一种集成轮毂电机与轮辋、制动器的车轮总成
阅读说明：本技术 一种集成轮毂电机与轮辋、制动器的车轮总成 (Wheel assembly integrating hub motor, rim and brake ) 是由 靳立强 王科 邱能 李�浩 徐蕾 郄鹏波 于 2021-10-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种集成轮毂电机与轮辋、制动器的车轮总成,包括：轮辋,其包括轮辋辐板和轮胎安装板；转子,其包括转子主体部、转子辐板、转轴和多个永磁体；转子辐板、转子主体部和转轴围合形成圆环状的容纳腔；多个永磁体固定安装在转子主体部上；其中,转子同轴设置在轮辋内；转子辐板与轮辋辐板可拆卸的固定连接；轮辋安装板的内壁上沿周向设置有向轮辋中心方向凸起的环形凸起部,环形凸起部与转子主体部之间过盈配合；定子,其包括定子支架、多个定子铁芯和多个电机绕组；其中,定子支架同轴设置在容纳腔中,转轴可旋转的支撑在定子支架中；多个定子铁芯固定设置定子支架的外壁上,电机绕组一一对应的缠绕在定子铁芯上。(The invention discloses a wheel assembly integrating a hub motor, a rim and a brake, which comprises: a rim comprising a rim web and a tire mounting plate; a rotor including a rotor main body portion, a rotor web, a rotation shaft, and a plurality of permanent magnets; the rotor spoke plate, the rotor main body part and the rotating shaft are enclosed to form a circular accommodating cavity; the plurality of permanent magnets are fixedly arranged on the rotor main body part; wherein the rotor is coaxially arranged in the rim; the rotor wheel disk and the wheel rim wheel disk are detachably and fixedly connected; an annular bulge protruding towards the center direction of the rim is arranged on the inner wall of the rim mounting plate along the circumferential direction, and the annular bulge is in interference fit with the rotor main body; a stator including a stator bracket, a plurality of stator cores, and a plurality of motor windings; the stator support is coaxially arranged in the accommodating cavity, and the rotating shaft is rotatably supported in the stator support; a plurality of stator cores are fixedly arranged on the outer wall of the stator support, and the motor windings are wound on the stator cores in a one-to-one correspondence mode.)
技术领域
本发明属于电动轮结构技术领域，特别涉及一种集成轮毂电机与轮辋、制动器的车轮总成。
背景技术
电动轮将驱动电机与传动制动装置都合并到轮毂中，简化掉了传统汽车中的变速器、离合器、传动轴、差速器等，直接将驱动力传递给车轮，使得车辆的空间利用率和传动效率大大提高。同时也带来了一些技术难点，其安装空间狭窄，制动转向布置困难；集成度过高，后期车轮维护困难，需要拆卸电动轮总成；簧下质量的大幅增加，影响车辆稳定性；轮毂电机及制动盘散热困难，影响电动轮的使用寿命以及整车制动效能。
国外学者较早开展了利用电动轮驱动来改善集中电机驱动的电动汽车底盘结构复杂、车内空间狭小、能量利用效率不高等问题的研究，日本三菱、法国米其林及英国Protean等均提出了各自的电动轮集成方案。国内的吉林大学、同济大学、天津一汽以及广汽传祺等科研机构在十多年前开始研究轮毂电机驱动技术。近几年，电动轮驱动技术已经在部分电动汽车上应用并取得了较好的效果。
轮毂电机集成于车轮内，通常将轮毂电机与车轮深度一体化集成，但会造成后期车轮维护时拆卸困难，也不利于材料的强度拓扑优化充分利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种集成轮毂电机与轮辋、制动器的车轮总成，在保证高集成度的同时，便于车轮的后期维护及拓扑优化。
本发明提供的技术方案为：
一种集成轮毂电机与轮辋、制动器的车轮总成，包括：
轮辋，其包括轮辋辐板和轮胎安装板；
所述轮胎安装板为筒状，其围绕所述轮辋辐板的周缘设置，并且所述轮辋辐板固定连接在所述轮胎安装板的一端；
转子，其包括转子主体部、转子辐板、转轴和多个永磁体；
所述转子主体部为圆筒状，所述转轴与所述转子主体部同轴设置；所述转子辐板同时固定连接在所述转子主体部和所述转轴的一端；所述转子辐板、所述转子主体部和所述转轴围合形成圆环状的容纳腔；
所述多个永磁体固定安装在所述转子主体部上，并且沿所述转子主体部的内壁周向间隔布设；
其中，所述转子同轴设置在所述轮辋内；所述转子辐板抵靠在所述轮辋辐板上，并且与所述轮辋辐板可拆卸的固定连接；
所述轮辋安装板的内壁上沿周向设置有向轮辋中心方向凸起的环形凸起部，所述环形凸起部与所述转子主体部之间过盈配合；
定子，其包括定子支架、多个定子铁芯和多个电机绕组；
其中，所述定子支架同轴设置在所述容纳腔中，所述转轴可旋转的支撑在所述定子支架中；
所述多个定子铁芯固定设置定子支架的外壁上，并且沿所述定子支架的外壁周向间隔布设，所述电机绕组一一对应的缠绕在所述定子铁芯上。
优选的是，所述转子辐板与所述轮辋辐板之间通过T型螺栓连接；
其中，所述转子辐板上设置有矩形凹槽，所述T型螺栓的螺栓头与所述矩形凹槽过盈配合；所述T型螺栓的螺杆同时穿过所述转子辐板和所述轮辋辐板，并且与设置在所述轮辋辐板外侧的螺母匹配连接。
优选的是，轮辋辐板具有圆形的中心通孔；所述转子辐板的中心处具有圆形凸起部；
其中，所述圆形凸起部设置在所述中心通孔中，并且与所述中心通孔间隙配合。
优选的是，所述定子支架包括定子支架主体部和定子支架端盖；
所述定子支架主体部为圆柱状，并且所述定子支架主体部的中心具有轮毂轴承安装孔；
其中，所述转轴上安装有轮毂轴承，并且通过所述轮毂轴承支撑在所述轮毂轴承安装孔中；
所述定子支架端盖为圆环状，并围绕所述定子主体的外圆周固定连接在所述定子支架主体部的一端上；
其中，所述定子支架端盖与所述转子辐板相对设置，并且所述定子支架端盖抵靠在所述转子主体部的另一端上。
优选的是，所述的集成轮毂电机与轮辋、制动器的车轮总成，还包括：
制动盘，其同轴固定套接在所述转轴上；
其中，所述定子主体的一侧同轴开设有定子凹槽，所述定子凹槽与所述定子支架端盖同侧设置；所述制动盘位于所述定子凹槽中；以及
制动卡钳，其固定安装在所述定子主体上，并且位于所述定子凹槽内；所述制动卡钳与所述制动盘匹配设置。
优选的是，所述的集成轮毂电机与轮辋、制动器的车轮总成，还包括：
第一转向节臂和第二转向节臂，其分别可拆卸的固定连接在所述定子支架端盖上，并且朝向车身方向设置；
其中，所述第一转向节臂连接车辆悬架的上横臂，所述第二转向节臂连接车辆悬架的下横臂。
优选的是，所述第二转向节臂的厚度大于所述第一转向节臂的厚度。
优选的是，所述的集成轮毂电机与轮辋、制动器的车轮总成，还包括：
冷却油封，其固定套设在所述定子支架上。
优选的是，所述的集成轮毂电机与轮辋、制动器的车轮总成，还包括：
第一密封圈，其设置在所述转子辐板与所述定子支架主体部之间；以及
第二密封圈，其设置在所述转子主体部与所述定子支架端盖之间。
优选的是，所述制动盘上开设有多个通风孔。
本发明所述的有益效果是：
(1)本发明提供的集成轮毂电机与轮辋、制动器的车轮总成，基于现有轮毂电机进行改造，将转子重新设计与轮辋相实现可拆卸的配合；定子支架重新设计与转向节臂、制动器集成，在保证高集成度的前提下，大大降低了电动轮设计制造难度和成本。
(2)本发明提供的集成轮毂电机与轮辋、制动器的车轮总成，将轮毂电机的转子与车轮轮辋过盈配合，承担大部分的轮胎力；并将T型螺栓头与转子过盈配合，实现永久安装。后期车轮维护时，仅需拆卸螺母；相较于传统电动轮集成方案极大的提高了后期维护的便利性，并且能够保证有效防止轮辋变形。
(3)本发明提供的集成轮毂电机与轮辋、制动器的车轮总成，将制动器布置在定子支架外侧的凹槽内，保证了制动盘的通风及散热效果，减小了电动轮装置对轴向空间的占用，便于悬架系统和转向系统的布置。
附图说明
图1为本发明所述的集成轮毂电机与轮辋、制动器的车轮总成的内部结构剖面图。
图2为本发明所述的集成轮毂电机与轮辋、制动器的车轮总成的全剖轴测图。
图3为本发明所述的集成轮毂电机与轮辋、制动器的车轮总成的爆炸图。
图4为本发明所述的轮辋结构示意图。
图5为本发明所述的转子结构示意图。
图6为本发明所述的定子支架结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1-3所示，本发明提供了一种集成轮毂电机与轮辋、制动器的车轮总成，主要由以下部件组成：轮胎1，轮辋2，轮辋螺母3，T型螺栓4，转子5，定子支架6，第一密封圈7，定子铁芯8，冷却油封9，永磁体10，第二密封圈11，转向节臂螺栓12，转向节臂螺母13，第一转向节臂14a，第二转向节臂14b，制动卡钳螺栓15，制动卡钳16，制动盘17，轮毂轴承盖板螺栓18，轮毂轴承盖板19，轮毂轴承20，轮毂轴承挡圈21，制动盘挡圈22以及中心螺母23。
轮胎1固定套设在轮辋2的外侧。如图4所示，轮辋2主要包括：轮胎安装板2c和轮辋辐板2d；轮胎安装板2c为筒状，并且围绕所述轮辋辐板2d的周缘设置，轮辋辐板2d固定连接在轮胎安装板2c的一端。在轮辋辐板2d上开设有多个轮辋螺栓孔2a，并且在轮辋安装板2d的内壁上沿周向设置有朝向轮辋中心轴凸起(沿轮辋径向凸起)的环形凸起部2b。在本实施例中，环形凸起部2b靠近轮辋辐板2d一侧设置。
如图5所示，转子5主要包括：转子主体部5a、转子辐板5c、转轴5d。转子主体部5a为圆筒状，转轴5a与转子主体部5a同轴设置；转子辐板5c同时固定连接在转子主体部5a和转轴5d的一端；转子辐板5c、转子主体部5a和转轴5d之间围合形成圆环状的容纳腔5k。其中，转子辐板5c上设置有多个矩形螺栓槽5b，并且开设有与矩形螺栓槽5b连通的螺栓孔5e；矩形螺栓槽5b位于转子5的内侧(设有容纳腔的一侧)，螺栓孔5e位于转子5的外侧。
多个永磁体10固定安装在转子主体部5a上，并且多个永磁体10沿所述转子主体部5a的内壁周向间隔布设。作为进一步的优选，转子辐板5c上还开设有多个通孔5f，用于减重和散热；转子转轴5d上设置有轴肩5g，用于轮毂轴承的轴向定位。轮辋辐板2d具有圆形的中心通孔2e；转子辐板5c的中心处具有圆形凸起部5h，二者配合用于实现定位。
转子5同轴设置在轮辋2内，轮辋辐板2d和转子辐板5c通过多个T型螺栓4连接；轮辋2的环形凸起部2b与转子5的转子主体部5a外侧过盈配合，传递轮毂电机与轮胎之间的力；轮胎安装板2c与转子主体部5a之间留有间隙，防止转子5受力变形影响电机气隙，同时也能够起到一定的衰减轮胎振动的作用。
转子5和轮辋2的具体连接方式为：圆形凸起部5h设置在中心通孔2e中，并且与中心通孔2e间隙配合。转子辐板5c上的螺栓孔5e与轮辋螺栓孔2a一一对应同轴设置；T型螺栓4的头部(矩形块状)通过过盈配合的方式固定在矩形螺栓槽5b中，T型螺栓4的螺杆依次穿过螺栓孔5e和轮辋螺栓孔2a，延伸至轮辋辐板2d的外侧，通过安装轮辋螺母3实现固定。
转子主体部5a的外壁与轮辋2内壁上的环形凸起部2b过盈配合，目的是承担并传递大部分的轮胎力；同时使轮辋辐板的内圈(中心通孔2e处)与转子5的圆形凸起部5h采用间隙配合，防止此处受力；从而能够防止轮辋发生局部形变，提高轮辋的使用寿命。转子5上的矩形螺栓槽5b与T型螺栓4的头部采用过盈配合，此处为永久性安装，后期车轮维护时，T型螺栓4无需拆卸，仅需拆除轮辋螺母3即可，极大的提高了后期车轮维护或更换的便利性。
定子包括定子支架6、多个定子铁芯8和多个电机绕组。其中，定子支架6同轴设置在容纳腔5k中，转轴5d可旋转的支撑在定子支架6中；多个定子铁芯8固定设置定子支架的外壁上，并且沿定子支架6的外壁周向间隔布设，所述电机绕组一一对应的缠绕在定子铁芯8上。
如图6所示，定子支架6包括定子支架主体部6g和定子支架端盖6h。定子支架主体部6g为圆柱状，并且定子支架主体部6g的中心具有轮毂轴承安装孔6e；定子支架端盖6h为圆环状，并围绕定子主体6g的外圆周固定连接在所述定子支架主体部6g的一端上。定子主体6g的一侧同轴开设有定子凹槽6k，定子凹槽6k与定子支架端盖6h同侧设置(即位于靠近车身的一侧)。定子支架6还包括转向节臂螺栓固定孔6a、制动卡钳吊耳6b、加强肋6c、铁芯安装凹槽6d和轮毂轴承盖板螺栓孔6f。
在本实施例中，转向节臂螺栓固定孔6a设置在定子端盖6h上，第一转向节臂14a和第二转向节臂14b分别通过3个螺栓与定子端盖6h连接。其中，第一转向节臂14a连接车辆悬架的上横臂，第二转向节臂14b连接车辆悬架的下横臂。由于第二转向节臂14b承受大部分车重，第二转向节臂14b的厚度大于第一转向节臂14a的厚度。多个加强肋6c与制动卡钳吊耳6b设置在定子凹槽6k的内壁上，并且沿定子凹槽6k的内壁圆周间隔分布，共同增加定子支架6的强度。铁芯安装凹槽6d沿定子支架主体部6g外壁的周向间隔设置，定子铁芯8一一对应的固定安装在铁芯安装凹槽6d中。
轮毂轴承20的外圈固定在轮毂轴承安装孔6e中，轮毂轴承安装孔6e边缘设置有凸台，用于轮毂轴承20的轴向定位。同时轮毂轴承20的内圈安装在转轴5d，使转轴5d通过轮毂轴承20可旋转的支撑在定子支架主体部6g中。在定子凹槽6k底部，多个轮毂轴承盖板螺栓孔6f围绕轮毂轴承安装孔6e均匀设置，轮毂轴承盖板螺栓孔6f为盲孔；多个轮毂轴承盖板螺栓18连接在轮毂轴承盖板螺栓孔6f中，将轮毂轴承盖板19固定在定子支架6上；可通过增加垫片调整所述轮毂轴承20的轴向定位。所述定子支架端盖6h与转子辐板5c相对设置，并且定子支架端盖6h抵靠在转子主体部5a的一端(远离转子辐板5c的一端)上。通过定子支架端盖6h、定子支架主体部6g、转子主体部5a和转子辐板5c将轮毂电机的定子铁芯8、电机绕组和永磁体10封闭在定子支架主体部6g外围的环形空腔内。同时转子辐板5c与定子支架主体部6g之间设置有第一密封圈7，在转子主体部5a与定子支架端盖6h的之间设置有第二密封圈11；以保证所述环形空腔的密封效果，更有效的保护轮毂电机的工作部件。
冷却油封9固定套设在定子支架上，封闭包裹多个定子铁芯8，冷却油液可在冷却油封和定子支架之间流通；从而提高轮毂电机的散热效果。
制动盘17同轴固定套接在转轴5d上，并且制动盘17位于定子凹槽6k中；制动盘17的左右两侧分别通过轮毂轴承挡圈21和制动盘挡圈22进行轴向定位。其中，轮毂轴承挡圈21抵靠在轮毂轴承盖板19上；在转轴5d的端部安装有中心螺母23，通过中心螺母23实现轮毂轴承挡圈21的轴向固定；从而实现了定子和制动盘17的轴向固定。制动卡钳16与制动盘17匹配设置，制动卡钳16通过2个制动卡钳螺栓15固定在定子支架6的制动卡钳吊耳6b上，制动卡钳16的布置空间有较大余量，可通过增加垫片来调整制动卡钳16的定位。制动卡钳16根据车辆需求选用电子制动卡钳或液压制动卡钳。
在本实施例中，将制动器布置在定子支架4靠近车身的一侧的定子凹槽6k，避免了将制动器布置在车轮内部影响制动散热的问题，能够保证制动器散热效果。同时制动盘17采用通风制动盘，在制动盘17上开设有多个通风孔，能够进一步提高散热效果。
下面结合图1对本发明工作方式作详细描述：
如图1所示，本发明所述的集成轮毂电机与轮辋、制动器的车轮总成整体上是将电动轮的车轮轮毂2和轮毂电机转子5通过过盈配合关系和螺栓连接在一起、将定子支架6和第一转向节臂14a和第二转向节臂14b通过螺栓连接，并将制动器集成到定子支架6一侧的定子凹槽6k内。当驱动时，定子支架6受第一转向节臂14a和第二转向节臂14b的约束，其作为固定部件，永磁体10受到定子铁芯8和电机绕组形成的磁场作用力，带动转子5转动，转子5通过螺栓和过盈配合关系将驱动力矩传递给轮辋2，进而传递给轮胎1，驱动汽车行驶；当制动时，一方面，通过轮毂电机产生电磁制动力，另一方面，制动卡钳16为电子制动卡钳，其接受到制动信号时，推动制动片紧贴制动盘17，产生机械制动力，电磁制动力和机械制动力共同作用，阻止车轮转动。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
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