CN111478503B - 一种集成有减震器的盘式轮毂电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成有减震器的盘式轮毂电机，包括定子结构、转子结构、中心轴和减震器，中心轴垂直穿设在定子结构和转子结构中，转子结构与中心轴转动连接，转子结构的外缘用于与轮胎固定连接，减震器固定设置在定子结构的内侧，定子结构通过减震器与中心轴固定连接，定子结构用于固定在车身上，定子结构位于轮胎的外部，定子结构和转子结构相对且平行设置，定子结构通电时能够产生平行于中心轴的轴向磁场。本发明将定子结构和转子结构分平面设置，提升布置灵活性，减小簧下质量，提高操作稳定性和平顺性，并集成有减震器，使转子结构具有垂向自由度的同时还能够垂向自动复位，以规避额外轴约束带来的轴磨损和能量损失的问题。

Description

一种集成有减震器的盘式轮毂电机

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，特别是涉及一种集成有减震器的盘式轮毂电机。

背景技术

随着车辆技术的不断发展，对其行驶性能与操控性能提出了更高的要求，而车辆动力系统的机动性、轻量化和模块化等方面的技术问题已制约了车辆动力行驶与操控性能的提升，因此如何提升动力系统的轻量化与机动性，实现模块化成为了车辆行驶控制的核心需求。而车轮作为动力系统的重要组成部分，车轮设计的先进性直接关系到动力系统的工作性能。

近年来，一些研究机构均开展了新型轮胎的结构设计与控制研究，现有的轮胎驱动主要利用径向的磁场作用，并通过将驱动系统、制动系统以及悬架系统等集成于车轮内实现车轮的模块化，以提升其机动性。但现有技术仍然存在以下技术缺陷：现有技术中驱动转子的磁通多选取为径向磁通，因此定子与转子的布置需处于同一平面，无论是内定子外转子还是外定子内转子方案，定子和转子都会因为同一平面的限制而无法分离开，不得不一同集成于车轮之中，定子和转子布置的灵活性受到了很大的影响，而且使得整车的簧下质量大幅增加，导致整车的操纵稳定性和平顺性变差；另外，在运行过程中必须保证转子不能出现径向扰动，否则现有磁场分布和控制方案将失效。但在实际工况中，因路面不平常常导致轮胎垂向跳动，由于轮胎垂向与转子径向是同一方向，轮胎垂向扰动不可避免的会引发转子径向微小的扰动，现有技术通常采用额外轴约束吸收扰动能量，但这会加剧轴的磨损和能量的损失。

发明内容

本发明的目的是提供一种集成有减震器的盘式轮毂电机，以解决上述现有技术存在的问题，将定子结构和转子结构分平面设置，提升布置灵活性，减小簧下质量，提高操作稳定性和平顺性，并集成有减震器，使转子结构具有垂向自由度的同时还能够垂向自动复位，以规避额外轴约束带来的轴磨损和能量损失的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种集成有减震器的盘式轮毂电机，包括定子结构、转子结构、中心轴和减震器，所述中心轴垂直穿设在所述定子结构和所述转子结构中，所述转子结构与所述中心轴转动连接，所述转子结构的外缘用于与轮胎固定连接，所述减震器固定设置在所述定子结构的内侧，所述定子结构通过所述减震器与所述中心轴固定连接，所述定子结构用于固定在车身上，所述定子结构位于所述轮胎的外部，所述定子结构和所述转子结构相对且平行设置，所述定子结构通电时能够产生平行于所述中心轴的轴向磁场。

优选的，所述定子结构设置有两个，两个所述定子结构对称设置在所述转子结构的两侧。

优选的，所述转子结构包括转子骨架，所述转子骨架的中心处设置有供所述中心轴穿过的转子中心孔，所述转子骨架的两侧面均设置有若干放射状分布的永磁体，所述转子骨架的左侧面与一所述定子结构相对且平行设置，所述转子骨架的右侧面与另一所述定子结构相对且平行设置，所述转子骨架的外缘与所述轮胎固定连接。

优选的，所述永磁体均嵌入所述转子骨架中，所述永磁体均采用斜极布置方式。

优选的，所述转子骨架为圆环型。

优选的，所述定子结构包括定子骨架，所述定子骨架为跑道型，所述定子骨架的长轴垂直水平面设置，所述长轴大于所述转子骨架的外径，所述定子骨架的短轴与所述转子骨架的外径相等，所述定子骨架上均匀固定有若干放射状分布的线圈绕组，所述减震器设置在所述定子骨架的内部。

优选的，所述减震器的中心处开设有供所述中心轴穿过的定子中心孔，所述减震器的上端和下端分别利用弹簧与所述定子骨架固定连接。

优选的，所述减震器通过所述定子中心孔与所述中心轴过盈配合。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明中定子结构与转子结构相对且平行设置，使定子结构和转子结构分平面设置，而且定子结构能够产生轴向磁场，从而使得定子结构和转子结构可以分开设置，提升布置灵活性，并单独将转子结构集成在轮胎内，能够有效减小振动噪声，而定子结构直接与车身固连，从而减小簧下质量，提高操作稳定性和平顺性。同时，本发明在分开设置的定子结构中设置减震器，中心轴可以相对定子结构产生一定的位移，即转子结构具有一定的运动自由度，并且转子结构在减震器以及磁场回正力的作用下能够自动复位，从而保证转子结构平稳运行，并可以规避额外轴约束带来的轴磨损和能量损失的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明集成有减震器的盘式轮毂电机的结构示意图；

图2为本发明中定子结构的结构示意图；

图3为本发明中转子结构的结构示意图；

其中：1-定子结构，2-转子中心孔，3-转子结构，4-中心轴，5-轮胎，6-定子骨架，7-线圈绕组，8-减震器，9-定子中心孔，10-转子骨架，11-永磁体。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图3所示：本实施例提供了一种集成有减震器的盘式轮毂电机，包括定子结构1、转子结构3、中心轴4和减震器8，中心轴4垂直穿设在定子结构1和转子结构3中，转子结构3与中心轴4转动连接，转子结构3的外缘用于与轮胎5固定连接，减震器8固定设置在定子结构1的内侧，定子结构1通过减震器8与中心轴4固定连接，定子结构1用于固定在车身上，定子结构1位于轮胎5的外部，定子结构1和转子结构3相对且平行设置，定子结构1通电时能够产生平行于中心轴4的轴向磁场，利用轴向磁通设计的盘式轮毂电机，不仅具有轴向磁通盘式轮毂电机的优势，即具有轴向尺寸短、磁路短、高功率密度、体积重量小和结构简单紧凑等优势，而且使定子结构1和转子结构3不再局限于同一平面内，只要转子结构3和定子结构1平行相对设置即可，从而可以将定子结构1和转子结构3分开设置，提升布置灵活性，并将转子结构3集成设置在轮胎5内，具体转子机构与轮胎5的固定放置可以采用现有技术，而定子结构1设置在轮胎5外并与车身固定连接，从而能够有效减小振动噪声，减小簧下质量，提高操作稳定性和平顺性。

其中，定子结构1可以设置有两个，两个定子结构1对称设置在转子结构3的两侧，双定子单转子结构3具有较低的转动惯量和较好的散热性能，且由于双定子对称设置，转子结构3将受到两个相互抵消的磁拉力，有利于提高盘式轮毂电机的工作稳定性，并适用于频繁启动场所，同时双定子均可以形成旋转磁场，从而提高盘式轮毂电机的电负荷。转子结构3包括转子骨架10，转子骨架10为圆环型，转子骨架10的中心处设置有供中心轴4穿过的转子中心孔2，转子骨架10通过转子中心孔2并利用轴承与中心轴4转动连接，转子骨架10的两侧面均设置有若干放射状分布的永磁体11，具体如图3所示，若干永磁体11围绕转子中心孔2的轴线呈放射状分布，每个永磁体11的中心线均过转子中心孔2的圆心，另外，如图1所示，转子骨架10的左侧面与一定子结构1相对且平行设置，转子骨架10的右侧面与另一定子结构1相对且平行设置，具体的转子骨架10的左侧面与左侧的定子结构1之间能够形成磁路闭环，而转子骨架10的右侧面与右侧的定子结构1之间能够形成磁路闭环，使转子结构3受到两个相互抵消的磁拉力，转子骨架10的外缘与轮胎5固定连接，即只将转子结构3集成设置在轮胎5内部，而定子结构1设置在轮胎5外部，而且转子骨架10与车身不再直接连接，能够有效过滤转矩波动。永磁体11均嵌入转子骨架10中，永磁体11均采用斜极布置方式，斜极的布置方式，可以有效减少电磁振动和噪音，还可以起到降低转矩脉动的作用。

其中，定子结构1包括定子骨架6，定子骨架6为跑道型，定子骨架6的长轴垂直水平面设置，长轴大于转子骨架10的外径，定子骨架6的短轴与转子骨架10的外径相等，定子骨架6上均匀固定有若干放射状分布的线圈绕组7，减震器8设置在定子骨架6的内部。减震器8的中心处开设有供中心轴4穿过的定子中心孔9，减震器8的上端和下端分别利用弹簧与定子骨架6固定连接。减震器8通过定子中心孔9与中心轴4过盈配合。通过双定子结构和减震器8的设置，使转子结构3悬置在两个定子结构1之间，使得转子结构3具有垂向的运动自由度，一方面，定子骨架6的长轴尺寸大于转子骨架10的外径，当转子骨架10在垂向偏离平衡位置时，依然可以受到定子结构1中线圈绕组7的有效磁场的控制，防止控制失效的发生。另一方面，悬置的转子骨架10在中心轴4上旋转，由减震器8和中心轴4组成转子骨架10的机械悬架，当转子骨架10在垂向发生偏离时，弹簧的弹力通过中心轴4施加在转子骨架10上，并使转子骨架10自动复位，同时由磁场产生的回正力实现电磁悬架的效果，也可使偏离的转子骨架10自动复位，在轮胎5受到不平路面的激励扰动下，机械悬架和电磁悬架同时作用于转子骨架10，以保证转子结构3在定子结构1的控制范围之内，进而保证轮胎5的垂向调节适应能力。

工作过程中，当两个定子结构1上的线圈绕组7按照特定规律通入交流电流时，将在各定子结构1分别在空间中产生磁场，且磁场的磁通主方向与中心轴4的方向基本一致。转子骨架10的左右两个平面上的永磁体11将受到空间中时变磁场的作用而产生特定方向的力，永磁体11所受磁力将对转子骨架10产生转矩，驱动转子骨架10绕中心轴4进行旋转运动，进而带动转子骨架10外缘的轮胎5转动，实现盘式轮毂电机的正常工作。

另外，在正常运转过程中本实施例具有垂向的调节适应功能，首先，当轮胎5受到路面激励而发生垂向的偏移时，转子骨架10将离开其初始的位置，由于在本实施例中定子骨架6的长轴尺寸均大于转子骨架10的外径尺寸，因此，当转子骨架10偏离其平衡位置时，仍然覆盖在两个定子结构1的控制范围内，两侧的线圈绕组7产生的磁场依然可以驱动和控制转子结构3及轮胎5转动，从而本实施例允许转子结构3在垂向方向具有移动自由度。其次，当转子结构3发生垂向偏移时，还可以利用空间磁场的多方向特点，对转子结构3产生垂向的磁场分力，发挥电磁悬架的作用，主动调节转子结构3的位置，使其回到平衡位置，并结合减震器8的弹簧阻尼力对转子结构3的垂向运动进行调节，使其回到平衡位置，从而解决垂向扰动的问题，并规避了额外轴约束造成的轴磨损和能量损失。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种集成有减震器的盘式轮毂电机，其特征在于：包括定子结构、转子结构、中心轴和减震器，所述中心轴垂直穿设在所述定子结构和所述转子结构中，所述转子结构与所述中心轴转动连接，所述转子结构的外缘用于与轮胎固定连接，所述减震器固定设置在所述定子结构的内侧，所述定子结构通过所述减震器与所述中心轴固定连接，所述定子结构用于固定在车身上，所述定子结构位于所述轮胎的外部，所述定子结构和所述转子结构相对且平行设置，所述定子结构通电时能够产生平行于所述中心轴的轴向磁场，所述转子结构包括转子骨架，所述定子结构包括定子骨架，所述定子骨架为跑道型，所述定子骨架的长轴垂直水平面设置，所述长轴大于所述转子骨架的外径，所述定子骨架的短轴与所述转子骨架的外径相等，所述定子骨架上均匀固定有若干放射状分布的线圈绕组，所述减震器设置在所述定子骨架的内部。

2.根据权利要求1所述的集成有减震器的盘式轮毂电机，其特征在于：所述定子结构设置有两个，两个所述定子结构对称设置在所述转子结构的两侧。

3.根据权利要求2所述的集成有减震器的盘式轮毂电机，其特征在于：所述转子骨架的中心处设置有供所述中心轴穿过的转子中心孔，所述转子骨架的两侧面均设置有若干放射状分布的永磁体，所述转子骨架的左侧面与一所述定子结构相对且平行设置，所述转子骨架的右侧面与另一所述定子结构相对且平行设置，所述转子骨架的外缘与所述轮胎固定连接。

4.根据权利要求3所述的集成有减震器的盘式轮毂电机，其特征在于：所述永磁体均嵌入所述转子骨架中，所述永磁体均采用斜极布置方式。

5.根据权利要求3所述的集成有减震器的盘式轮毂电机，其特征在于：所述转子骨架为圆环型。

6.根据权利要求1所述的集成有减震器的盘式轮毂电机，其特征在于：所述减震器的中心处开设有供所述中心轴穿过的定子中心孔，所述减震器的上端和下端分别利用弹簧与所述定子骨架固定连接。

7.根据权利要求6所述的集成有减震器的盘式轮毂电机，其特征在于：所述减震器通过所述定子中心孔与所述中心轴过盈配合。

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