专利名称：无毂车轮驱动系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及车辆驱动技术领域，特别涉及一种车轮驱动装置，尤其涉及一种易于装配和拆卸的在车轮内配置和布置有逆变器的无毂车轮驱动系统。
背景技术：
现有的车轮驱动装置主要有两类，一种是带减速器的高速电机驱动装置，一种是不带减速器的低速电机驱动装置。前者多采用转速高达12000 15000rpm的高速、永磁、风冷或水冷的内转子电机来实现，搭配的减速器传动比为10 12左右。后者通常采用磁极对数高达20 24、集中绕组、永磁、风冷或水冷的外转子电机来实现，其最高转速为1500 2000rpmo与前者相比，后者结构更紧凑，采用的外转子电机具有环状结构，能够提供更大的内部空间与悬架装置集成，因此，得到了优先应用。
PCT专利申请W02011/045697A2和W02012/020349A2公开了另外一种车轮驱动系统，其包括外转子轮内电机、设置在电机内部的电机控制器、环形制动器、轮毂单元和车轮，其中，车轮和轮毂单元为常规零部件，轮内电机拆分成八个小电机，对应的八个电机控制器布置与环形定子冷却水套相通的控制器冷却水套的侧面，外转子通过轮毂单元支撑在环形定子的径向外侧，环状制动器固接在外转子的轴向内侧端面上，在外转子内侧端面上固接有转子端盖，定子端盖固接在轮毂单元轴向内侧并与转子端盖径向相对，且通过设置的第二轴承相连接，冷却管路和直流动力电缆通过设置在定子端盖上设置的孔进出轮内电机。
上述公开的技术方案具有显而易见的高可靠性优点，即使一个电机出了故障，其它电机也能正常工作，确保了车辆的故障安全性。但是，由于电机控制器及其冷却水套向径向内侧延伸，占用了一定的环形面积，外转子托架要延伸到轮毂单元处进行联接以传递动力，并包裹电机控制器及其冷却水套，因此，上述公开的技术方案存在着同样显见的问题，即难于装配和拆卸，必须先将转向节和车轮驱动系统进行装配，或许也要先连接冷却管路和直流动力电缆后再装配到悬架上。
因此，还存在着提供一种易于装配和拆卸的在车轮内配置和布置有电机控制器的车轮驱动系统的需求。发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术中的缺点，提供一种易于装配和拆卸的在车轮内配置和布置有电机控制器的车轮驱动系统。
本发明提供了一种无毂车轮驱动系统，其集成于车轮内部以驱动或制动车轮，包括:轮内电机系统，其包括制动盘托架、转子托架、环形转子、内车轮轴承、外车轮轴承、环形定子、内环形转向节、外环形转向节、电机连接器组、逆变器连接器组和环形逆变器；无毂车轮，其为外侧具有安装凸缘的轮辋；车轮封盖，其静止不旋转；以及制动装置，其包括环形制动盘和制动卡甜。
根据本发明的无毂车轮驱动系统，所述无毂车轮、所述制动盘托架、所述转子托架、所述环形转子、所述内车轮轴承、所述外车轮轴承、所述环形定子、所述内环形转向节、所述外环形转向节、所述电机连接器组、所述逆变器连接器组和所述环形逆变器沿径向从外到内依次同轴设置，其中，所述无毂车轮固接在所述转子托架的轴向外侧，所述制动盘托架固接在所述转子托架的轴向内侧，所述环形转子固设在所述转子托架的径向内侧，并与所述环形定子相对布置，所述内环形转向节和所述外环形转向节固接，所述环形定子固设在所述内环形转向节和所述外环形转向节的径向外侧，所述内车轮轴承设置在所述制动盘托架和所述内环形转向节之间，所述外车轮轴承设置在所述转子托架和所述外环形转向节之间，所述环形逆变器设置在所述外环形转向节的轴向外侧并固接在所述外环形转向节上，所述电机连接器组设置在所述外环形转向节的外端面上，所述逆变器连接器组设置在所述环形逆变器的朝向所述电机连接器组的内端面上。
根据本发明的无毂车轮驱动系统，所述环形制动盘固接在所述制动盘托架的轴向内侧，所述制动卡钳设置在所述环形制动盘的径向内侧并固接在所述内环形转向节的内环壁上。
根据本发明的无毂车轮驱动系统，所述车轮封盖设置在所述无毂车轮的轴向外侧并固接在所述环形逆变器的内环壁或外端面上。
根据本发明的无毂车轮驱动系统，所述内车轮轴承和所述外车轮轴承为薄壁角接触球轴承，其外径基本等于环形定子的外径。
根据本发明的无毂车轮驱动系统，所述内环形转向节的内环壁上分别设置有用于和转向横拉杆相连接的转向凸台、用于和悬架横臂相连接的悬架凸台、用于固接所述制动卡钳的卡钳座、用于与冷却管路相连接的电机水口座，其中，所述转向凸台、所述悬架凸台、所述卡钳座和所述电机水口座设置成在所述内环形转向节和所述外环形转向节的内部空间内易于用手或借助于工具对对应零部件进行装配和拆卸。
根据本发明的无毂车轮驱动系统，所述电机连接器组沿圆周方向设置成穿设所述外环形转向节的外侧壁，其一端与所述环形定子的绕组或线圈分别电连接；以及所述逆变器连接器组沿圆周方向设置成穿设所述环形逆变器的内侧壁，且与所述电机连接器组一一对应连接，其另一端与所述环形逆变器内部的多个逆变器分别电连接。
根据本发明的无毂车轮驱动系统，所述环形逆变器的内环壁上分别设置有用于连接外部电源的直流电源连接器座，和用于与冷却管路相连接的逆变器水口座，其中，所述直流电源连接器座和所述逆变器水口座设置成在所述环形逆变器的内部空间内易于用手或借助于工具对对应零部件进行装配和拆卸。
根据本发明的无毂车轮驱动系统，整车装配时，首先完成所述转向凸台、所述悬架凸台、所述卡钳座和所述电机水口座处的对应零部件的装配或连接，将所述逆变器连接器组与所述电机连接器组一一对应连接后固定所述环形逆变器，完成所述直流电源连接器座和所述逆变器水口座处的对应零部件的连接，最后安装所述车轮封盖；以及维护拆卸时，首先拆卸所述车轮封盖，完成所述直流电源连接座和所述逆变器水口座处的对应零部件的断开，拆卸所述环形逆变器，最后完成所述转向凸台、所述悬架凸台、所述卡钳座和所述电机水口座处的对应零部件的拆卸或断开。
本发明的无毂车轮驱动系统采用了大直径薄壁车轮轴承、具有大内部空间的环形转向节、静止不旋转的车轮封盖和固接在外环形转向节的轴向外侧的环形逆变器，整车装配和维护拆卸方便，并能提高车辆的舒适性和行驶安全性，改善车辆的空气动力学特性。因此，根据本发明可以得到一种易于装配和拆卸的在车轮内配置和布置有逆变器的无毂车轮驱动系统。
图1是本发明的一具体实施例的内侧视示意图2是图1的沿A-A截面的剖视示意图3是图1所示的具体实施例的内外环形转向节的内侧轴测示意图4是图1所示的具体实施例的内外环形转向节的外侧轴测示意图5是图1所示的具体实施例的环形定子、电机连接器组、逆变器连接器组和环形逆变器的内侧轴测示意图6是图1所示的具体实施例的环形定子、电机连接器组、逆变器连接器组和环形逆变器的外侧轴测示意图7是图1所示的具体实施例的外侧轴测示意图8是图1所示的具体实施例的在拆去车轮封盖后的外侧轴测示意图9是图1所示的具体实施例的在拆去车轮封盖和环形逆变器后的外侧轴测示意图；以及
图10是图1所示的具体实施例的在拆去车轮封盖和环形逆变器后的外侧视示意图。
图中:10制动盘托架；11转子托架；12环形转子；13环形定子；141、142分别是内环形转向节和外环形转向节；14a、14b、14c、14d分别是转向凸台、悬架凸台、卡钳座和电机水口座；161、162分别是电机连接器组和逆变器连接器组；17环形逆变器；17a、17b分别是直流电源连接器座和逆变器水口座；2无毂车轮；31、32分别是内车轮轴承和外车轮轴承；4车轮封盖；51、52分别是环形制动盘和制动卡钳；D1车轮轴承外径；D2环形定子外径。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。应理解，实施例仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制。
图1是本发明的一具体实施例的内侧视示意图；图2是图1的沿A-A截面的剖视示意图；图3是图1所示的具体实施例的内外环形转向节的内侧轴测示意图；图4是图1所示的具体实施例的内外环形转向节的外侧轴测示意图；图5是图1所示的具体实施例的环形定子、电机连接器组、逆变器连接器组和环形逆变器的内侧轴测示意图；图6是图1所示的具体实施例的环形定子、电机连接器组、逆变器连接器组和环形逆变器的外侧轴测示意图；图7是图1所示的具体实施例的外侧轴测示意图；图8是图1所示的具体实施例的在拆去车轮封盖后的外侧轴测示意图；图9是图1所示的具体实施例的在拆去车轮封盖和环形逆变器后的外侧轴测示意图；以及图10是图1所示的具体实施例的在拆去车轮封盖和环形逆变器后的外侧视示意图。
参考图1和图2，集成于车轮内部以驱动或制动车轮的无毂车轮驱动系统包括:轮内电机系统，其包括制动盘托架10、转子托架11、环形转子12、内车轮轴承31、外车轮轴承32、环形定子13、内环形转向节141、外环形转向节142、电机连接器组161、逆变器连接器组162和环形逆变器17 ;无毂车轮2，其为外侧具有安装凸缘的轮辋；车轮封盖4，其静止不旋转；以及制动装置，其包括环形制动盘51和制动卡钳52。
无毂车轮2、制动盘托架10、转子托架11、环形转子12、内车轮轴承31、外车轮轴承32、环形定子13、内环形转向节141、外环形转向节142、电机连接器组161、逆变器连接器组162和环形逆变器17沿径向从外到内依次同轴设置，其中，无毂车轮2固接在转子托架11的轴向外侧，制动盘托架10固接在转子托架11的轴向内侧，环形转子12固设在转子托架11的径向内侧，并与环形定子13相对布置，内环形转向节141和外环形转向节142固接，环形定子13固设在内环形转向节141和外环形转向节142的径向外侧，内车轮轴承31设置在制动盘托架10和内环形转向节141之间，外车轮轴承32设置在转子托架11和外环形转向节142之间，环形逆变器17设置在外环形转向节142的轴向外侧并固接在其上，电机连接器组161设置在外环形转向节142的外端面上，逆变器连接器组162设置在环形逆变器17的朝向电机连接器组161的内端面上。
无毂车轮2取消了常规车轮的轮毂和轮辐，通过设置在轮辋外侧的安装凸缘固接到转子托架11上，不仅减轻了车轮质量，而且为从车轮外侧对内部结构或相关零部件进行装配或连接工作提供了可能。
环形制动盘51固接在制动盘托架10的轴向内侧，制动卡钳52设置在环形制动盘51的径向内侧并固接在内环形转向节141的内环壁上。外盘内卡钳类型的制动装置，可以提供更大的摩擦制动力，或者减小液压制动管路压力和作用在制动盘上的压力，而且由于靠近车轮内侧，因此，可以获得较佳的冷却效果，其热负荷对于轮内电机的影响也较小。
车轮封盖4设置在所述无毂车轮2的轴向外侧并固接在环形逆变器17的内环壁或外端面上。车轮封盖4起到保护布置在无毂车轮2内部的零部件的作用，防止外界轻易接触到或破坏涉及车辆安全的零部件。静止不旋转的车轮封盖4还具有减小空气阻力的功能，其可以根据所需的车辆空气动力学特性制成如图2所示的将无毂车轮2的外端面基本盖住的端盖形状，或者将大半个轮胎都罩住的轮罩形状。
由于车轮封盖4固接在环形逆变器17上，故可随其一起转向或上下跳动。此外，车轮封盖4也在无毂车轮2的附近提供了一个不旋转的平台，具有实现更多功能的可能，例如，可在其上设置传感器或信号灯等。
内车轮轴承31和外车轮轴承32为薄壁角接触球轴承，其外径Dl基本等于环形定子13的外径D2。无毂车轮2取消了轮毂和轮辐，因此，不能再采用常规轮毂轴承。增大车轮轴承的直径，使内环形转向节141和外环形转向节142的内部空间较大，显然也是从车轮外侧对内部结构或相关零部件进行装配或连接工作的要求。大直径薄壁轴承内装有更多的滚动体，其承载能力更强。但也应指出，外径达381mm的大直径薄壁轴承的最高转速低于常规轮毂轴承2000rpm的最高转速，但其近1400rpm的最高转速也可以使得装有18英寸车轮的车辆的最高车速达到160km/h。
内车轮轴承31和外车轮轴承32的外径Dl基本等于环形定子13的外径D2，意味着Dl可以比D2略大或者略小，取决于无毂车轮2、环形转子12与环形定子13的装配需求。这里的略大或略小意味着在2mm以内的差别。
参考图3和图4，内环形转向节141和外环形转向节142主要用于支撑环形定子13、内车轮轴承31和外车轮轴承32，必须设置成可装配的两部分，以便将环形定子13、内车轮轴承31和外车轮轴承32装配到其上。这也为受力情况选择不同材料分别制造内环形转向节141和外环形转向节142，以获得更好的综合效果提供了可能。
内环形转向节141的内环壁上分别设置有用于和转向横拉杆相连接的转向凸台14a、用于和悬架横臂相连接的悬架凸台14b、用于固接制动卡钳52的卡钳座14c和用于和冷却管路相连接的电机水口座14d。转向凸台14a、悬架凸台14b、卡钳座4c和电机水口座14d设置成在内环形转向节141或外环形转向节142的内部空间内易于用手或借助于工具对对应零部件进行装配和拆卸。
根据车轮定位参数、悬架和转向系统的设计要求，以及环形逆变器17的布置空间需求，转向凸台14a、悬架凸台14b、卡钳座14c和电机水口座14d设置在内环形转向节141的内环壁上。
特别地，内环形转向节141或外环形转向节142的大内部空间也为自由选择四轮定位参数提供了可能。选择综合考虑驱动、制动、转向以及减小前轮轮内电机故障后造成的转矩转向(Torque Steering)所期望的四轮定位参数,可提高四轮独立驱动车辆的故障安全性。
参考图5和图6，电机连接器组161沿圆周方向设置成穿设外环形转向节142的外侧壁，其一端与环形定子13的绕组或线圈分别电连接；以及逆变器连接器组162沿圆周方向设置成穿设环形逆变器17的内侧壁，且与电机连接器组161 —一对应连接，其另一端与环形逆变器17内部的多个逆变器(未示出)分别电连接。
环形逆变器17的内部包括了多个逆变器，其分别对应驱动单个线圈或由多个线圈分组连接而成的多相绕组，构成分段式逆变器(Segmented Inverter)或并成式逆变器(Merged Inverter)。此类逆变器具有高的可靠性，即使单个线圈或绕组,或者单个逆变器出现了故障，轮内电机系统的动力也不至于损失过多，显著提高了车辆的故障安全性。此夕卜，如果再配合了为减小转矩转向所选择的四轮定位参数，则分布式驱动车辆的故障安全性将几乎不存在着任何问题。
环形逆变器17的内环壁上分别设置有用于连接外部电源的直流电源连接器座17a和用于与冷却管路相连接的逆变器水口座17b，其中，直流电源连接器座17a和逆变器水口座17b设置成在环形逆变器17的内部空间内易于用手或借助于工具对对应零部件进行装配和拆卸。
应该指出，在上述视图中也示出了与电机水口座14d和逆变器水口座17b相连接的冷却管路。图中所示的冷却管路为常规形式，即冷却液先通过逆变器水口座17b流入和流出环形逆变器17，冷却了环形逆变器17后通过电机水口座14d流入和流出以冷却环形定子13。
参考图7、图8、图9和图10，整车装配时，首先完成转向凸台14a、悬架凸台14b、卡钳座14c和电机水口座14d处的对应零部件的装配或连接，将逆变器连接器组162与电机连接器组161 —一对应连接后固定环形逆变器17，完成直流电源连接器座17a和逆变器水口座17b处的对应零部件的连接，最后安装车轮封盖4。
维护拆卸时，首先拆卸车轮封盖4，完成直流电源连接器座17a和逆变器水口座17b处的对应零部件的断开，拆卸环形逆变器17，最后完成转向凸台141a、悬架凸台141b、卡钳座141c和电机水口座141d处的对应零部件的拆卸或断开。
本发明的无毂车轮驱动系统采用了大直径薄壁车轮轴承、具有大内部空间的环形转向节、静止不旋转的车轮封盖和固接在外环形转向节的轴向外侧的环形逆变器，整车装配和维护拆卸方便，并能提高车辆的舒适性和行驶安全性，改善车辆的空气动力学特性。因此，根据本发明可以得到一种易于装配和拆卸的在车轮内配置和布置有逆变器的无毂车轮驱动系统。
本发明并不局限于上述实施例，而是覆盖在不脱离本发明的精神和范围的情况下所进行的所有改变和修改。这些改变和修改不应被认为是脱离了本发明的精神和范围，并且所有诸如对于本领域技术人员来说显而易见的修改均应被包括在所附权利要求的范围内。
权利要求
1.一种无毂车轮驱动系统，其集成于车轮内部以驱动或制动车轮，包括: 轮内电机系统，其包括制动盘托架、转子托架、环形转子、内车轮轴承、外车轮轴承、环形定子、内环形转向节、外环形转向节、电机连接器组、逆变器连接器组和环形逆变器； 无毂车轮，其为外侧具有安装凸缘的轮辋； 车轮封盖，其静止不旋转；以及 制动装置，其包括环形制动盘和制动卡钳。
2.根据权利要求1所述的无毂车轮驱动系统，其特征在于， 所述无毂车轮、所述制动盘托架、所述转子托架、所述环形转子、所述内车轮轴承、所述外车轮轴承、所述环形定子、所述内环形转向节、所述外环形转向节、所述电机连接器组、所述逆变器连接器组和所述环形逆变器沿径向从外到内依次同轴设置，其中，所述无毂车轮固接在所述转子托架的轴向外侧，所述制动盘托架固接在所述转子托架的轴向内侧，所述环形转子固设在所述转子托架的径向内侧，并与所述环形定子相对布置，所述内环形转向节和所述外环形转向节固接，所述环形定子固设在所述内环形转向节和所述外环形转向节的径向外侧，所述内车轮轴承设置在所述制动盘托架和所述内环形转向节之间，所述外车轮轴承设置在所述转子托架和所述外环形转向节之间，所述环形逆变器设置在所述外环形转向节的轴向外侧并固接在所述外环形转向节上，所述电机连接器组设置在所述外环形转向节的外端面上，所述逆变器连接器组设置在所述环形逆变器的朝向电机连接器组的内端面上。
3.根据权利要求1所述的无毂车轮驱动系统，其特征在于， 所述环形制动盘固接在所述制动盘托架的轴向内侧，所述制动卡钳设置在所述环形制动盘的径向内侧并固接在所述内环形转向节的内环壁上。
4.根据权利要求1所述的无毂车轮驱动系统，其特征在于， 所述车轮封盖设置在所述无毂车轮的轴向外侧并固接在所述环形逆变器的内环壁或外端面上。
5.根据权利要求1所述的无毂车轮驱动系统，其特征在于， 所述内车轮轴承和所述外车轮轴承为薄壁角接触球轴承，其外径基本等于环形定子的外径。
6.根据权利要求1所述的无毂车`轮驱动系统，其特征在于， 所述内环形转向节的内环壁上分别设置有用于和转向横拉杆相连接的转向凸台、用于和悬架横臂相连接的悬架凸台、用于固接所述制动卡钳的卡钳座、用于与冷却管路相连接的电机水口座，其中，所述转向凸台、所述悬架凸台、所述卡钳座和所述电机水口座设置成在所述内环形转向节和所述外环形转向节的内部空间内易于用手或借助于工具对对应零部件进行装配和拆卸。
7.根据权利要求1所述的无毂车轮驱动系统，其特征在于， 所述电机连接器组沿圆周方向设置成穿设所述外环形转向节的外侧壁，其一端与所述环形定子的绕组或线圈分别电连接；以及 所述逆变器连接器组沿圆周方向设置成穿设所述环形逆变器的内侧壁，且与所述电机连接器组一一对应连接，其另一端与所述环形逆变器内部的多个逆变器分别电连接。
8.根据权利要求1所述的无毂车轮驱动系统，其特征在于，所述环形逆变器的内环壁上分别设置有用于连接外部电源的直流电源连接器座，和用于与冷却管路相连接的逆变器水口座，其中，所述直流电源连接器座和所述逆变器水口座设置成在所述环形逆变器的内部空间内易于用手或借助于工具对对应零部件进行装配和拆卸。
9.根据权利要求1所述的无毂车轮驱动系统，其特征在于， 整车装配时，首先完成所述转向凸台、所述悬架凸台、所述卡钳座和所述电机水口座处的对应零部件的装配或连接，将所述逆变器连接器组与所述电机连接器组一一对应连接后固定所述环形逆变器，完成所述直流电源连接器座和所述逆变器水口座处的对应零部件的连接，最后安装所述车轮封盖；以及 维护拆卸时，首先拆卸所述车轮封盖，完成所述直流电源连接座和所述逆变器水口座处的对应零部件的断开，拆卸所述环形逆变器，最后完成所述转向凸台、所述悬架凸台、所述卡钳座和所述电机水 口座处的对应零部件的拆卸或断开。
全文摘要
本发明提供了一种无毂车轮驱动系统，其集成于车轮内部以驱动或制动车轮，包括轮内电机系统，其包括制动盘托架、转子托架、环形转子、内车轮轴承、外车轮轴承、环形定子、内环形转向节、外环形转向节、电机连接器组、逆变器连接器组和环形逆变器；无毂车轮，其为外侧具有安装凸缘的轮辋；车轮封盖，其静止不旋转；以及制动装置，其包括环形制动盘和制动卡钳。本发明的无毂车轮驱动系统采用了大直径薄壁车轮轴承、具有大内部空间的环形转向节、静止不旋转的车轮封盖和固接在外环形转向节的轴向外侧的环形逆变器，整车装配和维护拆卸方便，并能提高车辆的舒适性和行驶安全性，改善车辆的空气动力学特性。
文档编号B60K7/00GK103144531SQ20131008848
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月19日 优先权日2013年3月19日
发明者夏承钢, 孙江明 申请人:上海中科深江电动车辆有限公司