CN109532460A - 动力传动设备、车轮支承设备和机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种动力传动设备(10)，具有：能被感应式地供给能量的驱动电机(12)；车轮(15)；车轮支承装置(18)；至少一个接收线圈(21)，其沿车轮(15)的周向方向(R)布置；定子(14)；和以不能相对转动的方式布置在车轮(15)上的转子(13)，该转子具有至少一个转子绕组(25，26，27)，所述至少一个转子绕组与至少一个接收线圈(21)电连接，其中，转子(13)能与定子(14)磁耦合。在此，动力传动设备(10)被构造成，通过提供磁场的道路能感应电流(I1，I2，I3)到至少一个接收线圈(21)中，借助于该电流为至少一个转子绕组(25，26，27)供电用以产生磁场，因此转子(13)和定子(14)磁耦合。

Description

动力传动设备、车轮支承设备和机动车
技术领域
本发明涉及一种动力传动设备，其具有能被感应式地供给能量的驱动电机。本发明还涉及一种车轮支承设备以及一种具有动力传动设备的机动车。
背景技术
与机动车结合的感应式能量传输由现有技术已知。在此，感应式能量传输通常被用于给电动车辆的电池充电。在此，这种感应式能量传输也可以在行驶期间进发生，这例如由后勤领域中的运输系统已知。为了在行驶期间能实现感应式能量传输，通常还在行车道中使用以交变电流供电的线圈，其根据接收器系统可以具有不同的位置、例如在车道中央或在轮胎轨迹的高度上，并且可以具有不同的强度或磁场高度。
在一些系统中——在其中动力电池在行驶期间被充电——也同时并行地从动力电池中抽取能量，以便借助于驱动电机加速车辆。这种能量转移带来高能量损耗。另外，感应式能量传输在行驶期间——例如与在静止时的充电相比——具有额外的缺点：如果能量传输在机动车的弹动的(或者说悬置的)部分、亦即在车身中，例如在布置在车辆下侧的接收线圈中进行，那么为了确保必要的离地间隙，需要在地面或位于驶过的道路中的发射线圈和布置在车辆下侧的接收线圈之间的相对大的间距。相应地，发射线圈这样设计，即，产生磁场，该磁场即使在行车道上方的相对大的高度中也是足够密的。这除了明显降低效率之外还具有磁密度升高的缺点。为了不对环境、例如行人等造成过高负担，相应地重要的是，仅在车辆的邻近区域中为发射线圈供电，并且因此需要和车辆位置同步。除了这种同步所带来的花费之外，为此发射线圈也要相应短地——亦即沿行驶方向或行车道延伸方向看——设计，这又意味着花费非常高的管道敷设和供电。
在能量传输到车辆的不转动的、非弹动的部分、例如车轮支承装置中时，虽然能实现与行车道之间的较小间距，但是将线圈布置在轮胎旁边基于可供使用的结构空间而言是困难的。
在能量传输到车辆的非弹动的旋转的部分、例如轮胎中时——这例如也在DE 19824290 A1中描述——根据现有技术必须将接收到的能量从旋转的轮胎传输到车轮支承装置上。然而这带来相应的花费，这是因为这一点必须通过滑动触头或再次进行的感应式能量传输实现，这又降低了效率。
发明内容
因此本发明的目的在于，提供一种可能性，即能高效地实现用于机动车的感应式能量供给。
所述目的通过具有根据相应的独立权利要求的特征的动力传动设备、车轮支承设备和机动车实现。本发明的有利的设计方案是从属权利要求、说明书以及附图的主题。
根据本发明的具有能被感应式地供给能量的驱动电机的动力传动设备具有用于机动车的车轮以及车轮支承装置，车轮能以可转动的方式支承在该车轮支承装置上。动力传动设备还具有至少一个接收线圈，其——例如在车轮之上或之中——沿车轮的周向方向布置，动力传动设备还具有驱动电机的定子以及以不能相对转动的方式布置在车轮上的驱动电机转子，该转子具有至少一个转子绕组，所述至少一个转子绕组与至少一个接收线圈电连接，其中，转子能与驱动电机的定子磁耦合。另外，动力传动设备被构造成，通过提供磁场的道路能在所述至少一个接收线圈中感应出电流，借助于该电流为至少一个转子绕组供电用以产生磁场，从而使转子与定子磁耦合。
因此有利地提供一种动力传动设备，其具有驱动电机和至少一个附属的、用于感应式能量传输的接收线圈，其能实现，一旦车轮运动经过被供电的发射线圈或一般地运动经过提供磁场的道路时，与动力电池的荷电状态无关地并且在不直接影响该荷电状态的情况下加速车辆。因此，在至少一个接收线圈中——当车轮在道路上滚动时——感应出的电流可以有利地被直接用于加速该车轮，其方法是：将该感应出的电流直接送到驱动电机中，亦即为其转子绕组供电，由此能有利地产生在车轮和车轮支承装置之间的力矩，由此可以加速车辆。替代地或附加地，通过感应出的电流提供的、在转子与定子之间的磁耦合也可以仅用于感应式能量传输，特别是在机动车静止状态中，例如用于动力电池的充电。由此，可以通过根据本发明的动力传动设备获得许多优点。一方面，在此仅需要少量的能量转换，此外特别是不要求传统的电力电子设备或电池。因此，可以显著改善效率并且此外可以取消相当多的昂贵的元件和构件。此外，可以由此在行车道、亦即提供磁场的道路与车轮之间提供外部的短的感应传输路段。这也进一步提高了效率并降低必须由道路提供的磁场强度。这种降低的磁场强度更有利于健康，并且也可能实现行车道中的较长的发射线圈并且在与行驶在行车道上的车辆同步时实现低花费。这又能实现明显成本更有利的感应式能量传输的实施，这是因为发射线圈在行车道中明显成本更有利地构造，这是因为较长的线圈部段是可能的。也不需要或几乎不需要与车辆其余部分的接口。此外这种解决方案通过将传统的车轮支承装置和车轮更换为根据本发明构造的车轮支承装置和车轮、亦即具有定子的车轮支承装置和具有至少一个接收线圈和转子的车轮，是非常灵活的并且能适配。通过直接指定车轮位置和驱动电机转子位置，也能实现非常牢靠的同步。
整体上，通过根据本发明的动力传动设备便能实现特别有效的、对车辆的感应式能量传输。
本发明在此有利地适合于任何类型的机动车，例如乘用车、载货汽车、摩托车、电动轻型摩托车、电动助力车等。在此优选地，车轮具有轮辋以及通过轮辋承载的轮胎。至少一个接收线圈在此优选地被安装在轮辋外直径上，这是因为能实现特别简单的设计方案。但是替代地，至少一个接收线圈也可以例如硫化在轮胎中，在此转子同样可以被安装在车轮的轮辋上。一般地，至少一个接收线圈可以布置在车轮的轮胎中的支承材料上或直接硫化在车轮的轮胎中，亦即埋入轮胎材料中，或也可以布置在车轮的轮胎之外。
此外有利的是，在至少一个接收线圈和车轮的轮辋之间布置有铁氧体桥，通过该铁氧体桥将至少一个接收线圈和轮辋彼此耦合。通过这种铁氧体桥可以实现更好的磁耦合。
在本发明的一个有利的构造方案中，动力传动设备被构造成，当车轮在提供磁场的道路上滚动时在所述至少一个接收线圈中感应出电流，借助于该电流为至少一个转子绕组供电用以产生磁场，从而使转子和定子这样磁耦合，即，通过在转子和定子之间的磁耦合，使车轮在车轮滚动时实际的旋转方向上受到加速力。感应式传输到接收线圈中的能量可以因此有利地被直接用于加速车轮。
在另一个有利的构造方案中，驱动电机的定子以不能相对转动的方式布置在车轮支承装置上。由此有利地提供轮毂电机。这在结构方面提供一种特别简单的可能性用以布置定子。替代地，定子也可以布置在机动车的车身上，并且例如通过万向轴与车轮耦合。
在本发明的一个有利的构造方案中，至少一个接收线圈这样沿周向方向布置在车轮上，即，当车轮在提供磁场的道路上——特别是在提供强度例如正弦形地随时间变化的磁场的道路上——滚动时，在所述至少一个接收线圈中感应出电流，其振幅在其时间曲线中具有正弦形的包络线。正弦形的电流曲线——至少在该电流曲线的包络线方面——在此是特别有利的，这是因为例如基于此可以提供三相电流和传统的电机供电。特别是至少一个接收线圈在此这样沿周向方向布置在车轮上，即，其中感应出的电流在两个正弦形的、彼此错开一半周期的包络线之间改变。替代地也可以这样放置接收线圈，即，感应出的电流在两个包络之间改变，其不具有正弦形，而是具有替代的不恒定的或振幅恒定的形状。换句话说，至少一个接收线圈可以这样沿周向方向布置在车轮上，即，当车轮在提供磁场的道路上滚动时在所述至少一个接收线圈中感应出电流，其振幅或其包络线具有非正弦形的、特别是恒定的时间曲线。
在此，可以考虑不同绕组类型的至少一个接收线圈。特别是在此可以改变线圈匝的数量及其位置，并且因此根据应用情况进行设计。
例如有利的是，根据本发明的一个实施例，至少一个接收线圈具有多个绕组，其中，绕组强度正弦形地在周向上改变。绕组强度在此可以理解为绕组密度，亦即沿车轮周向方向观察每个长度单位的线圈匝的数量。由此可以有利地在车轮滚动时实现感应出的电流的至少包络线的正弦形的曲线。也可以考虑一种绕组，其正弦形地沿车轮周向延伸。接收线圈可以多次缠绕车轮，因此能实现提高的匝数。此外也还存在很多其它沿周向方向布置绕组的可能性，以便实现感应出的电流的包络线的正弦形的曲线。至少一个接收线圈的缠绕方向的反转在此是可选的。对于至少一个接收线圈的绕组的构造方案因此有利地提供大量可能性。
在本发明的另一个有利的构造方案中，动力传动设备具有多个沿车轮的周向方向彼此错开布置的接收线圈，所述多个接收线圈具有相应的绕组，其中，相应的接收线圈的绕组沿车轮周向方向彼此错开，因此当车轮在提供磁场的道路上滚动时在相应的接收线圈中感应出电流，其振幅在其时间曲线中具有至少一个正弦形的包络线，因此相应的包络线相对彼此错开预先确定的相位、例如120°。本发明的这个构造方案现在有利地能实现提供感应出的电流，该电流可被转换为三相电流，该三相电流适用于电机的传统供电。为此可以有利地将三个与三个接收线圈相符合的相线路输送到驱动电机、亦即其转子。所述多个接收线圈可以在此特别和已经关于至少一个接收线圈所描述的一样地构造。如果这三个接收线圈例如设计成一样的并且它们沿车轮周向方向分别彼此关于车轮周向错开120°布置，那么由此也得出相应的电流，该电流具有相应的同样彼此错开120°相位的正弦形的包络线。通过用三相电流或者说三相交变电流为驱动电机供电可以与单独的单相交变电流系统相比有利地在同样大的电功率的情况下降低用于电线的材料花费。此外可以因此有利地也实现星形结构。
因此，本发明的另一个有利的构造方案提出，转子具有至少三个转子绕组，动力传动设备具有三个接收线圈，它们布置在星形结构中，因此相应的接收线圈的第一连接端在第一星形汇接点中彼此电连接，接收线圈的相应的第二连接端至少间接地与至少三个转子绕组的相应的第二连接端连接，至少三个转子绕组的相应的第一连接端在第二星形汇接点中彼此电连接。在此优选地，驱动电机具有三的整数倍数量的转子绕组。由此可以为相同数量的转子绕组供给相应的电流相位。替代地，与此不同的数量的接收器绕组和/或转子绕组也是可能的。
在本发明的一个特别优选的构造方案中，动力传动设备具有电路，通过该电路使至少一个接收线圈与至少一个转子绕组连接，其中，电路被设计为用于，改变在至少一个接收线圈中感应出的电流的至少一个特性，特别是电路可以具有开关装置，借助于该开关装置能按比例缩放和/或能暂时中断在至少一个接收线圈中感应出的电流的振幅，和/或电路也可以被设计为用于，测量和传输至少一个车轮参数、特别是轮胎压力和/或轮胎温度，或其它参数，例如传输到机动车侧的装置。这种电路可以有利地用于，以预先确定的和期望的方式改变由接收线圈经由感应接收到的交变电流。例如电路可以用于整流和/或平滑和/或按比例缩放电流曲线和/或备选地也用于传输信号。电路可以在此显示为电气电路或电子电路。例如其可以设计为变换器、特别是变流器或类似装置。根据应用情况，该电路可以相应地在其设计方案中被调整。其可以例如包括非常简单的整流电桥直至智能逻辑电路，必要时具有控制器。特别是该电路也被调整以适配于至少一个接收线圈的绕组类型，因此当车轮在提供时间上变化的磁场的道路上滚动时在至少一个接收线圈中感应出的电流通过电路形成为正弦形的变化的交变电流。感应的功率、亦即电流和/或电压可以因此以不同的方式被改变，被处理，另外也被测量并且输送给驱动电机。此外也可能的是，实现例如无线的接口，以便对此双向地将数据或控制信号与车辆的剩余部分进行交换，例如用于控制速度或力矩，用于从车轮向车辆传输状态数据或车轮参数，等等。备选地也可以使用相应的、机械的接触，以便替代无线通信提供有线通信。例如也可以使用由电路测量的测量值、例如感应的功率，以便确定车轮是否位于通过道路提供的磁场的理想的磁场范围中，对此在后面详细说明。
根据本发明的另一有利的构造方案，驱动电机被设计为同步电机，其中，定子具有至少一个磁体、特别是至少一个电磁体，用以提供用于实现与转子磁耦合的磁场。替代地，驱动电机也可以被设计为异步电机，其中，于是定子被设计为用于实现与转子磁耦合的鼠笼绕组。
因为由旋转的系统、亦即车轮供电，所以与常用的电路连接不同地在这种情况下转子被供电并且固定在车轮支承装置上的定子不被供电，至少对于以下情况，即，该定子被设计为鼠笼绕组是如此。在此也可以设置定子相对于车轮支承装置其余部分的电绝缘。这特别适合于驱动电机作为异步电机的设计方案。另一方面如果驱动电机设计为同步电机，那么定子具有磁极。这些磁极可以通过定子的永磁体提供。如果在取消感应式能量传输的情况下出现涡流损耗并因此出现制动效果，那么特别有利的是，为了提供磁极使用一个或多个电磁体、特别是定子线圈。其可以利用直流电流供电，这是因为仅需要一个静磁场，但是同样可以利用交变电流供电用以实现转速和/或力矩调节。除了在取消感应式能量传输时切断电磁体之外，还可以有利地在运行情况下，亦即在感应式能量传输时，通过电流强度的变化经由定子线圈也实现对驱动力矩的控制。如果定子线圈被或多或少地供电，那么也可以相应地提供一个或强度较低的磁场，由此控制与转子的磁耦合并控制传输到该转子的转矩。因此，能有利地依赖于电磁体的供电控制车轮的加速度。此外，这种外部激励的另一个大的优点可能在于可以不使用昂贵的磁体，例如基于稀土元素/稀土材料。
如果驱动电机基于同步电机的原理构造，那么在接收线圈中感应出的电流可以借助于不同的电路连接传输到驱动电机的转子线圈上。例如三个接收线圈可能与n乘以3个转子线圈连接，其中，n是整数。相关的定子极数可以任意地选择，例如驱动电机可以因此以不同的在定子和转子侧上的极数实现。
而对于基于异步电机原理的驱动电机来说优选的是，转子绕组被以相对于车轮转速提高的频率供电。该提高的频率又可以通过在至少一个接收线圈和转子线圈或转子绕组之间的电路连接的设计方案经由上述的电路规定用于改变在至少一个接收线圈中感应出的电流的至少一个特性，但特别通过接收线圈的构造这样规定，即，感应出的电流具有频率更高的包络线。
另外可以规定，在驱动电机、特别是转子与车轮之间布置或连接有传动机构。在这种情况下，驱动电机的转子比车轮转动更快，因此不再能实现用于改变感应出的电流的特性的、转子绕组与电路的直接连接，而是需要电接口，该电接口在转速有差别的情况下仍能实现电连接。这种接口可以例如通过滑动触头或类似装置提供。
另外，本发明涉及一种车轮支承设备，其具有车轮支承装置，其中，车轮支承设备还具有用于驱动电机的定子，在车轮支承设备与转子装置耦合时，其具有：能以可转动的方式支承在车轮支承装置上的车轮；至少一个接收线圈，其沿车轮的周向方向布置；和以不能相对转动的方式布置在车轮上的转子，该转子具有至少一个转子绕组，所述至少一个转子绕组与至少一个接收线圈电连接，车轮支承设备被设计为用于，如果当车轮在提供磁场的道路上滚动时在所述至少一个接收线圈中感应出电流，借助于该电流为至少一个转子绕组供电用以产生与定子的磁耦合，则通过定子与转子的磁耦合向车轮上施加加速力。
根据本发明的车轮支承设备也具有下述大的优点，即，该车轮支承设备被设计为用于直接使车轮加速，而不是仅将感应式地传输到车轮的能量传递给存储器、如动力电池。然而车轮支承设备同样可以被用于给动力电池充电，不仅在行驶期间而且在静止状态中皆可以。
另外，与根据本发明的动力传动设备及其构造方案相结合所提出的特征、特征组合及其优点以同样的方式适用于根据本发明的车轮支承设备。
此外，本发明也涉及一种机动车，具有根据本发明的动力传动设备或其构造方案，还涉及一种机动车，具有根据本发明的车轮支承设备或其构造方案。
机动车在此还可以具有至少一个不同于驱动电机的动力装置、例如被设计用于与所驶过的道路是否提供磁场无关地加速机动车的驱动电机。这种附加的驱动装置或驱动电机也可以在此备选地用作发电机，特别是在车辆通过驱动电机加速期间。在这种情况下动力电池可以例如在行驶期间通过作为发电机运行的驱动电机充电。如果不能实现感应式能量输送，则这种动力装置可以例如借助于万向轴与车辆的同一车桥或另一车桥的车轮连接并且有利地也加速机动车。
在本发明的另一个有利的构造方案中，机动车被设计为用于，在驶过在特定的行驶区域中提供磁场的道路时，依赖于实际由驱动电机提供的功率确定，车轮是否位于特定的行驶区域中。
例如可以根据车辆加速度，特别是关于行驶阻力，推断出经由感应传输的功率。这可以用作有利地关于以下内容的信息：车轮的轮胎是否还完全位于行车道中的发射线圈上方。该信息则可以有利地用于，例如自动地这样校正由车辆驶过的轨迹，即，如果在上面确定的过程中确定不是这种情况(即车轮的轮胎完全位于行车道中的发射线圈上方)，则车辆位于特定的行驶区域中。也可以这样自动地以调节的形式使车辆保持在特定的行驶区域上或将其引导到特定的行驶区域。由此可以有利地实现：车辆的轨迹保持在用于获得最大效率的感应式能量传输的理想车道上。在手动的行驶运行的情况下，可以例如也向驾驶员输出关于其实际车道与通过特定行驶区域预先规定的理论车道的偏差的信息，驾驶员可以有利地使用该信息，以便校正车道。
此外，根据本发明的动力传动设备可以用于一个或多个机动车车轮。优选地，机动车具有相对于其纵轴对称的动力传动设备布置。特别地，因此优选的是，至少两个动力传动设备，例如对称地设置在机动车的前车轿上或机动车的后车桥上，或也设置四个动力传动设备，其中两个在前车桥上，两个在后车桥上。这特别适合于，将机动车设计为具有四个车轮的两车桥汽车。在具有多于两个车桥的机动车中，例如在具有挂车的载货汽车或类似汽车中，对于其它车桥也是如此。在两轴的机动车中，如电动的轻型摩托车，摩托车或类似车辆，前轮或后轮以及两个车轮可以设计为具有动力传动设备。
本发明还可以用在具有一个或多个车轮的其它车辆上。该车辆可以、但不是必须具有另外的驱动装置。
此外，所述的动力传动设备也可以用于，借助于感应式能量传输给车辆充电。
附图说明
下面描述本发明的实施例。其中：
图1示出根据本发明的一个实施例的动力传动设备的示意性横剖面图；
图2示出具有用于根据本发明的一个实施例的动力传动设备的接收线圈的支承材料的展开的示意图；
图3示出具有用于根据本发明的另一个实施例的动力传动设备的接收线圈的支承材料的展开的示意图；
图4示出在根据本发明的一个实施例的动力传动设备的车轮滚动时感应到接收线圈中的电流的曲线的示意图；
图5示出在根据本发明的一个实施例的动力传动设备的车轮滚动时感应到接收线圈中的并且通过电路改变的、特别是被平滑的电流的曲线的示意图；
图6示出在根据本发明的一个实施例的动力传动设备的车轮滚动时感应到三个彼此错开的接收线圈中的电流的曲线的示意图；
图7示出在根据本发明的一个实施例的动力传动设备的车轮滚动时感应到三个彼此错开的接收线圈中的并且通过电路改变的、特别是经平滑的电流的曲线的示意图；和
图8示出具有根据本发明的一个实施例的动力传动设备的转子的接收线圈的电路连接的示意图。
具体实施方式
下面说明的实施例是本发明的优选实施方式。在这些实施例中，实施方式的所述部分分别表明应当被彼此独立地对待的、单独的发明特征，这些特征分别也彼此独立地改进本发明，因此也可以单独地或在不同于所示出组合的组合中构成本发明的组成部分。此外，所述实施方式也能通过其它已经描述的发明特征补充。
在附图中，功能相同的元件分别用相同的附图标记表示。
图1在根据本发明的一个实施例的横剖面图中示出例如设计为轮毂电机系统10的动力传动设备的示意图。轮毂电机系统10在此包括设计为轮毂电机12的驱动电机，该轮毂电机又具有转子13和定子14。此外，轮毂电机系统10包括车轮15，该车轮包括轮辋16以及布置在轮辋上的轮胎17。另外，轮毂电机系统10也具有车轮支承装置18，车轮15以可转动的方式支承在该车轮支承装置上。为此，可以在布置于轮辋16处的轮毂19与车轮支承装置18之间设置车轮支承件/轮毂轴承20。此外，轮毂电机12的转子13以不能相对转动的方式布置在车轮15上，特别是布置在轮辋16上。轮毂电机12的定子14以不能相对转动的方式布置在车轮支承装置18上。此外，轮毂电机系统10具有至少一个接收线圈21，该至少一个接收线圈沿周向方向R(参见图2和图3)布置在车轮上。特别地，至少一个接收线圈21可以在此利用相应的支承材料30——至少一个接收线圈21布置在该支承材料上——布置在车轮15的轮辋16上，特别是布置在轮辋外直径上，亦即布置在轮辋16的远离车轮支承装置18的一侧上。替代地，至少一个接收线圈21也可以硫化在轮胎17中或安装在车轮15的另一位置上。此外，优选在至少一个接收线圈21或具有至少一个接收线圈21的支承材料30和轮辋16之间设置铁氧体桥31，通过该铁氧体桥使至少一个接收线圈21和轮辋16相互耦合。通过这种铁氧体桥31可以实现更好的磁耦合。支承材料30、铁氧体桥21和轮辋16可以彼此电和/或机械隔离或退耦。如果现在车轮15在提供磁场的道路上滚动，则在至少一个接收线圈21中感应出电流，借助于该电流为转子13的转子绕组供电。由此产生将转子13与定子14磁耦合的磁场。通过该磁耦合，车轮15又朝向车轮15的实际滚动方向受到转矩或加速力。
至少一个接收线圈21在此被这样缠绕，即，当车轮在提供磁场——特别是随时间改变的磁场——的道路上滚动时感应出的电流具有至少一个正弦形变化的包络线。为了实现这一点，可以备选地设计为，所述接收线圈21或多个接收线圈21的缠绕方向至少一次在车轮15的周向方向R上经历反转。但是缠绕方向的这种反转在此不是必需的。此外通过在接收线圈21和转子13之间的相应的、下面要详细描述的电路G设置适合于给转子13供电的电流变换。如果接收线圈21位于轮胎17中，那么将在图1中用29表示的从轮胎内部通向电路G的缆线通路气密地设计。
虽然在图1中显示的动力传动设备作为轮毂电机10的设计方案是一个优选的实施方式，但是电机也可以替代地支承在车身上并且经由万向轴与车轮15以不能相对转动的方式连接。在这种情况下可将相线路沿万向轴引向支承在车身上的电机转子13。这原则上是可能的，这是因为转子13和万向轴以及相线路以相同转速旋转。
此外可以考虑接收线圈21的不同绕组类型，现在根据图2和图3示例性地说明其中两个。
图2在此示出具有根据本发明的一个实施例的接收线圈21的支承材料30的展开的示意图。在该视图中在此沿方向R记录度数，该度数对应于关于车轮15的任意参考位置的车轮旋转的旋转角。接收线圈21在此具有多个绕组，所述多个绕组沿车轮15的周向方向R延伸。由相应的绕组包围的表面沿R方向正弦形地变化。此外，相应的接收线圈21在其相应的端部上具有第一连接端21a以及第二连接端21b，在该第一连接端和第二连接端之间能分接出在接收线圈21中感应出的电压。接收线圈21可以在此多次缠绕车轮15，亦即多条缆线在画出的路线上延伸。
在图3中示出接收线圈21的一个替代的绕组可能性。图3在此同样示出具有根据本发明的另一个实施例的接收线圈21的支承材料30的展开的示意图。也在此沿方向R记录度数，该度数对应于车轮15沿周向方向R的旋转角。接收线圈21的缆线的缆线敷设在此沿车轮周向方向R正弦形地延伸。接收线圈21在该实施例中也具有第一连接端21a以及第二连接端21b，在该第一连接端和第二连接端之间能分接出感应出的电流或感应出的电压。接收线圈21在此也可以多次缠绕车轮15，亦即多条缆线在画出的路线上延伸。
在图3中示出的绕组类型也可以这样形成，即，感应出的电流的振幅通过车轮转动保持恒定。对此，接收线圈21的缆线绕组的在图3中示出的上部分和下部分是直的并且不像所示出的那样被正弦形地敷设。这种具有恒定振幅的感应出的电流可以借助于合适的电路G被转换为图5和图7所示的相电流。在这种情况下仅需要一个接收线圈21，在电路G中分成三个相位IG1至IG3。感应出的电流可以通过电路G转换为直流电流并随后通过离散的半导体元件转换为相电流。
通过这种在图2和图3中的布置，以及也通过其它未示出的绕组变型，现在可以例如在车轮15滚动时提供在接收线圈21中感应出的电流，其示意性地在图4中示出。图4在此示出在车轮50滚动时用于使车轮旋转的、在接收线圈21中感应出的电流I1的示意图，其中，N表示车轮旋转的次数。电流曲线I1在此具有正弦形变化的包络线24。备选地，该电流曲线I1可以通过相应的电路G(参见图1)——其布置在接收线圈21和转子13之间——整流，平滑化或更改成其它形式。该电路G可以在此设计为电气电路或电子电路，并且可以具有从非常简单的整流电桥到智能逻辑电路的设计方式，同样可以具有控制器。通过该电路G能以预先确定的方式改变、处理以及还能测量感应的功率、特别是电流和/或电压并且将其输送给轮毂电机12。通过这种电路G可以例如对示例性地在图4中显示的、在接收线圈21中感应出的电流I1进行整流和/或使其平滑化，并且例如接近提供了电流曲线IG1，如示意性地在图5中显示的。图5在此示出在通过整流器G或一般地通过电路G变换之后的电流曲线IG1的示意图，其同样用于车轮旋转，其中，在此也同样用N表示车轮旋转的次数。
然而优选地，轮毂电机系统10不是仅仅具有一个单独的线圈，而是具有多个、例如三个接收线圈21，22，23(参见图8)。由此也就可以有利地用三相交变电流对轮毂电机12进行传统的供电。所述例如三个接收线圈21，22，23的设计方案可以像参照图2和图3所述的那样，然而所述多个接收线圈21，22，23在其布置方面沿周向方向R彼此错开，例如错开120°。参照图2和图3这表示，例如第二线圈22和这里示出的接收线圈21设计成一样的，然而参照这里示出的接收线圈21沿车轮周向方向R相对于接收线圈21错开120°布置，以及还有第三接收线圈23相对于这里示出的接收线圈21错开240°布置。
通过这种具有3个接收线圈21，22，23的错开的布置，可以在车轮15滚动时向相应的接收线圈21，22，23中提供感应出的电流I1，I2，I3，如在图6中示意性示出的。在此，用I1表示的电流曲线相应于在第一接收线圈21中感应出的电流，用I2表示的电流曲线相应于在相对于第一接收线圈错开120°的第二接收线圈22中感应出的电流，而用I3表示的第三电流曲线相应于在相对于第一线圈21错开240°的接收线圈23中感应出的电流。该电流曲线I1，I2，I3分别同样具有正弦形变化的包络线24。此外，在此同样示出用于车轮旋转的电流曲线I1，I2，I3，其中，N同样表示车轮旋转的次数。
相应的电流曲线I1，I2，I3在此也可以在输送到轮毂电机12之前通过电路G平滑或更改，从而由此又例如得出平滑化的电流曲线，该电流曲线示意性地在图7中示出。图7在此同样示出在通过电路G平滑化或更改之后的电流曲线IG，并且特别是同样地，第一电流曲线IG1相应于第一接收线圈21，第二电流曲线IG2相应于第二接收线圈22，第三电流曲线IG3相应于第三接收线圈23，特别是同样用于车轮旋转，其中，N同样表示车轮旋转的次数。因此也就可以通过设置三个彼此错开的接收线圈21，22，23提供三相交变电流。此外优选的是，基本频率基于最大车轮转速乘以接收线圈21，22，23的接收线圈数或绕组数相对于通过道路提供的时间上变化的磁场的感应频率的比例尽可能大。
图8示出具有根据本发明的一个实施例的转子13的接收线圈21，22，23的电路连接的实施例的示意图。在此，相应的接收线圈21，22，23的第一连接端21a，22a，23a汇接在共同的星形汇接点E中。相应的接收线圈21，22，23的相应的第二连接端21b，22b，23b通过备选的电路G与转子13耦合。转子13在此也具有多个、特别在该实施例中三个转子绕组25，26，27。但是例如转子13也可以具有三的整数倍的转子绕组25，26，27。这些转子绕组25，26，27在此同样具有第一连接端25a，26a，27a，所述第一连接端汇接在共同的星形汇接点M中。此外，相应的转子绕组25，26，27也具有相应的第二连接端25b，26b，27b，其中，转子13的相应的第二连接端25b，26b，27b与相应的接收线圈21，22，23的相应的第二连接端21b，22b，23b通过电路G彼此连接。备选地，电路G也与一个或多个所述星形汇接点E和M连接。
此外，电路G可以除了上述的电流变换、电压变换和/或频率变换之外也提供连接到车辆剩余部分33的无线接口32。通过该接口32可以例如双向地将数据或控制信号与车辆剩余部分33交换。因此可以例如将状态数据从车轮15传输到车辆剩余部分33，并且例如也依赖于这些数据控制速度或转矩。也可以通过电路G检测各种测量参数并且传输到车辆剩余部分33。例如可以通过电路G或备选地也通过上一级的电路实现电流测量、电压测量和/或实际的功率测量或类似测量。由此出发可以例如也测量并传输轮胎压力、轮胎温度和其它物理的测量参数。
这能实现轮毂电机系统10的许多附加的、进一步有利的构造方案可能性。例如也可以将轮毂电机系统10用于，遵循车辆的车道。根据车辆加速度，特别是关于行驶阻力，可以推断出经由感应传输的功率。这可以用作关于以下情况的信息：所述一个或多个轮胎17或车轮15是否还完全位于行车道中的发射线圈上方。为了检测这些测量参数，轮毂电机系统10也可以具有一个或多个相应的检测装置。
同样备选地在电路G中布置按比例缩放元件(Skalierungselement)，该按比例缩放元件可以将输送到电机的相位——其例如在图7中示出——在其振幅方面按比例缩放并且因此可以控制加速的程度。还可以包括测量设备，该测量设备确定车轮位置，例如借助于传感轮/发送器轮28(参见图1)，其中，与此有关地可以操控电元件。
此外，轮毂电机12可以例如设计为同步电机或异步电机。如果其设计为同步电机，那么在接收线圈21，22，23中感应出的电流I1，I2，I3可以借助于不同的电路连接传输到转子线圈25，26，27上。如已经描述的，可以在此例如将三个接收线圈21，22，23与n乘以3个转子线圈25，26，27连接，例如在图8中示出。此外，在这种情况下定子14设计具有磁极。附属的定子极数可以几乎任意地选择，并且例如可以因此实现具有在定子侧和转子侧上的不同极数的轮毂电机12。定子14的磁极可能原则上被作为永磁体提供，然而优选地设计为电磁体，这是因为否则整个系统在取消感应式能量传输的情况下具有涡流损耗并因此具有制动效果。为了提供电磁体或借助于电磁体提供极，定子14还可以具有可通电的定子线圈。该定子线圈可以利用直流电流供电，这是因为仅需产生一个静磁场。用交变电流供电同样是可能的。除了在取消感应式能量传输时切断之外，还可以在运行情况下，亦即利用从道路到线圈21的感应式能量传输时，通过对在定子线圈被供电时所用的电流强度进行改变，来对驱动力矩进行控制。
如果轮毂电机12例如设计为异步电机，则优选的是，转子绕组25，26，27以相对于车轮转速提高的频率供电。通过在至少一个接收线圈21，22，23和转子线圈25，26，27或转子绕组之间的电路连接的设计方案，该提高的频率可以经由上述的电路G来规定，以改变在至少一个接收线圈21，22，23中感应出的电流的至少一个特性，但特别通过接收线圈21，22，23的构造这样规定，即，感应出的电流具有更高频率的包络线。
具有这种轮毂电机系统10的车辆在此也可以具有一个或多个另外的驱动电机，该驱动电机例如借助于万向轴与车轮15连接。如果不能实现感应式能量输送，则这些另外的电机可以加速车辆。该驱动电机也可以作为发电机运行，而车辆通过根据本发明的轮毂电机系统或其实施方式加速。在这种情况下在行驶期间给车辆的动力电池充电。
整体来说因此提供了一种动力传动设备、特别是轮毂电机系统，其能实现，当车轮运动经过被供电的、由车辆道路提供的发射线圈时，利用轮毂电机和附属的用于感应式能量传输的接收线圈与机动车的动力电池的荷电状态无关地并且在不直接影响该荷电状态的情况下加速车辆。由此可以将能量转换——其特别适用于没有传统的电力电子设备和电池的情况——降低到最小值并因此显著提高效率，其中，还可以取消相当多的昂贵的元件。通过在行车道和轮胎之间的短的感应式传输路段可以进一步提高效率并降低磁场的需要的强度。这种通过道路提供的降低的磁场强度更有利于健康，也可能实现行车道中的较长的发射线圈以及在与行驶在行车道上的车辆同步时的低花费。这又能实现在道路或行车道中的发射线圈的成本特别有利的构造方案，这是因为能实现较长的线圈部段。

Claims (15)

1.一种动力传动设备(10)，具有能被感应式地供给能量的驱动电机(12)，
其特征在于，
该动力传动设备(10)包括：
-机动车的车轮(15)；
-车轮支承装置(18)，车轮(15)能以可转动的方式支承在该车轮支承装置上；
-至少一个接收线圈(21，22，23)，所述至少一个接收线圈沿车轮(15)的周向方向(R)布置；
-驱动电机(12)的定子(14)；
-以不能相对转动的方式布置在车轮(15)上的驱动电机(12)转子(13)，该转子具有至少一个转子绕组(25，26，27)，所述至少一个转子绕组与至少一个接收线圈(21，22，23)电连接，其中，转子(13)能与驱动电机(12)的定子(14)磁耦合；
-其中，动力传动设备(10)被构造成，由提供磁场的道路能在所述至少一个接收线圈(21，22，23)中感应出电流(I1，I2，I3)，借助于该电流为所述至少一个转子绕组(25，26，27)供电用以产生磁场，从而使转子(13)与定子(14)磁耦合。
2.根据权利要求1所述的动力传动设备(10)，其特征在于，动力传动设备(10)被构造成，当车轮(15)在提供磁场的道路上滚动时在所述至少一个接收线圈(21，22，23)中感应出电流(I1，I2，I3)，借助于该电流为所述至少一个转子绕组(25，26，27)供电用以产生磁场，从而使转子(13)与定子(14)磁耦合为：通过在转子(13)与定子(14)之间的磁耦合使车轮(15)在车轮(15)滚动中的实际旋转方向上受到加速力。
3.根据前述权利要求中任一项所述的动力传动设备(10)，其特征在于，驱动电机(12)的定子(14)以不能相对转动的方式布置在车轮支承装置(18)上。
4.根据前述权利要求中任一项所述的动力传动设备(10)，其特征在于，所述至少一个接收线圈(21，22，23)布置在车轮(15)的轮胎中的支承材料(30)上、或硫化在车轮(15)的轮胎中、或布置在车轮(15)的轮胎之外。
5.根据前述权利要求中任一项所述的动力传动设备(10)，其特征在于，在所述至少一个接收线圈(21，22，23)与车轮(15)的轮辋(16)之间布置有铁氧体桥(31)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的动力传动设备(10)，其特征在于，所述至少一个接收线圈(21，22，23)这样沿周向方向(R)布置在车轮(15)上，即，当车轮(15)在提供磁场的道路上滚动时在所述至少一个接收线圈(21，22，23)中感应出电流(I1，I2，I3)，该电流的振幅在其时间曲线中具有正弦形的包络线(24)。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的动力传动设备(10)，其特征在于，所述至少一个接收线圈(21，22，23)这样沿周向方向(R)布置在车轮(15)上，即，当车轮(15)在提供磁场的道路上滚动时在所述至少一个接收线圈(21，22，23)中感应出电流(I1，I2，I3)，该电流的振幅的包络线具有不同于正弦形的、特别是随时间恒定的时间曲线。
8.根据前述权利要求中任一项所述的动力传动设备(10)，其特征在于，动力传动设备(10)具有多个沿车轮(15)的周向方向(R)布置的接收线圈(21，22，23)，所述多个接收线圈各自具有绕组，其中，各接收线圈(21，22，23)的绕组沿车轮周向方向彼此错开，从而当车轮(15)在提供磁场的道路上滚动时在相应的接收线圈(21，22，23)中感应出电流(I1，I2，I3)，该电流的振幅在其时间曲线中具有正弦形的包络线(24)，因此各包络线(24)相对彼此错开预先确定的相位。
9.根据前述权利要求中任一项所述的动力传动设备(10)，其特征在于，转子(13)具有至少三个转子绕组(25，26，27)，动力传动设备(10)具有三个接收线圈(21，22，23)，这三个接收线圈布置在星形结构中，因此各接收线圈(21，22，23)的第一连接端(21a，22a，23a)在第一星形汇接点(E)中彼此电连接，接收线圈(21，22，23)的相应的第二连接端(21b，22b，23b)至少间接地与所述至少三个转子绕组(25，26，27)的相应的第二连接端(25b，26b，27b)连接，所述至少三个转子绕组(25，26，27)的各第一连接端(25a，26a，27a)在第二星形汇接点(M)中彼此电连接。
10.根据前述权利要求中任一项所述的动力传动设备(10)，其特征在于，动力传动设备(10)具有电路(G)，通过该电路使至少一个接收线圈(21，22，23)与至少一个转子绕组(25，26，27)连接，其中，电路(G)被设计为用于，改变在所述至少一个接收线圈(21，22，23)中感应出的电流(I1，I2，I3)的至少一个特性，特别是其中，电路(G)具有开关装置，借助于该开关装置能按比例缩放和/或能暂时中断在所述至少一个接收线圈(21，22，23)中感应出的电流的振幅，和/或电路(G)被设计为用于，测量和传输至少一个车轮参数、特别是轮胎压力和/或轮胎温度。
11.根据前述权利要求中任一项所述的动力传动设备(10)，其特征在于，驱动电机(12)
被设计为同步电机，其中，定子(14)具有至少一个磁体、特别是至少一个电磁体，用以提供用于实现与转子(13)磁耦合的磁场，其中，特别是车轮(15)的加速度能根据对电磁体的供电来控制；或者
被设计为异步电机，其中，定子(14)被设计为用于实现与转子(13)磁耦合的鼠笼绕组。
12.根据前述权利要求中任一项所述的动力传动设备(10)，其特征在于，在转子(13)和车轮(15)之间布置有传动机构。
13.一种车轮支承设备，具有车轮支承装置(18)，
其特征在于，
车轮支承设备具有用于驱动电机(12)的定子(14)，在车轮支承设备与转子装置耦合时，其具有：
-车轮(15)，该车轮能以可转动的方式支承在车轮支承装置(18)上；
-至少一个接收线圈(21，22，23)，所述至少一个接收线圈沿车轮(15)的周向方向(R)布置；
-以不能相对转动的方式布置在车轮(15)上的转子(13)，该转子具有至少一个转子绕组(25，26，27)，所述至少一个转子绕组与至少一个接收线圈(21)电连接；
车轮支承设备被设计为用于，如果当车轮(15)在提供磁场的道路上滚动时在至少一个接收线圈(21，22，23)中感应出电流(I1，I2，I3)，借助于该电流为所述至少一个转子绕组(25，26，27)供电用以产生与定子(14)的磁耦合，则通过定子(14)与转子(13)的磁耦合向车轮(15)上施加加速力。
14.一种机动车，具有根据权利要求1至12中任一项所述的动力传动设备(10)或根据权利要求13所述的车轮支承设备，特别是其中，机动车还具有不同于驱动电机(12)的动力装置，该动力装置被设计为用于，与所驶过的道路是否提供磁场无关地加速机动车。
15.根据权利要求14所述的机动车，其特征在于，机动车被设计为用于，在驶过在特定的行驶区域中提供磁场的道路时，依赖于实际由驱动电机(12)提供的功率确定，车轮(15)是否位于特定的行驶区域中。
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