CN105437951A - 轮毂驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种轮毂驱动装置，包括：轮毂单元(1)、转向节(2)、制动盘(31)、制动卡钳(32)和轮内电机(4)；轮内电机(4)包括：环形外转子(41)、转子托盘(42)、环形内定子(43)、环形机座(44)和电机轴承(45)；电机轴承(45)设置在转子托盘(42)和环形机座(44)之间；转向节(2)上设置有电机安装臂(21)，环形机座(44)内腔上设置有电机安装凸缘(46)，环形机座(44)通过电机安装凸缘(46)以只限制转动的方式与电机安装臂(21)连接，轮内电机(4)在出厂时装配成一个总成供应给整车厂，且在轮内易于装配和拆卸，提高了轮毂驱动装置的可生产性、可装配性和可维修性。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车的底盘驱动技术领域，尤其涉及一种轮毂驱动装置。
背景技术
现有的采用外转子内定子型式的轮内电机构成的轮毂驱动装置普遍具有可生产性、可装配性和可维修性较差的缺点。例如，中国专利申请CN1808857A公开了一种轮内电机，其包括环形外转子、转子托架、环形内定子和定子托架，环形外转子安设在转子托架上，环形内定子安设在定子托架上，轮内电机装配到车轮内用于驱动轮毂，制动盘和制动卡钳安设在环形内定子的内腔里，制动盘支撑在轮毂单元的转动法兰面上，轮毂单元的固定法兰面和制动卡钳通过螺栓固接在转向节上，转子托架夹设在制动盘的盘毂端面和车轮的安装面之间，定子托架夹设在转向节和轮毂单元的固定法兰面之间。
然而现有技术中，该轮内电机在电机厂生产时，可先将环形外转子安装到转子托架上，将环形内定子安装到定子托架上，但由于轮毂单元、制动盘和制动卡钳在整车厂，因此该轮内电机不能作为一个总成出厂，只能作为散件提供给整车厂，而且由于轮毂单元在整车厂，轮内电机出厂检测都有些不便；轮内电机散件在整车厂进行整车装配时，必须先将定子托架夹在轮毂单元和转向节之间后拧紧螺栓将此三个零部件装配在一起，然后将制动盘安装到轮毂单元上，将制动卡钳安装到转向节上，将转子托架装配到轮毂单元上才得到轮内电机总成，接着将该总成的转向节与悬架和转向横拉杆连接，才能完成整车装配；在轮内电机出现故障需要拆下来维修时，必须先拆下转向节以将轮内电机总成从悬架上拆下来，然后拆开环形外转子才能对轮内电机进行维修，在这一过程中还要拆开和制动卡钳连接的制动软管，再装配时还要添加制动液；而在维护或更换轮毂单元、制动盘或制动卡钳时，也需要将轮内电机总成从悬架上拆下来，然后将其拆开，才能对设置在其内部的轮毂单元、制动盘或制动卡钳进行维护和更换，在这一过程中有可能对轮内电机内部造成损坏，因此导致该轮毂驱动装置的可生产性、可装配性和可维修性较低。
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，提供一种可生产性、可装配性和可维修性较高的轮毂驱动装置。
本发明的第一个方面提供了一种轮毂驱动装置，包括：轮毂单元(1)、转向节(2)、制动盘(31)、制动卡钳(32)和轮内电机(4)；
轮内电机(4)，包括：环形外转子(41)、转子托盘(42)、环形内定子(43)、环形机座(44)和电机轴承(45)；
环形外转子(41)安装在转子托盘(42)上，环形内定子(43)安装在环形机座(44)上；电机轴承(45)设置在转子托盘(42)和环形机座(44)之间；
制动盘(31)和制动卡钳(32)安设在环形机座(44)的内腔里；
转子托盘(42)夹设在车轮(7)与制动盘(31)之间；车轮(7)和制动盘(31)套设在轮毂单元(1)上；轮毂单元(1)和制动卡钳(32)安装在转向节(2)上；
转向节(2)上设置有电机安装臂(21)，环形机座(44)上设置有电机安装凸缘(46)，电机安装凸缘(46)设置在环形机座(44)的内腔、制动盘(31)和制动卡钳(32)之间的扇环形空隙里，环形机座(44)通过电机安装凸缘(46)以只限制转动的方式与电机安装臂(21)连接。
基于第一个方面，在第一个方面的第一种实施方式中，环形机座(44)的电机安装凸缘(46)上设有轴线与轮毂单元(1)的轴线平行的销孔(47)；
转向节(2)的电机安装臂(21)上固设有轴线与轮毂单元(1)的轴线平行的销钉(6)；
销孔(47)套入销钉(6)，以将环形机座(44)连接在转向节(2)上。
基于第一个方面，在第一个方面的第二种实施方式中，转子托盘(42)上设有通风孔(48)，通风孔(48)设置成可从转子托盘(42)的外侧向内看到销钉(6)和销孔(47)，在转子托盘(42)旋转时通风孔(48)内产生轴向流动的空气流。
基于第一个方面的第一种实施方式，在第一个方面的第三种实施方式中，电机安装凸缘(46)的形状为扇环形，销孔(47)设置在所述扇环形的几何中心。
基于第一个方面，在第一个方面的第四种实施方式中，轮内电机(4)的气隙长度范围为0.4mm至0.5mm。
基于第一个方面，在第一个方面的第五种实施方式中，电机轴承(45)的内径不小于环形内定子(43)的内径，且电机轴承(45)外径不大于环形外转子(41)的外径。
本发明中，提供一种轮毂驱动装置，轮内电机(4)含有电机轴承(45)，通过转子托盘(42)即可将轮内电机(4)支撑在轮毂单元(1)上，通过环形机座(44)的电机安装凸缘(46)上的销孔(47)套入转向节(2)的电机安装臂(21)上的销钉(6)即可限制环形机座(44)转动，实现了轮内电机(4)在出厂时即可装配成一个总成供应给整车厂，且在轮内易于装配和拆卸，提高了轮毂驱动装置的可生产性、可装配性和可维修性。
附图说明
图1为本发明提供的轮毂驱动装置实施例的前向局部剖视立体示意图；
图2为图1所示的轮毂驱动装置的A局部立体示意图；
图3为本发明提供的轮毂驱动装置实施例的后向局部剖视立体示意图；
图4为本发明提供的轮毂驱动装置的电机安装凸缘(46)的示意图；
图5为轮内电机(4)、制动盘(31)、制动卡钳(32)和转向节(2)装配体的前向爆炸立体示意图；
图6为轮内电机(4)、制动盘(31)、制动卡钳(32)和转向节(2)装配体的后向爆炸立体示意图；
图7为本发明提供的轮毂驱动装置与传动轴(10)的后向立体示意图。
图中：1轮毂单元；2转向节；21电机安装臂；31制动盘；32制动卡钳；4轮内电机；41环形外转子；42转子托盘；43环形内定子；44环形机座；45电机轴承；46电机安装凸缘；47销孔；48通风孔；6销钉；7车轮；8悬架；9转向横拉杆；10传动轴；X1轮毂单元轴线；X2销孔或销钉轴线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明提供的轮毂驱动装置实施例的前向局部剖视立体示意图；图2为图1所示的轮毂驱动装置的A局部立体示意图；图3为本发明提供的轮毂驱动装置实施例的后向局部剖视立体示意图；图4为本发明提供的轮毂驱动装置的电机安装凸缘(46)的示意图；图5为轮内电机(4)、制动盘(31)、制动卡钳(32)和转向节(2)装配体的前向爆炸立体示意图；图6为轮内电机(4)、制动盘(31)、制动卡钳(32)和转向节(2)装配体的后向爆炸立体示意图；图7为本发明提供的轮毂驱动装置与传动轴(10)的后向立体示意图。
参照图1、图2、图3和图4所示，轮毂驱动装置包括：
轮毂单元(1)、转向节(2)、制动盘(31)、制动卡钳(32)和轮内电机(4)；
轮内电机(4)，包括：环形外转子(41)、转子托盘(42)、环形内定子(43)、环形机座(44)和电机轴承(45)；
环形外转子(41)安装在转子托盘(42)上，环形内定子(43)安装在环形机座(44)上；电机轴承(45)设置在转子托盘(42)和环形机座(44)之间；
制动盘(31)和制动卡钳(32)安设在环形机座(44)的内腔里；
转子托盘(42)夹设在车轮(7)与制动盘(31)之间；车轮(7)和制动盘(31)套设在轮毂单元(1)上；轮毂单元(1)和制动卡钳(32)安装在转向节(2)上；
转向节(2)上设置有电机安装臂(21)，环形机座(44)上设置有电机安装凸缘(46)，电机安装凸缘(46)设置在环形机座(44)的内腔、制动盘(31)和制动卡钳(32)之间的扇环形空隙里，环形机座(44)通过电机安装凸缘(46)以只限制转动的方式与电机安装臂(21)连接。
进一步地，参照图5和图6，环形机座(44)的电机安装凸缘(46)上设有销孔(47)，销孔(47)的轴线X2与轮毂单元(1)轴线X1平行；转向节(2)的电机安装臂(21)上固设有销钉(6)；销钉(6)的轴线X2与轮毂单元(1)的轴线X1平行；销孔(47)套入销钉(6)，可以使环形机座(44)连接在转向节(2)上。
转子托盘(42)夹设在车轮(7)与制动盘(31)之间，转子托盘(42)和环形机座(44)之间设置有电机轴承(45)，故当车轮(7)被安装到轮毂单元(1)上并锁紧车轮螺母时，环形机座(44)已实现了轴向定位，因此只需考虑以一种便于装配和拆卸的方式对其进行周向定位，也即只限制环形机座(44)转动。销钉(6)不仅起到周向定位的作用，还要承受轮内电机(4)输出转矩的反作用转矩。如果轮内电机(4)的最大输出转矩为750Nm，销钉(6)的轴线X2与轮毂单元(1)的轴线X1之间的距离为150mm，则销钉(6)所受的作用力为5kN，与转向横拉杆(9)对转向节(2)上的转向节臂的作用力数量级基本相同。
采用销钉(6)和销孔(47)的连接方式可以实现只限制环形机座(44)转动的目的，但本发明并不局限于此，任何其它可实现该目的的连接方式也是可以的，而且销钉(6)和销孔(47)的横截面也并不局限于常规的圆形，其可以采用任何其它形状的横截面来实现该目的。
另外，也不局限于在电机安装凸缘(46)上设有销孔(47)和在电机安装臂(21)上固设有销钉(6)，销钉(6)也可以设置在电机安装凸缘(46)上，销孔(47)也可以设在电机安装臂(21)上。在销钉(6)和销孔(47)之间也可以设有用塑料或橡胶制造的衬套，衬套可设置在销钉(6)上或销孔(47)内，用于补偿销钉(6)和销孔(47)之间的装配误差，或可降低销钉(6)和销孔(47)之间相对位置的加工精度要求。
进一步地，参见图4所示，电机安装凸缘(46)的形状可以为扇环形，销孔(47)设置在该扇环形的几何中心附近。其中，安设在环形机座(44)的内腔里的制动卡钳(32)装配后的外径要略小于环形机座(44)的内径，这是装配所必须的。一般地，制动盘(31)的外径和制动卡钳(32)的外径之间还有约25mm的空隙，可用于设置电机安装凸缘(46)，只要避开制动卡钳(32)所占的空间，换而言之，电机安装凸缘(46)不是完整的环形，而是在制动卡钳(32)处切掉一块形成扇环形，销孔(47)设置在该扇环形的几何中心附近，环形内定子(43)作用在环形机座(44)上的轮内电机(4)输出转矩的反作用转矩可以逐渐增大传递到销孔(47)处。
其中，电机安装凸缘(46)的形状并不限定为扇环形，只要不超出环形机座(44)的内腔、制动盘(31)和制动卡钳(32)之间的扇环形空隙空间即可，可以具有任意其它形状。
进一步地，转子托盘(42)上设有通风孔(48)，其设置成可从转子托盘(42)的外侧向内看到销钉(6)和销孔(47)，并可随着转子托盘(42)的旋转而产生在通风孔(48)内轴向流动的空气流。通风孔(48)具有多个功能，一是减重，二是作为轮内电机(4)向转向节(2)上装配时的观察孔，通过该孔可观察到销钉(6)和销孔(47)之间的相对位置，据此调整销孔(47)的位置使其对准并套入销钉(6)上；三是搅动空气流对轮内电机(4)和制动盘(31)进行冷却。
轮内电机(4)的气隙长度范围为0.4mm～0.5mm。只利用轮毂单元(1)支撑定子和转子的其它轮内电机的气隙长度至少要大于0.6mm，方可克服加工误差和变形可能引起的转子内表面与定子外表面刮蹭，典型的设计数值为0.75mm。在环形外转子(41)和环形内定子(43)之间采用电机轴承(45)进行支撑和定位，可避免环形外转子(41)的内表面和环形内定子(43)的外表面发生刮蹭，因此可将气隙长度减小到0.4mm～0.5mm之间，进而增大轮内电机(4)的输出转矩。
在本实施例中，轮内电机(4)要提供足够大直径的内腔，而其外径又受到车轮(7)内腔尺寸的限制，再加上转子托盘(42)和环形机座(44)也具有一定的径向厚度，因此电机轴承(45)要满足在如此狭小空间内安装的要求。具体地，电机轴承(45)的内径不小于环形内定子(43)的内径，且外径不大于环形外转子(41)的外径，可以根据轮内电机(4)的装配需求来选择合适的尺寸。电机轴承(45)的直径不仅远大于轮毂单元(1)的轴承直径，而且大于制动盘(31)的直径，如此保证了轮内电机(4)具有大直径的内腔，可以完全套在制动盘(31)和制动卡钳(32)的径向外侧并留有一定间隙。
电机轴承(45)并不承受车轮(7)上的复杂作用力，车轮(7)上的复杂作用力仍然主要由轮毂单元(1)承受，电机轴承(45)主要用于环形外转子(41)和环形内定子(43)之间的支撑和定位，其承载能力要求远低于轮毂单元(1)。现有的用于航空、航天等其它行业的薄壁型轴承，在轴承内径相同的条件下其横截面尺寸比常规标准轴承的小得多，更适用于安装空间受到严格限制的场合，因此可以用作本实施例的电机轴承(45)。
现有薄壁型轴承已有标准化产品样本，可以参考合适的型号并在此基础上修改成适用于本实施例的电机轴承(45)，例如一种可选型号的数据为：滚珠数量为192个，内径/外径/宽度为355.600/371.475/7.938mm，质量为0.476kg，径向承载(静态/动态)为30.07/7.86kN，轴向承载(静态/动态)为86.740/21.53kN，最高转速为1400rpm，足以使得配用18寸车轮和轮胎的常规车辆的最高车速达到160km/h。如想进一步提高最高车速，则可适当减少滚珠数量、采用更轻的滚珠或保持架，在满足承载能力的前提下进一步提高电机轴承(45)的最高转速。
其中，采用薄壁型轴承作为电机轴承(45)可以满足安装和最高转速要求，但本发明并不局限于此，任何可以满足该要求的其它类型轴承也是可以的。
轮内电机(4)生产装配时，环形外转子(41)安装到转子托盘(42)上，环形内定子(43)安装到环形机座(44)上，将电机轴承(45)安装到环形机座(44)上后，将转子托盘(42)安装到电机轴承(45)上。在电机厂生产时，轮内电机(4)就装配成一个独立总成进行调整、测试和检验后出厂提供给整车厂，而不会如专利申请CN1808857A里的那样，要么只提供轮内电机散件给整车厂，在整车装配时再进行调整和测试，要么整车厂将轮毂单元(1)、转向节(2)、制动盘(31)和制动卡钳(32)提供给电机厂进行装配后再返回包含上述部件的轮毂驱动装置给整车厂。这两种方式都会给整车厂的物流和配套供应带来不便之处，特别是如果电机厂不设置在整车厂附近。
整车生产装配时，轮毂单元(1)安装到转向节(2)上，制动盘(31)安装到轮毂单元(1)上，接着将制动卡钳(32)安装到转向节(2)上，然后将转向节(2)安装到悬架(8)上并与转向横拉杆(9)连接，调整电机安装凸缘(46)使销孔(47)对准并套入销钉(6)，将转子托盘(42)安装到轮毂单元(1)上后，即可将轮内电机(4)安装到位。轮内电机(4)装配到轮毂单元(1)和转向节(2)上的操作非常简便，且并无特殊之处，也不需要对生产线工人进行特殊培训。
维修轮内电机(4)、轮毂单元(1)、制动盘(31)、制动卡钳(32)或悬架(8)时，将轮内电机(4)从轮毂单元(1)和销钉(6)上退出，即可将轮内电机(4)拆下。由于轮内电机(4)是作为一个独立总成与轮毂单元(1)等零部件进行装配，而且是在轮毂单元(1)等零部件安装到位后才装配到轮毂单元(1)和转向节(2)上的，因此在维修轮内电机(4)时，不需要拆下轮毂单元(1)等零部件，而在维修或更换轮毂单元(1)等零部件时，即使需要将其拆下，也不需要将其拆开，因此不会对其内部造成可能的损坏，再装配时也不需要对其进行调整，拆装非常简便。
图7为本发明提供的轮毂驱动装置与传动轴(10)的后向立体示意图。轮毂驱动装置还可用于形成混合动力汽车，只要将用于传递车辆发动机的动力以驱动车轮(7)旋转的传动轴(10)与轮毂单元(1)相连接即可形成。虽然在图7上由于传动轴(10)的遮挡未能示出轮毂单元(1)，但恰如两者的常规连接方式那样，只要将传动轴(10)的轮毂侧外花键轴段插入轮毂单元(1)的内圈内花键段即可实现动力向车轮(7)传递。该混合动力汽车由于包括了轮毂驱动装置，且在车轮(7)上实现驱动转矩的叠加，故可通过调节左右车轮内的轮毂驱动装置的输出转矩来实现车辆横向动力学控制。
本实施例中，提供一种轮毂驱动装置，轮内电机(4)含有电机轴承(45)，通过转子托盘(42)即可将轮内电机(4)支撑在轮毂单元(1)上，通过环形机座(44)上电机安装凸缘(46)上的销孔(47)套入转向节(2)上电机安装臂(21)上的销钉(6)即可限制环形机座(44)转动，实现了轮内电机(4)在出厂时即可装配成一个总成供应给整车厂，且在轮内易于装配和拆卸。因此，根据本发明可以得到一种具有较高的可生产性、可装配性和可维修性的轮毂驱动装置。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种轮毂驱动装置，其特征在于，包括：
轮毂单元(1)、转向节(2)、制动盘(31)、制动卡钳(32)和轮内电机(4)；
轮内电机(4)，包括：环形外转子(41)、转子托盘(42)、环形内定子(43)、环形机座(44)和电机轴承(45)；
环形外转子(41)安装在转子托盘(42)上，环形内定子(43)安装在环形机座(44)上；电机轴承(45)设置在转子托盘(42)和环形机座(44)之间；
制动盘(31)和制动卡钳(32)安设在环形机座(44)的内腔里；
转子托盘(42)夹设在车轮(7)与制动盘(31)之间；车轮(7)和制动盘(31)套设在轮毂单元(1)上；轮毂单元(1)和制动卡钳(32)安装在转向节(2)上；
转向节(2)上设置有电机安装臂(21)，环形机座(44)上设置有电机安装凸缘(46)，电机安装凸缘(46)设置在环形机座(44)的内腔、制动盘(31)和制动卡钳(32)之间的扇环形空隙里，环形机座(44)通过电机安装凸缘(46)以只限制转动的方式与电机安装臂(21)连接。
2.根据权利要求1所述的轮毂驱动装置，其特征在于，
环形机座(44)的电机安装凸缘(46)上设有轴线与轮毂单元(1)的轴线平行的销孔(47)；
转向节(2)的电机安装臂(21)上固设有轴线与轮毂单元(1)的轴线平行的销钉(6)；
销孔(47)套入销钉(6)，以将环形机座(44)连接在转向节(2)上。
3.根据权利要求1所述的轮毂驱动装置，其特征在于，
转子托盘(42)上设有通风孔(48)，通风孔(48)设置成可从转子托盘(42)的外侧向内看到销钉(6)和销孔(47)，在转子托盘(42)旋转时通风孔(48)内产生轴向流动的空气流。
4.根据权利要求2所述的轮毂驱动装置，其特征在于，
电机安装凸缘(46)的形状为扇环形，销孔(47)设置在所述扇环形的几何中心。
5.根据权利要求1所述的轮毂驱动装置，其特征在于，
轮内电机(4)的气隙长度范围为0.4mm至0.5mm。
6.根据权利要求1所述的轮毂驱动装置，其特征在于，
电机轴承(45)的内径不小于环形内定子(43)的内径，且电机轴承(45)的外径不大于环形外转子(41)的外径。
7.根据权利要求1所述的轮毂驱动装置，其特征在于，
用于传递车辆发动机的动力以驱动车轮(7)旋转的传动轴(10)与轮毂单元(1)连接。
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