车辆的电动轮的制作方法

本发明大体上涉及运输工程，尤其涉及用于电动和混合电动轮式车辆的电动轮。

背景技术：

运输工程是技术上最发达和不断发展的行业之一。行业发展趋势之一是用选择性驱动(alternativedrive)替代给大多数传统车辆提供动力的燃烧发动机。目前关注的重点是混合电动车辆和由环保型电动机和电动轮驱动的电动车辆。

与使用燃烧发动机的传统车辆相比，由电动轮驱动的混合电动车辆以及电动车辆具有许多优点。这些优点包括减少电动机和车轮(离合器、变速器、驱动轴和差速器)之间的复杂和繁重的传动齿轮、改善的动力性、可操作性、燃油效率以及道路安全性。然而，传统的电动轮具有许多显著的缺点，其中最重要的是电动轮的高簧下质量。此外，包括在电动轮中的小型高速电动机需要减速齿轮，该减速齿轮传递由电机传递到车轮的旋转扭矩，其中由于电动轮内的有限空间，所述齿轮必须较小。因此，传统的混合动力电动汽车，例如具有电动轮的汽车、电动汽车和公共汽车等具有高的簧下质量，这导致：由于振动传递到车身，使得在这种车辆中的驾驶不舒适；较差的操纵性；以及在高速行驶或在低表面质量的道路上行驶时，车辆悬挂磨损显著增加。而且，传统电动轮最重要的缺点之一是结构复杂，因此在电动轮中包括大量的部件，这导致电动轮成本的过度增加并且显著地限制了生产率。

ru2334626(b60k7/00)公开了一种用于电动车辆的电动轮，该电动轮包括电动机，该电动机包括电动机定子和电动机转子，电动机定子固定地安装在车轮的承载悬架构件上。电动机转子设置在车辆轮毂上，其中驱动转子构件由轻质合金材料制成，具有由两个钢环组成的“鼠笼(squirrelcage)”，两个钢环借助于设置在其中的钢销相互连接，驱动转子构件包括具有在其中具有开口的凸缘的环形插入件，并且通过螺钉固定到毂上。环形插入件和轮毂之间的间隙用聚合物粘合剂填充。现有技术的电动轮的设计由于将转子与轮毂组合在一起而相对简单，并且由于驱动转子构件重量的减小而导致车轮的重量较低。然而，现有技术的电动轮的缺点在于缺少电动机弹性装置(springing)；因此电动机重量是电动车辆的簧下质量的组成部分。缺乏电动机弹性装置导致动态车轮振动时转子变形的风险增加，这破坏了转子与定子之间的间隙的均匀性，并且可能导致转子旋转卡塞。

wo2014013084(b60k7/00，b60k17/04)公开了一种包括减速装置的机动化毂，该毂包括具有外定子和内转子的电力牵引机，外定子连接到毂架。现有技术的机动化毂还包括减速装置，该减速装置包括三个减速级以及用于与减速装置耦接并与其去耦接的耦接/去耦接装置。现有技术的机动化毂的显著缺点是结构的重量大，并且因此车辆的簧下质量较高，这导致车辆的驾驶舒适性非常差并且动态稳定性降低。进一步的缺点包括操作中的机动化毂部件上的高负载。

本发明的现有技术是专利公开文件us20060144626(b60k1/00，b60k7/00，f16h57/02)中描述的一种轮内电动机，其包括车轮、电动机、用于将旋转从电动机传递到车轮的减速器(行星减速齿轮)、将电动机壳体的外侧部分与转向节(knuckle)连接成能够使电动机壳体在垂直方向上振动的减震机构。该现有技术的方案的缺点包括结构复杂、制造成本高和重量大，这是由于特别是电动车体所需的显著加强而造成的。该专利进一步公开了一种可被认为是本车辆的现有技术的车辆。

技术实现要素：

本发明的一目的是提供一种电动或混合电动轮式车辆，其使用舒适，并具有改进的动力学性和延长的悬架使用寿命。

本发明的另一目的是提供一种具有电动机和减速齿轮的电动轮，该车轮有效地抑制车轮振动并减小电动机转子上的负载。

本发明进一步的目的是减少电动轮的结构部件的数量，从而抑制车轮振动、简化结构并降低生产成本，以便大规模地制造这种电动轮。

这些目的通过一种用于轮式车辆的电动轮和包括该电动轮的车辆来实现，其中该电动轮包括：车轮，电动机，减速齿轮，所述减速齿轮从所述电动机向所述车轮传递旋转，以及减震结构，所述减震结构构造成将所述车轮连接到所述车辆的支承构件并且能够允许所述车轮相对于所述支承构件垂直移动并且抑制所述移动，其中，车轮包括轮胎，轮盘，固定地安装在盘中的轮毂，安装在轮毂上的至少一个轮毂轴承以及与轮毂同轴连接的制动盘，电动机包括电动机壳体，在该电动机壳体中设置有定子和包含转子轴的转子，并且减速齿轮包括减速齿轮壳体，输入构件和输出构件。在此，输入构件位于转子轴上，并且输出构件包括输出轴，该输出轴平行于转子轴安装，并且该输出轴连接至轮毂并且可以与其共同旋转，其中减速齿轮壳体固定地连接到电动机壳体并且减速齿轮壳体安装在轮毂中以便能够相对于电动机壳体旋转，电动机壳体适于以能够相对于支承构件移动的能力连接到支承构件。

这减少了电动轮的尺寸和重量，改善车辆的动态特性，减小传递到车身的振动并提供更舒适的驱动，并且显著地简化电动轮结构和降低制造成本。

在本发明的一个实施例中，减震结构包括具有圆柱形部分的连接轭，圆柱形部分容纳在制动盘的空腔中中并且以如下方式安装在毂轴承上：轮毂可以相对于圆柱形端部转动而不发生相对于圆柱形端部的轴向位移；在连接轭的端部之间延伸并固定安装到其上的拉杆；减震器弹簧；以及安装在拉杆上并可沿着拉杆运动的可移动支撑件，可移动支撑件可与支承构件连接，其中每个减震器弹簧安装在轭端部与可移动支撑件之间。这额外地减小了电机轮的尺寸。

在另一实施例中，电动轮的电动机壳体具有圆柱形形状并且包括轴向突起，其中在可移动支撑件内布置有引导槽，并且其中电动轮还包括接收部件，该接收部件可移动地安装在引导槽中并且与轴向的突起连接。

根据一个特定实施例，轴向突起与接收部件连接以形成球窝接头。

在另一实施例中，接收部件能够在引导槽中移动的同时旋转。该旋转允许降低由轴向突起相对于可移动支撑件的运动引起的摩擦。

根据又一实施例，电动轮还包括安装在可移动支撑件和接收部件之间的减震器，以抑制接收部件相对于支撑件的运动。

根据另一实施例，电动轮的电动机是同步凸极电动机和具有永磁体的同步电动机中的一个。

根据另一实施例，电动轮的电动机是具有径向、轴向和横向磁通量方向之一的电动机。

根据本发明的实施例，电动轮的减速齿轮是包括减速器壳体、驱动齿轮以及从动齿轮和输出轴的齿轮减速器，每个可啮合地安装在减速器壳体内。其中，驱动齿轮与电动机转子轴是一体的，且从动齿轮固定安装在输出轴上并与驱动齿轮啮合。齿轮减速器的使用允许进一步减小减速器齿轮的尺寸并使电动轮更加紧凑。

根据又一实施例，电动轮的减速齿轮是包括皮带传动壳体、驱动皮带轮以及从动皮带轮的皮带传动装置，从动皮带轮通过皮带耦接到驱动皮带轮，皮带传动装置进一步包括输出轴，每个可啮合地安装在皮带传动壳体内，其中驱动皮带轮与电动机转子轴是一体的，并且从动皮带轮固定地安装在输出轴上。

根据又一实施例，电动轮的减速齿轮是包括链传动壳体、驱动链轮以及从动链轮的链传动装置，从动链轮通过链耦接到驱动链轮，链传动装置进一步包括输出轴，每个可啮合地安装在链传动壳体内，其中驱动链轮与电动机转子轴是一体的，并且从动链轮固定地安装在输出轴上。

根据又一实施例，电动轮的减速齿轮是包括壳体、驱动皮带轮以及从动皮带轮的可变传动装置，从动皮带轮通过皮带耦接到驱动皮带轮，可变传动装置包括输出轴，每个可啮合地安装在可变传动壳体内，其中每个皮带轮包括彼此面对并且可相对于彼此同轴地且可移动地安装的一对锥体，以便调节减速比，其中，驱动皮带轮安装在电动机转子轴上，且从动皮带轮安装在输出轴上。

根据又一实施例，电动轮减速齿轮是包括减速器壳体、驱动齿轮以及从动齿轮的磁齿轮减速器，磁齿轮减速器进一步包括输出轴，每个可啮合地安装在减速器壳体内的，其中，驱动齿轮与电动机转子轴为一体，从动齿轮固定安装在输出轴上并与驱动齿轮啮合。

根据一具体实施例，减速器齿轮的输出轴通过花键接头与电动机减速器轮连接。

附图说明

下面参照附图更详细地描述本发明，其中：

图1示出了根据优选实施例的没有竖直位移(当车轮在平坦路面上行驶时)的电动轮的侧面剖视图和侧视图；图2示出了图1的电动轮在向下位移期间(当在道路上的凹坑上行驶时)的侧面剖视图和侧视图；

图3示出了图1的电动轮在向上位移期间(在道路上的驼峰上行驶时)的侧面剖视图和侧视图。

图4示出了根据特定实施例的电动轮的侧视图，其中除了图1的实施例之外，还安装有减震器，用于抑制电动机壳体的运动。

具体实施方式

图1-3示出了根据本发明优选实施例的电动轮。电动轮包括车轮、电动机和减速齿轮，减速齿轮由充油的单齿轮减速器形成，充油的单齿轮减速器具有彼此隔开一段距离e的平行轴。

车轮包括轮胎1、安装有轮胎1的轮盘2、通过螺栓耦接器与轮盘2固定连接的轮毂3、安装在轮毂3上的两个轮毂轴承4和5、通过螺栓连接与轮毂3同轴连接的制动盘6、以及用于迫使闸瓦(未示出)抵靠制动盘6以提供车辆制动的制动缸7。

电动轮的电动机包括具有电动机定子11和电动机转子在其中的电动机壳体10。转子包括可旋转地安装在轴承17中的电动机转子轴12。通过连接到例如可充电电池之类的电源的导体15来提供用于电动机运行的电流。电动轮的电动机是水冷的且是带有永磁体的同步电动机。具有永磁体的同步电动机效率高，结构紧凑，能够快速且及时地调整轴转速以便同时提供所需的车轮转速。

优选地，可以使用具有以下主要特性的电动机：额定转矩：52n*m，最大转矩：104n*m，旋转频率：7000rpm，额定功率：31kw，最大功率：60kw，重量：10.5kg，转子惯量(inertia)：0.0012kg*m2，尺寸：120x200cm.

根据替代实施例，电动机可以是同步凸极电动机，或具有径向、轴向或横向磁通量方向的电动机。

电动轮的齿轮减速器包括具有圆柱形的减速器壳体20和用于润滑减速器摩擦部件的壳体油。充油式减速器的使用消除了减速器频繁维护的需要，因此增加了车辆所需维护时间之间的时间间隔。进一步地，减速器包括与转子轴12一体的驱动齿轮21和可旋转地安装在壳体20内的从动齿轮24。如图2-3所示，转子轴12从电动机壳体10延伸并进入减速器壳体20，由此提供适于传递旋转的轮21和24的接合。优选地，轮21和24的尺寸设置成使得齿数比(gearratio)在3至6的范围内，这是用于以恒定轮转速在电动机的转子轴12上提供摆动速度值的最优值范围。优选地，齿轮减速器可以具有以下特征：重量：3kg，缩减系数：4，轴间距离：75mm。

电动轮的齿轮减速器还包括输出轴23。通过在输出轴23上安装齿轮来进行齿轮24的旋转，其中输出轴23位于壳体20内且在输出轴轴承25上。为了简化结构，齿轮24可以设置成与轴23分离的部件，并且可以例如通过压装耦接到其上。轴承25包括相对于壳体20固定地安装在壳体20内的外环，以及同样固定地安装在输出轴23上的内环。

输出轴23通过花键接头与轮毂3连接，且相应的花键(凹槽)和齿设置在轴23上和轮毂3中。轴23可以使用其他合适的方法例如使用套筒联轴器与轮毂3连接。进一步地，输出轴23可以设置有转速传感器，由此提供车辆运动速度的测量及其调整。

壳体20可旋转地安装在轮毂3中以及在壳体轴承22内，其中壳体20与电动机壳体10耦接，从而形成大致整体部件。为了防止油从壳体20漏出或进入壳体10，可以在转子轴12和输出轴23上安装诸如橡胶o形环(未示出)的密封元件。

根据其他具体实施例，减速齿轮可以是皮带传动装置、链传动装置或可变传动装置。而且，减速齿轮可以是磁齿轮减速器。

电动轮的减震结构包括具有圆柱形部分的连接轭36，圆柱形连接部分延伸到制动盘6的空腔中并安装在毂轴承4、5上。如图1-3所示，轴承4的滚动体布置在形成内轴承4环的轮毂3和形成外轴承4环的轭36的圆柱形部分之间。轴承5与轴承4的不同之处在于其内环由安装在轮毂3中的相应槽中的单独圆柱形构件形成，这防止了轴承的轴向位移。还防止了轴承4的轴向位移，这通过特殊的固定构件例如借助于环形阻挡件来实现。轴承4、5的这种结构使得轭36的圆柱形部分的尺寸和重量减小，并且进一步允许将圆柱形部分安装在较小的制动盘内。圆柱形部分在轴承4、5上的安装提供相对于圆柱形部分的毂旋转，而没有毂相对于该部分的轴向位移。

减震结构还包括具有圆柱形的杆37，该拉杆37在连接轭36的端之间横向延伸，并且通过紧固件、减震器弹簧38和可移动支撑件41与其固定地耦接。如图1-3所示，可移动支撑件41由中空构件形成，中空构件具有由上壁、下壁和两个侧壁形成的中央箱部件，以及，分别地，从上壁和下壁垂直延伸的两个管状部件。

拉杆37以这样的方式穿过支撑件41的管状部件，使得支撑件能够沿着拉杆37移动并且可以拉杆37围绕其轴线旋转从而旋转电动轮并且控制车辆的转向。上述电动轮紧固结构，其中轭36和拉杆37形成基本封闭的轮廓，从而增加了电动轮结构的强度和使用寿命。

拉杆37可以通过本领域中已知的任何方式旋转。例如，拉杆37可以通过由车辆的方向盘元件驱动的蜗轮减速器绕其轴线旋转。可以预期的是，拉杆37可以紧固，而不绕其轴线旋转。这种实施例包括将电动轮安装在可相对于车辆旋转的支承构件上，例如，在旋转支架或旋转框架构件上。在这种情况下，车辆通过转动相应的支承构件而转向。

减震器弹簧38分别附接到轭36和可移动支撑件41的上壁和下壁，分别地，这提供了轭36以及整个电动轮相对于支撑件41的垂直震动的抑制。弹簧38与轭36和可移动支撑件41的连接提供了其复合作用，以恢复支撑件41的平衡，并进一步增加弹簧的压缩强度并防止其横向位移。

为了清楚起见，图1-3示出了轭36延伸超过车轮盘2的边缘，然而显而易见的是，包括轭36的整个电动轮结构可以基本上容纳在车轮盘2内，从而减少或消除在车辆移动时轭与地面或障碍物之间的接触。以上可以通过针对每个特定轮类型(轮胎和轮辋宽度)选择相对于其轴向长度的电机直径来实现。

可移动支撑件41可以与车辆支承构件连接，车辆支承构件可以是车辆框架(在将本发明的车轮安装在货车或公共汽车等框架车辆上的情况下)或车辆壳体(当将电动轮安装在无框车辆，大多以轿车为代表)。支承构件不限于所公开的示例，并且车辆的其他合适的部件可以用于固定电动轮。可移动支撑件41和支承构件之间的连接可以通过螺栓连接来布置，其中可移动支撑件41包括具有安装孔43的法兰部件42。

从图1-3中可以看出，电动机壳体10还经由可移动支撑件41连接到支承构件。优选地，如图1-3所示，通过在电动机壳体10中形成轴向突起13来提供所述连接，其中在可移动支撑件41的侧壁中形成引导凹槽44，并且接收部件16可移动地安装在凹槽44中。接收部件16具有防止16离开引导凹槽44的法兰。接收部件16安装在轴承18上，允许部件16在其在引导凹槽44中的线性位移期间绕其轴线旋转。轴承18安装在连接到轴向突起13的球窝接头(未示出)上，使得在拉杆37围绕其轴线旋转之后壳体10相对于接收部件16旋转。根据可选实施例，通过将轴向突起13安装在线性导轨、曲柄或螺杆对上可以提供上述连接。

图4示出了从车辆侧观看的可移动支撑件41的视图。如图4所示，在一个具体的例子中，可移动支撑件41和接收部件16之间设置有由螺旋压缩弹簧形成的减震器40。减震器40在一侧由可移动支撑件41的侧壁的内表面支撑，并且在另一侧通过接收部件16的末端延伸到可移动支撑件41中。为了提供减震器40的可靠安装，一固定支撑板45可以安装在延伸到可移动支撑件41中的接收部件16的端部处，固定支撑板45延伸以为减震器40提供支撑。

本电动轮操作如下。来自逆变器的电流经由导体15进入电动机定子11。通过设置在电机转子上的永磁体产生的磁场与在定子线圈11中通过的电流产生的磁场之间的相互作用引起与驱动齿轮21一体形成的转子轴12的旋转。齿轮21将旋转扭矩传递到从动齿轮24，其中，由于齿轮21和齿轮24之间的直径差异，从动齿轮24的转速降低、力矩增加。与齿轮24一体形成的输出轴24通过花键接头与轮毂3传递旋转到车轮，从而使车辆移动。转子轴12的位置通过位置传感器将数据传输到逆变器来控制。电动轮结构还可以包括用于减速器和轴承单元的油温传感器、油位传感器、垂直加速度传感器等等。

图1示出了车辆在光滑路面上移动时电动轮部件的相对位置。具体地说，如图1所示，可移动支撑件41在拉杆37的中间处于平衡状态，减震器弹簧38被均匀地压缩(具有相同的匝间距离)，并且接收部件16在引导凹槽44中处于最左边的位置。

图2示出当车辆在道路上的凹坑上移动时电动轮部件的相对位置的变化。在这种情况下，电动轮相对于附接到支承构件的可移动支撑件41竖直向下移动。为了清楚起见，电动轮示出为处于其垂直位移的最低点处。所述位移导致上减振器弹簧38的压缩，导致电动机壳体10围绕车轮轴线的圆周运动以及导致引导凹槽44中的平移。壳体10的圆周运动导致减速器壳体20在减速器壳体的轴承22中旋转。当壳体10进行圆周运动时，驱动齿轮21围绕从动齿轮24进行圆周运动，其中输出轴23保持与轮毂3接合并且连续地将旋转扭矩传递到车轮。使用具有永磁体的同步电动机提供了转子轴12转速的快速且及时的调整，并且提供了驱动齿轮21沿齿轮减速器的从动齿轮24的无冲击位移。允许电动机通过齿轮减速器将旋转扭矩传递到车轮并同时相对于车轮轴线移动的这种电动机设置使得电动机基本上(经由可移动支撑件41)固定到支承构件并且减小了电动轮的簧下质量。

图3示出了在道路上的驼峰上移动时电动轮部件的相对位置的变化。在这种情况下，电动轮相对于附接到支承构件的可移动支撑件41竖直向上移动。为了清楚起见，电动轮示出为处于其垂直位移的最高点处。所述位移导致下减振器弹簧38的压缩，导致电动机壳体10围绕车轮轴线的圆周运动以及导致引导凹槽44中的平移，如上所述的。由此，壳体沿着与上述方向相反的方向旋转。

因此，电动机形成电动轮的振荡连杆(huntinglink)且基本上固定在支承构件上；由此，在不平路面上移动的同时，电动机在相对于图1所示位置的两个方向上围绕车轮进行圆周运动，并且同时相对于引导凹槽44进行平移，其中引导凹槽44设置成大致垂直于拉杆37。车轮和电动机的垂直运动通过减震器弹簧38进行抑制，从而避免遇到障碍物时的颠簸，并延长电动轮的使用寿命。轴向接收部件16的平移被减震器40抑制，这也减小了振动并延长了电动轮的使用寿命。

从图3可以明显看出，电动轮的垂直位移通过数值h＝2e来限制，其中e是转子轴12的轴线与减速器输出轴23之间的距离。电动机的圆周运动限制在180度，并且平移(在引导凹槽44中的运动)不超过e.

当为了使车辆转向而转动车轮时，例如，使用蜗轮减速器使拉杆37绕其轴线转动至所需的角度，其中壳体10与可移动支撑件41之间的铰链接头连接没有妨碍所述旋转。

进一步地，电动轮可以安装在控制台车辆构件(旋转支架或旋转框架构件)上以相对于支承构件旋转。在这种情况下，可以预期一实施例，其中该旋转进行到90度，且其中车轮轴线设置为垂直于车辆运动方向。当使用轿车时，这样的车轮布置使得车辆在有限的空间中容易停放。

使用具有本发明的电动轮的车辆的制动可以以传统方式通过迫使制动蹄抵住制动盘6同时切断到电动机的电力来进行，或者通过将电动机切换到电动制动模式而不使用传统的制动，或者使用所述的制动方法的组合。在电动制动模式下的车辆制动提高了制动系统的使用寿命并降低了车辆操作成本，并且与其他混合动力电动和电动车辆类似地，为车辆电池提供充电。

本发明可用于任何利用电动轮的车辆，例如轿车、货车、公共汽车和其他车辆。在多个车辆上使用本发明的电动轮的情况下，可以提供所述车辆的同步运动，例如，为了保持城市交通中的车辆之间的距离。

显然，本发明的上述实施例并非是限制性的，并且本发明的范围仅由所附权利要求限制。

附图标记

1.轮胎

2.轮盘

3.轮毂

4.毂轴承

5.毂轴承

6.制动盘

7.制动缸

10.电动机壳体

11.定子

12.电动机转子轴

13.壳体的轴向突起

15.导体

16.接收部件

17.电动机轴轴承

18.接收部件轴承

20.齿轮减速器壳体

21.驱动齿轮

22.壳体轴承

23.减速器输出轴

24.从动齿轮

25.减速器输出轴轴承

36.连接轭

37.拉杆

38.减震器弹簧

40.减震器

41.可移动支撑件

42.可移动支撑件的法兰部件

43.安装孔

44.引导凹槽

45.支撑板