Мотор-колесо Российский патент 2024 года по МПК B60K7/00 

Техническое решение относится к транспортным средствам и касается расположения электродвигателя в его ведущих колесах.

Из уровня техники известно мотор-колесо легкового автомобиля, показанное в патенте RU 2334626. Это мотор-колесо содержит электродвигатель, состоящий из статора, закрепленного неподвижно на силовых элементах подвески, на поворотном кулаке автомобильного колеса, и ротора электродвигателя. Ротор расположен на диске автомобильного колеса, при этом активный элемент ротора внутри которого размещено «беличье колесо», состоящее из двух стальных колес, соединенных между собой стальными шпильками, выполнен из легкосплавного материала в виде кольцевой вставки с отбортовкой с отверстиями на ней и закреплен в ободе колеса с помощью винтов. Щель между колесной вставкой и ободом колеса заполнена полимерным клеем. Одним из недостатков этого мотор-колеса является консольная установка кольцевой вставки ротора и статора электродвигателя в обод колеса. Наличие щели между кольцевой вставкой и ободом колеса, которую заполняют полимерным клеем, толщина которого может быть неравномерной, и отсутствие центрирования статора относительно кронштейнов подвески приведет к несоосному расположению ротора относительно статора и искажению воздушного зазора между ними, что ухудшит работоспособность электродвигателя. При износе элементов поворотного кулака у статора появляется свобода перемещения как в осевом, так и в радиальном направлениях, что приведет к заклиниванию вращения ротора. Другими недостатками этого мотор-колеса является расположение его тормозного механизма во внутреннем пространстве ротора и отсутствие защиты электродвигателя от действия окружающей среды. Попадание в электродвигатель инородных предметов, таких как песок, грязь, продуктов износа тормозного диска и т.д., приведет к заклиниванию ротора, а попадание воды, к короткому замыканию обмоток статора. Мотор-колесо используют для трогания легкового автомобиля и его движения со скоростью 15 - 20 км/ч. Для дальнейшего движения запускается двигатель внутреннего сгорания (ДВС) серийного автомобиля и движение происходит с использованием гибридной силовой установки (четыре мотор-колеса плюс ДВС). Данное сочетание агрегатов не является гибридной силовой установкой, так как ДВС не предназначен для преобразования механической энергии в электрическую, что потребует значительного изменения конструкции серийного автомобиля.

Известно также мотор-колесо транспортного средства, показанное в патенте US 5087229, содержащее шину с дисковым ободом, соединенным с вращающейся частью тормозного механизма, расположенного с наружной стороны колеса на ступице, установленной на подшипниках в опоре колеса. Ступица колеса соединена с водилом планетарного однорядного редуктора, собранного в своем корпусе, присоединенном к опоре и расположенном в ее внутренней полости. Коронная шестерня редуктора, являющаяся частью корпуса, связана через сателлиты, установленные на осях водила, с валом - солнечной шестерней. Вал солнечной шестерни соединен шлицевым соединением со ступицей ротора электродвигателя переменного тока с постоянными магнитами, расположенного с внутренней стороны колеса. Ступица ротора электродвигателя установлена на двухрядном шариковом подшипнике в корпусе редуктора. Подшипник закрыт крышкой с уплотнением. Ступица ротора электродвигателя выполнена с чашей, имеющей цилиндрическую секцию, расположенную над корпусом редуктора. С наружной стороны секции приклеены постоянные магниты и прикреплены к ней механически. Постоянные магниты имеют магнитную связь с полюсами статорного пакета с трехфазной обмоткой, расположенного над ними, через воздушный зазор. Стальной пакет статора установлен в корпусе и закрыт крышкой. Крышка и корпус статора присоединены к неподвижной опоре колеса и расположены с его внутренней стороны. Консольная установка ротора электродвигателя на валу солнечной шестерни редуктора, связанной с плавающим водилом, имеющим возможность осевого и радиального перемещения, и наличие увеличенного числа связей и соединений приведет к вибрации ротора и искажению воздушного зазора между статором и постоянными магнитами ротора, ухудшит работоспособность электродвигателя мотор-колеса. Отсутствие взаимосвязи внутренней полости планетарного редуктора, заполненного жидкой смазкой, с атмосферой, приведет к выходу из строя его уплотнений и вытеканию смазки во внутреннюю полость статора. Уменьшение количества смазки увеличит нагревание редуктора, что ухудшит его работоспособность, а попадание смазки с продуктами износа шестерен редуктора во внутреннюю полость статора ухудшит работоспособность электродвигателя и может привести к заклиниванию ротора.

В авторском свидетельстве № 765036, выданном в СССР, показано мотор-колесо, содержащее электродвигатель, расположенный в опоре, установленной посредством подшипников на ступице колеса с двухскатной шиной, планетарный редуктор, установленный с внешней стороны колеса и тормозной механизм, расположенный с внутренней стороны колеса. Недостатками этого мотор-колеса является его большой осевой размер и масса, что исключает возможность его применения для привода управляемой передней оси транспортного средства.

В другом авторском свидетельстве № 1622176 А1, выданном в СССР, показано мотор-колесо транспортного средства содержащее опору, на которой с внутренней стороны колеса закреплен редуктор и суппорт тормозного механизма. Ведомое звено редуктора и тормозной барабан соединены со ступицей, ступица соединена с ободом колеса. Ведомое звено редуктора связано кинематически с его ведущим звеном, соединенным торсионом с валом электродвигателя. В ступице размещены подшипники, внутренние обоймы подшипников установлены на корпусе электродвигателя. Недостатком этого мотор-колеса является сложность конструкции, большая масса и габаритные размеры, что ограничивает его применение для привода управляемой передней оси транспортного средства.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является мотор-колесо, показанное в авторском свидетельстве №765036, выданном в СССР.

Решаемая задача - создание управляемого мотор-колеса надежной и работоспособной конструкции для привода передней оси цельнобазного и сочлененного автобусов.

Решение задачи создания управляемого мотор-колеса надежной и работоспособной конструкции для привода передней оси цельнобазного и сочлененного автобусов обеспечено тем, что мотор-колесо, содержащее электродвигатель, расположенный на оси колеса в опоре, установленной посредством подшипников на ступице колеса, планетарный редуктор, установленный с внешней стороны колеса, и тормозной механизм, расположенный с внутренней стороны колеса, в котором электродвигатель с жидкостным охлаждением капсулирован в опоре, сделанной в виде стакана с дном и наружным фланцем. К фланцу стакана присоединен фланец шестерни внутреннего зацепления планетарного редуктора, соединенный жестко с крышкой, закрывающей электродвигатель с наружной стороны. Шестерня внутреннего зацепления сделана с двумя зубчатыми венцами разной ширины, расположенными в линию, зацеплена с шестернями редуктора, имеющими одинаковые параметры, и установлена посредством двух подшипников качения на ступице колеса, соединенной с наружной стороны с ведомым звеном планетарного редуктора и диском обода колеса с односкатной шиной. С другой стороны она соединена с трубчатым удлинителем тормозного диска с увеличенным внутренним и наружным диаметрами, расположенного с зазором над стаканом в ободе колеса. Часть тормозного диска окружена снаружи суппортом тормозного механизма, закрепленного на двух кронштейнах, расположенных вертикально напротив друг друга и изготовленных совместно с диском поворотного вилочного кулака. В диске сделаны резьбовые отверстия и глухое цилиндрическое отверстие для центрирования стакана по цилиндрическому выступу, сделанному с наружной стороны его дна. Дно стакана прикреплено к диску поворотного кулака, связанного кинематически с балкой переднего моста, при этом скоба тормозного механизма с тормозной камерой, имеющая возможность ограниченного осевого перемещения и охватывающая суппорт и тормозной диск снаружи, расположена частично в ободе колеса вертикально перед поворотным вилочным кулаком, сделанным с площадками, имеющими резьбовые отверстия для крепления рычагов управления.

Такое рациональное взаимное расположение агрегатов в мотор-колесе, с капсулированием электродвигателя в опоре, позволяет защитить его от воздействия окружающей среды, обеспечить его надежность и работоспособность.

Центральная ось обода колеса с односкатной шиной смещена относительно своего горизонтального расположения в угловом направлении.

Торсионный вал электродвигателя соединен с его ротором и установлен на подшипниках качения. Один из подшипников расположен в отверстии выступа, сделанного с внутренней стороны дна стакана в форме усеченного конуса. Другой подшипник установлен в крышке, закрывающей электродвигатель снаружи. Перед подшипником установлено уплотнение и ведущая шестерня планетарного редуктора, связанная кинематически с его ведомым звеном.

Смещение центральной оси обода мотор-колеса с шиной в угловом направлении относительно своего горизонтального расположения обеспечивает равномерный износ шины и устойчивость движения транспортного средства. Наличие соединения ведущей шестерни планетарного редуктора с ротором электродвигателя через упругое звено-торсион позволяет уменьшить динамические нагрузки при торможении транспортного средства, обеспечить его надежность.

Созданию мотор-колеса надежной и работоспособной конструкции для привода передней оси цельнобазного и сочлененного автобусов способствует то, что с наружной стороны фланца стакана сделано цилиндрическое отверстие, пересекающее равнорасположенные углубления в виде открытых круговых секторов с резьбовыми отверстиями. В отверстии центрирован кольцевой выступ корпуса электродвигателя, а в углублениях размещены выступы его переднего подшипникового щита, сделанные в виде круговых сегментов со сквозными отверстиями. В этих сквозных и резьбовых отверстиях установлены болты.

В трубчатом участке стакана, выступающим из обода колеса, сделано окно, смещенное от вертикальной оси колеса в угловом направлении. Напротив окна, внутри стакана, с наружной стороны заднего подшипникового щита электродвигателя установлен клеммный блок с изолированными друг от друга секциями, в которых расположены выводы проводов обмоток статора электродвигателя, имеющие возможность соединения с силовыми проводами для токопровода от внешнего источника тока.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в надежности и работоспособности мотор-колеса.

На фигуре 1 показано переднее управляемое мотор-колесо, продольный разрез.

На фигуре 2 показано мотор-колесо по фигуре 1, вид А.

На фигуре 3 показана опора мотор-колеса, продольный разрез.

На фигуре 4 показан дисковый поворотный вилочный кулак, изометрическая проекция.

На фигуре 5 показана установка торсионного вала в мотор-колесе, продольный разрез.

На фигуре 6 показана опора мотор-колеса по фигуре 3, вид В.

На фигуре 7 показан передний подшипниковый щит электродвигателя, вид спереди.

Мотор-колесо содержит электродвигатель 1, расположенный на оси 2 колеса в опоре 3 (см. фиг.1). Опора 3 установлена посредством подшипников 4 и 5 на ступице 6 колеса. Планетарный редуктор 7 установлен с внешней стороны колеса. Тормозной механизм 8 расположен с внутренней стороны колеса.

Электродвигатель 1 капсулирован в опоре 3, сделанной в виде стакана 9 с дном 10 и наружным фланцем 11 (см. фиг.1 и 3). К фланцу 11 стакана 9 присоединен фланец 12 шестерни 13 внутреннего зацепления редуктора 7. Фланец 12 соединен жестко с крышкой 14, закрывающей электродвигатель 1 с его наружной стороны (см. фиг.1). Шестерня 13 внутреннего зацепления сделана с двумя зубчатыми венцами 15 и 16 разной ширины, расположенными в линию, зацеплена с шестернями 17 и 18 редуктора 7, имеющими одинаковое число зубьев, модуль, диаметральные размеры и другие параметры, и установлена посредством подшипников 4 и 5 на ступице 6 колеса. Ступица 6 колеса соединена с наружной стороны с ведомым звеном 19 редуктора 7 и дисковым ободом 20 колеса с односкатной шиной 21. С другой стороны ступица 6 соединена с трубчатым удлинителем 22 тормозного диска 23, сделанного с увеличенным внутренним и наружным диаметрами (по сравнению с диаметральными размерами серийного тормозного диска), расположенного с гарантированным зазором 24 над стаканом 9 в ободе 20 колеса. Суппорт 25 тормозного механизма 8, с установленными в нем тормозными колодками 26 (см. фиг.2), окружающий часть тормозного диска 23 снаружи, закреплен болтами 27 на двух вертикально расположенных напротив друг друга кронштейнах 28 и 29 (см. фиг.1 и 2). Кронштейны 28 и 29 сделаны совместно с диском 30 поворотного вилочного кулака 31 (см. фиг.1 и 4). В диске 30 кулака 31 выполнены резьбовые отверстия 32 и глухое цилиндрическое отверстие 33, для центрирования стакана 9 по цилиндрическому выступу 34. Сделанному с наружной стороны его дна 10, имеющего отверстия 35 (см. фиг.3 и 6). Дно 10 стакана 9 присоединено к диску 30 поворотного кулака 31 шпильками 36 и закреплено гайками 37 (см. фиг.1). Поворотный вилочный кулак 31 связан с балкой 38 переднего моста транспортного средства посредством шкворня 39 (см.фиг.1), установленного в отверстиях 40 и 41 (см. фиг.2 и 4). Скоба 42 тормозного механизма 8, управляемая тормозной камерой 43, имеет возможность ограниченного осевого перемещения, что связано с износом фрикционного материала тормозных колодок 26 при торможении. Скоба 42, охватывающая суппорт 25 и тормозной диск 23 снаружи, расположена частично в ободе 20 колеса вертикально, перед поворотным вилочным кулаком 31, сделанным с площадками 44 и 45 (см. фиг.1 и 2), имеющими резьбовые отверстия 46 для крепления рычагов управления (не показаны).

Центральная ось 2 дискового обода 20 колеса с односкатной шиной 21 смещена относительно своего горизонтального расположения на угол α в вертикальной плоскости вниз (см. фиг. 1). Угол α находится в пределах от сорока минут до одного градуса и определяется заданным при обработке положением оси диска 30 поворотного вилочного кулака 31 по отношению к отверстиям 40 и 41 под шкворень 39 (см. фиг.2 и 4).

Торсионный вал 47 соединен с ротором 48 электродвигателя 1 шлицевым соединением 49 и установлен на подшипниках качения 50 и 51 (см.фиг.5). Подшипник 50 расположен в отверстии 52 выступа 53, сделанного с внутренней стороны дна 10 стакана 9 в виде усеченного конуса (см. фиг.3 и 5). Другой подшипник 51 установлен в крышке 14, закрывающей электродвигатель 1 снаружи. Перед подшипником 51 в крышке 14 установлено уплотнение 54. На шлицевом участке 55 торсионного вала 47 установлена и зафиксирована стопорным кольцом 56 ведущая шестерня 57 планетарного редуктора 7. Ведущая шестерня 57 связана кинематически с ведомым звеном 19 редуктора 7 (см. фиг.1)

Электродвигатель 1 мотор-колеса закреплен в стакане 9. Для закрепления электродвигателя 1, с наружной стороны фланца 11 стакана 9(см. фиг.3) сделано цилиндрическое отверстие 58, которое пересекает равнорасположенные углубления 59 в виде открытых круговых секторов 60 с резьбовыми отверстиями 61 (см. фиг.6). В отверстии 58 центрирован кольцевой выступ 62 (см. фиг.1) корпуса электродвигателя 1, а в углублениях 59 размещены выступы 63 его переднего подшипникового щита 64 (см. фиг.7). Выступы 63 сделаны в виде круговых сегментов 65, имеющих сквозные отверстия 66. В сквозных 65 и резьбовых 61 отверстиях установлены болты 67 (см. фиг.1).

В трубчатом участке 68 стакана 9 (см. фиг 2 и 3), выступающим из обода 20 колеса, сделано окно 69, смещенное на угол β относительно вертикальной оси колеса. Напротив окна 69 внутри стакана 9, с наружной стороны заднего подшипникового щита 70 электродвигателя 1 установлен клеммный блок 71, сделанный из диэлектрического материала. Блок 71 имеет три изолированные друг от друга секции 72, в которых расположены выводы 73 проводов обмоток статора (не показан) электродвигателя 1. Выводы 73 имеют возможность соединения с силовыми проводами (не показаны) для токопровода от внешнего источника тока. До подсоединения силовых проводов, окно 68 закрыто крышкой 74.

Мотор-колесо работает следующим образом (см. фиг.1). Момент с ротора 48 электродвигателя 1 передается торсионным валом 47 ведущей шестерне 57 и через кинематическую связь ведомому звену 19 планетарного редуктора 7, ступице 6, ободу 20 и шине 21 колеса.

Торможение мотор-колеса осуществляется при подаче воздуха под давлением в тормозную камеру 43 и воздействии колодок 26 на тормозной диск 23. В результате ведомое звено 19 планетарного редуктора 7 присоединяется к неподвижной шестерне 13 внутреннего зацепления и опоре 3, тормозя ступицу 6, обод 20 с шиной 21 и ротор 48 электродвигателя 1.

В созданном мотор-колесе, в котором обеспечено рациональное взаимное расположение агрегатов, электродвигатель капсулирован в опоре, сделанной в виде стакана с дном и наружным фланцем, к фланцу стакана присоединен фланец шестерни внутреннего зацепления планетарного редуктора, соединенный жестко с крышкой, закрывающей электродвигатель с наружной стороны, что защищает его от действия окружающей среды и попадания инородных предметов, обеспечивая надежность и работоспособность мотор-колеса, при выполнении шестерни внутреннего зацепления с двумя зубчатыми венцами разной ширины, расположенными в линию, зацепленными с шестернями планетарного редуктора, имеющими одинаковые параметры, и установленной посредством подшипников на ступице колеса, что позволяет повысить технологичность и надежность редуктора мотор-колеса, обеспечить оптимальное распределение нагрузки в зацеплении шестерен, размеры которых относительно не велики, что существенно сказывается на их работе, соединение ступицы с наружной стороны с ведомым звеном планетарного редуктора и диском обода колеса с односкатной шиной, с другой стороны с трубчатым удлинителем тормозного диска, сделанного с увеличенным внутренним и наружным диаметрами и расположенного с зазором над стаканом в ободе колеса, что обеспечивает эффективность и надежность мотор-колеса при экстренном и аварийном торможении, часть тормозного диска окружена суппортом тормозного механизма, закрепленного на двух кронштейнах, расположенных вертикально напротив друг друга, и изготовленных совместно с диском поворотного вилочного кулака, в котором сделаны резьбовые отверстия и глухое цилиндрическое отверстие, для центрирования стакана по цилиндрическому выступу сделанному с наружной стороны его дна, прикрепленного к диску поворотного вилочного кулака, связанного кинематически с балкой переднего моста, что позволяет надежно закрепить стакан с поворотным вилочным кулаком, при наличии скобы тормозного механизма с тормозной камерой, имеющий возможность ограниченного осевого перемещения при торможении мотор-колеса и охватывающей суппорт и тормозной диск снаружи, расположенный частично в ободе колеса вертикально, перед вилочным кулаком, сделанным с площадками, имеющими резьбовые отверстия для крепления рычагов управления, достигается надежность и работоспособность мотор-колеса, что создает предпосылки его использования на цельнобазных и сочлененных автобусах при сохранении у них механического привода задних колес.

Изобретение относится к области машиностроения. Мотор-колесо содержит электродвигатель, капсулированный в опоре, установленной на ступице колеса, планетарный редуктор и тормозной механизм. Опора сделана в виде стакана с дном и наружным фланцем. К фланцу стакана присоединен фланец шестерни внутреннего зацепления планетарного редуктора, соединенный жестко с крышкой, закрывающей электродвигатель с наружной стороны. Шестерня внутреннего зацепления сделана с двумя зубчатыми венцами разной ширины и зацеплена с шестернями редуктора, имеющими одинаковые параметры, и установлена на ступице колеса, соединенной с ведомым звеном планетарного редуктора, диском обода колеса с односкатной шиной и с трубчатым удлинителем тормозного диска, расположенного с зазором над стаканом в ободе колеса. Суппорт тормозного механизма закреплен на двух кронштейнах, изготовленных совместно с диском поворотного вилочного кулака. В диске сделаны резьбовые отверстия и глухое цилиндрическое отверстие для центрирования стакана по цилиндрическому выступу, сделанному с наружной стороны его дна, прикрепленного к диску поворотного кулака, связанного с балкой переднего моста транспортного средства. Скоба тормозного механизма с тормозной камерой, имеющая возможность ограниченного осевого перемещения и охватывающая суппорт и тормозной диск снаружи, расположена частично в ободе колеса вертикально перед поворотным вилочным кулаком, сделанным с площадками, имеющими резьбовые отверстия для крепления рычагов управления. Обеспечивается повышение надежности. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Мотор-колесо, содержащее электродвигатель, расположенный на оси колеса в опоре, установленной посредством подшипников на ступице колеса, планетарный редуктор, установленный с внешней стороны колеса, и тормозной механизм, расположенный с внутренней стороны колеса, отличающееся тем, что электродвигатель капсулирован в опоре, сделанной в виде стакана с дном и наружным фланцем, к фланцу стакана присоединен фланец шестерни внутреннего зацепления планетарного редуктора, соединенный жестко с крышкой, закрывающей электродвигатель с наружной стороны, шестерня внутреннего зацепления сделана с двумя зубчатыми венцами разной ширины, расположенными в линию, зацеплена с шестернями редуктора, имеющими одинаковые параметры, и установлена посредством подшипников качения на ступице колеса, соединенной с наружной стороны с ведомым звеном планетарного редуктора и диском обода колеса с односкатной шиной, с другой стороны с трубчатым удлинителем тормозного диска, расположенного с зазором над стаканом в ободе колеса, часть тормозного диска окружена снаружи суппортом тормозного механизма, закрепленного на двух кронштейнах, расположенных вертикально напротив друг друга, и изготовленных совместно с диском поворотного вилочного кулака, в диске кулака сделаны резьбовые отверстия и глухое цилиндрическое отверстие, для центрирования стакана по цилиндрическому выступу, сделанному с наружной стороны его дна, прикрепленного к диску поворотного кулака, связанного кинематически с балкой переднего моста транспортного средства, при этом скоба тормозного механизма с тормозной камерой, имеющая возможность ограниченного осевого перемещения и охватывающая суппорт и тормозной диск снаружи, расположена частично в ободе колеса вертикально перед поворотным вилочным кулаком, сделанным с площадками, имеющими резьбовые отверстия для крепления рычагов управления.

2. Мотор-колесо по п. 1, отличающееся тем, что центральная ось обода колеса с односкатной шиной смещена относительно своего горизонтального расположения в угловом направлении.

3. Мотор-колесо по п. 1, отличающееся тем, что торсионный вал электродвигателя соединен с его ротором и установлен на подшипниках качения, один из подшипников расположен в отверстии выступа, сделанного с внутренней стороны дна стакана в виде усеченного конуса, другой подшипник установлен в крышке, закрывающей электродвигатель снаружи, перед подшипником на валу установлено уплотнение и ведущая шестерня планетарного редуктора, связанная кинематически с его ведомым звеном.

4. Мотор-колесо по п. 1, отличающееся тем, что с наружной стороны фланца стакана сделано цилиндрическое отверстие, пересекающее равнорасположенные углубления в виде открытых круговых секторов с резьбовыми отверстиями, в отверстии центрирован кольцевой выступ корпуса электродвигателя, а в углублениях размещены выступы его переднего подшипникового щита, сделанные в виде круговых сегментов со сквозными отверстиями, в этих сквозных и резьбовых отверстиях установлены болты.

5. Мотор-колесо по п. 1, отличающееся тем, что в трубчатом участке стакана, выступающем из обода колеса, сделано окно, смещенное от вертикальной оси колеса в угловом направлении, напротив окна, внутри стакана, с наружной стороны заднего подшипникового щита электродвигателя установлен клеммный блок с изолированными друг от друга секциями, в которых расположены выводы проводов обмоток статора электродвигателя, имеющих возможность соединения с силовыми проводами для токопровода от внешнего источника тока.