CN108496294A - 用于道路车辆的车轮 - Google Patents

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Abstract

具有轮内电动马达的道路车辆车轮，该车轮包括轮毂、轮毂支承件、轮内电动马达的定子和轮内电动马达的转子，其中，轮辋配置成用于将至少一个轮胎安装在轮辋上；轮辋支承件配置成用于在非旋转车轮部分上支承轮辋，以允许轮辋相对于非旋转车轮部分旋转；定子包括电磁体并且支承在非旋转车轮部分上；转子包括永磁体并且被支承在轮辋支承件上，使得施加在轮辋上的任何力均不作用在转子上。轮辋支承成使得施加在轮辋上的任何力均由轮辋支承件直接产生，并且轮毂不与转子直接接触。

Description

用于道路车辆的车轮
技术领域
具有轮内电动马达的道路车辆车轮，该车轮包括轮辋、具有永磁体的转子和具有电磁体的定子。
背景技术
由电动马达驱动的车轮是已知的。电动马达可设置在汽车中并驱动车轮的轴以使车轮旋转。这就需要电动马达位于汽车中。另一可能性是将电动马达定位在车轮本身中。这种具有轮内电动马达的车轮也是已知的。电动马达的部分通常联接至车轮的轮辋，该轮辋承载车轮的轮胎。轮内电动马达的另一部分通常定位在车轮的中心，并且将构成车轮的非旋转部分。电动马达的非旋转部分和联接至轮辋的电动马达的部分通常分别被称为定子和转子。转子与定子之间的交互作用具有磁性性质，转子和定子中的至少一个包括电磁体。
它们的相互距离应足够小，以使电动马达能够向车轮传送足够的功率和扭矩，并且优选地尽可能小。另一方面，它们的相互距离应足够大，以便能够吸收车轮上的载荷和机械冲击。另外，需要大电流从而为马达提供必要的功率和扭矩。这导致电动马达和车轮的温度升高，并且需要冷却以限制温度升高。对给定电流能够具有最大扭矩是非常有利的。已提出了各种解决方案，但是它们都相当复杂。
发明内容
本发明的目的是提供用于具有轮内电动马达的道路车辆的车轮，与已知的轮内电动马达相比，本发明中的轮内电动马达可提供高的扭矩但却占据相对小的空间。
本发明的另一目的或替代目的是提供具有轮内电动马达的车轮，该车轮可提供高的扭矩但仍然确定尺寸，以允许安装用于特定运用(诸如用于公共汽车或汽车)的标准的轮胎。
本发明的又一目的或替代目的是提供可承载高机械载荷的、具有轮内电动马达的道路车辆车轮。
通过具有轮内电动马达的道路车辆车轮来实现上述目的中的至少一个，该车轮包括：
-轮辋，配置成用于将至少一个轮胎安装在该轮辋上；
-轮辋支承件，配置成用于在非旋转车轮部分上支承轮辋，以允许轮辋相对于非旋转车轮部分旋转；
-轮内电动马达的定子，该定子包括电磁体并且被支承在非旋转车轮部分上；以及
-轮内电动马达的转子，该转子包括永磁体并且被支承在轮辋支承件上，使得施加在轮辋上的任何力均不作用在转子上。
根据本发明的车轮的转子不承载来自轮辋的任何载荷。因此，转子与定子之间的空气隙可保持为非常小，这对于提高电动马达的效率是非常有利的。安装有永磁体的转子不需要对机械强度进行设计，因此可保持为非常薄。因此，转子的内径可选择成在相同的外径处更大，转子从而可有效地定位成进一步远离旋转轴，以便提供更大的内表面，以及从而提供用于转子与定子之间的磁性相互作用的更大区域，以便通过电动马达更有效率的地产生扭矩，进一步提高马达的效率。
在实施方式中，轮辋支承成使得施加在轮辋上的任何力均由轮辋支承件直接产生。轮辋上的任何载荷均被直接地引导至轮辋支承件中，以防止任何载荷施加到转子上。
在实施方式中，轮辋不与转子直接接触，以通过外部影响进一步降低力施加在转子上的任何风险。
在实施方式中，转子与轮辋之间存在间隙，具体地，该间隙填充有具体为空气的气体。通过具有间隙，具体地转子与轮辋之间的空气隙，轮辋可由于外力而变形，却不会与转子发生接触。
在实施方式中，非旋转部分包括具体地通过轴承来支承轮辋支承件的轴。
在实施方式中，轮辋具有沿着车轮的旋转轴的第一端部和第二端部，轮辋支承件与轮辋的第一端部和第二端部相关联。轮辋的两个端部都以这种配置来支承，这有效的地限制了轮辋的任何变形。
在实施方式中，轮辋支承件包括与轮辋的第一端部和第二端部相关联的第一板和第二板，并且转子由第一板和第二板支承并设置在第一板与第二板之间。经证明，该板是用于支承轮辋以及为转子提供支承的有效装置。该板将任何载荷非常有效地传递至轴上。它们可容易地配置成使得它们在任何载荷下将不会变形。
在实施方式中，转子包括支承在轮辋支承件上的磁体保持元件，该磁体保持元件由因其最佳的磁通引导性能而选择的材料制成。由于转子的材料不需要因其机械强度而选择，因此可选择最佳的通量引导性能以提高电动马达的效率。
在实施方式中，磁体保持布置的材料具有至少100、具体子在200至8000范围内、更具体地在1000至8000范围内的相对磁导率。
在实施方式中，轴为空心轴，空心轴减小了车轮的重量并提供了用于为电动马达提供所需设备的空间。
在实施方式中，定子支承在空心轴上，这为定子提供了非常优良且稳定的支承。
在实施方式中，在空心轴与定子之间设置了包括冷却空间的冷却布置，并且用于向冷却布置提供冷却流体的冷却管引导成通过空心轴。
在实施方式中，空心轴限定了保持用于控制电动马达的电子设备的电子设备隔室，并且用于电子设备的电气连接件引导成通过空心轴，具体地，电子设备隔室设置在由定子围绕的空间中。
在实施方式中，电子设备隔室为密封的隔室，具体满足IP67标准或更高的标准。
在实施方式中，电子设备隔室包括连接板，该连接板配置成用于为电子设备、电动马达以及冷却布置提供电气连接。
在实施方式中，连接板包括用于CAN总线的连接器。
在实施方式中，定子、转子和电子设备协作，以向轮辋提供在3000Nm至15000Nm范围内、具体地在6500Nm至11000Nm范围内的峰值扭矩。
在实施方式中，电磁体包括位于线圈绕组之间的顺磁体芯。
在实施方式中，轮辋确定尺寸，并配置成用于安装两个轮胎，具体为标准尺寸的轮胎。
在实施方式中，车轮还包括制动盘，该制动盘刚性地连接至转子、具体地，刚性地连接至后板。
在实施方式中，电子设备包括直流电容器块，该直流电容器块包括高压金属箔电容器。
在实施方式中，电子设备包括安装在冷却板上的IGBT模块。
在实施方式中，IGBT模块提供在从700安培至1000安培范围内的峰值电流。
在实施方式中，电子设备包括用于确保ASIL顺应性的监控设备。
实施方式中，监控设备确保ASIL C和/或ASIL D的顺应性。
在实施方式中，车轮允许水自由的进入和排出，其中，湿度敏感部件(具体为永磁体和电磁体中的至少一个)涂覆有气密密封涂层(具体为粉末涂层)。
附图说明
经由非限制性和非排他性实施方式，从本发明的说明书中，本发明的进一步特征和有益效果将变得明显。这些实施方式不应解释为限制保护的范围。本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可构思本发明的其它替代实施方式和等同实施方式，以及减少进行实践。将参照附图描述本发明的实施方式，其中，相似或相同的附图标记表示相似、相同或相应的部分，以及其中
图1示出根据本发明的车轮的剖视图；以及
图2示出具有永磁体的转子的细节。
具体实施方式
图1中示出了用于诸如汽车、公共汽车或卡车的道路车辆的车轮10，并且该车轮10包括旋转部分100和静止的非旋转部分200。车轮内部布置有电动马达12以提供轮内电动马达。两个轮胎11安装在车轮的轮辋120上。在其它实施方式中，一个或多个轮胎可安装在车轮的合适的轮辋上，它们可以是用于预期应用的诸如公共汽车或汽车的车轮的标准尺寸的轮胎。第一(前)板121和第二(后)板122与它们的环形延伸部121a、122a一起提供轮辋支承并且刚性地附接至轮辋。轮辋120、前板121和后板122以及环形延伸部121a、122a为车轮的旋转部分，并且轮辋由前板和后板以及它们的环形延伸部支承。轮辋120具有沿着车轮的旋转轴R的第一端部120.1和第二端部120.2。第一板/前板121与轮辋120的第一端部120.1相关联，以及第二板/后板122与轮辋的第二端部120.2相关联。轴承13.1、13.2设置在旋转部分100的轮辋支承件的前(第一)板和后(第二)板与静止部分200的空心轴220之间。
电动马达包括布置在旋转部分100上的转子110和布置在静止部分200上的定子210。定子和转子的细节在图2中示出。转子110在磁体保持元件112的内圆柱表面上设置有永磁体111，以及定子210设置有电磁体，该电磁体通常设置有线圈绕组211。顺磁体芯210a可设置在绕组之间。转子的永磁体与定子的电磁体之间存在空气隙101。控制通过电磁体的电流的相位和方向，以便在定子的电磁体与转子的永磁体之间提供力，从而引起转子相对于定子的旋转。这种技术是众所周知的，并且在本说明书中将不再作进一步解释。
转子110被配置用于提供强磁场，以与由电磁体提供的磁场相互作用。强永磁体111布置在磁体保持元件112上。永磁体的材料因为其强磁性而被选择。因此，与来自具有较小强磁性的磁性材料的永磁体相比，该永磁体的高度H1可保持较小。转子的效率还取决于磁体保持元件112的磁导性能。该元件112不承载施加在轮辋上的任何力，因为这些力被直接地引导至前板121和后板122，并且在转子和轮辋之间设置了填充有空气的间隙120a。因此，磁体保持元件112的材料不需要根据其机械强度来选择，而是可针对最佳的磁导性能来选择。为了实现优良的磁通引导性能，选择具有大于100、具体地在200至8000范围内、更具体地在1000至8000范围内的相对磁导率的材料用于磁体保持元件112。永磁体111可被胶合和/或诸如由适当的螺栓机械地安装至磁体保持元件112。因此，磁体保持元件的高度H2也可选择得相对小，以允许在转子与定子之间产生空气隙从而进一步远离转动轴，提高效和传送扭矩的能力。由电动马达提供的扭矩主要取决于永磁体的强度、磁体保持元件的磁通引导能力以及转子的内圆周长度，其中，转子的内圆周长度起着非常重要的作用。转子的内圆周长度通过使其进一步向外而增加，因为它取决于转子的内径。另一方面，直径受到应安装在轮辋上的轮胎的尺寸的限制。通过具有强永磁体111和优良的磁导磁体保持元件112，可允许使得磁体保持元件变薄，从而在给定的轮辋尺寸内实现转子的最大内径。
具有磁体保持元件112和永磁体111的转子以及电磁体可涂覆有气密密封涂层300，以保护它们免受腐蚀。在制造期间，在这些部分上施加粉末涂层，涂层随后在需要的温度下固化，以在磁体上产生气密密封涂层。
静止部分200还包括空心轴220，空心轴220配置成承载车轮和车辆的、其上安装有车轮的部分的重量。空心轴可通过任何合适的安装器件安装至车辆的悬架或车辆的子框架或轮轴。用于控制和驱动电动马达12的电子设备230设置在空心轴的电子设备隔室221中，并且用于电子设备230的电缆231被从安装有车轮的车辆引导成通过空心轴220。在所示实施方式中，空心轴的电子设备隔室221是空心轴220的直径稍大的部分，并且设置在由定子210围绕的空间中，从而与电磁体具有短的电连接。电子设备隔室221为电子设备230提供例如符合IP67标准的密封壳体。密封的电子设备壳体可包括连接板222，该连接板222用于为电子设备和电动马达的电气连接件提供连接，特别用于CAN总线和用于冷却空间240。电子设备包括直流电容器块，该直流电容器块包括高压金属箔电容器和安装在冷却板上的IGBT模块。IGBT模块提供在700至1000安培范围内的峰值电流。电子设备还可包括用于确保ASIL顺应性的监控模块，特别是ASIL-C或ASIL-D顺应性的监控模块。
轴承13.1设置在空心轴220的内部，在空心轴与旋转部分100的前板121之间。另一轴承13.2设置在空心轴220的外部，在空心轴与旋转部分的后板122之间。轮胎和轮辋上的任何载荷经由前板121和后板122、经由轴承13.1、轴承13.2引导至轴220上。载荷不会在由前板和后板支承的转子110上提供任何力，因为轮辋120与转子110之间没有直接接触。具有位置传感器部分235.1、235.2的位置传感器安装在前板上和空心轴内部，以感测旋转部分100相对于静止部分200的位置。可采用任何合适的位置传感器。
电磁体210安装在空心轴220的外部，它们之间具有一定的间隔，以允许在冷却空间或迷宫240中提供冷却液。可配置该冷却空间240，以便提供连续的冷却层，或者以便为冷却液提供多个通道。冷却管241设置在空心轴以及冷却空间中，以允许冷却液循环通过冷却空间241。
图1还示出了制动盘250，该制动盘250刚性地连接至旋转部分，，具体地刚性地连接至旋转部分的后板122。制动盘与图中未示出的制动装置的另外部件相配合。

Claims (26)

1.具有轮内电动马达(12)的道路车辆车轮(10)，所述车轮包括：
-轮辋(120)，配置成用于将至少一个轮胎(11)安装在所述轮辋上；
-轮辋支承件121、121a、122、122a)，配置成用于在非旋转车轮部分(200)上支承所述轮辋，以允许所述轮辋相对于所述非旋转车轮部分旋转；
-所述轮内电动马达的定子(210)，所述定子包括电磁体(211)，并支承在所述非旋转车轮部分上；以及
-所述轮内电动马达的转子(110)，所述转子包括永磁体(111)，并支承在所述轮辋支承件上，使得施加在所述轮辋上的任何力均不作用在所述转子上。
2.根据前述权利要求所述的车轮，其中，所述轮辋(120)支承为使得施加在所述轮辋上的任何力均由所述轮辋支承件(121、121a、122、122a)直接产生。
3.根据前述权利要求所述的车轮，其中，所述轮辋(120)不与所述转子(110)直接接触。
4.根据前述权利要求中任一项所述的车轮，其中，所述转子(110)与所述轮辋(120)之间存在间隙(120a)，具体地，所述间隙填充有气体，所述气体具体为空气。
5.根据前述权利要求中任一项所述的车轮，其中，所述非旋转车轮部分(200)包括轴(220)，所述轴(220)支承所述轮辋支承件(121、122)，具体地，通过轴承(13.1、13.2)来支承所述轮辋支承件(121、122)。
6.根据前述权利要求所述的车轮，其中，所述轮辋(120)具有沿着所述车轮的旋转轴(R)的第一端部(120.1)和第二端部(120.2)，所述轮辋支承件(121、122)与所述轮辋的所述第一端部和所述第二端部相关联。
7.根据前述权利要求所述的车轮，其中，所述轮辋支承件包括第一板(121)和第二板(122)，所述第一板(121)和所述第二板(122)与所述轮辋(120)的所述第一端部(120.1)和所述第二端部(120.2)相关联，以及所述转子(110)由所述第一板和所述第二板支承，并设置在所述第一板与所述第二板之间。
8.根据前述权利要求中任一项所述的车轮，其中，所述转子(110)包括磁体保持元件(112)，所述磁体保持元件(112)支承在所述轮辋支承件(121、122)上，所述磁体保持元件(112)由因其最佳的磁通引导性能而选择的材料制成。
9.根据前述权利要求所述的车轮，其中，所述磁体保持元件(112)的所述材料具有至少100、具体地在200至8000范围内、更具体地在1000至8000范围内的相对磁导率。
10.根据前述权利要求中任一项和权利要求5所述的车轮，其中，所述轴为空心轴(220)。
11.根据前述权利要求所述的车轮，其中，所述定子(210)支承在所述空心轴(220)上。
12.根据前述权利要求所述的车轮，其中，所述空心轴(220)与所述定子(210)之间设置有包括冷却空间(240)的冷却布置，以及用于向所述冷却布置提供冷却流体的冷却管(241)引导成通过所述空心轴。
13.根据前述两项权利要求中任一项所述的车轮，其中，所述空心轴(220)限定电子设备隔室(221)，所述电子设备隔室(221)保持用于控制所述电动马达(12)的电子设备(230)，以及用于所述电子设备的电气连接件(231)引导成通过所述空心轴，具体地，所述电子设备隔室设置在由所述定子(210)围绕的空间中。
14.根据前述权利要求所述的车轮，其中，所述电子设备隔室(221)为密封的隔室，具体地，满足IP67标准或更高的标准。
15.根据前述两项权利要求中任一项所述的车轮，其中，所述电子设备隔室(221)包括连接板(222)，所述连接板(222)配置成用于为所述电子设备(230)、所述电动马达(12)以及所述冷却布置(240)提供电气连接。
16.根据前述权利要求所述的车轮，其中，所述连接板(222)包括用于CAN总线的连接器。
17.根据前述权利要求中任一项所述的车轮，其中，所述定子(210)、所述转子(110)和所述电子设备(230)协作，以向所述轮辋(120)提供在3000Nm至15000Nm范围内、具体地在6500Nm至11000Nm范围内的峰值扭矩。
18.根据前述权利要求中任一项所述的车轮，其中，所述电磁体(230)包括顺磁体芯(210a)，所述顺磁体芯(210a)位于线圈绕组(211)之间。
19.根据前述权利要求中任一项所述的车轮，其中，所述轮辋(120)确定尺寸且配置成用于安装两个轮胎，具体为标准尺寸的轮胎。
20.根据前述权利要求中任一项所述的车轮，还包括制动盘(250)，所述制动盘(250)刚性地连接至所述转子(100)，具体地，刚性地连接至所述后板(122)。
21.根据前述权利要求中任一项所述的车轮，其中，所述电子设备(230)包括直流电容器块，所述直流电容器块包括高压金属箔电容器。
22.根据前述权利要求中任一项所述的车轮，其中，所述电子设备(230)包括安装在冷却板上的IGBT模块。
23.根据前述权利要求所述的车轮，其中，所述IGBT模块提供在从700安培至1000安培范围内的峰值电流。
24.根据前述权利要求中任一项所述的车轮，其中，所述电子设备(230)包括用于确保ASIL顺应性的监控设备。
25.根据前述权利要求所述的车轮，其中，所述监控设备确保ASIL C和/或ASIL D的顺应性。
26.根据前述权利要求中任一项所述的车轮，允许水自由的进入和排出，其中，湿度敏感部件涂覆有具体为粉末涂层的气密密封涂层，所述湿度敏感部件具体为所述永磁体和所述电磁体中的至少一个。
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