒輪或外齒輪。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全電動(dòng)車輪總成，其特征在于，該全電動(dòng)車輪總成還包括與所述太陽(yáng)輪(4)同軸安裝的制動(dòng)器，所述制動(dòng)器包括盤式制動(dòng)器或鼓式制動(dòng)器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種全電動(dòng)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(yáng)輪，沿太陽(yáng)輪的軸向方向設(shè)置有由永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的行星齒輪，且太陽(yáng)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)。本實(shí)用新型采用多臺(tái)永磁電機(jī)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)永磁電機(jī)輸出軸上的行星齒輪向太陽(yáng)輪傳遞力矩和轉(zhuǎn)速并最終由太陽(yáng)輪驅(qū)動(dòng)輪轂轉(zhuǎn)動(dòng)。多臺(tái)永磁電機(jī)呈行星狀布置，共同驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)輪，同時(shí)達(dá)到力矩和功率擴(kuò)展的目的，且電機(jī)的軸向尺寸不必?cái)U(kuò)大，充分利用輪轂的空間，保持了輪轂的基本外形特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02K7/10GK202130301SQ201120200809
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月14日
發(fā)明者杜坤梅 申請(qǐng)人:浙江博望科技發(fā)展有限公司