CN104271379A - 电动机或发电机系统 - Google Patents

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Abstract

一种电动机或发电机系统，包括定子、转子、第一轴承、第一联结装置和第二联结装置，其中，所述第二联结装置包括设置为联结到车辆的第一联结构件和联结到所述转子的第二联结构件，所述第一联结构件和所述第二联结构件之间安装有第二轴承以允许所述转子相对于所述车辆旋转，其中，所述第一轴承安装在所述定子的表面与所述转子或所述第二联结构件的表面之间，以允许所述转子相对于所述定子旋转，所述第一联结装置被设置为基本阻止所述定子相对于所述第一联结构件在第一自由度上运动，但允许所述定子相对于所述第一联结构件在至少第二自由度上运动。

Description

电动机或发电机系统
技术领域
本发明涉及电动机或发电机，特别涉及用于安装到车辆的电动机或发电机。
背景技术
随着对环保型车辆兴趣的增长，对使用电动车的兴趣也在相应增长。
虽然大多数市售的电动车采用中央电动机，该中央电动机被用于驱动两个或更多车轮，但采用轮内电动机的替代方案正获得日益普及，其用单独的电动机驱动车辆的各个车轮。
轮内电动机通常具有安装在车辆主体的定子，轮内电动机的转子被直接或间接地安装在车轮上。
然而，在具有轮内电动机驱动构造的车辆的操作过程中，作用在被联结到电动机转子的车轮上的外力可能导致转子因转子或车轮轴承偏转而相对于定子移位。
因此，为了在各种不同的驾驶条件下保持产生充足的扭矩，轮内电动机构件被做成足够刚硬以确保最佳的定子/转子几何形态得以维持。但是，这可能导致额外的质量、空间和包装要求。
期望改善这种状况。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供根据所附权利要求的电动机或发电机系统。
在车辆的相对于驱动轮不转动的部分、例如车辆悬架的构件如立式构件，与电动机定子之间使用联结装置允许车辆和定子之间建立加载路径，其限制一个自由度但基本不限制其它自由度。
这具有的优点是允许电动机的定子和转子作为紧密联结系统运动，其中转子偏转导致定子的相应偏转，但仍允许转子相对于定子转动。在该电动机被用于驱动车辆时，这允许定子/转子气隙和因而所产生的扭矩得以保持。
附图说明
现在将参考附图通过举例的方式描述本发明，其中：
图1示出了根据本发明第一实施例的电动机组件的正轴测图；
图2示出了根据本发明实施例的电动机组件的轴向截面图；
图3示出了根据本发明第二实施例的电动机组件的正轴测图。
具体实施方式
本发明描述的实施例适于用在车轮中的电动机。该电动机是如此类型的电动机，其具有一组线圈，这组线圈作为用于附接到车辆的定子的一部分并被用于附接到车轮的转子径向环绕，该转子装有一组磁体。为避免疑问，本发明的各方面同样适用于具有相同结构的发电机。此外，本发明的某些方面适用于具有安装在径向环绕的线圈中央的转子的配置。
最好参照图1和图2理解第一实施例的实体配置。该组件可以被描述为电动机和轴承，它也可以被描述为轮毂电动机或轮毂驱动装置，因其被构建为适用于车轮。
图1和图2示出了根据本发明的第一实施例的电动机组件，其中图1示出了电动机的正轴测图，图2示出了横截面图。
电动机组件40包括定子100、转子110、轴承座120、被设置为例如通过本领域技术人员公知的弹簧减振装置和悬架控制臂安装到车辆的立式构件130，以及安装在定子100与立式构件130之间的联结装置140。
虽然未示出，但定子100通常包括形成在定子齿形叠片上的多个线圈以及促使电流流过该线圈的电子器件。
转子110包括前径向壁以及筒形部分221。
在转子的前径向壁的内表面上形成环圈230，该环圈230在轴向上从转子前径向壁221的内表面向定子100延伸。如下文所详细描述，形成在转子110前壁上的环圈230形成用于安装轴承的容座的一部分。
转子110包括绕筒形部分221内侧布置的多个磁体(未示出)。这些磁体优选安装在转子护铁上。该磁体紧邻安装在定子齿形叠片上的线圈，使线圈产生的磁场对绕转子筒形部分221内侧布置的磁体产生力，从而产生施加于转子110的扭矩。
转子110通过轴承座120附接到车辆。轴承座120可以是用在装配有该电动机组件40的车辆中的标准轴承座。轴承座120包括两部分，第一联结构件310被布置为联结到立式构件130，第二联结构件300被布置为联结到转子110。虽然本实施例描述轴承座120被联结到立式构件130，但如本领域技术人员所能想到的那样，轴承座120可以被安装到其它车辆零部件上。替代地，可以使用其它轴承配置。
在轴承座的第一联结构件310与第二联结构件300之间安装有两个轴承320、330如角接触滚珠轴承。优选地，两个角接触滚珠轴承320、330被布置为面对面配合角接触滚珠轴承。
角接触滚珠轴承可以在一个方向承受较大的轴向负荷和径向负荷。因其设计构造，当被施加径向负荷时产生轴向分力。因此，在可能要承受沿两个方向的轴向负荷以及径向负荷的情况下，如作为轮毂电动机用在车辆上时，希望使用两个角接触滚珠轴承，如配合的角接触滚珠轴承。
第一联结构件310和第二联结构件300分别作为两个角接触滚珠轴承320、330的外圈和内圈。角接触滚珠轴承的滚珠(未标识)被安装在保持架(未示出)内，保持架位于滚珠轴承内圈和外圈之间。但是，第一联结构件310和第二联结构件可以分别作为外圈和内圈。
虽然轴承座120被描述为使用配合的角接触滚珠轴承，但是可以使用其它类型的滚珠轴承。
虽然本实施例示出了使用两组滚珠轴承，但是可以使用一组或多组滚珠轴承。
转子110因此可以在转子的内径向壁的中心部分处通过轴承座120被安装到其将适用的车辆上，以允许转子相对于车辆旋转。这具有如下优点，轮辋和轮胎能使用标准车轮螺栓在中心部分处固定到转子上，以将轮辋固定到转子110的中心部分，从而牢固地固定到轴承座120的可旋转侧上。这些车轮螺栓可通过其自身穿入轴承座120而穿过转子110的中心部分装配。这种结构具有的优点是，通过移除车轮、轴承座120以及其它部件如制动装置，电动机组件40可以被改装到现有的车辆上。现有的轴承座120可以装配到该组件内侧，整个装置可以装配到车辆上，其中标准轮辋和车轮装配到转子110上，从而使轮辋和车轮环绕整个电动机组件。由此，将轮内电动机改装到现有车辆上成为常规操作。
另一个优点是，在转子110外侧上、特别是在内周装有磁体的周壁221上没有支撑车辆的力。这是由于支撑车辆的力直接从固定至轴承座120一侧的悬架传到环绕被(通过转子壁的中心部分)固定至轴承座120另一侧的转子110的车轮的中心部分。
在定子的径向部分的内表面上形成有环圈240，该环圈240在轴向上从定子的径向壁的内表面向转子110的前径向壁221的内表面延伸。定子的环圈240被设置为具有比形成在转子110的前径向壁221上的环圈230更小的半径，环圈240的轴向长度与形成在转子110上的环圈230的轴向长度平行地延伸。
定子环圈240的半径被选择为使转子环圈的内表面250与定子环圈240的外表面260之间存在径向间隙，因此当转子110与定子100安装在一起时，定子的环圈240与转子的环圈230之间形成容座。
在转子的环圈230的内表面250与定子的环圈240的外表面260之间放置有第三轴承270。为了本实施例的目的，第三轴承270包括具有内圈和外圈的两个角接触轴承。优选地，滚珠轴承270是密封式滚珠轴承以使进入电动机的灰尘减到最少。但是，可以使用其它类型的轴承，例如常规的径向轴承，其在后部230朝外的轴承侧面具有额外的密封件。
第三轴承内圈的内表面直径通常略微大于定子环圈240的外表面直径，从而第三轴承270可以被安装到定子环圈240上。
第三轴承270的内表面利用压配合安装到定子环圈240上。
优选地，为避免灰尘进入第三滚珠轴承外圈的外表面与转子环圈230的内表面250之间形成的间隙中，该间隙中设置有弹性元件(未示出)，例如嵌入第三轴承270的外圈内的一个或多个O形圈和/或塑料圈。
为了将第三轴承270的磨损以及加至第三轴承270的任何密封件减至最少，优选地，转子环圈半径和定子环圈240半径被选择为使第三轴承270的半径保持在最小。
优选地，第三滚珠轴承270外圈的外表面半径小于转子110半径的一半。
在定子环圈240与转子环圈230之间安装第三轴承270允许定子100相对于转子110绕与转子相对于车辆旋转的轴线相同的轴线旋转。
虽然本实施例示出了使用定位在定子环圈240和转子环圈230之间的第三轴承270，但是可以使用与定子100和转子相关的其它表面。例如，第三轴承可以定位在定子环圈与第二联结构件300的一表面之间。
联结在定子100与立式构件130之间的联结装置140被设置为阻止定子100相对于立式构件130和车辆的其它非转动构件发生任何明显的转动，但允许定子100在其它自由度上运动，因此在转子110在与转子110旋转轴线的垂线成角度偏转的情况下允许定子100随转子110运动。这允许定子100和转子110在除旋转轴线外的自由度上作为紧密联结系统运动，因此在转子110因外部负荷而偏转的情况下允许装在转子110上的永磁体与定子线圈绕组之间的气隙得以保持。同样地，联结装置140用作定子100和车辆之间的力矩反作用连接件，该力矩反作用连接件基本上阻止定子100相对于车辆转动但允许在其它自由度上运动。
为了本实施例的目的，联结装置140是拉杆，拉杆140的一端通过球面轴承280如“杆端”轴承被联结到悬架立式构件130。这限制了拉杆140相对于立式构件130的平移，但允许拉杆140绕该点在所有三个转动自由度上旋转。拉杆140同样通过杆端轴承290联结到定子100。这使得拉杆140和相关联的杆端轴承限制定子100绕电动机旋转轴线的转动自由度。拉杆140因此完成加载路径，借助于该加载路径，定子100可以反作用于传回至车辆主体的电动机力矩，同时允许定子100在除绕电动机/转子旋转轴线的转动自由度外的自由度上运动。
需要注意的是，为了在定子100与立式构件130之间提供有效加载路径(即反作用于给定力矩所需的最小力)，穿过两个杆端轴承280、290的轴线必须基本与转子的轴线不平行，并与转子110的旋转轴线不重合。拉杆轴线相对于电动机/车轮轴线越接近垂直，且拉杆轴线相对于电动机/车轮轴线越远，拉杆140承担的力将越小。拉杆140的使用提供了一种在不牺牲电动机力矩反应时间的情况下将定子100联结到立式构件130的高刚度的方法。
虽然本实施例示出了联结装置140为通过杆端轴承280、290分别联结到立式构件130和定子100的拉杆，但是可以使用基本阻止定子100绕转子110的旋转轴线转动但允许定子100在其它自由度上运动的任何联结装置140。
图3通过图示示出了联结装置的第二实施例，其中为了本实施例的目的，该联结装置为顺应性衬套400。现在将描述顺应性衬套400的典型设计。
顺应性衬套400的刚性中间部分被刚性附接到定子100，外侧部分环绕该中间部分布置，该外侧部分刚性附接到立式构件130。在中间部分与外侧部分之间有弹性体材料，该弹性体材料在不同的方向可能具有不同的刚度性能。顺应性衬套400被定位和成型为提供有效加载路径以在定子100和立式构件130之间传递电动机扭矩，也能提供允许定子100相对于立式构件130相对运动的、在其它方向上的充分的顺应特性。顺应性衬套400可以用作对拉杆140的成本较低或可靠性更高的替代形式。虽然将使电动机的扭矩传递产生小的延迟，但这提供了阻止任何电动机转动振动如电动机转矩波动传递到车辆主体的可能。

Claims (11)

1.一种电动机或发电机系统，包括定子、转子、第一轴承、第一联结装置和第二联结装置，其中，所述第二联结装置包括设置为联结到车辆的第一联结构件和联结到所述转子的第二联结构件，所述第一联结构件和所述第二联结构件之间安装有第二轴承以允许所述转子相对于所述车辆旋转，其中，所述第一轴承安装在所述定子的表面与所述转子或所述第二联结构件的表面之间，以允许所述转子相对于所述定子旋转，所述第一联结装置被设置为基本阻止所述定子相对于所述第一联结构件在第一自由度上运动，但允许所述定子相对于所述第一联结构件在至少第二自由度上运动。
2.根据权利要求1所述的电动机或发电机系统，其中，所述第一联结装置被设置为联结到所述车辆。
3.根据权利要求1所述的电动机或发电机系统，其中，所述第一联结装置联结到所述第二联结装置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电动机或发电机系统，其中，所述定子被基本阻止在其上运动的所述第一自由度是所述转子能够相对于所述车辆旋转的旋转方向。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电动机或发电机系统，其中，所述第一联结装置为拉杆。
6.根据权利要求5所述的电动机或发电机系统，其中，所述拉杆通过第一球面轴承联结到所述定子，并被设置为通过第二球面轴承联结到车辆。
7.根据权利要求6所述的电动机或发电机系统，其中，所述第二球面轴承被设置为联结到车辆的悬架立式构件。
8.根据权利要求6或7所述的电动机或发电机系统，其中，穿过所述第一球面轴承和所述第二球面轴承形成的轴线与所述转子的轴线基本不平行。
9.根据权利要求6或7或8所述的电动机或发电机系统，其中，穿过所述第一球面轴承和所述第二球面轴承形成的轴线被定位为与所述转子的旋转轴线不重合。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的电动机或发电机系统，其中，所述第一联结装置为顺应性衬套。
11.一种车辆，包括根据权利要求1至10中任一项所述的电动机或发电机系统。
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