一种可锁止的驱动电机及机动车的制作方法

1.本实用新型涉及车辆技术领域，具体涉及一种可锁止的驱动电机及机动车。


背景技术：

2.当前，新能源汽车发展迅速，新能源汽车的销量也不断攀升。因此，新能源车的性能也受到了越来越多的关注。在这其中，作为新能源汽车核心部件之一的电驱总成的性能尤其受到消费者的重视。新能源汽车的电驱总成由驱动电机、减速器、传动机构及电机控制器组成，用以作动力的输出及控制动力的变化。
3.而在新能源汽车进行泊车时，相关技术中采用的锁死系统主要是p档(泊车档)系统，该系统需要独立的锁止电机、机械结构和控制系统，成本高，系统复杂，故障率较高。在新能源汽车的市场竞争中，成本是很重要的参考因素之一，而若能在降低成本的同时还能保持应有的效果，将有效的提升车辆产品的竞争力。
4.为节约新能源汽车的成本，提升锁止结构的可靠性，需要设计一种新的驱动电机的锁止结构。


技术实现要素：

5.本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题。为此，本实用新型提出一种可锁止的驱动电机及机动车。
6.一种可锁止的驱动电机，包括电机轴与壳体，电机轴上设置有可动锁止件，壳体上设置有与可动锁止件相适配的固定锁止件；电机轴通过轴承支撑于壳体上，轴承具有支撑于壳体上的轴承套，轴承套中设置有轴向受力的阻尼件，阻尼件可推/拉动轴承，轴承与电机轴相对固定；阻尼件设置为使得，当驱动电机断电后，其可推/拉动电机轴移动，以使可动锁止件与固定锁止件相卡固，使得驱动电机锁；可动锁止件包括外环和内环，外环用于与固定锁止件卡固，内环用于与电机轴固定；外环上设置有可动件，外环与内环通过可动件相对固定，当内环与外环受到剪切力时会使得可动件移位，内环与外环分离。
7.其具有如下有益效果：
8.通过将可动锁止件分为内环和外环两部分，并设定为其在受到较大的力时分离，以保护可动锁止件。
9.优选地，外环上设置有沿径向的若干个凹槽，可动件设置于凹槽中。
10.优选地，可动件包括球状件以及抵住球状件以使得球状件具有沿径向向内趋势的锁止弹簧；内环上设置有用于与球状件相适配的环形槽。球状件、锁止弹簧以及环形槽互相配合，使得当可动锁止件受外力影响较小时，其可被可动件锁住。
11.优选地，可动件为多组，并且沿周向均匀设置于外环上。多个可动件可以有效的分担由可动锁止件传导而来的力，且当其中一个或几个可动件失效时，可动件整体上依然可以发挥作用，提高了结构的可靠性。
12.优选地，电机轴的两端分别通过轴承支撑于壳体的轴承座上。
13.优选地，可动锁止件为沿电机轴周向延伸的盘状件，且在盘状件上设置有齿槽；固定锁止件为与齿槽相适配的凸起。固定锁止件和可动锁止件为凸起齿槽结构，使得当可动锁止件随电机轴移动到固定锁止件所在位置时，可与固定锁止件配合，使得电机轴锁止，实现机动车的停止。
14.优选地，阻尼件为阻尼弹簧。
15.优选地，阻尼弹簧设置于电机轴一端或两端。阻尼弹簧设置于电机轴一端即可实现推动或拉动电机轴，使得电机轴在轴向上移动。阻尼弹簧在电机轴的两端均有设置，且作用方向一致，可使得在其中一个阻尼弹簧出现损坏的情况下，另一个弹簧依然可以保证锁止结构正常工作，提升了整体结构的可靠性。
16.优选地，驱动的状态转换时间为t1，阻尼弹簧的状态转换时间为t2，且t2》t1。如此设置，使得只有在驱动电机已经完成了状态转换，稳定转换为驱动电机或发电机时，阻尼弹簧才可工作，以防止驱动电机出现损坏。
17.本实用新型还提供了一种机动车，机动车包括上述的可锁止的驱动电机。本实用新型提供的机动车的优点与前述的可锁止的驱动电机的有益效果推理过程相似，在此不再赘述。
18.本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
19.图1是本实用新型实施例中的驱动电机的解锁状态的剖面图；
20.图2是本实用新型实施例中的驱动电机的锁止状态的剖面图；
21.图3是本实用新型实施例中的驱动电机的轴向上的可动锁止结构的剖面图；
22.图4是本实用新型实施例中的驱动电机的可动锁止结构的可动件的受力示意图。
23.其中，1.电机轴；2.定子；3.壳体；4.可动锁止结构；5.固定锁止结构；
24.11.驱动端；12.驱动端轴承；13.驱动端轴承套；14.驱动端弹簧；
25.15.非驱动端；16.非驱动端轴承；17.非驱动端轴承套；18.非驱动端弹簧；
26.31.驱动端轴承座；32.非驱动端轴承座；
27.41.外环；42.内环；43.锁止弹簧；44.球状件；45.环形槽；46.凹槽；47.齿槽。
具体实施方式
28.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
29.下面参考附图描述本实用新型实施例的具体结构：
30.在本实施例中，驱动电机是机动车的电驱总成的主要组成部分。驱动电机可将机动车提供的电能转换为机械能并输出。
31.具体的，驱动电机包括定子、转子、电机轴和壳体。电机轴与驱动电机的转子固定。转子中设置有永磁体，永磁体带有磁场。转子的外侧设置有与壳体固定的定子，定子主要包
括定子铁芯和定子绕组两部分。在本实施例中，定子绕组可以为分布式或集中式两种结构，本实施例对定子绕组的具体结构不作限定。定子铁芯由多层形状相同的片状定子铁芯片层叠构成，定子套组缠绕于定子铁芯上。定子铁芯与定子绕组为本领域的公知常识，在此不再赘述。
32.当驱动电机工作时，定子绕组中通电。由于定子绕组中通的电为三相交流电，其能够产生交变磁场。永磁体的磁场会与交变磁场发生相互作用，产生电磁力，电磁力分为周向的电磁力与轴向的电磁力，周向的电磁力会使得转子发生转动，轴向的电磁力会使得转子与定子的中心齐平。转子与电机轴固定，从而当转子转动时，可带动电机轴转动，电机轴转动的力通过传动机构输出至车辆，使得车辆被驱动。
33.在对驱动电机的原理进行描述时，本实施例选择描述的驱动电机类型为永磁同步电机。可以理解的是，本实施例对驱动电机的类型并未作限制，本实施例中的驱动电机还可以为感应电机或其它类型的支持能力回收的驱动电机。
34.如图1和图2所示，本实施例提供了一种驱动电机，该驱动电机包括电机轴1、定子2、壳体3和转子(图中未示出)。电机轴1通过轴承支撑于驱动电机的壳体3上。在本实施例中，电机轴1具有两端，分别为驱动端11和非驱动端15。
35.驱动端11通过驱动端轴承12支撑于壳体3上，壳体3上设置有沿径向延伸的驱动端轴承座31，该驱动端轴承座31与驱动端轴承套13固定。驱动端轴承套13与驱动端轴承12间隙配合，使得驱动端轴承12可在驱动端轴承套13中沿轴向滑动。
36.非驱动端15通过非驱动端轴承16支撑于壳体3上。壳体3上具有沿径向延伸的非驱动端轴承座32，该非驱动端轴承座32与非驱动端轴承套17固定。非驱动端轴承套17与非驱动端轴承16间隙配合，使得非驱动端轴承16可在非驱动端轴承套17中沿轴向滑动。
37.驱动端11与驱动端轴承12的内环过盈配合，非驱动端15与非驱动端轴承16过盈配合，使得，在驱动端轴承12和/或非驱动端轴承16沿轴向移动时，将带动电机轴1沿轴向移动。本实施例即利用到上述结构与运动原理。在驾驶员操作汽车进行泊车时，需要防止出现溜车现象。例如，在将车辆停靠在坡面上时，若没有对车辆的动力或传动结构进行锁止，车辆将在重力的作用下溜车。为避免车辆溜车，本实施例在驱动电机中设置了锁止结构。具体的，在电机轴1上设置有可动锁止件4，在壳体3上设置有固定锁止件5。如图1所示，固定锁止件5为壳体3上的驱动端轴承座31上的若干个沿轴向凸出的凸起。可动锁止件4为电机轴1上的沿径向延伸的含有齿槽的盘状件，可动锁止件4与电机轴固定。可动锁止件4上的齿槽47与固定锁止件5上的凸起的形状相适配。
38.在本实施例中，如图1所示，两端轴承的侧面分别设置有两个弹性件，位于驱动端轴承12侧面的为驱动端弹簧14，位于非驱动端轴承16侧面的为非驱动端弹簧18。驱动端弹簧14与非驱动端弹簧18可向驱动端轴承12与非驱动端轴承16提供弹力，使得驱动端轴承12和非驱动端轴承16可以在轴向上发生移动。
39.可动锁止件4分为外环41和内环42，内环42设置于电机轴1的外侧，外环41设置于内环42的外侧，内环42与外环41在轴向上处于相同位置，内环42与电机轴1固定，外环41与内环42通过可动件进行相对固定。
40.外环41的周向边缘上设置有齿槽47，且在外环41上沿径向由内而外设置有一个或一个以上的槽，在本实施例中，该槽为凹槽46，数量为四个。凹槽46在外环41上的分布方式
在本实施例中不作限制。优选的，凹槽46在外环41上均匀分布。可动件设置于凹槽46中。具体的，在本实施例中，可动件为设置于凹槽46中的锁止弹簧43和球状件44。球状件44设置于凹槽46沿径向向内处，锁止弹簧43设置于球状件44与凹槽46底部之间。
41.内环42上设置有与球相适配的环形槽45。在对外环41和内环42进行卡合时，将球状件44设置于环形槽45处，锁止弹簧43处于预压缩状态，使得球状件44有一个朝向环形槽45移动的趋势，而环形槽45在径向上始终保持静止，其会对球状件44施加反作用力，使得球状件44保持静止。在锁止弹簧43与环形槽45的共同作用下，使得球状件44在径向上保持相对静止。而球状件44一部分处于环形槽45中，一部分处于凹槽46中，这使得环形槽45与凹槽46保持相对静止。环形槽45位于内环42上，凹槽46位于外环41上，环形槽45与凹槽46相对静止可使得内环42与外环41相对静止。
42.当需要对驱动电机进行锁止时，例如，当驾驶员需要将车辆进行泊车时，驱动电机将会断电，此时，定子绕组中不再通交流电，定子2与转子之间的电磁力也随之消失。电机轴1仅受到驱动端弹簧14和非驱动端弹簧18的弹力作用。在本实施例中，电机轴1在仅受到驱动端弹簧14和非驱动端弹簧18的弹力作用时，将会向左移动，使得可动锁止件4的齿槽47与固定锁止件5的凸起相配合。可动锁止件4与固定锁止件5的配合使得电机轴1无法转动，从而实现驱动电机的锁止，使得车辆在泊车时不会出现溜车现象。
43.而当驾驶员欲启动车辆时，由于此时车辆处于泊车状态，驱动电机处于尚未工作的状态，没有电磁力的作用，驱动端弹簧14和非驱动端弹簧18的弹力会使得固定锁止件5与可动锁止件4相配合，故驱动电机处于锁止状态。此时，如图2所示，电机轴1处于向左移动状态，定子2在轴向上的中心与转子在轴向上的中心不齐平。而想要使得车辆成功启动，需要先将驱动电机由锁止状态进行解锁。为此，需要启动驱动电机，向定子2中的定子绕组中通交流电。当定子绕组中通电时，会产生磁场。由于此时定子2在轴向上的中心与转子在轴向上的中心仍然处于不齐平的状态，会使得定子绕组产生的磁场与转子中永磁体的磁场发生轴向上的交错作用。这将使得定子2与转子之间产生一个轴向向右的电磁力，使得转子和电机轴1一同向右移动，从而使得定子2与转子的中心对齐。在本实施例中，该电磁力由驱动电机产生，相对较大，足以使得转子能克服上述弹力，在车辆启动后推动转子向右移动，使得定子2与转子的中心自动齐平。在电机轴1向右移动的同时，很容易理解到，可动锁止件4一同向右移动，从而与固定锁止件5分离，将驱动电机解锁，于是车辆可正常启动。
44.上述仅为在车辆泊车与启动时的驱动电机的状态，而机动车在运行时还会有其它的运行状态，且当机动车在不同的状态中进行切换时，例如，当机动车由匀速转变为减速时，会出现能量回收现象。能量回收是采用驱动电机作为动力输出装置的机动车普遍采用的一种机制。当机动车由正常行驶转换为减速时，驱动电机的控制器将控制定子2不再主动通电，而此时由于机动车仍在运行，转子的运动方向未发生改变，驱动电机与车辆依然通过车辆的传动结构耦合，转子会在旋转的车轮的带动下继续旋转。又由于转子为永磁体，此时，定子绕组将切割磁感线，定子绕组即产生感应电流，该感应电流会进入机动车的电池中，给电池充电。此时，由于定子绕组切割磁感线，会对转子产生一个与转子运动相反的扭矩，使得转子减速。上述即为采用驱动电机作为动力输出装置的机动车的能量回收机制。由上述可知，在能量回收机制中，定子绕组将出现短暂的电流中断，由于定子绕组的电流中断，定子2与转子齐平的电磁力将消失一小段时间，该段时间为t1。在该段时间结束后，驱动
电机由原本提供动力的耗电状态转变为供电状态，为电池持续充电。而当机动车由减速转换为匀速或加速行驶时，能量回收机制将消失，驱动电机由减速时的供电状态变为提供动力的耗电状态。在驱动电机由供电状态转换为耗电状态时，定子绕组也会出现短暂的电流中断，时间同样为t1。
45.由上述可知，当驾驶员驾驶机动车进行减速时，或由减速转换为匀速/加速时，驱动电机将出现短时间(时长为t1)的断电。若在驱动电机断电的t1时间内，锁止结构即进行解锁，而此时车辆依然处于运行状态，驱动电机的转子依然在车轮的带动下有旋转的趋势，但是电机轴1已经被可动锁止件4和固定锁止件5锁死，这将导致驱动电机的损坏。甚至，由于驱动电机的突然锁止，将车轮突然抱死，而车辆依然在惯性的作用下运动，这使得车辆可能出现失控的风险。因而，需要使电机轴1在驱动电机断电t1时间之后才开始移动。
46.为使得电机轴1在驱动电机断电t1时间后才开始移动，使用的弹性件为阻尼件，阻尼件具有延迟生效的特性，具体的，为阻尼弹簧。在弹性件为阻尼弹簧时，驱动端弹簧14和非驱动端弹簧18的状态变化时间均为t2，且t2》t1。这使得驱动端弹簧14和非驱动端弹簧18均在驱动电机状态切换完成后才会对电机轴1施加弹力，使得驱动电机的锁止结构安全可靠。
47.而在驾驶员驾驶机动车进行泊车时，断电时间将大于t2，使得驱动端弹簧14和非驱动端弹簧18有足够的时间生效。如图1和图2所示，驱动端弹簧14对驱动端轴承12提供向左的拉力，而非驱动端弹簧18对非驱动端轴承16提供向左的推力。驱动端弹簧14与非驱动端弹簧18共同提供轴向上向左的力，使得电机轴1向左移动。继而，使得可动锁止件4与固定锁止件5在轴向上相接触，并通过固定锁止件4的凸起与可动锁止件5的齿槽47进行锁止。使得电机轴1无法进行转动，即可完成泊车，由于在泊车时，驱动电机会进行长久的断电，转子也不再转动。因此，在泊车时不需要考虑驱动电机的能量回收机制导致的问题。
48.在泊车时，可能会将车辆停放于大角度的坡面上。在车辆安全验收标准中，当在泊车时将车辆利用驻车档进行锁止时，需要车辆在30度坡面上不会滑动，而当车辆处于大于30度的坡面上时，即使滑动，也符合车辆安全验收标准。而当车辆在大于30度的坡面，例如40度进行泊车时，车辆的轮胎将受到重力与摩擦力。由于坡度较大，重力沿坡面向下的分力将大于沿坡面向上的摩擦力，使得车辆获得向下移动的趋势。该趋势通过车轮与驱动电机之间的传动机构传递到驱动电机，使得电机轴1有转动的趋势。若该趋势较大，则可能导致可动锁止结构4与固定锁止结构5之间的应力非常大，该应力可能导致可动锁止结构4和/或固定锁止结构5损坏。为防止其损坏，如前所述，在可动锁止结构4上设置了通过球44和环形槽45卡合的外环41和内环42。由此，如图4所示，当电机轴1有转动趋势时，电机轴1将有沿周向的力，该周向力为f1。在出现f1时，内环42会对球44在f1的方向的反向上产生支撑分力f3。而锁止弹簧43给予球44的弹力为f2，该弹力f2与内环42对球44在垂直于内环42切向上的支撑分力f4同轴反向。而当车辆停在大坡度上，且坡度大到一定程度时，例如将车辆停泊在上述的40度斜坡上，此时，f1增大到一个临界值。此时，由于支撑分力f3与周向力f1同轴反向，用于抵消周向力f1，因此，支撑分力f3也随周向力f1的增大而增大。而支撑分力f3增大则意味着支撑分力f3与支撑分力f4的合力增大，该合力可克服弹力f2，使得球44被顶起，进入到凹槽46中。内环42与外环41随之分离，电机轴1可进行转动。如此，可保证可动锁止装置4与固定锁止装置5不会出现损坏。
49.如前所述，在本实施例中，当驱动电机工作时，定子2与转子之间产生的电磁力应当大于弹簧变形而产生的弹力。因而，如图1所示，当驱动电机工作时，产生的电磁力可克服弹簧形变产生的弹力，使得电机轴1向右移动，将驱动电机解锁。在本实施例中，当驱动电机不工作时，电机轴1向左偏移，此时可设置为两端的弹簧均处于自然状态。那么，当驱动电机工作时，在电磁力的作用下，电机轴1向右移动，此时驱动端弹簧14处于拉伸状态，非驱动端弹簧18处于压缩状态。在需要泊车时，给驱动电机断电后，电磁力消失，两端的弹簧所产生的弹力将会使得电机轴向左偏移，从而被锁止。
50.可以理解的是，虽然在本实施例中，在电机轴的两端均设置有阻尼弹簧。而在可选的实施例中，可以仅在一端设置阻尼弹簧。对于本领域技术人员而言，很容易理解到，只要在电机轴的一端设置阻尼弹簧即可实现本实用新型的目的。当然，在两端均设置有阻尼弹簧为优选的方案，这可以使得当一端阻尼弹簧出现损坏或失效时，依然可以保证锁止结构的正常作用，因此提升了锁止结构的可靠性。
51.可以理解的是，在本实施例中，在如图1所示的状态，驱动端弹簧14处于拉伸状态，同时非驱动端弹簧18处于压缩状态。在其它可选的实施例中，也可以设置为仅驱动端弹簧14处于拉伸状态，或者仅非驱动端弹簧18处于压缩状态，因为只需要保证在此状态下存在向左作用的弹力即可。
52.可以理解的是，在本实施例中，可动锁止件4与固定锁止件5均设置于驱动电机的驱动端11一端。在可选的实施例中，可动锁止件4与固定锁止件5可设置于驱动电机的非驱动端12一端。当可动锁止件4与固定锁止件5设置于驱动电机的驱动端11一端时，需要将阻尼弹簧设置为向驱动端11提供弹力，而当可动锁止件4与固定锁止件5设置于非驱动端15时，需要将阻尼弹簧设置为向非驱动端15提供弹力。
53.可以理解的是，在本实施例中，可动锁止件4上设置有齿槽，而固定锁止件5设置为凸起。在可选的实施例中，可以为可动锁止件4设置有凹槽，固定锁止件5设置为凸起，或，可以为可动锁止件4设置有凸起，固定锁止件5设置为凹槽。
54.可以理解的是，在进行泊车时，可以允许电机轴1转动一段角度。因而在电机轴轴向移动时，可动锁止件和固定锁止件可以相撞而不配合，直到电机轴旋转一定角度后，才相互配合。在正常进行泊车时，可以允许车辆进行小幅度的移动，因此，可以允许电机轴在泊车时转动一定角度。
55.在本实用新型中，除非实施例中另有明确的相关规定或者限定，否则实施例中出现的术语“安装”、“相连”、“连接”和“固定”等应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体，可以理解的，也可以是机械连接、电连接等；当然，还可以是直接相连，或者通过中间媒介进行间接连接，或者可以是两个元件内部的连通，或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，能够根据具体的实施情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
56.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。