CN115335249A - 车轮总成、车辆和组装方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于车辆的车轮总成。所述车轮总成包括轮内电机、轴、第一车轮轴承和锁定螺母。所述轮内电机包括定子、转子和电磁体。所述定子被固定地连接到所述轴。所述定子包括所述电磁体。所述转子同轴地围绕所述定子。所述第一车轮轴承布置在所述轴上以将所述转子可旋转地连接到所述轴。所述锁定螺母布置在所述轴上。所述轴具有适于与所述车辆的直立部分接合的接合部。所述接合部在所述第一车轮轴承与所述锁定螺母之间。所述锁定螺母布置为将所述直立部分夹持在所述第一车轮轴承与所述锁定螺母之间。

Description

车轮总成、车辆和组装方法

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的车轮总成，尤其是一种包括用于车辆的轮内电动机的车轮总成。本发明进一步涉及一种包括车轮总成的车辆。进一步，本发明涉及一种用于组装用于车辆的车轮总成的方法。

致谢

本申请的项目已经获得欧盟“地平线2020”研究和创新计划的资助，资助协议号为No.848620。

背景技术

众所周知，Aurora太阳能汽车团队于1997年在澳大利亚的世界太阳能挑战赛时使用一种轮内电机(也被称为轮毂电机)，R.Al Zaher的论文“轴向磁通永磁电机Csiro”对此进行了描述和展示，该论文可在代尔夫特理工大学(the Delft University ofTechnology)的图书馆[-1-]中找到，更具体地，如图4和图5右侧所示。该电机将进一步被称为Csiro电机。该出版物也在其图5左侧示出一种改进的电机，其也被称为改进的Csiro电机。

值得注意的是，该电机由Marand Precision进一步开发，见[-2-]。Csiro电机以及改进的Csiro电机属于转子同轴环绕定子的一组电机，即所谓的外转式电机。电机包括附接到转子的永磁体和附接到定子的电磁体。工作中的电磁体产生旋转磁场，其与永磁体相互作用在转子上产生扭矩用于推进。要做到这一点，电流必须被供给到电磁体。技术人员将认识到，用于激励电磁体的电导体(电缆)不能穿过转子，但必须穿过固定在电机所附接的车辆的一部分上的电机的一部分，即所谓的直立部分。

为了提高轮内电机的机械效率，应该使用小直径的车轮轴承。这导致更轻且紧凑的设计。更重要的是，应该使用小直径的密封件来减少摩擦。值得注意的是，用以将润滑剂保持在轴承中的密封件显示出比用以保持环境的污垢、灰尘和湿气在电机的内部体积之外的密封件更低的摩擦，具有IP5x级别或IP6x级别，其中x为7、8或9。在本专利申请的上下文中，将内部体积从环境密封的动态密封被称为环境密封。

Csiro电机和改进的Csiro电机通过将电缆穿过轴上的孔，解决了在使用小型车轮轴承的同时给电磁体供电的问题。

Csiro电机和改进的Csiro电机通过避免使用环境密封将电机的内部与环境密封，解决了环境密封引起的摩擦问题，因此，Csiro电机和改进的Csiro电机的内部部件没有与环境密封。

该“解决方案”的缺点是，它对电机的寿命和坚固性有负面影响。

Csiro电机显示出中心轴具有相对薄壁，并且中部的内部直径大于在端部的内部直径。用于将电导体从轴中的孔穿到电磁体的孔需要在内部直径最大的位置处将墙穿孔。

该电机的另一缺点是，生产这种具有变化的内部直径的轴是困难的，并导致轴缺乏坚固性。在轴的壁穿出的孔有同样的问题。

改进的Csiro电机仅显示出一个车轮轴承(在电机的车辆侧)，并将电导体穿过直孔。轴的壁较厚，因此更坚固。

两种Csiro电机的又一缺点是轮辋与转子成一体。这意味着，当轮胎被刺穿或需要被更换时，轮胎不容易从电机上移除。这使电机不太适合普通载客车辆。

Csiro电机的又一缺点是它们没有被配备有制动器。

值得注意的是，由于永磁体与电磁体之间的磁通量是在轴向方向上，因此Csiro电机和改进的Csiro电机都是所谓的轴向磁通量永磁体电机。具有径向磁通方向的电机，即所谓的径向磁通量永磁体电机也是已知的，也被称为磁阻和感应电机。

值得注意的是，具有实心轴的电机在例如Protean Electric Limited的欧洲专利公开EP3008795B1中已知，所述电机显示出密封的内部体积和小型车轮轴承。密封的内部体积提高电机的寿命和坚固性。然而，通过定子的电力馈通件被放置在远大于车轮轴承的外部直径的直径处，因此需要大直径的密封件，从而产生大的摩擦。

值得进一步注意的是，QS汽车公司展示出一系列外观相似的电机，例如其“13英寸4000瓦单轴E-Max轮毂电机，带可拆卸轮辋”，见网址：http://www.qs-motor.com/product/new-13inch-3000w-8000w-single-shaft-hub-motor-withr emovable-rim/[-3-]。然而，这些电机有两个轴承，定子的每一侧一个(与Csiro电机一样)，并且需要电缆从中心孔通过轴的壁的径向出口。这导致电机不太坚固。

已知的轮内电机经由直立部分连接到车辆。直立部分是支撑车轮并将车轮连接到车辆的悬架系统的部件。直立部分将力从车轮传递到悬架系统。直立部分能够与车轮一起相对于车辆的底盘上下移动。此外，保持方向盘的直立部分能够沿着垂直轴或带有垂直分量的轴旋转，以允许车辆转向。

发明内容

具有已知轮内电机的已知车轮总成的缺点是，这种车轮总成重。沉重的车轮总成使车辆产生大的非簧载质量。大的非簧载质量导致在车轮总成上产生大的力，失去抓地力并失去舒适性，尤其是在不平坦的道路上行驶时。

本发明的目的是减轻车轮总成的重量，或至少提供替代的车轮总成。

本发明的目的通过一种用于车辆的车轮总成来实现，其中车轮总成包括：

轮内电机；

轴；

第一车轮轴承；

锁定螺母；并且

其中所述轮内电机包括定子、转子和电磁体，

其中所述定子被固定地连接到所述轴，

其中所述定子包括所述电磁体，

其中所述转子同轴围绕所述定子，

其中所述第一车轮轴承被布置在所述轴上以将所述转子可旋转地连接到所述轴，

其中所述锁定螺母被布置在所述轴上，

其特征在于所述轴具有适于与所述车辆的直立部分接合的接合部，

其中所述接合部在所述第一车轮轴承(114)与所述锁定螺母之间，

其中所述锁定螺母被布置为将所述直立部分夹持在所述第一车轮轴承与所述锁定螺母之间。

根据本发明的车轮总成，第一车轮轴承和锁定螺母一起配合将直立部分夹持在轴上。直立部分在接合部处布置在轴上，该接合部在第一车轮轴承与锁定螺母之间。锁定螺母被布置在轴上并从轴径向向外延伸。第一车轮轴承从轴径向向外延伸并形成直立部分可以通过锁定螺母夹持的表面。通过拧紧锁定螺母，锁定螺母轴向压在直立部分的一侧，从而将直立部分的相对侧压在第一车轮轴承。因此，轴不需要锁定螺母可以在其上夹持直立部分的任何轴向表面。因此，轴可以用更少的材料制成，从而使车轮总成的重量减轻。此外，直立部分被“面对面”放置到车轮轴承的内母线，这大大提高车轮总成的弯曲刚度。

接合部是轴的一部分，例如，其通过直立部分中的孔装配。例如，直立部分中的孔决定直立部分相对于轴的位置。例如，直立部分中的孔由突起或凹口提供，以确定直立部分相对于轴的角定向。例如，轴的接合部具有圆形横截面或矩形横截面，或允许接合部与直立部分接合的任何其他合适的横截面。例如，通过拧紧锁定螺母，直立部分沿着轴滑动直到直立部分与第一车轮轴承接触。通过进一步拧紧锁定螺母，锁定螺母产生将直立部分夹持在第一车轮轴承上的夹持力，将直立部分相对于轴固定。在一示例中，环或垫片被布置在直立部分与第一车轮轴承之间。当拧紧锁定螺母时，环或垫片与直立部分一起在轴上滑动，直到锁定螺母产生夹持力。环或垫片将夹持力从锁定螺母传递到第一车轮轴承。

例如，转子被布置为支撑轮辋。轮辋支撑轮胎。优选地，轮辋可拆卸地附接到转子，这允许更容易地更换轮胎。

在一实施例中，第一车轮轴承被布置在接合部与定子之间。

根据这个实施例，第一车轮轴承与直立部分被布置在定子的同一侧。施加到轮胎的力，诸如在车辆沿拐角转向时产生的力或车辆的重量产生的力，经由转子从轮胎传递到第一车轮轴承，从第一车轮轴承到直立部分，并经由直立部分到车辆的底盘。通过将第一车轮轴承和直立部分布置在定子的同一侧，从轮胎传递到底盘的力的路径长度被最小化。因此，与已知的车轮总成相比，车轮总成可以做得更小，从而具有更少的包装体积。

在一实施例中，锁定螺母被布置为通过直立部分预加载第一车轮轴承。

根据这个实施例，锁定螺母能够提供将直立部分夹持到第一车轮轴承的夹持力，并通过这样做预加载第一车轮轴承。因此，用以夹持直立部分的夹持力也是第一车轮轴承上的预加载力。通过预加载第一车轮轴承，第一车轮轴承的不同部件被压在一起。例如，第一车轮轴承包括滚动元件，诸如布置在滚道中的滚珠、滚柱或滚针。当转子相对于轴旋转时，滚动元件能够沿着滚道移动。通过预加载第一车轮轴承，滚动元件被推入滚道中，减小滚动元件和滚道之间的游隙，并增加第一车轮轴承的刚度。通过使用锁定螺母预加载第一车轮轴承，不需要任何额外的部件来产生预加载力。

在一实施例中，车轮系统包括位于定子与第一车轮轴承之间的第二车轮轴承。该第二车轮轴承被布置在轴上以将转子可旋转地连接到轴。锁定螺母被布置为预加载第一车轮轴承和第二车轮轴承。

根据这个实施例，第一车轮轴承和第二车轮轴承被布置在轴上并被连接到转子。这增加轴与转子之间连接的刚度和强度，以在垂直于轴的方向上旋转。当车辆高速驶过急弯时，这种刚度和强度有所帮助。通过锁定螺母预加载第二车轮轴承，提高第二车轮轴承的刚度，而不对车轮总成增加太多额外重量。第二车轮轴承不需要密封件(除了例如用于将润滑剂保持在第二车轮轴承中的润滑剂密封件之外)，在该实例中，第一车轮轴承中的环境密封件已经考虑了针对环境影响的保护。

优选地，第一车轮轴承和第二车轮轴承具有相同的内部直径和外部直径，并且由母线或环隔开，使得它们装配在在轴的同一部分上，并且使紧密装配成为可能。在一示例中，第一车轮轴承和第二车轮轴承是相同的轴承。

在一实施例中，第一车轮轴承包括具有内圈、外圈和滚动元件的滚动元件轴承。外圈径向包围内圈。滚动元件被径向布置在内圈与外圈之间。内圈布置在轴上。外圈布置在转子上。锁定螺母可使内圈变形。锁定螺母被布置为通过使内圈变形而将滚动元件预加载到外圈。

根据这个实施例，当锁定螺母被拧紧在轴上时，第一车轮轴承的内圈变形。例如，内圈具有柔性部分，当锁定螺母将夹持力施加在内圈上时，该柔性部分变形。在另一示例中，内圈具有开口，诸如孔或槽，当锁定螺母将夹持力施加在内圈上时，该开口被部分或完全闭合。当变形时，内圈将滚动元件推向外圈。例如，滚动元件与内圈上的滚道接触。例如，滚道与轴的角度为30度、45度或60度。通过沿着轴拧紧锁定螺母，滚道沿着该角度推压滚动元件。例如，第一车轮轴承适于在沿着轴的方向上提供最大刚度，其中角度为低，即0度到45度。在另一示例中，第一车轮轴承适于在垂直于轴的方向上提供最大刚度，其中角度为高，即45度到90度。

在一实施例中，内圈具有第一圈部和第二圈部。滚动元件包括两排滚动元件。第一圈部接触两排中的一排。第二圈部接触两排中的另一排。锁定螺母被布置为通过将第一圈部和第二圈部相对于彼此移动而使内圈变形。

根据这个实施例，锁定螺母被布置为通过拧紧锁定螺母将第一圈部和第二圈部相对于彼此移动。例如，通过拧紧锁定螺母，锁定螺母将第一圈部和第二圈部推向彼此。第一圈部推压一排滚动元件，诸如滚珠、滚柱或滚针。滚动元件从第一圈部径向向外布置并且在垂直于轴的平面内。第二圈部推压另一排滚动元件，诸如滚珠、滚柱或滚针。滚动元件从第二圈部径向向外布置并且在垂直于轴的平面内。两排滚动元件沿着轴彼此偏移。

在一实施例中，车轮总成包括通道。通道通过轴或穿过轴。转子包围内部体积，定子被布置在该内部体积中。通道用于容纳从车辆通过第一车轮轴承到内部体积的电导体。车轮总成包括在转子与轴之间密封内部体积的环境密封件，优选为将内部体积与环境气密密封。

通过提供通过第一车轮轴承通过轴或穿过轴的通道，轮内电机能经由电导体被提供电力和电信号，而环境密封件防止或至少减少污染物进入内部体积。将内部体积从环境气密密封意味着电机能够抵抗污物、灰尘和水，并且对寿命和坚固性产生积极影响。人们注意到，在上下文中，气密密封是指在内部体积与环境之间形成密封的密封。这不同于仅用于保持例如轴承内的润滑剂的密封。

为了避免通过轴或穿过轴的泄漏，电导体通过轴或穿过轴的通道被气密密封。这可以通过例如在插入电导体之后在孔中添加灌封材料来实现。为了能够维修，可以使用油灰来代替灌封材料。

在一实施例中，环境密封件被集成在第一车轮轴承中。通过使用集成在第一车轮轴承中的环境密封件，将内部体积与环境密封的环境密封件具有较小的直径。环境密封件与车轮轴承集成，这是因为这是本设计中环境密封件可用的最小直径。由环境密封件引起的任何摩擦力被施加为非常靠近轴的中心，因此仅产生小的摩擦扭矩。相比之下，被施加为远离轴的中心的相同摩擦力产生大的摩擦扭矩。

优选地，第一车轮轴承仅示出位于轴的远侧(即，在车辆侧)的一个环境密封件，从而保护第一车轮轴承的内部和电机的内部体积免受环境影响。第一车轮轴承的远侧是背向定子的一侧。轴承的另一侧(在普通车轮轴承中通常也显示出密封件以保护轴承的内部免受环境影响)暴露于电机的内部体积，并且不需要用于将内部体积与环境密封的环境密封件。

值得注意的是，该侧可能需要具有低摩擦(低作用力)的润滑剂密封，以将润滑剂(油或油脂)保留在第一车轮轴承中，但如所描述的，这种润滑剂密封不需要引起高摩擦。

值得进一步注意的是，在轴向磁通或径向磁通永磁体电机中，电磁体与永磁体之间的间隙为小的间隙，通常为1毫米-2毫米。如果任何颗粒进入该间隙，则可能发生损坏脆性磁体或磁铁。由一个环境密封件(引起摩擦)和一个或多个静态密封件(不引起摩擦)产生密封。而且，应避免材料生锈或或任何其他退化的形成。

需要指出的是，轴中的孔(从而形成中空圆柱体)对轴的强度影响很小：与实心圆柱体相比，这种圆柱体的弯曲刚度由S＝1-(r/R)⁴表示，其中S为相对弯曲刚度，R为圆柱体的外半径，并且r为孔的半径(对于大型圆柱体为零)。如果例如r＝R/2，则S＝1-1/16，减少约6％。

在一实施例中，车轮总成包括电导体和连接器。轴在车轮总成的车辆侧处具有远端。电导体被连接到连接器。连接器被布置在轴的远端，用于与车辆连接。

根据这个实施例，连接器被布置在最靠近车辆的底盘的轴的一侧。当将车轮总成安装到车辆的直立部分时，连接器可以被轻松连接到车辆，以经由电导体将电力和/或电信号提供给轮内电机。连接到电导体和/或电线的连接器减少部件并易于使用。

在一实施例中，连接器具有插脚并且适于与具有相应插脚的反向连接器相匹配。轴被提供有与锁定螺母配合的螺纹。反向连接器包括适于与螺纹配合的锁定帽。

根据这个实施例，反向连接器经由锁定帽被支撑到锁定螺母被布置在其上的同一螺纹上。这样，不需要单独的支撑结构来保持反向连接器，这将给车辆的非簧载质量增加额外的空间。这个实施例也允许连接器与反向连接器之间的简单连接。通过将同一螺纹用于锁定螺母并且用于附接反向连接器(通过旋紧)，部件的数量，并且因此价格进一步减少，而使用方便性进一步增加，并且体积也减少。

在一实施例中，电导体经由穿过轴的一个或更多孔和/或在轴上的一个或更多凹槽而在第一车轮轴承中穿过。

根据这个实施例，轴具有电导体穿过的孔或凹槽。因此，电导体被轴或者轴中的凹槽以及车轮轴承的内部部分包围。尽管凹槽从轴的外部直径移除材料时略微削弱该轴，但是它造成电导体的简单安装。

在一示例中，除了电导体之外或作为电导体的替代，可以类似地安装冷却通道，诸如软管或管。为了保持轮内电机中的温度，其中轮内电机中的所有部件，诸如电磁体和例如永磁体，可以安全地工作，通过流体(液体或气体)进行冷却可能是必要的。冷却能量可用于车辆中的其他用途，诸如车厢加热和锂离子电池的温度控制，并且通过包括用于流体冷却的通道的系统来最佳实现。

值得注意的是，热管等也使用流体，并且被明确包括在本示例中。

值得进一步注意的是，流体可以由管包围，该管定位在通道中，或者流体可以与通道直接接触，通道是轴的一部分。

将通道作为轴和/或定子的一部分导致更少的部件和连接，从而更少的泄漏机会。它能够使用小的轴直径，同时通过增加材料保持轴的刚度(对于通道的同一内部直径)。由于整个轴和定子被冷却，它也略微改善了热传递。

值得注意的是，作为引导电导体通过轴的额外好处，电导体也被轴材料屏蔽，轴材料通常是相当良好的传导材料，诸如钢。如果需要，传导涂层例如铜涂层可以被用在轴上以改善一个或多个孔的(表面)传导性。

在一实施例中，车轮总成包括一个或更多个安全阀，用以避免在内部体积中形成起负压或超压。

根据这个实施例，由于车轮总成的内部体积的密封或气密密封，温度(其中的一个原因是电机耗散)和/或环境压力的变化，能够造成内部体积相对于环境压力的超压或负压。这个压差可能导致环境密封的损坏，或者车轮总成的其他部件的损坏。而且，摩擦可能根据压差而变化。为了避免这种情况，如果需要过滤器(例如分子筛)，可以使用一个或更多个安全阀。作为一示例，一个安全阀可以释放内部体积的超压，而另一安全阀可以充当用于释放内部体积的负压。在另一示例中，单个安全阀适于释放内部体积的超压和负压。

值得注意的是，环境密封的摩擦通常取决于密封必须承受的最大压差：大的压差意味着具有大的摩擦的坚固密封。典型的车轮轴承包括可以承受高达0.3巴-0.5巴的压差，通常高达0.25巴的压差密封件。

值得注意的是，这种用于密封电机的安全阀也可以用于没有中空轴的电机，并且甚至不限于轮内电机，但是可应用于所有具有气密密封体积的电机。

在一实施例中，车轮总成包括安装在转子上的盘式制动器的制动盘。

根据这个实施例，使用盘式制动器。制动盘布置在转子上。盘式制动器的卡钳布置在定子或直立部分上。卡钳与制动盘配合，以通过夹持制动盘在卡钳与制动盘之间产生摩擦力来耗散来自转子的能量。在替代实施例中，使用鼓式制动器，其中鼓式制动器布置在转子上。

在一实施例中，轮内电机是轴向磁通永磁电机、径向磁通永磁电机、感应电机和磁阻电机的组中的电机。

在本发明的进一步方面中，提供一种配备有根据所述实施例中的一个中的车轮总成并且包括直立部分的车辆。

在一实施例中，直立部分包括钢部分。锁定螺母布置为通过钢部分预加载第一车轮轴承。

根据这个实施例，由锁定螺母提供的夹持力经由直立部分的钢部分被传递到第一车轮轴承。直立部分的钢部分能够承受由夹持力造成的大的应力。例如，夹持力在50千牛-150千牛的范围内，例如70千牛-120千牛，以在第一车轮轴承上提供足够的预加载。通过提供钢部分，防止直立部分因夹持力而发生塑性变形。直立部分的不经受夹持力的其他部分，例如由钢以外的其他材料诸如铝制成。在一示例中，整个直立部分由钢制成。

在本发明的又一方面中，提供一种用于组装用于车辆的车轮总成的方法，该方法包括：

提供包括定子、转子和电磁体的轮内电机，其中所述定子包括所述电磁体，并且

其中所述转子同轴地围绕所述定子；

将所述定子固定到轴；

通过将所述第一车轮轴承布置在所述轴上，将所述转子可旋转地连接到所述轴，

将锁定螺母布置在所述轴上，

将直立部分布置在所述第一车轮轴承与所述锁定螺母之间的所述轴上，并且

拧紧所述锁定螺母以将所述直立部分夹持在所述第一车轮轴承与所述锁定螺母之间。

在一实施例中，该方法包括：在拧紧锁定螺母之前，将第一车轮轴承布置在直立部分与定子之间。

在一实施例中，该方法包括通过直立部分用锁定螺母预加载第一车轮轴承。

附图说明

本发明现在使用附图来阐明，在该图中，相同的附图标记表示相应的特征。为此目的：

图1根据本发明示意性示出一轮内电机，

图2A示意性示出具有孔的轴的横截面，

图2B示意性示出具有凹槽的轴的横截面，

图3示意性示出本发明的一进一步实施例的横截面，以及

图4示意性示出图3中的横截面的细节。

具体实施方式

图1示意性示出用于车辆的轮内电机。轮内电机100示出具有电磁体104的定子102。轴106被固定地连接到定子102，轴106示出在车辆侧(A)处的远端108。为了固定地连接，定子102和轴106可以由单个部件加工而成，或者它们可以例如被焊接、被钎焊等。转子110同轴地围绕定子102并且包围定子102所在的内部体积112。电机100包括径向定位在转子110与轴106之间并且被轴向定位在定子102与远端108之间第一车轮轴承114。车轮轴承114示出在转子110与定子102之间用于将电机100的内部体积112与环境密封隔离的一体化的环境密封件122。一个或更多个电导体116和/或冷却导管穿过孔107到达内部体积112。电导体116向电磁体(示出)或内部电子器件(未示出)供电。优选地，电导体116是电缆，但也可以使用母线。电机100进一步示出被旋紧在螺纹134上的锁定螺母118和轮辋120。轮辋120用于承载轮胎132并可拆卸地连接到转子110，以在不完全拆除电机100的情况下更换轮辋120上的轮胎132。

制动盘的盘136被安装在转子110上以实现(机械)制动。

值得注意的是，电磁体104可以被配备有背铁，在电磁体104的轴106侧采用中空圆柱体(总线)形式，。

优选地，定子102具有不同于转子110的永磁体124的数量的许多电磁体104。永磁体126被附接到背铁126。通过将三相电信号施加到电磁体104，旋转磁场产生。旋转磁场与永磁体124的磁场的相互作用在转子110和定子102之间产生扭矩。然后，该扭矩被传递到道路并且对车辆产生推进力。这种电机的效率远高于90％，也就是说：在正常使用中，不到10％的应用电能以热量的形式耗散，并且其大部分以机械动能的形式传递到道路。因此，必须耗散的热量受到限制，但通常使用流体(优选为液体)的强制冷却，以被转移到散热器或用以控制(加热)车辆和/或电池的内部的温度。这是为了克服永磁体124和电磁体104的线圈的过热。

电导体116，例如母线或电缆，被引导通过轴106的孔107。这可以是一个公共孔，或者多个单独的孔。

如果适用，两个用于冷却的通道(一通道流入，一通道流出)也被引导通过轴106。流体可以在插入孔中的管中运送，或者孔可以是流体通过其被运送的管道的一部分。在后者情况下，管道可以例如通过螺纹接头与轴106接触。作为替代方案，用于流体的通道可以被集成在定子102(的材料)中。

第一车轮轴承114具有将内部体积112与环境密封隔离的环境密封件122。如果需要，第一车轮轴承114也包括润滑剂密封件，用以保持车轮轴承润滑。该密封件位于第一车轮轴承114的轴承滚珠与电机100的内部体积122之间。该密封件不需要保护第一车轮轴承114免受灰尘和水的进入，因此可以是一种表现出更小摩擦的更轻类型的密封件。

除了环境密封件122以及盖130与转子110之间的静态密封件128造成的密封之外，通过轴的孔也需要被密封(密封未示出)。这种密封可以通过由例如树脂填充该孔或通过使用例如O形环密封该(些)孔中的导体来实现。

值得注意的是，除了用于供应电力的三个电导体116和可选的冷却通道之外，优选地，也存在一个或更多个数据通道以测量例如电机中的速度表、用于确定电磁体和永磁体的相对位置的传感器、温度测量值等，并使这些信号为车辆所知。

当提高已经具有这种高效率的电机的效率时，例如将其从90％提高到95％，似乎收获甚少。然而，这意味着机械损失几乎减半。这也意味着电机中产生的热量更少，可能淘汰或大大简化使用流体的强制冷却。作为替代，它可以在相同的包装(体积)中提供更大的功率。

在锁定螺母118与车轮轴承114之间可以存在车辆的直立部分(的一部分)，从而将电机附接到车辆。如果需要，中空圆柱体可以插入在直立部分与第一车轮轴承114之间以调整直立部分与电机之间的距离。

远端可以被形成为具有插脚(优选为阳插脚)的连接器，以与包括插脚(由于车辆为危险电压源，优选为车辆侧的阴插脚)的反向连接的连接器相匹配。连接器可以共享轴的远端的螺纹(也由锁定螺母使用)。而且，优选包括(低功率/低电压)数据通道(用于速度计、用于确定电磁体和永磁体的相对位置的传感器、温度测量等)。

当耗散功率变化时，内部体积112的温度变化，从而在内部体积112中产生不同的压力。而且，环境的压力可能由于天气变化和/或高度不同而变化(当上坡或下坡行驶时)。由此产生的压差对例如盖130和集成在第一车轮轴承114中的密封件施加大的力。为了避免这种情况，优选地，电机也包括一个或更多个安全阀以避免超压或负压。安全阀可以被安装在转子或轴上，在孔与内部体积112非密封接触的位置处穿透孔。可以使用两个单向安全阀，一个用于过压，并且一个用于负压，或者可以使用一个双向阀。

图2A和图2B示意性示出根据本发明的两种不同形式的轴的横截面。

图2A示出具有孔204的轴202。在孔中插入电缆206-1、206-2和206-3形式的导体。进一步示出流体通道208-1和208-2。为了密封该孔，密封剂210例如环氧树脂填充在电导体与通道之间的空间。

图2B示意性示出具有凹槽的轴202。在凹槽中，电缆206-1、206-2和206-3由例如环氧树脂210固定。而且，两个冷却剂通道208-1和208-2被插入在凹槽上。金属圆柱体212围绕轴和环氧树脂填充物以提供均匀光滑的表面。圆柱体可以通过例如环氧树脂和/或压接、点焊等被固定到轴。

为了轴的额外弯曲刚度，锁定螺母(118)将车辆的直立部分直接“面对面”压到车轮轴承，并且为了便于使用，优选地，电机在轴的远端(108)上被配备有连接器。

图3根据本发明示意性示出进一步的实施例。例如，该实施例具有与图1的实施例相同的特征或者与图2的实施例相同的特征。图3示出用于车辆的车轮总成10。车轮总成10包括轮内电机100、轴202、第一车轮轴承114和锁定螺母118。轮内电机10包括定子102、转子110和电磁体104。轮内电机100进一步包括永磁体124，该永磁体124与电磁体104配合，用于通过相对于定子102旋转转子110来产生电磁力以驱动轮内电机10。定子102被固定地连接到轴202。定子102包括电磁体104。转子110同轴地围绕定子102并且形成定子102被布置在其中的内部体积112。第一车轮轴承114被布置在轴202上以将转子110可旋转地连接到轴202。锁定螺母118被布置在轴202上。轴202具有接合部312。接合部312适于与车辆的直立部分300接合。接合部312由沿着轴202延伸的双面箭头表示。接合部312具有直立部分300的宽度。接合部311在第一车轮轴承114与锁定螺母118之间。锁定螺母118被布置为将直立部分300夹持在第一车轮轴承114与锁定螺母118之间。

内部体积112被盖130约束在附图的左侧。内部体积112的远端侧被转子110约束，而相对侧被盖130约束。盖130有助于防止污染物进入内部体积112。静态密封件128被布置在转子110与盖130之间，但是附图中未示出。盖130具有可以提供机械强度的厚度，以帮助保护内部体积112内部的轮内电机。万一发生事故，盖130的机械强度有助于防止物体与轮内电机100碰撞，该碰撞可能对轮内电机100造成损坏。

第一车轮轴承114被布置在接合部312与定子102之间。锁定螺母118被布置为通过直立部分300预加载第一车轮轴承114。这在图4中更详细地示出。

图4示出直立部分300在第一车轮轴承114和锁定螺母118之间布置在轴202的接合部312上。为了防止在拧紧锁定螺母118时损坏直立部分300，垫片402被布置在锁定螺母180与直立部分300之间。当拧紧锁定螺母118时，锁定螺母118通过垫片402向直立部分300提供夹持力，以将直立部分300压在第一车轮轴承114上。轴202被提供有轴向表面，以如图所示在第一车轮轴承114的左侧约束第一车轮轴承114。轴202在接合部312中被提供有键槽，以容纳轴键306。轴键306(或者被称为钉或插脚)被插入键槽中并从轴202径向延伸。直立部分300具有槽，用以接纳轴键306的从轴202径向延伸的一部分。轴键306设定轴202相对于直立部分300的旋转方位。直立部分300具有多个安装孔412以容纳螺栓，以将直立部分300栓接到车辆的悬架系统。

在这个实施例中，第一车轮轴承114是滚动元件轴承，其具有内圈、外圈408和滚动元件。内圈具有第一圈部404和第二圈部406。滚动元件为钢滚珠或陶瓷滚珠。外圈408径向包围内圈。滚动元件被径向布置在内圈与外圈之间。内圈被布置在轴上。外圈408被布置在转子110上。内圈可通过锁定螺母118变形。锁定螺母180被布置为通过使内圈变形而将滚动元件预加载到外圈408。

为了预加载内圈，内圈具有第一圈部404和第二圈部406。滚动元件包括两排滚动元件416、418。每排滚动元件416、418围绕轴202被径向布置。排416和418沿着轴202的方向彼此偏移。第一圈部404接触两排中的一排，即排416。第二圈部406接触两排中的另一排，即排418。锁定螺母118被布置为通过将第一圈部404和第二圈部406相对于彼此移动而使内圈变形。当锁定螺母118尚未被拧紧时，第一圈部404与第二圈部406之间有小的轴向开口。当拧紧锁定螺母180时，第一圈部404与第二环部件406之间的开口变得更小。锁定螺母118通过关闭或减小在第一圈部404与第二圈部406之间的轴向开口而使内圈变形。

第一圈部404具有以角度α推压排416中的滚动元件的滚道。外圈408具有推动排416中的滚动元件的直径侧的滚道。第二圈部406具有以β角推动排418中的滚动元件的滚道。外圈408具有推动排418中的滚动元件的直径侧的另一滚道。

通道308容纳从车辆通过第一车轮轴承114到达内部体积112的电导体116。环境密封件410布置在转子110与轴202之间以密封内部体积112。环境密封件410被集成在第一车轮轴承114中。通道308通过轴202。

根据需要，本文件描述本发明的详细实施例。然而，必须理解，所公开的实施例仅用作示例，并且本发明也可以以其他形式实施。因此，本文所公开的具体构造方面不应被认为是对本发明的限制，而应仅作为权利要求的基础和使本发明可由普通技术人员实施的基础。

此外，说明书中使用的各种术语不应解释为限制性的，而应解释为对本发明的全面解释。

除非另有规定，本文使用的词“一”意味着一个或一个以上。短语“多个”意味着两个或两个以上。词“包括”和“具有”并不排除更多元件的存在。

权利要求中的参考图不应被解释为对本发明的限制。特定实施例不需要实现所描述的所有目的。

仅在不同的从属权利要求中指定某些技术措施的事实仍然允许有利地应用这些技术措施的组合的可能性。

引用的非专利文献。

[-1-]“轴向磁通永磁电机Csiro”，R.Al Zaher，论文，2010年4月4日，代尔夫特理工大学图书馆，

https://repository.tudelft.nl/islandora/object/uuid:029674d0-3844-4b92-be6d-

90bdcc4b9dad/datastream/OBJ/download

[-2-]Marand Precision私人有限公司,见:

https://renew.org.au/wp-content/uploads/2018/12/marand_high_efficiency_motor.pdf

[-3-]“13英寸4000瓦单轴E-Max轮毂电机，带可拆卸轮辋”，QS汽车公司，

见http://www.qs-motor.com/product/13inch-3000w-single-shaft-hub-motor-v3-type/

Claims (19)

1.一种用于车辆的车轮总成(10)，所述车轮总成(10)包括：

轮内电机(100)；

轴(106，202)；

第一车轮轴承(114)；和

锁定螺母(118)；

其中所述轮内电机(100)包括定子(102)、转子(110)和电磁体(104)，

其中所述定子(102)固定地连接到所述轴(106，202)，

其中所述定子(102)包括所述电磁体(104)，

其中所述转子(110)同轴地围绕所述定子(102)，

其中所述第一车轮轴承(114)布置在所述轴(106，202)上以将所述转子(110)能旋转地连接到所述轴(106，202)，

其中所述锁定螺母(118)布置在所述轴(106，202)上，

其特征在于

所述轴(106，202)具有适于与所述车辆的直立部分(300)接合的接合部(312)，

其中所述接合部(312)在所述第一车轮轴承(114)与所述锁定螺母(118)之间，

其中所述锁定螺母(118)布置为将所述直立部分(300)夹持在所述第一车轮轴承(114)与所述锁定螺母(118)之间。

2.根据权利要求1所述的车轮总成(10)，其中所述第一车轮轴承(114)布置在所述接合部(312)与所述定子(102)之间。

3.根据权利要求1或2所述的车轮总成(10)，其中所述锁定螺母(118)布置为通过所述直立部分(300)预加载所述第一车轮轴承(114)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的车轮总成(10)，包括位于所述定子(102)与所述第一车轮轴承(114)之间的第二车轮轴承，其中所述第二车轮轴承布置在所述轴(106，202)上以将所述转子(110)能旋转地连接到所述轴(106，202)，其中所述锁定螺母(118)布置为预加载所述第一车轮轴承(114)和所述第二车轮轴承。

5.根据前述权利要求中任一项所述的车轮总成(10)，其中所述第一车轮轴承(114)包括具有内圈、外圈(408)和滚动元件的滚动元件轴承，其中所述外圈(408)径向包围所述内圈，其中所述滚动元件径向布置在所述内圈与所述外圈(408)之间，其中所述内圈布置在所述轴(106，202)上，其中所述外圈(408)布置在所述转子(110)上，其中所述内圈通过所述锁定螺母(118)能变形，其中所述锁定螺母(118)布置为通过使所述内圈变形而将所述滚动元件预加载到所述外圈(408)。

6.根据权利要求5所述的车轮总成(10)，其中所述内圈具有第一圈部(404)和第二圈部(406)，其中所述滚动元件包括两排(416，418)滚动元件，其中所述第一圈部(404)接触所述两排(416，418)中的一排(416)，其中所述第二圈部(406)接触所述两排(416，418)中的另一排(418)，其中所述锁定螺母(118)布置为通过将所述第一圈部(404)和所述第二圈部(406)相对于彼此移动而使所述内圈变形。

7.根据前述权利要求中任一项所述的车轮总成(10)，包括通道，

其中所述转子(110)包围所述定子(102)布置在其中的内部体积(112)，

其中所述通道(308)用于容纳从所述车辆通过所述第一车轮轴承(114)到达所述内部体积(112)的电导体(116)，

其中所述车轮总成(10)包括在所述转子(110)与所述轴(106，202)之间密封所述内部体积(112)的环境密封件(122)，

其中所述通道(308)通过所述轴(106，202)或穿过所述轴(106，202)。

8.根据权利要求7所述的车轮总成(10)，其中所述环境密封件(122)集成在所述第一车轮轴承(114)中。

9.根据权利要求7或8所述的车轮总成(10)，包括所述电导体(116)和连接器，

其中所述轴(106，202)在所述车轮总成(10)的车辆侧(A)处具有远端，

其中所述电导体连接到所述连接器，

其中所述连接器布置在所述轴(106，202)的所述远端，用于连接所述车辆。

10.根据权利要求9所述的车轮总成(10)，其中所述连接器具有插脚并且适于与具有相应插脚的反向连接器相匹配，

其中所述轴(106，202)被提供有与所述锁定螺母(118)配合的螺纹(134)，

其中所述反向连接器包括适于与所述螺纹(134)配合的锁定帽。

11.根据权利要求9或10所述的车轮总成(10)，其中所述电导体(116)经由通过所述轴(106，202)的一个或更多孔(107，204)和/或在所述轴(106，202)上的一个或更多凹槽(214)在所述第一车轮轴承(114)中穿过。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的车轮总成(10)，包括一个或多个安全阀，用于避免在所述内部体积(112)中形成负压或超压。

13.根据前述权利要求中任一项所述的车轮总成(10)，包括安装在所述转子(110)上的盘式制动器的制动盘(136)。

14.根据前述权利要求中任一项所述的车轮总成(10)，其中所述轮内电机是轴向磁通永磁电机、径向磁通永磁电机、感应电机和磁阻电机的组中的电机。

15.一种车辆，配备有根据前述权利要求中任一项所述的车轮总成(10)并包括所述直立部分(300)。

16.根据权利要求15所述的车辆，其中所述直立部分(300)包括钢部分，其中所述锁定螺母(118)布置为通过所述钢部分预加载所述第一车轮轴承(114)。

17.一种用于组装用于车辆的车轮总成(10)的方法，所述方法包括：

提供包括定子(102)、转子(110)和电磁体(104)的轮内电机(100)，其中所述定子(102)包括所述电磁体(04)，并且

其中所述转子(110)同轴地围绕所述定子(102)；

将所述定子(102)固定到轴(106，202)；

通过将第一车轮轴承(114)布置在所述轴(106，202)上，将所述转子(110)能旋转地连接到所述轴(106，202)，

将所述锁定螺母(118)布置在所述轴(106，202)上，

将直立部分(300)在所述第一车轮轴承(114)与锁定螺母(118)之间布置在所述轴(106，202)上，以及

拧紧所述锁定螺母(118)以将所述直立部分(300)夹持在所述第一车轮轴承(114)与所述锁定螺母(118)之间。

18.根据权利要求17所述的方法，包括：

在拧紧所述锁定螺母(118)之前，将所述第一车轮轴承(114)布置在所述直立部分(300)与所述定子(102)之间。

19.根据权利要求17或18所述的方法，包括：

通过所述直立部分(300)用所述锁定螺母(118)预加载所述第一车轮轴承(114)。

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