МОТОР-КОЛЕСО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО С ТАКИМ МОТОР-КОЛЕСОМ
VEHICLE MOTOR WHEEL AND VEHICLE WITH SUCH MOTOR WHEEL

Область техники
Настоящее изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к электрическим мотор-колесам для электрических и гибридных колесных транспортных средств.
Уровень техники
Отрасль транспортного машиностроения является одной из наиболее технологичных отраслей промышленности и подвержена постоянному развитию. Среди тенденций ее развития выделяется стремление к замене двигателей внутреннего сгорания, которые лежат в основе большинства современных транспортных средств, на альтернативные приводы. Активное развитие в последние годы получило производство гибридных автомобилей и электромобилей, приводную систему которых формируют экологичные электрические электроприводы и мотор-колеса.
Гибридные автомобили и электромобили на основе электрических мотор-колес обладают рядом преимуществ перед традиционными автомобилями, оснащенными двигателями внутреннего сгорания. К числу таких преимуществ относятся отсутствие множества сложных и тяжелых передаточных механизмов между двигателем и колесом (сцепления, трансмиссии, приводных валов и дифференциалов), хорошая динамика, маневренность, экономичность, безопасность движения. Однако существующие мотор-колеса также обладают рядом существенных недостатков, среди которых наиболее значимым является большая неподрессоренная масса мотор-колеса. Кроме того, компактные высокооборотные электродвигатели, входящие в состав мотор-колес, нуждаются в понижающей передаче, преобразующей крутящий момент, передаваемый электромашиной на колесо, которая, в условиях ограниченного пространства в мотор-колесе, должна быть компактной. В результате существующие гибридные транспортные средства, такие как автомобили, электромобили и автобусы, оснащенные мотор-колесами, имеют большую неподрессоренную массу, вследствие чего езда на таком транспортном средстве становится менее удобной, ввиду передачи вибрации на кузов, ухудшается управляемость, а также существенно повышается износ подвески автомобиля при движении на больших скоростях или дорогах с плохим покрытием. Кроме того, одним из наиболее существенных недостатков известных мотор-колес является сложность их конструкции и, как следствие большое количество деталей, входящее в состав мотор-колеса, что приводит к чрезмерному увеличению стоимости мотор-колес и заметно ограничивает объемы их выпуска.
Из патента РФ RU 2334626 на изобретение (класс МПК В60К 7/00) известно мотор-колесо для электромобиля, которое содержит электромотор, состоящий из статора электромотора, закрепленного неподвижно на силовых элементах подвески автомобильного колеса, и ротора электромотора. Ротор электромотора расположен на диске автомобильного колеса, при этом активный элемент ротора, внутри которого размещено «беличье колесо», состоящее из двух стальных колец, соединенных между собой стальными шпильками, выполнен из легкосплавного материала в виде кольцевой вставки с отбортовкой с отверстиями на ней и закреплен на колесном диске с помощью винтов. Щель между кольцевой вставкой и диском колеса заполнена полимерным клеем. Известное мотор-колесо имеет сравнительно простую конструкцию благодаря совмещению ротора с диском колеса, и меньшую массу за счет уменьшения массы активного элемента ротора. Однако недостатком известного мотор-колеса является отсутствие подрессоривания электромотора, вследствие чего масса электромотора является составляющей неподрессоренной массы электромобиля. В условиях отсутствия подрессоривания электродвигателя повышается вероятность деформации ротора при динамических колебаниях колеса, что нарушает равномерность зазора между ротором и статором и может приводить к заклиниванию вращения ротора.
Из международной публикации WO 2014013084 (классы МПК В60К 7/00, В60К 17/04) известно мотор-колесо с редуктором, которое содержит тяговый электродвигатель, содержащий внешний статор, соединенный со стойкой ступицы, и внутренний ротор. Известное мотор-колесо также содержит трехступенчатый редуктор и технические средства для введения во взаимодействие с редуктором вала электродвигателя и выведения из взаимодействия с ним. Существенным недостатком известного мотор-колеса является значительная масса конструкции, и как следствие высокое значение неподрессоренной массы автомобиля, что приводит к существенному снижению удобства езды и к снижению устойчивости движения автомобиля. К недостаткам также относятся большие нагрузки на элементы мотор-колеса при его работе.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является мотор-колесо, описанное в опубликованной патентной заявке США US 20060144626 на изобретение (классы МПК В60К 1/00, В60К 7/00, F16H 57/02). Указанное мотор-колесо содержит колесо, электродвигатель, понижающую передачу (планетарный редуктор), которая установлена с возможностью передачи вращательного движения от электродвигателя на колесо, демпфирующая конструкция, которая соединяет внешнюю часть корпуса электродвигателя с поворотным кулаком таким образом, что корпус электродвигателя способен выполнять колебания в вертикальной плоскости. Недостатками известного решения являются конструктивная сложность, высокая стоимость и большая масса, что обусловлено, в частности, необходимостью существенного упрочнения корпуса электромашины. Указанный патентный источник также раскрывает транспортное средство, которое может быть выбрано в качестве ближайшего аналога заявляемого транспортного средства.
Раскрытие сущности изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание комфортного в использовании электрического или гибридного колесного транспортного средства с улучшенной динамикой и увеличенным ресурсом подвески.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание мотор-колеса с электродвигателем и понижающей передачей, в котором обеспечено эффективное подавление колебаний, возникающих на колесе, а нагрузки на ротор электродвигателя снижены.
Еще одной задачей настоящего изобретения является сокращение количества конструктивных элементов мотор-колеса, обеспечивающих подавление колебаний, возникающих на колесе, для упрощения конструкции и снижения ее стоимости с целью обеспечения возможности массового производства такого мотор-колеса.
Указанные задачи решены предлагаемым мотор-колесом для колесного транспортного средства и транспортным средством с таким мотор-колесом, причем указанное мотор-колесо содержит колесо, электродвигатель, понижающую передачу, выполненную с возможностью передачи вращательного движения от электродвигателя к ступице колеса, и демпфирующую конструкцию, установленную между ступицей колеса и несущим элементом транспортного средства с возможностью обеспечивать вертикальное перемещение колеса относительно указанного несущего элемента и демпфировать такое перемещение, причем колесо содержит шину, диск колеса, ступицу, которая неподвижно установлена в диске, по меньшей мере один ступичный подшипник, который установлен на ступице, и тормозной диск, который соосно соединен со ступицей, электродвигатель содержит корпус электродвигателя, в котором размещен статор и ротор, содержащий вал ротора, а понижающая передача содержит корпус понижающей передачи, входное звено и выходное звено. В предлагаемом мотор-колесе входное звено передачи размещено на валу ротора, а выходное звено передачи содержит выходной вал, который установлен параллельно валу ротора и который соединен со ступицей колеса с образованием неподвижного соединения, при этом корпус понижающей передачи установлен в ступице колеса с возможностью поворота относительно нее, а корпус электродвигателя соединен с демпфирующей конструкцией с возможностью перемещения относительно нее.
Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым мотор-колесом, заключается в снижении размеров и массы мотор-колеса, улучшении динамических свойств транспортного средства, снижении вибраций, передаваемых на кузов транспортного средства, и повышении удобства езды, а также существенное упрощение конструкции мотор-колеса и стоимости его производства.
Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, демпфирующая конструкция содержит соединительную вилку, которая имеет два конца и соединительную цилиндрическую часть, проходящую в ступицу колеса и установленную на по меньшей мере одном ступичном подшипнике, так что ступица имеет возможность вращения относительно указанного цилиндрического конца без возможности осевого перемещения относительно него, тягу, которая проходит между концами соединительной вилки и неподвижно соединена с ними, амортизаторные пружины, и подвижную опору, которая установлена на тяге с возможностью перемещения вдоль нее и которая выполнена с возможностью соединения с несущим элементом транспортного средства, причем амортизаторные пружины установлены между концами вилки и подвижной опорой. Выполнение демпфирующей конструкции предлагаемым способом позволяет дополнительно снизить размеры мотор-колеса.
Согласно еще одному из частных вариантов реализации, корпус электродвигателя мотор-колеса имеет цилиндрическую форму и выполнен с осевым выступом, при этом в указанной подвижной опоре выполнен направляющий паз, а мотор-колесо дополнительно содержит приемную деталь, которая с возможностью перемещения установлена в направляющем пазу и которая соединена с осевым выступом.
Согласно одному из частных вариантов реализации, осевой выступ соединен с приемной деталью с образованием шарового соединения.
Согласно другому частному варианту реализации, приемная деталь установлена с возможностью вращаться при перемещении в направляющем пазу. Наличие возможности вращения позволяет снизить трение при перемещении осевого выступа относительно подвижной опоры.
Согласно еще одному варианту реализации, мотор-колесо дополнительно содержит демпфер, который установлен между подвижной опорой и приемной деталью с возможностью демпфирования перемещения последней относительно указанной опоры.
Согласно другому варианту реализации, электродвигатель мотор-колеса представляет собой синхронный электродвигатель с постоянными магнитами или синхронный явнополюсный электродвигатель.
Согласно другому варианту реализации, электродвигатель мотор-колеса представляет собой электродвигатель с радиальным, аксиальным или поперечным направлением магнитного потока.
Согласно одному из вариантов реализации, понижающая передача мотор-колеса представляет собой зубчатый редуктор, который содержит корпус редуктора, входное звено передачи, содержащее ведущее зубчатое колесо и выходное звено передачи, содержащее ведомое зубчатое колесо, а также выходной вал, установленные в корпусе редуктора с возможностью взаимодействия, причем ведущее зубчатое колесо выполнено как единое целое с валом ротора электродвигателя, ведомое зубчатое колесо неподвижно установлено на выходном валу во взаимодействии с ведущим зубчатым колесом. Использование зубчатого редуктора позволяет дополнительно снизить габариты понижающей передачи и повысить компактность мотор-колеса.
Согласно еще одному варианту реализации, понижающая передача мотор-колеса представляет собой ременную передачу, которая содержит корпус передачи, входное звено передачи содержащее ведущий шкив и выходное звено передачи содержащее ведомый шкив, который соединен с ведущим шкивом посредством ремня, а также выходной вал, установленные в корпусе передачи с возможностью взаимодействия, причем ведущий шкив выполнен за одно с валом ротора электродвигателя, ведомый шкив неподвижно установлен на выходном валу.
Согласно еще одному варианту реализации, понижающая передача мотор-колеса представляет собой цепную передачу, которая содержит корпус передачи, входное звено передачи содержащее ведущую звездочку и выходное звено передачи содержащее ведомую звездочку, которая соединена с ведущей звездочкой посредством цепи, а также выходной вал, установленные в корпусе передачи с возможностью взаимодействия, причем ведущая звездочка выполнена за одно с валом ротора электродвигателя, ведомая звездочка неподвижно установлена на выходном валу.
Согласно еще одному варианту реализации, понижающая передача мотор-колеса представляет собой вариатор, который содержит корпус, входное звено передачи содержащее ведущий шкив и выходное звено передачи содержащее ведомый шкив, который соединен с ведущим шкивом посредством ремня, а также выходной вал, установленные в корпусе вариатора с возможностью взаимодействия, каждый из указанных шкивов содержит пару конусов, обращенных друг к другу и установленных соосно с возможностью взаимного перемещения для регулировки передаточного отношения, причем ведущий шкив установлен на валу ротора электродвигателя, а ведомый шкив установлен на выходном валу.
Согласно еще одному варианту реализации, понижающая передача мотор-колеса представляет собой магнитный редуктор, который содержит корпус редуктора, входное звено передачи содержащее ведущее колесо и входное звено передачи содержащее ведомое колесо, а также выходной вал, установленные в корпусе редуктора с возможностью взаимодействия, причем ведущее колесо выполнено за одно с валом ротора электродвигателя, ведомое колесо неподвижно установлено на выходном валу во взаимодействии с ведущим колесом.
Согласно одному из частных вариантов реализации, выходной вал понижающей передачи соединен с колесом мотор-редуктора посредством шлицевого соединения.
Краткое описание чертежей
Далее настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылками на фигуры чертежей, на которых:
фиг. 1 показывает вид сбоку в разрезе и вид со стороны транспортного средства на мотор-колесо согласно предпочтительному варианту реализации в условиях отсутствия вертикального перемещения (при движении колеса по ровной дороге);
фиг. 2 показывает вид сбоку в разрезе и вид со стороны транспортного средства на мотор-колесо, показанное на фиг. 1, при движении вниз (при наезде в углубление в дороге);
фиг. 3 показывает вид сбоку в разрезе и вид со стороны транспортного средства на мотор-колесо, показанное на фиг. 1, при движении вверх (при наезде на выступ на дороге);
фиг. 4 показывает вид со стороны транспортного средства на мотор-колесо, согласно одному из частных вариантов реализации, в котором, в дополнение к варианту, показанному на фиг. 1, установлен демпфер для демпфирования перемещения корпуса электродвигателя.
Осуществление изобретения
На фиг. 1-3 изображено мотор-колесо согласно предпочтительному варианту реализации изобретения. Мотор-колесо включает в себя колесо, электродвигатель и понижающую передачу, которая выполнена в виде маслозаполненного одноступенчатого зубчатого редуктора с параллельными осями, расположенными на расстоянии Е друг от друга.
Колесо содержит шину 1, диск 2 колеса, на котором установлена шина 1, ступицу 3 колеса, которая неподвижно соединена с диском 2 посредством болтового соединения, два ступичных подшипника 4, 5, которые установлены на ступице 3, тормозной диск 6, который соосно соединен со ступицей 3 посредством болтового соединения, тормозной цилиндр 7 для прижатия тормозных колодок (не показаны) к тормозному диску 6 для обеспечения торможения транспортного средства.
Электродвигатель мотор-колеса содержит корпус 10 электродвигателя, в котором размещен статор 11 электродвигателя и ротор электродвигателя. Ротор имеет вал 12 ротора электродвигателя, который установлен в подшипниках 17 с возможностью вращения. Электрический ток для работы электродвигателя подается через проводник 15, который соединен с элементом питания, таким как электрическая перезаряжаемая батарея. Электродвигатель мотор-колеса имеет водяное охлаждение и представляет собой синхронный электродвигатель с постоянными магнитами. Синхронный электродвигатель с постоянными магнитами обладает высоким значением КПД, является компактным и позволяет быстрое и своевременное изменение частоты вращения вала для одновременного обеспечения необходимой скорости вращения колеса.
2
Для реализации описываемого предпочтительного варианта может быть использован электродвигатель, имеющий следующие основные характеристики: номинальный момент вращения - 52 Н⋅м, максимальный момент вращения - 104 Н⋅м, частота вращения - 7000 об/мин, номинальная мощность - 31 кВт, максимальная мощность - 60 кВт, масса - 10,5 кг, момент инерции ротора - 0,0012 кг⋅м, габариты - 120×200 см.
Согласно альтернативным вариантам реализации электродвигатель может представлять собой синхронный явнополюсный электродвигатель, электродвигатель с радиальным, аксиальным или поперечным направлением магнитного потока.
Зубчатый редуктор мотор-колеса содержит корпус 20 редуктора, который имеет цилиндрическую форму и в котором размещено масло для смазывания трущихся деталей редуктора. Использование маслозаполненного редуктора исключает необходимость частого обслуживания редуктора, что позволяет увеличить межремонтный интервал транспортного средства. Кроме того, редуктор содержит ведущее зубчатое колесо 21, которое выполнено за одно с валом 12 ротора, и ведомое зубчатое колесо 24, которое расположено в корпусе 20 с возможностью вращения. Как видно из фиг. 2-3, вал 12 ротора выступает из корпуса 10 электродвигателя и проходит в корпус 20 редуктора, так что обеспечена возможность зацепления колес 21 и 24 с возможностью передачи вращательного движения. Предпочтительно, размеры колес 21 и 24 подобраны таким образом, чтобы диапазон передаточных чисел был равен от 3 до 6, что является оптимальным диапазоном значений для обеспечения колебания значений скоростей на валу 12 ротора электродвигателя при обеспечении постоянной скорости колеса. Для реализации описываемого предпочтительного варианта может быть использован зубчатый редуктор, имеющий следующие характеристики: масса - 3 кг, коэффициент редукции - 4, межосевое расстояние - 75 мм.
Зубатый редуктор мотор-колеса также содержит выходной вал 23. Указанная возможность вращения зубчатого колеса 24 обеспечена его установкой на выходной вал 23, который расположен в корпусе 20 на подшипниках 25 выходного вала. Для упрощения конструкции ведомое зубчатое колесо 24 может быть выполнено отдельно от вала 23 и соединено с ним, например, путем установки по посадке с натягом. Подшипники 25 имеют внешнее кольцо, которое установлено в корпусе 20 неподвижно относительно него, и внутреннее кольцо, которое также неподвижно установлено на выходном валу 23.
Выходной вал 23 соединен со ступицей 3 колеса посредством шлицевого соединения, для чего на валу 23 и в ступице 3 выполнены соответствующие шлицы (пазы) и зубья. Соединение вала 23 со ступицей 3 также может быть выполнено другим подходящим способом, например, с использованием муфты. Кроме того, выходной вал 23 может быть оснащен датчиком скорости вращения, что позволяет измерять скорость движения транспортного средства и корректировать ее.
Корпус 20 установлен в ступице 3 с возможностью поворота в подшипниках 22 корпуса, при этом указанный корпус 20 соединен с корпусом 10 электродвигателя с образованием по существу единой детали. Для предотвращения вытекания масла из корпуса 20 наружу или в корпус 10, на валу 12 ротора и на выходном валу 23 могут быть установлены герметизирующие элементы, такие как резиновые манжеты (не показаны).
Согласно другим частным вариантам реализации в качестве понижающей передачи может быть использована ременная передача, цепная передача, вариатор. Кроме того, в качестве понижающей передачи может быть использован магнитный редуктор.
Демпфирующая конструкция мотор-колеса содержит соединительную вилку 36, которая имеет цилиндрический конец, проходящий в полость тормозного диска 6 и установленный на ступичных подшипниках 4, 5. Как видно из фиг. 1-3, тела качения подшипника 4 размещены между ступицей 3, которая формирует внутреннее кольцо подшипника 4, и цилиндрическим концом вилки 36, которая формирует внешнее кольцо подшипника 4. Подшипник 5 имеет некоторое отличие от подшипника 4, заключающееся в том, что его внутренне кольцо сформировано отдельным цилиндрическим элементом, установленным в соответствующей выемке в ступице 3, что исключает его осевое перемещение. Подшипник 4 также установлен без возможности осевого перемещения, для чего могут быть использованы специальные фиксирующие элементы, например, стопорные кольца. Такое выполнение подшипников 4, 5 позволяет снизить габаритный размер цилиндрического конца вилки 36 и его массу, а также обеспечить возможность установки цилиндрического конца в тормозные диски меньшего размера. Установка цилиндрического конца на подшипниках 4, 5 обеспечивает возможность вращения ступицы относительно указанного цилиндрического конца без возможности осевого перемещения относительно него.
Демпфирующая конструкция дополнительно содержит тягу 37, которая имеет цилиндрическую форму, проходит между концами соединительной вилки 36 и неподвижно соединена с ними с использованием крепежных элементов, амортизаторные пружины 38 и подвижную опору 41. Как видно на фиг. 1-3, подвижная опора 41 выполнена в виде полого элемента, который имеет центральную коробчатую часть, образованную верхней полкой и нижней полкой, а также двумя боковыми стенками, и две трубчатые части, проходящие вертикально от верхней и нижней полок соответственно. Тяга 37 проходит через трубчатые части опоры 41, так что опора может перемещаться вдоль тяги, а тяга 37 способна поворачиваться вокруг своей оси для поворота мотор-колеса и управления транспортным средством по курсу. Указанная схема крепления мотор-колеса, при которой вилка 36 и тяга 37 образуют по существу замкнутый контур, позволяет повысить прочность и долговечность конструкции мотор-колеса.
Поворот тяги 37 может быть осуществлен любыми подходящими средствами, известными специалистам в данной области техники. Например, поворот тяги 37 вокруг своей оси может быть осуществлен червячным редуктором, приводимым в действие элементами рулевого управления транспортного средства. Здесь необходимо отметить, что возможен вариант реализации, при котором крепление тяги 37 осуществляется без возможности ее поворота вокруг своей оси. Такой вариант реализации предусматривает установку мотор-колеса на несущем элементе транспортного средства, выполненном с возможностью поворота относительно транспортного средства, например, на поворотном кронштейне или поворотном рамном элементе. В этом случае управление по курсу транспортным средством обеспечивается путем поворота соответствующего несущего элемента.
Амортизаторные пружины 38 прикреплены к вилке 36 и, соответственно, верхней и нижней стенками опоры 41, обеспечивая демпфирования вертикальных колебаний вилки 36 и всего мотор-колеса относительно опоры 41. Прикрепление пружин 38 к вилке 36 и подвижное опоре 41 обеспечивает их совместное действие по восстановлению равновесного состояния опоры 41, а также повышает устойчивость пружин при сжатии и исключает их поперечное перемещение.
На фиг. 1-3 для наглядности показано, что вилка 36 выступает за пределы диска 2 колеса, однако очевидно, что вся конструкция мотор-колеса, включая вилку 36, может в значительной степени располагаться внутри диска 2 колеса, что снижает или исключает возможность контакта вилки с поверхностью земли или препятствиями при перемещении транспортного средства. Этого можно добиться за счет подбора отношения диаметра электромашины к ее осевой длине под каждый конкретный тип колеса (ширину обода и покрышки).
Подвижная опора 41 может быть соединена с несущим элементом транспортного средства, который может представлять собой раму транспортного средства (в случае установки заявляемого мотор-колеса на рамных транспортных средствах, таких как грузовые автомобили или автобусы) или кузов транспортного средства (для случая установки мотор-колеса на безрамные транспортные средства какими в большинстве своем являются легковые автомобили). Несущий элемент не ограничен только представленными вариантами, и для крепления мотор-колеса может использоваться другая подходящая деталь транспортного средства. Соединение опоры 41 с несущим элементом транспортного средства может быть осуществлено посредством болтового соединения, для чего опора 41 содержит фланцевую часть 42 с установочными отверстиями 43.
Как видно на фиг. 1-3, корпус 10 электродвигателя также соединен с несущим элементом транспортного средства через подвижную опору 41. Указанное соединение, согласно представленному на фиг. 1-3 предпочтительному варианту реализации, обеспечено наличием в корпусе 10 электродвигателя осевого выступа 13, при этом в боковой стенке опоры 41 выполнен направляющий паз 44, в котором с возможностью перемещения установлена приемная деталь 16. Приемная деталь 16 имеет буртик, который предотвращает ее выход из направляющего паза 44. Приемная деталь 16 установлена на подшипнике 18, который позволяет вращение детали 16 вокруг своей оси при линейном перемещении в направляющем пазу 44. Подшипник 18 установлен на шарнире (не показан), который соединен с осевым выступом 13, так что обеспечена возможность поворота корпуса 10 относительно приемной детали 16 вслед за поворотом тяги 37 вокруг своей оси. Согласно альтернативным вариантам реализации, указанное соединение может быть осуществлено установкой осевого выступа 13 на линейной направляющей, кривошипе или винтовой паре.
На фиг. 4 показан вид на подвижную опору 41 со стороны транспортного средства. Как видно по фиг. 4, согласно частному случаю, между подвижной опорой 41 и приемной деталью 16 расположен демпфер 40, выполненный в виде винтовой цилиндрической пружины сжатия. Демпфер 40 опирается с одной стороны на внутреннюю поверхность боковой стенки подвижной опоры 41, а с другой стороны - на конец приемной детали 16, проходящей в подвижную опору 41. Для обеспечения надежности установки демпфера 40, на конце приемной детали 16, проходящей в подвижную опору 41, может быть установлена неподвижная опорная пластина 45, подходящая для опоры на нее демпфера 40.
Предлагаемое мотор-колесо работает следующим образом.
Электрический ток от инвертора поступает по проводнику 15 в статор 11 электродвигателя. Взаимодействие магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами, расположенными на роторе электромашины, с магнитным полем, создаваемым токами, протекающими в обмотках статора 11, приводит во вращение вал 12 ротора, единым целым с которым выполнено ведущее зубчатое колесо 21. Колесо 21 передает крутящий момент на ведомое зубчатое колесо 24, причем за счет разности диаметра зубчатых колес 21 и 24 на ведомом колесе 24 снижается скорость вращения и возрастает момент силы. Выполненный за одно с колесом 24 выходной вал 23 через шлицевое соединение со ступицей 3 передает вращение на колесо, приводя в движение транспортное средство. Положение вала 12 ротора контролируется датчиком положения, передающим информацию на инвертор. Конструкция мотор-колеса может также включать датчики температуры масла редуктора и подшипниковых узлов, датчик уровня масла, датчик вертикального ускорения и другие.
На фиг. 1 показано взаимное положение деталей мотор-колеса при движении транспортного средства по ровной дороге. В частности, как видно из фиг. 1, подвижная опора 41 расположена в равновесном состоянии - посредине тяги 37, амортизаторные пружины 38 имеют одинаковую степень сжатия (одинаковое межвитковое расстояние), приемная деталь 16 занимает крайнее левое положение в направляющем пазу 44.
На фиг. 2 показано изменение взаимного положения деталей мотор-колеса при наезде в углубление в дороге. В этом случае мотор-колесо совершает вертикальное перемещение вниз относительно подвижной опоры 41, присоединенной к несущему элементу транспортного средства. Для наглядности мотор-колесо показано в крайней верхней точке своего вертикального перемещения. Указанное перемещение приводит к сжатию верхней амортизаторной пружины 38 и совершению корпусом 10 электродвигателя кругового движения вокруг оси колеса и поступательного перемещения в направляющем пазу 44. Круговое перемещение корпуса 10 приводит к повороту корпуса 20 редуктора в подшипниках 22 корпуса редуктора. При совершении кругового перемещения корпуса 10, ведущее зубчатое колесо 21 совершает круговое перемещение вокруг ведомого зубчатого колеса 24, при этом выходной вал 23 остается во взаимодействии со ступицей 3 и непрерывно передает вращательный момент на колесо. Использование синхронного электродвигателя с постоянными магнитами позволяет выполнять быстрое и своевременное изменение частоты вращения вала 12 ротора и безударно перемещать ведущее зубчатое колесо 21 по ведомому зубчатому колесу 24 зубчатого редуктора. Такая установка электродвигателя, при которой он способен одновременно передавать крутящий момент на колесо через зубчатый редуктор и осуществлять перемещение относительно оси колеса, позволяет прикрепить его по существу к несущему элементу транспортного средства (через подвижную опору 41) и снизить не подрессоренную массу мотор-колеса.
На фиг. 3 показано изменение взаимного положения деталей мотор-колеса при наезде на выступ на дороге. В этом случае мотор-колесо совершает вертикальное движение вверх относительно подвижной опоры 41, присоединенной к несущему элементу транспортного средства. Для наглядности мотор-колесо показано в крайней верхней точке своего вертикального перемещения. Указанное перемещение приводит к сжатию нижней амортизаторной пружины 38 и совершению корпусом 10 электродвигателя кругового движения вокруг оси колеса и поступательного перемещения в направляющем пазу 44, как было описано выше. При этом поворот корпуса происходит в противоположном описанному выше направлению.
Таким образом, электродвигатель представляет собой качающееся звено мотор-колеса и закрепляется по существу на несущем элементе транспортного средства, так что при движении по неровной дороге, электродвигатель будет совершать круговые движения вокруг колеса в оба направления относительно положения, показанного на фиг. 1, и одновременно поступательно перемещаться относительно направляющего паза 44, который выполняется по существу поперечно тяге 37. Вертикальные движения колеса и электродвигателя демпфируются амортизаторными пружинами 38, что позволяет избежать ударов при преодолении препятствий и продлить срок службы мотор-колеса. Поступательное перемещение осевого приемной детали 16 демпфируется демпфером 40, что также позволяет снизить вибрации и продлить срок службы мотор-колеса.
Как следует из фиг. 3, вертикальное движение мотор-колеса ограничено величиной в Н=2Е, где Е - расстояние между осью вала 12 ротора и выходного вала 23 редуктора. Круговое перемещение электродвигателя ограничено 180 градусами, а поступательное движение (перемещение в направляющем пазу 44) составляет не более Е.
При необходимости поворота колеса для управления транспортным средством по курсу, тяга 37 поворачивается вокруг собственной оси на необходимый угол, например с использованием червячного редуктора, при этом шарнирное соединение корпуса 10 и подвижной опоры 41 не препятствует такому повороту.
Кроме того, возможна установка мотор-колеса на консольном элементе транспортного средства (поворотном кронштейне или поворотном рамном элементе), способном поворачиваться относительно несущего элемента транспортного средства. В этом случае возможен вариант реализации, при котором поворот будет осуществляться на 90 градусов, при котором оси колес установлены перпендикулярно направлению движения транспортного средства. В случае с легковым автотранспортом такая установка колес позволит легко парковать автомобиль в условиях ограниченного пространства.
Торможение транспортного средства, оснащенного заявленным мотор-колесом может осуществляться традиционно путем прижатия тормозных колодок к тормозным дискам 6 с одновременным прекращением подачи питания на электродвигатель, либо путем переключения электродвигателя в режим электродинамического торможения без применения традиционного способа торможения, либо путем совмещения описанных способов торможения. Торможение транспортного средства в режиме электродинамического торможения позволит увеличить ресурс тормозной системы и снизить расходы на эксплуатацию транспортного средства, а также аналогично другим гибридным и электрическим транспортным средствам, осуществить подзарядку батареи транспортного средства.
Данное изобретение может применяться в любых транспортных средствах, использующих мотор-колеса, таких как легковые автомобили, грузовые автомобили, автобусы, а также другие транспортные средства. При оснащении заявленным мотор-колесом нескольких транспортных средств, возможно обеспечение их синхронного перемещения, например, для сохранения дистанции между транспортными средствами в городском потоке машин.
Очевидно, что приведенные выше варианты реализации изобретения не носят ограничительный характер, при этом объем охраны, испрашиваемый в настоящей заявке, ограничен только нижеследующей формулой изобретения.
Обозначение позиций на фигурах
1 - шина
2 - диск колеса
3 - ступица
4 - ступичный подшипник
5 - ступичный подшипник
6 - тормозной диск
7 - тормозной цилиндр
10 - корпус электродвигателя
11 - статор
12 - вал ротора электродвигателя
13 - осевой выступ корпуса
15 - проводник
16 - приемная деталь
17 - подшипники вала электродвигателя
18 - подшипник приемной детали
20 - корпус зубчатого редуктора
21 - ведущее зубчатое колесо
22 - подшипник корпуса
23 - выходной вал редуктора
24 - ведомое зубчатое колесо
25 - подшипник выходного вала редуктора
36 - соединительная вилка
37 - тяга
38 - амортизаторные пружины
40 - демпфер
41 - подвижная опора
42 - фланцевая часть подвижной опоры
43 - установочные отверстия
44 - направляющий паз
45 - опорная пластина