ES2859349T3 - Accionamiento de cubo de rueda - Google Patents

Abstract

Accionamiento de cubo de rueda que actúa como accionamiento directo de una rueda de un vehículo, en particular de un vehículo comercial, con un motor eléctrico de rotor externo, preferentemente construido como un motor síncrono con excitación permanente y que está dispuesto sustancialmente en la zona interior de la rueda, estando conectado al motor en arrastre de fuerza y/o de forma y/o de material para que realice el frenado, una parte giratoria (6) de un freno de fricción, estando la parte giratoria (6) conectada operativamente de forma directa o indirecta al rotor (3) del motor desde el exterior del mismo, caracterizado porque el motor presenta en el lado exterior/en el lado de la rueda una brida desmontable, mediante la cual se puede acceder a un espacio interior de un estátor (4) del motor y, en consecuencia, a un inversor interno y/o a un circuito adicional del motor y a un sistema eléctrico/electrónico.

Description

DESCRIPCIÓN

Accionamiento de cubo de rueda

El presente invento trata de un accionamiento de cubo de rueda como accionamiento directo de una rueda de un vehículo, en particular de un vehículo comercial, con un motor eléctrico de rotor externo diseñado preferentemente como motor síncrono de excitación permanente, estando conectado al motor en arrastre de fuerza y/o de forma y/o de material, una parte giratoria de un freno de fricción para que realice el frenado, estando la parte giratoria conectada operativamente de forma directa o indirecta al rotor del motor desde el exterior del mismo.

Por ejemplo, en los vehículos comerciales municipales, el concepto de accionamiento con máquinas eléctricas (máquinas-e) tiene un porcentaje nada despreciable de la tecnología de accionamiento. Mientras que en las máquinas de accionamiento convencionales, que en su mayoría funcionan con gasóleo o gas, se conecta una caja de cambios detrás del motor de combustión interna (MCI) para la transmisión del par y de la velocidad, en el caso de las máquinas-e se puede prescindir completamente de una transmisión mecánica de engranajes, concretamente debido a una característica correspondiente del motor. En un concepto de accionamiento con máquinas eléctricas, se utilizan uno o varios accionamientos de cubo de rueda para accionar directamente las ruedas del vehículo comercial. Estos accionamientos-e directos tienen un motor eléctrico de rotor externo como motor síncrono con excitación permanente (PSM).

Los motores de rotor externo como accionamientos eléctricos directos accionados por rotación pueden utilizarse generalmente en vehículos eléctricos, vehículos híbridos de serie, especialmente autobuses urbanos como autobuses individuales o articulados, autobuses de aeropuerto, así como en vehículos especiales y vehículos comerciales.

A modo de ejemplo, con respecto a este tipo de accionamiento eléctrico de cubo de rueda, se hace referencia a los documentos DE 41 10638 A1, DE 102014209 177 A1, DE 102004044688 A1, DE 2008011 870 A1, JP 2008-307 917 A, DE 102008 004 085 A1 y DE 10 2013 200 117 A1. Numerosas realizaciones de dicho accionamiento de cubo de rueda son bien conocidas a partir de la experiencia práctica.

El documento EP 0 865 978 A1 divulga un accionamiento de cubo de rueda como accionamiento directo de una rueda de un vehículo, con un motor eléctrico de rotor externo que está dispuesto sustancialmente en la zona interior de la rueda, estando conectado al motor en arrastre de fuerza y/o de forma y/o de material, una parte giratoria de un freno de fricción para que realice el frenado, estando la parte giratoria conectada operativamente de forma directa o indirecta al rotor del motor desde el exterior del mismo.

En los accionamientos de cubo de rueda conocidos se proporciona un freno de fricción integral sujeto a desgaste. Para ello, un eje giratorio interno está conectado en arrastre de fuerza y/o de forma al motor de cubo de rueda de la máquina-e. Debido a las fuerzas y pares que se producen durante el frenado/aceleración, es necesario dimensionar el eje extremadamente grande y/o hacerlo de material de alta resistencia, en particular de acero de alta resistencia, para poder soportar permanentemente la carga del contacto con la rueda y del frenado. En este caso se debe producir una optimización del flujo de fuerzas durante el frenado mecánico y la aceleración entre el sistema de frenado, el accionamiento y la carretera.

En los sistemas del tipo descrito anteriormente, en los que un eje giratorio se extiende centralmente a través de la máquina-e o del motor, la aplicación de rodamientos está ligada al eje por su parte interior y, por lo tanto, debe aceptar fuertes deformaciones y, en particular también inclinaciones con respecto a la fuerza de contacto de la rueda.

Otro problema se deriva del requisito según el cual el entrehierro entre el devanado del estátor y los imanes del rotor debe mantenerse constante durante el funcionamiento. Para ello, en los accionamientos de cubo de rueda se utiliza un rodamiento anular delgado para evitar la flexión y la deformación del rotor y las deformaciones del calderín del rotor.

Por último, en los accionamientos de cubo de rueda conocidos, un inversor puede estar dispuesto concéntricamente alrededor del eje giratorio o del componente apoyado (disposición integrada del inversor), especialmente porque el único espacio disponible está allí cuando el inversor está dispuesto de forma integrada. Esto impone al diseñador un diseño del inversor que no es óptimo en términos de coste y producción. Además, sólo se puede acceder a un inversor diseñado y dispuesto de este modo para su mantenimiento y/o sustitución cuando la unidad de accionamiento de cubo de rueda está desmontada del módulo de accionamiento del eje. Esto supone un mantenimiento/coste muy elevado.

A la luz de lo anterior, el invento se basa en el problema de crear un accionamiento de cubo de rueda que se diferencie de los accionamientos de cubo de rueda conocidos a partir de la experiencia la práctica. La diferencia debe resultar de una optimización del flujo de potencia entre el sistema de frenado, el accionamiento y la carretera. Además, el accionamiento de cubo de rueda según el invento debe ser de construcción sencilla y cuyo mantenimiento debe poder realizarse con poco esfuerzo. Por último, una estabilidad suficiente de los componentes individuales debe estar garantizada incluso bajo cargas máximas.

La tarea anterior se resuelve mediante las características de la reivindicación 1. De acuerdo con esto, el accionamiento de cubo de rueda conformador de género se caracteriza porque el motor tiene en el lado exterior/en el lado de la rueda, una brida desmontable, pudiéndose a través de su extracción acceder a un espacio interior de un estátor del motor y, por tanto, a un convertidor interno y/o a otro circuito del motor y a un sistema eléctrico/electrónico.

De acuerdo con el invento, se ha reconocido que un freno de fricción con un eje interno es, por un lado, susceptible de fallos y, por otro, desperdicia un espacio de instalación considerable. A diferencia de la solución conocida a partir del estado de la técnica, se ha creado un concepto de motor de acuerdo con el invento, según el cual el motor dispone de una brida desmontable en el lado exterior/en el lado de la rueda, mediante cuya retirada se puede acceder a un espacio interior de un estátor del motor y, por tanto, a un convertidor interno y/o a otro circuito del motor y al sistema eléctrico/electrónico. Esto significa que las fuerzas no se transmiten a través de un eje más o menos grueso. Más bien la parte giratoria está conectada directamente al rotor del motor. En el marco del concepto de motor según el invento no es necesario un eje dispuesto en el interior. La carga es soportada por una geometría mayor, por lo que la resistencia del material puede incluso reducirse. En cualquier caso, la resistencia del material ya no domina la selección del material para el freno de fricción que actúa entre la parte giratoria del freno de fricción y del rotor del motor. En concreto, es ventajoso si entre la parte giratoria del freno de fricción y la brida se extiende un tubo/cilindro, siendo la brida un componente integral del tubo/cilindro.

En este punto, cabe señalar que en el caso de la parte giratoria puede tratarse del disco de freno de un sistema de freno de disco. Otros componentes pueden estar dispuestos entre ellos en términos de efecto. Una conexión directa es, sin embargo, ventajosa.

La aplicación de rodamientos de la parte giratoria se produce preferentemente a lo largo del eje del motor, de acuerdo con la anchura del rotor en el extremo o cerca del extremo del rotor, concretamente en el porta-estátor no giratorio. Esto significa que la aplicación de rodamientos se apoya internamente sobre diámetros mayores, sobre un componente estacionario en lugar de (en contraste con el estado de la técnica) sobre un eje giratorio. La aplicación de rodamientos principal se aplica a lo largo del eje del motor, lo que reduce en gran medida, si acaso elimina las desalineaciones y deformaciones de los componentes apoyados.

El entrehierro necesario entre las partes fijas y las móviles está garantizado por el concepto de rodamiento modificado y el diseño de rotor cerrado. Éste está sujeto a menores fluctuaciones que en el estado de la técnica y, por tanto, se puede realizar con menores dimensiones, lo que a su vez tiene un efecto positivo en la densidad de potencia y en el comportamiento del funcionamiento de la máquina-e.

La característica esencial del invento, según la cual el motor presenta una brida desmontable en el lado exterior/en el lado de la rueda, mediante cuya retirada se puede acceder a un espacio interior de un estátor del motor y, por tanto, a un convertidor interno y/o a otro circuito del motor y al sistema eléctrico/electrónico, posibilitando de este modo que no sea necesario un eje interno giratorio. En consecuencia, se crea un espacio interior libre de componentes dentro del estátor, en el que se puede integrar un convertidor interno y, si es necesario, otros componentes eléctricos/electrónicos. En contraste con el estado de la técnica, el diseño coaxial del convertidor y de los componentes eléctricos/electrónicos no es necesario. Por el contrario, el interior libre de componentes permite casi cualquier forma geométrica del convertidor y otros componentes eléctricos/electrónicos que pueden ser producidos de manera económica y que pueden ser acomodados allí como componentes integrales.

Como parte de otra alternativa o una complementación, es igualmente posible utilizar el interior libre de componentes del estátor para alojar otro circuito de motor electromagnético, por ejemplo un rotor interno. Preferentemente, los dos circuitos del motor pueden ser operados por uno o más convertidores externos. En otras palabras, el devanado y los imanes del motor-e adicional pueden estar dispuestos en el espacio interior libre de componentes, siendo los dos circuitos del motor operables juntos o independientemente el uno del otro por medio de un convertidor interno y/o externo.

Ahora, el espacio interior del estátor con los componentes eléctricos/electrónicos dispuestos en el mismo y posiblemente con el rotor interno, ofrece la ventaja de proporcionar una abertura de inspección fácilmente accesible, concretamente para facilitar el mantenimiento o la reparación. Para ello, se ha previsto una brida extraíble en el lado de la rueda o en el lado de la calzada del motor eléctrico que mejora la accesibilidad al convertidor y, si es necesario, a los demás componentes eléctricos/electrónicos. Dentro del ámbito de dicha accesibilidad, el esfuerzo para el mantenimiento, la reparación y la sustitución se reducen en gran medida.

Cabe señalar que la accesibilidad mejorada por medio de la brida anteriormente abordada requiere que el rotor, tras la retirada de la brida, pueda apoyarse en el soporte del estátor. Preferentemente, esto debe garantizarse mediante una disposición adecuada de los rodamientos, de modo que la retirada de la brida no afecte al posicionamiento de los componentes. De lo contrario, el espacio nominal entre el rotor y el porta-estátor en un punto de apoyo definido debe diseñarse más pequeño que el entrehierro entre los imanes del rotor y el devanado del estátor. En el marco de un modelo de fabricación de este tipo, la brida puede desmontarse fácilmente sin dañar el motor, facilitando así el acceso.

Por último, cabe señalar que el motor de cubo de rueda descrito anteriormente es adecuado como accionamiento para cualquier vehículo, en particular para los vehículos comerciales y, debido a la anchura de la llanta requerida, particularmente en el caso de una llanta con neumáticos gemelos.

Existen ahora varias maneras en las que las enseñanzas del presente invento pueden ser ventajosamente incorporadas y desarrolladas. Para ello se hace referencia, por un lado, a las reivindicaciones subordinadas a la reivindicación 1 y, por otro, a la siguiente explicación de un ejemplo de fabricación preferente del invento con referencia al dibujo. En relación con la explicación del ejemplo de fabricación preferente del invento con referencia al dibujo, también se explican las conformaciones generalmente preferentes y otras optimizaciones de la enseñanza. En el dibujo se muestra en:

La figura 1, en un dibujo esquemático en sección, parcialmente, un ejemplo de fabricación de un accionamiento de cubo de rueda según el invento con motor de rotor externo, y

en la figura 2, en un dibujo esquemático en sección, parcialmente, una variante del accionamiento de cubo de rueda, donde la aplicación de rodamientos se apoya internamente sobre componentes estacionarios.

La figura 1 muestra en un dibujo esquemático en sección, parcialmente, un accionamiento de cubo de rueda según el invento con motor de rotor externo, donde el accionamiento de cubo de rueda está asociado a una llanta 1 para neumáticos gemelos. La llanta 1 con su fondo de llanta 2 y su conexión con el accionamiento está simplemente indicada.

El accionamiento de cubo de rueda comprende como componentes esenciales un rotor 3, que está conectado a la llanta 1 de manera que puede ser de diseño multipartes. En el interior del rotor 3 (rotor externo), el estátor 4 está dispuesto como componente no giratorio. Se indican los devanados y el manguito de refrigeración 5 del estátor 4.

Mientras que en el estado de la técnica se extiende axialmente a través del motor un eje conectado a un disco de freno, en este caso se aplica un concepto de motor completamente diferente, a saber, la parte giratoria del freno de fricción, en este caso el disco de freno 6, está conectado directamente al rotor 3 desde el exterior del motor, a saber, a través de una brida 7. En el caso de esta brida 7 puede tratarse de un componente separado o integral. La conexión con el rotor también puede realizarse de cualquier manera, es decir, por arrastre de fuerza y/o de forma y/o de material.

La figura 2 muestra una variante del accionamiento de cubo de rueda según el invento, en el que la aplicación de rodamientos 8, 9 se apoya internamente de forma estable sobre componentes estacionarios. En contraste con este procedimiento, la figura 1 muestra una disposición de rodamientos con un rodamiento 9 apoyado de forma giratoria en el anillo interior. En consecuencia, según la figura 2, los rodamientos 8, 9 están situados lo más lejos posible en el exterior, teniendo en cuenta la anchura del rotor y actúan entre el estátor estacionario 4 y el rotor giratorio 3, que en su parte exterior, de cara al freno de fricción, está asociado a la brida 7 y, por tanto, a la parte giratoria o al disco de freno 6 del freno de fricción.

A la luz de la descripción general y la descripción de la figura anterior, las ventajas y modelos de fabricación del invento se resumen una vez más como sigue, en distinción de la técnica:

De acuerdo con el modelo de fabricación según el invento, la aplicación de rodamientos de anillos interiores giratorios sobre un eje pasa a ser sobre anillos interiores estacionarios sobre un eje y/o anillos interiores giratorios sobre una brida. Una brida se caracteriza por una relación "diámetro-longitud" significativamente mayor. Para ello, los rodamientos se pueden desplazar a una posición lo más alejada posible de la posición axial, que delimita el extremo de la parte giratoria del motor. Esto permite desplazar la parte giratoria del freno de fricción (disco de freno del sistema de frenos o tambor de freno del sistema de frenos de tambor) con una brida giratoria grande directamente al rotor. Los pares de frenado elevados y los pares de ajuste del sistema de frenos de disco pueden compensarse entonces con una geometría más grande y, por tanto, con un módulo de sección más elevado. La resistencia del material puede reducirse en el proceso. Alternativamente, también se puede reducir el grosor del material para conseguir un menor peso. Esto debe sopesarse teniendo en cuenta los factores de coste, peso y vida útil.

De acuerdo con el invento, la aplicación de rodamientos se apoya sobre diámetros mayores, es decir, se apoya internamente sobre componentes estacionarios en lugar de sobre ejes giratorios según el estado de la técnica. La disposición según el invento es por tanto más estable. La aplicación de rodamientos principal está dispuesta a lo largo del eje del motor y corresponde a la anchura del rotor. Los desajustes y las deformaciones de los componentes apoyados se reducen en gran medida gracias a la geometría.

El entrehierro está permanentemente asegurado por el concepto de la aplicación de rodamientos modificado y está a menos fluctuaciones que en el estado de la técnica. La disposición puede tener menores dimensiones, lo que tiene un efecto positivo sobre la densidad de potencia y el rendimiento de funcionamiento de la máquina-e.

Al eliminar el eje giratorio interno, se crea un gran espacio interior hueco que no está penetrado por ninguna geometría que interfiera. Esto permite diseñar un convertidor integrado con casi cualquier forma geométrica y, por lo tanto, es menos costoso de fabricar. Alternativa o adicionalmente, el espacio constructivo disponible puede utilizarse para otro circuito de motor electromagnético (es decir, el devanado y los imanes) si es necesario también como rotor interno). Ambos circuitos de motor pueden ser accionados por uno o varios convertidores internos y/o externos.

Mediante un rodamiento interno con ajuste de holgura en el diámetro exterior hacia el porta-estátor, es posible implementar una brida desmontable por el lado de la calzada del motor, lo que favorece la accesibilidad al convertidor. El esfuerzo necesario para el mantenimiento y la sustitución se reduce considerablemente. Para ello, el rotor debe apoyarse sobre el porta-estátor después de retirar la brida. El espacio nominal entre el rotor y el soporte del estátor debe ser menor que el entrehierro entre los imanes del rotor y el devanado del estátor. Esto significa que la brida puede retirarse sin dañar el motor. Se debe prever un chaflán de inserción para la brida en el rotor. El centrado de la brida en el rotor debe producirse antes del centrado del rodamiento en el porta-estátor.

Con respecto a otras configuraciones ventajosas de la enseñanza según el invento, se hace referencia a la parte general de la descripción y a las reivindicaciones adjuntas para evitar repeticiones.

Lista de signos de referencia

1 llanta, llanta gemela

2 fondo de llanta

3 rotor (del motor eléctrico)

4 estátor (del motor eléctrico)

5 devanados, manguito de refrigeración (del estátor)

6 disco de freno (parte giratoria del freno de fricción)

7 brida (para la conexión entre la parte giratoria del freno de fricción y el rotor)

8 rodamiento lado B

9 rodamiento lado A

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Accionamiento de cubo de rueda que actúa como accionamiento directo de una rueda de un vehículo, en particular de un vehículo comercial, con un motor eléctrico de rotor externo, preferentemente construido como un motor síncrono con excitación permanente y que está dispuesto sustancialmente en la zona interior de la rueda, estando conectado al motor en arrastre de fuerza y/o de forma y/o de material para que realice el frenado, una parte giratoria (6) de un freno de fricción, estando la parte giratoria (6) conectada operativamente de forma directa o indirecta al rotor (3) del motor desde el exterior del mismo, caracterizado porque el motor presenta en el lado exterior/en el lado de la rueda una brida desmontable, mediante la cual se puede acceder a un espacio interior de un estátor (4) del motor y, en consecuencia, a un inversor interno y/o a un circuito adicional del motor y a un sistema eléctrico/electrónico.

2. Accionamiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la parte giratoria (6) está conectada directamente al rotor (3) del motor mediante una brida (7).

3. Accionamiento según la reivindicación 2, caracterizado porque entre la parte giratoria (6) y la brida (7) se extiende un tubo/cilindro o porque la brida (7) es un componente integral de un tubo/cilindro.

4. Accionamiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la parte giratoria (6) es un disco de freno de un sistema de frenos de disco.

5. Accionamiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la parte giratoria (6) es un tambor de un sistema de frenos de tambor.

6. Accionamiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la aplicación de rodamientos de la parte giratoria (6) se aplica preferentemente a lo largo del eje del motor, de acuerdo con la anchura del rotor (3) en el extremo o cerca del extremo del rotor (3), sobre el porta-estátor no giratorio.

7. Accionamiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque un inversor interno y, en su caso componentes eléctricos/electrónicos adicionales están integrados en el espacio interior del estátor (4).

8. Accionamiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque otro circuito de motor electromagnético, construido por ejemplo como un rotor interno, está alojado en el interior del estátor (4), pudiendo los dos circuitos de motor ser operados preferentemente por medio de uno o varios inversores externos.

9. Accionamiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la rueda es una rueda gemela para neumáticos gemelos.