CN104487272A - 包括比率变化以及联接和脱离联接装置的机动化轮毂 - Google Patents

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Abstract

本发明特别涉及用于机动车辆的车轮的电驱动的机动化轮毂(1)，机动化轮毂包括电牵引机(3)，电机包括连接至轮毂架的外部定子(32)和内部转子，机动化轮毂包括减速装置(4)，机动化轮毂包括联接/脱离联接装置，机动化轮毂的特征在于，减速装置包括使用两个中间轴(43、46)的三个减速阶段和使用轴向滑动器(61)的双比率的齿轮变速，并且驱动小齿轮与第一中间轴(43)啮合，第一中间轴经由中间小齿轮(44、45)和中间齿轮(47、48)与第二中间轴(46)啮合，第二中间轴与固定至轮毂(7)的齿圈(71)啮合，并且轴向滑动器(61)在两个中间齿轮(47、48)之间设置在第二中间轴(46)上，中间齿轮(47、48)空转地安装在第二中间轴上，比率变化包括使第二中间轴使用轴向滑动器联接至两个空转齿轮的一者或另一者，通过将轴向滑动器维持在不与两个空转齿轮联接的中间位置下从而获得联接/脱离联接装置的脱离联接位置。

Description

包括比率变化以及联接和脱离联接装置的机动化轮毂
技术领域
本发明涉及使用电牵引的机动车辆与地面的连接，特别是其机动化车轮。
背景技术
在该领域中，已知有一定数量的提议，例如文献EP 0878332、EP1382476、EP 1630026、WO 2006/032669、US 2007/0257570、WO 2007/083209、EP 1950072、WO 2009/124892、US 2010/0108417或WO 2011/073320中的那些。
在本申请中，术语“机动化轮毂”用于表示包括轮毂、轮毂架、轮毂相对于轮毂架的引导件、轮毂的电机动化装置和制动装置的机械组件。机动化轮毂因此一方面旨在接收例如设置有轮胎的车轮，另一方面旨在通常通过悬架装置承载车辆。在本申请中，术语“机动化车轮”同样用于表示包括如上限定的机动化轮毂和相应车轮的机械组件。
在生产车辆时采用这样的机动化轮毂的困难之一是与已经被采用并且经过一些元件(例如悬架系统和车轮)的设计师所验证的解决方案的相容性。另一困难涉及获得紧凑的系统，所述紧凑的系统简单并且尽可能轻质，从而使其成本对于该产业而言可接受。
特别地，将电动马达实际上整合到车轮内部是特别期望的，因为电牵引的采用通常涉及需要在车上装配电池从而储存电能，即使使用目前已知的最有效的技术，仍然需要在车上为电池保留足够的空间，否则会显著降低电动车辆的自主性。在具有燃料电池或并联混合动力电池的车辆的情况下可以进行相似的推理。即使对于车上具有少量电池的车辆，将电牵引马达整合到车轮中提供了对设计师而言有利的结构可能性，因为设计师免受一些限制(例如轮轴上差速的整合)的束缚。
此外，如果期望能够开发充分的牵引扭矩，安装齿轮减速装置被发现是有利的，因为使用足够紧凑的电动马达不可能开发足够的扭矩，从而直接保证客运车辆的牵引同时维持合理的非悬挂质量。
此外，并联混合动力车辆的热机通常使得车辆在相对高速(例如150km/h)下行驶，这在电牵引的减速比的选择方面构成特别的困难。这是因为，如果当车辆在其最大速度下时选择减速比使得电动马达在其速度范围内操作，减速比将相当小并且车轮处的最大扭矩将同样地因此受到限制。
最后，通常不得不将电动马达和相关的必要减速装置以及机械制动装置(盘式制动器或摩擦鼓式制动器)均整合到车轮中。
发明内容
本发明的目的因此是克服所有或一些所述困难。
本发明因此提出用于机动车辆的车轮的电机动化的机动化轮毂，所述机动化轮毂包括旨在接收车轮的轮毂，所述轮毂沿着轮毂轴线相对于轮毂架可旋转地安装，所述机动化轮毂包括电牵引机，电机包括内部转子和连接至所述轮毂架的外部定子，所述机动化轮毂包括减速装置，所述减速装置在驱动小齿轮和齿状齿圈之间作用，所述驱动小齿轮固定地结合至所述电机的转子，所述齿状齿圈固定地结合至所述轮毂，所述机动化轮毂包括联接/脱离联接装置，所述联接/脱离联接装置能够采取联接位置和脱离联接位置，在所述联接位置下所述电机的旋转联接至所述轮毂的旋转，在所述脱离联接位置下所述电机的旋转与所述轮毂的旋转脱离联接，所述机动化轮毂的特征在于，所述减速装置包括使用两个中间轴的3个减速阶段和经由轴向滑动齿轮而具有2个比率的齿轮变速，并且所述驱动小齿轮接合在第一中间轴上，所述第一中间轴经由中间小齿轮和中间轮接合在第二中间轴上，所述第二中间轴接合在固定地结合至所述轮毂的所述齿状齿圈上，所述轴向滑动齿轮在两个中间轮之间设置在所述第二中间轴上，所述中间轮以可移动方式安装在所述第二中间轴上，比率变化包括使所述第二中间轴经由所述轴向滑动齿轮而联接至两个可移动的轮的一者或另一者，通过将所述轴向滑动齿轮维持在与两个可移动的轮不存在任何联接的中间位置下从而获得联接/脱离联接装置的脱离联接位置。
优选地，由于所述电机包括所述转子的旋转轴线，所述转子的旋转轴线远离所述轮毂轴线。
以更优选的方式，所述转子的旋转轴线和所述两个中间轴的轴线平行于所述轮毂轴线。
优选地，所述轮毂架为轴颈，所述轮毂围绕所述轴颈旋转。
根据本发明的一个变体形式，壳体包括所述减速装置和所述联接/脱离联接装置并且承载所述电机，所述壳体被安装成相对于所述轮毂架自由旋转，该旋转围绕所述轮毂轴线进行并且通过允许实现这种自由度的额外构件来控制。
优选地，所述滑动齿轮在旋转方面持续固定地结合至所述第二中间轴，所述滑动齿轮包括内部圆柱形凹槽，所述滑动齿轮的凹槽能够在联接位置下与固定地结合至所述可移动的轮的外部凹槽接合。
优选地，所述机动化轮毂进一步包括盘式制动器，制动盘设置在所述壳体相对于车辆的外部，卡钳固定地结合至所述壳体。
本发明还涉及包括如上所述的机动化轮毂的机动化车轮。
本发明还涉及包括至少两个所述机动化车轮的车辆。
优选地，所述两个机动化车轮设置在所述车辆的后轮轴上，所述两个机动化车轮的轮毂架各自固定地结合至从所述后轮轴延伸的臂部。
附图说明
通过优选实施方案的描述，本发明的其它特征和优点将得以阐明。在附图中，分别地：
-图1为根据本发明的一个优选的实施方案的机动化车轮的车辆内侧的立体图(轮胎未示出)。
-图2为图1的实施方案的示意性侧视图，所述侧视图允许参考下列附图的不同的轴和截面平面(轮辋和轮胎未示出)。
-图3为沿着在图2中可见的折线B-B的截面图和图1的机动化轮毂的立体图。
-图4为图1的机动化轮毂的车辆外侧的立体图，省略了外部壳体。
-图5为沿着在图2中可见的折线C-C的减速装置的成角度的截面的视图。
-图6为沿着在图2中可见的折线E-E的联接/脱离联接致动器的成角度的截面的视图。
-图7为根据该实施方案的机动化轮毂的车辆外侧的立体图。
具体实施方式
图1至7显示了根据本发明的机动化轮毂和机动化车轮的相同的优选实施方案的各个示意图和细节。不同的附图标记并没有系统地包括在每个附图中，从而简化对附图的理解。
机动化轮毂1旨在引导和控制车轮2的旋转。图1中省略了轮胎，显示了暴露的车轮。旨在接收车轮2的轮毂7经由轮毂轴承51根据轮毂轴线M相对于轮毂架5可旋转地安装(图3)。
电机3保证机动化并且在适用的情况下经由减速装置4保证轮毂的制动。为了简化图3中电机的图，仅显示了定子32的外部护套和转子的轴33。
减速装置4包括三个减速阶段。驱动小齿轮41通过转子的轴33驱动。驱动小齿轮41与第一中间轴43的中间轮42接合。两个中间小齿轮44和45进一步固定地结合至第一中间轴43。
平行于第一中间轴设置的第二中间轴46带有两个中间齿状轮47和48，所述中间齿状轮47和48被安装成可移动的(亦即安装成以便滑动)。这两个可移动的轮分别与第一中间轴43的两个中间小齿轮44和45持续接合。
设置在第二中间轴上的轴向滑动齿轮61允许建立或中断第二中间轴和两个可移动的轮的一者或另一者之间的扭矩传递。第二中间轴46包括驱动小齿轮49，所述驱动小齿轮49与齿状齿圈71接合，所述齿状齿圈71固定地结合至轮毂7。
将理解滑动齿轮61的不能传递扭矩的中间位置保证了传动装置的脱离联接。还将理解在联接位置下，减速比根据是否通过一个可移动的轮或者另一个可移动的轮建立了联接而不同。在所示出的示例中，当通过可移动的轮的最大轮(47)产生联接时传动装置的整体减速比为约30，当通过最小轮(48)产生联接时传动装置的整体减速比为约18。
滑动齿轮61以本身已知的方式包括内部凹槽，所述内部凹槽能够与固定地结合至第二中间轴46的环62的相应外部凹槽和分别固定地结合至两个可移动的轮(47和48)的每一者的相应外部凹槽(471和481)配合。这种联接类型可以被称为“圆柱形爪形联接”。
通过叉形物63根据三个不同位置(亦即两个联接位置和中间脱离联接位置)控制滑动齿轮61的轴向位置。在中间脱离联接位置下，滑动齿轮在旋转方面保持固定地结合至环62并且因此在旋转方面固定地结合至减速装置的第二中间轴。当车辆在脱离联接模式下行驶并且电机停止时，滑动齿轮因此通过轴46可旋转地驱动同时可移动的轮47和48固定在原位。
控制滑动齿轮的叉形物63可以通过致动器64控制，所述致动器64具有螺丝65和螺母66并且包括小的电动齿轮马达67。电磁体也可以提供这种控制。
在图6中可能更具体地看到电致动器64的原理。齿轮马达67控制螺丝65的旋转，所述螺丝65使螺母66移动。螺母固定地结合至引导杆68，叉形物63固定至所述引导杆68。引导杆68沿着其轴线T移动，所述轴线T平行于第二中间轴46的轴线A2。
所有传动装置(亦即减速和联接/脱离联接的所有功能)容纳在壳体8中。壳体8包含足够量的润滑剂从而通过喷溅来润滑组件。
电机的马达的旋转轴线R优选远离轮毂轴线M并且平行于轮毂轴线M。电机的定子32可旋转地连接至轮毂架5。传递扭矩所需的该连接可以为刚性直接连接(正如此处所述的)，但是也可以为间接连接从而允许在悬架行驶的情况下的相对旋转移动。该相对移动当然是有限的并且旨在允许传递的扭矩与悬架设备的动态刚性(竖直的和水平的)之间的独立程度。在该情况下，定子32因此固定地结合至壳体8而壳体本身可以相对于轮毂架5和轮毂7枢转(围绕轮毂轴线M)。壳体相对于轮毂架的旋转则例如通过连接杆控制，所述连接杆在壳体和车辆的车身之间作用。
轮毂架5优选为轴颈的形式，轮毂轴承51在轴向上通过其外端处的螺母53夹在所述轴颈上。轮毂轴承的内部因此固定(固定地结合至轴颈5)并且外部与轮毂7旋转。
轮毂架5可以固定在从轮轴(例如前轮通过热机机动化的混合动力车辆的后部扭转轮轴)延伸的臂部的端部处。
图7为前述附图的机动化轮毂1的从车辆的外侧观察的立体图，此时没有显示任何车轮。可以清楚地看到常规制动系统(卡钳11和盘12)、壳体8和电机3。该图和图1的图清楚地显示了根据本发明的机动化轮毂的高度紧凑性。
构造混合动力车辆的一个有利的方式是组合前轮轴的常规热机动化和根据本发明的后轮轴的车轮的电机动化。电能的来源可以为电池组件或超级电容、燃料电池、无轨电车方式的城市网络或任何其它可用的电源。
本发明还涉及电动车辆，所述电动车辆在其一个轮轴上使用本发明的机动化车轮而另一个轮轴也为电机动化的，但是以不同的方式，例如，经由永久联接并且根据允许达到车辆的最大速度的减速比。
在不同附图中，显示了单个电机。当然，根据本发明可以对于每个轮毂使用两个或多个机器，所述机器各自经由独立的驱动小齿轮接合在共用的减速装置上。由于多重机动化，可以增加可用扭矩和/或减少电机的轴向和径向尺寸。
以相同的方式已经显示了盘式制动器。这是一个优选的实施方案，但是本领域技术人员将意识到在一些情况下可能优选使用鼓式制动器来代替盘式制动器。
不论本发明的实施方案如何，减速装置优选可逆从而允许在制动模式下使用电机。在制动模式下通过电机回收的电能可以以本身已知的方式储存或耗散。
根据本发明的机动化轮毂因此允许电机动化装置在任何时间联接/脱离联接，并且允许从两个比率中选择减速比(包括在车辆移动的过程中)。为了允许脱离联接而无颠簸，优选控制电机使得在滑动齿轮朝向其脱离联接位置移动之时电机传递零扭矩或极低扭矩。为了允许在联接操作的过程中的同步性，优选使用相应车轮的速度传感器信号从而控制电机的旋转速度使得可移动的轮(47或48)采取与第二中间轴46相同或接近的旋转速度。因此可以引起滑动齿轮朝向目标联接位置的移动，并且同时使得电机不超过特定值而抵抗该爪形联接移动之时的加速或减速(例如用零扭矩控制)。

Claims (10)

1.用于机动车辆的车轮的电机动化的机动化轮毂(1)，所述机动化轮毂包括旨在接收车轮(2)的轮毂(7)，所述轮毂沿着轮毂轴线(M)相对于轮毂架(5)能够旋转地安装，所述机动化轮毂包括电牵引机(3)，电机包括内部转子和连接至所述轮毂架的外部定子(32)，所述机动化轮毂包括减速装置(4)，所述减速装置(4)在驱动小齿轮(41)和齿状齿圈(71)之间作用，所述驱动小齿轮(41)固定地结合至所述电机的转子，所述齿状齿圈(71)固定地结合至所述轮毂，所述机动化轮毂包括联接/脱离联接装置，所述联接/脱离联接装置能够采取联接位置和脱离联接位置，在所述联接位置下所述电机的旋转联接至所述轮毂的旋转，在所述脱离联接位置下所述电机的旋转与所述轮毂的旋转脱离联接，所述机动化轮毂的特征在于，所述减速装置包括使用两个中间轴(43、46)的3个减速阶段和经由轴向滑动齿轮(61)而具有2个比率的齿轮变速，并且所述驱动小齿轮接合在第一中间轴(43)上，所述第一中间轴经由中间小齿轮(44、45)和中间轮(47、48)接合在第二中间轴(46)上，所述第二中间轴接合在固定地结合至所述轮毂(7)的所述齿状齿圈(71)上，所述轴向滑动齿轮(61)在两个中间轮(47、48)之间设置在所述第二中间轴(46)上，所述中间轮(47、48)以能够移动的方式安装在所述第二中间轴上，比率变化包括使所述第二中间轴经由所述轴向滑动齿轮而联接至两个能够移动的轮的一者或另一者，通过将所述轴向滑动齿轮维持在与两个能够移动的轮不存在任何联接的中间位置下从而获得联接/脱离联接装置的脱离联接位置。
2.根据权利要求1所述的机动化轮毂，所述电机包括所述转子的旋转轴线(R)，所述转子的旋转轴线远离所述轮毂轴线(M)。
3.根据权利要求2所述的机动化轮毂(1)，其中所述转子的旋转轴线(R)和所述两个中间轴(43、46)的轴线(A1、A2)平行于所述轮毂轴线(M)。
4.根据前述权利要求任一项所述的机动化轮毂(1)，其中所述轮毂架(5)为轴颈，所述轮毂(7)围绕所述轴颈旋转。
5.根据前述权利要求任一项所述的机动化轮毂(1)，其中壳体(8)包括所述减速装置和所述联接/脱离联接装置并且承载所述电机(3)，所述壳体被安装成相对于所述轮毂架(5)自由旋转，该旋转围绕所述轮毂轴线(M)进行并且通过允许实现这种自由度的额外构件来控制。
6.根据前述权利要求任一项所述的机动化轮毂(1)，其中所述滑动齿轮(61)在旋转方面持续固定地结合至所述第二中间轴，所述滑动齿轮包括内部圆柱形凹槽，所述滑动齿轮的凹槽在联接位置下能够与固定地结合至所述能够移动的轮的外部凹槽(471、481)接合。
7.根据前述权利要求任一项所述的机动化轮毂(1)，进一步包括盘式制动器(11、12)，制动盘(12)设置在所述壳体(8)相对于车辆的外部，卡钳(11)固定地结合至所述壳体。
8.包括根据前述权利要求任一项所述的机动化轮毂(1)的机动化车轮(1、2)。
9.包括至少两个根据权利要求8所述的机动化车轮的车辆。
10.根据权利要求9所述的车辆，其中两个机动化车轮设置在所述车辆的后轮轴上，所述两个机动化车轮的轮毂架(5)各自固定地结合至从所述后轮轴延伸的臂部。
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