轮内电机及搭载该轮内电机的可外接充电式混合动力车辆

摘要

本发明提供了一种轮内电机及搭载该轮内电机的可外接充电式混合动力车辆，该轮内电机包括：环形转子，布置在制动鼓的外侧，其中心位于制动鼓的旋转轴线上；转子法兰，布置在制动鼓的外端面和车轮的安装面之间，连接环形转子和制动鼓；环形定子，布置在车轮内，并位于环形转子外侧；轴承单元，其布置在环形转子和环形定子之间，将环形定子支撑在环形转子上；以及连接杆，将环形定子连接到悬架的拖曳臂上。

说明书

技术领域

本发明涉及一种轮内电机及搭载该轮内电机的可外接充电式混合动力车辆。

背景技术

近年来，石油资源的日趋枯竭和环境污染的日益严重，促使电动汽车陆续投放市场。但 与已被购买并投入使用的传统内燃机汽车相比，电动汽车的市场保有量仍然极少。

显然，与10万台节能减排效果达到50％的电动汽车相比，1千万台节能减排效果10％的 内燃机汽车对于社会的意义更加重大。因此，市场迫切需要一种具有一定的节能减排效果、 成本较低且易于对传统内燃机汽车进行改装的套件。

美国专利申请US2008/0257620A1公开了一种可外接充电混合动力车辆的驱动系统，其 包括内燃机，布置在车轮外侧的轮上电机，电机控制器，电池包，车载充电器和充电口。轮 上电机的转子与车轮外侧相连接并传递动力，定子通过从定子中心引出并连接到车轮附近的 车身上的连接杆相连。

美国专利申请US2011/0011656A1公开了一种可外接充电混合动力车辆的驱动系统，其 包括内燃机，布置在车轮外侧的轮上电机及其减速机构，电机控制器，电池包，车载充电器 和充电口。轮上电机的转子通过其减速机构与车轮外侧相连接并传递动力，定子借助于减速 机构的壳体通过连接杆连接到车轮附近的车身上。

上述可外接充电混合动力车辆的驱动系统存在以下问题：虽然轮上电机安装在车轮外侧， 对车辆的改动小，但显然增加了车辆的宽度，具有一定的安全隐患；增加的连接杆暴露在车 身外侧，对于车身外观有明显的影响。此外，轮上电机的安装需要相配的车轮，因此，原车 的车轮必须更换，造成改装成本增加。

因此，还存在着发明一种对原车改动更小的混合动力车辆驱动系统的需求。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术中的缺点，提供一种轮内电机及搭载该轮内电机 的可外接充电式混合动力车辆。

根据本发明的一个方面，提供一种轮内电机，其特点是，包括：

环形转子，布置在制动鼓的外侧，其中心位于制动鼓的旋转轴线上；

转子法兰，布置在制动鼓的外端面和车轮的安装面之间，连接环形转子和制动鼓；

环形定子，布置在车轮内，并位于环形转子外侧；

轴承单元，其布置在环形转子和环形定子之间，将环形定子支撑在环形转子上；以及 连接杆，将环形定子连接到悬架的拖曳臂上。

在该轮内电机中，环形转子内侧和制动鼓外侧之间具有一定的间隙。

在该轮内电机中，转子法兰在正对环形转子内侧和制动鼓外侧之间的间隙的部位开有通 风孔，通风孔在随转子法兰转动时形成从车轮外侧流向内侧或者反方向流动的气流。

在该轮内电机中，转子法兰的厚度不大于2mm。

在该轮内电机中，环形定子外侧和车轮内侧之间具有一定的间隙。

在该轮内电机中，轴承单元为滚动轴承或滑动轴承。

在该轮内电机中，连接杆为刚性杆，其一端固接在环形定子上，另一端固接在悬架拖曳 臂上。

根据本发明的另一个方面，提供一种可外接充电式混合动力车辆，其特点是，包括，

发动机，其用于驱动前轮；

后桥，其具有制动鼓；

后悬架，其具有拖曳臂；

所述的轮内电机，其中车轮为后轮，悬架为后悬架，轮内电机用于驱动后轮；

电机控制器，其电连接所述轮内电机，用于驱动所述的轮内电机；

动力电池包，其电连接所述电机控制器，用于提供驱动所述的轮内电机所需的直流电源； 以及

车载充电器，其电连接外部电源和动力电池包，并利用外部电源给电池包充电。

附图说明

图1是本发明的轮内电机的一具体实施例的局部剖视示意图。

图2是本发明的可外接充电式混合动力车辆的一具体实施例的系统框图。

图中：1轮内电机；2环形转子；3制动鼓；4转子法兰；5车轮；6环形定子；7轴 承单元；8连接杆；9后悬架；91拖曳臂；10可外接充电式混合动力车辆；11发动机；12 前轮；13后桥；14鼓式制动器；15后轮；16电机控制器；17动力电池包；18车载充电 器。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。应理解，实施例 仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制。

图1是本发明实施例的轮内电机1的系统框图。

参考图1，轮内电机1包括：环形转子2，布置在制动鼓3的外侧，其中心位于制动鼓3的旋 转轴线上；转子法兰4，连接环形转子2和制动鼓3；环形定子6，布置在车轮5内，并位于环形 转子2的外侧；轴承单元7，其布置在环形转子2和环形定子6之间，用于将环形定子6支撑在环 形转子2上；以及连接杆8，将环形定子6连接到悬架9的拖曳臂91上。

在已被购买并大量使用的经济型轿车以及部分SUV等车型上，后悬架多采用拖曳臂式悬 架。此类悬架结构简单，成本较低，但能够提供足够的舒适性。拖曳臂式悬架包括拖曳臂、 减震器、扭力梁和横向稳定杆等，其中，拖曳臂将车轮及制动器连接到车身上。

在上述车型中，也大量采用了鼓式制动器作为后制动器。与盘式制动器相比，鼓式制动 器的散热条件略差，但因为成本较低，因此，仍然得到了大量的应用。整车的制动力分配多 在前七后三，因此，后制动器的尺寸比前制动器的小，其与车轮内侧之间的空隙较大。而且 后轮多为非转向轮，因此，较适合改装。

根据对全球17个国家12500位成年人调查发现，只有少数人每天实际驾驶距离超过80公 里。79％的中国驾驶者工作日每天驾驶80公里以下的路程，美国是77％，欧洲是80％，日本是 94％。此外，在80％的用车时间内，车内只有司机和一名乘客。因此，对于此类用途的城市 家庭用车，将其改装成可外接充电式混合动力汽车，所需要配备的动力电池包在8kWh以下即 可。并且在平常短途行驶时，尽可能用纯电动行驶模式，可以获得更高的经济性，包括极低 的日常使用费用。

此类城市家庭用车，其搭载两人的车重约为1.3～1.5吨，而且由于市区道路较平坦，立交 桥坡度较小，红灯较多，车速不超过60km/h，对于驱动功率的需求不大。对于各类城市循环 工况的统计表明，此类车辆的短时驱动功率约20kW，连续驱动功率约10kW，即可满足车辆 行驶的需求。因此，改装车辆所需添加的电动机其额定功率为10kW，短时达到20kW即可。 过高功率等级的电动机系统将增加成本和质量，而且增加了在车上布置的难度，因此，是不 需要的。

在上述车型的后悬架上的制动鼓和车轮之间增加功率不大的轮内电机，将内燃机汽车改 装成可外接充电式混合动力汽车，由于对原车的改动量极小，因此，极有利于在已投入使用 的内燃机汽车上大规模推广和使用。

轮内电机1为一额定功率约5kW的环形电机，左右两侧车轮内各布置一个，因此可提供总 功率10kW的连续驱动功率。单个环形电机的最高转速和车轮相当，其最大转矩为100Nm，额 定转速为500rpm，对应车速约50km/h。电机的恒功率区可以达到1000rpm，对应车速为 100km/h。超过100km/h，也即电机转速1000rpm以上，可以设置电机工作或者不工作。在车 速100km/h范围内的车辆制动，轮内电机1可以提供有限的再生制动转矩，回收部分制动能量。

轮内电机1为一内转子电机，其环形转子2的内侧和制动鼓3的外侧之间具有一定的间隙。 由于制动鼓3的散热条件较差，因此，为了避免热量直接传递到环形转子3上，两部件之间留 有一定的间隙。

转子法兰4布置在制动鼓3的外端面和车轮5的安装面之间，连接环形转子2和制动鼓3。转 子法兰4在正对环形转子2的内侧和制动鼓3的外侧之间的间隙的部位开有通风孔41，通风孔41 在随转子法兰4转动时形成从车轮5的外侧流向内侧或者反方向流动的气流，用于制动鼓3的散 热。

转子法兰4具有一定的厚度，当其安装在制动鼓3的外端面和车轮5的安装面之间时，车轮 5的偏置距将改变。为了限制偏置距的变化，不对后悬架和车轮的运动特性产生不利影响，转 子法兰4的厚度不大于2mm。由于传递的电机转矩不大，采用1.5mm厚的钢板冲压制成具有足 够刚性的形状，将环形转子2和车轮5相连接。

环形定子6的外侧和车轮5的内侧之间具有一定的间隙，避免车轮5转动时发生干涉。此外， 车轮5旋转时产生的气流将流过此间隙，对环形定子6进行散热。

轴承单元7不仅用于环形转子3和环形定子6之间所需间隙的保持，而且用于将位于外侧的 环形定子6支撑在借助于转子法兰4定位的环形转子3上。轴承单元7可为滚动轴承或滑动轴承， 其直径较大，因此，轴承单元7的刚度较大。

与普通的轮内电机的安装方式相比，轮内电机1的环形定子6的固定方式较特殊。前者多 借助于轮毂轴承进行定位，借助于定子法兰或者修改转向节等的机构进行固定。在本发明实 施例中，由于不能对后悬架9进行改动，因此，采用了连接杆支撑的方式。

连接杆8为刚性杆，其一端固接在环形定子6的相应结构上，另一端固接在悬架9的拖曳臂 91末端的安装螺栓上。连接杆8为具有足够刚度的空心杆件。由于轮内电机1的转矩不大，作 用在环形定子6上的作用力也不大，因此，连接杆8可以制成轻便的结构。

此外，由于轮内电机1和车轮5一起跳动，因此，增加的轮内电机1等结构的重量属于非悬 挂质量，其要求为越轻越好。由于轮内电机1的功率较小，安装结构简单，因此，增加的非悬 挂质量较小，不会对车轮接地安全性和乘坐舒适性产生不利的影响。

图2为本发明实施例的可外接充电式混合动力车辆的框图。

如图2所示，可外接充电式混合动力车辆10包括：发动机11，其用于驱动前轮12；后桥13， 其具有鼓式制动器14，具有制动鼓3；后悬架，其为拖曳式悬架，具有拖曳臂91；所述的轮内 电机1，具体安装的车轮5为后轮15，悬架9为后悬架，因此在这里，轮内电机1用于驱动后轮 15；电机控制器16，其连接所述轮内电机1，用于驱动所述的轮内电机1；动力电池包17，其 连接所述电机控制器16，用于提供驱动轮内电机1所需的直流电源；以及车载充电器18，其用 于连接外部电源(未示出)和动力电池包17，用于将外部交流电源转换成直流电给动力电池 包17充电。

因此，在本发明实施例的可外接充电式混合动力车辆10中，所述的轮内电机1安装在具有 鼓式制动器14的后桥13上，其连接杆8的一端连接后悬架的拖曳臂91。

此外，电机控制器16、动力电池包17和车载充电器18可布置在后备箱内。由于质量较轻， 因此，不会对车辆的性能产生任何不利的影响。

根据本发明，可以得到一种改装方便的轮内电机及搭载该轮内电机的可外接充电式混合 动力车辆。

本发明实施例的轮内电机，也适用于结构和尺寸合适的具有其他类型的后悬架或盘式制 动器的内燃机汽车的改装。

本发明并不局限于上述实施例，而是覆盖在不脱离本发明的精神和范围的情况下所进行 的所有改变和修改。这些改变和修改不应被认为是脱离了本发明的精神和范围，并且所有诸 如对于本领域技术人员来说显而易见的修改均应被包括在所附权利要求的范围内。