包括比率變化以及聯(lián)接和脫離聯(lián)接裝置的機(jī)動化輪轂的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明特別涉及用于機(jī)動車輛的車輪的電驅(qū)動的機(jī)動化輪轂(1)，機(jī)動化輪轂包括電牽引機(jī)(3)，電機(jī)包括連接至輪轂架的外部定子(32)和內(nèi)部轉(zhuǎn)子，機(jī)動化輪轂包括減速裝置(4)，機(jī)動化輪轂包括聯(lián)接/脫離聯(lián)接裝置，機(jī)動化輪轂的特征在于，減速裝置包括使用兩個中間軸(43、46)的三個減速階段和使用軸向滑動器(61)的雙比率的齒輪變速，并且驅(qū)動小齒輪與第一中間軸(43)嚙合，第一中間軸經(jīng)由中間小齒輪(44、45)和中間齒輪(47、48)與第二中間軸(46)嚙合，第二中間軸與固定至輪轂(7)的齒圈(71)嚙合，并且軸向滑動器(61)在兩個中間齒輪(47、48)之間設(shè)置在第二中間軸(46)上，中間齒輪(47、48)空轉(zhuǎn)地安裝在第二中間軸上，比率變化包括使第二中間軸使用軸向滑動器聯(lián)接至兩個空轉(zhuǎn)齒輪的一者或另一者，通過將軸向滑動器維持在不與兩個空轉(zhuǎn)齒輪聯(lián)接的中間位置下從而獲得聯(lián)接/脫離聯(lián)接裝置的脫離聯(lián)接位置。
【專利說明】包括比率變化以及聯(lián)接和脫離聯(lián)接裝置的機(jī)動化輪轂

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用電牽引的機(jī)動車輛與地面的連接，特別是其機(jī)動化車輪。

【背景技術(shù)】
[0002]在該領(lǐng)域中，已知有一定數(shù)量的提議，例如文獻(xiàn)EP 0878332, EP 1382476、EP 1630026、WO 2006/032669, US 2007/0257570, WO 2007/083209, EP 1950072、WO2009/124892、US 2010/0108417 或 WO 2011/073320 中的那些。
[0003]在本申請中，術(shù)語“機(jī)動化輪轂”用于表示包括輪轂、輪轂架、輪轂相對于輪轂架的引導(dǎo)件、輪轂的電機(jī)動化裝置和制動裝置的機(jī)械組件。機(jī)動化輪轂因此一方面旨在接收例如設(shè)置有輪胎的車輪，另一方面旨在通常通過懸架裝置承載車輛。在本申請中，術(shù)語“機(jī)動化車輪”同樣用于表示包括如上限定的機(jī)動化輪轂和相應(yīng)車輪的機(jī)械組件。
[0004]在生產(chǎn)車輛時采用這樣的機(jī)動化輪轂的困難之一是與已經(jīng)被采用并且經(jīng)過一些元件(例如懸架系統(tǒng)和車輪)的設(shè)計師所驗證的解決方案的相容性。另一困難涉及獲得緊湊的系統(tǒng)，所述緊湊的系統(tǒng)簡單并且盡可能輕質(zhì)，從而使其成本對于該產(chǎn)業(yè)而言可接受。
[0005]特別地，將電動馬達(dá)實(shí)際上整合到車輪內(nèi)部是特別期望的，因為電牽引的采用通常涉及需要在車上裝配電池從而儲存電能，即使使用目前已知的最有效的技術(shù)，仍然需要在車上為電池保留足夠的空間，否則會顯著降低電動車輛的自主性。在具有燃料電池或并聯(lián)混合動力電池的車輛的情況下可以進(jìn)行相似的推理。即使對于車上具有少量電池的車輛，將電牽引馬達(dá)整合到車輪中提供了對設(shè)計師而言有利的結(jié)構(gòu)可能性，因為設(shè)計師免受一些限制(例如輪軸上差速的整合)的束縛。
[0006]此外，如果期望能夠開發(fā)充分的牽引扭矩，安裝齒輪減速裝置被發(fā)現(xiàn)是有利的，因為使用足夠緊湊的電動馬達(dá)不可能開發(fā)足夠的扭矩，從而直接保證客運(yùn)車輛的牽引同時維持合理的非懸掛質(zhì)量。
[0007]此外，并聯(lián)混合動力車輛的熱機(jī)通常使得車輛在相對高速(例如150km/h)下行駛，這在電牽引的減速比的選擇方面構(gòu)成特別的困難。這是因為，如果當(dāng)車輛在其最大速度下時選擇減速比使得電動馬達(dá)在其速度范圍內(nèi)操作，減速比將相當(dāng)小并且車輪處的最大扭矩將同樣地因此受到限制。
[0008]最后，通常不得不將電動馬達(dá)和相關(guān)的必要減速裝置以及機(jī)械制動裝置(盤式制動器或摩擦鼓式制動器)均整合到車輪中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的因此是克服所有或一些所述困難。
[0010]本發(fā)明因此提出用于機(jī)動車輛的車輪的電機(jī)動化的機(jī)動化輪轂，所述機(jī)動化輪轂包括旨在接收車輪的輪轂，所述輪轂沿著輪轂軸線相對于輪轂架可旋轉(zhuǎn)地安裝，所述機(jī)動化輪轂包括電牽引機(jī)，電機(jī)包括內(nèi)部轉(zhuǎn)子和連接至所述輪轂架的外部定子，所述機(jī)動化輪轂包括減速裝置，所述減速裝置在驅(qū)動小齒輪和齒狀齒圈之間作用，所述驅(qū)動小齒輪固定地結(jié)合至所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子，所述齒狀齒圈固定地結(jié)合至所述輪轂，所述機(jī)動化輪轂包括聯(lián)接/脫離聯(lián)接裝置，所述聯(lián)接/脫離聯(lián)接裝置能夠采取聯(lián)接位置和脫離聯(lián)接位置，在所述聯(lián)接位置下所述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)聯(lián)接至所述輪轂的旋轉(zhuǎn)，在所述脫離聯(lián)接位置下所述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)與所述輪轂的旋轉(zhuǎn)脫離聯(lián)接，所述機(jī)動化輪轂的特征在于，所述減速裝置包括使用兩個中間軸的3個減速階段和經(jīng)由軸向滑動齒輪而具有2個比率的齒輪變速，并且所述驅(qū)動小齒輪接合在第一中間軸上，所述第一中間軸經(jīng)由中間小齒輪和中間輪接合在第二中間軸上，所述第二中間軸接合在固定地結(jié)合至所述輪轂的所述齒狀齒圈上，所述軸向滑動齒輪在兩個中間輪之間設(shè)置在所述第二中間軸上，所述中間輪以可移動方式安裝在所述第二中間軸上，比率變化包括使所述第二中間軸經(jīng)由所述軸向滑動齒輪而聯(lián)接至兩個可移動的輪的一者或另一者，通過將所述軸向滑動齒輪維持在與兩個可移動的輪不存在任何聯(lián)接的中間位置下從而獲得聯(lián)接/脫離聯(lián)接裝置的脫離聯(lián)接位置。
[0011]優(yōu)選地，由于所述電機(jī)包括所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線，所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線遠(yuǎn)離所述輪轂軸線。
[0012]以更優(yōu)選的方式，所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線和所述兩個中間軸的軸線平行于所述輪轂軸線。
[0013]優(yōu)選地，所述輪轂架為軸頸，所述輪轂圍繞所述軸頸旋轉(zhuǎn)。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個變體形式，殼體包括所述減速裝置和所述聯(lián)接/脫離聯(lián)接裝置并且承載所述電機(jī)，所述殼體被安裝成相對于所述輪轂架自由旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)圍繞所述輪轂軸線進(jìn)行并且通過允許實(shí)現(xiàn)這種自由度的額外構(gòu)件來控制。
[0015]優(yōu)選地，所述滑動齒輪在旋轉(zhuǎn)方面持續(xù)固定地結(jié)合至所述第二中間軸，所述滑動齒輪包括內(nèi)部圓柱形凹槽，所述滑動齒輪的凹槽能夠在聯(lián)接位置下與固定地結(jié)合至所述可移動的輪的外部凹槽接合。
[0016]優(yōu)選地，所述機(jī)動化輪轂進(jìn)一步包括盤式制動器，制動盤設(shè)置在所述殼體相對于車輛的外部，卡鉗固定地結(jié)合至所述殼體。
[0017]本發(fā)明還涉及包括如上所述的機(jī)動化輪轂的機(jī)動化車輪。
[0018]本發(fā)明還涉及包括至少兩個所述機(jī)動化車輪的車輛。
[0019]優(yōu)選地，所述兩個機(jī)動化車輪設(shè)置在所述車輛的后輪軸上，所述兩個機(jī)動化車輪的輪轂架各自固定地結(jié)合至從所述后輪軸延伸的臂部。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]通過優(yōu)選實(shí)施方案的描述，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將得以闡明。在附圖中，分別地:
[0021]-圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的實(shí)施方案的機(jī)動化車輪的車輛內(nèi)側(cè)的立體圖(輪胎未示出)。
[0022]-圖2為圖1的實(shí)施方案的示意性側(cè)視圖，所述側(cè)視圖允許參考下列附圖的不同的軸和截面平面(輪輞和輪胎未示出)。
[0023]-圖3為沿著在圖2中可見的折線B-B的截面圖和圖1的機(jī)動化輪轂的立體圖。
[0024]-圖4為圖1的機(jī)動化輪轂的車輛外側(cè)的立體圖，省略了外部殼體。
[0025]-圖5為沿著在圖2中可見的折線C-C的減速裝置的成角度的截面的視圖。
[0026]-圖6為沿著在圖2中可見的折線E-E的聯(lián)接/脫離聯(lián)接致動器的成角度的截面的視圖。
[0027]-圖7為根據(jù)該實(shí)施方案的機(jī)動化輪轂的車輛外側(cè)的立體圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028]圖1至7顯示了根據(jù)本發(fā)明的機(jī)動化輪轂和機(jī)動化車輪的相同的優(yōu)選實(shí)施方案的各個示意圖和細(xì)節(jié)。不同的附圖標(biāo)記并沒有系統(tǒng)地包括在每個附圖中，從而簡化對附圖的理解。
[0029]機(jī)動化輪轂I旨在引導(dǎo)和控制車輪2的旋轉(zhuǎn)。圖1中省略了輪胎，顯示了暴露的車輪。旨在接收車輪2的輪轂7經(jīng)由輪轂軸承51根據(jù)輪轂軸線M相對于輪轂架5可旋轉(zhuǎn)地安裝(圖3)。
[0030]電機(jī)3保證機(jī)動化并且在適用的情況下經(jīng)由減速裝置4保證輪轂的制動。為了簡化圖3中電機(jī)的圖，僅顯示了定子32的外部護(hù)套和轉(zhuǎn)子的軸33。
[0031]減速裝置4包括三個減速階段。驅(qū)動小齒輪41通過轉(zhuǎn)子的軸33驅(qū)動。驅(qū)動小齒輪41與第一中間軸43的中間輪42接合。兩個中間小齒輪44和45進(jìn)一步固定地結(jié)合至第一中間軸43。
[0032]平行于第一中間軸設(shè)置的第二中間軸46帶有兩個中間齒狀輪47和48，所述中間齒狀輪47和48被安裝成可移動的(亦即安裝成以便滑動)。這兩個可移動的輪分別與第一中間軸43的兩個中間小齒輪44和45持續(xù)接合。
[0033]設(shè)置在第二中間軸上的軸向滑動齒輪61允許建立或中斷第二中間軸和兩個可移動的輪的一者或另一者之間的扭矩傳遞。第二中間軸46包括驅(qū)動小齒輪49，所述驅(qū)動小齒輪49與齒狀齒圈71接合，所述齒狀齒圈71固定地結(jié)合至輪轂7。
[0034]將理解滑動齒輪61的不能傳遞扭矩的中間位置保證了傳動裝置的脫離聯(lián)接。還將理解在聯(lián)接位置下，減速比根據(jù)是否通過一個可移動的輪或者另一個可移動的輪建立了聯(lián)接而不同。在所示出的示例中，當(dāng)通過可移動的輪的最大輪(47)產(chǎn)生聯(lián)接時傳動裝置的整體減速比為約30，當(dāng)通過最小輪(48)產(chǎn)生聯(lián)接時傳動裝置的整體減速比為約18。
[0035]滑動齒輪61以本身已知的方式包括內(nèi)部凹槽，所述內(nèi)部凹槽能夠與固定地結(jié)合至第二中間軸46的環(huán)62的相應(yīng)外部凹槽和分別固定地結(jié)合至兩個可移動的輪(47和48)的每一者的相應(yīng)外部凹槽(471和481)配合。這種聯(lián)接類型可以被稱為“圓柱形爪形聯(lián)接”。
[0036]通過叉形物63根據(jù)三個不同位置(亦即兩個聯(lián)接位置和中間脫離聯(lián)接位置)控制滑動齒輪61的軸向位置。在中間脫離聯(lián)接位置下，滑動齒輪在旋轉(zhuǎn)方面保持固定地結(jié)合至環(huán)62并且因此在旋轉(zhuǎn)方面固定地結(jié)合至減速裝置的第二中間軸。當(dāng)車輛在脫離聯(lián)接模式下行駛并且電機(jī)停止時，滑動齒輪因此通過軸46可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動同時可移動的輪47和48固定在原位。
[0037]控制滑動齒輪的叉形物63可以通過致動器64控制，所述致動器64具有螺絲65和螺母66并且包括小的電動齒輪馬達(dá)67。電磁體也可以提供這種控制。
[0038]在圖6中可能更具體地看到電致動器64的原理。齒輪馬達(dá)67控制螺絲65的旋轉(zhuǎn)，所述螺絲65使螺母66移動。螺母固定地結(jié)合至引導(dǎo)桿68，叉形物63固定至所述引導(dǎo)桿68。引導(dǎo)桿68沿著其軸線T移動，所述軸線T平行于第二中間軸46的軸線A2。
[0039]所有傳動裝置(亦即減速和聯(lián)接/脫離聯(lián)接的所有功能)容納在殼體8中。殼體8包含足夠量的潤滑劑從而通過噴濺來潤滑組件。
[0040]電機(jī)的馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)軸線R優(yōu)選遠(yuǎn)離輪轂軸線M并且平行于輪轂軸線M。電機(jī)的定子32可旋轉(zhuǎn)地連接至輪轂架5。傳遞扭矩所需的該連接可以為剛性直接連接(正如此處所述的)，但是也可以為間接連接從而允許在懸架行駛的情況下的相對旋轉(zhuǎn)移動。該相對移動當(dāng)然是有限的并且旨在允許傳遞的扭矩與懸架設(shè)備的動態(tài)剛性(豎直的和水平的)之間的獨(dú)立程度。在該情況下，定子32因此固定地結(jié)合至殼體8而殼體本身可以相對于輪轂架5和輪轂7樞轉(zhuǎn)(圍繞輪轂軸線M)。殼體相對于輪轂架的旋轉(zhuǎn)則例如通過連接桿控制，所述連接桿在殼體和車輛的車身之間作用。
[0041]輪轂架5優(yōu)選為軸頸的形式，輪轂軸承51在軸向上通過其外端處的螺母53夾在所述軸頸上。輪轂軸承的內(nèi)部因此固定(固定地結(jié)合至軸頸5)并且外部與輪轂7旋轉(zhuǎn)。
[0042]輪轂架5可以固定在從輪軸(例如前輪通過熱機(jī)機(jī)動化的混合動力車輛的后部扭轉(zhuǎn)輪軸)延伸的臂部的端部處。
[0043]圖7為前述附圖的機(jī)動化輪轂I的從車輛的外側(cè)觀察的立體圖，此時沒有顯示任何車輪?？梢郧宄乜吹匠Ｒ?guī)制動系統(tǒng)(卡鉗11和盤12)、殼體8和電機(jī)3。該圖和圖1的圖清楚地顯示了根據(jù)本發(fā)明的機(jī)動化輪轂的高度緊湊性。
[0044]構(gòu)造混合動力車輛的一個有利的方式是組合前輪軸的常規(guī)熱機(jī)動化和根據(jù)本發(fā)明的后輪軸的車輪的電機(jī)動化。電能的來源可以為電池組件或超級電容、燃料電池、無軌電車方式的城市網(wǎng)絡(luò)或任何其它可用的電源。
[0045]本發(fā)明還涉及電動車輛，所述電動車輛在其一個輪軸上使用本發(fā)明的機(jī)動化車輪而另一個輪軸也為電機(jī)動化的，但是以不同的方式，例如，經(jīng)由永久聯(lián)接并且根據(jù)允許達(dá)到車輛的最大速度的減速比。
[0046]在不同附圖中，顯示了單個電機(jī)。當(dāng)然，根據(jù)本發(fā)明可以對于每個輪轂使用兩個或多個機(jī)器，所述機(jī)器各自經(jīng)由獨(dú)立的驅(qū)動小齒輪接合在共用的減速裝置上。由于多重機(jī)動化，可以增加可用扭矩和/或減少電機(jī)的軸向和徑向尺寸。
[0047]以相同的方式已經(jīng)顯示了盤式制動器。這是一個優(yōu)選的實(shí)施方案，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到在一些情況下可能優(yōu)選使用鼓式制動器來代替盤式制動器。
[0048]不論本發(fā)明的實(shí)施方案如何，減速裝置優(yōu)選可逆從而允許在制動模式下使用電機(jī)。在制動模式下通過電機(jī)回收的電能可以以本身已知的方式儲存或耗散。
[0049]根據(jù)本發(fā)明的機(jī)動化輪轂因此允許電機(jī)動化裝置在任何時間聯(lián)接/脫離聯(lián)接，并且允許從兩個比率中選擇減速比(包括在車輛移動的過程中)。為了允許脫離聯(lián)接而無顛簸，優(yōu)選控制電機(jī)使得在滑動齒輪朝向其脫離聯(lián)接位置移動之時電機(jī)傳遞零扭矩或極低扭矩。為了允許在聯(lián)接操作的過程中的同步性，優(yōu)選使用相應(yīng)車輪的速度傳感器信號從而控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度使得可移動的輪(47或48)采取與第二中間軸46相同或接近的旋轉(zhuǎn)速度。因此可以引起滑動齒輪朝向目標(biāo)聯(lián)接位置的移動，并且同時使得電機(jī)不超過特定值而抵抗該爪形聯(lián)接移動之時的加速或減速(例如用零扭矩控制)。
【權(quán)利要求】
1.用于機(jī)動車輛的車輪的電機(jī)動化的機(jī)動化輪轂(I)，所述機(jī)動化輪轂包括旨在接收車輪(2)的輪轂(7)，所述輪轂沿著輪轂軸線(M)相對于輪轂架(5)能夠旋轉(zhuǎn)地安裝，所述機(jī)動化輪轂包括電牽引機(jī)(3)，電機(jī)包括內(nèi)部轉(zhuǎn)子和連接至所述輪轂架的外部定子(32)，所述機(jī)動化輪轂包括減速裝置(4)，所述減速裝置(4)在驅(qū)動小齒輪(41)和齒狀齒圈(71)之間作用，所述驅(qū)動小齒輪(41)固定地結(jié)合至所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子，所述齒狀齒圈(71)固定地結(jié)合至所述輪轂，所述機(jī)動化輪轂包括聯(lián)接/脫離聯(lián)接裝置，所述聯(lián)接/脫離聯(lián)接裝置能夠采取聯(lián)接位置和脫離聯(lián)接位置，在所述聯(lián)接位置下所述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)聯(lián)接至所述輪轂的旋轉(zhuǎn)，在所述脫離聯(lián)接位置下所述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)與所述輪轂的旋轉(zhuǎn)脫離聯(lián)接，所述機(jī)動化輪轂的特征在于，所述減速裝置包括使用兩個中間軸(43、46)的3個減速階段和經(jīng)由軸向滑動齒輪￠1)而具有2個比率的齒輪變速，并且所述驅(qū)動小齒輪接合在第一中間軸(43)上，所述第一中間軸經(jīng)由中間小齒輪(44、45)和中間輪(47、48)接合在第二中間軸(46)上，所述第二中間軸接合在固定地結(jié)合至所述輪轂(7)的所述齒狀齒圈(71)上，所述軸向滑動齒輪(61)在兩個中間輪(47、48)之間設(shè)置在所述第二中間軸(46)上，所述中間輪(47、48)以能夠移動的方式安裝在所述第二中間軸上，比率變化包括使所述第二中間軸經(jīng)由所述軸向滑動齒輪而聯(lián)接至兩個能夠移動的輪的一者或另一者，通過將所述軸向滑動齒輪維持在與兩個能夠移動的輪不存在任何聯(lián)接的中間位置下從而獲得聯(lián)接/脫離聯(lián)接裝置的脫離聯(lián)接位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)動化輪轂，所述電機(jī)包括所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線(R)，所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線遠(yuǎn)離所述輪轂軸線(M)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)動化輪轂(I)，其中所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線(R)和所述兩個中間軸(43、46)的軸線(A1、A2)平行于所述輪轂軸線(M)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的機(jī)動化輪轂(I)，其中所述輪轂架(5)為軸頸，所述輪轂(7)圍繞所述軸頸旋轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的機(jī)動化輪轂(I)，其中殼體(8)包括所述減速裝置和所述聯(lián)接/脫離聯(lián)接裝置并且承載所述電機(jī)(3)，所述殼體被安裝成相對于所述輪轂架(5)自由旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)圍繞所述輪轂軸線(M)進(jìn)行并且通過允許實(shí)現(xiàn)這種自由度的額外構(gòu)件來控制。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的機(jī)動化輪轂(I)，其中所述滑動齒輪￠1)在旋轉(zhuǎn)方面持續(xù)固定地結(jié)合至所述第二中間軸，所述滑動齒輪包括內(nèi)部圓柱形凹槽，所述滑動齒輪的凹槽在聯(lián)接位置下能夠與固定地結(jié)合至所述能夠移動的輪的外部凹槽(471、481)接合。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的機(jī)動化輪轂(I)，進(jìn)一步包括盤式制動器(11、12)，制動盤(12)設(shè)置在所述殼體(8)相對于車輛的外部，卡鉗(11)固定地結(jié)合至所述殼體。
8.包括根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的機(jī)動化輪轂(I)的機(jī)動化車輪(1、2)。
9.包括至少兩個根據(jù)權(quán)利要求8所述的機(jī)動化車輪的車輛。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的車輛，其中兩個機(jī)動化車輪設(shè)置在所述車輛的后輪軸上，所述兩個機(jī)動化車輪的輪轂架(5)各自固定地結(jié)合至從所述后輪軸延伸的臂部。
【文檔編號】B60K7/00GK104487272SQ201380038578
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2013年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月20日
【發(fā)明者】G·鮑姆蓋特納, O·茹瓦, D·瓦爾澤 申請人:米其林集團(tuán)總公司, 米其林研究和技術(shù)股份有限公司