CN107448513B - 轮毂电机环式电磁制动及分离式减震一体化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开轮毂电机环式电磁制动及分离式减震一体化装置，由环式电磁制动装置和分离式减震装置组成，包括外转子、内定子、连接环、环式制动盘、摩擦片、电磁铁、回位弹簧、支架、主减震器、副减震器、橡胶垫圈、主轴、悬架，环式制动盘通过连接环与外转子相连，使用电磁铁作为动力进行制动，所需布置空间紧凑，合理利用轮毂空间，制动器和副减震器通过支架与内定子相连，轮毂电机的主轴和内定子分别通过主减震器和副减震器与车身相连，可以将地面传递到轮毂的震动通过与之相连的主轴直接传到车身，减少对轮毂电机的冲击，同时电机与车身之间的减震器起到一个缓冲的作用，本发明适用于纯电动汽车轮毂驱动***，提高了制动和减震的性能。

Description

轮毂电机环式电磁制动及分离式减震一体化装置
技术领域
本发明属于电动汽车技术领域，尤其涉及轮毂电机环式电磁制动及分离式减震一体化装置。
背景技术
轮毂电机是一种内定子、外转子形式的电机，其动力、传动和制动装置都整合在轮毂内，大量简化了电动汽车的机械部件，与传统汽车相比具有良好的机动性、高效率的传动性、较高的车身内部空间利用性和良好的动力学性能等。
现有汽车碟刹装置的制动盘多安装在传动轴上，制动力受制动盘半径限制，所需布置空间较宽，多采用液压制动，不适用于电动汽车的轮毂电机。中国专利(CN102673380A)公开了一种内置悬置集成式轮毂电机驱动电动轮，由于位于轮毂电机内部的制动***在工作时会产生较多的热量，长久以往会导致电机内部的永磁体退磁从而影响电机的性能，且制动性能的不稳定性较高，摩擦片磨损以后维护较为不便。轮毂电机使汽车非簧载质量增加，电机定子与轮毂的刚性连接使轮毂电机受到的冲击较大，影响电机的性能。
目前轮毂电机的减震方案轮内减震为主，但占用轮毂空间较多，需要改进和优化。中国专利(CN102673380A)只考虑了减小从地面传递到电机的振动，未考虑将电机受到的这部分振动能量引导和转移，并且吸收。
因此，需要一种综合考虑轮毂电机的减振和制动的方案，改进结构，减少占用的轮内空间，并且有较高的减振和制动性能。
发明内容
为了克服上述技术问题，本发明提出了轮毂电机环式电磁制动及分离式减震一体化装置，改善了轮毂驱动***的制动和减震问题。
为了实现上述技术目的，本发明采用以下方案：
轮毂电机环式电磁制动及分离式减震一体化装置，包括环式电磁制动装置和分离式减震装置，所述环式电磁制动装置包括环式制动盘和电磁制动器，所述环式制动盘通过螺栓B、连接环、螺栓A与外转子连接成一体，所述电磁制动器固定在支架上端；所述环式制动盘为中空的凸台状，凸台上下两端均为工作面，凸起部分内部开有扇环状的散热通道，凸台下端的直径与外转子、连接环的直径相同，且凸台下端沿圆周方向均匀设有螺栓固定孔；
所述分离式减震装置包括主轴、主减震器、支架和副减震器，所述主轴一端连接悬架，所述悬架上固定有主减震器下端及扭杆弹簧，所述主减震器上端与车身相连；所述主轴另一端通过密封减震橡胶套连接后伸入内定子通孔，然后套接轴承支架，所述轴承支架通过减震橡胶垫圈和螺栓与外转子固连；所述支架一端固定在内定子外侧，另一端连接固定副减震器下端，所述副减震器上端与车身相连，且位于电磁制动器外侧。
优选的，所述环式制动盘凸起部分的外径与内径之比不大于1.5。
上述方案中，所述主减震器上固定有主减震器阻尼器,所述主减震器阻尼器外侧套有主减震器减震弹簧，所述副减震器上固定有副减震器阻尼器,所述副减震器阻尼器外侧套有副减震器减震弹簧。
上述方案中，所述电磁制动器采用浮动钳盘式结构，所述电磁制动器的活塞为两个浮动电磁铁，所述浮动电磁铁的一端固定在摩擦片一侧面上，另一端通过滑动回位弹簧安装在制动器壳体内；与浮动电磁铁相对的固定电磁铁一端固定在摩擦片二侧面上，另一端固定在制动器内侧壳体上；所述环式制动盘伸入摩擦片一和摩擦片二之间，所述固定电磁铁、浮动电磁铁通电以后相互吸引分别带动摩擦片一和摩擦片二移动，从而挤压环式制动盘达到制动目的；所述电磁制动器还包括内六角圆柱头螺钉，所述内六角圆柱头螺钉依次穿过支架一侧的圆柱螺栓孔A、回位弹簧、制动器钳体下端的圆柱螺栓孔、支架一侧的圆柱螺栓孔B，将制动器钳体与支架固定，且回位弹簧分成两段，分别位于制动器钳体下端的圆柱螺栓孔两侧；所述内六角圆柱头螺钉穿过支架一侧的圆柱螺栓孔B后，再穿入内定子上方的螺栓孔，将支架固定在内定子上；所述制动器内侧壳体、制动器外侧壳体上对应电磁铁轴线中心位置分别设有电磁铁导线引出孔，实现对电磁铁供电。
上述方案中，所述摩擦片一和摩擦片二为类扇环状，且两端为半圆形；所述摩擦片一、摩擦片二的宽度与环式制动盘工作宽度相同。
上述方案中，所述外转子靠近连接环一侧的外周设有螺栓固定孔，所述连接环设有凹槽，凹槽和凸起上面分别为螺栓A固定孔和螺栓B固定孔，从而实现外转子、连接环和环式制动盘通过螺栓A和螺栓B连接成一体。
上述方案中，所述轴承支架通过内部的两个或多个轴承直接套在主轴上。
上述方案中，所述密封减震橡胶套圆周上设有螺栓固定孔，所述内定子通孔周围、主轴周围均设螺栓固定孔，通过螺栓实现主轴与密封减震橡胶套以及内定子的固定。
优选的，所述悬架为扭转梁式悬架。
本发明通过以上技术方案，可以实现如下有益效果：
1)本发明采用环式制动盘，由于制动盘环式的外径与外转子相同，有效的增大了制动力矩半径，同时环式制动盘通过连接环与外转子连接，所需要的布置空间较小，能够更合理的利用轮毂空间。
2)环式制动盘内部的散热通道以及连接环上面的凹槽均有利于制动过程中的通风散热。
3)本发明采用电磁制动器，适合以电能为动力的新能源电动车，同时电磁制动器与副减震器通过支架固定在内定子上面，结构紧凑合理，减小了轮毂空间以及车轮内侧空间的占用，可以有更多的空间用于新能源电动车其他的布置。
4)主轴与车身之间通过悬架以及主减震器连接，可以吸收和衰减大部分从地面传递到轮毂的振动。
5)减震橡胶垫圈可以减弱从主轴传递到轮毂电机的振动，同时副减震器可以吸收和衰减轮毂电机受到的冲击，使得轮毂电机工作在一个稳定可靠的环境下；整个装置布置合理，结构优良，适合用于新能源电动车的轮毂驱动布置。
附图说明
图1为本发明轮毂电机环式电磁制动及分离式减震一体化装置装配图；
图2为本发明轮毂电机环式电磁制动及分离式减震一体化装置结构简图；
图3为本发明轮毂电机环式电磁制动及分离式减震一体化装置***图；
图4为本发明中连接环等轴测图；
图5为本发明中环式制动盘结构示意图，图5(a)为环式制动盘主视图，图5(b)为环式制动盘左视图,图5(c)为环式制动盘等轴测图；
图6为本发明中电磁制动器***图；
图7为本发明中电磁制动器装配图。
附图标记说明如下：
1-外转子；2-连接环；2-1-螺栓B固定孔；2-2-螺栓A固定孔；3-螺栓A；4-环式制动盘；5-螺栓B；6-内定子；7-电磁制动器；8-支架；9-副减震器阻尼器；10-副减震器减震弹簧；11-副减震器；12-减震橡胶垫圈；13-轴承支架；14-主减震器阻尼器；15-主减震器减震弹簧；16-主减震器；17-密封减震橡胶套；18-主轴；19-悬架；20-扭杆弹簧；21-固定电磁铁；22-1-摩擦片一；22-2摩擦片二；23-浮动电磁铁；24-滑块回位弹簧；25-制动器钳体；25-1-制动器内侧壳体；25-2-制动器外侧壳体；26-回位弹簧；27-内六角圆柱头螺钉；28-车轮。
具体实施方式
以下结合附图对本装置作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1、图2、图3所示，本发明的轮毂电机环式电磁制动及分离式减震一体化装置，由环式电磁制动装置和分离式减震装置组成。
环式电磁制动装置包括环式制动盘4和电磁制动器7，外转子1靠近连接环2一侧的外周设有螺栓固定孔，如图4所示，连接环2均匀设有凹槽，凹槽和凸起上面分别为螺栓A固定孔2-2和环式制动盘3的螺栓固定孔2-1，从而实现外转子1、连接环2和环式制动盘4分别通过螺栓A 3和螺栓B 5连接成一体；电磁制动器7固定在支架8上端，支架8一端固定在内定子6外侧，另一端连接固定副减震器11下端，所述副减震器11上端与车身相连，且位于电磁制动器7外侧；副减震器11上固定有副减震器阻尼器9,副减震器阻尼器9外侧套有副减震器减震弹簧10。
分离式减震装置包括主轴18、主减震器16、支架8和副减震器11，主轴18一端连接悬架19，悬架19上固定有主减震器16下端及扭杆弹簧20，主减震器16上端与车身相连，主减震器16上固定有主减震器阻尼器14,主减震器阻尼器14外侧套有主减震器减震弹簧15，主轴18另一端通过密封减震橡胶套17连接后伸入内定子6中心通孔，然后套接轴承支架13，轴承支架13通过减震橡胶垫圈12和螺栓与外转子1固连；轴承支架13通过内部的两个轴承直接套在主轴18上；密封减震橡胶套17圆周上设有螺栓固定孔，内定子6中心通孔周围、主轴18周围均设螺栓固定孔，通过螺栓实现主轴18与密封减震橡胶套17以及内定子6的固定。
如图5(a)、(b)、(c)所示，环式制动盘4为中空的凸台状，凸台上下两端均为工作面，凸起部分内部开有扇环状的散热通道，凸起部分的外径与内径之比不大于1.5；凸台下端的直径与外转子1、连接环2的直径相同，且凸台下端沿圆周方向均匀设有螺栓固定孔。
如图6、图7所示，电磁制动器7采用浮动钳盘式结构，电磁制动器7的活塞为两个浮动电磁铁23，浮动电磁铁23的一端固定在摩擦片一22-2侧面上，另一端通过滑动回位弹簧24安装在制动器外侧壳体25-2内；与浮动电磁铁23相对的固定电磁铁21一端固定在摩擦片二22-1侧面上，另一端固定在制动器内侧壳体25-1上；环式制动盘4伸入摩擦片一22-1和摩擦片二22-2之间，固定电磁铁21、浮动电磁铁23通电以后相互吸引分别带动摩擦片一22-1和摩擦片二22-2移动，从而挤压环式制动盘4达到制动目的；电磁制动器7还包括内六角圆柱头螺钉27，内六角圆柱头螺钉27依次穿过支架8一侧的圆柱螺栓孔A、回位弹簧26、制动器钳体25下端的圆柱螺栓孔、支架8一侧的圆柱螺栓孔B，将制动器钳体25一侧与支架8一侧固定，另一侧的固定方式相同，且回位弹簧26分成两段，分别位于制动器钳体25下端的圆柱螺栓孔两侧；内六角圆柱头螺钉27穿过支架8内侧的圆柱螺栓孔B后，再穿入内定子6上方的螺栓孔，将支架8固定在内定子6上；制动器内侧壳体25-1、制动器外侧壳体25-2上对应电磁铁轴线中心位置分别设有电磁铁导线引出孔，实现对电磁铁供电。
主减震器16采用磁流变减震器，可以实现车辆行驶过程中悬架阻尼力的实时动态的调节，保证了车辆的行驶平顺性，增加了舒适性；副减震器19采用常见的阻尼减震器，能吸收和传递电机受到的冲击。
摩擦片一22-1和摩擦片二22-2为类扇环状，且两端为半圆形；摩擦片一22-1、摩擦片二22-2的宽度与环式制动盘4工作宽度相同；在具体实施中，摩擦片为可更换结构，且实际操作中电磁制动器设有调整摩擦片间隙的结构。
在具体实施中，支架8的形状不拘泥于本设计，只要能实现固定电磁制动器7和副减震器11的功能即可，也可以与电机内定子6一体化制造；可在电机内定子6内部添加冷却***，用于轮毂电机的冷却降温；
在具体实施中，所述悬架19可不采用扭转梁式结构，可以采用多连杆式结构，但仍然设有与内定子相连的副减震器装置；汽车在崎岖不平的路面上行驶时，单侧车轮受到较大的冲击，扭转梁式悬架19上水平横置的扭杆弹簧20直接连接了左右两个车轮，通过扭转变形会将由地面带来的冲击能量从一侧传递到另一侧，使得另一侧的车轮发生相应的跳动，从而减小了车身侧倾的幅度，保证了车身在行驶过程中的稳定；同时扭杆弹簧20发挥了与普通车辆上面的横向稳定杆相同的作用，从一定程度上减小了车身的横向侧倾以及横向角振动，提升了侧倾刚度，保证了侧倾稳定性。
在本发明中，环式电磁制动装置直接加装在轮毂电机上，占用空间小，便于布置在轮毂内，同时环式电磁制动装置位于电机外部，且环式制动盘6内部的散热通道以及连接环2上面的凹槽，保证了制动过程的散热。
在本发明中，主轴18与轮毂直接通过轴承连接，可以将地面对轮毂的冲击直接通过主轴18传递到悬架19上，再通过主减震器16传递到车身，主轴18和轮毂电机之间有减震橡胶垫圈12以及密封减震橡胶套17，同时轮毂电机与车身通过副减震器11连接，传递吸收了地面对轮毂电机的冲击，使轮毂电机工作在一个稳定可靠的环境，保证了电机拥有较长的寿命。
环式电磁制动装置工作过程如下：轮毂电机制动时，固定电磁铁23和浮动电磁铁21通电，浮动电磁铁23克服滑块回位弹簧24的拉力，固定电磁铁21和制动器钳体25克服回位弹簧26的拉力，固定电磁铁21和浮动电磁铁23相互吸引，推动摩擦片一22-1和摩擦片二22-2向环式制动盘4快速靠拢从而达到制动的目的；停止制动以后，浮动电磁铁23在滑块回位弹簧24作用下回到制动器外侧壳体25-2内，同时制动器钳体25在回位弹簧26作用下带着固定电磁铁21回到原来的位置；两个回位过程同时发生，快速准确，采用电磁制动更适合以电能作为主要动力的电动汽车。
分离式减震装置工作过程如下：当车辆在不平整的路面前行时，车轮28受到地面冲击，需要减振时，分离式减震装置分别将主轴18和轮毂电机受到的冲击力通过主减震器16和副减震器11消耗吸收，传递到车身。大部分冲击力通过主轴18传递到扭转梁式悬架19上，悬架19受到的冲击力通过主减震器16衰减以后传递到车身，这部分冲击力携带的振动能量一部分被主减震器16吸收和消耗，还有一部分被车身吸收和消耗。剩余部分冲击力为轮毂电机受到的冲击力，包括外转子1和内定子6受到的冲击力，外转子1受到的冲击力由轴承支架13和减震橡胶垫圈12传递且被减震橡胶垫圈12吸收；内定子6受到的冲击力由密封减震橡胶套17传递，然后内定子6通过支架8将冲击力传递到副减震器11上面，被副减震器11衰减以后传递到车身，内定子6传递的这部分冲击力携带的振动能量大部分被副减震器11吸收和消耗，剩余部分被车身吸收和消耗。
当车辆同时需要减振和制动时，环式电磁制动装置及分离式减振装置同时工作。
当车辆在行驶过程中需要制动时，轮毂电机根据车辆控制器传递过来的信号进行制动，轮毂电机能够在三种制动模式下制动，分别是电力制动模式、机械制动模式、混合制动模式。车轮处于电力制动模式时，电磁制动器7无制动力矩输出，电机反向工作，输出相反的扭矩，使轮毂减速并停止转动。车轮处于机械制动模式时，轮毂电机无驱动扭矩输出，固定电磁铁21和浮动电磁铁23通电，相互吸引靠拢，分别带动摩擦片一22-1和摩擦片二22-2挤压环式制动盘4；环式制动盘4通过连接环2固定在电机外转子1上面，从而使电机停止转动，使轮毂停止转动。混合制动模式是指同时采用上面两种制动模式对轮毂进行制动。
所述实施例为本发明优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变形均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.轮毂电机环式电磁制动及分离式减震一体化装置，其特征在于，包括环式电磁制动装置和分离式减震装置，
所述环式电磁制动装置包括环式制动盘(4)和电磁制动器(7)，所述环式制动盘(4)通过螺栓B(5)、连接环(2)、螺栓A(3)与外转子(1)连接成一体，所述电磁制动器(7)固定在支架(8)上端；所述环式制动盘(4)为中空的凸台状，凸台上下两端均为工作面，凸起部分内部开有扇环状的散热通道，凸台下端的直径与外转子(1)、连接环(2)的直径相同，且凸台下端沿圆周方向均匀设有螺栓固定孔；
所述分离式减震装置包括主轴(18)、主减震器(16)、所述支架(8)和副减震器(11)，所述主轴(18)一端连接悬架(19)，所述悬架(19)上固定有主减震器(16)下端及扭杆弹簧(20)，所述主减震器(16)上端与车身相连；所述主轴(18)另一端通过密封减震橡胶套(17)连接后伸入内定子(6)通孔，然后套接轴承支架(13)，所述轴承支架(13)通过减震橡胶垫圈(12)和螺栓与外转子(1)固连；所述支架(8)一端固定在内定子(6)外侧，另一端连接固定副减震器(11)下端，所述副减震器(11)上端与车身相连，且位于电磁制动器(7)外侧。
2.如权利要求1所述的轮毂电机环式电磁制动及分离式减震一体化装置，其特征在于，所述环式制动盘(4)凸起部分的外径与内径之比不大于1.5。
3.如权利要求1所述的轮毂电机环式电磁制动及分离式减震一体化装置，其特征在于，所述主减震器(16)上固定有主减震器阻尼器(15),所述主减震器阻尼器(15)外侧套有主减震器减震弹簧(14)，所述副减震器(11)上固定有副减震器阻尼器(10),所述副减震器阻尼器(10)外侧套有副减震器减震弹簧(9)。
4.如权利要求1所述的轮毂电机环式电磁制动及分离式减震一体化装置，其特征在于，所述电磁制动器(7)采用浮动钳盘式结构，所述电磁制动器(7)的活塞为两个浮动电磁铁(23)，所述浮动电磁铁(23)的一端固定在摩擦片二(22-2)侧面上，另一端通过滑动回位弹簧(24)安装在制动器外侧壳体(25-2)内；与浮动电磁铁(23)相对的固定电磁铁(21)一端固定在摩擦片一(22-1)侧面上，另一端固定在制动器内侧壳体(25-1)上；所述环式制动盘(4)伸入摩擦片一(22-1)和摩擦片二(22-2)之间，所述固定电磁铁(21)、浮动电磁铁(23)通电以后相互吸引分别带动摩擦片一(22-1)和摩擦片二(22-2)移动，从而挤压环式制动盘(4)达到制动目的；所述电磁制动器(7)还包括内六角圆柱头螺钉(27)，所述内六角圆柱头螺钉(27)依次穿过所述支架(8)一侧的圆柱螺栓孔A、回位弹簧(26)、制动器钳体(25)下端的圆柱螺栓孔、所述支架(8)一侧的圆柱螺栓孔B，将制动器钳体(25)与所述支架(8)固定，且回位弹簧(26)分成两段，分别位于制动器钳体(25)下端的圆柱螺栓孔两侧；所述内六角圆柱头螺钉(27)穿过所述支架(8)一侧的圆柱螺栓孔B后，再穿入内定子(6)上方的螺栓孔，将所述支架(8)固定在内定子(6)上；所述制动器内侧壳体(25-1)、制动器外侧壳体(25-2)上对应电磁铁轴线中心位置分别设有电磁铁导线引出孔，实现对电磁铁供电。
5.如权利要求4所述的轮毂电机环式电磁制动及分离式减震一体化装置，其特征在于，所述摩擦片一(22-1)和摩擦片二(22-2)为类扇环状，且两端为半圆形。
6.如权利要求4所述的轮毂电机环式电磁制动及分离式减震一体化装置，其特征在于，所述摩擦片一(22-1)、摩擦片二(22-2)的宽度与环式制动盘(4)工作宽度相同。
7.如权利要求1所述的轮毂电机环式电磁制动及分离式减震一体化装置，其特征在于，所述外转子(1)靠近连接环(2)一侧的外周设有螺栓固定孔，所述连接环(2)设有凹槽，凹槽和凸起上面分别为螺栓A固定孔(2-2)和螺栓B固定孔(2-1)，从而实现外转子(1)、连接环(2)和环式制动盘(4)通过螺栓A(3)和螺栓B(5)连接成一体。
8.如权利要求1所述的轮毂电机环式电磁制动及分离式减震一体化装置，其特征在于，所述轴承支架(13)通过内部的两个或多个轴承直接套在主轴(18)上。
9.如权利要求1所述的轮毂电机环式电磁制动及分离式减震一体化装置，其特征在于，所述密封减震橡胶套(17)圆周上设有螺栓固定孔，所述内定子(6)中心通孔周围、主轴(18)周围均设螺栓固定孔，通过螺栓实现主轴(18)与密封减震橡胶套(17)以及内定子(6)的固定。
10.如权利要求1所述的轮毂电机环式电磁制动及分离式减震一体化装置，其特征在于，所述悬架(19)为扭转梁式悬架。
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