专利名称：用于电力牵引机动车辆的电动轮毂的制作方法
用于电力牵引机动车辆的电动轮毂发明领域
本发明涉及电力牵引机动车辆的接地连接，特别涉及其电动车轮。
技术背景
在本领域中，已知有很多提案，例如如下文献EP 0878332，WO 2006/032669, US 2007/0257570 和 WO 2007/083209。
在本申请中，词语"电动轮毂"用于指包括轮毂，轮毂载体，用于相对轮毂载 体引导轮毂的系统，电动机和轮毂制动装置的机械组件。电动轮毂因此用于一方面接收 装备有诸如轮胎的车轮，且另一方面承载车辆，一般地通过悬架装置承载车辆。在本申 请中，词语"电动车轮"也用于指包括上面定义的电动轮毂和相应车轮的机械组件。
将这种电动轮毂用于批量生产的车辆上的困难之一是与制造商对制造例如悬架 系统和车轮的一些部件所采取的和证实了的解决方案的向后兼容性。另一困难是获得尽 可能地轻巧的紧凑且简单的系统，以提供机动车辆工业可以接受的成本。
特别地，将电动机集成到车轮中是特别需要的，因为采用电力牵引经常必需携 带电池以存储电能，这使得即使使用目前所知的性能最好的技术，也必须为装载在车辆 上的电池贡献足够的空间，除非电动车的续航力大幅度地减小。类似的推论可以适用于 燃料电池车辆的情况中。
另外，如果希望能够提供足够的牵引力矩，安装减速装置被证明是需要的，因 为电动机足够紧凑，所以由其提供合适的直接驱动电动车的力矩是不可能的。
最后，一般地，需要能够集成到车轮内的不仅有电动机和辅助减速装置，还有 机械制动装置(盘式或鼓式制动器)。
在大多数已知设计中，盘或鼓以及电动机和车轮都是同轴的。
内转子式电动机具有电机轴线相对于车轮的轴线偏置而能使减速级安装在轮轴 和电动机转子之间的结构，如果车轮悬架也集成到车轮内，尽管这种内转子式电动机结 构看上去唯一的好处在于安装滑动系统，本申请人已经注意到可以释放足够的空间以沿 径向在电机轴的内侧且沿轴向相对减速装置在车辆内侧安装制动盘或制动鼓。
这里描述了一个好的折衷方式，特别地假定可由电动装置提供部分制动力矩。发明内容
本发明因此提供一种用于电力牵引机动车辆的电动轮毂，所述电动轮毂包括轮 毂，所述轮毂适于接收车轮，且装配成相对轮毂载体绕轮毂轴线转动，所述电动轮毂包 括牵引电机，所述电机包括内转子和固定到所述轮毂载体的外定子，所述内转子的旋转 轴与所述轮毂轴线隔开且平行于所述轮毂轴线，所述电动轮毂包括在所述电机转子和所 述轮毂之间操作的减速装置，所述电动轮毂进一步包括摩擦制动装置，制动器转子固定 在轮毂上且相对于所述减速装置沿轴向设置在车辆的内侧，电机转子的轴沿径向设置在 所述制动器转子的外侧，并且从所述减速装置向车辆的内侧沿轴向延伸。4
所述轮毂优选由轮毂轴承引导以相对于所述轮毂载体转动，所述制动器转子相 对于所述轮毂轴承沿轴向设置在车辆的内侧。
所述减速装置优选是可逆的。
所述减速装置优选包括单级减速级，所述单级减速级包括固定于所述轮毂的齿 圈和固定于所述电机转子且与所述齿圈啮合的驱动齿轮。
所述制动器转子优选是盘。
在本发明的第一实施例中，所述制动器转子的正中面与所述电机定子相交，且 所述电机沿径向设置在所述制动器转子的外侧。所述制动器转子和电机优选位于车轮的 内径内。所述制动器转子优选通过贯穿所述轮毂的花键轴固定到轮毂上，该花键轴还沿 轴向夹紧所述轮毂轴承。
所述轮毂优选固定到所述轮毂轴承的内侧部且所述轮毂载体优选固定到所述轴 承的外侧部。所述轮毂载体优选还形成包围所述减速装置的壳体。
在本发明的第二实施例中，相反地，所述轮毂载体位于所述轮毂的内侧且形成 固定于所述轮毂轴承的内侧部的短轴，所述轮毂固定到所述轮毂轴承的外侧部。壳体装 配成绕所述轮毂转动。优选地，所述壳体相对于短轴的转动受到阻止，且所述壳体优选 支撑所述电机定子。
在本发明的第三实施例中，所述电机定子的整体朝向车辆的内部沿轴向定位于 车轮的外侧。衬套设置在所述电机定子和轮毂载体之间，并优选支撑所述定子，所述驱 动齿轮穿过所述衬套沿轴向延伸电机的转子。所述制动器转子设置为面向衬套。
所述衬套优选还通过齿轮轴承引导所述驱动齿轮。所述轮毂载体优选也形成包 围所述减速装置的壳体。
在本发明的第四实施例中，包围所述减速装置的壳体固定于所述轮毂载体，所 述驱动齿轮相对于轮毂载体由固定到所述壳体的齿轮轴承引导。所述驱动齿轮优选也由 固定到壳体的盖上的轴承引导，所述轴承相对于电机沿轴向位于所述齿圈的外侧。
根据本发明，所述电动轮毂还包括用于减速装置的润滑剂的储存器，所述储存 器使用位于壳体下部的至少一个突起。
本发明还涉及一种包括根据前述权利要求中的任意一项所述的电动轮毂的电动 车轮。所述电动车轮优选包括传统的整体式车轮，优选用钢板。
本发明还进一步涉及一种包括至少两个所述电动车轮的车辆。两个电动车轮优 选设置在所述车辆的后轴，所述两个电动车轮的轮毂载体中的每一个均固定到后轴的牵引臂。
本发明的其他特征和优势将通过本发明的优选实施例的描述而变得更清楚。附 图分别表示
图1示出了沿图2中线B-B且穿过本发明第一实施例的轮毂轴线剖切的部分视 图2示出了本发明的第一实施例的侧视图3示出了本发明第二实施例的类似于图1的剖视图4示出了沿图5中线B-B且穿过本发明第三实施例的轮毂轴线剖切的部分视 图5示出了本发明的第三实施例的侧视图； 图6示出了本发明的第四实施例的侧视图；图7示出了沿图6线B-B且穿过本发明第四实施例的轮毂轴线剖切的部分视 图8示出了沿图6中线C-C且穿过本发明第四实施例的轮毂轴线剖切的部分视具体实施方式
在所有附图中，相同的或相似的部件使用相同的附图标记。因此对它们的描述 不再系统地重复。
图1描述了本发明第一实施例的电动轮毂1。该电动轮毂1用于引导和控制车轮 2的转动。本图中省略了轮胎。用于接收车轮2的轮毂9装配成相对于轮毂载体7绕轮 毂轴线A转动。
轮毂轴线(其因此也是车轮的旋转轴)在本申请中是一个恒定参照；相对于轴线 A，一个方向描述为“径向”或“轴向”。作为提示且在轮胎和车轮领域的应用中，轴 向是平行于轮毂轴线的方向，径向是垂直于轮毂轴线的方向。
轮毂轴承73通过在轮轴93的外端部安装螺母97而轴向夹紧于轮毂9 (图1的右 侧)。轮毂轴承的外侧部被固定(被固定于轮毂载体7)且内侧部和轮毂9 一起转动。轮 毂载体位于轮毂的外侧。
电机3通过减速装置6驱动车轮，以及在合适的地方制动车轮。为了简化电机 的附图，这里只显示了定子32的外壳，电机的端部和电机轴31以及电机的引导装置。
电机转子的旋转轴平行于轮毂的轴线并与之隔开。电机的定子32固定于轮毂 载体。减速装置6包括固定于轮毂9的齿圈11和连接到电机3的电机轴31的齿轮12。 壳体8保护该减速装置。这里，轮毂载体构成壳体的主要构件81，完整的壳体还包括盖 82。摩擦制动装置包括制动器转子(盘幻和制动器定子(制动钳4)。盘通过轮轴93固 定于轮毂。轮轴93和轮毂9被锁止，优选通过相应的花键78锁止，以防止相对转动。 这样，制动器转子的正中面与电机的定子相交。制动钳4固定于轮毂载体。制动器转子 相对于轮毂载体沿轴向设置于车辆的内部，且其外直径优选很小以便也能够使电机3(更 确切地说是它的定子32)沿径向安装于车轮2的内侧且制动器转子的外侧(这里为盘5)。 本申请优选的方面在图2中清楚地可见。这里描述的车轮是传统的16英寸直径的钢板整 轧车轮。
第一实施例的电动车轮优选直接固定于车辆的悬架部件，例如如图2中所示意 性地示出的那样，固定于后轴的牵引臂，其中可以看出牵引臂74固定于壳体81并且因此 固定于轮毂载体。
图3描述了本发明第二实施例的电动轮毂。与第一实施例相比的本质区别是， 这里的轮毂载体包括轮毂91绕其转动的短轴10。轮毂载体因而位于轮毂内侧。轮毂通 过轴承83安装到短轴上，轴承的外侧部转动而内侧部固定，也就是说其构造相对于图1CN 102026837 A说明书3/5页
图；。6的设置是相反的。轮毂轴承通过位于短轴外端(图3中的右侧)的短轴螺母101沿轴向 夹紧到短轴上。轮毂从内测夹持，减速装置的壳体8不再如图1的实施例中那样参与引 导车轮，但仍保留有引导电机3和驱动齿轮12的功能。壳体(两个互补部件81和82的 组合)通过轴承84装配成在轮毂上转动，且通过防转动装置防止其相对于短轴10转动， 防转动装置直接或间接地连接到短轴10或连接到固定着短轴的牵引臂74。这里描述的车 轮是传统的17英寸直径的钢板整轧车轮。轮胎被省略了。
图4和5描述了本发明的第三实施例，除了关于电机3，车轮2和制动盘5的相 对位置之外，基本上类似于图1和2中所示出的第一实施例。特别地，电机3在这里向 车辆的内侧沿轴向偏置，以使其定子完全位于车轮2的外侧。
在图4中，清楚地可见轮毂载体72通过轴承73引导轮毂92，如图1中所描述 的设置一样，轴承73的内圈转动且外圈固定。轮毂载体72也构成保护减速装置6的壳 体8的内部构件。轮毂载体进一步支撑电机的固定系统，但是与图1中电机直接固定到 壳体不同，电机在这里通过衬套34而向车辆内侧偏置，衬套34可接收，也可引导驱动齿 轮122(见轴承12 。特别地，这种结构使通过提供更大直径的齿圈11来增加减速比成 为可能，因为电机不再定位于面向轮缘22的中空侧，且引导驱动齿轮122的轴承也与电 机隔开。当车轮直径减小，这种偏置电机结构因此受益更多。制动盘5则可设置为面向 衬套34而不面向电机的定子，这允许盘的直径更大。盘因此沿轴向定位于电机的定子32 和减速装置6之间。制动器转子的正中面因此不再与电机的定子相交。轮毂载体72通 过螺钉75固定在车辆的悬架系统上，这里也就是固定到牵引臂74的端部。
轮毂轴承73通过在轮轴93外端部(图4中的右侧)接收螺母97而轴向夹紧到 轮毂92上。制动盘5通过螺栓77固定到轮轴93的内端部(图中的左侧)。花键78防 止轮轴在轮毂里的所有转动，因此盘固定到轮毂上，进而固定到车轮2上。制动钳4的 托架41固定于牵引臂74上的托架支架76。壳体的盖82包括位于其下部的突起83，以 形成具有足够容量的润滑剂储存器。法兰94固定于轮毂的外端，且接收通过螺栓21固 定的车轮2。不同的车轮可以不通过法兰而自然地直接固定到轮毂92，但这里描述的系 统的优势在于能够适应全部传统的车轮和车轮双头螺栓。这里描述的车轮是标准15英寸 直径的整轧钢板轮(6J15-ET27)。
图6至8描述类似于图4和5的本发明的第四实施例。本实施例使用相同的标 准的15英寸直径的车轮。主要差别在于驱动齿轮的引导和轮毂载体与壳体的分离。
在这里，齿轮轴承123直接由壳体承载，衬套34只用于将轴承保持在其轴向位 置。驱动齿轮1 延伸超出与齿圈11的啮合，以进一步被由壳体的盖82承载的另外的 轴承(针笼125)引导。
壳体8的内部构件81不再与轮毂载体72为一体，但在这里，这两部分由螺栓86 装配。这种分离的优势在于，能够分别为轮毂载体和壳体选择不同的材料，例如钢和铝合金。
电机3进一步向车辆内部偏置，因此制动盘5可以沿径向方向进一步延伸入电机 和壳体之间所释放出的空间。
在图8中，特别地，清楚看见润滑剂储存器85通过位于壳体内部构件81和外部 构件82上的突起83形成于壳体的底部。
进一步示出了 ABS传感器100，ABS传感器100由盖82支撑且定位于面向由法 兰94支撑的ABS环101。
各幅图中均显示为只有一个电机。当然，本发明可提供在每个轮毂上使用两个 或多个电机，这些电机各自通过它们自己的驱动齿轮与单个齿圈11啮合。使用多个电机 能够增加可用力矩和/或降低这些电机的轴向和径向尺寸。
在各种变形中，轮毂载体和牵引臂(或者仅是臂的一部分)可以整体制造而不是 像这里经常示出的用螺栓连接在一起。
与此类似，单个的盘式制动器已经被系统性地示出。这是一个优选实施例，但 是本领域的技术人员知道在某些情况中使用鼓式制动器而不是盘式制动器可能会更好。
不管本发明的实施例，减速装置优选是可逆的，以便能够在制动模式中使用电 机。电机在制动模式中回收的电能可以某种已知的方式储存或者消耗。
本发明的电动轮毂的必要特征是对内转子式电机已经做了这样的选择，即其旋 转轴与轮毂轴线隔开，且平行于所述轮毂轴线，也就是不同轴。本发明的结构使通过单 个的齿轮，也就是单级减速级，就可获得足够的减速比成为可能。在这里示出的实施例 的减速比约为15。
权利要求
1.一种电力牵引机动车辆的电动轮毂(1)，所述电动轮毂包括轮毂(9)，所述轮毂适 于接收车轮0)，且装配成相对轮毂载体(7)绕轮毂轴线(A)转动，所述电动轮毂包括 牵引电机(3)，所述电机包括固定于所述轮毂载体的外定子(3 和内转子(31)，所述内 转子(31)的旋转轴与所述轮毂轴线隔开且平行于所述轮毂轴线，所述电动轮毂包括在所 述电机的转子和所述轮毂之间操作的减速装置(6)，所述电动轮毂进一步包括摩擦制动 装置，制动器转子(5)固定在所述轮毂上且相对于所述减速装置沿轴向设置在车辆的内 侧，所述电机的转子(31)的轴沿径向设置在所述制动器转子的外侧，并且从所述减速装 置向所述车辆的内侧沿轴向延伸。
2.根据权利要求1所述的电动轮毂，其特征在于，所述轮毂(9)由轮毂轴承(73)引 导以相对于所述轮毂载体转动，所述制动器转子( 相对于所述轮毂轴承沿轴向设置在 车辆内侧。
3.根据前述权利要求中的任意一项所述的电动轮毂，其特征在于，所述减速装置(6) 是可逆的。
4.根据权利要求3所述的电动轮毂，其特征在于，所述减速装置包括单级减速级，所 述单级减速级包括固定于所述轮毂的齿圈(11)和固定于所述电机转子(31)且与所述齿圈 啮合的驱动齿轮(12)。
5.根据前述权利要求中的任意一项所述的电动轮毂，其中所述制动器转子是盘(5)。
6.根据前述权利要求中的任意一项所述的电动轮毂，其特征在于，所述制动器转子 的正中面与所述电机定子相交。
7.根据前述权利要求中的任意一项所述的电动轮毂，其特征在于，所述电机C3)沿径 向设置在所述制动器转子(5)的外侧。
8.根据权利要求7所述的电动轮毂，其中所述制动器转子和电机位于所述车轮(2)的 内径内。
9.根据前述权利要求中的任意一项所述的电动轮毂，其特征在于，所述制动器转子 通过贯穿所述轮毂(9)的花键轴(9 固定到所述轮毂上，所述花键轴还沿轴向夹紧所述 轮毂轴承(73)。
10.根据前述权利要求中的任意一项所述的电动轮毂，其特征在于，所述轮毂(9)固 定于所述轮毂轴承的内侧部且所述轮毂载体固定于所述轴承的外侧部。
11.根据前述权利要求中的任意一项所述的电动轮毂，其特征在于，所述轮毂载体进 一步形成围绕所述减速装置(6)的壳体(8)。
12.根据权利要求1至5中的任意一项所述的电动轮毂，其特征在于，所述轮毂载体 位于所述轮毂(91)内侧且形成固定于所述轮毂轴承(7 的内侧部的短轴(10)，所述轮毂 固定于所述轮毂轴承的外侧部。
13.根据权利要求12所述的电动轮毂，其特征在于，壳体(8)装配成绕所述轮毂(91) 转动。
14.根据权利要求13所述的电动轮毂，其特征在于，所述壳体相对于的所述短轴 (10)的转动受到阻止，且所述壳体支撑所述电机的定子(31)。
15.根据权利要求1到5中的任意一项所述的电动轮毂，其特征在于，所述电机定子 的整体朝向车辆的内部沿轴向定位于车轮O)的外侧。
16.根据权利要求15所述的电动轮毂，其特征在于，衬套(34)设置在所述电机定子 (32)和轮毂载体m之间并支撑所述定子，驱动齿轮(122)穿过所述衬套沿轴向延伸电 机的转子。
17.根据权利要求16所述的电动轮毂，其特征在于，所述制动器转子( 设置为面向 所述衬套(34)。
18.根据权利要求16或17所述的电动轮毂，其特征在于，所述衬套还通过齿轮轴承 (123)引导驱动齿轮(122)。
19.根据权利要求15至18中的任意一项所述的电动轮毂，其中所述轮毂载体也形成 包围所述减速装置(6)的壳体(8)。
20.根据权利要求15到17中的任意一项所述的电动轮毂，其特征在于，包围所述减 速装置的壳体(8)固定于所述轮毂载体，驱动齿轮(124)相对于轮毂载体(72)由固定于 所述壳体的齿轮轴承(123)引导。
21.根据权利要求15到20中的任意一项所述的电动轮毂，其特征在于，所述驱动齿 轮也由固定于所述壳体的盖(82)上的轴承(125)引导，所述轴承相对于所述电机(3)沿 轴向位于齿圈(11)的外侧。
22.根据权利要求15到20中的任意一项所述的电动轮毂，其特征在于，所述制动器 转子( 沿径向位于所述电机定子的径向方向上最内侧部件的外侧，所述制动器转子沿 轴向设置在所述电机定子和减速装置之间。
23.根据前述权利要求中的任意一项所述的电动轮毂，其特征在于，壳体(8)围绕 所述减速装置，所述电动轮毂还包括用于减速装置的润滑剂的储存器(8 ，所述储存器 (85)使用位于壳体下部的至少一个突起(83)。
24.包括根据前述权利要求中的任意一项所述的电动轮毂的电动车轮(1，2)。
25.根据权利要求M所述的电动车轮，其特征在于，包括传统的整体式车轮O)，优 选用钢板。
26.包括至少两个根据权利要求M或25所述的电动车轮的车辆。
27.根据权利要求沈所述的车辆，其特征在于，两个电动车轮设置在所述车辆的后轴 上，两个电动车轮的轮毂载体(72)中的每一个固定于后轴的牵引臂(74)。
全文摘要
本发明特别涉及一种用于电力牵引机动车辆的电动轮毂(1)，所述电动轮毂包括轮毂(9)，所述轮毂适于接收车轮(2)，且装配成相对轮毂载体(7)绕轮毂轴线(A)转动，所述电动轮毂包括牵引电机(3)，所电机包括内转子(31)和固定到轮毂载体的外定子(32)，所述内转子(31)的旋转轴与所述轮毂轴线隔开且平行于所述轮毂轴线，所述电动轮毂包括在所述电机转子和所述轮毂之间操作的减速装置，所述电动轮毂进一步包括摩擦制动装置，制动器转子(5)固定在所述轮毂上且相对于所述减速装置沿轴向设置在车辆的内侧，电机转子(31)的轴沿径向设置在所述制动器转子的外侧，并且从所述减速装置向车辆的内侧沿轴向延伸。
文档编号B60K17/04GK102026837SQ200980117053
公开日2011年4月20日 申请日期2009年4月3日 优先权日2008年4月11日
发明者D·沃尔泽, P·马罗 申请人:米其林技术公司, 米其林研究和技术股份公司