CN102196934A - 具备电驱动装置的车轮 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具备电驱动装置的车轮，其包括：定子，具有以中央的定子轴为中心的多个绕组；转子，环绕在定子周围并且和定子隔开一定距离，转子具有多个磁体且根据通过绕组传输的电流强度来转动；圆柱形的轮圈，转子和定子位于轮圈的内部且轮圈的外周上装有轮胎；多个空气导入突出单元，被圆周形地设置在轮圈的外板和内板上以允许轻松地导入空气；车轮速度传感器，安装在定子上以计算转子的转动量；用于测量轮胎的气压的胎压传感器；控制器，用于通过计算单元接收车轮速度传感器和胎压传感器传输的车轮的传感器输入值，并通过GPS接收单元接收地理和道路信息以控制提供给每个车轮的定子的电流值。根据本发明的具备电驱动装置的车轮的转向性能和刹车性能均得到了提高，从而提高了整体的行驶性能。

Description

具备电驱动装置的车轮
技术领域
本发明涉及一种具备电驱动装置的车轮。具体而言，本发明涉及一种具备电驱动装置的环保型车轮，其能够通过阻止能量被动力传输设备无谓浪费而节约宝贵的能量。
背景技术
一般来说，车辆是因车轮转动而前进的，而车轮是通过由一个引擎提供的扭转力(torque)而转动的。因为主要使用因燃料燃烧而产生的扭转力，因而可能导致环境污染。
因此，提出了应用电驱动方案的电动车，并得到积极地发展。根据电驱动方案，通过使用装载在车辆中的电池作为电源来转动马达从而驱动车轮。
此外，已经发展出具备电驱动装置的车轮，其中车辆的最终驱动单元安装在车轮内部以传输电源。
专利号为10-0753876号的韩国授权专利中的车轮包括：包括转子和具有绕组的定子的电机，控制电机的输出的控制单元，位于车轮中的用于收纳控制单元的收纳空间，测量单元，连接到控制单元和测量单元上以用于发动车轮的发动单元，连接到发动单元以传输数据到车轮外部的数据传输单元，并且车轮内还具有冷却液入口、冷却液出口和冷却液循环空间。通过冷却液入口提供冷却液，在冷却液循环空间中循环，并且通过冷却液出口输出冷却液，从而在车轮的发动过程中冷却绕组和收纳空间的壁面。电机直接驱动车轮。上述电机、控制单元、测量单元、发动单元和数据传输单元均设置在车轮内部。车轮具有外表面，并且冷却液入口和冷却液出口穿过车轮的外表面。
根据上述专利的车轮，电驱动装置被安装在车轮中进行单独控制，并且由中央处理单元一起控制安装在一辆车上的各车轮。因此，数据传输变得复杂，内部结构也变得复杂，并且制动单元和冷却单元不能顺利运作。
发明内容
技术目的
本发明提供了一种具备电驱动装置的车轮，其中在接收电池的电源时，控制器控制至少两个车轮，并且除了刹车设备之外额外地提供一种制动结构。
本发明提供了一种具备电驱动装置的车轮，该电驱动装置具有能够有效地冷却轮圈内的驱动单元和电池的结构。
本发明还提供了一种具备电驱动装置的环保型车轮，该电驱动装置具有能够节约被动力传输设备无谓浪费的能量。
技术手段
为了实现上述目的，本发明提供了一种具备电驱动装置的车轮，车轮包括：定子，其具有以中央的定子轴为中心的多个绕组；转子，其环绕在定子周围并且和定子隔开一定距离，转子具有多个磁体并且根据通过绕组传输的电流强度来转动；圆柱形的轮圈，转子和定子位于轮圈的内部，且轮圈的外周上装有轮胎；多个空气导入突出单元，，其在轮圈的外板和内板上沿圆周方向设置以允许轻松地导入空气；车轮速度传感器，其安装在定子上以计算转子的转动量；用于测量轮胎的气压的胎压传感器；和控制器，其用于通过计算单元接收车轮速度传感器和胎压传感器传输的车轮A的传感器输入值，通过GPS接收单元接收地理和道路信息以控制提供给每个车轮A的定子的电流值。
而且，根据本发明的车轮还可以包括：电流控制单元，其用于在控制器的控制之下，改变提供给每个定子的电源的电流值以控制转动速度；和过热保护单元，其用于基于来自转子温度传感器的温度值和由电池温度传感器获得的电池的温度值来传输减速信号给控制器，用于降低速度以防止包括转子的驱动单元和电池过热，转子温度传感器安装在转子上以测量行驶期间的温度。
进一步，根据本发明的车轮，还可以包括：电流检测单元，其用于测量提供给定子的电池的剩余电量并传输测量结果给控制器；和发电控制单元，其用于在根据电流检测单元的检测结果确定电池的电量不足的情况下，则在控制器的控制之下，通过用于车辆的小型发电机的扭转力驱动交流发电机自动充电和供电。
进一步，根据本发明的车轮，还可以包括：冷却空气供应单元，其用于如果基于来自过热保护单元的温度值确定需要进行冷却，则在控制器的控制之下将压缩机的压缩空气提供给转子和定子，与通过轮圈的空气导入突出单元，导入的空气一起冷却。
并且，轮圈的两侧结合有外板和内板，外板通过螺栓孔a结合于形成于转子上的螺栓孔a，内板的中心上结合有转动轴，和其中在定子的定子轴的外侧面上设置有轴承，与定子轴隔开一定距离的转动轴与定子轴之间设置上述轴承以使得转动轴与定子轴可以顺利转动。
有利效果
如上所述，根据本发明，至少两个车轮能够在控制器的控制之下接收电池电源。因此，除了刹车设备之外，通过调节提供给定子的电流来控制车轮速度以获得双重制动效果。
此外，通过轮圈的侧面和外壳上的沿圆周方向所形成的多个空气导入突出单元可将大量空气引入，同时通过冷却空气供应单元供应的空气来有效地执行冷却。
在控制车轮的驱动时，控制器通过计算单元接收由车轮速度传感器和胎压传感器传输的车轮的传感器输入值，以及通过GPS接收单元接收地理信息和道路信息以控制提供给至少一个车轮的定子的电流值。因此，可以提供一种环保型车轮，可以节约被动力传输设备无谓消耗的能量。
附图说明
图1是根据本发明的具备电驱动装置的车轮的分解透视图；
图2是图1的结合状态的前断面图；
图3是图1的根据本发明的具备电驱动装置的车轮的侧断面图；
图4是根据本发明的安装于具有刹车盘的转动轴周围的滑动盘的透视图；
图5是根据本发明的控制车轮运作过程的整体示意图。
具体实施方式
现在将参考附图对本发明优选实施例进行详细说明。相同的附图标记将分配给相同的元件，即使这些元件是在不同的附图中。在以下的说明中，如果相关技术的元件及其功能的具体描述和本发明主题不是很相关，则将省去相关技术的元件及其功能的具体描述。
图1是根据本发明的具备电驱动装置的车轮的分解透视图，图2是图1的结合状态的前断面图。图3是图1的根据本发明的具备电驱动装置的车轮的侧断面图。
根据本发明的具备电驱动装置的车轮包括：定子2，其具有多个围绕着中央的定子轴1的绕组3；环绕在定子2的周围且以一定间距隔开的转子4，转子4具有多个磁体5；通过螺栓孔7a结合于转子4上形成的螺栓孔4a的外板7；通过螺栓孔6a结合于外板7的外螺栓孔7b的圆柱形轮圈(rim)6，其的外周部分具有轮胎10；以轮圈6为基准，在与外板7相对的位置上具有内板8，其的中央部位具有转动轴9。
通过内板8的螺栓孔8a结合于轮圈6的螺栓孔6b，使得内板8结合于轮圈6。上述外板7和内板8上，具有以轮圈6为基准向外开口的沿圆周方向所形成的多个空气导入突出单元13和14。
因此，如果这些元件彼此结合，则定子2和转子4被放置于轮圈6的内部，转子4和外板7相结合。
定子轴1部分地位于中空的转动轴9内部，轴承22居于定子轴1和转动轴9之间以使得定子轴1和转动轴9隔开。
转动轴9上具有刹车盘(brake rotor)11，其由应用到刹车闸片12上的制动力进行制动，并且刹车盘11和内板8隔开一定距离并与内板8一起转动。
包括刹车闸片12的刹车设备是一般车辆的刹车设备，该刹车设备的操作过程与一般车辆的鼓式刹车器或夹式刹车器(caliper brake)的操作过程相同。
本发明不同于一般车辆的是：因为没有采用变速器所以不是引擎制动。本发明是通过调整传输到定子2的电流强度来执行制动功能。
车轮速度传感器15安装于定子2上以计算转子4的旋转量，胎压传感器16位于轮圈6的外侧以测量轮胎10的气压。
阻尼器17位于转动轴9上，其和上述闸片12隔开一定距离以吸收车辆行驶过程中的震动。阻尼器17包括：和闸片12隔开一定距离的支撑板18，其位于转动轴9的外周，以及安装在转动轴9上邻近于支撑板18的支撑轴19，以及分别设置在支撑轴19的上部和下部的上部弹簧20和下部弹簧21。
支撑板18的外周部分通过轴承结合于车辆主体，因此通过上部弹簧20和下部弹簧21的张力和压缩力可以削弱车辆震动。由此，可吸收在车辆行驶过程中的震动。
类似于一般马达中使用的定子2，定子2可以按照电的和物理的方式分为至少两个绕组群。
通过螺栓结合方案，外板7的螺栓孔7b以及内板8的螺栓孔8a被与轮圈6的外表面和内表面上形成的螺栓孔6a和6b牢固地结合在一起，从而保护转子4和定子2的电驱动装置。
此外，定子2的定子轴1的外表面的周围设置有轴承22，因此可以与其外表面接触的转动轴9平滑的转动。
图4是根据本发明的安装于具有刹车盘11的转动轴9周围的滑动盘(slide disc)30的透视图。
可以通过围绕转动轴9与刹车盘11一起转动的滑动盘(slide disc)30来提供冷却液、电源和信号。在冷却液容器(图中未示出)通过泵经由冷却液供应管31向外周部分供应冷却液之后，通过冷却液连接管32向内周部分供应冷却液。接着，冷却液通过冷却液返回管33返回到冷却液容器。
通过信号线路34和35传输/接收由控制器(图中未示出)传输的控制信号，和由车轮速度传感器15以及胎压传感器16向控制器传输的输入信息。
通过电源线路36和37连接电源线以向定子2提供必须的电源。
图5是根据本发明的控制车轮运作过程的整体示意图。
如图5所示，根据本发明的用于控制车轮操作的设备包括：定子2的绕组3，其用于通过外部设备提供的电流在以定子轴1为中心的圆周方向上生成磁场(转动磁场)；转子4的磁体5，其中转子4附着于轮圈6的外板7上以在定子2的绕组3外部转动；制动单元40，其驱动用于制动固定于转动轴9外周的刹车盘11的刹车闸片12；安装于定子2的侧表面上的车轮速度传感器15，其用于测量转子4的旋转量以计算速度；胎压传感器16，其用于测量轮胎10的气压以通知空气的充填状态，并且使得车轮速度传感器15精确地计算车轮速度；控制器43，其用于通过计算单元41接收车轮速度传感器15和胎压传感器16经由信号线路34和35传输的每个车轮A的传感器输入值，通过GPS接收单元42接收地理和道路信息以控制通过信号线路34和35提供给每个车轮A的定子2的电流值，从而控制车轮的驱动。
根据本发明的用于控制车轮操作的设备进一步包括：电流控制单元44，其用于在控制器43的控制下通过改变经由连接到电源线路36和37的电源线提供给定子2的电源的电流值来控制转动速度；过热保护单元48，其用于根据来自转子温度传感器45(其安装在转子4上以测量车辆行驶期间的温度)的温度值以及从电池温度传感器46获得的电池47的温度值来传输减速信号给控制器43，从而降低车轮的速度以防止包括转子4驱动单元和电池过热；电流检测单元49，其用于测量提供给定子2的电池47的剩余电量以将结果传输给控制器43；发电控制单元51，其在根据电流检测单元49的检测结果已经消耗了电池47的40％电量时，在控制器43的控制下通过使用用于车辆的小型发电机的扭转力驱动交流发电机50自动充电和供电。
进一步，根据本发明的用于控制车轮操作的设备还包括：冷却空气供应单元53，其中如果基于来自过热保护单元48的温度值确定需要冷却的话，则冷却空气供应单元在控制器43的控制下给转子2和定子4提供压缩机52的压缩空气，和通过轮圈6的空气导入突出单元13和14导入的空气一起进行冷却；泵55，其中在控制器43的控制下，泵用于在驱动过程中允许存储在冷却液容器54中的冷却液通过冷却液供应管31提供给外周部分，通过冷却液连接管32提供给内周部分，并且接着通过冷却液返回管33返回到冷却液容器54。
在这种情况下，控制器43同时地且分别控制安装在一辆车上的至少两个车轮A，因此车辆可被稳定地行使。
根据本发明，至少两个装备具有以上结构的电驱动装置的车轮被安装到一辆车上，因此在控制器43的控制下车轮可被有效地驱动，同时具有稳定的操作。
转子4通过螺栓被固定在轮圈6的外板7上，定子2位于轮圈6的内部，从而保护电驱动装置并获得围绕转动轴9的稳定转动。
轮圈转子4和定子2此类元件装配在轮圈6里面，而与转动轴9集成为一体的内板8是以可分离的方式装配的，因此可以容易地替换定子2和转子4此类元件。
为了车辆的行驶，控制器43通过电流控制单元44对电池47进行充电的电源或通过将用于车辆的小型发电机的扭转力的从交流发电机生成的电源电流提供给每个定子2的绕组3，因此在以定子轴1为中心的圆周方向上生成转动磁场。
基于定子2的磁场，位于外周部分的包括多个磁体5的转子4根据流经定子2的绕组3的电流的强度而转动。
安装在定子2的侧面的车轮速度传感器15测量转子4的旋转量以计算速度。
胎压传感器16测量轮胎10的气压，因此可以通知轮胎10的空气填充状态，并且可以更加精确地计算速度。
控制器43通过计算单元41接收从车轮速度传感器15和胎压传感器16得到的轮胎A的传感器输入值，通过GPS接收单元42接收地理信息以控制通过电流控制单元44提供给每个车轮A的定子2的电流的值，从而实现了稳定行驶。
过热保护单元48根据来自转子温度传感器45的温度值和由电池温度传感器46获得的电池47的温度值，通过传输减速信号给控制器43来报告车辆过热，从而降低车辆的速度，其中转子温度传感器45安装在转子4上以测量车辆行驶期间的温度。
更详细的来说，减速控制是在车轮过热之前执行的。即使冷却单元失效，因为设置了防止车轮过热的安全温度，在车轮过热之前，仅通过控制车轮的速度而非刹车控制就可以保护车轮。例如，使得用户能够按照正常速度的50％以下的速度，或以20KM/H以下的行驶速度来低速驾驶车辆以去修车。
同时，如果基于来自过热保护单元48的温度值，需要进行冷却的话，由控制器43控制的冷却空气供应单元53提供压缩机52的压缩空气给转子2和定子4，以与通过轮圈6的空气导入突出单元13和14导入的空气一起快速进行冷却。
冷却液容器54的冷却液通过泵经由冷却液供应管31被提供给首先需要冷却的外周部分以进行第一轮的冷却，然后再经由冷却液供应管32提供给其次需要冷却的内周部分，并且接着经由冷却液返回管33返回到冷却液容器54。因而，可以同时执行空气冷却方案和水冷却方案，所以可以顺利地执行冷却。
通过信号线路34和35，从控制器43通过电流控制单元44将由车轮速度传感器15和胎压传感器16传输的控制信号传输到定子2。同时，通过信号线路34和35将输入信息从车轮速度传感器15和胎压传感器16传输到控制器43。
通过电源线路36和37连接用于提供必要的电源的电源线，因此可以稳定地传递信号、电源和冷却液。
电流检测单元49测量供应给定子2的电池47的剩余电量，以将关于电量的信息传输给控制器43。因而，如果消耗了40％的电池47的电量，在控制器的控制下，通过用于车辆的小型发电机的扭转力来驱动交流发电机50，可以自动进行充电和电源供应。
如上所述，根据本发明的至少两个具备电驱动装置的车轮在控制器的控制之下接收电池电源。因而，在刹车设备之外，通过使用提供给定子的电流来控制车轮的速度可以获得双重制动效果。
此外，可以通过在轮圈6的侧表面和外壳的圆周方向上形成的多个空气导入突出单元来导入大量的空气，同时通过冷却空气供应单元可有效地执行冷却。
控制器通过计算单元来接收车轮速度传感器和胎压传感器传输的车轮A的传感器输入值，通过GPS接收单元来接收地理和道路信息以在控制车辆驱动时控制提供给至少一个车轮的定子的电流值。因而，可以提供环保型车轮，可以节约被动力传输设备无谓消耗的能量。
尽管本发明已参照其优选实施例进行了描述及说明，很明显本领域的技术人员可对其进行各种修改及变化，而不脱离权利要求书中要求的本发明的精神或范畴。

Claims (5)

1.一种具备电驱动装置的车轮，所述车轮包括：
定子(2)，其具有以中央的定子轴(1)为中心的多个绕组(3)；
转子(4)，其环绕在所述定子(2)周围并且和所述定子隔开一定距离，所述转子具有多个磁体(5)并且根据通过所述绕组(3)传输的电流强度来转动；
圆柱形的轮圈(6)，所述转子(4)和所述定子(2)位于所述轮圈的内部，且所述轮圈的外周上装有轮胎(10)；
多个空气导入突出单元(13，14)，其被圆周形地设置在所述轮圈(6)的外板(7)和内板(8)上以允许轻松地导入空气；
车轮速度传感器(15)，其安装在所述定子(2)上以计算所述转子(4)的转动量；
用于测量所述轮胎(10)的气压的胎压传感器(16)；和
控制器(43)，其用于通过计算单元(41)接收所述车轮速度传感器(15)和所述胎压传感器(16)传输的车轮(A)的传感器输入值，通过GPS接收单元(42)接收地理和道路信息以控制提供给每个车轮(A)的定子(2)的电流值。
2.根据权利要求1所述的车轮，其进一步包括：
电流控制单元(44)，其用于在所述控制器(43)的控制之下，改变提供给每个定子(2)的电源的电流值以控制转动速度；和
过热保护单元(48)，其用于基于来自转子温度传感器(45)的温度值和由电池温度传感器(46)获得的电池(47)的温度值来传输减速信号给所述控制器(43)，用于降低速度以防止包括所述转子(4)的驱动单元和所述电池过热，所述转子温度传感器安装在所述转子(4)上以测量行驶期间的温度。
3.根据权利要求2所述的车轮，其进一步包括：
电流检测单元(49)，其用于测量提供给所述定子(2)的电池(47)的剩余电量并传输测量结果给所述控制器(43)；和
发电控制单元(51)，其用于在根据所述电流检测单元(49)的检测结果确定所述电池(47)的电量不足的情况下，则在所述控制器(43)的控制之下，通过用于车辆的小型发电机的扭转力驱动交流发电机(50)自动充电和供电。
4.根据权利要求3所述的车轮，其进一步包括：
冷却空气供应单元(53)，其用于如果基于来自所述过热保护单元(48)的温度值确定需要进行冷却，则在所述控制器(43)的控制之下将压缩机(52)的压缩空气提供给所述转子(4)和所述定子(2)，与通过所述轮圈(6)的空气导入突出单元(13，14)导入的空气一起冷却。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的车轮，其中，所述轮圈(6)的两侧结合有外板(7)和内板(8)，所述外板(7)通过螺栓孔(4a)结合于形成于所述转子(4)上的螺栓孔(4a)，所述内板(8)的中心上结合有转动轴(9)，和
其中在所述定子(2)的定子轴(1)的外侧面上设置有轴承(22)，与所述定子轴隔开一定距离的所述转动轴(9)与所述定子轴(1)之间设置上述轴承(22)以使得所述转动轴(9)与所述定子轴(1)可以顺利转动。
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