CN109562684B - 轮毂驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轮毂驱动装置，其作为车辆、特别是商用车辆的车轮的直接驱动装置，具有优选设计为永磁同步电动机(PMSM)——外转子电动机——的电动机，所述电动机基本上布置在车轮内的区域中，其中摩擦制动器的旋转部件力锁合地和/或形状锁合地和/或材料接合地连接到电动机，以用于制动，其特征在于，所述旋转部件从电动机外部件直接或间接地被能操作地连接到所述电动机的转子。

Description

轮毂驱动装置

技术领域

本发明涉及一种轮毂驱动装置，其作为车辆特别是商用车辆的车轮的直接驱动装置，具有优选设计为永磁同步电动机(PMSM)——外转子电动机——的电动机，该电动机基本上布置在车轮内的区域中，其中摩擦制动器的旋转部件力锁合地(kraftschluessig)和/或形状锁合地(formschluessig)和/或材料接合地(materialschluessig)连接到电动机，以用于制动。

背景技术

例如，对于市政商用车辆而言，带有电机(E-Maschinen)的驱动装置设计具有大量的驱动技术。在传统的发动机(通常使用柴油或汽油工作)中，用于扭矩和速比的变速箱连接在内燃机(ICE)的下游，而在电机的情况下可以完全省略机械传动比，即由于相应的电动机特征曲线。在具有电机的驱动设计的范畴内，一个或多个轮毂驱动装置用作商用车辆的车轮的直接驱动。这种直接电驱动装置具有电动外转子电动机作为永磁同步电动机(PMSM)。

作为旋转驱动的电动直接驱动装置的外转子电动机原则上可以用于电动车辆、串联混合动力车辆，特别是作为刚性或铰接式公共汽车的城市公交车、机场公共汽车、以及特种车辆和商用车辆。

仅作为示例，关于这种电动轮毂驱动装置，可参考DE 41 10 638 A1。从实际经验中已知这种轮毂驱动装置的众多表现形式。

在已知的轮毂驱动装置中设置了一种易磨损的整体式摩擦制动器。为此，在电机中，内置的旋转轴力锁合地和/或形状锁合地连接到轮毂电动机。由于在制动/加速期间产生的力和力矩，要求：轴应具有非常大的尺寸和/或由高强度材料特别是高强度钢制成，以便能够持久地承受来自车轮接触和制动的载荷。同时，应该优化在机械制动以及在制动系统、驱动装置和道路之间加速时的力流。

对于前述类型的系统而言，在其中旋转的轴在中心延伸通过电机或者说电动机，支承结构被连接在内置轴上，因此在车轮接触力方面必须承受强烈变形以及特别是位置倾斜。

另一个问题是由于在运行期间在定子绕组和转子磁体之间的气隙必须保持恒定的要求。为此，在已知的轮毂驱动装置中必须使用薄截面轴承，以便最小化转子头中的弯曲和变形。

最后，在已知的轮毂驱动装置中，变频器可以围绕旋转轴或进行支承的部件同心地布置(变频器的集成布置)，特别是因为在变频器的集成布置情况下在那里有唯一空间可用。这给设计者带来了一种变频器结构方式，这种结构方式并不是成本和制造技术的最佳选择。此外，这样构造和布置的变频器只能在将轮毂驱动单元从轴驱动模块拆除的情况下才能接近以便进行维护和/或更换。这非常昂贵且不便于维护。

发明内容

根据前面的陈述，本发明的目的是获得一种轮毂驱动装置，其不同于实际使用中已知的轮毂驱动装置。差异应该来自机械制动时制动系统、驱动装置和道路之间的力流的优化。此外，根据本发明的轮毂驱动装置应该设计简单并且可以以较少的费用进行维护。最后，即使在峰值负载期间也应确保各个组件的足够稳定性。

前述目的是通过本发明的实施例的轮毂驱动装置的特征实现的，该轮毂驱动装置作为车辆的车轮的直接驱动装置，具有外转子电动机，外转子电动机基本上布置在车轮内的区域中，其中摩擦制动器的旋转部件力锁合地和/或形状锁合地和/或材料接合地连接到所述电动机，以用于制动，其中，旋转部件从电动机外部直接或间接地被能操作地连接到电动机的转子，电动机在外侧/车轮侧具有可取下的法兰，通过移除可取下的法兰使得能够接近电动机的定子的内部空间以及因此接近内部变频器和/或其他电动机电路以及电气/电子系统。因此，限定类型的轮毂驱动装置的特征在于，旋转部件从电动机的外部直接或间接地被能操作地连接(wirkverbunden)到电动机的转子。

根据本发明，已经认识到，一方面具有内置轴的摩擦制动器是脆弱的，并且另一方面不提供显着的结构空间。与现有技术中已知的解决方案不同，根据本发明已经实现一种电动机设计，根据该电动机设计，制动系统的旋转部件从外部直接或间接地被能操作地连接到电动机的转子。因此，力不会例如通过尺寸有限的、多少有点厚的轴传递。相反，旋转部件优选地通过法兰直接连接到电动机的转子。在根据本发明的电动机设计的范围内不需要内置轴。通过较大的几何结构支撑载荷，从而甚至可以降低材料强度。至少，材料强度不再主导在摩擦制动器的旋转部件和电动机的转子之间作用的部件的材料选择。

具体地说，有利的是，管/缸体延伸到摩擦制动器的旋转部件和法兰之间，其中法兰可以是管/缸体的组成部分。

此时，应该注意的是，旋转部件可以是盘式制动系统的制动盘。其他部件也可以能操作地布置在其间。然而，直接连接是有利的。

优选地，沿着电动机轴线、相应于转子的宽度在转子端部处或靠近转子端部、特别是在非旋转的定子支架上进行旋转部件的支承。这意味着所述支承在较大直径上内置地稳定支撑在固定部件上、而不是在旋转轴上(与现有技术相反)。主支承沿着电动机轴线进行，由此，如果不完全排除，进行支承的部件的位置倾斜和变形大大减小。通过改进的支承设计和闭合的转子设计确保固定的和运动的部件之间所需的气隙。它比现有技术受到更小的波动，因此可以设计得更小，这对电机的功率密度和运行特性具有积极影响。

根据本发明的实质特征，旋转部件从电动机外部直接或间接地被能操作地连接到电动机的转子，这导致不需要内置的旋转轴。因此，在定子内部实现了无部件的内部空间，在该内部空间中可以集成内部变频器和可选的其他电气/电子部件。与现有技术相反，变频器和电气/电子部件的同轴结构方式是不必要的。相反，无部件的内部空间可以实现变频器和其他电气/电子部件的几乎任意的可经济地制造的几何结构，其可以作为整体部件被安置在那里。

在另一替代方案或补充方案的范畴内，还可以使用定子的无部件的内部空间来安置另外的电磁电动机电路，例如内转子。两个电动机电路可以优选地通过一个或多个外部变频器来运行。换句话说，另外的电动机的绕组和磁体可以布置在无部件的内部空间中，其中两个电动机电路可以通过内部和/或外部变频器共同或彼此独立地运行。

现在，带有布置在其中的电气/电子部件以及必要时的内转子的定子的内部空间，提供了如下优点：易于接近检查开口，也即，便于维护或修理。为此，可以在电动机的车轮侧或道路侧设置可取下的法兰，由此改善了对变频器和必要时其他电气/电子部件的可接近性。在这种可接近性范畴内，用于维护、修理和更换的费用大大降低。

应该注意的是，先前提到的通过法兰改进的可接近性使得：在移除法兰之后，转子可以支撑在定子支架上。这优选地通过轴承的相应布置来确保，使得法兰的移除不会影响部件的定位。否则，转子和定子支架之间的标称间隙必须在限定的支撑点处设计得小于转子磁体和定子绕组之间的气隙。在这种构造的范畴内，可以容易地移除法兰而不会损坏电动机，从而获得接近。

最后，应该注意的是，前面描述的轮毂电动机适合作为任何车辆的驱动装置，特别是用于商用车辆，并且基于轮辋的所需宽度而特别适于具有双轮胎的轮辋。

附图说明

现在，存在以有利的方式构造和改进本发明的教导的各种可能性。为此，一方面参考后面的本发明的实施例，另一方面参考通过附图对本发明的优选实施例的后续说明。结合通过附图对本发明优选实施例的说明，一般还解释了该教导的优选构型和进一步改进。在图中：

图1以示意性剖视图部分地示出了根据本发明的具有外转子电动机的轮毂驱动装置的实施例；和

图2以示意性剖视图部分地示出了根据本发明的轮毂驱动装置的变型，其中，支承结构内置地支撑在固定部件上。

具体实施方式

图1以示意性剖视图部分地示出了根据本发明的具有外转子电动机的轮毂驱动装置，其中轮毂驱动装置与用于双轮胎的轮辋1关联。轮辋1仅用其轮辋底部2以及其与驱动装置的连接来表示。

轮毂驱动装置包括作为主要组成部件的转子3，转子3以抗扭的方式连接到轮辋1，该转子可以多件式地被实现。定子4布置在转子3(外转子)内部，作为非旋转部件。示出了定子4的绕组和冷却套管5。

虽然在现有技术中连接到制动盘的轴轴向地延伸经过电动机，但是在此实现了完全不同的电动机设计，根据该设计，即摩擦制动器的旋转部件(在这种情况下是制动盘6)从电动机外部直接连接到转子3，特别是通过法兰7。法兰7可以是单独的或整体的部件。与转子的连接同样可以以任何方式实现，即力锁合地和/或形状锁合地和/或材料接合地连接。

图2示出了根据本发明的轮毂驱动装置的变型，其中支承结构(8,9)内置地稳定支撑在固定组件上。与此相反，图1示出了轴承装置，其带有被旋转支撑在内圈上的轴承(9)。因此，根据图2，轴承8，9在考虑转子宽度的情况下尽可能远地处于外部并且作用在固定的定子4和旋转的转子3之间，所述旋转的转子3在外侧面上、面向摩擦制动器地与给法兰7并因此与摩擦制动器的旋转的部分或者制动盘6相关联。

根据一般描述和先前的附图说明，与现有技术相比，根据本发明的优点和设计再次总结如下：

根据本发明的设计，旋转的内圈在轴上的支承被转换到轴上的固定内圈和/或法兰上的旋转内圈上。与轴相反，法兰的特征在于明显更大的“直径与长度”之比。为此，轴承移动到轴向上尽可能远离的位置，该位置限定所述旋转的电动机部件的端部。由此，使得可以将摩擦制动器的旋转部件(盘式制动系统的制动盘或鼓式制动系统的制动鼓)连接到直接在转子上的大旋转法兰上。于是，通过更大的几何形状以及因此更高的阻力矩来支撑盘式制动系统的高制动力矩和系统约束的扶正力矩。同时可以降低材料强度。代替地，也可以减少材料用量和/或材料厚度，以实现更低的重量。这应考虑成本、重量和使用寿命因素来衡量。

根据本发明，支承结构被支撑在较大直径上，即内置地支撑在固定组件上，而不是根据现有技术在旋转轴上。因此，根据本发明的布置更稳定。主支承结构相应于转子的宽度被设计为沿电动机轴线。由于几何形状特点，支承部件的位置倾斜和变形大大减少。

通过改进的支承设计持久地确保气隙，并且与现有技术相比波动较小。因此，该布置可以被实施得更紧凑，这对电机的功率密度和运行性能具有积极影响。

通过省略内置的旋转轴导致大的中空内部空间，其不被任何干扰几何结构穿过。由此可以构造几乎任何几何形状的集成变频器，因此制造更经济。替代地或附加地，现有的安装空间可以容纳另外的电磁电动机电路(即绕组和磁体，必要时也作为内转子)。两个电动机电路都可以通过一个或多个内部和/或外部变频器来操作。

通过具有与外直径、直至定子支架的间隙配合的内置轴承，能够实现：可以在电动机的道路侧实施可拆卸的法兰，这有利于接近变频器。大大降低了维护和更换的费用。为此，在移除法兰之后，转子必须支撑在定子支架上。转子和定子支架之间的标称间隙应设计成小于转子磁体和定子绕组之间的气隙。因此，可以在不损坏电动机的情况下移除法兰。在转子上应该有用于法兰的引入棱角。在将轴承定心在定子支架上之前，应实现转子上的法兰对中。

关于根据本发明的教导的进一步有利的构型，为了避免重复，参考说明书的一般部分和所附权利要求。

最后，明确地参考以下事实：根据本发明的教导的先前描述的实施例仅用于解释所要求保护的教导；然而，它不限于该实施例。

附图标记列表

1 轮辋，双轮辋

2 轮辋底部

3 (电动机的)转子

4 (电动机的)定子

5 (定子的)冷却套管，绕组

6 制动盘(摩擦制动器的旋转部件)

7 法兰(用于摩擦制动器的旋转部件与转子之间的连接)

8 轴承，B侧

9 轴承，A侧

Claims (15)

1.一种轮毂驱动装置，其作为车辆的车轮的直接驱动装置，具有外转子电动机，所述外转子电动机基本上布置在车轮内的区域中，其中摩擦制动器的旋转部件力锁合地和/或形状锁合地和/或材料接合地连接到所述电动机，以用于制动，

其中，所述旋转部件从所述电动机外部直接或间接地被能操作地连接到所述电动机的转子，其特征在于，所述电动机在外侧/车轮侧具有可取下的法兰，通过移除所述可取下的法兰使得能够接近所述电动机的定子的内部空间以及因此接近内部变频器和/或其他电动机电路以及电气/电子系统。

2.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述旋转部件通过法兰直接连接到所述电动机的转子。

3.根据权利要求2所述的驱动装置，其特征在于，管/缸体延伸到所述旋转部件和用于连接所述旋转部件和所述转子的所述法兰之间，或者用于连接所述旋转部件和所述转子的所述法兰是管/缸体的组成部件。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述旋转部件是盘式制动系统的制动盘。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述旋转部件是鼓式制动系统的制动鼓。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述旋转部件的支承相应于所述转子的宽度而在所述转子的端部处或靠近所述转子的端部在非旋转的定子支架上进行。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动装置，其特征在于，内部的变频器集成在所述定子的无部件的内部空间中。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动装置，其特征在于，另外的电磁电动机电路被安置在所述定子的无部件的内部空间中，其中这两个电动机电路能被操作。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述车轮是用于双轮胎的双轮。

10.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述车辆是商用车辆。

11.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述外转子电动机被设计为永磁同步电动机。

12.根据权利要求6所述的驱动装置，其特征在于，所述旋转部件的支承沿着所述电动机轴线在所述转子的端部处或靠近所述转子的端部在非旋转的定子支架上进行。

13.根据权利要求7所述的驱动装置，其特征在于，其他电气/电子部件也集成在所述定子的无部件的内部空间中。

14.根据权利要求8所述的驱动装置，其特征在于，所述另外的电磁电动机电路被构造为内转子电动机。

15.根据权利要求8所述的驱动装置，其特征在于，这两个电动机电路能通过一个或多个外部的变频器来操作。

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