一种内置扭转减振的电动轮轻量化结构的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种内置扭转减振的电动轮轻量化结构，包括轮毂电机、轮毂电机内定子支承组件、外转子连接组件、轻量化车轮构型，该车轮构型为无轮辐结构，轮辋中间位置向内突出形成环状内缘结构。与现有技术相比，本发明省去车轮轮辐，缓解了传统轮毂电机驱动平顺性和安全性差的问题，在轮毂电机与车轮的动力传递处周向布置具有一定刚度和阻尼的橡胶材料，衰减扭转冲击，同时在轮辋处实现电机与车轮的连接加大了动力传递的半径，从而能够减小周向各连接螺栓所受的剪力、降低车轮强度要求并同时最大化扭转减振效果。
【专利说明】
一种内置扭转减振的电动轮轻量化结构
技术领域
[0001]本发明涉及轮毂电机驱动电动汽车电动轮系统，尤其是涉及一种内置扭转减振的电动轮轻量化结构。
【背景技术】
[0002]汽车保有量的快速增长带来了能源紧缺、环境污染和交通安全等问题，研究与开发在节能环保方面相对传统内燃机汽车具有绝对优势的电动汽车已成为解决这一问题的重要途径。在电动汽车众多的结构形式中，轮毂电机驱动的结构方案因其在车辆总布置结构简化、底盘主动控制以及操控方便性等方面的明显技术优势受到工业界和学术界的普遍关注。
[0003]轮毂电机驱动形式的主要结构特征是集轮毂电机、传动装置、制动器等机构与轮辋内，动力由电机直接传递至车轮，形成独立的驱动单元。这种驱动方式简化了系统结构，提高了传递效率，使得电动汽车底盘易于实现电子化和主动化。但同时轮毂电机驱动方案也暴露出了一些技术难题，由于轮毂电机的引入，整车非簧载质量增加，进而造成轮胎动载荷加剧以及车身振动加速度显著增加等负效应，从而影响车辆的安全性与平顺性。因此如何合理降低电动轮系统质量成为轮毂电机驱动技术需要解决的一个主要问题。
[0004]车轮和轮胎直接暴露于轮毂电机电磁场的作用下，电磁激励与动力学结构的相互耦合会引起电动轮系统新的电磁振动问题。研究表明:由于电机控制器因素和电机开槽等非理想结构因素的影响，轮毂电机输出的电磁转矩中不可避免地会出现波动；另外车辆经常工作在起动、急加速、制动等工况，电机动态响应快的特点使其输出的电磁转矩表现出瞬变特性。上述波动转矩和瞬态转矩直接作用于车轮和轮胎都会引起电动轮系统的扭转振动，并进而通过轮胎的接地作用引起车辆的纵向振动。因此如何在电动轮系统中布置扭转减振结构以有效衰减由轮毂电机转矩波动或转矩突变引起的电动轮扭转和纵向振动是轮毂电机驱动技术需要解决的另一个主要问题。
[0005]在相关的专利中，专利CN102673380 A同样考虑通过橡胶材料实现轮毂电机与定子轴和轮辋的弹性连接，但主要针对电动轮系统的垂向振动特性，并未考虑其扭转减振效果；另外车轮结构及连接方式与本专利有明显不同。专利CN 102700372 A采用垂向减振器将电机及制动总成悬挂于车轮组件，该方案减小了车辆的非簧载质量，提高了车辆的平顺性，但同样没有考虑电动轮的扭转和纵向方向的减振需求。
【发明内容】
[0006]针对以上问题，本发明从电动轮结构轻量化和轮毂电机与车轮连接及动力传递方式两方面对电动轮结构进行改进，提供一种内置扭转减振的电动轮轻量化结构，以弥补轮毂电机驱动方式的不足。
[0007]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0008]—种内置扭转减振的电动轮轻量化结构，包括轮毂电机、轮毂电机内定子支承组件、外转子连接组件及轻量化车轮构型，该车轮构型为无轮辐结构，轮辋中间位置向内突出形成环状内缘结构，原轮辐结构由电机转子外端盖代替。
[0009]所述的轮毂电机为径向磁通永磁同步电机。
[0010]所述的轮毂电机包括内定子和外转子，
[0011 ]所述的内定子由定子轴和定子铁芯组成，定子轴通过焊接与定子铁芯固定，
[0012]所述的外转子与轻量化车轮构型的轮辋通过外转子连接组件连接，外转子由永磁体、转子磁轭、转子内端盖和转子外端盖组成，永磁体固定在转子磁轭内表面，转子内端盖和转子外端盖通过螺钉与转子磁轭连接。
[0013]所述的轮毂电机内定子支承组件为悬臂支承结构，包括角接触球轴承和平键，所述的角接触球轴承采用背对背配置实现定子轴和转子内端盖间的支撑和轴向定位，所述的平键连接定子轴和转向节。
[0014]所述的轮毂电机为轴向磁通永磁同步电机。
[0015]所述的轮毂电机包括内定子和外转子，
[0016]所述的内定子由定子轴、中空定子铁芯和定子盘组成，中空定子铁芯由螺钉固定在定子盘上，定子轴通过焊接与定子盘连接；
[0017]所述的外转子与轻量化车轮构型的轮辋通过外转子连接组件连接，外转子由永磁体、转子磁轭、转子内端盖和转子外端盖组成，永磁体固定在转子外端盖的内表面，转子内端盖和转子外端盖通过螺钉与转子磁轭连接。
[0018]所述的轮毂电机的内定子支承组件为简支结构，包括角接触球轴承和平键，所述的角接触球轴承连接定子轴和转子内、外端盖，所述的平键连接内定子和转向节。
[0019]外转子连接组件为扭转减振元件，包括螺栓及橡胶材料，所述的螺栓连接在内端盖外侧圆周方向上均布的螺纹孔处以及与之对应的轮辋内缘通孔处，所述的橡胶材料填充在上述周向的螺纹孔及通孔的空隙处，实现驱动转矩的柔性传递。
[0020]所述的橡胶材料的刚度为25000-50000N/m，阻尼为 100N/(m/s)-200N/(m/s)。
[0021 ]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0022](I)本发明省去车轮轮辐并配合高功率/转矩密度的永磁电机，能够在满足车辆动力性要求的前提下减小车辆非簧载质量，缓解了传统轮毂电机驱动平顺性和安全性差的问题。无轮辐结构在一定程度上减小了车轮的强度，但由于在轮辋处实现电机与车轮的连接加大了动力传递的半径，从而能够减小螺栓和车轮受力，降低了车轮的强度和刚度要求。另外可通过车轮环状内缘的结构(厚度、螺孔数目、内径等)优化以保证车轮的强度和刚度满足使用要求。
[0023](2)在轮毂电机与车轮的动力传递处周向布置具有一定刚度和阻尼的橡胶材料，能够衰减电机转矩波动引起的扭转振动和缓冲电机瞬变转矩引起的扭转冲击。周向均匀布置的橡胶材料允许电机和车轮在垂向和旋转方向上有相对运动，因此能同时实现电机和车轮在垂向和旋转方向的弹性连接，通过橡胶刚度和阻尼的合理选择(本发明专利提供了其较优的选择范围)能够满足电动轮系统垂向和扭转方向的减振需求。而且由于在半径较大的轮辋处布置橡胶，可获得较大的阻尼力矩，能够充分利用橡胶阻尼以实现较好的扭转减振效果。
【附图说明】
[0024]图1为实施例1中本发明的结构示意图；
[0025]图2为图1中B处局部放大图；
[0026]图3为轻量化车轮构型的结构示意图；
[0027]图4为实施例2中本发明的结构示意图；
[0028]图中:K-定子铁芯、丨-2—转子外端盖、丨-3—定子轴、丨-4—平键、丨—5—角接触球轴承、1-6-转子内端盖、1-7-永磁体、1-8-转子磁轭、1-9-轮辋、1-10-螺栓、1-11-橡胶材料、13-减振器、14-球铰、15-转向节、16-制动盘。
[0029]3-1-转子外端盖、3-2-永磁体、3-3-中空定子铁芯、3_4_角接触球轴承、3_5_定子轴、3-6-平键、3-7-转子内端盖、3-8-定子盘、3-9-转子磁轭；
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0031]实施例1
[0032]实施例1为径向磁通永磁同步电机驱动电动轮结构，示意图如图1所示，其结构包括双横臂独立悬架、轮毂电机、内定子支承组件和轮辋等。
[0033]轮毂电机包括内定子和外转子，内定子由定子铁芯1-1和定子轴1-3组成，定子铁芯与定子轴焊接为一整体，外转子由永磁体1-7、转子磁轭1-8、转子内端盖1-6和转子外端盖1-2组成，永磁体1-7由胶水粘贴在转子磁轭1-8内表面，转子内、外端盖分别通过螺钉与转子磁轭1-8连接。
[0034]内定子支承组件包括角接触球轴承1-5和平键1-4。一对角接触球轴承采用背对背配置，用于旋转部件转子内端盖1-6和静止部件定子轴1-3间的支承，并同时承受径向和轴向载荷;平键1-4用于联结转向节15和定子轴1-3，并对定子轴1-3进行轴向和周向定位，使其保持静止。减振器13、球铰14、转向节15依次连接，并且在轮辋1-9的内缘设置有制动盘16。
[0035]轮辋1-9除与轮胎装配结构外还存在突出的环状内缘结构，内缘圆周方向均布通孔用于与转子内端盖1-6连接和橡胶材料1-11填充，使用的橡胶材料1-11的刚度为25000-50000N/m，阻尼为100N/(m/s)-200N/(m/s)，能够满足电动轮系统垂向和扭转方向的减振需求。
[0036]外转子连接组件包括螺栓1-10和橡胶材料1-11，螺栓1-10经过轮辋内缘上通孔后与转子内端盖1-6的螺纹孔配合，并在通孔间隙处填充橡胶材料1-11，如图2所示。动力由转子内端盖1-6通过螺栓并经由橡胶材料1-11传递至车轮，利用橡胶材料1-11的弹性和阻尼实现扭转缓冲和减振。
[0037]电动轮动力传递路径为轮穀电机转子磁辄1-8转子内端盖I _6 周向连接螺栓1-10——橡胶材料1-11——轮辋1-9。
[0038]轻量化车轮构型的结构如图3所示，该车轮构型为无轮辐结构，轮辋中间位置向内突出形成环状内缘结构，原轮辐结构由电机转子外端盖代替。
[0039]当车辆匀速前进时，轮毂电机稳定运转，电机输出转矩的波动会引起其转子转速的振荡，对于电机转子与车轮刚性连接的结构，振荡的电机转子转速传递给车轮，进而引起车速的波动。而对于本发明采用的内置扭转减振的电动轮结构，电机转子转速的振荡会经过橡胶的阻尼作用得到衰减后传递给车轮，从而保证了车速的稳定。
[0040]当车辆需要急加速或紧急制动时，电机控制器会施加给电机阶跃变化的转矩指令，电机的快速响应使得其实际输出转矩也呈现出急剧变化，对于电机转子与车轮刚性连接的结构，该瞬变转矩作用于车轮引起纵向接地力突变，进而引起车身的纵向窜动。而对于本发明采用的内置扭转减振的电动轮结构，瞬变转矩会经过橡胶的弹性作用得到缓冲，从而减小了车身的冲击振动。
[0041 ] 实施例2
[0042]实施例2为轴向磁通永磁同步电机驱动电动轮结构，如图4所示，本实施例与实施例I主要区别在于轮毂电机、内定子支承组件。
[0043]轮毂电机包括内定子和外转子，内定子由中空定子铁芯3-3、定子盘3-8和定子轴3-5组成，中空定子铁芯3-3由螺钉固定在定子盘3-8上，定子轴3-5通过焊接与定子盘3-8连接，外转子由永磁体3-2、转子磁轭3-9、转子内端盖3-7和转子外端盖3-1组成，永磁体3_2由胶水粘贴在转子外端盖3-1内表面，转子内、外端盖分别通过螺钉与转子磁轭3-9连接。
[0044]内定子支撑组件与实施例1不同在于静止部件定子轴3-5和旋转部件转子外端盖3-1、转子内端盖3-7间均采用的角接触球轴承支承，主要考虑到轴向磁通电机定转子间作用力为轴向力，简支方式更为可靠。
【主权项】
1.一种内置扭转减振的电动轮轻量化结构，包括轮毂电机、轮毂电机内定子支承组件及外转子连接组件，其特征在于，还包括轻量化车轮构型，该车轮构型为无轮辐结构，轮辋中间位置向内突出形成环状内缘结构。2.根据权利要求1所述的一种内置扭转减振的电动轮轻量化结构，其特征在于，所述的轮毂电机为径向磁通永磁同步电机。3.根据权利要求2所述的一种内置扭转减振的电动轮轻量化结构，其特征在于，所述的轮毂电机包括内定子和外转子， 所述的内定子由定子轴和定子铁芯组成，定子轴通过焊接与定子铁芯固定， 所述的外转子与轻量化车轮构型的轮辋通过外转子连接组件连接，外转子由永磁体、转子磁轭、转子内端盖和转子外端盖组成，永磁体固定在转子磁轭内表面，转子内端盖和转子外端盖通过螺钉与转子磁轭连接。4.根据权利要求3所述的一种内置扭转减振的电动轮轻量化结构，其特征在于，所述的轮毂电机内定子支承组件为悬臂支承结构，包括角接触球轴承和平键，所述的角接触球轴承采用背对背配置实现定子轴和转子内端盖间的支撑和轴向定位，所述的平键连接定子轴和转向节。5.根据权利要求1所述的一种内置扭转减振的电动轮轻量化结构，其特征在于，所述的轮毂电机为轴向磁通永磁同步电机。6.根据权利要求5所述的一种内置扭转减振的电动轮轻量化结构，其特征在于，所述的轮毂电机包括内定子和外转子， 所述的内定子由定子轴、中空定子铁芯和定子盘组成，中空定子铁芯由螺钉固定在定子盘上，定子轴通过焊接与定子盘连接； 所述的外转子与轻量化车轮构型的轮辋通过外转子连接组件连接，外转子由永磁体、转子磁轭、转子内端盖和转子外端盖组成，永磁体固定在转子外端盖的内表面，转子内端盖和转子外端盖通过螺钉与转子磁轭连接。7.根据权利要求6所述的一种内置扭转减振的电动轮轻量化结构，其特征在于，所述的轮毂电机的内定子支承组件为简支结构，包括角接触球轴承和平键，所述的角接触球轴承连接定子轴和转子内、外端盖，所述的平键连接内定子和转向节。8.根据权利要求3或6所述的一种内置扭转减振的电动轮轻量化结构，其特征在于，夕卜转子连接组件为扭转减振元件，包括螺栓及橡胶材料，所述的螺栓连接在内端盖外侧圆周方向上均布的螺纹孔处以及与之对应的轮辋内缘通孔处，所述的橡胶材料填充在上述周向的螺纹孔及通孔的空隙处。9.根据权利要求8所述的一种内置扭转减振的电动轮轻量化结构，其特征在于，所述的橡胶材料的刚度为 25000-50000N/m，阻尼为 100N/(m/s)-200N/(m/s)。
【文档编号】B60B19/00GK105966228SQ201610308846
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】左曙光, 毛钰, 林福, 邓文哲, 吴双龙, 冯朝阳
【申请人】同济大学