设置有控制系统的轮内电动马达的制作方法

本发明涉及设置有控制系统的轮内电动马达。另外，本发明涉及制造这种轮内电动马达的方法。另外，本发明涉及用于包括这种电动马达的车辆的车轮的驱动组件。

背景技术：

这种轮内电动马达从wo2013/025096中已知，其描述了一种具有轮内电动马达的电动车辆，其中，转子联接至承载一个或多个轮胎的车轮的轮辋。定子经由车轮悬挂系统安装在车辆的框架上。该已知的轮内马达是直接驱动轮的部分，其中，马达的电磁体在没有任何中间齿轮的情况下直接驱动轮辋和轮胎。以这种方式，节省了重量和空间，并将驱动组件中的部件数量降至最低。

由轮内马达产生的扭矩取决于转子与定子之间的通量承载表面，并且是转子半径的二次函数。转子磁体尽可能向外远离地放置在定子周围，以获取最大可能的转子半径，以及对马达设计进行优化，以使转子与定子之间的间隙降至最低，从而向轮胎传递最大力和扭矩。另一方面，转子与定子之间的间隙宽度设计得足够大，以在驾驶条件期间吸收车轮上的机械冲击。

定子的绕组由位于定子内的电力电子器件供电，该电力电子器件将来自车辆的电力供应系统，例如，来自电池组和/或发电机的电能转换成适于电动马达使用的ac电流。这种电力电子器件通常包括例如诸如在ep1252034中描述的igbt电流模块和电流调节器的电力电子器件。通过使用电力电子器件来控制提供给定子的绕组的电流和/或电压来控制定子所产生的通量的磁场矢量，并使电动马达以期望的扭矩和/或旋转速度进行操作。通过将电力电子器件集成在定子内，可以使从电力电子器件向电磁体延伸的汇流条(busbar)的长度保持很短，这对于使操作这种电动马达通常所需的高电流和电压的损失降至最低是非常期望的，其中，所需的高电流例如可达到在700v时300a或更大。

为了冷却电动马达和/或电力电子器件，已知的驱动组件设置有冷却系统，该冷却系统具有靠近电力电子器件和/或定子的外表面定位的一个或多个冷却通道，液体冷却剂可通过该一个或多个冷却通道流入驱动组件中并从驱动组件流出。

轮内驱动组件可实施为基本上独立的模块，且车辆的任何移动部分均不附接至转子和/或延伸至转子中。优选地，由转子限定的内部空间基本上是封闭的，从而防止诸如车辆的制动系统和/或道路释放出的灰尘和/或磨损颗粒的外来颗粒进入所述内部中。

轮内驱动组件可通过将驱动组件的车辆侧连接至车辆框架而安装在车辆上的各种位置。用于安装轮胎的轮辋可附接至转子，优选地附接至转子的基本上为圆柱形的外表面。

从ep1252034中已知一种轮内马达的电子控制器，其放置在定子绕组内，并且包括电力模块、电流调节器和矢量发生器。矢量发生器包括绕中心轴安装并适于确定转子的角度的编码器或旋转变压器，并向电流调节器提供控制信号。操作和控制电子器件容纳在夹紧构件的容纳空间内，并且通过设置有安装凸缘的盖板与外界密封隔离，轮内马达通过该安装凸缘安装至车辆。

在us6,731,032中示出了一种用于无刷马达的电动马达控制器，在该电动马达控制器中，盘上的磁环安装在中心转子上。霍尔传感器测量角位置，并经由控制器以正弦电流波形驱动定子线圈。

然而，在现有技术的轮内电动马达中，由于包括位置传感器的电力电子器件隐藏在电动马达内部，因而用于测量转子相对于定子的角位置的位置传感器的安装需要一些复杂的对准操作。

另外，在现有技术的轮内电动马达中，由于位置传感器与车轮轴的对准可能受到冲击和振动的影响，因而角位置的检测可能在使用期间受到干扰。在使用期间，冲击和振动可导致转子磁体相对于定子绕组的角位置可能改变，从而导致无法对准，这最终影响定子中的磁场的时长。

本发明的目的在于克服或减轻现有技术中的一个或多个缺点。

技术实现要素：

该目的通过轮内电动马达来实现，该轮内电动马达包括定子，该定子具有位于车辆侧处的连接器短柱、连接至连接器短柱并在外表面上配备有定子绕组的圆柱形中空的定子体，并且还包括圆柱形转子体，该转子体同轴地包围定子，并且能够绕旋转轴旋转；电动马达还包括用于为定子上的定子绕组供电的电力电子器件装置以及用于转子体相对于定子的角位置的检测器；连接器短柱设置有用于联接至电力电子器件装置的支承件；电力电子器件装置在中空的定子体内部安装在支承件上；圆柱形转子体在道路侧处具有圆柱形开口，开口与旋转轴同轴；用于角位置的检测器包括角位置传感器，角位置传感器安装在中空的定子体内部，并联接至转子体，其中，用于角位置的检测器在电力电子器件装置的道路侧处安装在电力电子器件装置上，并且与旋转轴同轴。当轮内电动马达的连接器短柱、定子和转子安装至车辆时，随后可通过将电力电子器件装置插入至开口中而将电力电子器件装置安装在中空的定子体内，此后用于角位置的检测器可方便地从轮内马达的道路侧连接至转子。以这种方式，有助于安装轮内马达，并且可接近电力电子器件以及用于角位置的检测器，而不必将连接器短柱、定子和/或转子从车辆拆下。

在实施方式中，电力电子器件装置包括壳体，在壳体中，电力电子器件包括诸如igbt的部件，以将来自车辆的电力供应系统的电能系统转换成适合轮内电动马达使用的ac形式。

在实施方式中，用于角位置的检测器通过安装板安装在转子体的圆柱形开口内。例如，安装板可在道路侧处固定在转子的圆柱形开口内，并且检测器的部分布置在圆柱形开口内，并连接至安装板，而检测器的另一部分安装在电力电子器件装置上。

在实施方式中，其中，安装板通过枢转轴连接至位置传感器，枢转轴有时也表示为枢转轮轴，并且基本上与旋转轴同轴。

在实施方式中，枢转轴包括柔性杆。杆的柔性为转子的旋转轴的位置相对于定子出现轻微未对准的情况提供了一些余量。这种不对准可能由于轮内马达组装期间的不准确性导致，和/或由于例如在车轮驶过道路中的凸块时转子上的负载发生变化导致。

在实施方式中，位置传感器配备有连接至枢转轴的柔性联接件。这也为转子的旋转轴的位置相对于定子稍许未对准的情况提供了一些余量。另外，柔性联接件有助于将安装板放置在转子的位于道路侧处圆柱形开口内。

在实施方式中，枢转轴包括一对轴向元件，一个轴向元件连接至位置传感器，另一轴向元件连接至安装板，轴向元件在轴向元件的分界面处通过柔性连接件联接。

在实施方式中，安装板与圆柱形开口共面。

在实施方式中，柔性连接件包括弹性材料或以弹性材料的形式进行实施，例如，硅橡胶或其它类型的合成橡胶。这种材料通常能够容许转子的旋转轴的位置相对于定子经常出现轻微不对准，并且可具有高耐疲劳性。优选地，柔性连接件配置成在圆周方向上具有高刚度，例如使得连接件的两个端部可以沿着连接件的纵向方向相对于彼此移位的距离比两个端部可在垂直于纵向方向的方向上例如通过弯曲相对于彼此位移的距离小。

根据一方面，本发明提供了用于为电动马达供电的电力电子器件装置，该电动马达包括具有圆柱形中空的定子体的定子，并且在定子体的外表面上配备有定子绕组，并且包括同轴地包围定子的、用于绕电动马达旋转轴旋转的圆柱形转子体；电力电子器件装置包括用于向定子绕组供电的电子元件以及用于转子体相对于定子的角位置的检测器；用于角位置的检测器包括安装在电力电子器件装置上的角位置传感器，并且布置成经由安装板旋转地联接至转子体，安装板布置成安装在与旋转轴同轴的转子体上。

因而，可以将电力电子器件装置和检测器一起插入至中空的定子体中，在此期间，待连接至转子的、检测器的部分保持可从道路侧接近。因而，有助于将检测器连接至转子。通常，一旦将电力电子器件装置安装在中空的定子体内并且中空的定子体的开口被转子的位于道路侧处的盖板基本上覆盖，则将安装板附接至检测器，并附接至转子。

在实施方式中，安装板通过与旋转轴同轴的枢转轴连接至位置传感器。

在实施方式中，电力电子器件装置包括壳体，在该壳体中容纳有电子元件。壳体保护电子元件免受外部影响。优选地，电子元件适于将来自车辆的电力供应系统的电能转换成适于电动马达使用的ac形式。

在实施方式中，电力电子器件装置在安装在中空的定子体中时具有道路侧和车辆侧，以及用于角位置的检测器安装在电力电子器件装置的道路侧处。一旦将电力电子器件安装在中空的定子体中，这允许将检测器从道路侧便利地连接至转子。

在实施方式中，枢转轴包括一对轴向元件，一个轴向元件连接至位置传感器，另一轴向元件连接至安装板，其中，轴向元件在轴向元件的分界面处通过柔性连接件联接。

根据一方面，本发明提供了用于将电力电子器件装置和角位置传感器组装至轮内电动马达的方法；电动马达包括定子，定子具有位于车辆侧处的连接器短柱、连接至连接器短柱并在外表面上配备有定子绕组的圆柱形中空的定子体，并且还包括圆柱形转子体，圆柱形转子体同轴地包围定子，并且能够绕电动马达的旋转轴旋转；电动马达还包括用于为定子绕组供电的电力电子器件装置和用于转子体相对于定子的角位置的检测器；用于角位置的检测器包括角位置传感器，角位置传感器安装在电力电子器件装置上，并通过安装在转子体的圆柱形开口内的板联接至转子体，该方法包括：提供具有支承件的连接器短柱，支承件布置成联接至电力电子器件装置；提供在道路侧处具有圆柱形开口的圆柱形转子体，圆柱形开口与旋转轴同轴；通过道路侧处的圆柱形开口，将电力电子器件装置与用于角位置的检测器一起安装在中空的定子体内部的支承件上，检测器具有安装在电力电子器件装置上的角位置传感器；以及通过将板安装在转子体的圆柱形开口内部并且经由与旋转轴同轴的枢转轴将安装板连接至位置传感器，将角位置传感器联接至转子体。

另外，本发明涉及用于车辆的车轮的驱动组件，所述车辆的车轮包括如上所述的轮内电动马达，或包括通过如上所述的方法制造的轮内电动马达，其中，转子部分和定子部分二者均适于至少部分地布置在车轮内。

通过从属权利要求进一步限定有利的实施方式。

附图说明

下面将参照附图对本发明进行更详细的说明，附图中示出了本发明的说明性实施方式。附图旨在仅用于说明目的，而不是作为对本发明构思的限制。

在附图中：

图1a、图1b、图1c分别示出了用于与本发明一起使用的驱动组件的剖视图、剖视立体图以及驱动组件的截面；

图2示出了根据本发明实施方式的轮内电动马达的细节剖视图；

图3示出了根据本发明实施方式的电力电子器件装置的壳体的细节立体图；以及

图4示出了根据本发明实施方式的轴向传感器与转子体之间的联接件的截面。

具体实施方式

图1a示出了用于与本发明一起使用的驱动组件1的剖视图。驱动组件包括具有中空的定子体31的定子30，其中，定子体31具有外表面32，围绕该外表面32布置有转子60。驱动组件还包括连接器短柱33，连接器短柱33布置在组件1的车辆侧2处，以将驱动组件附接至车辆的轮轴。连接器短柱33经由凸缘35固定地连接至定子体34，其中，凸缘35位于转子60内，并具有比位于转子60的圆周外表面63的外部的轴短柱33的部分36更大的直径。为了支持转子60绕旋转轴线r的旋转运动，在车辆侧上设置有车辆侧轴承52，经由该车辆侧轴承52将转子支承在短柱33上。在道路侧3上，经由道路侧轴承54将转子旋转地支承在定子体31上。

多个永磁体61附接在转子60的内圆周表面62上，并可绕定子30的电磁体41的绕组旋转。电磁体41固定在定子体31上，并通过永磁体61与由电磁体41生成的磁通量之间的相互作用来驱动转子旋转。定子30和转子60形成适于直接驱动车轮绕旋转轴线r旋转的电动马达。

转子60包括基本上为圆柱形的转子体71，转子体71在其车辆侧2处和其道路侧3处分别具有横向端部72、73。两个横向端部72、73基本上是封闭的，以防止诸如来自道路或由车辆的制动系统释放的灰尘和磨损颗粒的外来颗粒进入中空的转子60的内部。转子的车辆侧通过侧板74和盖板75基本上封闭，其中，侧板74横向于旋转轴线r延伸。侧板74和盖板75各自设置有开口，连接器短柱33的部分34延伸穿过该开口。侧板74支承车辆侧轴承52，而盖板75附接至侧板74，以在其横向车辆侧2处覆盖轴承51，并且包括开口77，部分34延伸穿过开口77。盖板75与轴密封件78共同防止外来颗粒损坏车辆侧轴承52，其中，轴密封件78布置在开口77的内圆周边缘79与轴34的外圆周之间。另外，盖板75和轴密封件78基本上防止这些颗粒从车辆侧2进入转子的内部5，这些颗粒在转子的内部5中可干扰电磁体41。

在道路侧3上，通过可拆卸的第二盖板80来覆盖布置在定子体31的内侧处的道路侧轴承54。

为了控制电磁体41的绕组并向电磁体41的绕组供电，在中空的定子体31内部布置有保持电力电子器件42的壳体100。电力电子器件42包括诸如igbt的部件，以将来自车辆的电力供应系统，例如，电池组和/或发电机的电能转换成适于电动马达使用的ac形式。用于检测转子相对于定子绕组的角位置的旋转变压器81提供指示转子距电力电子器件的角位置的角位置信号，以使得与转子的磁场同相地向定子绕组供应交流电流。将参照图2和图3对此进行更详细的说明。

用于向电力电子器件装置42供电的电力供应线43a、43b穿过位于连接器短柱33中的通路44从转子60的外部延伸至电力电子器件，其中，通路44包括通孔。

电力电子器件42的壳体100安装在通过头部实施的支承件上，即，安装在连接器短柱33的凸缘35上。圆柱形转子体71中的位于道路侧处的开口90的直径大于电力电子器件42的壳体的剖面。将圆柱形转子体71中的位于道路侧处的开口封闭的可拆卸的第二盖板80允许可通过将壳体插入穿过圆柱形转子体71中的位于道路侧3处的开口90来安装电力电子器件42。另外，可拆卸的第二盖板80允许将电力电子器件装置42的壳体100锁定在适当位置，并且还可在需要时相对容易地接近电力电子器件42。在安装位置中，第二盖板固定到转子上并与转子一起旋转。

如将参照图2更详细地描述的那样，电力电子器件的壳体和连接器短柱33布置有插头和插座布置，以机械地、电气地和热地连接电力电子器件，从而分别进行安装、供电和冷却。

图1b示出了图1a的驱动组件的局部剖视立体图，然而，在图1b中未示出第二盖板80和道路侧轴承54，以允许更好地观察中空的定子体31和角位置检测器81。

图1c示出了用于与本发明一起使用的车轮驱动组件的截面。车轮驱动组件包括轮内电动马达4、轮辋82和一个或多个轮胎84。

轮内电动马达4包括定子部分30和转子部分60。定子部分30联接至作为车辆底盘的部分的连接器短柱33。

轮辋82布置在转子部分30的外圆周处。轮辋82可通过现有技术中已知的螺栓连接附接至转子部分。

在轮辋82上安装有一个或多个轮胎84。转子部分60和定子部分30二者均至少部分地布置在车轮内。

图2和图3分别以剖视图和立体图示出了角位置传感器81的细节。

在可拆卸的第二盖板中设置有圆形开口92，圆形开口92与旋转轴r同轴。

角位置检测器81设置成用于测量转子30相对于定子60的角位置，即，定子绕组的位置。

角位置检测器包括角位置传感器93和传动装置94。角位置传感器93安装在电力电子器件42的壳体100上，壳体100在中空的定子体31内位于固定位置。在电力电子器件装置42内的控制器电子器件(未示出)与角位置传感器93之间设置有电连接件(未示出)。

传动装置94适于在位于定子侧处的角位置传感器93与转子30之间提供可旋转的连接。

传动装置94包括安装板95和传动轴96。安装板95适于安装在可拆卸的第二盖板80的圆形开口92中。传动轴96是将安装板95旋转地连接至角位置传感器93的枢转轴。该枢转轴定位成与轮内电动马达4的旋转轴r同轴。以这种方式，通过枢转轴96与附接至转子的第二盖板80的安装板95的连接，将转子60的旋转传递至角位置传感器93。

在另一实施方式中，枢转轴96布置为柔性轴元件，例如由弹性材料制成的轴元件。

柔性或弹性的枢转轴96允许吸收或缓冲源自转子60的侧部3的冲击或振动，并防止这些冲击或振动传播至角位置传感器93和/或电力电子器件42(电力电子器件42的壳体100)。由于在圆周方向上具有刚度，因而，即使检测器81的柔性轴96未与车轮旋转轴r精确地对准，角位置检测器81的柔性轴96也保持精确的旋转传递。

图4示出了角位置传感器93与转子体之间的联接件的截面。联接件包括传动轴(枢转轴)96，传动轴(枢转轴)96包括一对轴向元件96a、96b。一个轴向元件96a靠近角位置传感器，并连接至角位置传感器的旋转轴。另一轴向元件96b远离角位置传感器，并连接至与转子体联接的安装板95。

两个轴向元件96a、96b在其分界面96c处彼此连接。在分界面96c上，设置有弹性连接件96d，该弹性连接件96d在传动轴的方向上是柔性的，并且允许传动轴在一个轴向元件96a的旋转轴与另一轴向元件96b的旋转轴未对准的情况下弯曲。弹性连接件96d可以通过其弹性来补偿因在操作期间的冲击和振动引起的弯曲。弹性连接件96d配置成沿着圆周方向具有高刚度，以使得在轴向元件之间的旋转传递基本上不受因车轮产生的冲击或振动的而导致的变化干扰。

已经参照优选实施方式描述了本发明。其他人在阅读和理解前面的详细描述时，将会想到显而易见的修改和变化。本发明旨在理解为包括落入所附权利要求的范围内的所有这些修改和变化。