具有轴承支撑的润滑剂支撑的电动机的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年10月12日提交的美国临时申请序列号第62/744,780号、2018年8月2日提交的美国临时申请序列号第62/713,595号以及2019年8月1日提交的美国实用新型专利申请序列号第16/529,253号的优先权，其全部公开内容通过引用被结合在本文中。

本公开总体上涉及轮端电动机。更具体地，本公开涉及具有附加轴承支撑的轮端润滑剂支撑的电动机。

背景技术：

该部分提供背景信息的总体摘要，并且该部分中所提供的注释和示例不一定是本公开的现有技术。

汽车、卡车和某些非高速公路应用中的各种传动系从中央原动机获取动力，并且使用诸如变速器、变速差速器、传动轴和主动轴的机械设备将动力分配到车轮。当原动机可能庞大或笨重时，例如各种内燃机(“ice”)，这些配置效果很好。然而，更多的注意力转向原动机的替代布置，其提供改进的环境性能、消除机械传动系组件，并且导致具有更多乘客和有效载荷空间的重量更轻的车辆。

“轮上”、“轮中”或“近轮”马达配置(即，轮端马达)是传统ice原动机的一种替代布置，其经由设置在多个车轮上、车轮内或车轮附近的一个或多个马达将原动机功能分配到多个车轮中的每个车轮或一些车轮。例如，在一个实例中，使用穿过转子和滚动元件轴承的中心轴来将转子支撑在定子内的牵引马达可以用作“轮上”、“轮中”或“近轮”马达配置。在另一实例中，诸如美国申请序列号第16/144,002号中描述的润滑剂支撑的电动机可以用作“轮上”、“轮中”或“近轮”马达配置。虽然与基于内燃机的原动机相比，这些马达配置中的每个马达配置导致较小的尺寸和较轻的重量布置，但是它们各自具有某些缺点和不利。例如，当用在汽车应用中时，这些轮端电动机布置中的每个轮端电动机布置当车轮在不连续的表面(例如，坑洞或路缘)上行驶时遭受故障。车轮的快速加速对车轮端部造成的冲击在轮端马达上产生非常大的力，这通常使得马达的转子与马达的定子接触，从而使得轮端电动机故障。

在解决该缺点和不利的努力中，已经向轮端电动机添加了各种重的和大的支撑结构，以承受冲击载荷环境。换句话说，轮端应用的电动机通常被设计为具有额外的机械结构，诸如额外的重型轴和额外的重型轴承，以当相关联的车轮遇到不连续的路面时减少故障的可能性。然而，将该额外的机械支撑结构添加到轮端马达增加了质量和封装尺寸，这两者对于轮端应用都不是最佳的。因此，具有附加机械支撑结构的轮端马达的利用导致马达太重和太大而不能用于和实用于轮端应用。因此，仍然需要对“轮上”、“轮中”或“近轮”马达进行改进，以改进轮端原动机应用中的性能，特别是当轮端电动机遇到由在不连续的路面上行进而产生的冲击载荷环境时。

技术实现要素：

本发明总体上涉及轮端润滑剂支撑的电动机，该电动机包括用于优化轮端电动机在冲击载荷环境中的性能的润滑剂支撑以及轴承支撑。已经发现，除了由轴承元件提供的支撑之外，利用润滑剂作为转子和定子的支撑有利地解决和克服了当轮端电动机用在轮端应用中并且遇到在不连续的路面上行进造成的轮端冲击载荷时出现的许多故障。具体地，由润滑剂提供的辅助支撑有助于转子和定子的径向结构刚度，以在高冲击载荷的情况下帮助支撑转子。具有润滑剂支撑的轮端马达也是轻的和小的，因此有助于从汽车和陆地车辆中消除重量和尺寸的总体设计策略。考虑到本发明的以下更详细的描述，将会认识到其它优点。

附图说明

本文中描述的附图仅用于所选实施例而不是所有可能实施方式的说明性目的，并且不旨在限制本公开的范围。

图1是根据本公开的第一方面的轮端润滑剂支撑的电动机的示意图；

图2是根据本公开的第二方面的轮端润滑剂支撑的电动机的示意图；以及

图3是根据本公开的第三方面的轮端润滑剂支撑的电动机的示意图。

具体实施方式

现在将更全面地描述根据本公开的轮端润滑剂支撑的电动机的示例实施例。提供这些示例实施例中的每个示例实施例以使得本公开是全面的，并且将本发明构思、特征和优点的范围全面地传达给本领域技术人员。为此，阐述许多具体细节，诸如是与轮端润滑剂支撑的电动机相关联的具体组件、设备和机构的示例，以提供对与本公开相关联的每个实施例的全面理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，并非本文中所描述的所有具体细节都需要被采用，示例实施例可以以许多不同的形式被实施，并且因此不应该被理解或解释为限制本公开的范围。

图1-3总体上示出根据本公开的各个方面的轮端润滑剂支撑的电动机10。润滑剂支撑的电动机10优选地用在包括一个或多个驱动车轮的车辆传动系上。例如，润滑剂支撑的电动机10可以被结合到(用于前轮驱动的)车辆的前轮对中。替代地，润滑剂支撑的电动机10可以被结合到(用于后轮驱动的)车辆的后轮对中。润滑剂支撑的电动机10也可以被结合到用于四轮驱动的(四轮车辆的)所有四个车轮中。应该理解的是，润滑剂支撑的电动机10中的一个电动机可以被选择性地操作，使得使用先前的示例，前马达对可以不被连续地激活，或者仅在制动功能中被激活(即，再生制动)。另外地和替代地，对于具有多于(或少于)四个车轮的车辆(例如，半挂车、公共汽车、电车、摩托车、自行车、踏板车、飞机)，润滑剂支撑的电动机10可以被包括在一个或多个(包括所有)车轮上。另外地，可以设想的是，润滑剂支撑的电动机10可以被结合到除了严格运输车辆之外的设备中，诸如玩具、医疗设备、建筑设备、机器人致动器接头、制造设备，并且可以被连接到除了车轮和/或轮胎之外的推进设备(履带、螺旋桨、涡轮机)。

如图1-3中最佳示出的，润滑剂支撑的电动机10包括定子12和转子14，转子14沿着轴线a延伸并且可移动地设置在定子12内，以在其间限定间隙16。中心轴18沿着轴线a并且从转子14向外延伸，用于将转子14支撑在定子12内。如图1和3中示出的，根据本公开的第一实施例，至少一个轴承20以与中心轴18接合和支撑的关系设置，以为润滑剂支撑的电动机10的转子14提供轴承支撑。如图1中进一步示出的，至少一个轴承元件20可以包括多个轴承元件20以提供该轴承支撑。例如，中心轴18可以从转子14的相对轴向侧向外延伸，并且多个轴承元件20可以包括一对轴承元件20，每个轴承元件设置在定子12和转子14的轴向相对侧上，并且与中心轴18成支撑关系。在一个配置中，轴承元件20可以包括滑动轴承。在另一配置中，轴承元件20可以包括滚动轴承。然而，在不脱离本公开的范围的情况下，可以利用其它形式的轴承元件。

如图1-3中进一步示出的，润滑剂22设置在间隙16中，用于提供转子14在定子12内的附加或辅助润滑剂支撑。换句话说，润滑剂22可以充当转子14和定子12之间的缓冲器(例如，悬架)，该缓冲器最小化或防止转子14和定子12之间的接触，并且提供与由至少一个轴承元件20提供的轴承支撑互补的润滑剂支撑。传统的轴承元件与润滑剂22的附加、辅助支撑的耦接有利地导致轮端润滑剂支撑的电动机10，当轮端润滑剂支撑的电动机10经受与遇到粗糙、不连续的路面相关联的冲击载荷环境时，该电动机10对冲击和振动载荷更鲁棒。

如图1-3中进一步示出的，转子14的中心轴18可操作地连接到车辆的车轮。例如，如图1和2中示出的，转子14的中心轴18可操作地互连到驱动组件24，用于将轮端润滑剂支撑的电动机10耦接到车辆的多个车轮中的一个车轮。然而，如图3中示出的，在另一实施例中，转子14的中心轴18可以延伸到并且包括一体的轮毂安装件26，该轮毂安装件26横向于轴线a延伸，并且被配置用于直接连接到车辆的车轮或与车轮相关联的盘式制动转子。在任一布置中，定子12和转子14被配置为在其间施加电磁力以将电能转换为机械能，从而移动转子14并且最终驱动可操作地耦接到轮端润滑剂支撑的电动机10的车轮。当利用驱动组件24时，驱动组件24可以响应于转子14的移动而在轮端润滑剂支撑的电动机10和车轮之间提供一个或多个减速比。

如图2中最佳示出的，在一个布置中，驱动组件24可以包括总体上示出的行星齿轮减速器28，其中，中心轴18互连到太阳齿轮30，该太阳齿轮30被配置为接合一个或多个行星齿轮32。另外地和替代地，行星齿轮减速器28可以包括齿圈34，该齿圈34被配置为接合行星齿轮减速器28的一个或多个行星齿轮32。当与传统的平行轴传动系相比时，行星齿轮减速器28可以被配置为提供改进的功率密度。行星齿轮减速器28的多个齿轮接触表面在润滑剂支撑的电动机10的轴线a上均匀地分配轴向载荷。另外地，行星齿轮减速器28仅包括太阳齿轮30、行星齿轮32和齿圈34的几个接触表面。此外，行星齿轮减速器28可以将来自诸如车辆悬架(例如，坑洞)的冲击的载荷均匀地分配到润滑剂支撑的电动机10。该车轮安装的润滑剂支撑的电动机10还包括行星齿轮减速器28的组件(即，齿圈、太阳齿轮和行星齿轮)中的柔度(即，挠性)，以避免过于受限的车轮安装的传动系和过分接近的公差。然而，如上所述，在不脱离本公开的范围的情况下，驱动组件24可以替代地包括一个或多个平行轴齿轮。

如图2的方面中进一步示出的，当润滑剂支撑的电动机10与行星齿轮减速器28可操作地连接时，轮毂组件36也与行星齿轮减速器28可操作地连接，以建立润滑剂支撑的电动机10到车辆的车轮的可操作连接。轮毂组件36包括中心毂轴38，该中心毂轴38以与轴线a轴向对齐的关系从轮毂安装件26'延伸，该轮毂安装件26'被配置为将车轮附件(例如，轮胎/车轮组件、履带组件)和/或制动附件(例如，制动组件、盘式制动转子)接纳到齿轮安装件40，该齿轮安装件40以与行星齿轮32可操作地互连的关系设置。在该布置中，至少一个轴承20'以与中心毂轴38支撑和接合的关系、而不是以与润滑剂支撑的电动机10的中心轴18支撑和接合的关系设置。在该布置中，通过使润滑剂支撑的电动机10直接支撑行星齿轮减速器28的太阳齿轮30(即，输入齿轮)，可以有利地减少润滑剂支撑的电动机10的重量和封装空间要求。换句话说，润滑剂支撑的电动机10的载荷承载能力可以有利地用于承载行星齿轮减速器28的太阳齿轮30。该类型的配置也可以用于支撑其它形式的机械减速装置(诸如牵引驱动器、可变比率牵引驱动器和链条驱动器)的输入。

如图2中进一步示出的，轮毂组件的齿轮安装件40包括设置在至少一个轴承20'和行星齿轮32之间的波形弹簧42。在该布置中，中心毂轴38在至少一个轴承20'的左侧在弯曲和扭转载荷方面是刚性的，并且在至少一个轴承20'的右侧在弯曲方面是柔性的、但是在扭转方面是刚性的。在替代布置中，并且如图3中最佳示出的，当润滑剂支撑的电动机10直接连接到车轮时，中心轴18包括设置在至少一个轴承20和转子14之间的波形弹簧42。与图2中的布置类似，中心轴18在至少一个轴承20的左侧在弯曲和扭转载荷方面是刚性的，并且在至少一个轴承20的右侧在弯曲方面是柔性的、但是在扭转方面是刚性的。

如图1最佳示出的，定子12限定通道44，该通道44设置为与间隙16流体连通，用于引入润滑剂22。然而，在不脱离本公开的情况下，通道44可以设置在润滑剂支撑的电动机10的任何其它组件上。装配在转子14和定子12之间的润滑剂供给的轴颈轴承为轮端润滑剂支撑的电动机10提供流体静力学和/或流体动力学支撑结构。换句话说，供给到间隙16的润滑剂确定了轮端润滑剂支撑的电动机10的流体动力学和流体静力学特性，并且润滑剂供给的特性确定了具有轴承和润滑剂支撑的润滑剂支撑的电动机10在运行中如何工作。例如，根据一方面，润滑剂22可以具有非常低的粘度。根据另一方面，润滑剂22可以是具有大量夹带气体的液体。这减少了正常运行中的剪切损失，并且提供了一些流体动力学轴承支撑(即，辅助/附加润滑剂支撑)和一些边界模式润滑。在所有情况下，润滑剂22也可以帮助将热量从轮端马达10的发热部件(诸如定子绕组)传导走。

根据一方面，润滑剂20可以以各种方式被循环或泵送通过通道44并且进入间隙16。例如，如图1中最佳示出的，润滑剂22的高压源46(例如，泵)可以流体耦接到润滑剂22的低压源(例如，未示出的贮槽)，其中，润滑剂可以从高压源移动到低压源，通过通道44并且进入间隙16。转子14相对于定子12的旋转可以作为自泵运行，以驱动润滑剂20通过通道30并且进入间隙16。如图1中进一步示出的，高压源(例如，泵)46可以流体耦接到热交换器48，用于从润滑剂22移除热量。如图1中进一步示出的，转子14具有内滚道，并且定子12具有外滚道。根据一方面，内滚道和外滚道中的每一个被配置用于边界润滑和最小的润滑剂供给。虽然在图2和3中没有清楚地示出，但是应该理解的是，通道44、高压源46和热交换器48中的每一个也被包括并且结合到润滑剂支撑的电动机10的这些附加方面中的每个方面中。

如图2和3中最佳示出的，润滑剂支撑的电动机10也可以包括多个推力轴承板50，该多个推力轴承板50以与转子和定子的相对侧重叠的关系设置，并且在润滑剂支撑的电动机10的相对侧上横向于轴线延伸，以覆盖间隙16并且将润滑剂22密封/保持在其中。推力轴承板50还支撑润滑剂支撑的电动机10的轴向载荷，因此帮助保持转子14在定子12内居中。推力轴承板50也可以被配置为防止污染物(诸如其它不相容的润滑剂、污垢或其它碎屑)进入润滑剂支撑的电动机10的间隙16。在该示例中，推力轴承板50保持间隙16中的润滑剂22与设置在润滑剂支撑的马达的环境中和环境周围的其它材料的分离。

如图2和3中最佳示出的，当以其“轮上”、“轮中”或“近轮”配置安装时，润滑剂支撑的电动机10可以设置在壳体54的内腔52的内部。例如，如图3中最佳示出的，壳体54可以包括容纳润滑剂支撑的电动机10的车轮转向节支撑。在该实例中，壳体54(例如，车轮支撑转向节)可以包括或结合至少一个轴承20，该至少一个轴承20支撑从润滑剂支撑的电动机10的转子14向外延伸的中心轴18。在该布置中，还示出了连接到车轮和/或轮胎以及中心轴15的轮毂的盘式制动转子。另外地和替代地，另一润滑剂可以设置在由车轮支撑转向节限定的腔52内，并且由至少一个轴承18保持在腔52内。

实施例的上述描述已经被提供以用于说明和描述。其不旨在穷举或限制本公开。即使未具体示出或描述，特定实施例的单独元件或特征通常不限于该特定实施例，而是在适用的情况下可互换并且可被用在选定实施例中。同样也可以以多种方式被变型。这样的变型不被认为是背离本公开，并且所有这样的变型旨在被包括在本公开的范围内。