CN106160322A - 一种球铰万向回转电机转向轮毂系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种球铰万向回转电机转向轮毂系统，包括轮毂本体以及连接机构，连接机构用于轮毂本体与车悬架的连接，轮毂本体的内部设置有一球铰回转电机，回转电机包括可旋转的球缺状的转子球壳体、位于转子球壳体内且与连接机构连接的定子球体以及绕制在定子球体上的第一组线圈与第二组线圈，向第一组线圈通电使转子球壳体绕相对于定子球体的第一轴线旋转，向第二组线圈通电使转子球壳体绕相对于定子球体的第二轴线运动，第一轴线不同于第二轴线，转子球壳体的缺口处设置有密封挡板。本发明是自起动同步伺服永磁电机,无级调速范围大,具有自主转向动力和防尘功能，且转向灵敏、转向角度大、转向精准、转向平稳、转向可靠、操作简单、结构简单。

Description

一种球铰万向回转电机转向轮毂系统
技术领域
本发明一种球铰万向回转电机转向轮毂系统。
背景技术
综观全球，以球形电机为目标的研究设计不计其数，而且花费了巨资；有些还具有实用新型专利的授权证明书，如CN202085108U；而且其在自由度选择上局限在十字轴上的二自由度，由于其十字正交，无法突破自由度限制。
针对基于球铰万向回转电机的技术，目前发明专利申请状况如下：
1、美国USPTO批准，分案1:14/088056、分案2：14/288504(APPLICATION NO)11/25/2014，颁发了发明专利授权证明书；
2、PCT申请:A14P0101、PCT/CN2014/085407，已经在2014年11月26日核准发布；
3、澳门核准发明专利:I/001246(110)；
4.、台湾发明专利证书:发明第I 502861号；
5、专利申请号为“201310543509.6”的中国专利申请，国家知识产权局已发出审查意见，并已作答。
以上是球铰万向回转电机发明申请的申请现状。
此外，目前在汽车行业中，车辆的转向一般需要借助外力来实现，例如机械液压助力、电子液压助力、电动助力，这些转向系统存在转向不灵、操作困难、转向不精准、转向角度不大等不足之处。
基于上述存在的不足之处，本发明是球铰万向回转电机的延伸发明，是球铰万向回转电机在汽车领域的应用，其目的在于提供一种具有自主动力的可转向轮毂系统。它的产生将对将来汽车领域发生重大深远影响。
发明内容
为克服上述现有技术的缺陷，本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种球铰万向回转电机转向轮毂系统，其具有自主转向动力和防尘功能，无级调速范围大且转向灵敏、转向角度大、转向精准、转向平稳、转向可靠、操作简单方便、结构简单。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种球铰万向回转电机转向轮毂系统，包括轮毂本体以及连接机构，连接机构用于轮毂本体与车悬架的连接，轮毂本体的内部设置有一球铰回转电机，回转电机包括可旋转的球缺状的转子球壳体组成、位于转子球壳体内且与连接机构连接的定子球体以及绕制在定子球体上的第一组线圈与第二组线圈，向第一组线圈通电使转子球壳体绕相对于定子球体的第一轴线旋转，向第二组线圈通电使转子球壳体绕相对于定子球体的第二轴线运动，第一轴线不同于第二轴线；第一轴线位置处设置有一与定子球体固定连接的主轴，主轴延伸出转子球壳体的缺口，转子球壳体缺口处两侧外表面分别设置有一防护滑套，防护滑套靠近转子球壳体缺口处的一端设置有一定位挡块，两个定位挡块之间设置有一球型的密封挡块，密封挡块固定设置在转子球壳体的缺口的前方处的主轴上。
优选的，密封挡块与定位挡块连接处设置有一密封圈。
优选的，转子球壳体包括球薄壳的永磁体、磁轭以及防护层铝合金罩，永磁体被磁化形成多个磁极，防护滑套设置在防护层铝合金罩的外表面上；
定子球体包括多层球切面形状的电枢，每一层电枢具有由多层硅钢片叠压而形成的铁芯球体，多层电枢在定子球体上沿主轴对称布置，相邻的两层电枢之间设有间隔层，多层电枢及多层间隔层在安装位置具有相同锥形度的锥孔通过沉入式锥形体的主轴锁紧螺帽实现自锁固定封闭连接，主轴锁紧螺帽与硅钢片球体形成封闭自锁而与主轴外螺丝连接旋紧；
铁芯球体的每一片硅钢片的外沿周向上设有多个线圈槽，每一个线圈槽的槽口均朝外设置；
至少一层电枢的铁芯球体上绕制有第一组线圈，第一组线圈绕制在同一层电枢的铁芯球体上；
至少一层电枢的铁芯球体上绕制有第二组线圈，第二组线圈与所在电枢对称的另一球电枢的第二组线圈电连接。
优选的，主轴的两侧分别设置有一用于固定电枢的固定轴，固定轴两端位于主轴首尾两头的第二个电枢的间隔层处，多层电枢及多层间隔层在安装位置具有相同锥形度的锥孔通过沉入式锥形体的固定轴锁紧螺帽实现自锁固定封闭连接，固定轴锁紧螺帽与硅钢片球体形成封闭自锁而与固定轴外螺丝连接旋紧。
优选的，防护层铝合金罩包括靠近缺口的开口座和远离缺口的封闭外壳，开口座和封闭外壳通过法兰与螺栓连接，防护滑套设置在开口座的外表面上。
优选的，电枢层数至少为3个且为奇数，正中间层数的电枢成为自启动控制00电枢，自启动控制电枢上的第一组线圈同对应的第二组线圈相应位置连接，通电后使转子球壳体绕第一轴线转动。较一般同步电机需单独设立起动电机简单。启动后可以同其他电枢一起绕Z轴在XOY平面转动。
优选的，所述回转球铰电机的制造方法为：将硅钢板材用数控走丝电火花线切割机床按每一直径相同尺寸钢片多片叠压在一起固定，按图尺寸加工成线圈槽片；每一电枢由球直径尺寸改变变化的多片线圈槽片组成；按每一球体电枢层数分配；每次加工同一尺寸线圈槽片多片；直至完成1/2球体内所有尺寸线圈槽片；每一球体有2片相同尺寸线圈槽片；切割制成多片由球直径变化尺寸不相等的硅钢片线圈槽片，将硅钢片叠压形成多层电枢，使用沉入式锥形体主轴锁紧螺帽穿过电枢及间隔层的相应锥形孔自锁贴紧并固定多层电枢同时旋紧主轴外螺纹；
在每一层电枢的铁芯球体线圈槽片上绕制第一组线圈，第一组线圈绕制在同一层电枢的铁芯球体上；在每一层电枢的铁芯球体上再绕制第二组线圈，第二组线圈与所在电枢对称的另一电枢的第二组线圈电连接，将定子球体装入转子球壳体内。
优选的，使用沉入式锥形体主轴锁紧螺帽穿过电枢及间隔层的相应锥形孔自锁贴紧并固定多层所述电枢同时旋紧主轴外螺纹之后，对所述电枢的硅钢片线圈槽球体外表面进行精加工处理，使多层所述电枢的外表面成为圆球面。
优选的，定子球体的外侧设置有磁敏感应组件与磁敏霍尔组件，磁敏感应组件用来检测永磁体和第一组线圈及第二组线圈通电之后的磁通量，磁敏霍尔组件用来检测转子球壳体与定子球体的相关位置，从而保障磁平衡/磁悬浮的实施
优选的，转子球壳体与定子球体之间均匀设置有若干非导磁球滚珠。
优选的，转子球壳体与定子球体之间设置有一球形的支持架，球滚珠均匀分布在支持架上。相当于是一个球形状滚珠轴承,而且必须用非金属非导磁材料制造，这是一个安全保障措施，防止在突然断电时因压力作用使转子球壳体与定子球体之间有任何接触和摩擦，从而造成损伤。
优选的，转子球壳体远离缺口的一端设置有制动机构，制动机构包括一固定设置在转子球壳体上的右轴滚动支座和轴承连座，右轴滚动支座上安装有制动器，轴承连座上安装有制动器支撑支座。
优选的，制动机构的数量为两种，可以根据需要安装鼓式或盘式制动器，对称设置在主轴的两外侧。
优选的，连接机构包括接主轴输出球笼万向节、主轴万向节拉杆滑动套、底盘接主轴外球笼万向节、V型下摆臀连杆以及悬架万向球笼螺丝，悬架万向球笼螺丝用于接主轴输出球笼万向节与主轴的连接。
优选的，轮毂本体在转子球壳体的缺口两侧分别设置有第一稳定机构和第二稳定机构，第一稳定机构和第二稳定机构各包括一设置在转子球壳体上的支座基座、一设置在支座基座上的左轴滚动支座、一设置在左轴滚动支座上的具滑动键球铰支座、一设置在具滑动键球铰支座的滑动拉杆、一设置在滑动拉杆上的滑动套、一与滑动拉杆连接的转向球笼万向节、一与转向球笼万向节连接的摆臂，摆臂通过一摆臂铰设置在一摆臂支座上。
优选的，第一稳定机构与第二稳定机构之间设置有一避震机构，避震机构包括一设置在第一稳定机构的摆臂上的减震球铰支座、一与减震球铰支座连接的弹簧支柱、一与弹簧支柱连接的球铰连轴、一设置在球铰连轴上的可移动的滚珠轴、一设置在滚珠轴上的可移动的滑块及减震弹簧，滑块具有一T型槽的固定滑块面，固定滑块面通过一固定螺丝连接在车体上，避震弹簧的两端分别通过一避震支座设置在第一稳定机构和第二稳定机构的摆臂上。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明一种球铰万向回转电机转向轮毂系统，将万向回转电机应用于汽车轮胎转向，其通过固定主轴和将可旋转的转子球壳壳体与轮毂本体固定，结构简单，当回转电机工作时使得转子球壳体带动轮毂本体转动，从而使得轮毂本体具有自主转向动力，使得汽车转向可靠；通过改变回转电机电流大小及通电时间可实现汽车多角度转向，且其转向灵敏、操作简单；回转电机内部设置有自启动控制电枢，使得轮毂本体工作可靠，自起动同步伺服永磁电机,无级调速范围大；转子球壳体的缺口处设置有密封挡块，轮毂本体在转动与转向时均具有防尘功能，起到保护回转电机的作用；本发明设置有磁敏感应组件、磁敏霍尔组件、球滚珠、支持架，极大提高了机械效率，节省能量损耗和；轮毂本体设置有连接机构、稳定机构、避震机构，使得车辆转向平稳可靠。
附图说明
图1是本发明一种球铰万向回转电机转向轮毂系统水平剖面的结构示意图；
图2是本发明一种球铰万向回转电机转向轮毂系统主视结构示意图；
图3是本发明一种球铰万向回转电机转向轮毂系统图1中A视图的结构示意图；
图4是回转电机水平剖面结构示意图的局部放大图；
图5是定子球体的结构示意图；
图6是滾珠支持架的结构示意图；
图7是主轴的结构示意图。
主要组件符号说明
11、电枢；12、间隔层；13、固定轴；14、主轴；15、固定轴锁紧螺帽；16、主轴锁紧螺帽；17、开孔；18、第一组线圈；19、第二组线圈；21、磁轭；22、永磁体；23、开口座；24、封闭外売；25、螺栓；26、固定螺孔；
31、密封挡块；32、定位挡块；33、防护滑套；35、密封圈；
41、磁敏感应组件；42、磁敏霍尔组件；
51、球滚珠；52、支持架；
61、右轴滚动支座；62、轴承连座；63、制动器支撑支座；64、制动器；
71、底盘接主轴外球笼万向节；72、主轴万向节拉杆滑动套；73、接主轴输出球笼万向节；74、万向球笼螺丝；75、V型下摆臀连杆；
81、摆臂支座；82、摆臂铰；83、摆臂；84、转向球笼万向节；85、滑动套；
86、滑动拉杆；87、具滑动键球铰支座；88、左轴滚动支座；89、支座基座；
91、滑块；92、滚珠轴；93、固定滑块面；94、固定螺丝；95、球铰连轴；96、弹簧支柱；97、减振球铰支座；98、弹簧；99、避振支座。
具体实施方式
下面将结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。
参照图1及图4，本发明一种球铰万向回转电机转向轮毂系统，包括轮毂本体以及连接机构，连接机构用于轮毂本体与车悬架的连接，轮毂本体的内部设置有一回转电机，回转电机包括可旋转的球缺状的转子球壳体、位于转子球壳体内且与连接机构连接的定子球体以及绕制在定子球体上的第一组线圈18与第二组线圈19，向第一组线圈18通电使转子球壳体绕相对于定子球体的第一轴线旋转，向第二组线圈19通电使转子球壳体绕相对于定子球体的第二轴线运动，第一轴线不同于第二轴线；第一轴线位置处设置有一与定子球体固定连接的主轴14，主轴14延伸出转子球壳体的缺口。
假设以第一轴线(即主轴14的轴线)为Z轴，以垂直于Z轴且转子球壳体圆心所在的平面为XOY平面，主轴14固定，转子球壳体与轮毂本体固定连接，则第一组线圈18通电后，转子球壳体Z轴旋转，第二组线圈19通电后，转子球壳体相对于Z轴发生倾斜，实现在XOZ平面内的转动或者在YOZ平面内的转动。为保证转子球壳体转向的平稳性与准确性，回转电机每次运动只旋转一个较小的角度，通过连续地输出控制信号，由此实现连续地向第一组线圈18或第二组线圈19载入电流，可以实现回转电机快速地旋转或转动，且转动的角度可以根据载入的电流的时间长度调节，这样回转电机可以实现全方向地旋转。
参照图1、图4及图5，定子球体包括多层球切面形状的电枢11，每一层电枢11具有由多层硅钢片叠压而形成的铁芯球体，即每层电枢11包括多片形状相同、但外直径尺寸不同的硅钢片，铁芯球体的每一片硅钢片的外沿周向上设有多个线圈槽，每一个线圈槽的槽口均朝外设置，多层电枢11在定子球体上沿主轴14对称布置，相邻的两层电枢11之间设有间隔层12，多层电枢11及多层间隔层12在安装位置具有相同锥形度的锥孔通过沉入式锥形体的主轴锁紧螺帽16实现自锁固定封闭连接，主轴锁紧螺帽16与硅钢片球体形成封闭自锁而与主轴14外螺丝连接旋紧；当电枢11直径尺寸大于100mm时，为保证各层电枢11连接的牢固与稳定性，一般会增加固定轴13，固定轴13对称分布在主轴14的两侧，且固定轴13两端位于主轴14首尾两头的第二个电枢11的间隔层12处，多层电枢11及多层间隔层12在安装位置具有相同锥形度的锥孔通过沉入式锥形体的固定轴锁紧螺帽15实现自锁固定封闭连接，固定轴锁紧螺帽15与硅钢片球体形成封闭自锁而与固定轴13外螺丝连接旋紧。
为实现回转电机的万向转动，至少一层电枢11的铁芯球体上绕制有第一组线圈18，第一组线圈18绕制在同一层电枢11的铁芯球体上；
至少一层电枢11的铁芯球体上绕制有第二组线圈19，第二组线圈19与所在电枢11对称的另一球电枢11的第二组线圈19电连接。
在本实施例中，为保证回转电机的使用效果与回转电机的灵敏性，每一层电枢11的铁芯球体上绕制有第一组线圈18，第一组线圈18绕制在同一层电枢11的铁芯球体上，每一层电枢11的铁芯球体上绕制有第二组线圈19，第二组线圈19与所在电枢11对称的另一电枢11的第二组线圈19电连接。线圈通电后在同一层电枢11上形成交变的磁场，从而推动转子球壳体绕主轴14线旋转。由于每一层电枢11上的第二组线圈19均与对称的另一层电枢11上的线圈电连接，因此第二组线圈19通电后使转子球壳体相对于定子球体的轴线发生倾斜，从而实现转子球壳体在第二个自由度上的运动。随着流经第二组线圈19的电流大小以及通电时间的改变，可以改变转子球壳体的倾斜角度，进而改变转子球壳体的倾斜角度，实现回转电机多个自由度的转向运动，车辆转向就是如此实现，不需要通过拉动连杆从而拔动车辆轮胎，而是通过电传动实施转向达到控制车辆自由转向的功能。
为实现回转电机的自启动控制，电枢11层数至少为3个且为奇数，本实施例中，参照图5，各层电枢11分布及命名如下：OO、A1-A2、B1-B2、C1-C2、D1-D2、E1-E2，其中A1与A2对称设置，B1与B2对称设置，C1与C2对称设置，D1与D2对称设置，E1与E2对称设置，相互对称的两个铁芯球体大小相同。OO层为单独中央主电枢，即自启动控制电枢，自启动控制电枢上的第一组线圈18同对应的第二组线圈19相应位置连接，通电后使转子球壳体绕第一轴线转动。
相应地，定子球体的制造方法如下：将硅钢板材用数控走丝电火花线切割机床按每一直径相同尺寸钢片多片叠压在一起固定，按图尺寸加工成线圈槽片；每一电枢11由球直径尺寸改变变化的多片线圈槽片组成；按每一球体电枢11层数分配；每次加工同一尺寸线圈槽片多片；直至完成1/2球体内所有尺寸线圈槽片；每一球体有2片相同尺寸线圈槽片；切割制成多片由球直径变化尺寸不相等的硅钢片线圈槽片，将硅钢片叠压形成多层电枢11，使用沉入式锥形体主轴锁紧螺帽16穿过电枢11及间隔层12的相应锥形孔自锁贴紧并固定多层电枢11同时旋紧主轴14外螺纹，旋紧主轴14外螺纹后，对电枢11的硅钢片线圈槽球体外表面进行精加工处理，使多层电枢11的外表面成为圆球面；在每一层电枢11的铁芯球体线圈槽片上绕制第一组线圈18，第一组线圈18绕制在同一层电枢11的铁芯球体上；在每一层电枢11的铁芯球体上再绕制第二组线圈19，第二组线圈19与所在电枢11对称的另一电枢11的第二组线圈19电连接，将定子球体装入转子球壳体内。
具体到本实施例中，特别是当电枢11直径尺寸大于100mm时，需要使用到固定轴13，固定轴13对称分布在主轴14的两侧，位置是在主轴14首尾两头的第二层电枢11间隔层12上，安装硅钢片时，就要先用固定轴13固定安装OO、A1-A2、B1-B2、C1-C2电枢11及其间隔层12，然后用沉入式锥形体固定锁螺帽旋紧固定，接着装入主轴14，再安装D1-D2及E1-E2电枢11，最后再安装沉入式锥形体主轴锁紧螺帽16，以锁紧主轴14和硅钢片。完成组件安装固定后，对电枢11的外表面进行精加工处理，使多层硅钢片电枢11的外表面等于圆球切体，将多层电枢11的外表面精加工成圆球体的球形状，更利于确保转子球壳体绕定子球体的主轴14顺畅地转动。每一层电枢11的铁芯球体上绕制有两组线圈，第一组线圈18绕制在同一层电枢11的铁芯球体的绕线槽内，本实施例的铁芯球体可以采用三十六槽四极的绕线方式，铁芯球体上一共绕制有72个线圈，第一个线圈绕制在1槽与3槽之间，第二个线圈绕制在2槽与4槽之间，第三个线圈绕制在3槽与5槽之间，如此类推，即每一个线圈绕制在间隔一个槽的两个槽之间。并且，绕制在1槽与3槽之间的线圈跟绕制在13槽与15槽之间的线圈连接，如此类推。第二组线圈19与所在电枢11对称的另一球电枢11的第二组线圈19电连接，线圈槽内的绕线方式和第一组的绕线方式类似，
然而，绕制在A1层电枢11上的1槽与3槽之间的线圈并不是跟A1层电枢11上的13槽与15槽之间的线圈电连接，而是跟A2层的电枢11上的13槽与15槽之间的线圈电连接，绕制在A1层电枢11的4槽与6槽之间的线圈跟A2层电枢11上的16槽与18槽之间的线圈电连接，如此类推，也就是每一层电枢11上的一个线圈与对称电枢11上的另一个线圈电连接。当然，线圈的绕制方式可以有多种的变化，例如，在A1、A2层电枢11上只绕制第一组线圈18，在B1、B2层电枢11上只绕制第二组线圈19。或者，A1、A2层电枢11上的第二组线圈19通电时使转子球壳体在XOZ平面内转动，而B1、B2层电枢11上的第二组线圈19通电时使转子球壳体在YOZ平面内转动，C1、C2层电枢11上的第二组线圈19通电时使转子球壳体在与XOZ平面成45°的平面内转动等，通过向不同的电枢11的第二组线圈19通电，可以实现回转电机在不同方向上的转动，实现了X_Y、Z_X、Z_Y的三维转动。当铁芯球体需要釆用大直径时，线圈槽数可以増大至36、48、64、96槽，电枢11层数同时按照比例相对应増加，本案以上例只作一例子说明。
参照图1及图2，转子球壳体包括球薄壳的永磁体22、磁轭21以及防护层铝合金罩，永磁体22被磁化形成多个磁极，永磁体22的极对数视需求而定，高速时2～4极，其他形式可为8～16极；磁轭21可以抵抗磁力线之影响及辐射，尤其是车辆运行对人员的伤害，还可以将外部的干扰信号屏蔽，避免外部的磁场对回转电机造成影响；防护层铝合金罩包括靠近缺口的开口座23和远离缺口的封闭外壳24，开口座23和封闭外壳24通过法兰与螺栓25连接，封闭外壳24的中部设置有一个固定螺孔26以将封闭外壳24固定连接到轮毂本体上。
此外，参照图1、图4及图7，主轴14为空心轴，主轴14输出端设置有一开孔17，是电枢11线圈槽线圈的引出线出入口，控制线经开孔17出入穿过空心主轴14进入到车辆前/后轴接线盒，同时是强制令进入转子球壳体的位置。
参照图1及图4，由于转子外壳具有一个缺口，为对定子球体的保护，转子球壳体缺口处两侧外表面分别设置有一防护滑套33，防护滑套33靠近转子球壳体缺口处的一端设置有一定位挡块32，两个定位挡块32之间设置有一球型的密封挡块31，密封挡块31固定设置在转子球壳体的缺口的前方处的主轴14上，密封挡块31与定位挡块32连接处设置有一密封圈35。本实施例中，防护滑套33设置在开口座23的外表面侧的滑动槽上，密封挡块31是一大于等于90゜的球面壳体，当转子球壳体回转时，定子球体没有露出空位；但当转子球壳体转向时，开口座23向左或向右转动移位，但由于定位挡块32的作用拉动防护滑套33移动在空挡位置，故在左右转向时均能防止灰尘进入定子球体中，密封圈35同时起防护、防灰尘作用。
参照图1及图4，定子球体的外侧设置有磁敏感应组件41与磁敏霍尔组件42，磁敏感应组件41和磁敏霍尔组件42是用来分别检测汝铁硼永磁体22和第一组线圈18及第二组线圈19通电之后的磁通量的大小，通过控制电压、电量来调整，令至：￠汝铁硼≧or±￠线圈＝0，从而产生一种磁平衡-磁悬浮现象。同时通过磁敏霍尔组件42检测转子球壳体与定子球体的每一相关位置。回转电机利用磁悬浮技术在完全没有自由度限制的状况下，定子球体同永磁体22球壳之间无阻碍，摩擦率达至最小，极大提高了机械效率，节省能量损耗。
参照图1、图4及图6，转子球壳体与定子球体之间均匀设置有若干球滚珠51。球滚珠51用来阻隔定子球体和永磁体22直接摩擦，但不影响磁力线的分布和传递，极大提高了安全性，这保证了车辆釆用回转电机发展形成高速动力车轮时具有实用性，高度安全性。此外，转子球壳体与定子球体之间设置有一球形的支持架52，球滚珠51设置在支持架52上，支持架52是釆用加玻璃纤维尼龙注射成型的，同普通轴承圆柱形不同，它是一个圆球体环，上下二层维持固定球滚珠51，并使其能灵活转动，圆球之间有圆柱以用于铆紧。
参照图1至图4，转子球壳体远离缺口的一端设置有制动机构，制动机构包括一固定设置在转子球壳体上的右轴滚动支座61和轴承连座62，右轴滚动支座61上安装有制动器64，轴承连座62上安装有制动器64支撑支座63。本实施例中，制动机构的数量为两个，对称设置在主轴14的两侧，这样可以保证轮胎的制动效果，且后轮上安装的是鼓式制动器，前轮上安装的是盘式制动器，制动器64支撑支座63是一个圆环体以方便选择，根据实际车厂要求配合设计。
参照图1及图2，连接机构包括接主轴输出球笼万向节73、主轴万向节拉杆滑动套8572、底盘接主轴外球笼万向节71、V型下摆臀连杆75以及万向球笼螺丝74，万向球笼螺丝74用于接主轴输出球笼万向节73与主轴14的连接。
参照图1及图2，轮毂本体在转子球壳体的缺口两侧分别设置有第一稳定机构和第二稳定机构，第一稳定机构和第二稳定机构各包括一设置在转子球壳体上的支座基座89、一设置在支座基座89上的左轴滚动支座88、一设置在左轴滚动支座88上的具滑动键球铰支座87、一设置在具滑动键球铰支座87的滑动拉杆86、一设置在滑动拉杆86上的滑动套85、一与滑动拉杆86连接的转向球笼万向节84、一与转向球笼万向节84连接的摆臂83，摆臂83通过一摆臂83铰82设置在一摆臂83支座81上。支座基座89是一个圆柱型薄壁结构以方便选择修改，支座基座89开口距离≥154MM，主因是在转子球壳体转向时避开对主轴14的干扰；左轴滚动支座88为专门订制产品，作用是在转向时，转子球壳体是由电枢11如：A1-A2、B1-B2、C1-C2、D1-D2、E1-E2产生沿周向磁切力推动转子球壳体转向，转向角度暂定为28゜，是由左轴滚动支座88的开口度而定；轮毂本体转向不收外力影响，但必须保持轮毂本体的稳定性，安装在车悬架上的转向球笼万向节84、滑动套85、滑动拉杆86、具滑动键球铰支座87、摆臂83，起支持稳定作用，同时同步随轮毂本体转向移动，车转向时转子球壳体连同轮毂本体转向，轮毂本体转向时最大转向28゜，最大移动距离110～132MM。
第一稳定机构与第二稳定机构之间设置有一避震机构，避震机构包括一设置在第一稳定机构的摆臂83上的减震球铰支座97、一与减震球铰支座97连接的弹簧支柱96、一与弹簧支柱96连接的球铰连轴95、一设置在球铰连轴95上的可移动的滚珠轴92、一设置在滚珠轴92上的可移动的滑块91及减震弹簧98，滑块91具有一T型槽的固定滑块面93，固定滑块面93通过一固定螺丝94连接在车体上，避震弹簧98的两端分别通过一避震支座99设置在第一稳定机构和第二稳定机构的摆臂83上。回转电机的效率高，能量大，转弯角度大可≥28゜，在运动学上，有很大的惯性，考虑到保持车辆的稳定性，避免干涉，在悬架同车辆上盖连接中，安装T型槽的固定滑块面93，内有可转移的滚珠轴92(移动距离≤150MM)，万向型T型槽可移动的滑块91(L＝100MM～150MM)，起一个缓冲减震作用。
本发明所适用的汽车优选采用混合动力形式，包括发动机、发电机、电子控制模块及四驱转向轮胎。其特点是由发电机输出直流高压再给马达，可以输出大功率，比采用电池的纯电动车功率大很多。同时采用本发明可取消汽车齿轮波箱，为混合动力汽车提供了一个新的发展方向。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (15)

1.一种球铰万向回转电机转向轮毂系统，包括轮毂本体以及连接机构，连接机构用于轮毂本体与车悬架的连接，其特征在于：
所述轮毂本体的内部设置有一球铰回转电机，所述回转电机包括可旋转的球缺状的转子球壳体、位于转子球壳体内且与所述连接机构连接的定子球体以及绕制在定子球体上的第一组线圈与第二组线圈，向所述第一组线圈通电使所述转子球壳体绕相对于所述定子球体的第一轴线旋转，向所述第二组线圈通电使所述转子球壳体绕相对于所述定子球体的第二轴线运动，所述第一轴线不同于所述第二轴线；
所述第一轴线位置处设置有一与所述定子球体固定连接的主轴，所述主轴延伸出所述转子球壳体的缺口，所述转子球壳体缺口处两侧外表面分别设置有一防护滑套，防护滑套靠近转子球壳体缺口处的一端设置有一定位挡块，两个定位挡块之间设置有一球型的密封挡块，所述密封挡块固定设置在转子球壳体的缺口的前方处的主轴上。
2.如权利要求1所述的球铰万向回转电机转向轮毂系统，其特征在于：所述密封挡块与定位挡块连接处设置有一密封圈。
3.如权利要求1所述的球铰万向回转电机转向轮毂系统，其特征在于：所述转子球壳体包括球薄壳的永磁体、磁轭以及防护层铝合金罩，所述永磁体被磁化形成多个磁极，所述防护滑套设置在防护层铝合金罩的外表面上；
所述定子球体包括多层球切面形状的电枢，每一层电枢具有由多层硅钢片叠压而形成的铁芯球体，多层电枢在定子球体上沿所述主轴对称布置，相邻的两层电枢之间设有间隔层，多层电枢及多层间隔层在安装位置具有相同锥形度的锥孔通过沉入式锥形体的主轴锁紧螺帽实现自锁固定封闭连接，主轴锁紧螺帽与硅钢片球体形成封闭自锁而与主轴外螺丝连接旋紧；
所述铁芯球体的每一片硅钢片的外沿周向上设有多个线圈槽，每一个线圈 槽的槽口均朝外设置；
至少一层电枢的铁芯球体上绕制有第一组线圈，第一组线圈绕制在同一层电枢的铁芯球体上；
至少一层电枢的铁芯球体上绕制有第二组线圈，第二组线圈与所在电枢对称的另一球电枢的第二组线圈电连接。
4.如权利要求3所述的球铰万向回转电机转向轮毂系统，其特征在于：所述主轴的两侧分别设置有一用于固定电枢的固定轴，所述固定轴两端位于主轴首尾两头的第二个电枢的间隔层处，多层电枢及多层间隔层在安装位置具有相同锥形度的锥孔通过沉入式锥形体的固定轴锁紧螺帽实现自锁固定封闭连接，固定轴锁紧螺帽与硅钢片球体形成封闭自锁而与固定轴外螺丝连接旋紧。
5.如权利要求3所述的球铰万向回转电机转向轮毂系统，其特征在于：所述防护层铝合金罩包括靠近所述缺口的开口座和远离缺口的封闭外壳，所述开口座和封闭外壳通过法兰与螺栓连接，所述防护滑套设置在开口座的外表面上。
6.如权利要求3所述的球铰万向回转电机转向轮毂系统，其特征在于：所述电枢层数至少为3个且为奇数，正中间层数的电枢成为自启动控制电枢，自启动控制电枢上的第一组线圈同对应的第二组线圈相应位置连接，通电后使所述转子球壳体绕所述第一轴线转动。
7.如权利要求3所述的万向回转电机转向轮毂系统，其特征在于：
所述球铰回转电机按照如下方法制造：将硅钢板材用数控走丝电火花线切割机床按每一直径相同尺寸钢片多片叠压在一起固定，按图尺寸加工成线圈槽片；每一电枢由球直径尺寸改变变化的多片线圈槽片组成；按每一球体电枢层数分配；每次加工同一尺寸线圈槽片多片；直至完成1/2球体内所有尺寸线圈槽片；每一球体有2片相同尺寸线圈槽片；切割制成多片由球直径变化尺寸不相等的硅钢片线圈槽片，将所述硅钢片叠压形成多层电枢，使用沉入式锥形体主轴锁紧螺帽穿过电枢及间隔层的相应锥形孔自锁贴紧并固定多层所述电枢同时旋紧主轴外螺纹；
在每一层所述电枢的铁芯球体线圈槽片上绕制第一组线圈，所述第一组线 圈绕制在同一层电枢的所述铁芯球体上；在每一层所述电枢的铁芯球体线圈槽上再绕制第二组线圈，所述第二组线圈与所在电枢对称的另一电枢的第二组线圈电连接，将所述定子球体装入所述转子球壳体组件内。
8.如权利要求7所述的球铰万向回转电机转向轮毂系统，其特征在于：使用沉入式锥形体主轴锁紧螺帽穿过电枢及间隔层的相应锥形孔自锁贴紧并固定多层所述电枢同时旋紧主轴外螺纹之后，对所述电枢的硅钢片线圈槽球体外表面进行精加工处理，使多层所述电枢的外表面成为圆球面。
9.所述的球铰万向回转电机转向轮毂系统，其特征在于：所述定子球体的外侧设置有磁敏感应组件与磁敏霍尔组件，所述磁敏感应组件用来检测永磁体和第一组线圈及第二组线圈通电之后的磁通量，磁敏霍尔组件用来检测所述转子球壳体与定子球体的相关位置。
10.如权利要求1所述的球铰万向回转电机转向轮毂系统，其特征在于：所述转子球壳体与定子球体之间均匀设置有若干非导磁球滚珠。
11.如权利要求10所述的球铰万向回转电机转向轮毂系统，其特征在于：所述转子球壳体与定子球体之间设置有一球形的支持架，所述球滚珠均匀分布在支持架上。
12.如权利要求1所述的球铰万向回转电机转向轮毂系统，其特征在于：所述转子球壳体远离缺口的一端设置有制动机构，所述制动机构包括一固定设置在转子球壳体上的右轴滚动支座和轴承连座，所述右轴滚动支座上安装有制动器，所述轴承连座上安装有制动器支撑支座。
13.如权利要求1所述的球铰万向回转电机转向轮毂系统，其特征在于：所述连接机构包括接主轴输出球笼万向节、主轴万向节拉杆滑动套、底盘接主轴外球笼万向节、“V”型下摆臀连杆以及悬架万向球笼螺丝，所述悬架万向球笼螺丝用于接主轴输出球笼万向节与所述主轴的连接。
14.如权利要求1所述的球铰万向回转电机转向轮毂系统，其特征在于：所述轮毂本体在所述转子球壳体的缺口两侧分别设置有第一稳定机构和第二稳定机构，所述第一稳定机构和第二稳定机构各包括一设置在转子球壳体上的支 座基座、一设置在支座基座上的左轴滚动支座、一设置在左轴滚动支座上的具滑动键球铰支座、一设置在具滑动键球铰支座的滑动拉杆、一设置在滑动拉杆上的滑动套、一与滑动拉杆连接的转向球笼万向节、一与转向球笼万向节连接的摆臂，所述摆臂通过一摆臂铰设置在一摆臂支座上。
15.如权利要求14所述的球铰万向回转电机转向轮毂系统，其特征在于：所述第一稳定机构与第二稳定机构之间设置有一避震机构，所述避震机构包括一设置在第一稳定机构的摆臂上的减震球铰支座、一与减震球铰支座连接的弹簧支柱、一与弹簧支柱连接的球铰连轴、一设置在球铰连轴上的可移动的滚珠轴、一设置在滚珠轴上的可移动的滑块及减震弹簧，所述滑块具有一T型槽的固定滑块面，所述固定滑块面通过一固定螺丝连接在车体上，所述避震弹簧的两端分别通过一避震支座设置在第一稳定机构和第二稳定机构的摆臂上。
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