CN1799889A - 具有高耐久性的轮内马达 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有高耐久性的轮内马达。该轮内马达(70)包括产生动力的电动机(65)、相对于电动机(65)朝向轮辐(10)设置以减小电动机(65)的输出的行星齿轮系(80)和相对于行星齿轮系(80)朝向轮辐(10)设置并连接到行星架(84)的轴(110)。轴(110)与将动力传递到轮辐(10)的等速万向节(30)相连接。

Description

具有高耐久性的轮内马达
本非临时申请基于2005年1月6日提交给日本专利局的日本专利申请No.2005-001801，此处将该申请的全部内容引用进来作为参考。
技术领域
本发明涉及一种轮内马达(原动机)，具体涉及一种具有高耐久性的轮内马达。
背景技术
一种已知的传统的轮内马达驱动方案(方式)是用马达悬架支承中空马达(例如，见WO02/083446和Go Nagaya，Yasumichi Wakao和AkihikoAbe的“Development of an In-Wheel Motor with AdvancedDynamic-Damper Mechanism(具有高级动态减振器机构的轮内马达的开发)”，日本汽车工程师协会，2002年11月26日，会前印刷集No.83-02，第9-12页)。中空马达与车轮装置的车轮相接合，以便使车轮转动。中空马达由马达悬架支承，以便马达可以在车辆的垂直方向上振动，从而与簧下质量分开。车轮由悬架臂支承到车辆。在轮内马达驱动方案中，当车轮装置振动时，中空马达通过车轮承受车轮装置(单元)的振动并在车辆的垂直方向上振动。中空马达的振动与簧下振动相抵消。
同时，为了不增加电动机的体积，希望经由减速器将电动机的输出转矩传递到车轮。
因此，在传统的轮内马达驱动方案中，使用齿轮(传动)马达作为轮内马达，其中，中空内转子型电动机(马达)和行星减速器一体地装配在马达壳体内。
具体地，齿轮马达的电动机是中空内转子型电动机，该电动机包括固定到沿径向设置在外侧的不可转动壳体上的定子和固定到沿径向设置在内侧的可转动壳体上的转子。不可转动壳体与作为固定部分的转向节相接合，可转动壳体与行星减速器的太阳齿轮相接合并可转动地连接到马达壳体的轴部。
当太阳齿轮随转子的转动而转动时，太阳齿轮的转速被转换并减小为与行星齿轮的公转周期(orbital period)相对应的速度，并从行星架传递到与减速器的输出轴相接合的轴。该轴具有将行星减速器的输出轴和车轮接合在一起的万向节。
齿轮马达浮动地安装在簧下质量对应部件上，这些部件为围绕每个车轮的部件，马达的转动轴线可以独立于车轮装置的转动轴线沿径向摆动。从而，该马达的质量起到所谓的动态减振器的质量的作用，以抵消当车辆在差的路上行驶时产生的簧下振动。因此，车辆的驾驶舒适性提高。
此处，传统齿轮马达中的电动机和行星减速器从车轮向车身按以下顺序设置：万向节、电动机和行星减速器。从而，车轮装置的振动经由车轮和万向节从电动机传递到行星减速器。由车轮装置的振动产生的应力作用到电动机和行星减速器中的每一个。由于该应力与距作为振动源的车轮装置的距离成较大的比例，因此较大的应力作用在距车轮装置最远的行星减速器上。
众所周知，行星减速器具有多个齿轮相啮合的结构，因此该结构的应力刚性较低。因此，传统的轮内马达驱动方案存在轮内马达的耐久性低的问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种具有高耐久性的轮内马达。
根据本发明，提供了一种轮内马达。该轮内马达包括：产生动力的电动机，相对于该电动机朝向轮辐设置以减小该电动机的输出的减速器，和相对于该减速器朝向轮辐设置以将该减速器的输出传递到轮辐的转动轴。该转动轴与将动力传递到轮辐的动力传递机构相连接。
优选地，该减速器由行星齿轮机构形成。该行星齿轮机构包括：与该电动机的转子相接合的太阳齿轮，设置成与该太阳齿轮相啮合的小齿轮，与该小齿轮相接合且与转动轴相连接的行星架，和不可转动地固定的齿圈。
优选地，该轮内马达还包括：容纳该电动机和该减速器的壳体。该壳体包括：朝向车身设置以固定该电动机和该减速器的第一壳体，和朝向该轮辐设置的将要在垂直于该转动轴的面处与该第一壳体接合的第二壳体。该第二壳体抵靠该减速器的垂直于该转动轴的端面，以沿转动轴的方向固定减速器。
优选地，所述第二壳体抵靠所述齿圈的垂直于所述转动轴的端面。
根据本发明，该轮内马达的耐久性提高。
从下面结合附图对本发明的详细描述中，可以更清楚地发现本发明的前述和其它目的、特征、方面和优点。
附图说明
图1是包括根据本发明实施例的轮内马达的电动轮和支承该电动轮的车轮支承装置的示意性截面图；
图2是从图1中所示的方向A所看到的电动轮和车轮支承装置的平面图；以及
图3是图1中所示的轮内马达的放大视图。
具体实施方式
参考附图，详细说明本发明的实施例。在附图中，相同或相对应部件用相同的参考符号表示，下面将不重复说明。
图1是包括根据本发明的实施例的轮内马达的电动轮和支承该电动轮的车轮支承装置的示意性截面图。
参考图1，电动轮100包括轮辐10、轮毂20、等速万向节30、制动盘40、制动钳50、轮内马达70和轮胎250。
轮内马达70具有壳体60和轴110。轮内马达70还包括电动机65、行星齿轮系80、油泵90、轴110和油通路(未示出)。
车轮支承装置200包括动态质量减振器机构(未示出)、球形接头160和170、转向节180、转矩杆190、上臂210、下臂220和减振器230。
轮辐10具有基本为杯状的形状，并由轮辐部分10A和轮辋部分10B形成。轮辐10可以容纳轮毂20、制动盘40、制动钳50和轮内马达70。在车轮安装部1处通过用螺栓或螺母(未示出)将轮辐部分10A紧固到轮毂20上，轮辐10与轮毂20相接合。轮毂20容纳等速万向节30，并经由子所容纳的等速万向节30与轴110相接合。轮毂20由轮毂轴承11、12可转动地支承在转向节180上。轮胎250固定到轮辐10的轮辋部分10B的外周向(外缘)上。
等速万向节30包括星形套(inner)31和滚珠32。星形套31安装在轴110上。滚珠32与轮毂20的凹槽和星形套31在轴110的转动轴方向上的凹槽相接合，并使轮毂20随着轴110的转动而转动。滚珠32可以沿轮毂20和星形套31的凹槽在轴110的转动轴方向上移动。应该注意的是，并不具体限定等速万向节30，只要它是将轮内马达70的动力传递到轮辐10的动力传递机构。例如，可采用所谓的挠性联轴器作为动力传递机构，在该挠性联轴器中采用了多个盘，以便轮内马达侧和车轮侧接合成在任何方向上偏心。
制动盘40的内周向通过螺栓24、26固定到轮毂20的外周向上，该制动盘的外周向设置成通过制动钳50。制动钳50固定到转向节180上。制动钳50包括制动器活塞51和制动衬块52、53。制动盘40的外周向设置在制动衬块52、53之间。
当从开口50A供给制动油时，制动器活塞51向图1的右侧移动，以在图上向右推动制动衬块52。当制动衬块52通过制动器活塞51在图上向右移动时，制动衬块53在图上相应地向左移动。因此，制动盘40的外周向被制动衬块52、53夹紧，从而在电动轮100上施加制动。
在图1中，壳体60设置在轮毂20的左侧。壳体60包括壳体60a和壳体60b。壳体60a具有基本为L形的形状，壳体60b具有倒C形的形状。壳体60a设置成朝向轮辐10，而壳体60b设置成朝向车身。壳体60a和壳体60b通过未示出的螺纹件(螺钉)在垂直于轴110的转动轴方向的面处彼此接合在一起。壳体60a容纳油泵90、轴110和油通路。壳体60b容纳电动机65和行星齿轮系80。
电动机65包括定子铁芯71、定子线圈72和转子73。定子铁芯71固定到壳体60b上。定子线圈72围绕定子铁芯71缠绕。当电动机65为三相电动机时，定子线圈72由U相线圈、V相线圈和W相线圈形成。转子73设置成朝向定子铁芯71和定子线圈72的内周向。
行星齿轮系80包括太阳齿轮轴81、太阳齿轮82、小齿轮83、行星架84、齿圈85和销轴86。太阳齿轮轴81与电动机65的转子相接合。太阳齿轮轴81由轴承15、16可转动地支承。太阳齿轮82与太阳齿轮轴81相接合。
小齿轮83与太阳齿轮82相啮合，并由设置在销轴86的外周向处的轴承可转动地支承。行星架84与小齿轮83相接合，并连接到轴110上。行星架84和与该行星架84相连接的轴110由轴承13、14可转动地支承。齿圈85固定到壳体60b上。此处，齿圈85固定到壳体60b上，以便轴110的转动轴方向的端面抵靠壳体60a，如下文所述。销轴86由行星架84支承。
油泵90设置在轮内马达70的朝向轮毂20的端部处，并连接到轴110上。如上所述，轴110连接到等速万向节30的星形套31和行星架84上，并由轴承13、14可转动地支承。
油通路设置在壳体60内。油通路的一端与油泵90相接合，另一端插入贮油容器内(未示出)。
油泵90通过轴110的转动泵上容纳在贮油容器中的油，并使泵上的油在壳体60内循环。
转向节180(180a)的一端与球形接头160相接合，另一端经由轮毂轴承11、12与轮毂20相接合。转向节180(180b)的一端通过螺栓固定到一板(未示出)上，另一端经由轮毂轴承11、12与轮毂20相接合。该板与球形接头170相接合。因此，转向节180可转动地支承轮毂20和轮辐10。
转矩杆190(190a)的一端与壳体60相接合，另一端与转向节180(180a)相接合。转矩杆190(190b)的一端与壳体60相接合，另一端与转向节180(180b)相接合。
上臂210和下臂220沿车身的垂直方向DR1设置。上臂210的一端与球形接头160相接合，另一端与车身相接合，以便可在车身的垂直方向DR1上转动。下臂220的一端与球形接头170相接合，另一端与车身相接合，以便可在车身的垂直方向DR1上转动。此外，下臂220经由减振器230与车身相接合。因此，电动轮100悬置在车身上。
上臂210和下臂220沿车身的垂直方向DR1可转动地固定到车身上，下臂220经由减振器230与车身相接合，上臂210、下臂220和减振器230起到悬架的作用。上臂210和下臂220构成“悬架臂”。
图2是从图1中所示的方向A所看到的电动轮100和车轮支承装置200的平面图。
参考图2，上臂210具有两个端部210A和210B，并通过端部210A和210B固定到车身上，以便可在车身的垂直方向DR1上转动。下臂220具有端部220A，并通过该端部220A固定到车身上，以便可在车身的垂直方向DR1上转动。
连杆240的一端与球形接头170相接合(未示出)。通过来自车身的转向(手把)的转动力，连杆240使电动轮100相对于车辆的行驶方向向右或向左转动。
动态质量减振器机构300由弹簧302、304构成，弹簧302和304是一对沿车身的垂直方向DR1设置的弹性件。动态质量减振器机构300的中央部306连接到轮内马达70的壳体60的外周向面。动态质量减振器机构300的上部310连接到转向节180(180A)。上部310和中央部306经由弹簧302相连接。动态质量减振器机构300的下部312连接到转向节180(180B)。中央部306和下部312通过弹簧304相连接。
穿过中央部306的减振器(未示出)设置在上部310和下部312上。该减振器的一端固定到中央部306上，并且该减振器包括通过弹簧302、304的收缩/伸展在垂直方向上振动的轴(未示出)。该减振器减小了该轴在垂直方向上的振动。
车轮支承装置200将动态质量减振器机构300固定到轮内马达70的壳体60上，并通过球形接头160、170使悬架臂(上臂210和下臂220)与转向节180和动态质量减振器机构400相接合，从而使电动轮100支承在车身上。
具体地，车轮支承装置200通过上臂210、下臂220和转向节180可转动地支承轮辐10和轮毂20，通过上臂210、下臂220和动态质量减振器机构300支承轮内马达70，以允许沿车身的垂直方向DR1的振动。
当电动轮100在车辆行驶期间沿转动方向DR3转动时，轮内马达70沿转动方向DR4转动。然后，转矩杆190抑制由电动轮100的转动产生的轮内马达70的转动。
再参考图1，当通过配备在车辆内的开关电路(未示出)向定子线圈72供应交流电时，转子73转动，电动机65输出规定转矩。然后，电动机65的输出转矩经由太阳齿轮轴81传递到行星齿轮系80。行星齿轮系80通过太阳齿轮82和小齿轮83改变来自太阳齿轮轴81的输出转矩，即，改变速度(降低速度)，并将该输出转矩到达行星架84。行星架84将行星齿轮80的输出转矩传递到轴110，轴110经由等速万向节30使轮毂20和轮辐10转动规定转数。因此，电动轮100转动规定转数，从而车辆行驶。
当电动轮100在车辆行驶期间承受由于路况等引起的在车身的垂直方向DR1上的振动时，动态质量减振器机构300的弹簧302、304通过用作减振器质量的轮内马达70在车辆的垂直方向DR1上收缩/伸展。通过弹簧302、304的收缩/伸展，产生轮内马达70在垂直方向DR1上的振动，该振动与由于路面对电动轮100的力引起的振动反相。具体地，动态减振器机构300将电动轮100的振动转换为轮内马达70的振动。此处，对于车身，所传递的振动是电动轮100的振动和与该电动轮100的振动反相的轮内马达70的振动的组合。由于电动轮100的振动与轮内马达70的振动反相，因此反相的轮内马达70的振动的大小减小了电动轮100的振动的大小。具体地，电动轮100的振动被轮内马达70的振动抵消，从而几乎不经由上臂210和下臂220传递到车身。
轮内马达70经由等速万向节30在车身的垂直方向DR1上振动。具体地，轮内马达70围绕等速万向节30在车辆的垂直方向DR1上沿弧形振动。轮内马达70在垂直方向DR1上的振动被减振器吸收。
因此，来自轮胎250的簧下输入减轻。具体地，当电动轮100承受由于路况等引起的振动时，减振器230所不能覆盖到的振动被动态质量减振器机构300吸收。动态质量减振器机构300允许轮内马达70由于电动轮100在车身的垂直方向DR1上承受的不同相的振动而振动。因此，动态质量减振器机构300不向簧上车身传递很大的振动。因此，具有由轮内马达70驱动的车轮的车辆的驾驶舒适性提高。
应该注意的是，根据本发明的本实施例的轮内马达70具有下列三个特征。由于这些特征，轮内马达70的耐久性提高，尺寸减小，重量降低。此外，具有轮内马达70的车辆的驾驶舒适性提高。
首先，轮内马达70的特征在于轴110的作用。具体地，轴110起到支承在车身的垂直方向DR1上振动的轮内马达70的作用，从而允许轮内马达70围绕将轴110和等速万向节30连接起来的部分枢转。并且，轴110起到经由等速万向节30将电动机65的输出转矩传递到轮辐10的作用，其中，行星齿轮系80使该轴的速度减小，从而转矩增加。
此处，当轮内马达70由于电动轮100的振动而在车身的垂直方向DR1上振动时，在轴110内产生在车身的垂直方向DR1上起作用的弯矩。因此，作为轮内马达70的支承件，轴110需要具有高强度。
并且，由于轴110连接到行星架84上，以传递已经转换成高转矩的电动机65的转矩，因此，作为动力传递件，轴110需要具有高强度。因此，作为轮内马达70的支承件和并且作为动力传递件，轴110需要具有高强度。根据本发明，都需要具有高强度的两个部件可以一体形成为单一轴110。因此，可以使需要具有高强度的部件成一体，以减小轮内马达70的尺寸和重量。
第二，轮内马达70的特征在于其容纳在壳体60b内的电动机65和行星齿轮系80的布置。具体地，在壳体60b内部，行星齿轮系80相对于电动机65朝向轮辐10设置。然后，行星齿轮系80的行星架84连接到轴110上。并且，轴110与等速万向节30的星形套31相配合。因此，在轮内马达70内，电动机65和行星齿轮系80从车身侧向轮辐10侧按以下顺序设置：电动机65、行星齿轮系80和等速万向节30。
当意想不到的外力施加在电动轮100上时，轮内马达70剧烈振动。当轮内马达70剧烈振动时，由于振动引起的应力也施加到一体地容纳在壳体60b中的电动机65和行星齿轮系80。此处，轮内马达70围绕等速万向节30沿弧形振动，因此施加在电动机65和行星齿轮系80上的应力的大小随距等速万向节30的距离成比例增加。
应该注意的是，在传统的轮内马达内，由于行星齿轮系比电动机更朝向车身设置，因此施加在行星齿轮系上的应力比施加在电动机上的应力大。另一方面，由于行星齿轮系具有多个齿轮相啮合的结构，因此行星齿轮系抵抗应力的耐久性比电动机的差。因此，传统的轮内马达的问题是耐久性低。
相反，在本发明的轮内马达70中，行星齿轮系80相对于电动机65朝向轮辐10设置。因此，行星齿轮系80在转动轴方向上设置在比传统的行星齿轮系更靠近等速万向节30的位置处，因此施加在行星齿轮系80上的应力降低。因此，轮内马达70的耐久性提高。
第三，轮内马达70的特征在于其固定到行星齿轮系80的壳体60上的方法。
图3是图1中所示的轮内马达70的放大视图。
参考图3，行星齿轮系80和电动机65都容纳壳体60b内。此处，位于行星齿轮系80的最外周向处的齿圈85被固定成该齿圈沿转动轴方向的侧面抵靠壳体60b的内表面。
从而，壳体60a和壳体60b在垂直于轴110的转动轴方向的面处相接合。图中的点划线DL示出壳体60a和壳体60b之间的接合面。此处，齿圈85固定到壳体60b上，使得该齿圈的垂直于转动轴方向的端面抵靠壳体60a的垂直于转动轴方向的端面。因此，齿圈85的转动轴方向的位置由壳体60a固定。
通常，为了调节马达部件由于沿转动轴方向的惯性力引起的沿转动轴方向的位置移动，在装配马达部件时使用卡环。例如，当使用卡环将齿圈85固定到壳体60b上时，预先在壳体60b的内周向面上形成用于安装该卡环的凹槽，然后将卡环安装在该凹槽内。然后，通过装配齿圈85使之抵靠卡环，齿圈85固定到壳体60b上，从而固定转动轴方向位置。
然而，这种固定方法需要壳体60b沿转动轴方向的长度有容差(allowance)，以便设置用于装配卡环的凹槽。因此，壳体60b在转动轴方向上的长度增加，从而轮内马达70在车身侧形成的空间变窄。
因此，本实施例使用这种结构，即，齿圈85在转动轴方向上的端面抵靠壳体60a，齿圈85的转动轴方向位置由壳体60a固定。因此，由于不需要使用卡环装配，可以减小轮内马达70在转动轴方向上的长度。因此，轮内马达70在车身侧形成的空间变大，从而可以使减振器230与下臂220的装配位置向轮辐10移动。
此处，在下臂220中，到车身的固定位置(对应于下臂220的转动中心)和减振器230的装配位置之间的距离AL1与到车身的固定位置和到电动轮100的接合位置(对应于球形接头170的设置位置)之间的距离AL的比(＝AL1/AL)称为臂比。由于该臂比较大，即，由于距离AL1较长，因此悬架内的电动轮100的减振效率较高。
在根据本发明的轮内马达70中，由于通过上述第三特征轮内马达70沿转动轴方向的尺寸减小，因此减振器230可以向轮辐10移动。换句话说，距离AL1可以增加。因此，下臂220的臂比增加，车辆的驾驶舒适性进一步提高。
如上所述，根据本发明，可以实现尺寸小、重量轻并且具有高耐久性的轮内马达。此外，可以改善悬架，以提高车辆的驾驶舒适性。
尽管详细描述并图示出本发明，但是很显然，仅是通过图示和示例对本发明进行了说明，而不是限制性的，本发明的精神和范围仅由所附的各项权利要求限定。

Claims (7)

1、一种轮内马达(70)，它包括：
产生动力的电动机(65)；
相对于所述电动机(65)朝向轮辐(10)设置以减小所述电动机(65)的输出的减速器；和
相对于所述减速器朝向所述轮辐(10)设置以将所述减速器的输出传递到所述轮辐(10)的转动轴(110)，其中，
所述转动轴(110)与将所述动力传递到所述轮辐(10)的动力传递机构(30)相连接。
2、根据权利要求1所述的轮内马达(70)，其特征在于，它还包括：
容纳所述电动机(65)和所述减速器的壳体(60)，其中，
所述壳体(60)包括：
朝向车身设置以固定所述电动机(65)和所述减速器的第一壳体(60b)，和
朝向所述轮辐(10)设置的要在垂直于所述转动轴(110)的面处接合到所述第一壳体(60b)的第二壳体(60a)，并且其中
所述第二壳体(60a)抵靠所述减速器的垂直于所述转动轴(110)的端面，以沿所述转动轴的方向固定所述减速器。
3、根据权利要求2所述的轮内马达(70)，其特征在于，所述壳体(60)经由弹簧(302、304)与转向节(180)相连接，所述转向节(180)可转动地支承所述轮辐(10)。
4、根据权利要求3所述的轮内马达(70)，其特征在于，所述壳体(60)通过转矩杆(190)与所述转向节(180)相接合。
5、根据权利要求1所述的轮内马达(70)，其特征在于，所述减速器由行星齿轮机构(80)形成，并且其中，
所述行星齿轮机构(80)包括：
与所述电动机(65)的转子相接合的太阳齿轮(82)，
设置成与所述太阳齿轮(82)相啮合的小齿轮(83)，
与所述小齿轮(83)相接合并且与所述转动轴(110)相连接的行星架(84)，以及
不可转动地固定的齿圈(85)。
6、根据权利要求5所述的轮内马达(70)，其特征在于，它还包括：
容纳所述电动机(65)和所述减速器的壳体(60)，其中，
所述壳体(60)包括：
朝向车身设置以固定所述电动机(65)和所述减速器的第一壳体(60b)，和
朝向所述轮辐(10)设置的将要在垂直于所述转动轴(110)的面处与所述第一壳体(60b)相接合的第二壳体(60a)，并且其中
所述第二壳体(60a)抵靠所述减速器的垂直于所述转动轴(110)的端面，以沿所述转动轴的方向固定所述减速器。
7、根据权利要求6所述的轮内马达(70)，其特征在于，所述第二壳体(60a)抵靠所述齿圈(85)的垂直于所述转动轴的端面。
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