轮毂马达设备的制作方法

轮毂马达设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于推进车辆的轮毂马达设备和用于制造轮毂马达的方法，该轮毂马达包括：轮轴；可旋转的轮毂，该轮毂由至少一个轴承支撑到轮轴的轮毂支撑部；电机，该电机包括转子构件和定子构件；以及变速器机构，该变速器机构用于把来自电机的原动力传递到轮毂，其中，电机的定子构件布置到轮轴的电机支撑部，该电机支撑部布置在轮毂支撑部的轴向外侧，并且变速器机构包括至少部分地封装了该电机的构件。
【专利说明】轮毂马达设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种轮毂马达设备，该轮毂马达设备用于推进车辆，诸如商用车辆，例如用于长途运输应用的卡车，并且涉及一种用于制造该轮毂马达设备的方法。轮毂马达设备包括可旋转的轮毂、电机和变速器机构，该变速器机构用于将原动力从电机传递到轮毂。
【背景技术】
[0002]为改进车辆的效率和操作，已知提供电动车辆马达或轮内马达，该马达被布置为将原动力传送到车轮。例如，在商用车辆诸如卡车、大客车等中引入电动车轮马达(EWM)被认为是替代物，以改进车辆燃料消耗效率且降低例如二氧化碳排放。通过置换常规驱动轮或驱动轴，节约重量且降低摩擦损失是可能的。
[0003]然而，该技术带来实质性的挑战，这是由于与车轮和轮毂设备内侧的有限的可利用空间相关的以及与恶劣的操作环境相关的问题，这导致涉及例如从电动马达到车轮的动力传递、耐久性、承载能力和标定功率(breaking power)的非常高的要求。此外，将电动马达集成在轮毂设备中的已知解决方案导致而带有低的效率和动力/转矩输出的笨重且昂贵的设计。
[0004]例如，US 2009/0133944描述了轮内马达系统，其中，马达被减震机构支撑且被连接到车轮。然而，该设计是不利的，这是因为马达和轮毂设备的构造，特别是对于重型商用车辆应用，具有较短的使用寿命且轮内马达系统的承载能力和标定功率非常受限制。
[0005]因此，理想是实现带有改进的承载特性和标定特性的、更紧凑的可靠的且更有效的电动车轮马达设备。

【发明内容】

[0006]考虑到现有技术的以上所述的和其它的缺点，本发明的一般目的是提供紧凑的且有效的改进的轮毂马达设备。
[0007]根据本发明的第一方面，这些和其它目的通过用于推进车辆的轮毂马达设备实现，该轮毂马达设备包括:轮轴，该轮轴在轴向方向上延伸；可旋转的轮毂，该可旋转的轮毂具有与轴向方向一致的旋转轴线，该轮毂由至少一个轴承支撑到轮轴的轮毂支撑部；电机，该电机布置为与轮毂成共线构造，该电机包括转子构件和定子构件；以及变速器机构，该变速器机构用于将来自电机的原动力传递到轮毂。此外，电机的定子构件布置到轮轴的电机支撑部，该电机支撑部布置在轮毂支撑部的轴向外侧，并且电机的转子构件连接到变速器机构，其中，变速器机构包括至少部分地封装了所述电机的构件。
[0008]有利地，提供了带有改进的承载和制动特性的更紧凑的、可靠的且更有效的电动车轮马达设备。
[0009]本发明基于如下实现，即通过将电机布置在相对于轮轴上的轮毂的轴向外侧的位置或将电机布置为轴向外部构造，其中，变速器机构的构件至少部分地封装或包围了电机，同时将原动力从电机的转子构件传递到轮毂，并提供了坚固且有效的轮毂马达设备。特别地，设计的强度允许在运行期间产生的施加力的改进承载和载荷分布。此外，轮毂马达设备的构造的优点在于它允许带有低摩擦损失的有效的动力传递。由电机产生的原动力可有效地从支撑了定子构件的轮轴的电机支撑部通过转子构件和变速器机构传递到轮毂。
[0010]本发明进一步的优点在于，通过改进对于可利用空间的利用同时不干涉另外的或可选的轮毂机构，诸如常规的机构和用于转向和向车轮的原动力传递的机构，能够实现轮毂马达设备的部件的紧凑和坚固的构造。
[0011]此外，该轮毂马达设备允许用于容纳可向车轮的轮缘提供必需的转矩的电机的充分空间，以便有效地驱动和/或加速车辆。例如，电机可被定尺寸以便有效地利用允许的车辆宽度，这是因为电机布置在轮轴的轴向外侧部分上，或在轮轴的外侧远端处。因此，轮毂马达设备可相对于车辆宽度被最优化。
[0012]电机的直径可例如在150mm至400mm之间，或在200mm至300mm之间，或例如约为260mmo
[0013]此外，轮毂马达设备的设计有利地形成当该设备被装配到车辆时，轮毂基本支撑了来自轮缘和轮胎的所有载荷。因此，电机可被设计且被布置为通过变速器机构有效地传递动力和转矩。
[0014]例如，电机可通过合适的附接装置或紧固器而固定或附接到轮轴的电机支撑部，使得定子构件相对于轮轴被旋转地锁定，以便能够将旋转原动力提供到布置到轮毂的车轮。包括电机壳体的定子构件可例如通过花键功能接合、铆钉、楔、螺钉螺母和/或锁定构件而附接到轮轴的轴向外侧部分，从而防止相对于轮轴的旋转和/或轴向移动。
[0015]该轮毂设备可有利地与车辆的任何前、中或后轮组合地安装，以辅助常规的发动机推进车辆，或通过它自身推进车辆。而且，多个车轮可被与轮毂马达设备装置在一起，其中，每个轮毂马达设备可以以同步化的方式操作且主动地驱动。
[0016]根据示例性实施例，变速器机构在电机的轴向外侧连接到转子构件。该构造形成所述设备的共线构造，从而能够实现通过变速器机构将原动力从电机到轮毂的改进的传递，其中，变速器机构封装了电机。此外，该构造促进电机和变速器机构的装配和维修。例如，电机可布置在轮毂的轴向外侧，之后变速器机构可连接到电机的轴向向外面对的输出轴，其中，变速器机构封装了电机并将原动力从电机的轴向外侧传递到轮毂。
[0017]此外，在实施例中，变速器机构可包括可旋转的覆盖构件，该覆盖构件连接到轮毂。覆盖构件促进转矩从电机到轮毂的传递，并且在外侧进一步包围和保护电机。例如，覆盖构件在径向外部区域上且在轴向外部区域上至少部分地包围电机，使得电机被相对于外部环境密封且被保护不受外部冲击。有利地，覆盖构件形成了变速器机构中的转矩传递构件，该转矩传递构件连接到轮毂且在操作期间与轮毂一起旋转。覆盖构件可进一步在径向方向上邻近定子构件或电机壳体并且与定子构件或电机壳体分离地布置，其中，覆盖构件围绕附接到不旋转的轮轴的电机旋转。
[0018]覆盖构件的直径可布置为对应于电机的直径，其中，覆盖构件的直径例如比电机的直径大2mm至40mm,或大2mm至20mm。例如，电机外径是260mm,覆盖构件的外径是279mm。因此，覆盖构件可布置为在径向方向上从电机分开的距离处。
[0019]在示例性实施例中，轮毂和覆盖构件形成了用于电机的安装空间。因此，电机装配到通过覆盖构件和轮毂限定的安装空间中。这允许电机和可能的设备的、紧凑而有效的解决方案，以容纳在由轮毂和覆盖构件限定的内部构造中。例如，在轴向内侧，安装空间在轴向方向上受到轮毂限制，而在轴向外侧，安装空间在轴向方向上受到布置为附接到轮毂的覆盖构件限制。因此，轮毂和覆盖构件形成了用于容纳电机和例如控制设备诸如动力电子装置或用于电机的冷却设备的、有利的安装空间。
[0020]在进一步的实施例中，覆盖构件附接到轮毂的附接部分，其中，覆盖构件形成了安装空间的大致圆柱形部分。圆柱形部分可进一步从附接部分轴向向外延伸。例如，附接部分包括轮毂的布置为保持覆盖构件的且例如是车轮轮缘的圆形部分。该构造有利地使载荷力的主要部分分布于轮毂上，而来自电机的原动力(即转矩)可通过覆盖构件传递到车轮的轮缘。轮缘和覆盖构件可通过例如螺栓、螺母和垫圈或替代的紧固件附接到轮毂的附接部分。轮缘和覆盖构件可通过紧固件附接到一起或共同地附接，这简化了装配。
[0021]在实施例中，电机基本容纳在由覆盖构件形成的圆柱形部分中。有利地，电机布置在轮毂的基本在轴向外侧上的覆盖构件中。例如，这意味着轮毂可针对承载特性被优化，且带有控制设备和包括覆盖构件的变速器机构的电机可形成安装到轮毂的轴向外侧上的、分离的模块。
[0022]根据示例性实施例，变速器机构包括减速齿轮，用于降低从电机传递到轮毂的旋转运动的转速。因此，电机可被优化，用于向待推进的车轮传递高的动力和转矩。有利地，减速齿轮布置在电机的轴向外侧。根据该设计，减速齿轮布置在电机的输出轴或转子构件与覆盖构件之间。
[0023]在轮毂马达设备的有利实施例中，减速齿轮形成了行星齿轮装置。行星齿轮装置允许有效的低摩擦的转速降低，且具有较长的使用寿命。此外，行星齿轮装置可构造为与电机和覆盖构件协作的紧凑构造。行星齿轮装置通常包括齿轮或轮，例如太阳轮、行星轮、齿圈和行星架，其中，每个行星轮可由滚针轴承支撑。
[0024]根据另外的实施例，行星齿轮装置的太阳轮能够连接到电机的转子构件或输出轴。例如，太阳轮能够与电机的转子构件连接和与该转子构件分离，使得电机可在不使用时分离，这降低了怠速损失。例如，可使用离合器，诸如摩擦离合器或花键功能离合器、齿状离合器、套筒离合器或滑动离合器、单向离合器或超越式(run-over)离合器。
[0025]在本发明的又一个实施例中，覆盖构件形成或连接到行星齿轮装置的行星轮保持器。因此，在有利的实施例中，行星轮保持器至少部分地由覆盖构件构成，其中，行星轮围绕太阳轮的速度降低的旋转运动由覆盖构件接收并直接传递到覆盖构件，该覆盖构件进一步将旋转运动传递到轮毂和/或车轮。替代地，这些行星轮的旋转运动被施加在中间的行星架上，该行星架连接或锁定到变速器机构中的覆盖构件。变速器机构也可包括超过一个的行星齿轮装置，如两级行星齿轮装置构造，其中，第一级的太阳轮连接到电机的输出轴，第一级的行星架连接到第二级行星齿轮装置的太阳轮，并且其中，所述覆盖构件连接到或形成第二级行星齿轮装置的行星架。
[0026]在一个实施例中，轮毂马达设备的轮毂包括限定了轴向锥形空间的轴向外侧锥形部分，该轴向锥形空间的半径在轴向向外的方向上增加。有利地，外锥形部分提高了轮毂的承载能力，而锥形空间提供用于安装电机、控制设备和/或冷却设备等。此外，轮毂的轴向外侧部分允许诸如盘式制动器和制动钳/壳体的另外的装置可在相对于附接部分的轴向内侧上和支撑了轮毂的轴承的径向外侧上被配合在轮毂马达设备中。[0027]有利地，在实施例中，锥形空间布置为基本容纳了用于控制电机的设备，例如布置为调节和切换到电机的电流的控制装置和/或动力电子装置、用于冷却电机的冷却设备、用于控制和监测轮毂马达设备的操作的传感器装置等。
[0028]另外，在实施例中，轮毂马达设备的轮轴包括一个或多个通道，该通道用于将冷却流体引导到电机和/或容纳通向电机的一个或多个电线束，诸如电控电缆或供电电缆。轮轴中的通道实现了提供电力、冷却和/或控制信号到轮毂马达设备的部件的牢固和坚固的解决方法。例如，冷却流体可被在电机的定子构件中循环以通过轴向布置在轮轴中的输入通道和输出通道来冷却电线。特别地，通道的布置形成了通过不旋转的轮轴到电机和控制设备的不旋转的部件将冷却和动力提供到电机的条件。因此，可避免用于供给冷却流体和/或电力的不希望的旋转接头和旋转连接。有利地，通道可由铸造或模制到轮轴中的管形成，其中到电机和控制设备中的安装空间中的开口处于轮轴的轮毂支撑部的轴向外侧。
[0029]此外，轮毂马达设备可包括在相对于电机的轴向内侧位置处附接到轮毂的盘式制动器。该设计是有利的，这是因为盘式制动器被布置在电机的内侧且与电机分离一定距离，这防止了从制动器到电机的热传递。轮毂马达设备的构造进一步形成了可利用与常规驱动车轮类似的坚固的制动器装置解决方案。盘式制动器的布置实现了稳定的制动、容易的通风和推力载荷的改进平衡，这是因为盘式制动器可被布置在相对于支撑轮毂的轴承的轴向平衡的位置中。例如，轮毂被内轴承和外轴承支撑到轮轴，其中，盘式制动器在轴向上在内轴承和外轴承之间的位置中布置到轮毂。
[0030]有利地，在实施例中，电机由横向磁通(TF)电机组成。典型地，TF电机基本上包括环形绕组，其中，绕组中的电流方向与转子构件的旋转方向重合或在与转子构件的旋转方向相同的取向上。TF电机的设计形成了增加的功率密度，这实现了轮毂马达设备的改进的操作，同时利用了更小且更轻的定子构件和转子构件的设计。因此，TF电机提供了与它的重量和体积相关的增加的转矩和动力，且因此可有利地被配合在轮毂马达设备中的可利用安装空间中。特别地，轴向延伸轮毂马达设备可被最优化，这是因为TF电机中的电场和磁场的构造非常大地降低了转子构件和定子构件的所要求的轴向延伸。例如，多极TF电机包括多个磁体装置，诸如永磁体、或软磁体，该磁体装置以环形构造连续布置在转子构件上。转子构件在由至少一个具有在与轮轴的轴向方向重合的方向上延伸的轴线的环形绕组提供的交替的横切磁场中旋转。
[0031]电机可例如被提供有交流电流或直流电流。然而，在多个实施例中，电机诸如TF电机可优选提供有在30Hz至IOOOHz之间的、在50Hz至600Hz之间的或在200Hz至500Hz之间的频率的交流电流。电机还可以被以400Hz的频率操作，这允许降低的控制部件重量和降低的供电线缆尺寸。电机和控制装置的电阻、功率耗散和废热产生也可降低。
[0032]根据本发明的另一个方面，本发明涉及一种用于制造轮毂马达设备的方法，该轮毂马达设备包括在轴向方向上延伸的轮轴、具有与轴向方向重合的旋转轴线的可旋转的轮毂、布置为与轮毂成共线构造的电机、以及用于将来自电机的原动力传递到轮毂的变速器机构，其中，该方法包括通过至少一个轴承将轮毂支撑到轮轴的轮毂支撑部。此外，该方法的特征在于:将电机的定子构件布置到轮轴的电机支撑部，该电机支撑部布置在轮毂支撑部的轴向外侧，且将电机的转子构件连接到变速器机构，其中，变速器机构至少部分地封装了所述电机。有利地，该方法实现了一种坚固且有效的、改进的轮毂马达设备。此外，该方法以如与本发明第一方面有关地描述的类似的方式提供了有利效果。
[0033]总之，根据本发明的设备和制造方法形成了旨在提供和促进改进车辆的车轮马达推进的部分的车轮马达构思。从如下详细公开、所附从属权利要求以及附图中，本发明的其它目的、特征和优点将变得明显。
【专利附图】

【附图说明】
[0034]现在将参考示出了本发明的至少一个示例性实施例的附图更详细地描述本发明的这些和其它方面，其中:
[0035]图1是可配备有根据本发明的轮毂马达设备的示例性车辆的示意图。
[0036]图2是根据本发明实施例的轮毂马达设备的示意性横截面图。
[0037]图3是根据实施例的轮毂马达设备的示意性透视剖视图。
[0038]图4是根据本发明实施例的轮毂马达设备的部件的示意性透视图。
[0039]图5是根据实施例的电机壳体的轴向外侧和变速器机构的一部分的透视图。
[0040]图6a至图6b是一实施例的示意性透视图，其包括布置在行星齿轮装置的太阳轮与电机的输出轴之间的、可连接的离合器。
[0041]图7是根据本发明实施例的轮轴的一部分和电机的示意性横截面图。
[0042]图8是车轮的示意性透视截面图，该车轮布置有根据本发明实施例的轮毂马达设备。
【具体实施方式】
[0043]在附图中，相同或类似的元件由相同的附图标记表示。附图仅是示意图，并非旨在展示本发明的具体参数。此外，附图仅旨在描绘本发明的典型实施例，因此不应视为限制本发明的范围。
[0044]在图1中，示出了可以配备有根据本发明的轮毂马达(WHM)设备的车辆I的示意图。车辆I是用于长途牵引应用的常规大型卡车，该常规大型卡车包括具有前轮轴3和后轮轴4的牵引车2 (如4X2卡车)，以及具有多个挂车轮轴6的挂车5。例如，牵引车2的后轮轴4可通过常规推进来驱动，其中，前轮轴3的各个侧上的车轮配备有根据本发明的WHM设备。前轮轴3可通过WHM设备被电驱动，以通过使用电力来辅助常规驱动。例如，WHM设备可被布置为降低燃料消耗、增加牵引、利用先进的主动安全系统、增进启动性能、提供附加的转矩和改进的有效载荷。常规驱动的轮轴还可被替换或去除而采用电驱动的轮轴，该电驱动的轮轴可布置为前轮轴3、后轮轴4和/或挂车轮轴6中的任何轮轴。尽管WHM设备被相对于半挂卡车(semi truck)车辆描述，它也可进一步有利地在多种车辆中用于推进车轮。
[0045]图2中示意性地图示了根据本发明实施例的轮毂马达(WHM)设备10的截面图。WHM设备10包括:在轴向方向12上延伸的轮轴11 ;和可旋转的轮毂13，该轮毂13具有与轴向方向12重合的旋转轴线。WHM设备10沿轴向方向12具有轴向内侧14，该轴向内侧14被限定为当WHM设备10安装到车辆时面向车辆。类似地，轴向外侧15被限定为布置为在横向于车辆主前进方向的方向上离开车辆的一侧。轮毂马达设备及其部件的内和外轴向构造的相对取向也可相对于车轮18的内侧16和外侧17被限定。[0046]如进一步图示的，轮毂13由两个锥形轴承23支撑到轮轴11的轮毂支撑部19，该轮毂支撑部19布置在轮轴11的内侧部分上。承载轴承23通过垫圈24a和冕状螺母24b固定到轮毂支撑部19。电机20进一步布置为与轮毂13成共线构造，并且还设有变速器机构21，用于把来自电机20的旋转原动力传递到轮毂13。电机20包括转子构件和定子构件，其中，电机20的定子构件或支撑壳体被牢固且不可旋转地布置到轮轴11的电机支撑部22。例如，该电机通过花键功能接合而附接到轮轴11的电机支撑部。
[0047]电机支撑部22在轮轴11的轴向外端上布置在轮毂支撑部19的轴向外侧。换言之，电机20布置在轮轴11的轴向外侧部分上，且在轮毂13的由轴承23支撑的部分的轴向外侧。
[0048]电机20的转子构件连接到变速器机构21，该变速器机构21包括至少部分地封装了电机21的覆盖构件23。更详细地，变速器机构21的覆盖构件23在电机20的轴向外侧连接到转子构件，并将转矩或旋转运动从电机传递到轮毂13和轮缘25。因此，覆盖构件23和轮毂13限定了用于电机20和控制设备26的安装空间。如所图示，覆盖构件23包括在电机20的轴向外侧封装该电机20的轴向外侧部分23a以及布置为在径向外侧封装该电机20的径向部分23b。此外，覆盖构件23具有中空圆柱形形状且形成了安装空间的大致圆柱形部分。在电机20的轴向内侧，覆盖构件23附接到轮毂13的圆形附接部分27，覆盖构件23从附接部分27在轴向向外的方向上延伸。如图所示，覆盖构件23和轮缘25通过常规的螺栓和螺母构造固定到轮毂的附接部分27。因此，电机20和覆盖构件23的围绕电机20的径向延伸受到轮缘25的螺栓圆限定或限制。然而，用于将轮缘25和覆盖构件23固定到轮毂13的附接机构可用不突出的螺栓布置，这允许电机的进一步增加的径向尺寸，这提供了增大的动力和转矩输出。
[0049]在图3中，示出了根据实施例的WHM设备10的示意性透视局部剖视图。WHM设备10以如参考图2的对应方式布置。如示意性地图示，电机20基本容纳在由覆盖构件23限定的圆柱形部分中。此外，变速器机构21包括由行星齿轮装置36提供的轮毂减速功能，该行星齿轮装置36在电机20的轴向外侧沿轴向容纳在电机20与覆盖构件23的轴向外侧部分23a之间。覆盖构件23包括轴向向内突出的构件29，该构件29延伸到行星齿轮装置的行星轮30的孔中，以支撑这些行星轮。因此，覆盖构件23形成了行星齿轮装置的行星架，这实现了电机20的转速降低，且将该降低的转速传递到轮毂13。覆盖构件23封装了容纳在由覆盖构件23限定的安装空间内的行星齿轮装置。行星轮30可进一步通过轴承30a (如滚针轴承)支撑到行星架的向内突出的构件29。
[0050]变速器机构的行星齿轮装置36包括齿圈39，该齿圈39固定到电机20的定子构件(或壳体)的径向圆周部分。因此，在该实施例中，行星齿轮装置的太阳轮32形成输入端，由覆盖构件23构成的行星架形成输出端，而齿圈39维持静止。然而，行星齿轮装置的其他替代构造也是可行的，例如其中太阳轮或行星架布置成静止的。
[0051 ] 如图3中进一步图示的，轮毂13在轮毂的轴向内侧部分13a处由轴承23支撑。轮毂13还包括限定了轴向锥形空间33的轴向外侧锥形部分13b，该轴向锥形空间33的半径在轴向向外的方向上增加。WHM设备的设计形成为通过布置用于控制电机的控制设备34而使得该锥形空间可被有效利用。例如，DC电流可从例如布置在车辆中的电源提供到控制设备34，该控制设备34调节电流并将电流提供到电机20以有效地驱动WHM设备10。因此，用于电源到电机20的控制和调节诸如脉冲调节的动力电子装置有利地设置为在WHM设备的内部接近电机20。因此，可在车辆中避免用于操作WHM设备的附加的控制电路，这是因为控制电路与电机20 —起集成在一个模块中。
[0052]在另外的实施例中，锥形空间34可用于至少部分地容纳电机20，这允许在轴向方向上更紧凑的设计。特别地，WHM设备10的总轴向宽度可减小。
[0053]根据实施例，容纳在锥形空间33中的电机20和控制设备34形成一个模块，该模块可通过锁定该模块以防止旋转运动的花键接合而安装或滑动到轮轴11的轴向外端的电机支撑部22上的位置。如图所示，该模块可通过从外部布置的轴向布置的螺栓35而被轴向锁定到适当位置。替代地，夹紧环或类似的锁定装置可用于该轴向锁定。
[0054]此外，电机20、行星齿轮装置36的各个部分以及控制设备34和覆盖构件23可形成为组合的模块或单元，从而它们能够作为一个单元通过快速连接装配而从轮轴上移除或附接到轮轴。例如，控制设备34、电机20和太阳轮32形成第一模块，而覆盖构件23和行星齿轮装置36的其余部分形成第二模块，该第二模块在第一模块组装之后与第一模块对准并布置到第一模块。
[0055]如图3中进一步示出的，轮轴11的外侧部分相对于轮轴的轮毂支撑部分具有减小的直径，这提供了增加的电机体积和直径。通常，对于径向磁通电机，转矩与电机直径的平方成比例，而对于轴向和横向磁通电机，转矩与直径的立方成比例。通过减小轮轴11的外侧部分的直径，进一步允许减小电机的输出轴的尺寸，这有利地增加了行星齿轮装置的减速比。因此，可使用在更高的rpm下运行的更有效的电机。例如，轮轴的内侧部分Ila的直径在20mm至120mm之间、或在60mm至IOOmm之间、或约88mm,而轮轴的外侧部分Ilb的直径在IOmm至80mm之间、或在20mm和60mm之间、或大约为40mm。
[0056]图4示出了轮毂13、电机20、行星齿轮装置36和布置在轮毂13的锥形部分13b的径向内侧上的锥形空间内的控制设备34。电机20的壳体和控制设备34从轮毂分离，使得轮毂在运行期间能够自由旋转。因此，轮毂13的锥形部分13b沿径向方向从控制设备34或向外隔开一段距离40。此外，圆柱状的电机20和行星齿轮装置36的径向延伸受到限制。更详细地，它们未径向延伸到轮毂13的附接部分27外侧。
[0057]在图5中，示出了电机壳体20的轴向外侧和移除了覆盖构件的变速器机构的行星齿轮装置36的一部分的透视图。行星齿轮装置36包括太阳轮37、行星齿轮38、齿圈39。而且，示出了对未示出的行星架构件尽心辅助的轴向内侧行星架构件42。此外，太阳轮37连接到电机的输出轴41。
[0058]在该实施例中，齿圈39固定到电机壳体20的径向圆周部分和轴向外侧部分且由该径向圆周部分和轴向外侧部分支撑，使得该齿圈在操作期间静止。因此，由覆盖构件形成或附接到覆盖构件的行星架形成了行星齿轮装置36的输出端。然而，在行星齿轮装置36的替代的构造中，行星架固定到电机壳体20且由电机壳体20支撑，使得行星架在操作期间静止。因此，由覆盖构件形成或附接到覆盖构件的齿圈39形成了行星齿轮装置36的输出端，通过该输出端将旋转动力传递到轮毂。在齿轮的合适的近似中，齿圈具有171个齿，每个行星轮具有77个齿，且太阳轮具有39个齿，这给出了约5.4的近似传动比。
[0059]如图5中进一步示意性地图示的，行星齿轮装置36的齿轮设有布置为以合适的方式根据行星齿轮装置的设计选项而相互啮合的轮齿或钝齿(cog) 37。[0060]在图6a至图6b中，示出了一实施例的示意性透视局部剖视图，其包括布置在行星齿轮装置的太阳轮37与电机的输出轴41之间的、可连接的离合器。参考图6a，示出了分离位置，参考图6b，示出了接合位置。例如，带有螺线管的致动器用于控制太阳轮且将太阳轮在轴向方向上平移，这使得太阳轮能够通过例如花键42而自由旋转或连接到输出轴41。替代地，离合器的连接和分离可通过使输出轴41的一部分相对于太阳轮37轴向平移的致动器而实现。
[0061]太阳轮37和输出轴41进一步设有在轴向方向上的共同中心开口，其中，电机壳体20和附接到电机壳体20的部件通过轴向布置的螺栓35连接到轮轴。
[0062]在图7中，示出了轮轴11和包括电机20和控制设备34的模块50的一部分的示意性横截面图。模块50附接到轮轴的电机支撑部22，该电机支撑部22具有相对于轮毂支撑部19减小的直径。如示意性地图示的，模块50通过防止该模块50相对于轮轴11旋转的花键设备而附接到电机支撑部22。
[0063]在图示的实施例中，电机是高功率密度的横向磁通(TF)电机，该电机包括定子构件或壳体51以及转子构件52，该转子构件52由轴承59以可旋转方式支撑到模块50的模块轮轴53。在该电机的轴向外侧部分上，定子构件形成了输出轴41。定子构件还包括第一多极承载盘54a和第二多极承载盘54b，该第一多极承载盘54a和第二多极承载盘54b支撑了例如永磁体的磁性装置58，该磁性装置58与通过第一圆形电绕组55a和第二圆形电绕组55b提供的横向磁通相互作用。绕组55a和55b均被固定且布置在设于不旋转的定子块57中的径向槽56a和56b内。定子构件的盘54a和54b可有利地由合成材料(诸如纤维加强塑料)形成，这提供了带有转子构件52的小的转动惯量和重量的、改进的制造和可靠有效的设计。
[0064]如图7中进一步图示的，轮轴包括用于引导冷却流体和/或容纳一个或多个电线束的通道60a和60b。通道60a至60b布置在轮轴11中且通过连接部62被连接到或引导到模块50中。例如，用于冷却电机和控制设备的冷却流体可通过通道60a被提供到模块50并且在布置于定子块57中的冷却管道61内被循环且通过通道60b输出。对于冷却，冷却流体的合适流速在每分钟10升至15升之间，且通道60a至60b的通道截面直径在2mm至IOmm之间、或在4mm至8mm之间、或约6mm。对电机的适当冷却实现了电机的具有例如最高150kff峰值功率的、提高的功率密度。
[0065]有利地，通道60a和60b还可用于连接电力电缆和用于控制轮毂马达设备和从轮毂马达设备获取操作信息的信号电缆。例如，高功率的AC电流或DC电流可通过通道60a至60b提供到控制设备34。对于TF电机,DC电力电缆的横截面积可在15mm2至40mm2之间或在25mm2至30mm2之间，以将约100A的电流输送到控制设备34，该控制设备34包括用于控制TF电机的动力电子装置。
[0066]另外，在轮毂马达设备中用于控制传感器和控制装置诸如牵引控制装置、防抱死制动系统(ABS)、转速、施加的转矩的电线束可有利地设置为穿过轮轴11在通道60a至60b中。
[0067]通道60a至60b可由一个或多个管形成，每个管均包括模制到轮轴11中的管本体，使得提供了带有光滑内表面的通道，这促进装配和降低的冷却流体流动阻力。此外，用于冷却并控制轮毂马达设备的多个通道的较复杂系统可有利地设置在轮轴中，这非常促进WHM设备的装配和制造。
[0068]图8是布置有根据本发明实施例的WHM设备的车轮的示意性透视局部剖视图。如进一步图示，轮毂设有盘式制动器80和制动钳81，该盘式制动器80和该制动钳81通常布置在内轮缘部分86的径向内侧，其中，盘式制动器80附接到轮毂13的轴向内侧部分13a。
[0069]为保护WHM设备免于颗粒物影响，覆盖构件23可进一步用作密封件，该密封件将电机和行星齿轮装置密封而免于不希望的颗粒物和灰尘。此外，为了通过减小物体可能附着到行星齿轮装置来保护轴向突出的行星齿轮装置，车轮螺栓可设有被设计为使到来的物体滑脱的倾斜螺栓覆盖件82。
[0070]如图所示，轮轴11或转向桥形成了用于例如商用车辆的车辆诸如卡车的转向节的一部分。转向节包括转向节本体83，该转向节本体包括轮轴11，且转向节布置为与转向系统的主销84协作。转向臂85进一步连接到转向节本体83。如所图示，通道60a布置为穿过转向节、穿过轮轴11且到容纳了例如控制和冷却设备34a的锥形空间中。此外，电机支撑部22包括轴向布置的花键槽22a，该花键槽22a布置为接纳布置在EWM模块上的对应的花键。
[0071]参考图8，WHM设备的部件可根据实施例通过如下方式装配:
[0072]将盘式制动器80附接到轮毂13a的内侧部分，
[0073]将用于盘式制动器80的飞溅保护器87安装在盘式制动器80的内侧，
[0074]将带有承载锥形轴承23的轮毂13安装到轮轴11的轮毂支撑部19，
[0075]将包括电机20和动力电子装置34a的模块布置到轮轴11，其中，电机的定子构件或壳体例如通过花键22a布置到轮轴11的电机支撑部22，该电机支撑部22布置在轮毂支撑部19的轴向外侧，
[0076]将齿圈39附接到电机壳体，
[0077]布置变速器机构的包括覆盖构件23、行星轮和行星轮保持器在内的构件，使得覆盖构件23封装该电机20，
[0078]提供轮缘25，并将轮缘25和覆盖构件23通过螺栓88a和螺母88b附接到轮毂13的附接部分27。
[0079]然而，应注意到的是，轮毂马达设备可以以不同的次序装配。应进一步注意的是，在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，且冠词“一”不排除多个。单个的处理器或其它单元可满足在权利要求中提及的若干个部件的功能。某些措施在相互不同的从属权利要求中被引用的事实不表示这些措施的组合不能有利地使用。
[0080]已经主要参考多个实施例在上文中描述本发明。然而，如本领域中的一般技术人员容易地认识到，不同于以上公开的实施例的其它实施例等同地能够落入本发明的如通过所附权利要求限定的范围内。
【权利要求】
1.一种用于推进车辆的轮毂马达设备，包括: 轮轴，所述轮轴在轴向方向上延伸； 可旋转的轮毂，所述可旋转的轮毂具有与所述轴向方向重合的旋转轴线，所述轮毂由至少一个轴承支撑到所述轮轴的轮毂支撑部； 电机，所述电机布置为与所述轮毂成共线构造，所述电机包括转子构件和定子构件；以及 变速器机构，所述变速器机构用于把来自所述电机的原动力传递到所述轮毂， 其特征在于，所述电机的定子构件布置到所述轮轴的电机支撑部，所述电机支撑部布置在所述轮毂支撑部的轴向外侧，并且 所述电机的转子构件连接到所述变速器机构，其中，所述变速器机构包括至少部分封装了所述电机的构件。
2.根据权利要求1所述的轮毂马达设备，其中，所述变速器机构在所述电机的轴向外侧连接到所述转子构件。
3.根据权利要求1至2中的任一项所述的轮毂马达设备，其中，所述构件由连接到所述轮毂的、可旋转的覆盖构件构成。
4.根据权利要求3所述的轮毂马达设备，其中，所述轮毂和所述覆盖构件形成用于所述电机的安装空间。
5.根据权利要求3至4 中的任一项所述的轮毂马达设备，其中，所述覆盖构件附接到所述轮毂的附接部分，所述覆盖构件形成所述安装空间的大致圆柱形部分。
6.根据权利要求5所述的轮毂马达设备，其中，所述电机基本容纳在所述圆柱形部分中。
7.根据权利要求3至6中的任一项所述的轮毂马达设备，其中，所述变速器机构包括用于降低从所述电机传递到所述轮毂的旋转运动的转速的减速齿轮。
8.根据权利要求7所述的轮毂马达设备，其中，所述减速齿轮布置在所述电机的轴向外侧。
9.根据权利要求7或8所述的轮毂马达设备，其中，所述减速齿轮形成行星齿轮装置。
10.根据权利要求9所述的轮毂马达设备，其中，所述行星齿轮装置的太阳轮能够连接到所述转子构件。
11.根据权利要求9或10所述的轮毂马达设备，其中，所述覆盖构件形成或连接到所述行星齿轮装置的行星轮保持器。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的轮毂马达设备，其中，所述轮毂包括限定了轴向锥形空间的轴向外侧锥形部分，所述轴向锥形空间的半径在轴向向外的方向上增加。
13.根据权利要求11所述的轮毂马达设备，其中，用于控制所述电机的设备基本容纳在所述锥形空间中。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的轮毂马达设备，其中，所述轮轴包括一个或多个通道，所述一个或多个通道用于将冷却流体引导到所述电机和/或用于容纳通向所述电机的一个或多个电线束。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的轮毂马达设备，还包括盘式制动器，所述盘式制动器在相对于所述电机而言的轴向内侧位置处附接到所述轮毂。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的轮毂马达设备，其中，所述电机是横向磁通电机。
17.一种用于制造轮毂马达设备的方法，所述轮毂马达设备包括: 轮轴，所述轮轴在轴向方向上延伸； 可旋转的轮毂，所述轮毂具有与所述轴向方向重合的旋转轴线； 电机，所述电机布置为与所述轮毂成共线构造；以及 变速器机构，所述变速器机构用于把来自所述电机的原动力传递到所述轮毂， 其中，所述方法包括:通过至少一个轴承将所述轮毂支撑到所述轮轴的轮毂支撑部，其特征在于，将所述电机的定子构件布置到所述轮轴的电机支撑部，所述电机支撑部布置在所述轮毂支撑部的轴向外侧，并且 将所述电机的转子构件连接到所述变速器机构，其中，所述变速器机构至少部分封装了所述电机。`
【文档编号】B60K7/00GK103442918SQ201180068750
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2011年3月9日 优先权日:2011年3月9日
【发明者】佩尔·兰德弗斯, 菲利普·尤尼弗斯 申请人:沃尔沃拉斯特瓦格纳公司