RU2334626C2

RU2334626C2 - Motorwheel

Info

Publication number: RU2334626C2
Application number: RU2006108021/11A
Authority: RU
Inventors: Юрий Васильевич Макаров (RU); Юрий Васильевич Макаров; Василий Дмитриевич Черепанов (RU); Василий Дмитриевич Черепанов
Original assignee: Юрий Васильевич Макаров; Василий Дмитриевич Черепанов
Priority date: 2006-03-15
Filing date: 2006-03-15
Publication date: 2008-09-27
Also published as: RU2006108021A

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: device consists of the motor stator arranged fast on the automotive wheel suspension load-bearing elements and a motor rotor arranged on the automotive wheel disk. The rotor active element with its inside part accommodating a "squirrel cage" made up of two steel rings interconnected by studs is made in light alloy material and represents an annular insert with flanging provided with the holes. The said rotor is screwed to the wheel disk. The gap between the annular insert and the wheel disk is blocked by means of a polymer glue.

EFFECT: lower weight and simpler design.

7 dwg

Description

Изобретение относится к области автотранспорта и предназначено для легковых автомобилей.The invention relates to the field of motor transport and is intended for cars.

Известно устройство автомобильного колеса (см. Патент РФ №2111138, кл. В60Т 8/32) с электрорекуперативным тормозным диском, вокруг которого расположен статор его электромотора.A device for a car wheel is known (see RF Patent No. 2111138, class B60T 8/32) with an electro-regenerative brake disc, around which a stator of its electric motor is located.

Такое устройство не обеспечивает возможность работы его в режиме электромотора длительное время с высоким КПД и большим тяговым моментом.Such a device does not provide the possibility of working in electric motor mode for a long time with high efficiency and high traction moment.

Ближайшим техническим решением является мотор-колесо (см. журнал «Авторевю» №16, 2005 г., стр.69-70), состоящее из статора электромотора, который закреплен неподвижно на силовых элементах подвески автомобильного колеса (на поворотном кулаке его). А ротор мотор-колеса с помощью переходного диска установлен на колесной ступице, на которой крепится стандартное колесо автомобиля с колесным диском и шиной.The closest technical solution is the motor-wheel (see Avtorevyu magazine No. 16, 2005, pages 69-70), consisting of an electric motor stator, which is fixed motionless on the power elements of the suspension of the automobile wheel (on the steering knuckle of it). And the rotor of the motor-wheel with the help of a transitional disk is mounted on a wheel hub, on which a standard car wheel with a wheel disk and a tire is mounted.

Указанное мотор-колесо имеет следующие недостатки. Для крепления ротора требуется дополнительная массивная деталь - переходной диск. Кроме того, наружный диаметр ротора (а, следовательно, и электромотора) ограничен внутренним диаметром обода диска автомобильного колеса.The specified motor wheel has the following disadvantages. For mounting the rotor, an additional massive part is required - a transitional disk. In addition, the outer diameter of the rotor (and, consequently, of the electric motor) is limited by the inner diameter of the rim of the disk of the automobile wheel.

Техническим решением предлагаемого изобретения является снижение массы мотор-колеса и упрощение его конструкции.The technical solution of the invention is to reduce the mass of the motor wheel and simplify its design.

Техническое решение достигается тем, что внутренняя поверхность обода колеса образует ротор мотор-колеса и она имеет цилиндрическую форму, причем ширина ротора и ширина статора составляют больше 0,7 ширины колеса, а поверхность колеса и торцевая поверхность электромотора расположены в одной плоскости, причем суппорт тормозной гидросистемы автомобиля установлен внутри цилиндрического объема статора, а металлический обод колесного диска включен в магнитопровод ротора мотор-колеса и образует с ним единый объем, а объемы магнитопроводов ротора и обода колеса имеют соотношение в пределах 0,4-0,6.The technical solution is achieved by the fact that the inner surface of the wheel rim forms the rotor of the motor-wheel and it has a cylindrical shape, the rotor width and stator width being more than 0.7 of the wheel width, and the wheel surface and the end surface of the electric motor are located in the same plane, and the brake caliper the vehicle’s hydraulic system is installed inside the cylindrical volume of the stator, and the metal rim of the wheel disk is included in the magnetic circuit of the rotor of the motor-wheel and forms a single volume with it, and the volumes of the magnetic circuits otorrhea and rim have a ratio in the range 0.4-0.6.

Изобретение поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

На фиг.1. Показано устройство мотор-колеса со вставным элементом ротора асинхронного электромотора с «беличьим колесом» внутри него.In figure 1. The device of the motor-wheel with the plug-in element of the rotor of the asynchronous electric motor with the "squirrel wheel" inside it is shown.

На фиг.2. Показано мотор-колесо со вставным элементом ротора с постоянными магнитами (синхронный электромотор).In figure 2. Shown is a motor wheel with a plug-in rotor element with permanent magnets (synchronous electric motor).

На фиг.3. Изображен монолитный ротор-колесный диск автомобильного колеса с постоянными магнитами.In figure 3. The monolithic rotor-rim of a car wheel with permanent magnets is depicted.

На фиг.4. Дан разрез мотор-колеса с монолитным ротором с залитым внутри колесного диска «беличьим колесом».In figure 4. A section of a motor wheel with a monolithic rotor with a "squirrel wheel" embedded inside the rim is given.

На фиг.5. Дано пространственное изображение устройства мотор-колеса со вставным элементом ротора с постоянными магнитами.In Fig.5. A spatial image of a motor-wheel device with an insertion element of a rotor with permanent magnets is given.

На фиг.6. Показан вставной элемент ротора с постоянными магнитами.In Fig.6. A plug-in rotor element with permanent magnets is shown.

На фиг.7. Изображено «беличье колесо» - внутренний элемент ротора асинхронного электромотора.7. The "squirrel wheel" is depicted - the inner element of the rotor of an asynchronous electric motor.

Мотор-колесо выполнено следующим образом.The motor wheel is made as follows.

Диск 1 стандартного автомобильного колеса с шиной 2 закреплен на колесной ступице 3 с тормозным диском 4 стандартными болтами (не показаны), установленными в отверстия 5.The disk 1 of a standard automobile wheel with a tire 2 is mounted on a wheel hub 3 with a brake disk 4 with standard bolts (not shown) installed in the holes 5.

В диске 1 расположен ротор мотор-колеса. Активный элемент ротора 6 выполнен вставным в виде кольцевой вставки с цилиндрической внутренней поверхностью с отбортовной 7 с отверстиями 8 на ней. Активный элемент ротора закреплен на колесном диске с помощью винтов 9. Внутренняя поверхность обода диска может быть выполнена цилиндрической и внутри него устанавливаются элементы ротора (магниты или «беличье колесо». Тогда колесный диск становится ротором, фиг.3 и 4.In the disk 1 is the rotor of the motor-wheel. The active element of the rotor 6 is made plug-in in the form of an annular insert with a cylindrical inner surface with a flange 7 with holes 8 on it. The active element of the rotor is mounted on the rim using screws 9. The inner surface of the rim of the disk can be made cylindrical and rotor elements are installed inside it (magnets or “squirrel wheel.” Then the rim becomes the rotor, FIGS. 3 and 4.

Ширина ротора и ширина статора мотор-колеса (расстояние «б», фиг.1) составляют больше 70% от ширины «а» автомобильного колеса. Причем поверхность колеса со стороны ступицы 3 и поверхность электромотора расположены в одной плоскости (плоскость Q, фиг.1). Обод колесного диска 1 образует совместно с ротором 6 единый магнитопровод с соотношением 0,4-0,6 между их объектами.The width of the rotor and the width of the stator of the motor wheel (distance "b", figure 1) are more than 70% of the width "a" of the automobile wheel. Moreover, the surface of the wheel from the side of the hub 3 and the surface of the electric motor are located in one plane (plane Q, Fig. 1). The rim of the rim 1 together with the rotor 6 forms a single magnetic circuit with a ratio of 0.4-0.6 between their objects.

В зависимости от заданных тяговых характеристик мотор-колеса электромотор его выполнен как асинхронный или синхронный электродвигатель. У асинхронного мотор-колеса внутри активного элемента ротора (фиг.1) или диска 1 колеса (фиг.4), выполненного из легкосплавного (Al; Mg) материала, залито «беличье колесо» 10. «Беличье колесо» выполнено из двух стальных колец, соединенных между собой стальными шпильками (фиг.7). Таким образом, конструкция ротора является типичной для стандартного асинхронного электродвигателя.Depending on the specified traction characteristics of the motor-wheel, its electric motor is designed as an asynchronous or synchronous electric motor. The asynchronous motor wheel inside the active element of the rotor (Fig. 1) or the wheel disk 1 (Fig. 4), made of alloy (Al; Mg) material, is filled with a “squirrel wheel” 10. The “squirrel wheel” is made of two steel rings interconnected by steel studs (Fig.7). Thus, the design of the rotor is typical of a standard induction motor.

При синхронной схеме мотор-колеса на роторе на внутренней цилиндрической поверхности его установлены постоянные магниты 11 с высокими магнитными свойствами (из редкоземельных материалов Sa-Co или Ni-Fe-B).With a synchronous motor-wheel circuit on the rotor, permanent magnets 11 with high magnetic properties (made of rare-earth materials Sa-Co or Ni-Fe-B) are installed on the rotor on its inner cylindrical surface.

Таким образом, ротором предлагаемого мотор-колеса является колесный диск 1 стандартного автомобильного колеса.Thus, the rotor of the proposed motor wheel is the rim 1 of a standard automobile wheel.

Статор 12 мотор-колеса жестко закреплен на силовых элементах подвески автомобильного колеса. На поворотном кулаке 13 передних колес или на рычаге подвески заднего колеса (не показано) для крепления статора на нем установлены шпильки 14, которыми статор установлен на кронштейнах 15 и закреплен гайками 16. На двух передних кронштейнах 15 закреплен суппорт 17 дискового тормоза на его шпильках 18.The stator 12 of the motor wheel is rigidly mounted on the power elements of the suspension of the automobile wheel. On the steering knuckle 13 of the front wheels or on the rear wheel suspension arm (not shown) for mounting the stator, pins 14 are installed on it, with which the stator is mounted on the brackets 15 and secured by nuts 16. On the two front brackets 15, the caliper 17 of the disc brake is mounted on its pins 18 .

Статор 12 имеет стандартную для фазного статора конструкцию. Он набран из листовой электротехнической стали. В пазы 19 статора 12 уложена его электрообмотка, которая имеет электрожгут 20 для подключения мотор-колеса к бортовой сети автомобиля (к системе управления мотор-колесом).The stator 12 has a standard design for a phase stator. It is recruited from sheet electrical steel. In the grooves 19 of the stator 12, its electrical winding is laid, which has an electric harness 20 for connecting the motor wheel to the vehicle's on-board network (to the motor-wheel control system).

Предлагаемое мотор-колесо можно установить на любой автомобиль без изменения его конструкции. Статор устанавливают на кронштейнах суппорта дискового тормоза, который располагается во внутреннем цилиндрическом объеме 21 статора. А ротором мотор-колеса является колесный диск стандартного автомобильного колеса. Щель 22 между колесом и кольцевой вставкой 6 заполнена полимерным клеем. Наличие щели снижает вредное воздействие вихревых токов (токов Фуко) на работу электромотора.The proposed motor wheel can be installed on any car without changing its design. The stator is mounted on the brackets of the caliper of the disc brake, which is located in the inner cylindrical volume 21 of the stator. And the rotor of the motor-wheel is the rim of a standard automobile wheel. The gap 22 between the wheel and the annular insert 6 is filled with polymer glue. The presence of a gap reduces the harmful effects of eddy currents (Foucault currents) on the operation of an electric motor.

Мотор-колесо работает следующим образом. Для начала движения на обмотку статора подают от бортовых аккумуляторов напряжение (например, 48V трехфазного переменного тока) через преобразователь (не показаны). Вращающееся трехфазное электромагнитное поле, магнитно-силовые линии которого пронизывают ротор, обеспечивает создание крутящего момента на роторе, т.е. на диске автомобильного колеса, и автомобиль начинает движение. Скорость движения автомобиля регулируется педалью блока управления автомобилем.The motor wheel operates as follows. To start the movement, a voltage (for example, 48V three-phase alternating current) is supplied to the stator winding from the on-board batteries through a converter (not shown). A rotating three-phase electromagnetic field, the magnetic field lines of which penetrate the rotor, provides the creation of torque on the rotor, i.e. on the drive of a car wheel, and the car begins to move. The vehicle speed is controlled by the pedal of the vehicle control unit.

После достижения скорости движения 15-20 км/ч запускается двигатель внутреннего сгорания (ДВС) серийного автомобиля и движение происходит с использованием гибридной силовой установки (четыре мотор-колеса плюс ДВС). Так как конструкция автомобиля остается без изменения, то управление им полностью соответствует управлению серийным автомобилем.After reaching a speed of 15-20 km / h, the internal combustion engine (ICE) of the serial car is started and the movement is carried out using a hybrid power plant (four motor wheels plus ICE). Since the design of the car remains unchanged, its management is fully consistent with the management of a production car.

Предлагаемое мотор-колесо при торможении автомобиля обеспечивает рекуперацию механической энергии в электрическую, так как в этом случае мотор-колесо работает в режиме генератора. А трехфазный ток от мотор-колеса через выпрямитель преобразуется в постоянный ток и поступает на зарядку блока бортовых аккумуляторов.The proposed motor wheel during braking of the vehicle provides the recovery of mechanical energy into electrical energy, since in this case the motor wheel operates in generator mode. And the three-phase current from the motor-wheel through the rectifier is converted to direct current and supplied to the charging unit of the on-board batteries.

При снижении скорости ниже 20 км/ч ДВС автомобиля выключается, а торможение автомобилем осуществляется электротормозом (мотор-колесом) и стандартной тормозной гидросистемой автомобиля, которая осталась без изменений.When the speed drops below 20 km / h, the internal combustion engine of the car is turned off, and the car is braked by an electric brake (motor-wheel) and the standard brake hydraulic system of the car, which remains unchanged.

У предлагаемого мотор-колеса меньше масса (а особенно его неподрессоренная масса) и конструкция его проще благодаря совмещению ротора с диском колеса.The proposed motor wheel has less mass (and especially its unsprung mass) and its design is simpler due to the combination of the rotor with the wheel disk.

Предлагаемое устройство имеет большой диаметр электромотора по сравнению с известными техническими решениями, что обеспечивает увеличение крутящего и тормозного момента, развиваемых мотор-колесом.The proposed device has a large diameter of the electric motor in comparison with the known technical solutions, which provides an increase in torque and braking torque developed by the motor wheel.

Предлагаемое мотор-колес можно выпускать в качестве дополнительного оборудования и устанавливать на любой серийный автомобиль совместно с блоком аккумуляторов и блоком автоматического управления.The proposed motor wheels can be produced as additional equipment and installed on any serial car together with the battery pack and automatic control unit.

Claims

A motor wheel, consisting of a stator of an electric motor fixed motionless on the power elements of the suspension of a car wheel, and a rotor of an electric motor, characterized in that the rotor of the electric motor is located on the disk of a car wheel, while the active element of the rotor, inside which a squirrel wheel is filled, consisting of two steel rings interconnected by steel studs, made of alloy material in the form of an annular insert with a flange with holes on it and mounted on the rim with screws, chrome Moreover, the gap between the annular insert and the wheel rim is filled with polymer glue.