轮内马达

摘要

本发明涉及一种轮内马达。前轮通过轮毂单元可旋转地装配于悬架的转向节上。而装配于轮毂单元的外毂上的定子托架支撑环形定子，其中轮毂单元的外毂固定到转向节上，装配于轮毂单元的内毂上的转子托架支撑定子外侧的环形转子，其中前轮固定到轮毂单元的内毂上。转子的旋转通过轮毂单元的轴承被导引。

权利要求

一种轮内马达，结合于车辆的轮辋内以驱动车轮，包括：轮毂单元，其包括固定件，所述轮毂单元的固定件紧固到悬架的转向节上，所述悬架可摆动地装配于所述车辆的车体上，以及固定于所述轮辋上并通过轴承可旋转地装配于所述固定件上的旋转件；圆盘形定子托架，所述圆盘形定子托架一同紧固到所述轮毂单元的固定件紧固到所述转向节上的位置处，并且位于沿所述车辆的宽度方向看的所述轮辋的内侧；环形定子，其固定于所述圆盘形定子托架的周缘部分并定位于所述轮辋内，其中所述环形定子的中心位于所述旋转件的旋转轴线上；转子托架，其固定于所述旋转件上并且位于沿所述车辆的宽度方向看的所述轮辋的内侧；以及环形转子，由所述转子托架支撑并定位于靠近所述环形定子处，其中所述环形转子的中心位于所述旋转件的旋转轴线上。

2. 根据权利要求1所述的轮内马达，进一步包括：制动转子，其位于所述圆盘形定子托架与所述转子托架之间，并固定于所述轮毂单 元的所述旋转件上。

3. 根据权利要求2所述的轮内马达，其中：所述转子托架具有通风孔，所述通风孔形成为随着所述转子托架的旋转而产生从所 述转子托架的设置有所述制动转子的一侧到另一侧流动或在相反方向上流动的空气流。

4. 根据权利要求3所述的轮内马达，其中：从所述车辆的宽度方向看，所述转子托架位于所述制动转子的外侧。

5. 根据权利要求3所述的轮内马达，其中：所述通风孔具有形成为沿着所述转子托架的径向延伸的狭缝，当沿着所述转子托架的旋转方向看时，位于紧靠所述狭缝的前面的所述转子托架的 前半圆半区域向所述制动转子侧突出，而位于紧靠所述狭缝的后面的所述转子托架的后 半圆半区域向所述制动转子的相对侧突出。

6. 根据权利要求3所述的轮内马达，其中：所述通风孔具有形成为沿着所述转子托架的径向延伸的狭缝，当沿着所述转子托架的旋转方向看时，位于紧靠所述狭缝的后面的所述转子托架的 后半圆半区域向所述制动转子侧突出，而位于紧靠所述狭缝的前面的所述转子托架的前 半圆半区域向所述制动转子的相对侧突出。

7. 根据权利要求3所述的轮内马达，其中：所述通风孔通过将所述转子托架上制成的由基本呈U型的切口限定的鳍片向所述制 动转子的相对侧弯曲而形成，以及当沿着所述转子托架的旋转方向看时，所述鳍片的端部面向前。

8. 根据权利要求3所述的轮内马达，其中：所述通风孔通过将所述转子托架上制成的由基本呈u型的切口限定的鳍片向所述制动转子侧弯曲而形成，以及当沿着所述转子托架的旋转方向看时，所述鳍片的端部面向前。

9. 根据权利要求2所述的轮内马达，其中：沿着所述车辆的宽度方向看时，所述环形定子、所述环形转子、以及所述制动转子 相对于所述车轮的中心位置处于基本上相同的位置。

10.根据权利要求1所述的轮内马达，其中：能够从所述车辆的发动机传递驱动力的驱动轴与所述旋转件相连接。

说明书

轮内马达

技术领域

[0001] 本发明涉及一种轮内马达，该轮内马达设置于车辆的轮辋内用于驱动驱动轮旋转。

背景技术

[0002] 设置于车辆的轮辋内以直接驱动驱动轮的轮内马达被广泛地使用，特别是在诸 如铲车与高尔夫球器械装运小车的相对小型车辆上，这是因为轮内马达能提供各种优 点，从而车体内所需的空间可以减小，传动系与差速器单元可以被省略，并且当使用独 立悬架时驱动轴可以被省略。用于这种类型的轮内马达的各种结构是已知的。例如，在 日本未经审查的专利公开号第2004-161189号（被参照作为"专利文献l")中提出了一 种具有定子和转子的轮内马达，其中该定子和转子排列为类似双环的结构。 [0003] 为了结合专利文献l中所公开的轮内马达，需采用普通悬架结构，其中车轮通 过轮毂单元可旋转地安装于车辆悬架的转向节（knuckle)上。环形定子通过缓冲器构件 可浮动地支撑于转向节上，而环形转子通过嵌入其间的轴承可旋转地支撑于定子上，从 而设置于定子的外部圆周的外侧。而通过十字头导槽可允许通过浮动支撑改变转子的位 置，通过定子激励造成的转子的旋转被传送到车轮上。

[0004] 在专利文献l中所公开的轮内马达中，由于转子通过嵌入其间的轴承而可旋转 地支撑于定子上，从而设置于定子的外部圆周的外侧，因此轴承位于距离轮毂单元的旋 转轴较远距离的位置处。因此，轴承的圆周速度非常高，其造成了轴承耐用性的下降， 并由此造成了轮内马达可靠性的下降。

发明内容

[0005] 根据本发明的一个方面，提供了一种整合于车辆的轮辋内以驱动车轮的轮内马 达，包括：轮毂单元，该轮毂单元包括固定于车辆的车体的非旋转部分上的固定件，和 固定于轮辋上并通过轴承可旋转地安装于固定件上的旋转件；定子托架，其固定到车辆 的车体的非旋转部分上；环形定子，其通过定子托架支撑并且定位于轮辋内使其中心位于旋转件的旋转轴上；转子托架，其固定于旋转件上；以及环形转子，其通过转子托架 支撑并且靠近定子定位，使其中心位于旋转件的旋转轴上。

附图说明

[0006] 通过以下的详细描述，本发明将会变得更加容易理解，并且给出的附图仅示出了本发明的例示性实施例，而并不用于限制本发明，其中：

[0007] 图1是示出了根据本发明第一实施例的分解的轮内马达的斜视图；

[0008] 图2是图1中所示的轮内马达的剖视图；

[0009] 图3是示出了根据本发明第二实施例的轮内马达的转子托架的局部斜视图； [0010] 图4是图3中所示的轮内马达的转子托架的局部剖视图；[0011] 图5是示出了图3中所示的转子托架的变型的局部斜视图； [0012] 图6是图5中所示的转子托架的局部剖视图；以及

[0013] 图7是示出了根据本发明另一实施例的具有驱动轴的轮内马达的剖视图。 具体实施方式

[0014] 根据本发明第一实施例的轮内马达详细描述如下。

[0015] 车辆中，所有四个车轮都具有轮内马达，并且设置在前轮的轮内马达与设置在 后轮的轮内马达在构造与装配结构上几乎相同。因此，参照图1的斜视图与图2的剖视 图描述设置在前轮的轮内马达。

[0016] 转向节3(非旋转部分）可摆动地连接于支柱1的下端和下臂2的外端，其中支柱 1与下臂2形成车辆的前轮悬架的部分。轮毂单元4装配于转向节3的转向节孔3a内。 轮毂单元4包括外毂（固定件）7与内毂（旋转件）5，该内毂与其间的轴承6可旋转地装配 于外毂7的内侧。外毂7装配于转向节3的转向节孔3a中从而固定到车体上。 [0017] 外毂7具有整体形成于外圆柱表面上的凸缘7a。凸缘7a与转向节3的轮毂装配 部3b通过螺栓9而连接，其中定子托架8的围绕形成于其中心的孔的部分保持于凸缘7a 与轮毂装配部3b之间。因此，轮毂单元4与定子托架8被固定于转向节3上，并进而固 定于车体上。内毂5具有轴孔5a，其是沿着内毂5的轴线延伸的通孔。 [0018] 内毂5向车体的外侧突出超过外毂7，并具有整体形成于外圆柱表面上的类似凸 缘的轮毂部5b。四个车轮螺栓11固定于轮毂部5b上以突出到车体的外侧，并且沿着轮 毂部5b的圆周以规则的间距排布，该轮毂部的中心位于内毂5的旋转轴线L1上。通风 式制动转子12、转子托架13、和前轮14的轮辋14a—个在一个上排布，它们的旋转中心 位于内毂5的旋转轴线Ll上，并且通过将螺母15拧到各个车轮螺栓11上而紧固到轮毂 部5b上。这样，制动转子12、转子托架13、和前轮14固定于轮毂单元4的轮毂部5b 上。

[0019] 因此，沿着车辆的宽度方向看过去，定子托架8与转子托架13彼此相对，彼此 间隔特定的距离，并且制动转子12位于定子托架8与转子托架13之间。制动转子12与 转子托架13通过未示出的螺栓以及车轮螺栓11与螺母15而紧固于轮毂部5b上。这样， 当螺母15从车轮螺栓11上去除以连接或拆卸轮辋14a时，可防止制动转子12和转子托 架13不期望地从轮毂部5b脱落。

[0020] 在所描述的排布中，定子托架8不可旋转地固定于转向节3上，并进而固定于车 体上，而制动转子12、转子托架13、和前轮14通过轮毂单元4以整体的方式旋转。 [0021] 如图1所示，制动卡钳16固定于卡钳装配部3c上，该卡钳装配部整体地形成于 转向节3中。制动卡钳16与制动转子12—起构成车辆的前制动器。通过未示出的制动 管供给的液压，制动卡钳保持住制动转子并在其上施加制动力。该制动力通过轮毂单元 4的内毂5被传送到前轮14以使车辆减速。

[0022] 如图1所示，定子托架8与转子托架13基本上是圆盘形式的，并且其中心位于 旋转轴线Ll上。定子托架8具有切口 （cut-out)8a，其形成用于防止与制动卡钳16产生 干涉。转子托架13具有多个沿着圆周排布的圆形通风孔13a。环形定子17位于定子托 架8的外侧，其中心位于旋转轴线L1上。环形转子18位于定子17的外侧，其中心同样位于旋转轴线L1上。定子17通过未示出的螺栓固定于定子托架8的外围部，而转子18 同样地通过未示出的螺栓固定于转子托架13的外围部。

[0023] 在定子17中，多个线圈17a沿着圆周布置，而在转子18中，多个磁体18a同样 地沿着圆周布置。沿圆周的一系列线圈17a与沿圆周的一系列磁体18a彼此相对，其间 具有微小间隔。用于检测转子的旋转角的角度传感器17b连接到定子17上。角度传感 器17b通过未示出的信号线与设置在车体上的控制器电连接。定子17中的各个线圈17a 通过未示出的电源线与设置在车体上的变换器电连接，并被供给电能。 [0024] 当车辆行驶时，来自角度传感器17b的检测信号通过信号线被供给到控制器， 并且控制器控制变换器以根据转子的旋转角度相继地向定子17的线圈17b供给电能。当 线圈17a被激励时，在线圈17a与磁体18a之间产生磁场，其产生使得转子18旋转的力， 或者换言之，产生马达扭矩，从而制动转子12、转子托架13、和前轮14以整体的方式围 绕旋转轴线L1旋转，并向路面施加驱动力。控制器取决于驾驶者是否压下加速器而调 整供给到线圈17a的电能，从而车辆根据加速器的压下而行驶（动力控制）。当车辆减速 时，线圈17a中产生的再生电能存储于未示出的电池中（再生控制）。 [0025] 如上所述，设置于后轮中的轮内马达具有相似的结构，而且控制器对其进行动 力控制（powering control)和再生控制。

[0026] 接下来将要描述根据本实施例的适用于安装轮内马达的悬架的结构，以及轮内 马达周围的各部件如何排布的情况。

[0027] 首先，将要描述适用于安装轮内马达的悬架的结构。简单地说，安装根据本实 施例的轮内马达根本不需改变悬架的结构，只是通过增加定子17、转子18、以及托架 8、 13。具体而言，当轮毂单元4的外毂7紧固于转向节3上时，支撑定子17的定子托 架8与外毂7紧固在一起，并且当制动转子12与轮辋14a紧固于轮毂单元4的内毂5上 时，支撑转子18的转子托架13与制动转子12以及轮辋14a紧固在一起。这样，托架8 与13都能利用现有的紧固位置进行固定。

[0028] 因此，在该悬架中无需提供专门用于固定定子托架8与转子托架13的装配位 置，并且轮内马达能够利用普通悬架结构中所具有的部件进行安装，也就是说，无需改 变这些部件的规格，而仅是增加了定子17、转子18、与托架8和13。因此，通过标准化 该悬架部件，可降低制造成本。

[0029] 接下来，将要描述轮内马达周围的部件是如何排布的。如上所述，转子托架13 与制动转子12以及轮辋14a —起固定到轮毂单元4上。因此，转子托架13与制动转子 12以及轮辋14a以整体的方式通过轮毂单元4的轴承6被导引，并且通过该转子托架13 支撑的转子18在定子17的外侧旋转。由于轮毂单元4的轴承6位于旋转轴线Ll附近， 因此轴承周围的圆周速度与专利文献l中所公开的技术（其中，轴承设置在定子上）相比 是很低的。因此，轴承6的耐用性进而轮内马达的可靠性均得到了大幅的提高。 [0030] 从图2可看出，为了支撑排布为双环的定子17与转子18，沿着车辆的宽度方向 看过去，定子托架8与转子托架13间隔开一定的距离，因此在两个托架8、 13之间必然 地形成死区（dead space)。在本实施例中，由于死区通过在其中排布制动转子12而被充分 地利用，沿着车辆的宽度方向看，车轮周围的车体结构所需的空间减少了，并且接近车 轮设置的部件，例如悬架的排布自由度提高了。[0031] 如图2所示，为了最小化支撑车体重量的轮毂单元4的轴承6上的负荷，沿着车 辆宽度的方向看，轮毂单元4位于与前轮的中心位置L2基本相同的位置。在本实施例 中，从车辆的宽度方向看过去，支撑定子17的托架8装配到位于轮毂单元4的内侧的凸 缘7a上，从车辆的宽度方向看过去，支撑转子18的托架13装配到位于轮毂单元4的外 侧的轮毂部5b上，并且制动转子12设置于两托架8、 13之间。由此，从车辆的宽度方 向看，定子17、转子18、与制动转子12相对于前轮14的中心位置L2位于基本相同的位 置。

[0032] 在该排布中，通过定子17与转子18所产生的马达扭矩（特别地，在动力控制下 的驱动力以及在再生控制下的制动力）与通过制动卡钳16把持制动转子12而施加到制动 转子12上的制动力在前轮14的中心位置L2被传送到路面，其中从车辆的宽度方向看过 去，该中心位置基本上与这些力产生的位置相同。因此，这些力与例如马达扭矩或制动 力产生的位置离开前轮14的中心位置L2的情况（从车辆的宽度方向看过去）相比被更加 平稳地传送。因此，这些部件，例如将马达扭矩传送到前轮14的转子托架13，以及将制 动力传送到前轮14的制动转子12所需的强度将会减小，从而这些部件可被制造得更轻和 更小，从而，簧下负荷(unsprung load)可以减少，并且悬架周围的空间利用率将会提高。 [0033] 接下来将要描述根据本发明第二实施例的轮内马达。与第一实施例相比，在本 实施例中，转子托架13的通风孔13a的形状改变从而促进轮内马达的冷却。在其他方 面，包括悬架结构的轮内马达的整体结构与第一实施例中的结构相类似。因此，以相同 标号表示的与第一实施例和第二实施例共同的部件的描述将被省略，而主要描述不同之 处。

[0034] 在第一实施例中，转子托架13的通风孔13a具有简单的圆形，而本实施例中， 如图3中的转子托架13的局部斜视图和图4中的其局部剖视图所示，通风孔21的形状形 成为使得其随着转子托架13旋转以推动车辆向前而产生冷却气流。特别地，与第一实施 例类似，通风孔21沿着转子托架13的圆周排列。每个通风孔21都具有线性狭缝22，其 沿着转子托架13的径向方向延伸。通过压制成型，在车辆向前行驶的方向上沿着转子托 架的旋转方向看，位于紧靠狭缝22之前的前半圆半区域的形状形成为向制动转子12侧突 出的排出鳍片23，而沿着旋转方向看，位于紧靠狭缝22之后的后半圆半区域的形状形成 为向制动转子12的相对侧，也即，沿着车辆的宽度方向看的外侧（也称为"车辆横向外 侧"）突出的引入鳍片24。

[0035] 在每个通风孔21中，沿着旋转方向看，引入鳍片24向前形成进入到前轮14侧 的开口，而沿着旋转方向看，排出鳍片23向后形成进入到制动转子12侧的开口。因此， 随着转子托架13旋转以使得车辆向前行驶时，来自车辆横向外侧的低温空气通过通风孔 21进入到制动转子12侧。通过接收这样产生的冷却气流，制动转子12被冷却。这样， 除了在第一实施例产生的效果之外，第二实施例还具有促进制动转子12冷却的优点，从 而可以抑制诸如由于制动转子12的过热而造成的制动失效的现象。

[0036] 用于产生冷却气流的通风孔21的形状并不局限于上述的一种。例如，通风孔31 可以形成为如图5和图6所示的形状。特别地，在这种变型中，通过压制成型，基本上 呈U形的狭缝32形成于转子托架13上，并且与此同时，由各个狭缝32限定的部件以特 定的角度弯向制动转子12的相对侧，也即，车辆横向外侧，从而形成引入鳍片33。在每个通风孔31中，沿着旋转的方向看，引入鳍片33形成进入到制动转子12的相对侧的开 口。因此，如上述示例所示，冷却气流通过通风孔31而产生，从而促进制动转子12的 冷却。

[0037] 由通风孔21、 31所形成的空气流的方向并非必须为如上所述的一种。例如，引 入鳍片24、 33与排出鳍片23可形成为在与上述实施例相比相反的方向突出，从而高温空 气能够从制动转子12的周围排向制动转子12的相对侧。在这种情况下，随着高温空气 的排出，低温空气通过定子托架8的切口 8a与制动卡钳16等之间的间隙从外侧被供给到 制动转子12，从而促进制动转子12的冷却。

[0038] 以上是本发明的实施例的描述。然而，本发明并不局限于上述实施例。例如， 在上述实施例中，轮内马达可以应用于支柱型悬架。然而，应用根据本发明的轮内马达 的悬架类型并不限于此。例如，其也可以应用于多链接型悬架和双叉臂型悬架。 [0039] 此外，在上述实施例中，轮内马达可设置于车辆的全部四个轮子内。然而，如 何在车辆中安装轮内马达并不局限于此。例如，轮内马达可仅设置于前轮内或者仅设置 于后轮内。

[0040] 此外，在上述实施例中，前轮14仅通过轮内马达驱动。然而，悬架结构也可设 置成前轮14除了轮内马达外还通过发动机驱动。特别地，如图7所示，与安装到车体上 的发动机连接的驱动轴41插入到内毂5的轴孔5a内，并且通过将螺母42拧到突出到相对 侧的驱动轴41的螺纹部41a而与内毂5相连接。通过轮内马达的驱动以与上述实施例相 同的方式进行，其中，通过离合器将驱动轴41从发动机断开，可允许该驱动轴41空转。 同时，当驱动轴41通过发动机驱动旋转时，制动转子12、转子托架13、和前轮14随同 内毂5以整体的方式旋转。在该可选择的实施例中，轮内马达周围的结构与前述第一实 施例与第二实施例中的结构没有区别，因此可获得相同的效果。

[0041] 在上述实施例中，轮毂单元4的外毂7紧固到转向节3上，并且前轮14紧固到 内毂5上，从而其可旋转。然而，外毂7与内毂5的排布也可以相反。具体地，当轮毂 单元4的内毂5作为固定件紧固到转向节3上进而固定于车体上时，前轮14作为旋转件 紧固到外毂5上。在这种情况下，支撑定子17的定子托架8装配到内毂5上，并且支撑 转子18的转子托架13装配到外毂7上，从而轮毂单元4引导转子18的转动。这样，可 获得与上述实施例相同的效果。

[0042] 进一步地，尽管在上述实施例中，转子18被定位于定子17的外侧，然而转子18 也可被定位于定子17的内侧。同样在这种情况下，通过把制动转子12布置于环形转子 18的内侧，两个托架8、 13之间的死区可被充分地利用。这样，可获得与上述实施例相 同的效果。

[0043] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的 技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。