CN113165451A - 具有发电机的车轮端部装置 - Google Patents

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Abstract

根据本公开的一个方面，提供了一种用于车辆的车轮端部装置，其包括被配置成安装到主轴上的轮毂组件以及该轮毂组件的轮毂。车轮端部装置包括轮毂组件的导线线圈和至少一个磁体，其被配置成随着轮毂绕主轴的旋转而相对于彼此移动。车轮端部装置包括车轮端部设备，其可操作地联接到导线线圈，以接收由导线线圈和至少一个磁体的相对移动所生成的电功率。此外，车轮端部装置包括通信电路，其可操作地联接到车轮端部设备，并且被配置成与车轮端部监测设备无线地通信车轮端部设备信息。

Description

具有发电机的车轮端部装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年11月21日提交的号为62/770,544的美国临时专利申请的权益，该美国临时专利申请的全部内容合并在本文中。
技术领域
本公开涉及车辆的车轮端部，并且更具体地，涉及具有用于提供车轮端部功能的电动设备的车轮端部。
背景技术
车轮端部可包括轮毂组件，其安装在车桥(vehicle axle)的主轴(spindle)上，以提供用于将车轮和轮胎组件安装至车辆的可旋转连接点。用于商用车辆(诸如，重型卡车)的轮毂组件具有各种各样的配置，这取决于车轮是从动轮、拖车轮还是串联轮。轮毂组件通常包括轮毂以及安装在其中的内滚子轴承和外滚子轴承，内滚子轴承和外滚子轴承接收车桥的主轴。
发明内容
根据本公开的一个方面，提供了一种用于车辆的车轮端部装置，该车轮端部装置包括被配置成安装到主轴的轮毂组件以及该轮毂组件的轮毂。所述车轮端部装置包括所述轮毂组件的导线线圈和至少一个磁体，其被配置成随着轮毂绕主轴的旋转而相对于彼此移动。车轮端部装置包括车轮端部设备，其可操作地耦接到所述导线线圈，以接收由所述导线线圈和所述至少一个磁体的相对移动生成的电功率。此外，车轮端部置包括通信电路，其可操作地耦接到车轮端部设备，并且被配置成与车轮端部监测设备无线地通信车轮端部设备信息。车轮端部装置允许将轮毂组件安装到主轴上，并且轮毂的旋转生成用于车轮端部设备和通信电路的电功率。由于轮毂的旋转用于生成用于车轮端部设备和通信电路的电功率，因此车轮端部设备和通信电路的电功率需求和寿命可不受相关联电池的容量的限制。相反，根据车轮端部设备和通信电路的功率需求来配置导线线圈和至少一个磁体。这是对电池决定相关联轮毂上的设备的功率需求的常规方法的背离。由此，车轮端部设备允许制造商独立于常规电池功率供应考虑因素来提供车轮端部功能。
在一个实施例中，轮毂组件包括车轮端部设备和通信电路。由此，轮毂组件提供了可安装到商用车辆的常规主轴上的独立装置，并且提供了车轮端部设备功能，诸如作为一些示例的车轮螺柱张力监测、轮毂油温监测和轴承状况监测。
在一实施例中，导线线圈和至少一个磁体在轮毂内部，而通信电路包括在轮毂外部的天线。由于导线线圈和至少一个磁体在轮毂内部，因此导线线圈和至少一个磁体可相互作用并生成电功率，同时得到保护以免受篡改以及受恶劣环境条件的影响。此外，通信电路的在轮毂外部的天线允许从车轮端部发送无线通信，同时来自轮毂的干扰被降低。
在本公开的另一方面，提供了一种车轮端部系统，该车轮端部系统包括轮毂、安装在所述轮毂中的至少一个轴承以及用于接收润滑剂的腔体。所述腔体对所述至少一个轴承开放，以允许润滑剂润滑所述至少一个轴承。车轮端部系统还包括腔体中的导线线圈以及至少一个磁体，其被配置成随着轮毂绕主轴的旋转而相对于彼此移动。车轮端部系统还包括车轮端部设备，其可操作地耦接到导线线圈，以接收由导线线圈和至少一个磁体的相对移动所生成的电功率。通过这种方式，导线线圈和至少一个磁体定位在轮毂的润滑剂接收腔体中，该腔体保护该导线线圈和至少一个磁体以免受环境条件的影响。
还提供了一种用于利用轮毂组件的安装到主轴的轮毂的旋转来操作车轮端部设备的方法。该方法包括通过使轮毂组件的导线线圈和至少一个磁体随着轮毂组件的车辆轮毂绕主轴的旋转而相对于彼此移动，来向车轮端部设备和通信电路提供电功率。该方法还包括经由通信电路与车轮端部监测设备无线通信车轮端部设备信息。该方法允许通过轮毂绕主轴的旋转来为车轮端部设备和通信电路供电，这限制了用于电池更换的维护停机时间，并且在功率需求方面为车轮端部设备和通信电路提供了更大的灵活性。
附图说明
图1是轮毂组件的剖视图，该轮毂组件具有用于向该轮毂组件的设备提供电功率的发电机；
图2是图1的轮毂组件的间隔件的透视图，该图示出了发电机的安装到该间隔件的磁体；
图3是发电机的支撑件的透视图，该支撑件上具有导线线圈，该导线线圈与由图2的间隔件的磁体产生的磁场相互作用，以生成电力；
图4是图1的设备的示意性表示；
图5是与车轮端部监测设备进行通信的图1的设备的示意性表示；
图6是另一轮毂组件的剖视图，该另一轮毂组件具有用于向该轮毂组件的设备提供电功率的发电机；
图7是图6的轮毂组件的发电机的设备的剖视图，该图示出了该设备的导线线圈，该导线线圈具有延伸穿过该设备的支撑件的端部；并且
图8是示出在轮毂绕主轴旋转时，图7的导线线圈相对于图6的轮毂组件的磁体的运动的示意图。
具体实施方式
参考图1，提供了车轮端部装置(诸如，轮毂组件10)，其包括用于接收车桥的主轴的轮毂孔12。轮毂组件10具有用于面向车辆的内端部部分14和用于背对车辆的外端部部分16。轮毂组件10包括具有凸缘20的轮毂18，凸缘20具有用于将一个或两个车轮安装到轮毂18的螺柱。轮毂18包括内部13和外部15，内部13包含轮毂组件10的部件。轮毂18包括凹部19，凹部19接收驱动螺柱22，该驱动螺柱22用于连接到驱动桥传动轴(shaft)的驱动凸缘230，该驱动桥传动轴在轮毂孔12中接收的车桥主轴内延伸。为了清楚起见，图1中没有示出驱动桥传动轴的其余部分以及主轴。
轮毂组件10包括内轴承24、外轴承26以及将内轴承24和外轴承26分隔开的间隔件28。内轴承24和外轴承26各自包括安装到主轴的内座圈或内圈(cone)30、多个滚子(诸如，锥形滚子32)以及外座圈或外圈(cup)34。轮毂组件10包括主轴固定螺母42，该主轴固定螺母42与主轴螺纹接合。垫圈40被接收在固定螺母42和外轴承26的内圈30之间。固定螺母42和垫圈40在主轴上互锁，以防止内部轴承24和外部轴承26上预载压紧的损失。轮毂组件10还包括孔固定环44和螺母固定环46，孔固定环44抑制外侧的内圈30的移动。螺母固定环46具有销钉48，该销钉48延伸穿过固定螺母42中的孔，并接合垫圈44中的开口，以抵抗固定螺母42的松动旋转。
轮毂孔12具有中心轴线50。当主轴被接收在轮毂孔12中时，内轴承24的内圈30、间隔件28、外轴承26的内圈30、垫圈40、固定螺母42、孔固定环44以及螺母固定环46均固定到主轴上，并且相对于主轴是固定的。一旦一个或多个车轮已经安装到轮毂18上，驱动凸缘230的旋转就产生轮毂18、安装在其上的一个或多个车轮以及内轴承24和外轴承26的外圈34绕中心轴线50的旋转。
轮毂组件10包括一个或多个设备60，其为车辆提供与车轮有关的功能。例如，设备60可包括一个或多个车轮端部设备，诸如胎压传感器、气泵、里程表、温度传感器、振动传感器、轴承状况监测传感器、负载测量传感器、螺柱张力传感器、油状况和油位传感器、主轴螺母扭矩传感器、速度传感器、防抱死制动传感器或其组合。在其他实施例中，作为一些示例，设备60可以是车轮的部件，该部件固定至轮毂18或在轮毂18的内侧安装至主轴。
设备60利用电力来操作，并且轮毂组件10包括被配置成向设备60提供电功率的发电机，诸如电磁感应发电机70。关于图1和图2，电磁感应发电机70包括定子(诸如，一个或多个磁体74)以及转子(诸如，一个或多个线圈76)，每一线圈76具有一个或多个匝。电磁感应发电机70包括支撑磁体74的环形构件，诸如轴环72和间隔件28。电磁感应发电机70包括附接构件(诸如，轴环72的主体75)以及支撑件(诸如，线轴110)(参见图3)，附接构件将磁体74固定到间隔件28，支撑件将线圈76连接到轮毂18并在磁体74附近支撑线圈76。磁体74经由轴环72的主体75以及间隔件28安装到主轴。当轮毂18和与其连接的线圈76绕间隔件28和轴环72旋转时，线圈76穿过由磁体74产生的磁场。线圈76穿过磁场的移动在线圈76中感应出电流和电压，并向设备60提供电功率。在另一实施例中，电磁感应发电机70具有定子和转子，定子包括安装到主轴上的一个或多个线圈76，转子包括安装到轮毂18上的一个或多个磁体74。
在一个实施例中，轴环72的主体75由金属材料(诸如，钢)或塑料材料(诸如，尼龙)制成。一个或多个磁体74可包括由铁质材料和/或非铁质材料(诸如，稀土元素)制成的磁体。一个或多个磁体74可以是永磁体。一个或多个磁体可以是电磁体。线圈76由诸如铜的金属材料制成。在一个实施例中，线圈76的导线包括具有绝缘涂层(诸如，环氧树脂)的电磁线。
关于图2，磁体74可包括磁体74A、74B、74C等，并且轴环72使磁体74围绕间隔件28的侧壁80的周围定位。在一个实施例中，磁体74被定向成使得磁体的磁极围绕轴环72交替。更具体地，磁体74A具有径向向外的北极82A，磁体74B具有径向向外的南极82B，磁体74C具有径向向外的北极82C，并且围绕轴环72以此类推。磁体74的交替磁极产生一系列不同定向的磁场，当轮毂18相对于间隔件28以及其上的主轴旋转时，线圈76穿过该一系列不同定向的磁场。这增加了由线圈76和磁体74的相对移动所产生的电流。
间隔件28具有管状配置，该管状配置具有外边缘86、内边缘88以及在其间延伸的侧壁80。侧壁80围绕间隔件28的孔90延伸，该孔90接收车桥的主轴。间隔件28还可包括锥形部分92，该锥形部分92从外边缘86朝轴环72径向向外延伸。轴环72的环形主体75具有开口77，当将轴环72滑到间隔件28上时，开口77接收侧壁80。在一种方法中，轴环72被压到间隔件28上。在另一实施例中，作为一些示例，轴环72使用焊接、紧固件或粘合剂固定到间隔件28。
间隔件28被制造成具有严格的公差，以精确地分隔内轴承24和外轴承26。由于轴环72连接到间隔件28，因此轴环72可被制造成具有比间隔件28更宽松的公差并且连接到间隔件28。这使得轮毂组件10的制造更容易。在另一实施例中，一个或多个磁体74可以是间隔件28的部分，诸如模制到间隔件28中的磁体74。作为另一示例，作为一些示例，磁体74可使用焊接、紧固件或粘合剂直接安装到间隔件28上。
参考图1，轮毂组件10包括润滑脂腔(诸如，轮毂腔体100)，其包含润滑剂(诸如，油脂或油)。轮毂腔体100与内轴承24和外轴承26中的一个或多个连通。润滑剂降低了内轴承24和外轴承26中的摩擦，并且帮助轮毂18绕轴线50转动。轮毂组件10包括润滑剂密封件102，该润滑剂密封件102被配置成防止润滑剂在轮毂组件10的内侧处流出。润滑剂密封件102还防止碎屑进入轮毂18的内部13。驱动凸缘230防止润滑剂在轮毂组件10的外侧处流出。轮毂组件10可用作非驱动轮，从而使得没有驱动传动轴在主轴中延伸，也没有驱动传动轴凸缘230被安装到轮毂18上。相反，轮毂组件10将包括轮毂盖，该轮毂盖覆盖轮毂18的外开口231并且防止润滑剂沿向外方向流出。
在图1的实施例中，磁体74和线圈76在轮毂腔体100中。这意味着一个或多个磁体74和线圈76与轮毂腔体100中包含的润滑剂接触，例如浸没在润滑剂中。润滑剂可以是油，并且磁体74和线圈76可浸没在油槽中。此外，磁体74和线圈76经受由轮毂18绕间隔件28的相对移动所生成的润滑剂的流动。通过将磁体74和线圈76定位在腔体100内，磁体74和线圈76得到保护，以免受严酷的道路环境的影响并且免遭篡改。
关于图3，轮毂组件10具有线圈组件111，该线圈组件111包括线轴110、线圈76和填充塞112。填充塞112封闭轮毂18的填充开口114(参见图1)。填充开口114被用来用润滑剂填充轮毂腔体100。填充塞112具有带有螺纹部分116的环形壁，该螺纹部分116接合填充开口114的螺纹118(参见图1)。线轴110从填充塞112的驱动部分122延伸。驱动部分122可包括多面的表面(诸如，六角形模式)，以接收用于将填充塞112拧紧在填充开口114中的扳手或套筒。线轴110包括圆柱形部分以及凸缘130，线圈76的匝缠绕在该圆柱形部分周围，并且凸缘130在线圈76的相对侧上。填充塞112还包括O形环132，该O形环132用于与轮毂18形成液密密封。
在一个实施例中，线圈组件111包括被缠绕以形成线圈76的单根导线。该单根导线具有一对导线端部140、142，该线端从线圈76延伸穿过填充塞112的内孔并从填充塞112延伸出。导线140、142连接到设备60，以用于向其提供电功率。在另一实施例中，线圈组件111可包括两根或更多根导线，每根导线具有在其中形成的线圈76以及连接到设备60的一对端部。在一种方法中，电磁感应发电机70可利用无线功率传输方法来向设备60提供电力。
线圈76可以按各种方法连接至轮毂18。例如，线轴110可包括芯，线圈76的匝围绕该芯延伸。芯可以由例如塑料或金属材料制成。芯可以由不导电但导磁的材料制成。作为另一示例，线圈76可以是独立的并且附着到轮毂18的内表面113(参见图1)。
关于图4，设备60可包括一个或多个车轮端部设备199，车轮端部设备199被配置为提供与例如轮毂组件10和/或安装到其上的车轮有关的一个或多个功能。例如，车轮端部设备199可包括一个或多个传感器200，诸如压力传感器、温度传感器、接近传感器、加速度计、陀螺仪、速度传感器、应变仪、称重传感器、电容换能器、电阻式换能器、全球导航卫星系统接收机、射频分析仪、电磁干扰换能器、光电换能器或其组合。一个或多个车轮端部设备199可包括泵(诸如，气泵202)，该泵用于调节与轮毂18相关联的轮胎的胎压。
设备60可以包括处理器204，该处理器204用于控制设备60的操作，并利用存储在非暂时性计算机可读介质(诸如，存储器206)中的计算机可读指令。例如，设备60可包括ASIC，该ASIC包括处理器204和存储器206。
设备60可包括功率调节电路208，该功率调节电路208将来自线圈76的电能调节为设备60更容易利用的形式。设备60可包括或者连接到电池210，电池210存储从线圈76产生的电功率。例如，线圈76可周期性地产生超出设备60的要求的电能(诸如，当车辆在公路上并且轮毂18高速旋转时)，并且设备60可将超出的电能存储在电池210中。当线圈76产生的能量不足(诸如，车辆的速度低以及轮毂18的相关联的旋转速度较低)时，可利用电池210来为设备60提供电能。通过这种方式，电池210可用作设备60的备用功率供应部件，并且来自线圈76的电功率可用作主功率源。在另一实施例中，电池210是主功率供应部件，并且线圈76提供用于向电池210充电的能量，并且可选地，线圈76可与电池210并行使用，以在高需求情况下为设备60提供电功率。设备60还可包括充电电路212，该充电电路212促成使用来自线圈76的电能来向电池210充电。
设备60还可包括通信电路214，该通信电路214包括一个或多个有线和/或无线通信接口。例如，通信电路214可包括短程和/或远程无线通信接口。通信电路214可包括天线216，该天线216用于经由无线协议与一个或多个车轮端部监测设备进行无线通信。车轮端部监测设备可包括例如用户设备221，诸如智能电话、平板计算机、可穿戴设备或PC；车辆220的计算机；和/或服务器计算机223。
如图5所示，通信电路214可被配置成与车辆220直接通信，并且可被配置成通过网络222与用户设备221间接通信。例如，通信电路214可包括射频发射机，该射频发射机向车辆200的接收机发送经编码的信号，该经编码的信号包含关于来自传感器200的测量结果的信息。作为另一示例，通信电路214可包括短程蓝牙收发器，该短程蓝牙收发器与车辆的蓝牙收发器进行通信。
网络222可包括短程网络(诸如，由车辆的部件构成的mesh网络)、远程无线网络(诸如，蜂窝(3G、4G、4G LTE或5G)网络)和/或互联网。远程网络的其他示例包括WiMax和LoRaWAN网络。
作为示例，通信电路214可以经由服务器计算机223和网络222与用户设备221间接通信。作为示例，传感器200可包括用于与轮毂组件10相关联的车轮的胎压传感器，并且处理器204使得通信电路214经由网络222向服务器计算机223发送胎压数据。服务器计算机223监测胎压，并且在胎压超过或低于阈值时，服务器计算机223经由网络222和通信电路214向处理器204发送通信。处理器204响应地使得泵202根据服务器计算机223的请求增加或降低胎压。
通信电路214也可被配置为与用户设备直接通信，诸如经由蓝牙连接与智能电话或平板计算机直接通信。通信电路214可将信息(诸如，操作状态、当前传感器读数、历史传感器读数和维护信息)通信给用户设备221。这允许用户在车辆周围走动，并与每一设备60建立通信链接，以快速并容易地检查车辆的车轮端部的状态。
作为另一示例，通信电路214可利用短程无线协议(诸如，蓝牙)来向车辆220发送信息和/或从车辆220接收信息。车辆220具有远程无线通信接口(诸如，蜂窝网络接口)，该远程无线通信接口允许车辆220充当网络222的接入点，并促成与服务器计算机223和/或用户设备221的通信。
关于图4，设备60还可包括用于向用户提供状态信息的指示器215。例如，指示器215可包括一个或多个具有不同颜色的灯，以指示不同的状态，例如，绿灯指示设备60是可操作的，红灯指示错误状态，并且闪烁的红灯指示通信链路错误。作为另一示例，指示器215可包括用于将状态信息通信给用户的扬声器。
电磁感应发电机70可具有各种配置。例如，一个或多个磁体74可安装到孔固定环44、主轴固定螺母42、主轴螺母垫圈40、外或内轴承内圈30和/或螺母固定环46中的一个或多个，或者与其集成。如果轮毂组件10未连接至驱动桥，则一个或多个线圈76可安装至驱动桥的驱动凸缘230或轮毂盖，或与其集成。以此方式，驱动凸缘230或轮毂盖及其一个或多个线圈76将相对于安装到不旋转的车辆主轴上的螺母固定环46、孔固定环44、固定螺母42和/或外轴承内圈30的磁体旋转。在该实施例中，驱动凸缘230或轮毂盖操作以产生轮毂组件10的腔体232(参见图1)，该腔体232保护一个或多个线圈76和一个或多个磁体74以免受道路环境的影响并且免遭篡改。
作为另一实施例，一个或多个线圈76可安装至轮毂组件10的静态部件(例如，主轴固定螺母42、孔固定环44、螺母固定环46、间隔件28、内轴承24的内圈30和/或外轴承26的内圈30)中的一个或多个，或者与其形成一体。一个或多个磁体74可安装到轮毂18、驱动凸缘230和/或轮毂盖，或者与其形成一体。这允许在静态部件而非旋转部件上产生电功率。
参考图6，提供了与以上讨论的轮毂组件10类似的轮毂组件300的一部分，以使得差异将被突出。轮毂组件300包括轮毂302，轮毂302具有被配置成接收车辆的主轴的通孔或轮毂孔304。轮毂302具有内部306和外部308。轮毂302包括被配置成接收紧固件的凹部310。这些紧固件可用于将轮毂302连接至车辆的驱动桥传动轴的驱动凸缘。一旦轮毂302连接至驱动桥传动轴，驱动桥传动轴的旋转就会引起轮毂302绕主轴的旋转。轮毂302在轮毂302的内部306处具有腔体312，该腔体312与间隔件314协作以形成轮毂组件300的润滑脂腔313。当轮毂302安装在主轴上时，润滑脂腔为轮毂组件300的内轴承和外轴承(为了清楚起见仅示出了其外圈)提供润滑剂。间隔件314以及内轴承和外轴承已通过开口对准，这些开口的尺寸被设为接收主轴。间隔件314将位于腔体312的相对侧上的内轴承和外轴承分隔开。
轮毂组件300还包括一个或多个磁体316。例如，磁体316可以是永磁体或由车辆功率供应部件供电的电磁体。作为示例，永磁体可以是钕铁硼、钐钴合金、铝镍钴合金、陶瓷和/或铁氧体磁体。一个或多个磁体316可在润滑脂腔313内被安装到主轴上。在图6的实施例中，磁体316在润滑脂腔313内被安装到间隔件314上。磁体316可具有围绕轮毂302的旋转轴线307的环形配置。磁体316可被布置为使得磁体的磁极交替布置，即与线圈318相邻地定位的每一磁体的磁极与相邻磁体相反。作为示例，每一磁体316可被定向成使得该磁体的北极径向向内面对轮毂302的旋转轴线307，或者径向向外背对轮毂302的旋转轴线307，并且相邻磁体的北极面对相反的方向。如图6的实施例中所示，磁体316也可被配置为使得每一磁体的主磁通方向与导线的线圈318的中心轴线309对准(参见图7)。线圈318和磁体316可以是倾斜的，使得轴线309相对于轴线307以角度311横向地(诸如，倾斜地)延伸。
参考图7，轮毂组件300包括设备301，设备301包括线圈318。线圈318可以是经绝缘或涂漆的铜线或铝线。该导线可以缠绕在轴线309周围，以形成基本圆柱形的导线螺旋体。线圈318的匝数或绕组数影响由线圈318产生的电压。线圈318可以具有一个、两个、三个或更多个匝。期望电压可因不同的应用而变化，并且由线圈318产生的电压可使用法拉第感应定律来确定。对于具有N个相同匝(每一匝都具有相同的ΦB)的紧密缠绕的导线线圈，法拉第感应定律指出：
Figure BDA0003076334870000111
其中N是导线的匝数，ΦB是穿过单个回路的磁通。
导线也可缠绕在芯320周围，但是可以使用空芯。芯320可由金属材料(诸如，铁氧体、铁或钢)制成。设备301可包括主体322，该主体322具有用于线圈318的支撑件323。作为一些示例，主体322可由金属或塑料材料制成。支撑件323包括围绕盲孔327延伸的环形壁325。可将芯320和缠绕在其上的线圈318装载到盲孔327中，并将盖329固定到环形壁325上以形成用于线圈318和芯320的隔室。由盖329和环形壁325形成的隔室可被密封，诸如防止润滑剂进入隔室。线圈318的导线可包括第一端部331和第二端部333。第二端部333可通过盖329中的开口335从支撑件323延伸出。
支撑件323从轮毂302的壁337(参见图6)延伸到轮毂腔体312中。在一个示例中，支撑件322与轮毂302形成一体。在其他示例中，支撑件322是单独部件，其永久地固定到轮毂302或者可移除地附接到轮毂302。在图6所示的示例中，设备301可移除地附接到轮毂302，并且延伸穿过轮毂302的润滑剂填充开口324。设备301可以具有螺纹以接合轮毂302的开口324的螺纹。设备301可包括O形环，以密封孔口324并使润滑剂包含在轮毂302的润滑脂腔313中。设备301还可包括隔室326，该隔室326用于在轮毂302外部容纳电子部件，同时支撑件323将线圈318定位在轮毂302中。
轮毂组件300被配置成使电功率感应的效率最大化。例如，支撑件323定位线圈318，使得在轮毂302旋转时，线圈318直接越过安装到主轴上的一个或多个磁体316。支撑件主体322可被配置为将线圈318定位成使得线圈318的端部318A紧邻磁体316通过，使得盖329和磁体之间的气隙相对于轮毂组件300的制造公差被最小化，这增加了线圈318中的电功率感应的效率。支撑件323还将线圈318定位成使得在轮毂302绕主轴旋转时，线圈318的中心轴线309立刻与磁体316的主磁通方向对准。这种布置还增加了线圈318中的电功率感应的效率，因为它使通过线圈318的磁通最大化。此外，芯320操作以增加电功率感应的效率，因为芯320具有高磁导率，其允许芯320引导磁通穿过线圈318的绕组。
关于图7，支撑件322包括供线圈318的端部331、333通过的一个或多个通道328。通道328将端部331、333从在轮毂302中的线圈318引导到在轮毂302外部的电气部件，诸如电路板330。在图7的实施例中，导线的端部333沿着支撑件323的外表面延伸，并且在导线线圈318上方的开口341处进入通道328之一。相比之下，导线的端部331在外部通道328内在线圈318和电路板330之间延伸。分开的通道328将导线端部331、333分隔开，并允许导线端部331、333连接到电路板330而不会彼此干扰。在一些实施例中，由线圈318供电的电路的全部或部分可在轮毂302内，使得导线端部331、333的长度可被减小。
设备301在许多方面与以上讨论的设备相似，并且可包括一个或多个车轮端部设备351、电池353、功率调节电路355和通信电路357。功率调节电路355可操作地联接到线圈318。功率调节电路355接收线圈318中生成的电功率并调节该功率，使得其可用于为车轮端部设备351和/或通信电路357供电。功率调节电路355可包括整流器电路和电压调节器电路。整流器电路将在线圈318中感应的电压脉冲转换成稳定的直流电流形式。作为示例，整流器电路可以是全波整流器电路。作为另一示例，整流器电路可以是半波整流器电路。
线圈318中产生的电压可以基于轮毂302绕主轴旋转的速度而变化。电压调节器可用于控制经整流的电功率的电压。电压调节器可将输出的电压调节到为车轮端部设备351和/或通信电路357供电所需的电压水平，例如3.3VDC或5VDC。
线圈318中感应的电能可用于为设备301的电子部件供电。通过线圈318和磁体316的相对移动所产生的电功率允许在车轮端部处使用消耗大量功率的设备(诸如，高速数据传输通信电路或高采样率传感器)，否则由于这些设备消耗对于传统的纯电池功率而言过多的功率而无法使用这些设备。如果需要，线圈318和磁体316还允许传感器连续运行，而不是间隔地进行数据测量。在一些应用中，当轮毂302正以较低速度旋转时或者当车辆静止时，可使用功率存储设备(诸如，电池333或电容器)来为部件供电。
车轮端部设备351可以是与以上描述的那些设备类似的任何电子设备，作为示例，其包括传感器和/或泵。
设备301的通信电路357可以与以上讨论的通信电路214类似。该通信电路可包括用于经由无线通信协议与车轮端部管理设备无线通信的天线。关于图7，通信电路357(包括其天线)被定位在轮毂302外部的隔室326中。
在另一实施例中，通信电路357定位在轮毂302的内部306中。在该实施例中，通信电路357可至少具有通信电路357的天线，该天线延伸到轮毂302的外部308以与其他设备通信。
关于图8，当轮毂302沿围绕旋转轴线307的方向364而绕主轴旋转时，轮毂组件300生成电功率。如图8所示，轮毂302的旋转引起线圈318绕磁体316的旋转。这使得线圈318通过磁体316的磁场。在线圈318越过磁体316时，通过线圈318的磁场的强度改变。通过线圈318的变化的磁场跨线圈318感应电压。
磁体316包括磁体316A，该磁体316A的北极361处于径向外部位置，并且其南极363处于径向内部位置。磁体316包括磁体316B，磁体316B具有其磁极361、363的相反的定向。磁体316A具有径向向外的主磁通方向365，而磁体316B具有径向向内的主磁通方向367。术语主磁通方向旨在指代来自磁体316的北极361的磁通的大致方向。通过使磁体316交替，使得线圈318经过磁体316A的北极361附近，随后经过在磁体316B的南极363附近，线圈318经历与线圈318相互作用的正磁场和负磁场之间的快速变化。作用于线圈318的正磁场和负磁场之间的快速变化使跨线圈318的端部331、333的电压最大化。
尽管已经示出并描述了本发明的特定实施例，但本领域的技术人员将认识到，在不脱离本发明范围的情况下，可以对上述实施例进行各种各样的修改、变更和组合，并且这些修改、变更和组合应视为在本发明构思的范围之内。本文中使用的短语“……中的至少一个”旨在以析取意义来解释。例如，短语“A和B中的至少一个”旨在仅包含A、仅包含B或既包含A又包含B。

Claims (26)

1.一种用于车辆的车轮端部装置，所述车轮端部装置包括：
轮毂组件，其被配置成安装到主轴上；
所述轮毂组件的轮毂；
所述轮毂组件的导线线圈和至少一个磁体，其被配置成随着所述轮毂绕所述主轴的旋转而相对于彼此移动；
车轮端部设备，其可操作地联接到所述导线线圈，以接收由所述导线线圈和所述至少一个磁体的相对移动所生成的电功率；以及
通信电路，其可操作地联接到所述车轮端部设备，并且被配置成与车轮端部监测设备无线地通信车轮端部设备信息。
2.根据权利要求1所述的车轮端部装置，其中，所述导线线圈和所述至少一个磁体在所述轮毂内部；并且
其中，所述通信电路包括在所述轮毂外部的天线。
3.根据权利要求1所述的车轮端部装置，其中，所述轮毂组件包括所述车轮端部设备和所述通信电路。
4.根据权利要求3所述的车轮端部装置，其中，所述车轮端部设备和所述通信电路由所述轮毂支撑，并且随着所述轮毂绕所述主轴的旋转而旋转。
5.根据权利要求1所述的车轮端部装置，其中，所述至少一个磁体包括磁体的环形布置，其被配置成随着所述轮毂组件安装到所述主轴上而围绕所述主轴。
6.根据权利要求1所述的车轮端部装置，其中，所述至少一个磁体包括多个磁体，每一所述磁体都具有北极和南极；并且
其中，所述磁体具有交替布置，其被配置成使得当所述轮毂绕所述主轴旋转时，所述导线线圈在所述磁体的交替的北极和南极附近移动。
7.根据权利要求1所述的车轮端部装置，其中，所述轮毂被配置成围绕旋转轴线而绕所述主轴旋转；并且
其中，所述导线线圈的中心轴线横向于所述旋转轴线延伸。
8.根据权利要求7所述的车轮端部装置，其中，所述至少一个磁体具有主磁通方向，所述主磁通方向被配置为在所述轮毂绕所述主轴的旋转期间，沿着所述导线线圈的所述中心轴线周期性地定向。
9.根据权利要求1所述的车轮端部设备，其中，所述通信电路被配置成经由网络与所述车轮端部监测设备通信所述车轮端部设备信息。
10.根据权利要求1所述的车轮端部装置，还包括电池，所述电池可操作地联接到所述导线线圈，并且被配置成利用由所述线圈相对于所述至少一个磁体的旋转所生成的电功率来充电；并且
其中，所述电池被配置成向所述车轮端部设备和所述通信电路中的至少一个提供电功率。
11.根据权利要求1所述的车轮端部装置，还包括金属芯；并且
其中，所述导线线圈缠绕在所述金属芯周围。
12.根据权利要求1所述的车轮端部装置，其中所述车轮端部设备包括传感器。
13.根据权利要求1所述的车轮端部装置，其中，所述车轮端部设备包括以下项中至少之一：
胎压传感器，
气泵，
里程表，
温度传感器，
振动传感器，
轴承状况监测传感器，
负载测量传感器，
螺柱张力传感器，
油状况传感器，
油位传感器，
主轴螺母扭矩传感器，
速度传感器，以及
防抱死制动传感器。
14.一种车轮端部系统，包括：
轮毂；
至少一个轴承，其安装在所述轮毂中并具有孔，所述孔的尺寸被设置为接收主轴；
用于接收润滑剂的腔体，所述腔体对所述至少一个轴承开放，以允许所述润滑剂润滑所述至少一个轴承；
导线线圈和至少一个磁体，其在所述腔体中，并且被配置成随着所述轮毂绕所述主轴的旋转而相对于彼此移动；以及
车轮端部设备，其可操作地联接到所述导线线圈，以接收由所述导线线圈和所述至少一个磁体的相对移动所产生的电功率。
15.根据权利要求14所述的车轮端部系统，其中，所述轮毂形成所述腔体的至少一部分；并且
其中，所述至少一个磁体和所述导线线圈之一由所述轮毂支撑。
16.根据权利要求14所述的车轮端部系统，还包括环形构件，其具有接收所述主轴的贯通开口；
其中，所述至少一个磁体和所述导线线圈之一由所述环形构件支撑。
17.根据权利要求16所述的车轮端部系统，其中，所述至少一个磁体包括多个磁体；并且
其中，所述导线线圈和所述磁体被配置成使得当所述轮毂绕所述主轴旋转时，所述磁体按顺序在所述导线线圈附近移动。
18.根据权利要求14所述的车轮端部系统，其中，所述轮毂包括环形壁和从所述环形壁径向向外延伸的凸缘，所述凸缘被配置成其上安装有车轮；
可操作地联接到所述车轮端部设备的通信电路，所述通信电路包括天线，所述天线可操作以无线地通信车轮端部设备信息；并且
其中，所述天线和所述导线线圈在所述轮毂的所述环形壁的相对侧上。
19.根据权利要求14所述的车轮端部系统，其中，所述至少一个磁体包括成环形布置的多个磁体；
其中，所述磁体各自具有一对磁极以及沿径向向内方向或径向向外方向的主磁通方向；并且
其中，每一磁体的所述主磁通方向与相邻磁体的磁通方向相反。
20.根据权利要求14所述的车轮端部系统，还包括所述腔体中的金属芯；
其中，所述导线线圈包括围绕所述金属芯延伸的多个匝。
21.一种利用安装到主轴上的轮毂组件的轮毂的旋转来操作车轮端部设备的方法，所述方法包括：
通过使所述轮毂组件的导线线圈和至少一个磁体随着所述轮毂组件的所述轮毂绕所述主轴的旋转而相对于彼此移动，来向所述车轮端部装置和通信电路提供电功率；以及
经由所述通信电路来与车轮端部监测设备无线地通信车轮端部设备信息。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，使所述轮毂组件的所述导线线圈和所述至少一个磁体相对于彼此移动包括：使所述导线线圈和所述至少一个磁体在所述轮毂内部相对于彼此移动；并且
其中，与车轮端部监测设备无线地通信所述车轮端部设备信息包括：使用所述通信电路的在所述轮毂外部的天线来无线地通信所述车轮端部设备信息。
23.根据权利要求21所述的方法，其中，使所述导线线圈和所述至少一个磁体相对于彼此移动包括：使所述导线线圈和所述至少一个磁体在所述轮毂组件的润滑脂腔中相对于彼此移动。
24.根据权利要求21所述的方法，其中，使所述导线线圈和所述至少一个磁体相对于彼此移动包括：使所述导线线圈在多个磁体的交替磁极附近移动。
25.根据权利要求21所述的方法，其中，所述至少一个磁体包括成围绕所述主轴的环形布置的多个磁体；并且
其中，使所述导线线圈和所述至少一个磁体相对于彼此移动包括：在所述轮毂绕所述主轴旋转时，使所述导线线圈的中心轴线按顺序与每一磁体的主磁通方向对准。
26.根据权利要求21所述的方法，其中，向所述车轮端部设备提供电功率包括：经由调节电路对所述电功率进行调节，以提供所述电功率的预定特性，并向所述车轮端部设备提供经调节的电功率。
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