CN101535078A - 具有改进的载荷分布的车轮组件 - Google Patents

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CN101535078A CNA2007800412279A CN200780041227A CN101535078A CN 101535078 A CN101535078 A CN 101535078A CN A2007800412279 A CNA2007800412279 A CN A2007800412279A CN 200780041227 A CN200780041227 A CN 200780041227A CN 101535078 A CN101535078 A CN 101535078A
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F·克雷西比尼
F·卡里基
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Abstract

一种车轮组件(24)，包括：第一支撑部件(42)，其包括构造成联接到车辆(10)的车架的至少一个车架连接器(52)；第二支撑部件(44)，其可旋转地联接到所述第一支撑部件(42)；电机(36)，其包括定子(62)和转子(64)，所述定子(62)联接到所述第一支撑部件(42)上，所述转子(64)联接到所述第二支撑部件(44)上，使得所述转子(64)相对于所述定子(62)的旋转引起所述第二支撑部件(44)相对于所述第一支撑部件(42)旋转，所述第一支撑部件(42)和所述电机(36)的形成使得在所述至少一个车架连接器(52)与所述电机(36)之间形成间隙(55)；以及制动机构(40)，其联接到所述第二支撑部件(44)上，以减慢所述第二支撑部件(44)和所述转子(64)的旋转。

Description

具有改进的载荷分布的车轮组件
相关申请的参照
本申请要求于2006年9月8日提交的美国临时申请序列号为60/834,138的优先权，其内容通过参考包含于本文。
技术领域
本发明总地涉及车辆，例如汽车，尤其涉及包括电机的车轮组件。
背景技术
近年来，技术的进步以及样式的不断尝试导致汽车设计的丰富变化。变化之一包括汽车(尤其是代用燃料车辆，例如混合、电动和燃料电池车辆)内的电气和传动系统的复杂性。这种代用燃料车辆通常使用电机，多半与其它推进装置组合来驱动车轮。
当代用燃料车辆中的电气系统的功率需求持续提升时，则存在使该系统的电气以及机械效率最大化的渐增需求。另外，存在持续期望减少操作代用燃料车辆所需组件的数量，并使车辆的总成本和重量最小。
近年来，已经进行了研发可用“车轮电机”系统的尝试，在该系统中，电机位于其意图驱动的车轮的附近或者实质在车轮内。使用这种系统，可能会减少甚至消除对任何各类的将电机联接到车轮的传动装置或传动线路的需求。因此，车轮电机具有既提高机械效率又减少部件数量的潜力。但是，由于必须给车轮组件增加相当大的质量以包含电机，增加了轴向尺寸、增大了系统复杂性、必需昂贵的定制部件、并降低了悬架的连接自由度，因此发现现有的车轮电机是不合需求的。另外，存在使电机遭受的物理应力最小以便增加其耐用性和可靠性的永恒需求。
因此，期望提供一种车轮组件，其包括电机，并允许减少部件的数量和降低系统复杂性，且允许使用标准汽车部件，同时提高电机的可靠性。另外，结合附图以及前面的技术领域和背景技术，从后面的详细描述和所附权利要求可清楚本发明的其它期望特征及特性。
发明内容
在一个实施例中，提供了一种联接到车架的车轮组件。所述车轮组件包括：第一支撑部件，其包括构造成联接到所述车架上的至少一个车架连接器；第二支撑部件，其可旋转地联接到所述第一支撑部件上；电机，其包括定子和转子，所述定子联接到所述第一支撑部件上，所述转子联接到所述第二支撑部件上，使得所述转子相对于所述定子的旋转引起所述第二支撑部件相对于所述第一支撑部件旋转，所述第一支撑部件和所述定子的形状制成为使得在所述至少一个车架连接器与所述电机之间形成间隙；以及制动机构，其联接到所述第二支撑部件上，以减慢所述第二支撑部件和所述转子的旋转。
在另一实施例中，提供了一种联接到车架的车轮组件。所述车轮组件包括：固定支撑部件，其包括构造成联接到所述车架上的多个车架连接器；轴，其可旋转地联接到所述固定支撑部件上，并且具有第一端和第二端；电机，其包括定子和转子，所述定子联接到所述固定支撑部件上，所述转子联接到所述轴的所述第一端上，使得所述转子相对于所述定子的旋转引起所述轴旋转，所述固定支撑部件和所述电机的形状制成使得在各所述车架连接器与所述电机之间形成间隙；以及制动机构，其联接到所述轴的所述第二端上，以减慢所述轴和所述转子的旋转。
在再一实施例中，提供了一种联接到车架的车轮组件。所述车轮组件包括：固定支撑部件，其包括构造成联接到所述车架上的多个车架连接器；轴，其联接到所述固定支撑部件上绕着轴线旋转，并且具有第一端和第二端；电机，其包括定子和转子，所述定子联接到所述固定支撑部件上，所述转子联接到所述轴的所述第一端上，使得所述转子相对于所述定子的旋转引起所述轴旋转，所述电机具有在轴线的相对侧上的第一和第二部分，所述固定支撑部件和所述电机的形状制成使得在各所述车架连接器与所述电机之间形成间隙；车轮，其联接到所述轴上，使得所述轴的旋转引起所述车轮旋转；以及制动机构，其联接到所述轴的所述第二端上，并且位于所述电机与所述车架之间，以减慢所述轴、所述转子的旋转。
附图说明
下面结合附图描述本发明，其中相同的附图标记指借相同的元件：
图1为根据本发明一个实施例的典型汽车的示意图；
图2为图1中汽车上的车轮组件的截面图；
图3为图2中车轮组件移除其几个部件的截面图；以及
图4为图2和图3的车轮组件内的支撑部件的立体图。
具体实施方式
下面的详细描述实质上仅仅是示意性的，而不是意图限制本发明或本发明的应用和使用。另外，没有意图通过前面技术领域、背景技术、摘要或随后的详细描述中表述的或暗示的理论来划定边界。另外，虽然本文所示的示意图描述了元件的示例性布置，但是在实际实施中可具有其它插入元件、装置、特征或部件。还应当理解，图1-4仅仅是示意性的，而不是按比例绘制。
图1至图3示出了根据本发明一个实施例的车轮组件或车轮电机。车轮组件包括：第一支撑部件，其包括构造成联接到车架的至少一个车架连接器；第二支撑部件，其可旋转地联接到所述第一支撑部件；电机，其包括定子和转子，所述定子联接到所述第一支撑部件，所述转子联接到所述第二支撑部件，使得所述转子相对于所述定子的旋转引起所述第二支撑部件相对于所述第一支撑部件旋转，所述第一支撑部件和所述定子的形状制成为使得在所述至少一个车架连接器与所述电机之间形成间隙；以及制动机构，其联接到所述第二支撑部件，以减慢所述第二支撑部件和所述转子的旋转。
图1示出了根据本发明一个实施例的车辆10或“汽车”。汽车10包括底盘12、车身14、两个前轮16、两个后轮18和电子控制系统(或电子控制单元(ECU))20。车身14布置在底盘12上，且基本上封装了汽车10的其它部件。车身14和底盘12可共同地形成车架。车轮16和18每个都在靠近车身14相应的角落处可旋转地联接到底盘12。
汽车10可为多种不同类型汽车中的一种，例如轿车、货车、卡车或运动型多功能车(SUV)，并且可为双轮驱动(2WD)(即，后轮驱动或前轮驱动)、四轮驱动(4WD)或全轮驱动(AWD)。车辆10还可包括多种不同类型的发动机(或致动器)中的任意一种或其组合，例如，汽油或柴油燃料燃烧发动机、“混合燃料车辆”(FFV)发动机(使用汽油与酒精的混合物)、气体化合物(例如，氢气和/或天然气)燃料发动机、或燃料电池、燃烧/电动机混合动力发动机、和电动机。
在图1所示的具体实施例中，汽车10为混合动力车，还包括内燃机22、车轮电机(或车轮组件)24、电池26、功率逆变器(或逆变器)28和散热器30。内燃机22通过变速器(未示出)由传动轴32机械地联接到前轮16。如下面更加详细描述的，每个车轮电机24都容纳在一个后轮组件18中。电池26联接到电子控制系统20和逆变器28。散热器30在车架外侧部分连接到车架，但是未详细示出，包括穿过该散热器的多个冷却通道，所述冷却通道包含冷却流体(即，冷却剂)例如水，和/或乙二醇(即，“防冻剂”)，并且联接到发动机22和逆变器28。虽然未示出，但是功率逆变器28可包括多个开关或晶体管，如所公知的。
电子控制系统20与发动机22、车轮电机24、电池26和逆变器28可操作地通信。虽然未详细示出，但是电子控制系统20包括各种传感器和汽车控制模块、或者电子控制单元(ECU)，例如逆变器控制模块和车辆控制器、以及至少一个处理器和/或包括存储在其上(或在其它计算机可读介质中)用于实施下述处理或方法的指令的存储器。
图2和3为更加详细示出一个后轮组件18(或车轮电机24)的截面图。后轮组件18包括支撑34、电机36、车轮38和制动机构(或子配件)40。
支撑34包括外(或第一)部件(或固定支撑部件)42和内(或第二)部件(或轴)44。参考图4，结合图2和3，所示实施例中，外部件42基本为绕着轴线45的环形，孔46从其延伸通过，并且具有与车辆10的底盘12(或车架)相反的外(或第一)侧48和与底盘12相邻(或靠近)的内(或第二)侧50。如图所示，外部件42包括从其延伸的多个(例如，两个)球窝接头52(或车架连接器)。球窝接头52通过球窝接头臂(或关节)53连接到外部件42上，所述球窝接头臂53倾斜成该臂53离开轴线45朝着底盘12延伸。每个球窝接头52都可连接到臂54(例如，“A臂”)，该臂54然后连接到底盘12。
内部件(或制动轴)44延伸通过外部件42中的孔46，并以可相对于外部件42自由旋转的方式连接或联接到外部件42上。虽然未示出，但是内部件44相对于外部件42的旋转可通过直接位于外部件42与内部件44之间的滚动元件来辅助。内部件44具有与底盘12相反的外(第一)部分(或端)56和与底盘12相邻的内(或第二)部分58。
仍参考图2和3，电机(和/或发电机)36包括壳体(或外壳)60、定子(或定子组件)62和转子(或转子组件)64。在所示实施例中，壳体60基本为盘形，封闭了类似形状的腔室66。壳体60具有外(或第一)侧(和/或壁)68和内(或第二)侧(和/或壁)70。如图所示，壳体60环绕支撑34的内部件44的外部分56，从而如图所示，具有在内部件44的外部件56的相对两侧上的第一和第二部分。在所示实施例中，壳体的外壁68和内壁70基本从轴线45垂直地延伸。壳体60连接到支撑34的外部件42上。这样，电机36的壳体60可旋转地固定到支撑34的外部件42上。但是，其特别关心的是，因为球窝接头臂53的上述倾斜布置，除了在其最内缘之外，壳体60的内壁70并不接触、也不直接连接到球窝接头52或球窝接头臂53。因此，在球窝接头臂53与壳体60的内壁70之间形成间隙55，随着球窝接头臂53延伸离开轴线45而该间隔尺寸增大。
定子62连接到壳体60，且位于壳体60的腔室66内。定子62具有大致为环形的形状，在其中心部分具有孔，并环绕支撑的内部件44的外部分56以及轴线45。尽管未详细示出，但是在一个实施例中，定子62包括一个或多个铁磁芯以及缠绕铁磁芯的一个或多个导电绕阻或线圈。因为定子62连接到壳体60，该壳体60连接到支撑34的外部件42，所以定子可旋转地固定到支撑34的外部件42上。
在一个实施例中，转子64至少部分地位于壳体60的腔室66内和通过定子62的孔中。转子可旋转地联接或连接到支撑34的内部件44的外部分56。在一个实施例中，转子64包括布置在如以轴向磁通量构造的两个盘上的一个或多个磁体(例如，十六个磁体)，如本领域所公知的。
在所示实施例中，车轮38基本为圆形，包括环形外部或缘69以及连接到轮缘69的外边的大致盘形中心部分71。车轮38的中心部分71从轮缘69向内延伸，并固定到或者可旋转地联接到电机36的转子64和/或内部件44。在所示实施例中，车轮38以直接传动构造连接，在该构造中，内部件44转一圈引起车轮38转一圈。
轮缘69环绕轴线45，使得如图所示，第一和第二部分位于轴线45的相对两侧上。车轮腔72形成在中心部分71的内侧(即，底盘12邻近或附近)，并在轮缘的第一与第二部分之间。在所示实施例中，支撑34的整个外部件42，包括球窝接头52，以及电机36，在车轮腔72内。
仍参考图2和3，制动机构40包括制动钳(或第一构件)74和制动回转体或制动盘(或第二元件)76。虽然未具体示出，但是制动钳74联接或固定(和/或连接)到支撑34的外部件42上，并且位于电机36与车架之间。如箭头78所示，制动钳74还可沿着基本上平行于轴线45的方向在第一与第二位置之间移动。如图3中所具体示出的，制动回转体76可旋转地联接(或连接)到支撑34的内部件44的内部分58上。在所示实施例中，制动回转体76基本为盘形，且以轴线45为中心。再参考图2和3，制动钳74和制动回转体76定位成使得当制动钳74从第一位置移到第二位置时，制动钳74接触制动回转体76并向其施加力。
图2和3所示实施例中特别关注的是，电机36(或电机壳体60)与支撑34的外部件42(和/或球窝接头52和球窝接头臂53)之间进行了连接。特别地，球窝接头52和/或球窝接头臂53只在其内侧部分连接到电机36(或电机壳体60)上。
操作期间，仍参考图1，通过燃烧发动机22向前轮16和通过车轮电机24向后轮18以交替地方式和/或同时地提供动力来操作车辆10。为了驱动车轮电机24(或电机36)，从电池26向逆变器28提供直流(DC)功率，在该功率被送往车轮电机24之前，逆变器28将DC功率转换为交流(AC)功率。如本领域的技术人员所理解的，DC功率至AC功率的转换基本上通过操作(即，反复地开关)逆变器28内的开关4来执行。
参考图2，如所公知的，当电流流过电机36的定子62中的绕阻时，在定子62与转子64之间产生洛仑兹力，引起转子64相对于定子62绕着轴线45旋转。因为上述连接，该旋转还引起支撑34的内部件44以及车轮38和制动回转体76(图3)相对于支撑34的外部件42、底盘12和制动机构40的制动钳74旋转。因此，车辆10被推进。为了减慢或停止车轮38的旋转以及车辆10的移动，制动钳74可移入(通过车辆10的使用者的输入)第二位置以在制动回转体76上施加力，从而增大在支撑34的内部件44上产生的额外的摩擦。电机36还可用作发电机，如所公知的，其还可辅助减慢车轮38的旋转。
当车辆10被推进时，由于驱动表面的不平整(例如，坑洼)以及车辆的整体操作，车轮组件24可能经历各种振动和载荷。因为球窝接头52(和/或球窝接头臂53)之间的接触被最小化，所以降低了因车轮组件遭受的载荷引起球窝接头臂53弯曲而导致载荷被传递到电机36(即，如果球窝接头臂53接触壳体60将发生此事件)的可能性。
上述系统的一个优点在于，车轮电机不受道路载荷的冲击和振动。当坑沿或粗糙路面的道路载荷通过车轮和轮毂传递到车辆悬架时，电机被与该不利的能量隔离开。球窝接头臂53用作减振和将能量导离电机的挠性元件。具有旋转转子的电机意图保持转子与定子之间的气隙。如果电机转子接触定子，那么会产生内部残片，非常迅速地引起电机的过早磨损和完全破坏。依赖于电机设计，典型电机的气隙设计约为0.1至2毫米(mm)。
通常，以较高速度转弯和横向路边刮擦引起的横向载荷在车轮、支撑和悬架上作用高应力。上述系统可防止遭受的典型横向载荷对安装在车轮内的电机的不利影响。
除了汽车之外，其他实施例也可以利用上述的方法和系统，例如飞行器。以上描述的车辆组件可用在车辆的任何一个车轮或全部车轮(即前轮和/或后轮)上。电机内的各部件可以被重新布置使得定子和转子内的部件颠倒(也就是，绕组可在转子上，等等)。其他形式的功率逆变器可被使用，例如包括二极管整流器的电流源和负载、可控硅变流器、燃料电池、感应器、电容器和/或它们的任意组合。
尽管在前面的详细描述中已经示出了至少一个具体实施例，但是应当理解，还存在大量的变型。还应当理解，所述具体实施例仅仅是例子，并不是意图以任何方式限制本发明的范围、应用或结构。相反，前面的详细描述给本领域的技术人员提供了执行所述具体实施例的方便路线图。应当理解，在不脱离由所附权利要求及其法定等效物限定的本发明的范围的情况下，可对元件的功能和布置进行各种变化。

Claims (20)

1.一种构造成联接到车辆(10)的车架的车轮组件(24)，所述车轮组件(24)包括：
第一支撑部件(42)，其包括构造成联接到所述车架的至少一个车架连接器(52)；
第二支撑部件(44)，其可旋转地联接到所述第一支撑部件(42)；
电机(36)，其包括定子(62)和转子(64)，所述定子(62)联接到所述第一支撑部件(42)，所述转子(64)联接到所述第二支撑部件(44)，使得所述转子(64)相对于所述定子(62)的旋转引起所述第二支撑部件(44)相对于所述第一支撑部件(42)旋转，所述第一支撑部件(42)和所述电机(36)的形状制成使得在所述至少一个车架连接器(52)与所述电机(36)之间形成间隙(55)；以及
制动机构(40)，其联接到所述第二支撑部件(44)，以减慢所述第二支撑部件(44)和所述转子(64)的旋转。
2.如权利要求1所述的车轮组件(24)，其中所述间隙(55)具有在所述电机(36)的内部分的第一宽度和在所述电机(36)的外部分的第二宽度，所述第二宽度大于所述第一宽度。
3.如权利要求2所述的车轮组件(24)，其中所述电机(36)具有外侧和内侧(68，70)，并且所述第一支撑部件(42)在所述电机(36)的内部分处接触所述电机(36)的所述内侧(70)。
4.如权利要求3所述的车轮组件(24)，还包括车轮(38)，该车轮(38)联接到所述电机(36)的所述转子(64)，使得所述转子(64)相对于所述定子(62)的旋转引起所述车轮(38)相对于所述车架旋转。
5.如权利要求4所述的车轮组件(24)，其中所述制动机构(40)位于所述电机(36)与所述车架之间。
6.如权利要求5所述的车轮组件(24)，其中所述第二支撑部件(44)具有与所述车架相反的外部分(56)和与所述车架相邻的内部分(58)，并且所述电机(36)的所述转子(64)联接到所述第二支撑部件(44)的所述外部分。
7.如权利要求6所述的车轮组件(24)，其中所述制动机构(40)包括第一构件和第二构件(74，76)，所述第一构件(74)联接到所述第一支撑部件(42)，所述第二构件(76)联接到所述第二支撑部件(44)的所述内部分(58)。
8.如权利要求7所述的车轮组件(24)，其中所述电机(36)具有在所述第二支撑部件(44)的所述外部分(56)的相对两侧上的第一部分和第二部分。
9.如权利要求8所述的车轮组件(24)，其中所述第一支撑部件(42)只在所述电机(36)的内部分处接触所述电机(36)的所述内侧(70)。
10.如权利要求9所述的车轮组件(24)，其中所述车轮(38)包括车轮腔室(72)，并且所述电机(36)整个位于所述车轮腔室(72)内。
11.一种构造成联接到车辆(10)的车架上的车轮组件(24)，所述车轮组件(24)包括：
固定支撑部件(42)，其包括构造成联接到所述车架的多个车架连接器(52)；
轴(44)，可旋转地联接到所述固定支撑部件(42)，并且具有第一端(56)和第二端(58)；
电机(36)，其包括定子(62)和转子(64)，所述定子(62)联接到所述固定支撑部件(42)，所述转子(64)联接到所述轴(44)的所述第一端(56)，使得所述转子(64)相对于所述定子(62)的旋转引起所述轴(44)旋转，所述固定支撑部件(42)和所述电机(36)的形状制成为使得在各所述车架连接器(52)与所述电机(36)之间形成间隙(55)；以及
制动机构(40)，其联接到所述轴(44)的所述第二端(58)，以减慢所述轴(44)和所述转子(64)的旋转。
12.如权利要求11所述的车轮组件(24)，其中所述间隙(55)具有在所述电机(36)的内部分的第一宽度和在所述电机(36)的外部分的第二宽度，所述第二宽度大于所述第一宽度。
13.如权利要求12所述的车轮组件(24)，其中所述电机(36)具有外侧和内侧(68，70)，并且所述第一支撑部件(42)在所述电机(36)的内部分接触所述电机(36)的所述内侧(70)。
14.如权利要求13所述的车轮组件(24)，还包括车轮(38)，该车轮(38)联接到所述电机(36)的所述转子(64)，使得所述转子(64)相对于所述定子(62)的旋转引起所述车轮(38)相对于所述车架旋转。
15.如权利要求14所述的车轮组件(24)，其中所述车架连接器(52)为球窝接头。
16.一种构造成联接到车辆(10)的车架上的车轮组件(24)，所述车轮组件(24)包括：
固定支撑部件(42)，其包括构造成连接到所述车架的多个车架连接器(52)；
轴(44)，其联接到所述固定支撑部件(42)以绕着轴线(45)旋转，并且具有第一端(56)和第二端(58)；
电机(36)，其包括定子(62)和转子(64)，所述定子(62)联接到所述固定支撑部件(42)，所述转子(64)联接到所述轴(44)的所述第一端(56)，使得所述转子(64)相对于所述定子(62)的旋转引起所述轴(44)旋转，所述电机(36)具有在所述轴线(45)的相对两侧上的第一部分和第二部分，所述固定支撑部件(42)和所述电机(36)的形状制成为使得在各所述车架连接器(52)与所述电机(36)之间形成间隙(55)；
车轮(38)，其联接到所述轴(44)，使得所述轴(44)的旋转引起所述车轮(38)旋转；以及
制动机构(40)，其联接到所述轴(44)的所述第二端(58)，并且位于所述电机(36)与所述车架之间，以减慢所述轴(44)、所述转子(64)和所述车轮(38)的旋转。
17.如权利要求16所述的车轮组件(24)，其中所述间隙(55)具有在所述电机(36)的内部分的第一宽度和在所述电机(36)的外部分的第二宽度，所述第二宽度大于所述第一宽度。
18.如权利要求17所述的车轮组件(24)，其中所述电机(36)具有外侧和内侧(68，70)，并且所述第一支撑部件(42)在所述电机(36)的内部分接触所述电机(36)的所述内侧(70)。
19.如权利要求18所述的车轮组件(24)，还包括车轮(38)，该车轮(38)联接到所述电机(36)的所述转子(64)，使得所述转子(64)相对于所述定子(62)的旋转引起所述车轮(38)相对于所述车架旋转。
20.如权利要求19所述的车轮组件(24)，其中所述车架连接器(52)为球窝接头。
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