CN1845423A - 电动车辆使用的一种特殊结构轮毂电机 - Google Patents

Abstract

本申请电动车辆使用的一种特殊结构轮毂电机，是把旋转电机的初级定子、次级转子和电磁场气隙空间等，直接设置固定在车轴上，来构造成机电一体化的特殊结构的轮毂电机。它结构简单可靠、功率大、成本低、易安装使用。去掉了电机铸铁外壳及机械变速箱、联轴器、传动轴等机械传动部件和使用计算机、变频、调压技术等，来直接控制轮毂电机驱动车轮，故能增加电动车辆的内部使用空间、增大电机使用功率、增加车辆行驶距离、提高车速、节省能源、无噪音运行和有利于环境保护，……。

Description

电动车辆使用的一种特殊结构轮毂电机

技术领域

本申请涉及用于电力驱动车轮转动的车辆行驶的一种特殊结构轮毂电机。

背景技术

在现有技术中，电力驱动车轮转动行驶的车辆(电动车、混合动力车、燃料电池车等)，其构造一般是由车载大电机带动变速箱、联轴器、传动轴等传动机械，来驱动车轮转动；或者是把小功率电机安装在车轴上，再由电机驱动车轮毂来带动车轮转动，并可以使用变频技术、调压技术等来控制车速。但是，大功率电动机及与其配套使用的变速箱、联轴器、传动轴等机械传动系统，既硕大笨重、占用车内空间，又浪费能源；而小电机的功率又不能满足车辆使用的需要，因为电机功率增大会导致其形体增大，很不方便电机在车轴上的安装固定和车辆的行驶；这是制约电动车辆推广应用的现实技术难点之一。而现行的旧式轮毂电机，通常都是按照传统的旋转电机结构来直接构成轮毂电机的，即是由电机大质量的初级定子在外面构成轮毂的外旋转部件，而使其小质量的次级转子在里面构成轮毂车轴上的静止部件，这就必然要耗费较多的电力能源。同时，向该轮毂电机外旋转部件供电的系统也就比较复杂，制作成本就比较高，这些都不利于节能环保型电动车辆的推广普及。

发明内容

本发明的任务是提供一种直接由电力控制驱动的轮毂电机，因其是机电一体化设计制作，结构简单可靠、紧凑、轻巧、成本低、制作安装很方便。不仅是可以节省去掉电机铸铁外壳、机械变速箱、联轴器、传动轴等机械传动部件，并且能使用高科技的计算机技术、变频技术、调压技术等来控制、调整车速。由于本申请轮毂电机是次级转子构成轮毂的外旋转部件，而其初级定子构成轮毂车轴上的静止部件，故不仅能为电动车辆节省大量的电力能源，而且其供电系统也可以很方便地做到价廉质优；所以，它的使用将可以推动电动车辆更迅猛地发展进步和普及应用。

本发明的技术方案，就是利用旋转电机的初级定子、次级转子、电磁场气隙空间与其转轴心线平行和初级定子与次级转子是作相对旋转运动的特性，把去掉了铸铁外壳的旋转电机的初级定子内圆环面，翻到外面来作为其初级定子圆环体的外圆环面，并通过其内圆环面上的内圆环紧固钢圈，被安装联结固定在轮毂电机的车轴上；而把其次级转子外圆环面翻到里面去作为该次级转子圆环体的内圆环面，同时相应地把它放大制作成套在该初级定子的外圆环面外面，及设置安装在轮毂电机两側的两个轮辐圆面体的外圆圈边上，并由其支撑在两个轴承上面；来构造成一种直接设置在车轴上的轮毂电机，以供电动车辆直接驱动车轮行驶。如附图所示，旋转电机的初级定子圆环体及其外圆环面1，被其内圆环面里的内圆环紧固钢圈10夹紧固定；紧固钢圈10的内圆环11部分，被以销、键传统机械方式设置固定在车轴9上。旋转电机的次级转子圆环体及其内圆环面2，则是套在初级定子外圆环面1的外面，并被安装固定在轮毂电机两側轮辐圆面体12的外圆圈边上。旋转电机的初级定子外圆环面1与其次级转子内圆环面2之间的间隙很小，即是在它们中间构造成了旋转电机圆环体形状的旋转电磁场气隙空间3。轮毂电机两側的两个轮辐圆面体12的内圆环，是被设置安装在宽轴承5上，并与宽轴承5一同被以传统机械方式设置固定在车轴9上。轮毂电机两側的两个轮辐圆面体12的外圆圈边上的两个圆环面，被设计制作成14所示的垂直相交或近似垂直相交，并能承重的外圆环面形状，与轮毂电机次级转子圆环体2及其两边的两个相互垂直或近似垂直的圆环面构成的限定机械位置不变化的正交环面14紧密配合，构成了机电一体化的一个完整的轮毂电机。轮毂电机次级转子圆环体2的外圆圈部分，与轮毂电机两側的两个轮辐圆面体12的外圆圈部分的联结，既可以如附图所示的全部使用螺栓13联结；也可以将轮毂电机一側的一个轮辐圆面体12的外圆圈部分，与轮毂电机次级转子圆环体2外圆圈部分的一边，制作成一个机械整体，而仅使电机另一側的一个轮辐圆面体12的外圆圈部分，再与轮毂电机次级转子圆环体2的另一边外圆圈部分及其边上的限位正交环面14紧密配合，并用螺栓13联结紧固；或者是使用其它的传统机械方式将它们联结紧固成一个机械整体。轮毂电机两側的两个轮辐圆面体12，既可以制作成如图示的两个平面圆，也可以制作成两个弧面圆，或者是制作成一个平面圆与一个弧面圆来使用。人们可以很方便地在其次级转子圆环体2的外圆环面上装配车轮外钢圈及充气车轮胎等。该轮毂电机，既可以是制作成一个密闭整体，以防尘埃和雨水进入；也可以是在轮毂电机两側的两个轮辐圆面体12的面上，开设通风散热装饰孔，以便电机散热；此时的轮毂电机外面车轴9上，也可以加装防护装饰面罩。轮毂电机的供电导线和压缩空气导管，都是通过车轴9上开设的浅槽8，被设置进入电机内部2个圆环形空间的。在电机初级定子圆环体1的内圆环面里的内圆环紧固钢圈10，与车轴9之间构造形成的2个圆环形空间里面，供电导线是可以直接与电机初级定子线圈组接线。压缩空气导管，则是沿着车轴9的圆周围分布，在对准电机圆环形气隙空间3周边的位置上，开设有若干个空气导管吹气嘴，以便使用高压空气流，去除电机圆环形气隙空间3里面可能会进入的尘埃、水汽等，同时也为了使电机更好地散热。在车轴浅槽8上面设有保护里面导电线和导气管的薄盖子。轴承5的内端盖7和外端盖6，分别被螺丝固定在轮毂电机两側的两个轮辐圆面体12的内圆环部分的里边和外边。在外端盖6外面的车轴上，可以加装端盖的外防护圈，以保护外端盖与车轴之间的裸露缝隙。电机初级定子圆环体1上面开设的线圈槽孔4里面，是用于嵌入导电线圈绕组的。留露在其定子矽钢片周边槽孔4外面的导电线圈绕组部分，可以使用绝缘漆、环氧树脂类绝缘材料密封固定保护。

本发明轮毂电机的优点：1、制造成本低：因为节省了约占电机一半以上重量的铸铁外壳的制造、加工、生产成本和原材料采购成本等，而电机的其它部件组装加工方法简单，便于机械化流水线等低成本生产。2、减轻了整车重量：因为本轮毂电机可以节省去电机铸铁外壳，及车辆变速箱、联轴器、传动轴、等机械传动部件而大大地减轻了整车的重量。3、节省了电力能源：不仅是因为整车重量减轻而减少了耗能，而且是因为取消了机械变速齿轮等的传动磨损功耗而节省了大量的电力能源。4、增加了整车可使用的电机功率：轮毂电机由大质量的初级定子旋转做功，改变为由小质量的次级转子旋转做功，就节省了大量的电机功率；而且是因为整车是从2个轮子至10个以上的车轮子，都是可以很方便地同时全部使用这种轮毂电机所致。5、提高了车速：不仅是因为整车重量减轻了可以跑得更快，而且是因为整车的电机功率加大了能提高车速。6、增加了车辆的行驶距离：因为节省了电力能源和增加了整车可使用的电机功率，故而就增加了车辆的行驶距离。7、增大了车内可以使用的空间：因为车辆内部取消了硕大体积的电机铸铁外壳、车辆变速箱、联轴器、传动轴等机械传动部件所致。8、有利于环境保护：因为轮毂电机是使用电力驱动，而不会排放污染物和有害气体。9、几乎无噪音行驶：因无内燃机、无大型机械齿轮啮合、离合、变速，联轴器、传动轴传动等大的机械噪声，而使车辆是几乎无噪音行驶。10、方便操纵控制车速：因为本轮毂电机的新结构，是可以使用高科技的计算机技术、变频技术、调压技术等，来直接控制电力驱动轮毂电机旋转的，即是可以很方便地操纵、控制和调整车速的。11、方便车辆由直行变横行：因为轮毂电机既可以是与车桥共轴安装，也可以是不共轴安装，故只要加上四轮转向装置，就可以使车辆很方便地由前后直行变为左右横行(或斜行)；这就方便了特殊情况下的使用需求。12、降低控制系统的制作成本，并提高了可靠性：如本发明使控制供电系统的设计和制作变得更为简单可靠。13、方便进行整车二次开发，提高了车辆的科技含量与档次：可对机电一体化的高科技轮毂电机进行整车二次开发，也就提高了整车的科技含量与档次。

附图说明

如附图所示，其中1是旋转电机圆环体形状的初级定子及其外圆环面。2是旋转电机圆环体形状的次级转子及其内圆环面。3是旋转电机初级定子1与次级转子2之间构造形成的圆环体形状的旋转电磁场气隙空间。4是旋转电机初级定子1里面安装导电线圈绕组的孔槽及线圈绕组。5是为轮毂电机两側轮辐圆面体12特制的能承受重力的宽形轴承，轮毂电机两側轮辐圆面体12的内圆环部分，即与其轴承安装联结的部分也相应地加宽加厚了，以便能在该宽轴承上面承载较大的重力并高速旋转。6是轮毂电机两側轴承5的外端盖。7是轮毂电机两側轴承5的内端盖。8是在车轴9上面专门开设的一个安装动力导电线和压缩空气导管的浅槽，上面安装有保护浅槽的薄盖子。9是安装构造轮毂电机的车轮轴。10是旋转电机圆环体形状的初级定子1的内圆环紧固钢圈。11是轮毂电机初级定子1的内圆环紧固钢圈10的内圆环部分，是用来与车轴9联结固定成一个机械整体的。12是构成轮毂电机两側的轮辐圆面体，既起保护电机内部构造的功能，又起支撑电机次级转子圆环体2旋转及其承受的车辆重力作用。13是联结螺栓。14既是在旋转电机次级转子2的内圆环面两边上的，专门设置的两个相互垂直或近似垂直的圆环面，又是轮毂电机的两側轮辐圆面体12的外圆圈边上的两个相互垂直或近似垂直的圆环面，它们是紧密配合并被联结成一个机械整体的。这个特别设计的限定其机械位置不变化的两个正交环面，是用来确保电机初级定子1与次级转子2的相对位置不变化，和确保电机初级定子1与两側轮辐圆面体12的相对位置不变化的。

具体实施方式

下面再结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明：

说明书附图所示是本发明的一个实施例。在该轮毂电机里，车轴9上的旋转电机初级定子圆环体1，被其内圆环紧固钢圈10夹紧固定，并被其内圆环11部分，以销、键等传统机械方式设置固定在车轴9上。而旋转电机次级转子圆环体2，则是被分别设置固定在轮毂电机两側轮辐圆面体12的外圆圈边上，即套在旋转电机初级定子圆环体的外圆环面1的外边，并在它们之间构造形成了圆环体形状的旋转电磁场气隙空间3。轮毂电机两側轮辐圆面体12的内圆环圈，是被安装设置在轴承5上面，而轴承5是被安装设置在电机两边外面位置的车轴9上。联结螺栓13，联结固定旋转电机次级转子圆环体2的两个外圆圈边与轮毂电机两側轮辐圆面体12的两个外圆圈边，而构造成了一个完整的机械整体。在该轮毂电机内部的两个圆环形空间里面，经过车轴9上面的浅槽通道8，安装有供电导线、压缩空气导管及导管吹气嘴等。轮毂电机次级转子圆环体2的制造材料，宜选用高导磁率的钢铁、高导电率的铝铜，或者是它们的复合材料等来制造。供电导线向轮毂电机初级定子线圈绕组连续通电时，初级定子外圆环面1与次级转子内圆环面2之间的气隙空间圆环体3里面，产生的平面圆环切线方向的旋转电磁场力，就不停地推动着次级转子圆环体2带动着其外圆圈上面安装的车轮胎，围绕着车轴9旋转即使车辆前进。

本申请的最佳实施方案之一，就是附图所示的由旋转电机构造而成的轮毂电机。该轮毂电机详细具体的技术数据、零部件选材、规格尺寸等，应按实际的具体使用要求来设计制订。

Claims (1)

1、电动车辆使用的一种特殊结构轮毂电机，是由车轮轴充当电机轴，与旋转电机的初级定子、次级转子、电磁场气隙空间和轮毂电机两側的两个轮辐圆面体等，共同构造而成，其特征在于：利用旋转电机的初级定子、次级转子、电磁场气隙空间与其转轴心线平行和初级定子与次级转子是作相对旋转运动的特性，把去掉了铸铁外壳的旋转电机的初级定子内圆环面，翻到外面来作为其初级定子圆环体的外圆环面，并通过其内圆环面上的内圆环紧固钢圈，被安装联结固定在轮毂电机的车轴上，而把其次级转子外圆环面翻到里面去作为该次级转子圆环体的内圆环面，同时相应地把它放大制作成套在该初级定子的外圆环面外面，及设置安装在由轮毂电机两側的两个轮辐圆面体的外圆圈边上，并由其支撑在两个轴承上面，来构造成一种直接设置在车轴上的轮毂电机；如附图所示，旋转电机的初级定子圆环体及其外圆环面(1)，被其内圆环面里的内圆环紧固钢圈(10)夹紧固定，紧固钢圈(10)的内圆环(11)部分，被以销、键传统机械方式设置固定在车轴9上；旋转电机的次级转子圆环体及其内圆环面(2)，则是套在初级定子外圆环面(1)的外面，并被安装固定在轮毂电机两側轮辐圆面体(12)的外圆圈边上；旋转电机的初级定子外圆环面(1)与其次级转子内圆环面(2)之间的间隙很小，即是在它们中间构造成了旋转电机圆环体形状的旋转电磁场气隙空间(3)；轮毂电机两側的两个轮辐圆面体(12)的内圆环，是被设置安装在宽轴承(5)上，并与宽轴承(5)一同被以传统机械方式设置固定在车轴(9)上；轮毂电机两側的两个轮辐圆面体(12)的外圆圈边上的两个圆环面，被设计制作成(14)所示的垂直相交或近似垂直相交，并能承重的外圆环面形状，与轮毂电机次级转子圆环体(2)及其两边的两个相互垂直或近似垂直的圆环面构成的限定机械位置不变化的正交环面(14)紧密配合，构成了机电一体化的一个完整的轮毂电机；轮毂电机次级转子圆环体(2)的外圆圈部分，与轮毂电机两側的两个轮辐圆面体(12)的外圆圈部分的联结，既可以如附图所示的全部使用螺栓(13)联结，也可以将轮毂电机一側的一个轮辐圆面体(12)的外圆圈部分，与轮毂电机次级转子圆环体(2)外圆圈部分的一边，制作成一个机械整体，而仅使电机另一側的一个轮辐圆面体(12)的外圆圈部分，再与轮毂电机次级转子圆环体(2)的另一边外圆圈部分及其边上的限位正交环面(14)紧密配合，并用螺栓(13)联结紧固，或者是使用其它的传统机械方式将它们联结紧固成一个机械整体；轮毂电机两側的两个轮辐圆面体(12)，既可以制作成如图示的两个平面圆，也可以制作成两个弧面圆，或者是制作成一个平面圆与一个弧面圆来使用；人们可以很方便地在其次级转子圆环体(2)的外圆环面上装配车轮外钢圈及充气车轮胎等；该轮毂电机，既可以是制作成一个密闭整体，以防尘埃和雨水进入，也可以是在轮毂电机两側的两个轮辐圆面体(12)的面上，开设通风散热装饰孔，以便电机散热，此时的轮毂电机外面车轴(9)上，也可以加装防护装饰面罩；轮毂电机的供电导线和压缩空气导管，都是通过车轴(9)上开设的浅槽(8)，被设置进入电机内部2个圆环形空间的；在电机初级定子圆环体(1)的内圆环面里的内圆环紧固钢圈(10)，与车轴(9)之间构造形成的2个圆环形空间里面，供电导线是可以直接与电机初级定子线圈组接线；压缩空气导管，则是沿着车轴(9)的圆周围分布，在对准电机圆环形气隙空间(3)周边的位置上，开设有若干个空气导管吹气嘴，以便使用高压空气流，去除电机圆环形气隙空间(3)里面可能会进入的尘埃、水汽等，同时也为了使电机更好地散热；在车轴浅槽(8)上面设有保护里面导电线和导气管的薄盖子；轴承(5)的内端盖(7)和外端盖(6)，分别被螺丝固定在轮毂电机两側的两个轮辐圆面体(12)的内圆环部分的里边和外边；在外端盖(6)外面的车轴上，可以加装端盖的外防护圈，以保护外端盖与车轴之间的裸露缝隙；电机初级定子圆环体(1)上面开设的线圈槽孔(4)里面，是用于嵌入导电线圈绕组的；留露在其定子矽钢片周边槽孔(4)外面的导电线圈绕组部分，可以使用绝缘漆、环氧树脂类绝缘材料密封固定保护。