CN209786891U - 一种电动汽车内置转向轮毂电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动汽车内置转向轮毂电机，由轮胎、轮辋、转子、定子、定子支架、和定子左半轴右半轴、转向系统、转向轴承构成。所述利用1个滚珠轴承和2个锥形轴承进行组合与左右两个半轴相连，让电机转子既能正常旋转又能在水平方向左右转动，轮毂电机上采用弧形永磁体和弧形铁芯来保证在转子水平左右转动时不受影响。转向系统置于轮毂电机内部，采用电机控制方向杆的位置，推动转子水平方向左右转动，来实现精准转向的目的。通过控制器向电机输出同等的信号，使得左前轮和右前轮同步转向，后左轮和后右轮同步转向，当前轮和后轮协调转向时，转弯半径可明显缩小，提高了转向的灵活性。

Description

一种电动汽车内置转向轮毂电机

技术领域

本发明涉及一种汽车应用电机领域，具体为一种汽车内置转向轮毂电机。

背景技术

电动汽车的推广使用可大大降低交通对环境的污染，具有很广阔的前景，传统电动汽车多采用燃油汽车的结构布局，动力系统和转向系统均采用独立的方式进行动力传输和转向操纵，电能转化为机械能效率低，占用车内空间多，车辆重心偏高，稳定性和操纵性不足，转向机构复杂，转弯半径大的问题。

本发明取消了传统的机械助力转向方式，采用将转向系统内置于轮毂电机的方式，通过伺服电机驱动转向齿轮来推动方向杆控制车轮左右转动，从而来实现转向的目的。这样的发明优点在于采用纯电操纵，转向系统与动力系统相结合，大大节省了车内的空间，由于动力系统和转向系统在轮毂内，汽车重心降低，提高了汽车的稳定性，优化了转向操纵构造，不需要复杂的机械操纵部件，结构简单，同时轮毂电机具备单个车轮独立驱动和独立转向的特性，因此无论是前驱、后驱还是四驱形式，它都可以比较轻松地实现，全时四驱在轮毂电机驱动的车辆上实现起来非常容易，四轮独立转向也为汽车在各种环境下行驶提供了无限的可能，当左前轮和右前轮同步转向，左后轮和右后轮同步转向，前轮和后轮协调转向时，转弯半径可明显缩小。因转向系统和动力系统在轮子内部完成，通过导线与外部连接，来实现转弯、行驶、制动、及各类信息传输，电机轮可进行密封处理，车身内部与轮子没有相对活动部件，为汽车水陆两用提供可能。

发明内容

为了克服现有电动汽车机操纵灵活性和占用车内空间大的不足，本实用新型提供一种内置转向轮毂电机，采用转向系统内置于轮毂电机内，全部采用纯电的方式进行操纵，车辆的四个车轮可协同进行转向，降低了车辆的重心提高操纵的灵活性，同时也节省了车内的空间。

本发明采用主要解决的技术问题采用的新型方案是这样的,一种电动汽车内置转向轮毂电机，包括轮胎、轮辋、转子、定子、定子支架、左半轴、右半轴、转向系统、转向轴承，其特征在于：轮胎套于轮辋上，轮辋的内圈连接转子外圈，转子的内部设有多个块弧形永磁铁，弧形永磁铁的内侧是定子，定子的铁芯上缠绕有定子绕组线圈，定子的内侧连接有定子支架，定子水平方向的内侧与转向系统相连。

本发明解决技术问题的方案是汽车四个车轮采用独立的动力系统和独立的转向系统，动力系统采用轮毂电机，与一般的轮毂电机工作原理相同，但与传统轮毂电机相比，转子部分是可左右转动的，定子通过左半轴的一端被固定在车架上，永磁体和铁芯是弧形的，永磁体与铁芯的间距始终保持相同。定子轴分为左半轴和右半轴，左半轴和右半轴中间为定子支架，通过螺栓将左半轴和右半轴与定子支架固定在一起，定子轴两侧为转向轴承，转向轴承采用1个滚珠轴承和2个锥形轴承组合而成。转向系统在定子支架上，固定在左半轴和右半轴的固定板上，通过转向电机转动来驱动方向杆左右移动，推动转子外壳左右转动，从而实现转弯。

工作原理：左右两个车轮的转向电机通过导线连接到电机控制器，当车辆需要转弯时，电机控制器通过向左前轮和右前轮两个电机输出同样的电信号，同时向右后轮和左后轮两个伺服电机输出同样的反向电信号，前轮2个伺服电机和后轮2个伺服电机转动方向相反，四个伺服电机的角速度和角位移完全相同，从而使前轮和后轮转向相反并同时转向，进而缩小了转弯半径，提高了转向的灵活性。

附图说明：

图1为本发明水平剖面俯视结构图

图2为本发明左视剖面结构图

图3为本发明转向轴承剖面结构图

图4为本发明轮毂左视图

图5为本发明轮毂右视图

图中：1-轮胎、2-轮辋、3-凸柱、4-第一弧形凹槽、5-转子、6-沉孔、7-弧形永磁体、8-定子、9-线圈绕组、10-方向杆、11-转向齿轮、12-加固板、13-转向系统、14-转向轴承、15-右半轴、16-定子支架、17-内六方螺栓、18-镯形轴承、19-转向电机、20-左端盖、21-左半轴、22-固定耳、23-第二弧形凹槽、24-双排滚珠轴承、25-锥形轴承、26-密封胶圈、27-霍尔传感器、28-导线孔。

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做出创造性劳动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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明解决技术问题的方案是汽车四个车轮采用独立的动力系统，独立的转向系统，动力系统采用轮毂电机，与传统的轮毂电机相比，转子部分是可以在水平方向左右转动的，定子通过左半轴的一端被固定在车架上，为了增加转向灵活性，永磁体和铁芯是弧形的，弧形永磁铁的弧形是以左半轴和右半轴的中点为圆心的弧形，定子上的铁芯的弧形与弧形永磁铁一致，且弧长小于弧形永磁铁的弧长。铁芯与永磁体对应面积不会因转弯而减小，动力不减弱，且永磁体与铁芯的间距始终保持相同，间隙距离0.5-1cm。在转子水平左右转动时，永磁体都不会与定子铁芯发生接触。为了减少永磁体的消磁，永磁体厚度为0.5-1cm，横向依次排布在转子内部，两片永磁体间距为0.1-0.3cm，铁芯线圈间距为0.1-0.3cm，3个霍尔传感器安装定子铁芯上，与铁芯表面平齐，霍耳的信号主要确定磁钢与线圈相对应的位置，根据三个霍耳的信号，控制器能知道此时应该如何给电机的线圈供电，霍耳状态不一样，线圈的电流方向不一样。当霍耳信号传递给控制器，控制器通过给电机线圈供电，电机旋转，磁钢与线圈发生转动，霍耳感应出新的位置信号，控制器又给电机线圈重新改变电流方向供电，电机继续旋转。当电机需要倒转时，通过转换器将无刷电机导线和霍尔传感器信号线进行调整，就可以实现正反转。

转向系统由转向电机、转向齿轮、方向杆、镯形轴承组成，转向电机与转向齿轮相连，转向齿轮与方向杆相连，方向杆两侧与镯形轴承相连，镯形轴承与转子内的第二弧形凹槽相切。转向系统被固定在左半轴和右半轴中间的加固板上，水平安装在定子铁芯内侧，转向系统的动力采用位置精度较高的无刷伺服电机，无刷伺服电机具有体积小，重量轻、响应快，转动平滑，力矩大且稳定，抗干扰能力强的优点，通过伺服电机驱动转向齿轮来让方向杆左右移动，方向杆的两端各安装一个镯形轴承，镯形轴承在转子上第二弧形凹槽的内侧，始终与第二弧形凹槽保持相切，镯形轴承的作用主要减少平衡杆与转子之间的滚动摩擦。左右两个车轮上伺服电机通过导线连接到伺服电机控制器，当车辆需要转弯时，伺服控制器通过向左前轮和右前轮两个伺服电机输出同样的电信号，向右后轮和左后轮两个伺服电机输出同样的反向电信号，前轮2个伺服电机和后轮2个伺服电机转动方向相反，四个伺服电机的角速度和角位移完全相同，从而使前轮和后轮转向相反并同时转向，进而缩小了转弯半径。

转向轴承为组合式轴承，由双排滚珠轴承和2个锥形轴承组成，2个锥形轴承上下对称放置在双排滚珠轴承内，双排滚珠轴承长度为5厘米，锥形轴承的外壁与双排滚珠轴承内壁相互贴合，并紧紧焊接在一起，形成一个整体。

定子轴分为左半轴和右半轴，左半轴和右半轴位于定子支架两侧，通过6个螺栓将左半轴、定子支架、右半轴固定在一起，左半轴和右半轴水平方向设有加固板，用于固定转向系统。左半轴穿过转向轴承与车身架连接，右半轴右端点在转向轴承内部，左半轴和右半轴形状为上下平面左右为弧形，左半轴和右半轴的弧形与双排滚珠轴承的内环弧形一致，左半轴和右半轴通过上下平面上的四个小轴与上下锥形轴承相连，使左半轴与左侧转向轴承成为一体，右半轴与右侧转向轴承成为一体。定子轴中间有一个同样形状的孔洞，用于将电机供电线、伺服电机控制线及各类传感器信号线通过中间的孔洞传输到汽车内部。

电机的转子与轮辋是可分离的，轮辋内圈有12根凸柱，转子外圈有第一弧形凹槽共12个，凸柱与第一弧形凹槽一一对应且吻合，轮辋内侧与转子外圈有1厘米的间隙，轮辋内侧与转子中间通过凸柱连接。轮辋会与转子外圈有一条1厘米的间隙，这条间隙的主要作用主要有3点，一是当车辆行驶时，使足够的风穿过转子为电机散热，二是当电机工作时会产生大量的热，根据热涨冷缩原理，给电机转子一个膨胀的空间，防止车轮被挤压变形，三是当车辆行驶颠簸路面时，防止轮辋与电机转子发生刚性碰撞，中间的凸柱起到缓冲作用。

轮辋的右侧设有6个与其一体的固定耳，每一个固定耳上设有沉孔，转子右侧设有螺纹孔与沉孔间距相同，且固定耳与转子上的螺纹孔位于同一侧，6根螺栓通过沉孔将轮辋和转子固定在一起。在轮胎出现漏气或者爆胎时，将轮辋上的6根螺栓拆下，就可以将轮辋连同轮胎取下，进行更换。

在维修和保养上，通过可以拆下左侧12根螺栓，将转子的左端盖卸下，拆下定子轴上的6根螺栓，可以将定子的左半轴、定子、右半轴和转子整个拆下，方便维护。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电动汽车内置转向轮毂电机，包括轮胎（1）、轮辋（2）、转子（5）、定子（8）、定子支架（16）、左半轴（21）、右半轴（15）、转向系统（13）、转向轴承（14），其特征在于：轮胎（1）套于轮辋（2）上，轮辋（2）的内圈连接转子（5）外圈，转子（5）的内部设有多个块弧形永磁铁（7），弧形永磁铁（7）的内侧设有定子（8），定子（8）的铁芯上缠绕有定子绕组线圈（9），定子（8）的内侧连接有定子支架（16），定子（8）水平方向的内侧与转向系统（13）相连。

2.根据权利要求1所述的电动汽车内置转向轮毂电机，其特征在于：电机的转子与轮辋是可分离的，轮辋（2）内圈有凸柱（3），转子（5）外圈有第一弧形凹槽（4），凸柱（3）与第一弧形凹槽（4）数量一致且间距相同，轮辋（2）内侧的凸柱（3）和转子（5）外圈第一弧形凹槽（4）完全吻合，轮辋（2）内圈与转子（5）外圈有一定的间隙，轮辋（2）内侧与转子（5）中间通过凸柱（3）连接。

3.根据权利要求2所述电动汽车内置转向轮毂电机，其特征在于：轮辋（2）的一侧设有多个与其一起的固定耳（22），每一个固定耳（22）上设有沉孔（6），转子（5）一侧设有螺纹孔与沉孔（6）数量间距相同，且固定耳（22）与转子（5）上的螺纹孔位于同一侧，螺栓通过沉孔将轮辋（2）和转子（5）固定在一起。

4.根据权利要求1所述的电动汽车内置转向轮毂电机，其特征在于：弧形永磁铁（7）的弧形是以左半轴（21）和右半轴（15）的中点为圆心的弧形。

5.根据权利要求1所述的电动汽车内置转向轮毂电机，其特征在于：定子（8）上的铁芯的弧形与弧形永磁铁一致，且弧长小于弧形永磁铁（7）的弧长。

6.根据权利要求1所述的电动汽车内置转向轮毂电机，其特征在于：转向系统（13）由转向电机（19）、转向齿轮（11）、方向杆（10）、镯形轴承（18）组成，转向电机（19）与转向齿轮（11）相连，转向齿轮（11）与方向杆（10）相连，方向杆（10）两侧与镯形轴承（18）相连，镯形轴承（18）与转子内的第二弧形凹槽（23）相切。

7.根据权利要求1所述的电动汽车内置转向轮毂电机，其特征在于：定子轴分为左右两个半轴，左半轴（21）和右半轴（15）位于定子支架（16）两侧，通过多个螺栓将左半轴（21）、定子支架（16）、右半轴（15）固定在一起，左右半轴水平方向设有加固板（12），用于固定转向系统（13）。

8.根据权利要求1所述的电动汽车内置转向轮毂电机，其特征在于：转向轴承（14）为组合式轴承，由双排滚珠轴承（24）和2个锥形轴承（25）组成，2个锥形轴承（25）上下对称放置在双排滚珠轴承（24）内，锥形轴承（25）的外壁与双排滚珠轴承(24)内壁相互贴合，且与双排滚珠轴承（24）成为一个整体。

9.根据权利要求7或权利要求8所述的电动汽车内置转向轮毂电机，其特征在于：左半轴（21）穿过转向轴承（14）与车身架连接，右半轴（15）右端点在转向轴承（14）内部，左半轴（21）或右半轴（15）形状为上下平面左右为弧形，左半轴（21）和右半轴（15）的弧形与双排滚珠轴承（24）的内环弧形一致，左半轴（21）和右半轴（15）通过上下平面上的四个小轴与上下锥形轴承（25）相连，使左半轴（21）与左侧转向轴承（14）成为一体，右半轴（15）与右侧转向轴承（14）成为一体。