CN101417607B - 一种车轮电机及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车轮电机，该车轮电机包括轮毂、轮辋，在轮毂径向外表面及轮辋径向内表面上分别设置有相互匹配的绕组和永磁体，由此构成轮毂与轮辋上的电机结构，轮毂上设置有冷却水通道。本发明还公开了应用上述车轮电机的一种车轮电力驱动系统，及应用该车轮电力驱动系统的环保汽车。本发明车轮电机不但在汽车行使过程中能够为汽车补充电能，减少汽车对外部能源的消耗，而且可方便地转换成电动引擎为汽车提供前进动力或提供制动力，提高汽车的操控性能，同时还具有结构简单、紧凑的特点。本发明环保汽车通过使电动引擎输出轴与车轮支撑摆臂支撑轴同心后，消除了车轮颠簸对传动带张紧状态的影响，保证了带传动机构工作的稳定性。

Description

一种车轮电机及其应用

技术领域

本发明涉及一种车轮电机及包含有该车轮电机的车轮电力驱动系统，同时还涉及应用有上述车轮电力驱动系统的环保汽车。

背景技术

当今社会，人类面临两个亟待解决的问题，一个是能源问题，一个是环境保护问题，而这两个问题又都集中体现在已经成为人们日常生活一部分的交通工具——汽车上，因此，如何能够在汽车上尽可能多地利用可再生的清洁能源、减少能源消耗、降低甚至消除对环境造成污染，成为人们追求的目标。

发明内容

针对现实中存在的需求，本发明的首要目的在于提供一种车轮电机，该车轮电机在作为发电机使用的情况下，在汽车行使过程中可源源不断地向汽车电力驱动系统补充电能，从而减少汽车对外部能源的消耗。

本发明进一步地目的在于提供一种包含有上述车轮电机的车轮电力驱动系统。

本发明还进一步地提供一种应用有上述车轮电力驱动系统的环保汽车。

为达到上述目的，本发明技术方案如下：

一种车轮电机，包括轮毂、轮辋，轮辋上设置有供与车轮轴相连的福板，轮辋从轮毂轴向外侧套装在轮毂上；轮毂径向外表面上设置有沿其周向排列的绕组，轮辋径向内表面上设置有沿其周向排列的永磁体，所述绕组与所述永磁体相互匹配，由此构成轮毂与轮辋上的外圈电机结构；轮毂上设置有冷却水通道，通过该冷却水通道对轮毂及其上的绕组进行冷却。

进一步，所述轮毂径向上至少包含内外相套并相互同心的两层筒状环板，其中所述外圈电机结构位于轮毂径向最外侧环板与所述轮辋之间，两相邻环板之间径向相隔并由此形成一开口面向轮毂轴向外侧的环形深槽；与轮毂上的多层环板结构相对应，所述轮辋的辐板上设置有与其同心并分别与轮毂径向中部环板一一对应的套筒，该套筒在轮辋套装在轮毂上的同时，一一悬空插入轮毂径向中部两两相邻环板之间的环形深槽中，各套筒径向内表面上均设置有沿其周向排列的永磁体，各轮毂中部环板径向外表面上均设置有沿其周向排列的绕组，每个套筒上的永磁体均与各自径向里侧相邻环板上的绕组相匹配，并由此构成轮毂与轮辋上的一个个的内圈电机结构。

进一步，所述轮毂径向上包含两层筒状环板，与其相对应，所述轮辋的福板上设置有一个套筒，轮毂与轮辋上设置有一外圈电机结构和一内圈电机结构。

进一步，所述冷却水通道为所述轮毂上设置的与其同心的环形槽，该环形槽内设置有冷却水管道。

进一步，所述冷却水通道为所述轮毂内设置的与其同心的密闭环形通道，轮毂侧壁上间隔设置有与所述密闭环形通道相连通的进出水口。

进一步，所述环形槽设置在所述轮毂上径向最外侧环板上，环形槽开口面向轮毂轴向外侧。

应用上述车轮电机的一种车轮电力驱动系统，包括计算机控制装置、整流器、蓄电池、车轮电机、电动引擎，其中，计算机控制装置控制蓄电池为电动引擎供电驱动车轮转动；车轮电机在计算机控制装置控制下在发电机与电动机之间进行转换，并且在作为发动机向外输出扭矩时，由计算机控制装置控制所向外输出扭矩的方向；当车轮电机作为发电机时，随着车轮的旋转向外输出电能，并在计算机控制装置控制下通过整流器向蓄电池充电；当车轮电机作为电动机并向外输出与所述电动引擎相同方向的扭矩时，在计算机控制装置控制下接受蓄电池提供的电能，与所述电动引擎一起驱动车轮转动；当车轮电机作为电动机并向外输出与所述电动引擎相反方向的扭矩时，车轮电机作为电动机在计算机控制装置控制下接受蓄电池提供的电能，向外输出与所述电动引擎相反的扭矩，为车轮提供制动力。

进一步，所述车轮电机作为电动机并向外输出与所述电动引擎相同方向的扭矩时，所述计算机控制装置通过控制向各车轮电机输入不同大小的电能，使各车轮具有不同的转速，以适应车辆的曲线运动操作。

应用有上述车轮电力驱动系统的环保汽车，包括车体、车轮、电动引擎，车轮上包含有所述车轮电机，其中，直接与电动引擎动力相连的车轮通过摆臂安装在车体上，该车轮与摆臂一端相连，摆臂另一端可转动安装在车体上设置的支撑轴上，安装在车体上的电动引擎的输出轴通过带传动机构与位于摆臂一端的车轮的驱动轴动力相连，电动引擎的输出轴与所述摆臂的支撑轴同心，车体上还设置有与车轮电机上的冷却水通道相接的冷却水循环装置。

进一步，所述带传动机构中的传动带为同步带，带传动机构还设置有张紧轮，该张紧轮安装在所述摆臂上设置的支撑轴上。

本发明车轮电机不但在汽车行使过程中能够为汽车补充电能，减少汽车对外部能源的消耗，而且可方便地转换成电动引擎为汽车提供前进动力或提供制动力，提高汽车的操控性能，同时还具有结构简单、紧凑的特点。

本发明提供的车轮电力驱动系统通过从转动的车轮上获取能量，并将能量补充给汽车电动引擎，进一步提高了清洁能源在汽车上的利用率，降低了汽车对外界能源的消耗，提高了汽车的环保性能；特别是将本发明的车轮电机作为电动引擎使用后，通过改变其输出扭矩的方向及控制其输出转速，大大提高了汽车的操控性能。

本发明提供的环保汽车通过采用带传动机构使电动引擎与车轮动力相连，并同时使电动引擎的输出轴与车轮支撑摆臂的支撑轴同心后，消除了车轮颠簸对传动带张紧状态的影响，保持了传动带张紧力的恒定，保证了带传动机构工作的稳定性，同时，还降低了传动机构工作过程中的噪音。

附图说明

图1为本发明车轮电机断面结构示意图；

图2为图1序号1所示轮辋与序号2所示轮毂分离状态图；

图3为本发明车轮电机部分剖视结构示意图；

图4为本发明车轮电机立体状态示意图1；

图5为本发明车轮电机立体状态示意图2；

图6为本发明车轮电力驱动系统原理示意图；

图7为本发明环保汽车电动引擎及其传动部位局部结构示意图；

图8为图7部位详细结构示意图。

图中标记：1轮辋，2轮毂，3外圈绕组，4外圈永磁体，5内圈绕组，6内圈永磁体，7冷却水通道，8轴承，9电动引擎，10计算机控制装置，11整流器/电压调节器，12蓄电池，13车轮转速传感器，14开关控制器，15车轮电缆，16电动引擎电缆，17蓄电池电缆，18蓄电池传感器电缆，19电流控制线，20引擎转速传感器电缆，21车轮转速传感器电缆，35开关控制器电缆，23摆臂，24传动带，25皮带轮，26摆臂支撑轴，27车轮轴，28支撑臂，29张紧轮，30轮辋福板，31福板上套筒，32轮毂径向外环板，33轮毂径向内环板，34环形深槽，35车轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

在图1—图5所示的本发明车轮电机中，轮毂2径向上包含内外相套并相互同心的两层筒状环板32、33，其中径向内层环板33同时构成轮毂2与车轮轴(图中未示出)相连的轴套，其里孔中设置有轴承8；轮毂2两层环板32、33之间径向相隔并由此形成一开口面向轮毂2轴向外侧的环形深槽34。轮辋1从轮毂2轴向外侧套装在轮毂2上，轮辋1的福板30在面向轮毂2一侧表面上设置有套筒31，该套筒31在轮辋1套装到轮毂2的同时，悬空插入到轮毂2上两层环板32、33之间所形成的环形深槽34中。轮毂2径向外侧环板32的径向外表面上设置有沿其周向排列的绕组3，径向里侧环板33的径向外表面上设置有沿其周向排列的绕组5；轮辋1径向内表面上设置有沿其周向排列的永磁体4，其福板30上的套筒31的径向内表面上设置有沿其周向排列的永磁体6；永磁体4与绕组3相匹配，构成轮毂2与轮辋1上的外圈电机结构，永磁体6与绕组5相匹配，构成轮毂2与轮辋1上的内圈电机结构。为了使轮毂2上的外圈绕组3和内圈绕组5散热良好，保证内外圈电机正常工作，轮毂2在其径向外侧环板32上还设置有开口面向其轴向外侧的环形冷却水通道7，并通过该冷却水通道7内设置循环冷却水管道，实现对轮毂2及其上的绕组3、5的有效冷却。

在保证功率足够的情况下，轮毂2与轮辋1之间也可以只设置外圈电机结构。当然，为了提高车轮电机总的功率，轮毂2与轮辋1之间除了安装上述方式设置内外圈两组电机结构之外，还可以在轮毂2径向中部设置更多的环板，并同时在轮辋1的福板上设置更多的与轮毂2上的环板一一对应的套筒，以便在轮毂2与轮辋1之间构成第一内圈电机结构、第二内圈电机结构、第三内圈电机结构......。在轮毂2与轮辋1之间设置的电机结构增多的情况下，为了保证轮毂2及其上绕组散热良好，轮毂2还可以在其径向中部的环板上设置冷却水通道。

上述冷却水通道7只是在轮毂2上设置的环形槽，最终要通过在环形槽内设置循环冷却水管道来实现对轮毂2及其绕组的冷却，当通过在环形槽开口处设置封盖而使其形成一封闭通道的情况下，则可以直接向封闭通道内通入循环冷却水来实现对轮毂2的冷却，这时，只需在轮毂2上设置与外界循环冷却水系统相接的进出水口即可。

图6所示为本发明车轮电力驱动系统原理示意图，该系统包括计算机控制装置10、整流器/电压调节器11、蓄电池12、四个车轮电机、两个电动引擎9，整个系统由通过控制线22连接到计算机控制装置10的开关控制器14来启动。计算机控制装置10控制电压调节器11及电缆16来利用蓄电池12的电能驱动电动引擎9工作。

四个车轮电机可在计算机控制装置10控制下，在发电机与电动机之间进行转换。

当车轮电机作为发电机进行工作时，随着车轮在电动引擎9的驱动下转动，车轮电机产生电能，并通过电缆15源源不断地将所产生的电能输入整流器11。计算机控制装置10通过电流控制线19获取整流器11中详细的电能信息，当车轮电机产生足够的电能时，即控制整流器11通过电缆17向蓄电池12充电。

当车轮电机作为电动机进行工作时，可在计算机控制装置10控制下并向外输出与电动引擎9方向相同的扭矩，这时车轮电机作为电动引擎在计算机控制装置10控制下接受蓄电池12提供的电能，与电动引擎9一起驱动车轮转动。在计算机控制装置10控制下，车轮电机还可向外输出与电动引擎9方向相反的扭矩，这时即可利用车轮电机为车轮提供制动力，来制动车轮转动。

电动引擎9驱动车轮转动过程中，计算机控制装置10通过车轮转速传感器13、引擎转速传感器(图中未示出)和电缆20、21随时获得车轮及与其相关联的电动引擎的准确转速，如有必要，计算机控制装置10可以通过向各电动引擎9输入不同的电能，来分别控制各车轮的转速，以适应车辆的曲线运动。

参见图6、7、8，本发明应用有上述车轮电力驱动系统的环保汽车，包括车体(图中未示出)，车体上安装有包含本发明车轮电机的四个车轮35，其中两个后轮35直接与电动引擎9动力相连。两个后轮35通过摆臂23安装在车体上，摆臂23一端与车轮35相连，其另一端可转动安装在车体上设置的支撑轴26上，摆臂23与车体之间还设置有支撑臂28。安装在车体上的电动引擎9的输出轴通过有同步带24、皮带轮25构成的带传动机构与位于摆臂23一端的车轮35的驱动轴27动力相连，电动引擎9的输出轴与摆臂23的支撑轴26同心，为了保证同步带24可靠工作，摆臂23上还设置有同步带张紧轮29。当然，为了使车轮35上的车轮电机稳定工作，车体上还设置有相应的冷却水循环装置(图中未示出)。

将电动引擎9的输出轴与摆臂23的支撑轴同心设置，并同时将张紧轮29设置在摆臂23上后，当车辆行驶到不平的路面时，不论车轮35相对车体如何摆动，电动引擎9输出轴与车轮驱动轴之间的间距始终保持不变，同步带24的张紧状态始终不变，因而消除了颠簸路面对电动引擎9工作的影响。

在电动引擎9与车轮35之间采用带传动机构进行动力相连，在保证传动的平稳的情况下，可最大限度地降低传动机构所产生的噪音，降低对周围环境的噪音污染。

上述具体实施方式只是本发明的示例，不应理解为对本发明的限定。

Claims (5)

1.一种车轮电机，包括轮毂、轮辋，轮辋上设置有供与车轮轴相连的福板，轮辋从轮毂轴向外侧套装在轮毂上；其特征在于，所述轮毂径向上至少包含内外相套并相互同心的两层筒状环板，该筒状环板包括径向外侧环板和径向中部环板，径向中部环板包括若干个径向里侧环板，所述径向外侧环板径向外表面上设置有沿其周向排列的绕组，所述轮辋径向内表面上设置有沿其周向排列的永磁体，所述绕组与所述永磁体相互匹配，由此构成轮毂与轮辋上的外圈电机结构；所述轮辋的辐板上设置有与其同心并分别与若干个径向里侧环板一一对应的套筒，各径向里侧环板径向外表面上均设置有沿其周向排列的绕组，每个套筒上的永磁体均与各自径向里侧相邻环板上的绕组相匹配，并由此构成轮毂与轮辋上的一个个的内圈电机结构；所述轮毂上设置有冷却水通道，通过该冷却水通道对轮毂及其上的绕组进行冷却。

2.如权利要求1所述的车轮电机，其特征在于，所述外圈电机结构位于轮毂径向最外侧环板与所述轮辋之间，两相邻环板之间径向相隔并由此形成一开口面向轮毂轴向外侧的环形深槽；与轮毂上的多层环板结构相对应，该套筒在轮辋套装在轮毂上的同时，一一悬空插入轮毂径向中部两两相邻环板之间的环形深槽中，各套筒径向内表面上均设置有沿其周向排列的永磁体。

3.如权利要求1所述的车轮电机，其特征在于，所述冷却水通道为所述轮毂上设置的与其同心的环形槽，该环形槽内设置有冷却水管道。

4.如权利要求1所述的车轮电机，其特征在于，所述冷却水通道为所述轮毂内设置的与其同心的密闭环形通道，轮毂侧壁上间隔设置有与所述密闭环形通道相连通的进出水口。

5.如权利要求3所述的车轮电机，其特征在于，所述冷却水通道为所述轮毂上设置的与其同心的环形槽，该环形槽设置在所述轮毂上径向最外侧环板上，环形槽开口面向轮毂轴向外侧，环形槽内设置有冷却水管道。

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